WO2022091751A1 - ワーク搬送システム及びワーク搬送方法 - Google Patents

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WO2022091751A1
WO2022091751A1 PCT/JP2021/037388 JP2021037388W WO2022091751A1 WO 2022091751 A1 WO2022091751 A1 WO 2022091751A1 JP 2021037388 W JP2021037388 W JP 2021037388W WO 2022091751 A1 WO2022091751 A1 WO 2022091751A1
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work
height
work holding
robot
mounting table
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PCT/JP2021/037388
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聡志 ▲高▼津
尚史 三浦
周平 寺▲崎▼
輝幸 久保田
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株式会社アマダ
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Definitions

  • the present invention relates to a work transfer system and a work transfer method for automatically transporting a work placed at a mounting location.
  • Patent Document 1 a processing system configured to hold a work placed in a place such as a pallet by a work holding robot and transfer it to a processing machine such as a bending machine (bending machine).
  • one camera installed directly above the center of the mounting place captures the entire mounting location, and the position and loading of the workpiece are based on the captured image of the workpiece. It is configured to detect the height and control the work holding robot based on the information on the detected position and loading height of the work.
  • a sensor for detecting the actual load height of the work is attached to a portion of the work holding robot that holds the work, and the sensor is attached.
  • the latest actual loading height obtained by subtracting the thickness of one workpiece from the actual loading height of the workpiece detected in is updated as the loading height of the workpiece after the top workpiece is conveyed. ..
  • According to the processing system described in Patent Document 1 having such a configuration it is possible to improve the detection accuracy of the load height of the work, so that the operation accuracy of the work holding robot can be maintained at a high level. It will be possible.
  • an object of the present invention is to provide a work transfer system and a work transfer method capable of detecting the actual loading height of a work with high accuracy.
  • the work transfer system includes a work transfer table on which a work can be placed and a work holding robot configured so that the work placed on the above-mentioned table can be transferred from the table.
  • the work holding robot has a work holding portion capable of holding a work, an arm portion that brings the work holding portion closer to or away from a detection object, and the work holding portion as a detection target. It is equipped with a surface detection sensor capable of detecting contact, and when the contact with the detection target is detected by the surface detection sensor, the above-mentioned is described from the floor surface on the side of the mounting table on which the above-mentioned table is mounted.
  • the above is based on the height to the connection point between the work holding portion and the arm portion, the height from the floor surface on the table side described above to the surface of the detection object, and the theoretical value of the height of the work holding portion. It is characterized in that it is configured to detect the height error of the work holding portion and to detect the actual loading height of the work mounted on the above-mentioned table by adding the height error of the work holding portion. And.
  • the work transfer method according to the present invention is a work transfer method in which a work mounted on a mounting table is conveyed from the mounting table by a work holding robot, and the work holding robot holds the work. It is provided with a possible work holding portion, an arm portion that brings the work holding portion closer to or away from the detection target, and a surface detection sensor that can detect that the work holding portion has come into contact with the detection target. , The height from the floor surface on the mounting table side on which the above-mentioned platform is mounted to the connection point between the work holding portion and the arm portion at the time when the contact with the detection object is detected by the surface detection sensor.
  • the height error of the work holding portion is detected based on the height from the floor surface on the table side to the surface of the detection target and the theoretical value of the height of the work holding portion, and the work holding portion is detected. It is characterized in that the actual loading height of the work placed on the above-mentioned table is detected in consideration of the height error of.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration example of a work transfer system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a mounting table P having a loading area TA on which the work W can be placed and a work W mounted on the mounting table P are placed on the mounting table.
  • the work holding robot 10 configured to be able to be transported (carried out) from the P, and the work W mounted on the mounting table P are photographed, and the position of the work W and the position of the work W based on the photographed image of the work W are taken. It is equipped with a camera system 30 (see FIG. 6) that detects the loading height.
  • the work transfer system 1 according to the present embodiment may further include a processing machine such as a bending machine, and may form an automatic processing system for the work W together with the processing machine.
  • the mounting table P and the work holding robot 10 are installed on the floor surface F of the work place as shown in FIG.
  • the work holding robot 10 is installed on a floor surface near the processing machine (hereinafter referred to as “robot side floor surface FR”)
  • the mounting table P is, for example, a work holding robot 10.
  • the robot side floor surface FR is installed on the floor surface (hereinafter referred to as “mounting table side floor surface FP") in the area opposite to the processing machine.
  • the robot-side floor surface FR and the mounting table-side floor surface FP form a flush floor surface F with no height difference, but there is a height difference between them due to distortion of the floor surface F, a step, or the like. May exist.
  • the height difference between the robot side floor surface FR and the mounting table side floor surface FP is referred to as “floor surface height difference Hgap”.
  • the floor height difference Hgap can be specified by a calibration process described later.
  • the mounting table P is a pallet mounted on the floor surface FP on the mounting table side, and has a loading area TA on which the work W can be mounted on the upper surface thereof.
  • the height of the mounting table P (hereinafter referred to as “mounting table height Hp”) can be mechanically fixed or uniquely specified, and can be specified by, for example, a calibration process described later. ..
  • the mounting table height Hp is the height based on the robot side floor surface FR, that is, along the vertical direction from the robot side floor surface FR to the upper surface of the mounting table P in the loading area TA. It is a straight line length, and when, for example, as shown in FIG. 4, there is a floor height difference Hgap, the height including the floor height difference Hgap is intended.
  • a magnet floater M (not shown in FIG. 1; see FIG. 4 and the like) for levitating the uppermost work W among a plurality of work W loaded on the loading area TA by a magnetic force. ), And a lighting facility L having a plurality of light emitting diodes (LEDs) or the like capable of irradiating the work W loaded in the loading area TA with irradiation light.
  • the work transfer system 1 is configured to assist the work W to be held by the work holding robot 10 by the magnet floater M and to assist the shooting of the work W by the camera 40 described later by the lighting equipment L. Has been done. Since various known configurations can be arbitrarily adopted for the mounting table P, the magnet floater M, and the lighting equipment L, detailed description thereof will be omitted.
  • the work holding robot 10 is arranged between the mounting table P and the transfer destination of the work W (for example, a processing machine or the like), and a plurality of works loaded in the loading area TA.
  • the work W at the uppermost part of the W is held, and the work W is configured to be transported toward a transport destination such as a processing machine.
  • the work holding robot 10 includes a moving mechanism 14 for moving the work holding robot 10 on the floor surface FR on the robot side, a robot hand (work holding portion) 20 capable of holding the work W, and a robot hand (work holding portion) 20.
  • An arm portion 12 that brings the robot hand 20 closer to or away from the work W (object to be detected), a surface detection sensor 50 that can detect that the robot hand 20 has come into contact with the work W (object to be detected), and a work holding. It is provided with a robot control unit 60 that controls the robot 10.
  • the moving mechanism 14 includes a rail portion 14a laid on the floor surface FR on the robot side, a base base 14b that can move along the rail portion 14a, and a base base driving means for driving the base base 14b (not shown). ), Which is a so-called linear motion mechanism, and is configured to move the work holding robot 10 on the floor surface FR on the robot side based on the control signal from the robot control unit 60. Since various known configurations can be adopted for the moving mechanism 14, detailed description thereof will be omitted.
  • the arm portion 12 is connected to the base base 14b of the moving mechanism 14, and the other end is connected to the robot hand 20.
  • the robot hand 20 is connected to the robot hand 20 based on a control signal from the robot control unit 60. It is configured to approach or separate from the work W.
  • the arm portion 12 is an articulated arm having a control axis of 6 axes, and not only the work W is transferred from the mounting table P, but also the work W is transferred (carried in) to a processing machine or the like, and the work. It is configured to be capable of assisting W processing (bending) and transporting (carrying out) products (bending) from a processing machine or the like.
  • the arm portion 12 includes an arm support member 12a provided on the upper portion of the base base 14b, a lower arm 12b connected to the tip end portion of the arm support member 12a, and a lower arm.
  • the first upper arm 12c connected to the tip of 12b
  • the second upper arm 12d connected to the tip of the first upper arm 12c
  • the first list 12e connected to the tip of the second upper arm 12d.
  • a second list 12f connected to the tip of the first list 12e, and a driving means (not shown) such as a motor for driving each of these components are provided.
  • the arm support member 12a can swivel in the horizontal direction with respect to the base base 14b about a vertical (vertical) axis, and the lower arm 12b has a horizontal axis as a center with respect to the arm support member 12a.
  • the first upper arm 12c can swing in the vertical direction with respect to the lower arm 12b about a horizontal axis (control axis S shown in FIG. 1).
  • the second upper arm 12d is rotatable about the central axis of the second upper arm 12d
  • the first list 12e is vertical to the second upper arm 12d with the horizontal axis as the center. It can swing in the direction.
  • the robot hand 20 can be attached to and detached from the tip of the second list 12f, and can rotate around the central axis of the second list 12f.
  • the arm portion 12 is referred to as a height from the bottom surface of the work holding robot 10 (that is, the floor surface FR on the robot side) to a predetermined reference portion (hereinafter referred to as “the height of the origin of the base coordinates”). ) Is mechanically fixed or uniquely identifiable.
  • the "height of the origin of the base coordinates” refers to the straight line length along the vertical direction from the floor surface FR on the robot side to the control axis S of the first upper arm 12c, but is limited to this.
  • the reference site can be changed arbitrarily.
  • the arm portion 12 Since various known configurations can be adopted for the arm portion 12, detailed description thereof will be omitted. Further, the arm portion 12 is not limited to the configuration of the articulated arm having the above-mentioned 6-axis control axis, and various known configurations can be arbitrarily adopted.
  • the robot hand 20 is attached to the hand body 22 detachably attached to the tip of the second list 12f of the arm portion 12 and the hand body 22 to hold the work W. It is provided with a plurality of grippers 24 configured in the above.
  • the hand body 22 has a mounting portion 22a detachably mounted on the tip of the second list 12f of the arm portion 12, a first support bar 22b coupled to the mounting portion 22a, and a length thereof on the first support bar 22b. It has a plurality of second support bars 22c provided at intervals in the direction.
  • the shape of the hand body 22 is not limited to the illustrated example, and can be arbitrarily changed according to the shape of the work W and the like.
  • the gripper 24 is attached to both end portions of each of the second support bars 22c, and each is connected to an air suction source (not shown) for sucking air via a pipe.
  • Each gripper 24 is provided with a flat suction pad 26 that can be sucked (contactable) on the surface of the work W at the lower end thereof, and a plurality of grippers 24 loaded in the loading area TA by the suction force of air from the air suction source. It is configured to be adsorbed on the surface of the uppermost work W of the work W.
  • the air suction source operates when the surface detection sensor 50 detects the contact between the robot hand 20 and the work W (specifically, when the proximity sensor 56 described later detects the dog 57 described later). Is configured to start.
  • the height of the robot hand 20 (hereinafter referred to as "gripper height Hgr") can be mechanically fixed or uniquely specified, and can be specified by, for example, the standard of the robot hand 20.
  • the gripper height Hgr is, as shown in FIG. 2, from the base end portion (upper end portion of the mounting portion 22a in the present embodiment) to the tip end portion (suction pad 26 in the present embodiment) of the robot hand 20.
  • the theory of the mechanical height of the robot hand 20 which is a straight line length along the vertical direction to the lower end portion of the robot hand 20 and does not include an error (offset height Ho described later) due to the detection accuracy of the surface detection sensor 50. Intended for value.
  • robot hand 20 Since various known configurations can be adopted for the robot hand 20, detailed description thereof will be omitted. Further, the robot hand 20 is not limited to the suction method described above, and various known configurations can be arbitrarily adopted.
  • the surface detection sensor 50 is attached to an arbitrary position on the hand body 22 of the robot hand 20, and can detect that the suction pad 26 has come into contact with the surface of the work W. It is configured to be possible.
  • "contacting the surface of the work W” includes not only the case of complete contact with the surface of the work W but also the case of being close enough to be evaluated as having contacted the surface of the work W. I will do it.
  • the surface detection sensor 50 includes a bracket 52 that can be attached to the hand body 22 of the robot hand 20, a contact pin 54 that contacts the surface of the work W prior to the suction pad 26, and a contact pin 54. It is equipped with a proximity sensor 56 that detects that the work W has come into contact with the surface of the work W.
  • the bracket 52 is an L-shaped bracket having a parallel portion parallel to the first support bar 22b and the second support bar 22c of the hand body 22 and a vertical portion perpendicular to the parallel portion, and the bracket 52 is vertical.
  • the portion is configured to be attachable to the hand body 22 so as to extend along the advancing / retreating direction of the contact pin 54.
  • the bracket 52 is configured to be removable from the first support bar 22b and the second support bar 22c of the hand body 22. That is, the surface detection sensor 50 depends on the position of the hole formed in the work W, the shape of the work W, the unevenness of the surface, and the like so that the contact pin 54 and the suction pad 26 can surely come into contact with the surface of the work W.
  • the mounting position with respect to the hand body 22 can be changed.
  • the contact pin 54 is located on the side where the tip end portion of the contact pin 54 comes into contact with the work W (the gripper 24 side of the hand body 22) with the first support bar 22b and the second support bar 22c of the hand body 22 as boundaries, and the base end portion thereof. Is provided so as to penetrate the parallel portion of the bracket 52 so as to be located on the opposite side (the mounting portion 22a side of the hand body 22).
  • the contact pin 54 is urged by the coil spring 55 toward its tip (direction toward the work W), and in a state before contact with the work W (a state in which the coil spring 55 is not compressed), the contact pin 54 is urged.
  • the tip portion has a length located closer to the work W than the suction pad 26 of the gripper 24. Further, the contact pin 54 is configured to retract to the proximal end side by compressing the coil spring 55 by contact with the work W.
  • a dog 57 that can be detected by the proximity sensor 56 is provided at the base end of the contact pin 54.
  • the dog 57 is not detected by the proximity sensor 56 in the state before the contact pin 54 comes into contact with the work W (the state in which the coil spring 55 is not compressed), and the contact pin 54 comes into contact with the work W. It is arranged at a position where it can be detected by the proximity sensor 56 in a state of being retracted by a specified amount d (see FIG. 2) (a state in which the coil spring 55 is compressed) toward the end side.
  • the proximity sensor 56 is provided in the vertical portion of the bracket 52 so as to detect the dog 57 of the contact pin 54 when the contact pin 54 comes into contact with the work W and retracts to the proximal end side by a specified amount d. It is configured. That is, in the surface detection sensor 50 according to the present embodiment, the tip end portion of the contact pin 54 comes into contact with the surface of the work W mounted on the mounting table P, and the contact pin 54 resists the urging force of the coil spring 55. It is configured so that the dog 57 is detected by the proximity sensor 56 by retreating to the base end side (upward) by a specified amount d, and the suction pad 26 is set to the work W by the detection of the dog 57. It is configured so that it can detect contact with the surface of the surface.
  • the surface detection sensor 50 is not limited to the above-described configuration, and is a non-contact type sensor or a force sensor of the work holding robot 10 as long as it can detect that the robot hand 20 has come into contact with the work W. It is possible to arbitrarily adopt various known configurations including the above.
  • a plurality of robot control units 60 are loaded in the loading area TA based on information on the positions (x, y) and loading height (h) of the work W supplied from the image processing unit 32 described later in the camera system 30.
  • the moving mechanism 14 and the arm portion 12 are configured to control the robot hand 20 so that the robot hand 20 reaches the uppermost work W of the work W. Further, when the robot hand 20 reaches the uppermost work W and the surface detection sensor 50 detects the contact between the robot hand 20 and the uppermost work W, the robot control unit 60 uses the robot hand 20.
  • the air suction source is controlled so as to hold the uppermost work W, and the moving mechanism 14 and the arm portion 12 are controlled so as to convey the held work W toward a transfer destination such as a processing machine. ing.
  • the robot control unit 60 includes an offset height measuring unit 62 that detects a height measurement error (offset height Ho) of the robot hand 20 (work holding unit) due to the detection accuracy of the surface detection sensor 50. .. Further, the robot control unit 60 is configured to be able to transmit the offset height Ho detected by the offset height measuring unit 62 to the camera system 30 in the offset height measuring process described later, and is also configured to be able to transmit the work transfer processing step described later. Ht of hand height when the surface of the work W is detected by the surface detection sensor 50 (“Hand height Ht when the bottom surface of the mounting table P (floor surface FP on the mounting table side) is used as a reference” described later). Is configured to be sequentially transmitable to the camera system 30.
  • a specific configuration of the offset height measuring unit 62 will be described.
  • the offset height measuring unit 62 includes the “calibration jig CJ height Hj” mounted on the mounting table P and the robot hand 20 (work holding) in the calibration processing step described later.
  • the height to the predetermined reference part (the height of the base coordinate origin) and the height from the reference part to the connection point between the calibration gripper CG and the arm portion 12 at the same point (based on the base coordinate origin). It is configured to detect the "mounting table height Hp" based on the hand height Hbt).
  • the calibration jig CJ is a plate-shaped member used in the calibration processing process described later, and is configured so that its height Hj (thickness) can be uniquely specified.
  • the calibration gripper CG is a robot hand dedicated to calibration used in the calibration processing process described later, and the height Hgr is uniquely specified because the surface detection sensor cannot be adjusted. It is configured to be possible.
  • the "hand height Hbt when the base coordinate origin is used as a reference” is the base coordinate origin at the time of contact between the calibration gripper CG and the calibration jig CJ.
  • the offset height measuring unit 62 is mounted at a time when contact with the work W (detection object) is detected by the surface detection sensor 50 in the offset height measuring processing step described later.
  • the height from the floor surface FP on the mounting table side to the surface of the work W (detection target) is the height from the floor surface FP on the mounting table side to the surface of the mounting table P (“mounting table height Hp”-. "Floor height difference Hgap") and the height of the work W (detection target) placed on the mounting table P (detection target height Hs) are included.
  • the height from the floor surface FP on the mounting table side to the surface of the mounting table P is the height of the mounting table from the floor surface FR on the robot side to the surface of the mounting table P (mounting table height Hp) and the floor on the mounting table side. It includes the height difference between the surface FP and the floor surface FR on the robot side (floor surface height difference Hgap), and can be detected based on these mounting table height Hp and floor surface height difference Hgap.
  • the offset height measuring unit 62 has "hand height Ht when the bottom surface of the mounting table P (floor surface FP on the mounting table side) is used as a reference", “floor height difference Hgap”, and “mounting". It is configured to specify the “offset height Ho” based on the “table height Hp”, “detection target height Hs”, and “gripper height Hgr”.
  • the following calculation formula (3) is used for "hand height Ht when the bottom surface of the mounting table P (floor surface FP on the mounting table side) is used as a reference". It should hold.
  • the present inventor has discovered that the following calculation formula (3) may not hold when actually measured, and as a result of diligent studies, the cause is, for example, the adjustment or mounting position of the surface detection sensor 50 by the user. It was found that the change was caused by mechanical factors such as bending and height difference of the hand body 22 to which the surface detection sensor 50 was attached. Therefore, the present inventor amended the following calculation formula (3) to the following calculation formula (4) in consideration of the error (offset height Ho) caused by the detection accuracy of the surface detection sensor 50, and changed it to the following. It was decided to uniquely calculate the "offset height Ho" by transforming according to the calculation formula (5) of.
  • the "detection target height Hs" is the surface of the portion where the robot hand 20 comes into contact from the upper surface of the mounting table P (the surface detected by the surface detection sensor 50).
  • the "detection target height Hs" can be input by the user via the offset height registration screen 70 (see FIG. 8), which will be described later.
  • the camera system 30 is based on one camera 40 capable of photographing the work W mounted on the mounting table P and the captured image of the work W photographed by the camera 40. It is provided with an image processing unit 32 for detecting the position and loading height of the work W, and an operation input unit 31 for inputting and setting information by an operator.
  • the camera 40 is composed of, for example, an inexpensive and highly versatile monocular camera (that is, a camera in which one lens and one image sensor are arranged), and as shown in FIG. 1, the entire or a part of the loading area TA is photographed. It is arranged on the upper part of the loading area TA of the mounting table P via a support member such as a camera stand 41 so that the image can be taken as a range.
  • an inexpensive and highly versatile monocular camera that is, a camera in which one lens and one image sensor are arranged
  • the camera 40 is located at a position that does not interfere with the work holding robot 10, for example, a position away from directly above the center of the mounting table P in a direction away from the work holding robot 10. It is arranged at an obliquely upper position of the pedestal P), and is configured to photograph the loading area TA and the work W of the pedestal P from diagonally above.
  • the camera 40 by arranging the camera 40 at an obliquely upper position of the mounting table P in this way, when the work W is carried onto the mounting table P by using a crane or the like, or when the work is carried by the work holding robot 10. It is possible to reduce the risk of interference of the camera 40 when transporting W.
  • the camera 40 is configured to supply the captured image data to the image processing unit 32.
  • the camera system 30 may be configured to directly output a digital signal (photographed image data) from the camera 40, or may output an analog signal (photographed image signal) output from the camera 40 to A /. It may be configured to be converted into a digital signal (captured image data) by a D converter (not shown) or the like and output.
  • the camera 40 is configured to be interlockable with the lighting equipment L so that the work W is irradiated with the illumination light when the work W loaded on the mounting table P is photographed. According to such a configuration, the edge of the work W is clarified, and there is an advantage that the position of the work W can be easily detected when the position of the work W is detected by pattern matching described later.
  • the image processing unit 32 detects and detects the position and the loading height of the uppermost work W among the plurality of work W loaded in the loading area TA based on the captured image data supplied from the camera 40. It is configured to supply information on the position and the loading height to the robot control unit 60. That is, the image processing unit 32 can function as a work detection device that detects the position and the loading height of the uppermost work W among the plurality of work Ws loaded in the loading area TA with high accuracy. Has been done.
  • the image processing unit 32 includes an image correction unit 33 that corrects captured image data supplied from the camera 40, and a model storage unit 35 that stores a plurality of work W models.
  • the pattern matching unit 34 that executes pattern matching between the corrected image of the captured image data and the model of the work W stored in the model storage unit 35, and the first pattern matching process described later in the pattern matching unit 34.
  • the actual loading height Hw of the work W loaded in the loading area TA is calculated based on the surface detection by the primary detection unit 36 that detects the position and height of the work W and the surface detection sensor 50.
  • the image correction unit 33 is configured to correct captured image data using conversion parameters obtained based on a calibration process executed in advance. Specifically, the image correction unit 33 performs a conversion process (image correction) for returning the captured image captured from diagonally above to the original shape of the work W (that is, the shape of the work W when captured from directly above). It is configured to run. Since such image correction can be performed by various arbitrary methods, detailed description thereof will be omitted.
  • a plurality of models having different sizes are stored in the model storage unit 35.
  • the model storage unit 35 has the maximum number of images in the loading area TA from the model corresponding to the captured image (photographed image of the minimum work W) in the state where one work W is arranged in the loading area TA.
  • a model having a plurality of stages of sizes up to a model corresponding to a photographed image (the photographed image of the maximum work W) in a state where the work W is loaded is stored.
  • the model can be a line image having the same shape as the work W to be transported (work W loaded in the loading area TA of the mounting table P).
  • the model storage unit 35 further stores a plurality of models having different angles for each size of the model, whereby not only the position of the work W but also the angle of the work W ( It is also possible to specify the orientation).
  • the angles of the models differ by 1 degree (that is, 360 models having different angles by 1 degree for each size of the model are prepared).
  • the pattern matching unit 34 is configured to be able to execute a first pattern matching process for pattern matching the image of the captured image data corrected by the image correction unit 33 with all the models stored in the model storage unit 35. By the first pattern matching process, the model having the highest degree of matching (and angle) is selected.
  • the primary detection unit 36 is the uppermost part actually loaded in the loading area TA based on the model of the size (and angle) having the highest degree of matching selected by the first pattern matching process of the pattern matching unit 34. It is configured to detect the planar position (x, y) (and angle ( ⁇ )) of the work W and the loading height (h) of the work W.
  • the primary detection unit 36 is configured to detect the position (x, y) of the corner portion of the selected model as the position of the uppermost work W on the loading area TA, and the work.
  • the angle ( ⁇ ) of W is also detected, the angle ( ⁇ ) of the selected model is configured to be detected as the angle of the uppermost work W on the loading area TA.
  • the origin (0,0) of the captured image can be the position of the corner of the loading area TA.
  • the primary detection unit 36 is based on the size of the matched model, and the height of the work W actually loaded in the loading area TA (that is, from the upper surface of the loading area TA to the upper surface of the uppermost work W). It is configured to detect the length of a straight line along the vertical direction of.
  • the correspondence between the size of the captured image of the work W and the size of the model can be predetermined by calibration processing or the like.
  • the actual loading height calculation unit 37 takes into account the height error (offset height Ho) of the robot hand 20 (work holding unit), and obtains the actual loading height Hw of the work W mounted on the mounting table P. It is configured to detect. Specifically, the actual loading height calculation unit 37 is the "hand height Ht when the bottom surface of the mounting table P (floor surface FP on the mounting table side) is used as a reference" (mounting table side) received from the robot control unit 60. The height from the floor FP to the connection point between the robot hand 20 (work holding part) and the arm part 12) and the "offset height Ho" received from the robot control part 60 (robot hand 20 (work holding part)).
  • the pattern matching unit 34 narrows down the range of the model for pattern matching based on the actual load height Hw detected by the actual load height calculation unit 37, and then corrects the photographed image data by the image correction unit 33.
  • the second pattern matching process for pattern matching the image and the model within the narrowed range can be executed, and the second pattern matching process provides the best matching with higher accuracy than the first pattern matching process. It is configured to reselect models of high degree (and angle).
  • the pattern matching unit 34 may be configured to create a new model having a size based on the actual loading height Hw instead of selecting a part of the models based on the actual loading height Hw.
  • the secondary detection unit 38 is the uppermost portion actually loaded in the loading area TA based on the model of the size (and angle) having the highest degree of matching selected by the second pattern matching process of the pattern matching unit 34. It is configured to rediscover the planar position (x, y) (and angle ( ⁇ )) of the work W and the loading height (h) of the work W.
  • the operation input unit 31 includes a display as a display device and an input unit including an input device such as a keyboard and a mouse, and has a screen display and a screen display normally required in the work transfer system 1.
  • the offset height registration screen 70 which will be described later, can be displayed on the display.
  • the operation input unit 31 is not limited to the configuration including the display and the input unit, as long as it can have the same function in place of the display and the input unit (for example, a display means that can be used remotely). And input means, etc.), but is not limited to this.
  • the work transfer method according to the present embodiment is a work transfer method in which the work W mounted on the mounting table P is transported (carried out) from the mounting table P by the work holding robot 10, and is generally mounted.
  • a calibration processing step for acquiring the theoretical value of the height of the pedestal P (mounting pedestal height Hp) and an offset for specifying an error (offset height Ho) due to the detection accuracy of the surface detection sensor 50. It includes a height measurement processing step and a work transfer processing step of executing a transfer process of the work W by the work holding robot 10.
  • the calibration processing step is first executed prior to the work transfer processing step.
  • the calibration process is a calibration process that is normally performed only once when the mechanical system is delivered.
  • the calibration jig CJ with the characteristic openings, AR markers, etc. is held by the work holding robot 10 and the mounting table P.
  • the camera 40 takes a picture while moving and rotating along the horizontal direction and the vertical direction in the space of the loading area TA, and based on the photographed image taken by this and the information such as the position coordinates of the work holding robot 10. It specifies the spatial coordinates in the loading area TA of the mounting table P.
  • the calibration processing step may be performed at various arbitrary timings such as when the height of the mounting table P is changed in addition to or instead of the time when the mechanical system is delivered.
  • the mounting table height Hp is specified by using this calibration processing step. Specifically, in this calibration processing step, the above-mentioned calculation formula is used by using a calibration jig CJ having an invariant height Hj (thickness) and a calibration gripper CG having an invariant height Hgr. According to (2), the theoretical value of the height of the mounting table P (mounting table height Hp) is acquired. Further, in this calibration processing step, the floor height difference Hgap is also specified (calculated).
  • image correction is performed by performing image analysis based on information such as distortion of the captured image and spatial coordinate values at the time of capturing the captured image. It also executes the process of generating conversion parameters.
  • the offset height measurement process is executed before or in parallel with the workpiece transfer process.
  • the robot hand 20 (work holding portion) is roughly from the floor surface FP on the mounting table side at the time when the contact with the work W (detection target) is detected by the surface detection sensor 50.
  • the height to the connection point between the arm portion 12 and the connection point (upper end portion of the mounting portion 22a in this embodiment) (hand height Ht when the bottom surface of the mounting table P (mounting table side floor surface FP) is used as a reference).
  • the mounting table height Hp is detected on the loading area TA of the mounting table P in which the mounting table height Hp is uniquely specified in the calibration processing step.
  • a detection target whose target height Hs is uniquely specified is placed (S1). At this time, it is preferable that the detection target is placed so that the corner portion thereof is aligned with the corner portion (origin (0, 0)) of the loading area TA of the mounting table P.
  • the detection target for example, one work W whose plate thickness is specified in advance can be used, but the detection target is not limited to this.
  • the offset height registration screen 70 is launched on the display of the operation input unit 31 of the camera system 30 by the user's operation (S2). As shown in FIG. 8, the offset height registration screen 70 has a detection target height display field 71 in which the theoretical value of the detection target height Hs is displayed, and a detection target actually measured using the surface detection sensor 50.
  • a sensor detection height display field 73 that displays the sensor detection height of an object
  • an offset height display field 74 that displays the offset height Ho
  • a reception waiting button 72 that accepts a start operation of the offset height measurement process. It also has a cancel button 75 that accepts a cancel operation of the offset height measurement process.
  • the theoretical value of the detection target height Hs registered in advance (in this embodiment, the thickness of one piece of the work W to be machined) is preset and displayed by default. Is done (S3).
  • the detection target height display field 71 is configured so that the theoretical value displayed by default can be arbitrarily changed by a user input operation. This makes it possible to use, for example, a detection target having a detection target height Hs different from the theoretical value of the detection target height Hs registered in advance. Further, for example, even when a mounting table P other than the mounting table P for which the mounting table height Hp is specified is used in the calibration processing step, the height difference value before and after that (mounting used in the calibration processing step) is used.
  • the difference value between the mounting table height Hp of the mounting table P and the mounting table height Hp of the mounting table P used in the offset height measurement processing process) is added or subtracted from the theoretical value of the detection target height Hs, and this value is added. Can be arbitrarily entered in the detection target height display field 71.
  • the work holding robot 10 is directed toward the detection target (work W) placed on the loading area TA. Starts operation (S5). Then, by detecting the contact between the robot hand 20 and the object to be detected (work W) by the surface detection sensor 50, the case where the above-mentioned "bottom surface of the mounting table P (floor surface FP on the mounting table side) is used as a reference” is used as a reference. "Hand height Ht" is detected (S6).
  • the robot control unit 60 includes the detected hand height Ht, the “mounting table height Hp” and the “floor surface height difference Hgap” specified in the calibration processing step, and the “gripper height Hgr” of the robot hand 20.
  • the sensor detection height (“detection target height Hs” including “offset height Ho”) of the detection target is calculated by the following calculation formula (7) based on the theoretical value (S7). Further, the robot control unit 60 calculates the “offset height Ho” by subtracting the detection target height Hs input to the detection target height display field 71 from the sensor detection height (S8).
  • the calculated sensor detection height and offset height Ho are automatically input to the sensor detection height display field 73 and the offset height display field 74 of the offset height registration screen 70 (S8), respectively, and the offset height. A series of processes in the measurement process is completed.
  • the offset height measurement processing step described above is 1 for one type of work W by utilizing the timing of the check operation normally performed by the user when starting a new work. It is possible to carry out this time, but it is not limited to this, and it is possible to carry out any number of times at any time.
  • the work transfer process is executed after the calibration process is executed and after or in parallel with the offset height measurement process.
  • the planar position of the work W and the load height of the work W will be detected, but the present invention is not limited to this, and in addition to the planar position and load height of the work W. , Information such as the angle of the work W may also be detectable.
  • the work W placed on the loading area TA of the mounting table P is photographed by the camera 40 (S10), and the photographed image data is transferred to the image processing unit 32. Will be sent.
  • the image processing unit 32 receives the captured image data from the camera 40, the image processing unit 32 corrects the captured image data (S11).
  • the image processing unit 32 executes a first pattern matching process for pattern matching the corrected image of the captured image data with all the models stored in the model storage unit 35, and has the highest degree of matching.
  • Select the model S12
  • the work W to be transported is not placed on the loading area TA, for example, the work W cannot be detected (non-). (Detection) is determined, and the work transfer processing process is terminated (not shown).
  • the image processing unit 32 is a planar position of the uppermost work W actually loaded in the loading area TA based on the model having the highest degree of matching selected by the first pattern matching process. (X, y) and the loading height (h) of the work W are detected, and these information are transmitted to the work holding robot 10 (S13).
  • the work holding robot 10 When the work holding robot 10 receives information (x, y, h) regarding the position and loading height of the work W from the camera system 30, the work holding robot 10 brings the robot hand 20 closer to the work W based on the information (x, y, h).
  • the sensing operation is executed (S14). Then, when the work holding robot 10 detects contact with the uppermost work W loaded on the loading area TA by the surface detection sensor 50, the "bottom surface of the mounting table P (mounting table side)" at the time of this contact is reached.
  • the hand height Ht when the floor surface FP) is used as a reference is transmitted to the image processing unit 32 of the camera system 30 (S15).
  • the image processing unit 32 receives the hand height Ht from the work holding robot 10, the hand height Ht and the "mounting table height Hp" and the "floor height difference Hgap” specified in the calibration processing step are displayed. Based on the theoretical value of the "gripper height Hgr” of the robot hand 20 and the "offset height Ho” specified in the offset height measurement processing step, the work W " The actual loading height Hw ”is calculated (S16). As described above, in the work transfer processing step according to the present embodiment, the work mounted on the mounting table P in consideration of the “offset height Ho” (height error of the robot hand 20 (work holding portion)).
  • the user can adjust the surface detection sensor 50 or change the mounting position, or mechanically such as bending or height difference of the hand body 22 to which the surface detection sensor 50 is mounted.
  • the "actual load height Hw" of the work W can be calculated with high accuracy by excluding the error caused by various factors (error caused by the detection accuracy of the surface detection sensor 50).
  • the allowable range in this case can be arbitrarily set, and can be set to, for example, about 3 mm.
  • the load height (h) of the work W detected by the first pattern matching process of the camera system 30 is set. It is determined that there is no abnormality, and the work holding robot 10 uses the position (x, y) and the loading height (h) of the work W detected by the first pattern matching process to carry out the transfer process of the uppermost work W. Execute (S20). Then, the transfer processing of the camera system 30 and the work holding robot 10 for the uppermost work W is completed, and then the transfer process for the work W located at the uppermost portion is started.
  • the load height (h) of the work W detected by the first pattern matching process is detected based on the captured image of the work W, the actual load height can be accurately detected.
  • the effect of the detection error of the loading height (h) on the detection accuracy of the planar position (x, y) is particularly higher than that of the image taken from directly above. big. Therefore, in the work transfer processing step according to the present embodiment, when it is determined that the difference ⁇ h of the height is out of the allowable range, the second pattern matching process is narrowed down to the range of the pattern matching model. The pattern matching process is executed, and the process of rediscovering the planar position (x, y) and the loading height (h) of the work W is executed more accurately.
  • the sensing operation of the work holding robot 10 Select some models based on the "actual loading height Hw" actually detected in.
  • the selection range in this case can be set to, for example, a range from the height obtained by adding the error to the actual loading height Hw to the height obtained by subtracting the error from the actual loading height Hw, and the error in this case is the work.
  • the plate thickness may be W, but the thickness is not limited to these. Further, instead of the process of selecting a part of the models based on the actual load height Hw, the process of creating a new model of the size based on the actual load height Hw may be used.
  • the image processing unit 32 uses the second plurality of models selected or newly created as described above to perform pattern matching (second pattern matching) with the image of the captured image data. ) To reselect the model with the highest degree of matching.
  • the image processing unit 32 is a planar position of the uppermost work W actually loaded in the loading area TA based on the model having the highest degree of matching selected by the second pattern matching process. (X, y) and the loading height (h) of the work W are rediscovered.
  • the planar position (x, y) and the loading height (h) of the work W can be detected more accurately than the first pattern matching process.
  • the image processing unit 32 transmits information on the planar position (x, y) and the loading height (h) of the uppermost work W rediscovered by the second pattern matching process to the work holding robot 10. (S19).
  • the work holding robot 10 receives the information (x, y, h) regarding the position and the loading height of the work W from the camera system 30 again, the work W is transported based on the information. Is executed (S20). Then, the transfer processing of the camera system 30 and the work holding robot 10 for the uppermost work W is completed, and then the transfer process for the work W located at the uppermost portion is started.
  • the above processing is repeatedly executed until the work W is not detected, and when the work W is not detected, a series of processing of the work transfer processing step is completed.
  • the mounting table side floor on which the mounting table P is mounted at the time when the contact with the work W (detection target) is detected by the surface detection sensor 50.
  • the theoretical value of the height to the surface (the above-mentioned “detection target height Hs” + “mounting table height Hp"-”floor surface height difference Hgap") and the height of the robot hand 20 (work holding portion) (the above-mentioned).
  • the height error of the robot hand 20 (work holding portion) (the above-mentioned “offset height Ho") is detected based on the "gripper height Hgr"), and the height error is added to the mounting table. It is configured to detect the actual loading height Hw of the work W placed on P.
  • the work transfer system 1 in order to detect the "actual loading height Hw" of the work W mounted on the mounting table P in consideration of the "offset height Ho". For example, an error due to mechanical factors such as adjustment or change of the mounting position of the surface detection sensor 50 by the user, bending of the hand body 22 to which the surface detection sensor 50 is mounted, and height difference (detection of the surface detection sensor 50).
  • the "actual loading height Hw" of the work W can be calculated with high accuracy by eliminating the error caused by the accuracy).
  • the work holding robot 10 is provided with the robot control unit 60, and the camera system 30 is described with the image processing unit 32, but the present invention is not limited to this, and the robot control unit 60 and image processing are not limited thereto.
  • the main body including the unit 32 can be arbitrarily changed, and one or both of the robot control unit 60 and the image processing unit 32 may be clouded.
  • the robot control unit 60 and the image processing unit 32 have been described as being independent components of each other, but the present invention is not limited to this, and the function as the robot control unit 60 and the image processing unit are not limited thereto. It may be a single control unit having both functions as 32.
  • the work holding robot 10 has been described as having the offset height measuring unit 62, but the present invention is not limited to this, and the camera system 30 may be configured to include the offset height measuring unit 62. However, a system other than the work holding robot 10 and the camera system 30 may be configured to include the offset height measuring unit 62.
  • the surface detection sensor 50 has been described as being attached to the hand body 22 of the robot hand 20, but the present invention is not limited to this, and the attachment position of the surface detection sensor 50 can be arbitrarily changed. Is.
  • the "detection target height Hs" used for calculating the "offset height Ho” is the thickness of the work W placed on the mounting table P (that is, the robot hand 20).
  • the robot hand 20 is brought into contact with the work W), but the robot hand 20 is not limited to this, and for example, the robot hand 20 is brought into contact with another part having a height that can be mechanically fixed or uniquely specified, and the robot hand 20 is brought into contact with the work W.
  • the "offset height Ho" may be calculated by using the height value as the "detection target height Hs". Examples of such "other parts” include, but are not limited to, the upper surface portion of the magnet floater M.

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Abstract

表面検出センサにより検出対象物との接触が検出された時点における、載置台が載置された載置台側床面からワーク保持部とアーム部との接続点までの高さと、載置台側床面から検出対象物の表面までの高さと、ワーク保持部の高さの理論値とに基づいて、ワーク保持部の高さ誤差を検出し、該ワーク保持部の高さ誤差を加味して、載置台上に載置されたワークの実積載高さを検出するよう構成されている。

Description

ワーク搬送システム及びワーク搬送方法
 本発明は、載置場所に配置されているワークを自動で搬送するワーク搬送システム及びワーク搬送方法に関する。
 従来、パレット等の載置場所に配置されているワークをワーク保持用ロボットで保持し、曲げ加工機(ベンディングマシン)等の加工機へと搬送するように構成された加工システムが知られている(特許文献1)。
 特許文献1に記載の加工システムは、載置場所の中央の直上に設置された1台のカメラにより載置場所全体を撮影すると共に、該撮影されたワークの画像に基づいてワークの位置及び積載高さを検出し、該検出されたワークの位置及び積載高さの情報に基づいてワーク保持用ロボットを制御するよう構成されている。
 また、特許文献1に記載の加工システムは、ワーク保持用ロボットのワークを保持する部分に、ワークの実積載高さを検出するセンサ(実積載高さ検出部)が取り付けられており、該センサで検出したワークの実積載高さからワーク1枚分の厚さを減じた最新の実積載高さを、最上部のワークを搬送した後のワークの積載高さとして更新するよう構成されている。このような構成を備える特許文献1に記載の加工システムによれば、ワークの積載高さの検出精度を高めることが可能となるため、ワーク保持用ロボットの動作精度を高い水準で維持することが可能となる。
特開2018-120388号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の加工システムでは、センサが反応した時点における機械的な理論値のみでワークの実積載高さを特定しているため、例えばユーザによるセンサの調整乃至取り付け位置の変更や、該センサが取り付けられるフレームの撓み等の機械的な要因により、機械的な理論値により特定されたワークの積載高さと、ワークの実際の積載高さとの間に誤差が生じ、ワークの実積載高さの検出精度が低下するおそれがある。また、このようなワークの実積載高さの検出精度の低下は、ワークの位置検出精度の低下にも直結するため、ワーク保持用ロボットの動作精度が低下するおそれがある。
 そこで、本発明は、ワークの実積載高さを高精度に検出することが可能なワーク搬送システム及びワーク搬送方法を提供することを目的とする。
 本発明に係るワーク搬送システムは、ワークを載置可能な載置台と、前記載置台上に載置されたワークを該載置台上から搬送可能に構成されたワーク保持用ロボットとを備えるワーク搬送システムであって、前記ワーク保持用ロボットは、ワークを保持可能なワーク保持部と、該ワーク保持部を検出対象物に対して接近又は離間させるアーム部と、該ワーク保持部が検出対象物に接触したことを検出可能な表面検出センサとを備えており、前記表面検出センサにより前記検出対象物との接触が検出された時点における、前記載置台が載置された載置台側床面から前記ワーク保持部と前記アーム部との接続点までの高さと、前記載置台側床面から前記検出対象物の表面までの高さと、前記ワーク保持部の高さの理論値とに基づいて、前記ワーク保持部の高さ誤差を検出し、該ワーク保持部の高さ誤差を加味して、前記載置台上に載置されたワークの実積載高さを検出するよう構成されていることを特徴とする。
 また、本発明に係るワーク搬送方法は、載置台上に載置されたワークをワーク保持用ロボットによって該載置台上から搬送するワーク搬送方法であって、前記ワーク保持用ロボットは、ワークを保持可能なワーク保持部と、該ワーク保持部を検出対象物に対して接近又は離間させるアーム部と、該ワーク保持部が検出対象物に接触したことを検出可能な表面検出センサとを備えており、前記表面検出センサにより前記検出対象物との接触が検出された時点における、前記載置台が載置された載置台側床面から前記ワーク保持部と前記アーム部との接続点までの高さと、前記載置台側床面から前記検出対象物の表面までの高さと、前記ワーク保持部の高さの理論値とに基づいて、前記ワーク保持部の高さ誤差を検出し、該ワーク保持部の高さ誤差を加味して、前記載置台上に載置されたワークの実積載高さを検出することを特徴とする。
 本発明によれば、ワークの実積載高さを高精度に検出することが可能なワーク搬送システム及びワーク搬送方法を提供することができる。
本発明に一実施形態に係るワーク搬送システムの構成例を概略的に示す斜視図である。 本実施形態に係るロボットハンドを概略的に示す正面図である。 本実施形態に係るロボットハンドを概略的に示す底面図である。 キャリブレーション処理時における各構成の高さ関係を示す模式図である。 オフセット高さ測定処理時における各構成の高さ関係を示す模式図である。 本実施形態に係るカメラシステム及びワーク保持用ロボットにおける機能的構成を概略的に示すブロック図である。 本実施形態に係るワーク搬送方法のオフセット高さ測定処理工程の流れを示すフローチャートである。 本実施形態に係るオフセット高さ登録画面の一例を示す画面図である。 本実施形態に係るワーク搬送方法のワーク搬送処理工程の流れを示すフローチャートである。
 以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、本実施形態においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や、一部の構成要素が省略されている場合がある。
 [ワーク搬送システムの全体構成]
 図1は、本発明の一実施形態に係るワーク搬送システム1の構成例を概略的に示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態に係るワーク搬送システム1は、ワークWを載置可能な積載エリアTAを有する載置台Pと、載置台P上に載置されたワークWを該載置台P上から搬送(搬出)可能に構成されたワーク保持用ロボット10と、載置台P上に載置されたワークWを撮影し、該撮影されたワークWの画像に基づいてワークWの位置及び積載高さを検出するカメラシステム30(図6参照)とを備えている。また、本実施形態に係るワーク搬送システム1は、曲げ加工機等の加工機を更に含んでいても良く、該加工機と共にワークWの自動加工システムを構成しても良い。
 本実施形態に係るワーク搬送システム1において、載置台P及びワーク保持用ロボット10は、図1に示すように、作業場の床面F上に設置されている。具体的には、ワーク保持用ロボット10は、加工機近傍の床面(以下、「ロボット側床面FR」という)上に設置されており、載置台Pは、例えば、ワーク保持用ロボット10を境として加工機の反対側の領域の床面(以下、「載置台側床面FP」という)上に設置されている。これらロボット側床面FR及び載置台側床面FPは、高低差のない面一の床面Fを構成することが好ましいが、床面Fの歪みや段差等により、これらの間に高低差が存在しても良い。以下、ロボット側床面FRと載置台側床面FPとの当該高低差を「床面高低差Hgap」という。なお、該床面高低差Hgapは、後述するキャリブレーション処理によって特定することが可能である。
 [載置台の構成]
 載置台Pは、図1に示すように、載置台側床面FP上に載置されたパレットであり、その上面に、ワークWを載置可能な積載エリアTAを有している。載置台Pの高さ(以下、「載置台高さHp」という)は、機械的に固定又は一義的に特定可能となっており、例えば、後述するキャリブレーション処理によって特定することが可能である。なお、本明細書において、載置台高さHpは、ロボット側床面FRを基準とした高さ、すなわち、ロボット側床面FRから載置台Pの積載エリアTAにおける上面までの鉛直方向に沿った直線長さであり、例えば図4に示すように床面高低差Hgapが存在する場合には、該床面高低差Hgapを含む高さを意図している。
 また、載置台Pの周囲所定箇所には、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWを磁力によって浮上させるマグネットフロータM(図1では図示省略。図4等参照)と、積載エリアTAに積載されたワークWに照射光を照射可能な複数個の発光ダイオード(LED)等を有する照明設備Lとが設けられている。本実施形態に係るワーク搬送システム1は、マグネットフロータMによって、ワーク保持用ロボット10によるワークWの保持を補助すると共に、照明設備Lによって、後述するカメラ40によるワークWの撮影を補助するよう構成されている。なお、これら載置台P、マグネットフロータM及び照明設備Lは、種々の公知の構成を任意に採用可能であるため、その詳細な説明を省略する。
 [ワーク保持用ロボットの構成]
 ワーク保持用ロボット10は、図1に示すように、載置台Pと、ワークWの搬送先(例えば、加工機等)との間に配置されており、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWを保持し、該ワークWを加工機等の搬送先に向けて搬送するように構成されている。
 具体的には、ワーク保持用ロボット10は、ロボット側床面FR上においてワーク保持用ロボット10を移動させるための移動機構14と、ワークWを保持可能なロボットハンド(ワーク保持部)20と、ロボットハンド20をワークW(検出対象物)に対して接近又は離間させるアーム部12と、ロボットハンド20がワークW(検出対象物)に接触したことを検出可能な表面検出センサ50と、ワーク保持用ロボット10の制御を行うロボット制御部60とを備えている。
 移動機構14は、ロボット側床面FR上に敷設されたレール部14aと、該レール部14a上に沿って移動可能なベース台14bと、ベース台14bを駆動させるベース台駆動手段(図示せず)とを有する所謂直動機構であり、ロボット制御部60からの制御信号に基づいて、ロボット側床面FR上においてワーク保持用ロボット10を移動させるよう構成されている。なお、移動機構14は、種々の公知の構成を採用可能であるため、その詳細な説明を省略する。
 アーム部12は、一端部が移動機構14のベース台14bに連結されると共に、他端部がロボットハンド20に連結されており、ロボット制御部60からの制御信号に基づいて、ロボットハンド20をワークWに対して接近又は離間させるよう構成されている。本実施形態において、アーム部12は、6軸の制御軸を有する多関節アームであり、載置台PからのワークWの搬送だけではなく、加工機等へのワークWの搬送(搬入)、ワークWの加工(曲げ加工)の補助、及び、加工機等からの製品(曲げ加工品)の搬送(搬出)等を実行可能に構成されている。
 具体的には、アーム部12は、図1に示すように、ベース台14bの上部に設けられたアーム支持部材12aと、アーム支持部材12aの先端部に連結された下部アーム12bと、下部アーム12bの先端部に連結された第1上部アーム12cと、第1上部アーム12cの先端部に連結された第2上部アーム12dと、第2上部アーム12dの先端部に連結された第1リスト12eと、第1リスト12eの先端部に連結された第2リスト12fと、これら各構成要素をそれぞれ駆動させるモータ等の駆動手段(図示せず)とを備えている。
 アーム支持部材12aは、鉛直(垂直)な軸を中心として、ベース台14bに対して水平方向に旋回可能となっており、下部アーム12bは、水平な軸を中心として、アーム支持部材12aに対して鉛直方向に揺動可能となっており、第1上部アーム12cは、水平な軸(図1に示す制御軸S)を中心として、下部アーム12bに対して鉛直方向に揺動可能となっている。また、第2上部アーム12dは、該第2上部アーム12dの中心軸を中心として回転可能となっており、第1リスト12eは、水平な軸を中心として、第2上部アーム12dに対して鉛直方向に揺動可能となっている。さらに、第2リスト12fは、その先端部にロボットハンド20が着脱可能となっており、かつ、該第2リスト12fの中心軸を中心として回転可能となっている。
 アーム部12は、後述するキャリブレーション処理工程において、ワーク保持用ロボット10の底面(すなわち、ロボット側床面FR)から所定の基準部位までの高さ(以下、「ベース座標原点の高さ」という)を機械的に固定又は一義的に特定可能に構成されている。本実施形態において、「ベース座標原点の高さ」は、ロボット側床面FRから第1上部アーム12cの制御軸Sまでの鉛直方向に沿った直線長さをいうものとするが、これに限定されるものではなく、基準部位は任意に変更可能である。
 なお、アーム部12は、種々の公知の構成を採用可能であるため、その詳細な説明を省略する。また、アーム部12は、上述した6軸の制御軸を有する多関節アームの構成に限定されず、種々の公知の構成を任意に採用することが可能である。
 ロボットハンド20は、図2及び図3に示すように、アーム部12の第2リスト12fの先端部に着脱可能に装着されるハンド本体22と、ハンド本体22に取り付けられ、ワークWを保持可能に構成された複数のグリッパ24とを備えている。
 ハンド本体22は、アーム部12の第2リスト12fの先端部に着脱可能に装着される装着部22aと、装着部22aに結合された第1支持バー22bと、第1支持バー22bにその長手方向に間隔を置いて設けられた複数の第2支持バー22cとを有している。なお、ハンド本体22の形状は、図示の例に限定されず、ワークWの形状等に応じて任意に変更することが可能である。
 グリッパ24は、各第2支持バー22cの両末端部にそれぞれ取り付けられており、それぞれ、エアを吸引するエア吸引源(図示せず)に配管を介して接続されている。各グリッパ24は、その下端部にワークWの表面に吸着可能(接触可能)な平型の吸着パッド26を備えており、エア吸引源によるエアの吸引力によって、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWの表面に吸着するよう構成されている。エア吸引源は、表面検出センサ50によってロボットハンド20とワークWとの接触が検出された際(具体的には、後述する近接センサ56によって後述するドグ57が検出された際)に、吸引動作を開始するように構成されている。
 ロボットハンド20の高さ(以下、「グリッパ高さHgr」という)は、機械的に固定又は一義的に特定可能となっており、例えばロボットハンド20の規格等によって特定することが可能である。なお、本明細書において、グリッパ高さHgrは、図2に示すように、ロボットハンド20の基端部(本実施形態では装着部22aの上端部)から先端部(本実施形態では吸着パッド26の下端部)までの鉛直方向に沿った直線長さであり、表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差(後述するオフセット高さHo)を含まないロボットハンド20の機械的な高さの理論値を意図している。
 なお、ロボットハンド20は、種々の公知の構成を採用可能であるため、その詳細な説明を省略する。また、ロボットハンド20は、上述した吸着方式に限定されず、種々の公知の構成を任意に採用することが可能である。
 [表面検出センサ]
 表面検出センサ50は、図2及び図3に示すように、ロボットハンド20のハンド本体22の任意の位置に取り付けられており、吸着パッド26がワークWの表面に接触したことを検出することが可能に構成されている。なお、本明細書において、「ワークWの表面に接触した」には、ワークWの表面に完全に接触した場合に加え、ワークWの表面に接触したと評価し得る程度に近接した場合も含むこととする。
 具体的には、表面検出センサ50は、ロボットハンド20のハンド本体22に取り付け可能に構成されたブラケット52と、吸着パッド26に先立ってワークWの表面に接触する接触ピン54と、接触ピン54がワークWの表面に接触したことを検出する近接センサ56とを備えている。
 ブラケット52は、ハンド本体22の第1支持バー22b及び第2支持バー22cに対して平行な平行部と、該平行部に対して垂直な垂直部とを有するL型のブラケットであり、該垂直部が接触ピン54の進退方向に沿って延びるよう、ハンド本体22に対して取り付け可能に構成されている。ブラケット52は、ハンド本体22の第1支持バー22b及び第2支持バー22cに対して着脱可能に構成されている。すなわち、表面検出センサ50は、接触ピン54や吸着パッド26がワークWの表面に確実に接触できるよう、ワークWに形成された穴の位置やワークWの形状及び表面の凹凸等に応じて、ハンド本体22に対する取り付け位置を変更可能となっている。
 接触ピン54は、ハンド本体22の第1支持バー22b及び第2支持バー22cを境として、その先端部がワークWと接触する側(ハンド本体22のグリッパ24側)に位置し、基端部がその反対側(ハンド本体22の装着部22a側)に位置するよう、ブラケット52の平行部を貫通して設けられている。
 接触ピン54は、コイルスプリング55によってその先端方向(ワークWに向かう方向)に向けて付勢されており、ワークWと接触する前の状態(コイルスプリング55が圧縮していない状態)において、その先端部がグリッパ24の吸着パッド26よりもワークWに近い側に位置する長さを有している。また、接触ピン54は、ワークWとの接触によってコイルスプリング55が圧縮することにより、基端部側に後退するよう構成されている。
 接触ピン54の基端部には、近接センサ56により検出されることが可能なドグ57が設けられている。ドグ57は、接触ピン54がワークWと接触する前の状態(コイルスプリング55が圧縮していない状態)においては近接センサ56により検出されず、かつ、接触ピン54がワークWと接触して基端部側に規定量d(図2参照)分後退した状態(コイルスプリング55が圧縮した状態)において、近接センサ56により検出されることが可能な位置に配されている。
 近接センサ56は、ブラケット52の垂直部に設けられており、接触ピン54がワークWと接触して基端部側に規定量d分後退した際に、接触ピン54のドグ57を検出するよう構成されている。すなわち、本実施形態に係る表面検出センサ50は、接触ピン54の先端部が載置台P上に載置されたワークWの表面に接触し、該接触ピン54がコイルスプリング55の付勢力に抗しつつ基端部側(上方向)へ規定量d分後退することにより、近接センサ56によってドグ57が検出されるように構成されており、該ドグ57の検出により、吸着パッド26がワークWの表面に接触したことを検出可能に構成されている。
 なお、表面検出センサ50は、上述した構成に限定されず、ロボットハンド20がワークWに接触したことを検出可能な構成であれば、非接触式のセンサやワーク保持用ロボット10の力覚センサ等も含め、種々の公知の構成を任意に採用することが可能である。
 [ロボット制御部]
 ロボット制御部60は、カメラシステム30の後述する画像処理部32から供給されるワークWの位置(x,y)及び積載高さ(h)の情報に基づいて、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWにロボットハンド20が到達するよう、移動機構14及びアーム部12を制御するよう構成されている。また、ロボット制御部60は、最上部のワークWにロボットハンド20が到達し、表面検出センサ50によりロボットハンド20と該最上部のワークWとの接触が検出された際に、ロボットハンド20により該最上部のワークWを保持するようエア吸引源を制御すると共に、該保持したワークWを加工機等の搬送先に向けて搬送するよう、移動機構14及びアーム部12を制御するよう構成されている。
 また、ロボット制御部60は、表面検出センサ50の検出精度に起因するロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ測定誤差(オフセット高さHo)を検出するオフセット高さ測定部62を備えている。さらに、ロボット制御部60は、後述するオフセット高さ測定処理工程において、オフセット高さ測定部62により検出したオフセット高さHoをカメラシステム30に送信可能に構成されると共に、後述するワーク搬送処理工程において、表面検出センサ50によってワークWの表面が検出された際の手先高さHt(後述する「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」)をカメラシステム30に順次送信可能に構成されている。以下、オフセット高さ測定部62の具体的な構成について説明する。
 オフセット高さ測定部62は、図4に示すように、後述するキャリブレーション処理工程において、載置台P上に載置された「キャリブレーションジグCJの高さHj」と、ロボットハンド20(ワーク保持部)に代えてアーム部12に装着された「キャリブレーショングリッパCGの高さHgr」と、キャリブレーショングリッパCGがキャリブレーションジグCJに接触した時点における、ロボット側床面FRからワーク保持用ロボット10の所定の基準部位までの高さ(ベース座標原点の高さ)と、同時点における、同基準部位からキャリブレーショングリッパCGとアーム部12との接続点までの高さ(ベース座標原点を基準とした場合の手先高さHbt)とに基づいて、「載置台高さHp」を検出するよう構成されている。すなわち、「ベース座標原点の高さ」については、図4に示すように以下の計算式(1)が成立するところ、これを以下の計算式(2)のとおり変形することで、「載置台高さHp」を一義的に算出することができる。
 [計算式(1)]
  「ベース座標原点の高さ」=Hp+Hj+Hgr+Hbt
 [計算式(2)]
  Hp=「ベース座標原点の高さ」-Hj-Hgr-Hbt
 なお、キャリブレーションジグCJとは、後述するキャリブレーション処理工程において使用する板状の部材であり、その高さHj(厚さ)を一義的に特定することが可能に構成されている。また、キャリブレーショングリッパCGとは、後述するキャリブレーション処理工程において使用するキャリブレーション専用のロボットハンドであり、表面検出センサの調整が不可能とされることにより、その高さHgrを一義的に特定することが可能に構成されている。
 また、上記計算式(1)及び(2)において、「ベース座標原点を基準とした場合の手先高さHbt」とは、キャリブレーショングリッパCGとキャリブレーションジグCJとの接触時における、ベース座標原点からロボットハンド20の基端部(本実施形態では装着部22aの上端部)までの鉛直方向に沿った直線長さをいい、機械的に固定又は一義的に特定可能となっている。
 また、オフセット高さ測定部62は、図5に示すように、後述するオフセット高さ測定処理工程において、表面検出センサ50によりワークW(検出対象物)との接触が検出された時点における、載置台側床面FPからロボットハンド20(ワーク保持部)とアーム部12との接続点(本実施形態では装着部22aの上端部)までの高さ(載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt)と、載置台側床面FPからワークW(検出対象物)の表面までの高さ(「検出対象高さHs」+「載置台高さHp」-「床面高低差Hgap」)と、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さの理論値(グリッパ高さHgr)とに基づいて、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差(オフセット高さHo)を検出するよう構成されている。
 ここで、載置台側床面FPからワークW(検出対象物)の表面までの高さは、載置台側床面FPから載置台Pの表面までの高さ(「載置台高さHp」-「床面高低差Hgap」)と、載置台P上に載置されたワークW(検出対象物)の高さ(検出対象高さHs)とを含んでいる。また、載置台側床面FPから載置台Pの表面までの高さは、ロボット側床面FRから載置台Pの表面までの載置台高さ(載置台高さHp)と、載置台側床面FPとロボット側床面FRとの高低差(床面高低差Hgap)とを含んでおり、これら載置台高さHp及び床面高低差Hgapに基づいて検出することが可能である。
 具体的には、オフセット高さ測定部62は、「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」と、「床面高低差Hgap」、「載置台高さHp」、「検出対象高さHs」及び「グリッパ高さHgr」とに基づいて、「オフセット高さHo」を特定するよう構成されている。
 すなわち、「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」については、図5に示すように、理論的には、以下の計算式(3)が成立するはずである。しかしながら、本発明者は、実際に計測すると以下の計算式(3)が成立しない場合があることを発見し、鋭意検討の結果、その原因が、例えばユーザによる表面検出センサ50の調整乃至取り付け位置の変更や、該表面検出センサ50が取り付けられるハンド本体22の撓みや高低差等の機械的な要因に起因することを見出した。そこで、本発明者は、以下の計算式(3)を、表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差(オフセット高さHo)を考慮した以下の計算式(4)に改めると共に、これを以下の計算式(5)のとおり変形することで、「オフセット高さHo」を一義的に算出することとした。
 [計算式(3)]
  Ht=(Hp-Hgap)+Hs+Hgr
 [計算式(4)]
  Ht=(Hp-Hgap)+Hs+(Hgr+Ho)
 [計算式(5)]
  Ho=Ht-Hp+Hgap-Hs-Hgr
 なお、上記計算式(3)~(5)において、「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」とは、表面検出センサ50によるワーク表面検出時における、載置台Pの底面(載置台側床面FP)からロボットハンド20の基端部(本実施形態では装着部22aの上端部)までの鉛直方向に沿った直線長さをいい、機械的に固定又は一義的に特定可能となっている。
 また、上記計算式(3)~(5)において、「検出対象高さHs」とは、載置台Pの上面からロボットハンド20が接触した部位の表面(表面検出センサ50により検出された表面)までの鉛直方向に沿った直線長さをいう。すなわち、ロボットハンド20をワークWに接触させる場合には、載置台P上に載置されたワークWの厚みが「検出対象高さHs」となり、例えば載置台P上に1枚のワークWのみが載置されている場合には、該ワークWの1枚の板厚であり、載置台P上に複数枚のワークWが積載されている場合には、該複数枚のワークWの板厚の合計値である。なお、この「検出対象高さHs」は、後述するオフセット高さ登録画面70(図8参照)を介してユーザが入力することが可能となっている。
 さらに、上記計算式(4)及び(5)において、「オフセット高さHo」は、表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差であり、より具体的には、表面検出センサ50に関する上述した機械的な要因により、近接センサ56とドグ57との間の本来の検出距離(規定量d)と、実際の検出距離d´(図示せず)との間に生じた検出距離の差(Δd=d-d´)である。
 [カメラシステムの構成]
 カメラシステム30は、図1及び図6に示すように、載置台P上に載置されたワークWを撮影可能な1台のカメラ40と、カメラ40により撮影されたワークWの撮影画像に基づいて、ワークWの位置及び積載高さを検出する画像処理部32と、作業者によって情報の入力や設定等が行われる操作入力部31とを備えている。
 [カメラ]
 カメラ40は、例えば安価で汎用性の高い単眼カメラ(すなわち、レンズ及びイメージセンサが1つずつ配されたカメラ)により構成され、図1に示すように、積載エリアTAの全体又は一部を撮影範囲として撮影可能となるよう、載置台Pの積載エリアTAの上部に、カメラスタンド41等の支持部材を介して配置されている。
 本実施形態において、カメラ40は、図1に示すように、ワーク保持用ロボット10と干渉しない位置、例えば載置台Pの中央の直上よりもワーク保持用ロボット10から離れる方向に外れた位置(載置台Pの斜め上方位置)に配置されており、載置台Pの積載エリアTA及びワークWを斜め上方から撮影するよう構成されている。本実施形態では、このようにカメラ40が載置台Pの斜め上方位置に配置されることにより、ワークWをクレーン等を用いて載置台P上に搬入する際や、ワーク保持用ロボット10によってワークWを搬送する際におけるカメラ40の干渉リスクを低減させることができる。
 カメラ40は、撮影した撮影画像データを画像処理部32に供給するよう構成されている。なお、本実施形態に係るカメラシステム30は、カメラ40からデジタル信号(撮影画像データ)を直接出力する構成であっても良いし、カメラ40から出力されたアナログ信号(撮影画像信号)をA/Dコンバータ(図示せず)等でデジタル信号(撮影画像データ)に変換して出力する構成であっても良い。
 また、カメラ40は、載置台Pに積載されているワークWを撮影する際に該ワークWに照明光が照射されるよう、照明設備Lと連動可能に構成されている。このような構成によれば、ワークWのエッジが明確化され、後述するパターンマッチングによってワークWの位置を検出する際にワークWの位置が検出しやすくなるという利点がある。
 [画像処理部]
 画像処理部32は、カメラ40から供給された撮影画像データに基づいて、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWの位置及び積載高さを検出し、検出した位置及び積載高さの情報をロボット制御部60に供給するよう構成されている。すなわち、画像処理部32は、積載エリアTAに積載された複数のワークWのうちの最上部のワークWの位置及び積載高さを高精度に検出するワーク検出装置として機能することが可能に構成されている。
 具体的には、画像処理部32は、図6に示すように、カメラ40から供給された撮影画像データを補正する画像補正部33と、ワークWのモデルが複数記憶されているモデル記憶部35と、補正された撮影画像データの画像とモデル記憶部35に記憶されているワークWのモデルとのパターンマッチングを実行するパターンマッチング部34と、パターンマッチング部34の後述する第1パターンマッチング処理の結果に基づいて、ワークWの位置及び高さを検出する一次検出部36と、表面検出センサ50による表面検出に基づいて、積載エリアTAに積載されたワークWの実積載高さHwを算出する実積載高さ算出部37と、パターンマッチング部34の後述する第2パターンマッチング処理の結果に基づいて、ワークWの位置及び高さを再検出する二次検出部38と、ワーク保持用ロボット10との間においてデータ通信を行う送受信部39とを備えている。
 画像補正部33は、予め実行されたキャリブレーション処理に基づいて求められた変換パラメータを用いて、撮影画像データを補正するよう構成されている。具体的には、画像補正部33は、斜め上方から撮影された撮影画像を、本来のワークWの形状(すなわち、直上から撮影した場合のワークWの形状)に戻す変換処理(画像補正)を実行するよう構成されている。なお、このような画像補正は、種々の任意の方法により実行することが可能であるため、その詳細な説明を省略する。
 モデル記憶部35には、大きさが異なる複数のモデルが記憶されている。具体的には、モデル記憶部35は、積載エリアTAに1枚のワークWが配置された状態における撮影画像(最小のワークWの撮影画像)に対応するモデルから、積載エリアTAに最大枚数のワークWが積載された状態における撮影画像(最大のワークWの撮影画像)に対応するモデルまでの複数段階の大きさのモデルを記憶している。モデルは、搬送対象となるワークW(載置台Pの積載エリアTAに積載されたワークW)と同形の線画像とすることができる。
 なお、モデル記憶部35には、モデルの大きさ毎に、角度を異ならせた複数のモデルが更に記憶されていることが好ましく、これにより、ワークWの位置だけでなく、ワークWの角度(向き)を特定することも可能となる。この場合におけるモデルの角度は、1度ずつ異なること(すなわち、モデルの大きさ毎に1度ずつ角度が異なる360個のモデルが用意されること)が好ましい。
 パターンマッチング部34は、画像補正部33により補正された撮影画像データの画像と、モデル記憶部35に記憶されている全てのモデルとをパターンマッチングする第1パターンマッチング処理を実行可能に構成されており、該第1パターンマッチング処理により、最も一致度の高い大きさ(及び角度)のモデルを選択するよう構成されている。
 一次検出部36は、パターンマッチング部34の第1パターンマッチング処理により選択された最も一致度の高い大きさ(及び角度)のモデルに基づいて、積載エリアTAに実際に積載されている最上部のワークWの平面的な位置(x,y)(及び角度(θ))と、ワークWの積載高さ(h)とを検出するよう構成されている。
 具体的には、一次検出部36は、選択されたモデルの角部の位置(x,y)を積載エリアTA上の最上部のワークWの位置として検出するよう構成されており、また、ワークWの角度(θ)も検出する場合には、選択されたモデルの角度(θ)を積載エリアTA上の最上部のワークWの角度として検出するよう構成されている。なお、撮影画像の原点(0,0)は、積載エリアTAの角部の位置とすることができる。また、一次検出部36は、マッチングしたモデルの大きさに基づいて、積載エリアTAに実際に積載されているワークWの高さ(すなわち、積載エリアTAの上面から最上部のワークWの上面までの鉛直方向に沿った直線長さ)を検出するよう構成されている。なお、ワークWの撮影画像の大きさとモデルの大きさとの対応関係は、キャリブレーション処理等によって予め定められることが可能である。
 実積載高さ算出部37は、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差(オフセット高さHo)を加味して、載置台P上に載置されたワークWの実積載高さHwを検出するよう構成されている。具体的には、実積載高さ算出部37は、ロボット制御部60から受信した「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」(載置台側床面FPからロボットハンド20(ワーク保持部)とアーム部12との接続点までの高さ)と、同じくロボット制御部60から受信した「オフセット高さHo」(ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差)と、載置台側床面FPから載置台Pの表面までの高さ(「載置台高さHp」-「床面高低差Hgap」)と、ロボットハンド20(ワーク保持部)の「グリッパ高さHgr」の理論値とに基づいて、以下の計算式(6)により、積載エリアTA上に載置されたワークWの「実積載高さHw」を算出するよう構成されている。
 [計算式(6)]
  Hw=Ht-Hp+Hgap-Hgr-Ho
 また、パターンマッチング部34は、実積載高さ算出部37により検出された実積載高さHwに基づいてパターンマッチングするモデルの範囲を絞り込んだ上で、画像補正部33により補正された撮影画像データの画像と、絞り込んだ範囲内のモデルとをパターンマッチングする第2パターンマッチング処理を実行可能に構成されており、該第2パターンマッチング処理により、第1パターンマッチング処理よりも高精度に、最も一致度の高い大きさ(及び角度)のモデルを再選択するよう構成されている。なお、パターンマッチング部34は、実積載高さHwに基づく一部のモデルを選択する構成に代えて、実積載高さHwに基づいた大きさの新たなモデルを作成する構成としても良い。
 二次検出部38は、パターンマッチング部34の第2パターンマッチング処理により選択された最も一致度の高い大きさ(及び角度)のモデルに基づいて、積載エリアTAに実際に積載されている最上部のワークWの平面的な位置(x,y)(及び角度(θ))と、ワークWの積載高さ(h)とを再検出するよう構成されている。
 [操作入力部]
 操作入力部31は、図1に示すように、表示装置としてのディスプレイと、キーボードやマウス等の入力装置からなる入力部とを備えており、ワーク搬送システム1において通常必要とされる画面表示及び情報入力の機能に加え、ディスプレイ上に後述するオフセット高さ登録画面70を表示可能に構成されている。なお、操作入力部31は、ディスプレイと入力部とを備える構成に限定されず、これらディスプレイ及び入力部に代わり同等の機能を備えることができるものであれば(例えば、遠隔から利用可能な表示手段や入力手段等)、これに限定されるものではない。
 [ワーク搬送方法]
 次に、本実施形態に係るワーク搬送システム1を用いて行うワーク搬送方法について、説明する。本実施形態に係るワーク搬送方法は、載置台P上に載置されたワークWをワーク保持用ロボット10によって載置台P上から搬送(搬出)するワーク搬送方法であり、概略的には、載置台Pの高さ(載置台高さHp)の理論値を取得するキャリブレーション処理工程(前処理工程)と、表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差(オフセット高さHo)を特定するオフセット高さ測定処理工程と、ワーク保持用ロボット10によるワークWの搬送処理を実行するワーク搬送処理工程とを含んでいる。
 [キャリブレーション処理工程(前処理工程)]
 本実施形態に係るワーク搬送方法では、ワーク搬送処理工程に先立ち、まず、キャリブレーション処理工程が実行される。キャリブレーション処理工程は、機械システム納入時に通常一度だけ行われる校正処理であり、特徴点となる開口やARマーカ等が施されたキャリブレーションジグCJをワーク保持用ロボット10によって保持し、載置台Pの積載エリアTAの空間上において水平方向及び鉛直方向に沿って移動及び回転させながらカメラ40によって撮影し、これにより撮影された撮影画像とワーク保持用ロボット10の位置座標等の情報に基づいて、載置台Pの積載エリアTAにおける空間座標を特定するものである。なお、キャリブレーション処理工程は、機械システム納入時に加えて又はこれに代えて、載置台Pの高さを変更した時等の種々の任意のタイミングで実施しても良い。
 本実施形態に係るワーク搬送方法では、このキャリブレーション処理工程を利用して、載置台高さHpを特定する。具体的には、このキャリブレーション処理工程において、高さHj(厚さ)が不変のキャリブレーションジグCJと、高さHgrが不変のキャリブレーショングリッパCGとを使用することで、既述の計算式(2)により、載置台Pの高さ(載置台高さHp)の理論値を取得する。また、このキャリブレーション処理工程では、床面高低差Hgapも併せて特定(算出)する。
 さらに、本実施形態に係るワーク搬送方法では、このキャリブレーション処理工程において、撮影画像の歪み及び該撮影画像の撮影時における空間座標値等の情報に基づいて画像解析することにより、画像補正用の変換パラメータを生成する処理も実行する。
 [オフセット高さ測定処理工程]
 次に、本実施形態に係るワーク搬送方法では、ワーク搬送処理工程の前又はこれと並行して、オフセット高さ測定処理工程が実行される。オフセット高さ測定処理工程は、概略的には、表面検出センサ50によりワークW(検出対象物)との接触が検出された時点における、載置台側床面FPからロボットハンド20(ワーク保持部)とアーム部12との接続点(本実施形態では装着部22aの上端部)までの高さ(載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt)と、載置台側床面FPからワークW(検出対象物)の表面までの高さ(「検出対象高さHs」+「載置台高さHp」-「床面高低差Hgap」)と、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さの理論値(グリッパ高さHgr)とに基づいて、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差(オフセット高さHo)を検出する処理を実行する工程である。
 具体的には、オフセット高さ測定処理工程では、図7に示すように、まず、キャリブレーション処理工程で載置台高さHpが一義的に特定された載置台Pの積載エリアTA上に、検出対象高さHsが一義的に特定されている検出対象物を載置する(S1)。この際、検出対象物は、その角部を載置台Pの積載エリアTAの角部(原点(0,0))に合わせて載置されることが好ましい。検出対象物としては、例えば、板厚が予め特定されている1枚のワークWを使用することが可能であるが、これに限定されるものではない。
 次に、ユーザの操作により、カメラシステム30の操作入力部31のディスプレイ上にオフセット高さ登録画面70が立ち上げられる(S2)。オフセット高さ登録画面70は、図8に示すように、検出対象高さHsの理論値が表示される検出対象高さ表示欄71と、表面検出センサ50を用いて実際に測定された検出対象物のセンサ検出高さが表示されるセンサ検出高さ表示欄73と、オフセット高さHoが表示されるオフセット高さ表示欄74と、オフセット高さ測定処理の開始操作を受け付ける受信待ちボタン72と、オフセット高さ測定処理の中止操作を受け付けるキャンセルボタン75とを有している。
 ここで、検出対象高さ表示欄71には、予め登録された検出対象高さHsの理論値(本実施形態では、加工対象となるワークWの1枚の板厚)がプリセットされ、デフォルト表示される(S3)。検出対象高さ表示欄71は、デフォルト表示された理論値をユーザの入力操作により任意に変更することが可能に構成されている。これにより、例えば、予め登録された検出対象高さHsの理論値とは異なる検出対象高さHsを有する検出対象物を使用することが可能となっている。また、例えば、キャリブレーション処理工程で載置台高さHpが特定された載置台P以外の載置台Pを使用する場合等においても、その前後の高さ差分値(キャリブレーション処理工程で使用した載置台Pの載置台高さHpと、オフセット高さ測定処理工程で使用する載置台Pの載置台高さHpとの差分値)を検出対象高さHsの理論値に加算又は減算し、この値を検出対象高さ表示欄71に任意に入力することが可能となっている。
 次に、オフセット高さ登録画面70の受信待ちボタン72がユーザにより押下されると(S4)、積載エリアTA上に載置された検出対象物(ワークW)に向けて、ワーク保持用ロボット10が動作を開始する(S5)。そして、表面検出センサ50によりロボットハンド20と検出対象物(ワークW)との接触を検出することで、既述の「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」を検出する(S6)。
 その後、ロボット制御部60は、この検出した手先高さHtと、キャリブレーション処理工程で特定した「載置台高さHp」及び「床面高低差Hgap」と、ロボットハンド20の「グリッパ高さHgr」の理論値とに基づいて、以下の計算式(7)により、検出対象物のセンサ検出高さ(「オフセット高さHo」を含む「検出対象高さHs」)を算出する(S7)。また、ロボット制御部60は、このセンサ検出高さから、検出対象高さ表示欄71に入力された検出対象高さHsを減算することで、「オフセット高さHo」を算出する(S8)。
 [計算式(7)]
  センサ検出高さ(Hs+Ho)=Ht-Hp+Hgap-Hgr
 そして、この算出されたセンサ検出高さとオフセット高さHoとがそれぞれオフセット高さ登録画面70のセンサ検出高さ表示欄73及びオフセット高さ表示欄74に自動で入力され(S8)、オフセット高さ測定処理工程の一連の処理が終了する。
 なお、本実施形態に係るワーク搬送方法において、以上のオフセット高さ測定処理工程は、新規ワーク立ち上げ時に通常行われるユーザによるチェック動作のタイミングを利用して、1種類のワークWに対して1回行うことが可能であるが、これに限定されず、任意のタイミングで任意の回数を実施することが可能である。
 [ワーク搬送処理工程]
 そして、本実施形態に係るワーク搬送方法では、キャリブレーション処理工程が実行された後、かつ、オフセット高さ測定処理工程の後又はこれと並行して、ワーク搬送処理工程が実行される。なお、以下の説明では、ワークWの平面的な位置と、ワークWの積載高さとを検出するものとして説明するが、これに限定されず、ワークWの平面的な位置及び積載高さに加え、ワークWの角度等の情報も併せて検出可能としても良い。
 ワーク搬送処理工程では、図9に示すように、まず、カメラ40によって載置台Pの積載エリアTA上に載置されたワークWが撮影され(S10)、この撮影画像データが画像処理部32に送信される。画像処理部32は、カメラ40から撮影画像データを受信すると、これを補正する(S11)。
 また、画像処理部32は、補正された撮影画像データの画像と、モデル記憶部35に記憶されている全てのモデルとをパターンマッチングする第1パターンマッチング処理を実行し、最も一致度の高い大きさのモデルを選択する(S12)。なお、この第1パターンマッチング処理において、例えば、搬送予定のワークWが積載エリアTA上に載置されていない等の理由により、該当するモデルが存在しない場合には、ワークWを検出できない(非検出)と判定し、ワーク搬送処理工程を終了する(図示せず)。
 そして、画像処理部32は、第1パターンマッチング処理により選択された最も一致度の高い大きさのモデルに基づいて、積載エリアTAに実際に積載されている最上部のワークWの平面的な位置(x,y)と、ワークWの積載高さ(h)とを検出すると共に、これらの情報をワーク保持用ロボット10に送信する(S13)。
 ワーク保持用ロボット10は、カメラシステム30からワークWの位置及び積載高さに関する情報(x,y,h)を受信すると、これらの情報に基づいて、ロボットハンド20をワークWに対して接近させるセンシング動作を実行する(S14)。そして、ワーク保持用ロボット10は、表面検出センサ50によって積載エリアTAに積載されている最上部のワークWとの接触が検出されると、この接触時点における「載置台Pの底面(載置台側床面FP)を基準とした場合の手先高さHt」をカメラシステム30の画像処理部32に送信する(S15)。
 画像処理部32は、ワーク保持用ロボット10から手先高さHtを受信すると、該手先高さHtと、キャリブレーション処理工程で特定した「載置台高さHp」及び「床面高低差Hgap」と、ロボットハンド20の「グリッパ高さHgr」の理論値と、オフセット高さ測定処理工程で特定した「オフセット高さHo」とに基づいて、既述の計算式(6)により、ワークWの「実積載高さHw」を算出する(S16)。このように、本実施形態に係るワーク搬送処理工程では、「オフセット高さHo」(ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差)を加味して、載置台P上に載置されたワークWの「実積載高さHw」を検出するため、例えばユーザによる表面検出センサ50の調整乃至取り付け位置の変更や、該表面検出センサ50が取り付けられるハンド本体22の撓みや高低差等の機械的な要因に起因する誤差(表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差)を排して、ワークWの「実積載高さHw」を高精度に算出することができる。
 そして、画像処理部32は、第1パターンマッチング処理により検出されたワークWの積載高さ(h)と、ワーク保持用ロボット10のセンシング動作で実際に検出された「実積載高さHw」とを比較し、これらの高さの差分Δh(Δh=h-Hw)が許容範囲内か否かを判定する(S17)。なお、この場合における許容範囲は、任意に設定することが可能であり、例えば3mm程度に設定することが可能である。
 当該判定において、これらの高さの差分Δhが許容範囲内であれば(S17においてYESの場合)、カメラシステム30の第1パターンマッチング処理により検出されたワークWの積載高さ(h)には異常がないと判断し、第1パターンマッチング処理により検出されたワークWの位置(x,y)及び積載高さ(h)を用いてワーク保持用ロボット10が最上部のワークWの搬送処理を実行する(S20)。そして、該最上部のワークWに対するカメラシステム30及びワーク保持用ロボット10の搬送処理を終了し、次に最上部に位置することとなったワークWに対する搬送処理へと移行する。
 一方、当該判定において、これらの高さの差分Δhが許容範囲外であると判定された場合(S17においてNOの場合)には、カメラシステム30の第1パターンマッチング処理により検出されたワークWの積載高さ(h)には異常があると判断し、第1パターンマッチング処理よりも検出精度を高めた第2パターンマッチング処理を実行する(S18)。
 すなわち、第1パターンマッチング処理により検出されたワークWの積載高さ(h)は、ワークWの撮影画像を基に検出をしているため、実際の積載高さを正確に検出できているとは限らないものである。特に、斜めから撮影された撮影画像においては、直上から撮影された撮影画像よりも、積載高さ(h)の検出誤差が与える平面的な位置(x,y)の検出精度への影響が特に大きい。そこで、本実施形態に係るワーク搬送処理工程では、上記高さの差分Δhが許容範囲外であると判定された場合に、第1パターンマッチング処理よりもパターンマッチングするモデルの範囲を絞り込んだ第2パターンマッチング処理を実行し、より精度良くワークWの平面的な位置(x,y)及び積載高さ(h)を再検出する処理を実行する。
 画像処理部32は、第2パターンマッチング処理に移行すると、まず、モデル記憶部35に記憶されているワークWを検出するための全ての大きさのモデルのうち、ワーク保持用ロボット10のセンシング動作で実際に検出された「実積載高さHw」に基づく一部のモデルを選択する。この場合における選択範囲は、例えば、実積載高さHwに誤差を加算した高さから実積載高さHwから誤差を減算した高さまでの範囲に設定することができ、この場合における誤差は、ワークWの板厚とすることができるが、これらに限定されるものではない。また、実積載高さHwに基づく一部のモデルを選択する処理に代えて、実積載高さHwに基づいた大きさの新たなモデルを作成する処理としても良い。
 また、画像処理部32は、第2パターンマッチング処理において、上記のように選択又は新たに作成した第2の複数のモデルを用いて、撮影画像データの画像とのパターンマッチング(第2のパターンマッチング)を実行し、最も一致度の高い大きさのモデルを再選択する。
 そして、画像処理部32は、第2パターンマッチング処理により選択された最も一致度の高い大きさのモデルに基づいて、積載エリアTAに実際に積載されている最上部のワークWの平面的な位置(x,y)と、ワークWの積載高さ(h)とを再検出する。この第2パターンマッチング処理により、第1パターンマッチング処理よりも精度良くワークWの平面的な位置(x,y)及び積載高さ(h)を検出することができる。また、画像処理部32は、第2パターンマッチング処理により再検出された最上部のワークWの平面的な位置(x,y)及び積載高さ(h)の情報をワーク保持用ロボット10に送信する(S19)。
 そして、ワーク保持用ロボット10は、カメラシステム30からワークWの位置及び積載高さに関する情報(x,y,h)を再度受信すると、これらの情報に基づいて、最上部のワークWの搬送処理を実行する(S20)。そして、該最上部のワークWに対するカメラシステム30及びワーク保持用ロボット10の搬送処理を終了し、次に最上部に位置することとなったワークWに対する搬送処理へと移行する。
 本実施形態に係るワーク搬送処理工程は、以上の処理をワークWが非検出となるまで繰り返し実行し、ワークWが非検出となると、ワーク搬送処理工程の一連の処理を終了する。
 [本実施形態に係るワーク搬送システムの利点]
 以上説明したとおり、本実施形態に係るワーク搬送システム1は、表面検出センサ50によりワークW(検出対象物)との接触が検出された時点における、載置台Pが載置された載置台側床面FPからロボットハンド20(ワーク保持部)とアーム部12との接続点までの高さ(上述した「手先高さHt」)と、載置台側床面FPからワークW(検出対象物)の表面までの高さ(上述した「検出対象高さHs」+「載置台高さHp」-「床面高低差Hgap」)と、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さの理論値(上述した「グリッパ高さHgr」)とに基づいて、ロボットハンド20(ワーク保持部)の高さ誤差(上述した「オフセット高さHo」)を検出し、該高さ誤差を加味して、載置台P上に載置されたワークWの実積載高さHwを検出するよう構成されている。
 このような本実施形態に係るワーク搬送システム1によれば、「オフセット高さHo」を加味して、載置台P上に載置されたワークWの「実積載高さHw」を検出するため、例えばユーザによる表面検出センサ50の調整乃至取り付け位置の変更や、該表面検出センサ50が取り付けられるハンド本体22の撓みや高低差等の機械的な要因に起因する誤差(表面検出センサ50の検出精度に起因する誤差)を排して、ワークWの「実積載高さHw」を高精度に算出することが可能となるという利点がある。
 [変形例]
 以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
 例えば、上述した実施形態では、ワーク保持用ロボット10がロボット制御部60を備え、カメラシステム30が画像処理部32を備えるものとして説明したが、これに限定されず、ロボット制御部60や画像処理部32を備える主体は任意に変更することが可能であり、また、ロボット制御部60及び画像処理部32の一方又は双方をクラウド化しても良い。さらに、上述した実施形態では、ロボット制御部60と画像処理部32とが互いに独立した別構成要素であるものとして説明したが、これに限定されず、ロボット制御部60としての機能と画像処理部32としての機能との双方を備える単一の制御部であっても良い。
 また、上述した実施形態では、ワーク保持用ロボット10がオフセット高さ測定部62を備えるものとして説明したが、これに限定されず、カメラシステム30がオフセット高さ測定部62を備える構成としても良いし、ワーク保持用ロボット10及びカメラシステム30とは別のシステムがオフセット高さ測定部62を備える構成としても良い
 さらに、上述した実施形態では、表面検出センサ50がロボットハンド20のハンド本体22に取り付けられるものとして説明したが、これに限定されず、表面検出センサ50の取り付け位置は任意に変更することが可能である。
 また、上述した実施形態では、「オフセット高さHo」の算出に用いた「検出対象高さHs」が、載置台P上に載置されたワークWの厚みであるもの(すなわち、ロボットハンド20をワークWに接触させるもの)として説明したが、これに限定されず、例えば、機械的に固定又は一義的に特定可能な高さを有する他の部位にロボットハンド20を接触させ、この部位の高さの値を「検出対象高さHs」として用いて「オフセット高さHo」を算出する構成としても良い。なお、このような「他の部位」としては、例えばマグネットフロータMの上面部等が例示されるが、これに限定されるものではない。
 上記のような変形例が本発明の範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
1          :ワーク搬送システム
10         :ワーク保持用ロボット
12         :アーム部
20         :ロボットハンド(ワーク保持部)
30         :カメラシステム
32         :画像処理部
37         :実積載高さ算出部
40         :カメラ
50         :表面検出センサ
60         :ロボット制御部
62         :オフセット高さ測定部
70         :オフセット高さ登録画面
CG         :キャリブレーショングリッパ
CJ         :キャリブレーションジグ
F          :床面
FP         :載置台側床面
FR         :ロボット側床面
Hbt        :ベース座標原点を基準とした場合の手先高さ
Hgap       :床面高低差
Hgr        :グリッパ高さ
Hj         :キャリブレーションジグの高さ
Ho         :オフセット高さ(ワーク保持部の高さ誤差)
Hp         :載置台高さ
Hs         :検出対象高さ
Ht         :載置台の底面を基準とした場合の手先高さ
Hw         :ワークの実積載高さ
P          :載置台
S          :制御軸(ワーク保持用ロボットの所定の基準部位)
TA         :積載エリア
W          :ワーク

Claims (8)

  1.  ワークを載置可能な載置台と、
     前記載置台上に載置されたワークを該載置台上から搬送可能に構成されたワーク保持用ロボットと
     を備えるワーク搬送システムであって、
     前記ワーク保持用ロボットは、ワークを保持可能なワーク保持部と、該ワーク保持部を検出対象物に対して接近又は離間させるアーム部と、該ワーク保持部が検出対象物に接触したことを検出可能な表面検出センサとを備えており、
     前記表面検出センサにより前記検出対象物との接触が検出された時点における、前記載置台が載置された載置台側床面から前記ワーク保持部と前記アーム部との接続点までの高さと、前記載置台側床面から前記検出対象物の表面までの高さと、前記ワーク保持部の高さの理論値とに基づいて、前記ワーク保持部の高さ誤差を検出し、該ワーク保持部の高さ誤差を加味して、前記載置台上に載置されたワークの実積載高さを検出するよう構成されている
     ことを特徴とするワーク搬送システム。
  2.  前記載置台側床面から前記検出対象物の表面までの高さは、
      該載置台側床面から前記載置台の表面までの高さと、
      該載置台上に載置された前記検出対象物の高さと
     を含んでいる
     ことを特徴とする請求項1に記載のワーク搬送システム。
  3.  前記載置台側床面から前記載置台の表面までの高さが、
      前記ワーク保持用ロボットが設置されるロボット側床面から前記載置台の表面までの載置台高さと、
      前記載置台側床面と前記ロボット側床面との高低差と
     に基づいて検出されるよう構成されている
     ことを特徴とする請求項2に記載のワーク搬送システム。
  4.  前記載置台高さが、
      前記載置台上に載置されたキャリブレーションジグの高さと、
      前記ワーク保持部に代えて前記アーム部に装着されたキャリブレーショングリッパの高さと、
      前記キャリブレーショングリッパが前記キャリブレーションジグに接触した時点における、前記ロボット側床面から前記ワーク保持用ロボットの所定の基準部位までの高さと、
      同時点における、前記基準部位から前記キャリブレーショングリッパと前記アーム部との接続点までの高さと
     に基づいて検出されるよう構成されている
     ことを特徴とする請求項3に記載のワーク搬送システム。
  5.  前記載置台上に載置されたワークを撮影し、該撮影されたワークの画像に基づいてワークの位置及び積載高さを検出するカメラシステムを更に備え、
     前記カメラシステムは、
      前記載置台上に載置されたワークを撮影可能なカメラと、
      前記カメラにより撮影されたワークの撮影画像に基づいて、ワークの位置及び積載高さを検出する画像処理部と
     を備え、
     前記画像処理部は、前記ワーク保持部の高さ誤差を加味して、前記実積載高さを算出するよう構成されている
     ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のワーク搬送システム。
  6.  前記画像処理部は、
      前記載置台が載置された載置台側床面から前記ワーク保持部と前記アーム部との接続点までの高さと、
      前記ワーク保持部の高さ誤差と、
      前記載置台側床面から前記載置台の表面までの高さと、
      前記ワーク保持部の高さの理論値と
     に基づいて、前記実積載高さを算出するよう構成されている
     ことを特徴とする請求項5に記載のワーク搬送システム。
  7.  前記カメラは、前記載置台上に載置されたワークを斜め上方から撮影するよう構成されている
     ことを特徴とする請求項5又は6に記載のワーク搬送システム。
  8.  載置台上に載置されたワークをワーク保持用ロボットによって該載置台上から搬送するワーク搬送方法であって、
     前記ワーク保持用ロボットは、ワークを保持可能なワーク保持部と、該ワーク保持部を検出対象物に対して接近又は離間させるアーム部と、該ワーク保持部が検出対象物に接触したことを検出可能な表面検出センサとを備えており、
     前記表面検出センサにより前記検出対象物との接触が検出された時点における、前記載置台が載置された載置台側床面から前記ワーク保持部と前記アーム部との接続点までの高さと、前記載置台側床面から前記検出対象物の表面までの高さと、前記ワーク保持部の高さの理論値とに基づいて、前記ワーク保持部の高さ誤差を検出し、該ワーク保持部の高さ誤差を加味して、前記載置台上に載置されたワークの実積載高さを検出する
     ことを特徴とするワーク搬送方法。
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