JP5382621B2 - 移載装置 - Google Patents

Description

本発明は、移載装置に関する。

特許文献１には、ロボットに搭載した３次元視覚センサによりワークの位置姿勢を計測し、このロボットによりワークを取り出すワーク取り出し装置が記載されている。

特許第３８０５３０２号公報

本発明は、ワークの移載時間を短縮することが可能な移載装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る移載装置は、移載対象となるワークを収容する容器と、
光切断法により、予め決められた検出領域に存在する前記ワークの位置及び姿勢を検出する３次元形状計測センサと、
前記３次元形状計測センサの検出結果に基づいて前記容器から前記ワークを取り出し、移載先に移載するロボットとを備え、
前記容器は、前記移載先の位置する側の高さが低くなるように傾斜して設置され、
前記３次元形状計測センサは、レーザ光の光源及び前記光源から照射された前記レーザ光を前記ワークに向けて反射するミラーが設けられ、前記ワークを前記レーザ光にて走査する投光器と、
前記レーザ光が照射された前記ワーク全体を撮像するカメラと、
前記レーザ光の走査方向に分割され、隣り合う端縁部がそれぞれ重なっている複数の前記検出領域を記憶する領域記憶部と、
前記複数の検出領域をそれぞれ切り替えるための切り替え条件を記憶する条件記憶部と、
前記切り替え条件を満たした場合に前記複数の検出領域を予め決められた順番に切り替える制御部とを有し、
前記投光器から照射された前記レーザ光にて、前記制御部によって切り替えられた前記検出領域を走査すると共に、前記カメラで該検出領域を撮像し、前記複数の検出領域のうち前記容器の高さが低い側の前記検出領域について他の前記検出領域よりも多くの回数の走査を行う。

本発明に係る移載装置において、前記各検出領域の範囲が、前記ロボットが前記ワークを移載する回数に応じて拡大されてもよい。

本発明に係る移載装置において、前記切り替え条件は、前記ワークの移載回数が予め決められた値を超えたこととすることができる。

本発明に係る移載装置において、前記切り替え条件は、前記容器に収容された前記ワークの重量が予め決められた大きさよりも小さくなったこととすることができる。

本発明に係る移載装置において、前記切り替え条件は、予め決められた時間経過したこととすることができる。

本発明に係る移載装置において、前記切り替え条件は、前記３次元形状計測センサが予め決められた回数連続で前記ワークの前記位置及び前記姿勢を検出できなかったこととすることができる。

請求項１〜６記載の移載装置においては、本発明の構成をとらない場合に比べて、ワークの移載時間を短縮することが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る移載装置の構成図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同移載装置のセンサの動作原理を示す側面図及び平面図である。 同移載装置が有する計測制御装置の機能ブロック図である。 同移載装置の動作を示すフロー図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ同移載装置のセンサが走査する全領域を示す説明図及び検出領域が切り替わる様子を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明の第２の実施の形態に係る移載装置が走査する第１〜第３の検出領域の説明図、及び同図（Ａ）に示した第１〜第３の検出領域の大きさが変更された状態を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態に係る移載装置の構成図である。 同移載装置の容器の設置状態を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。

本発明の第１の実施の形態に係る移載装置１０は、図１に示すように、容器１１、３次元形状計測センサ（センサの一例）１２、ロボット１３、及びロボット制御装置１４を備えている。なお、図１中に表示したＸＲ軸、ＹＲ軸、ＺＲ軸からなる座標は、ロボット１３に固定された直交座標（ロボット座標）である。
容器１１は、移載対象となるワーク２０を収容する。容器１１は、上面が開口した箱状である。容器１１はトレーであっても良い。ワーク２０は、例えばボルトや自動車部品等の任意の物品である。

３次元形状計測センサ１２は、予め決められた検出領域内に存在するワーク２０の位置及び姿勢を検出する。この３次元形状計測センサ１２は、レーザ光を投光する投光器１５（図２（Ａ）参照）、レーザ光が照射されたワーク２０全体を撮像するカメラ１６、及び投光器１５とカメラ１６を制御してワーク２０の位置及び姿勢を演算する計測制御装置１７（図１参照）を備えている。なお、図２（Ａ）は、図１の矢視Ａでもある。また、図２（Ａ）、（Ｂ）中に表示したＸＳ軸、ＹＳ軸、ＺＳ軸からなる座標は、３次元形状計測センサ１２のカメラ１６に固定された直交座標（センサ座標）である。

図２（Ａ）に示すように、投光器１５は、ＺＳ軸から角度θ傾いた角度からレーザ光（ラインパターン光）をワーク２０に照射する。投光器１５の内部には、レーザ光の光源（不図示）と、この光源から照射されたレーザ光をワーク２０に向けて反射するポリゴンミラー（不図示）が内蔵されている。図示しないミラー駆動手段が、このポリゴンミラーを駆動することにより、投光器１５はレーザ光でワーク２０の全体をX方向に走査する。
図２（Ｂ）に示すように、カメラ１６は、投光器１５によってレーザ光が照射されたワーク２０をレーザ光が照射された角度とは異なる角度から撮像する。
計測制御装置１７（図１参照）は、撮像された画像から三角法によりワーク２０の高さｈの分布を求めると共にワーク２０のＸＹ平面における形状を求める。即ち、３次元形状計測センサ１２は、所謂光切断法により、ワーク２０の３次元形状を計測する。なお、計測制御装置１７は、ロボット制御装置１４に内蔵されてもよい。

計測制御装置１７は、図３に示すように、領域記憶部２５、条件記憶部２６、及び制御部２７を備えている。
領域記憶部２５には、投光器１５がワーク２０を走査する検出領域の位置及び大きさが記憶される。この検出領域は、事前にユーザによって複数設定される。本実施の形態においては、領域記憶部２５には、３つの領域（第１〜第３の検出領域）が記憶されている。ここで、第１〜第３の検出領域は、図５（Ｂ）に示すように、容器１１を平面視した場合に容器１１の全体が収まる全領域（図５（Ａ）参照）をレーザ光の走査方向に分割された領域である。なお、各検出領域は、全領域が等分されたものではなく、隣り合う端縁部がそれぞれ重なっている。
領域記憶部２５は、例えばメモリにより実現される。

条件記憶部２６には、領域記憶部２５に記憶された検出領域を切り替えるための切り替え条件が記憶される。この切り替え条件は、事前にユーザによって設定される。本実施の形態においては、この切り替え条件は、ロボット１３が容器１１からワーク２０を取り出すたびに検出領域が切り替えられるものである。
条件記憶部２６は、例えばメモリにより実現される。

制御部２７は、領域記憶部２５に記憶された各検出領域を走査するように、投光器１５の光源の点灯を制御する。また、制御部２７は、ミラー駆動手段を制御する。また、制御部２７は、カメラ１６を制御し、カメラ１６が撮像した画像から検出領域内に存在するワーク２０の３次元形状を求め、このワーク２０の位置及び姿勢を演算する。ここで、演算されたワーク２０の位置及び姿勢はセンサ座標系でのデータである。制御部２７は、センサ座標系における位置及び姿勢のデータをロボット座標系におけるデータに変換する。
更に制御部２７は、ロボット座標系におけるデータに変換したワーク２０の位置及び姿勢をロボット制御装置１４に送信する。
制御部２７は、例えば計測制御装置１７に搭載されたＣＰＵ（不図示）が実行するソフトウェアにより実現される。

ロボット制御装置１４は、制御部２７からワーク２０の位置及び姿勢のデータを受信し、これらデータに基づいてロボット１３の動作を制御する。
ロボット１３は、容器１１に収容されたワーク２０をアーム先端に備えたエンドエフェクタ３１（図１参照）を使って取り出し、予め決められた移載場所（移載先）に移載する。本実施の形態において、ロボット１３は、多関節ロボットである。多関節ロボットに代えて、直交ロボットやパラレルリンクロボットその他の作業機械であってもよい。

次に、移載装置１０の動作について図４及び図５に基づいて説明する。

（ステップＳ１０）
投光器１５から照射されたレーザで領域記憶部２５に記憶された第１の検出領域（図５（Ｂ）参照）を走査すると共に、カメラ１６がこの検出領域を撮像する。従来、図５（Ａ）に示す全領域を走査するためには例えば１．２秒程度の長い時間が必要であった。本ステップにおいて、計測制御装置１７は、全領域の一部の領域のみを走査するので、全領域を走査する場合に比べ、ワーク２０の検出時間が短縮される。更にいえば、全体として移載時間が短縮される。

（ステップＳ１１）
計測制御装置１７の制御部２７がカメラ１６によって撮像された画像から、ワーク２０の形状を求める。制御部２７は、求めたワーク２０の形状からセンサ座標系におけるそのワーク２０の位置及び姿勢を演算する。その際、カメラ１６が撮像した画像に対し、第１の検出領域に対応する画像領域を求め、この画像領域の画像データからワーク２０の形状を求めてもよい。これにより、扱うデータ量が減少し、データ処理に要する時間が短縮される。

（ステップＳ１２）
ステップＳ１１において、ワーク２０の形状が演算できた場合は、ワーク２０を検出したものと判断し、ステップＳ１３に進む。
一方、ステップＳ１１において、ワーク２０の位置及び姿勢が演算できなかった場合は、ワーク２０を検出できなかったものと判断し、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、検出領域を次の領域に切り替え、更にステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、全ての検出領域について走査を完了している場合には、容器１１内のワーク２０を全て取り出したことになるので、移載装置１０は動作を終了する。同ステップＳ１８において、全ての検出領域について走査を完了していない場合には、移載装置１０はステップＳ１０に戻って動作を継続する。

（ステップＳ１３）
制御部２７は、センサ座標系における位置及び姿勢をロボット座標系における位置及び姿勢に変換する。その後、制御部２７は、ロボット座標系における位置及び姿勢をロボット制御装置１４に送信する。
次に、ロボット制御装置１４が計測制御装置１７から受信したワーク２０の位置のデータに基づいてロボット１３を制御し、エンドエフェクタ３１をそのワーク２０の位置に移動させると共に、ワーク２０の姿勢のデータに基づいてエンドエフェクタ３１の把持姿勢を修正する。その後、ロボット１３はワーク２０を把持する。

（ステップＳ１４）
ロボット１３が、把持したワーク２０を予め決められた移載先へ移動させる。この移載先は、事前に教示された場所であり、例えば、ベルトコンベヤである。

（ステップＳ１５）
制御部２７が切り替え条件を満たすか否かを判断する。切り替え条件が満たされる場合は、ステップＳ１６に進む。
一方、切り替え条件が満たされない場合は、検出領域を切り替えることなく、ステップＳ１０に戻る。

（ステップＳ１６）
制御部２７は、切り替え条件に従い、検出領域を第２の検出領域に切り替える。前述の通り、切り替え条件は、ロボット１３がワーク２０を取り出すたびに検出領域が切り替えられるように設定されている。従って、制御部２７は、１つのワーク２０を移載するたびに、第１の検出領域、第２の検出領域、第３の検出領域、第１の検出領域、・・・と順番に繰り返して検出領域を切り替える。

このようにして、移載装置１０は、検出領域を切り替えながら、容器１１の中のワーク２０が全て移載されるまでステップＳ１０〜Ｓ１８を繰り返す。

続いて、本発明の第２の実施の形態に係る移載装置について説明する。第１の実施の形態に係る移載装置１０と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施の形態においては、計測制御装置１７の領域記憶部２５に記憶された検出領域が相違する。具体的には、検出領域は、ロボット１３がワーク２０を移載する回数に応じて、その範囲が拡大する。即ち、検出領域は固定されたものではなく、移載装置の動作中に変更される。

移載動作の当初は図６（Ａ）に示す第１〜第３の検出領域を順番に切り替えて走査する。ロボット１３がワーク２０を移載する回数が増えるにつれ、３次元形状計測センサ１２は、図６（Ｂ）に示すように、各検出領域の範囲を広げてワーク２０を走査する。

ロボット１３がワーク２０を移載するに従い、容器１１の中のワーク２０が減少する。そのため、一回の走査でワーク２０を検出することができない可能性が高まる。ワーク２０を検出することができなかった場合は、その走査時間分のタクトタイムが増加する。本実施の形態のように、各検出領域の範囲を広げることで、無駄な走査時間が発生する可能性が低減され、全体として、ワーク２０の移載時間が短縮される。

続いて、本発明の第３の実施の形態に係る移載装置４０について説明する。第１及び第２の実施の形態に係る移載装置と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る移載装置４０は、図７に示すように、容器１１に収容されたワーク２０をコンベヤ（移載先の一例）４１に移載する。
容器１１は、図８に示すように、コンベヤ４１が配置された側の高さが低くなるように水平面に対して角度φだけ傾けて設置されている。このように、容器１１の一方の側の高さが低いため、重力の作用で容器１１内に積まれたワーク２０が図の矢印方向（高さの低い側）に崩れ、コンベヤ４１側に寄り集まる。特に、ロボット１３がワーク２０を取り出すと、その際の衝撃で残ったワーク２０がコンベヤ４１側に寄り集まる可能性が高まる。

領域記憶部２５には、図８に示すように、第１の検出領域、第２の検出領域、及び第３の検出領域が記憶されている。ここで、第１の検出領域は、コンベヤ４１側（容器１１の高さが低い側）に設定される。
第１の検出領域は、他の検出領域よりもコンベヤ４１に近い。そのため、ロボット１３がこの第１の検出領域からワーク２０を取り出してコンベヤ４１に移載すると、ワーク２０の移動距離が短く、タクトタイムの観点からは有利となる。

制御部２７は、第１の検出領域を他の検出領域に比べて多くの回数走査する。例えば、第１の検出領域を２回連続で走査した後、第２の検出領域及び第３の検出領域をそれぞれ１回走査し、これを繰り返す。
本実施の形態によれば、第１の検出領域からより多くのワーク２０を取り出すことが可能となり、全体として移載時間が短縮される。

続いて、本発明の第４の実施の形態に係る移載装置について説明する。第１〜第３の実施の形態に係る移載装置と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施の形態に係る移載装置は、第１の実施の形態とは切り替え条件が相違する。具体的には、容器１１内のワーク２０の重量が予め決められた重量以下になった場合に検出領域を切り替えるように切り替え条件が設定される。

なお、移載装置が動作を開始した後の経過時間に基づいて検出領域を切り替えるように切り替え条件を設定してもよい。更に、ある検出領域を集中的に連続して走査し、走査しても予め決められた回数だけ連続してワーク２０が検出できなかった場合に次の検出領域を走査するように構成してもよい。例えば、第１の検出領域を集中的に連続して走査し、３回連続でワーク２０が検出できなかった場合に第２の検出領域を集中的に連続して走査し、以降、第３の検出領域についても同様に繰り返すことができる。また、ワーク２０の移載回数が予め決められた値を超えたことを切り替え条件をとしてもよい。

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述のそれぞれ実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。

前述の実施の形態では、検出領域が第１〜第３の検出領域に分けられていた。これに代えて、検出領域を２つに分けてもよい。更には、検出領域を４つ以上に分けてもよい。

また、計測制御装置１７がワーク２０の位置及び姿勢のデータを座標変換していた。これに代えて、計測制御装置１７は、座標変換することなくセンサ座標系におけるワーク２０の位置及び姿勢のデータを送信し、これらデータを受信したロボット制御装置１４がロボット座標系に座標変換してもよい。

また、光切断法による３次元形状計測センサ１２に代えて、複数のカメラを使用したステレオ法による３次元形状計測センサとしてもよい。この場合、カメラが撮像する画像に対し、検出領域に対応する画像領域を求め、この画像領域の画像データからワーク２０の位置及び姿勢を求める。これにより、全領域を撮像する場合に比べ、扱うデータ量が減少するので、ワーク２０の位置及び姿勢を演算するために要する時間が短縮される。このステレオ法による３次元形状計測センサは、レーザ光による走査が不要であり、レーザ光を検出できないような明るい場所でもワーク２０を検出することが可能である。

更には、光切断法による３次元形状計測センサに代えて、赤外線ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）方式による３次元形状計測センサとしても良い。この３次元形状計測センサは、赤外線を使用するため、人体への影響が少ない。また、この３次元形状計測センサは、外環境の照明条件が変化しても安定してワーク２０を検出することが可能である。

また、容器１１に残ったワーク２０が少なくなると、ワーク２０が検出できなくなる検出領域が発生し、その検出領域を走査する時間が無駄になる。そこで、制御部２７がワーク２０を取り出した回数をカウントし、取り出し回数が予め決められた値以上となった場合は、それ以降、全領域を走査するように構成してもよい。

１０：移載装置、１１：容器、１２：３次元形状計測センサ、１３：ロボット、１４：ロボット制御装置、１５：投光器、１６：カメラ、１７：計測制御装置、２０：ワーク、２５：領域記憶部、２６：条件記憶部、２７：制御部、３１：エンドエフェクタ、４０：移載装置、４１：コンベヤ

Claims (6)

1. 移載対象となるワークを収容する容器と、
   光切断法により、予め決められた検出領域に存在する前記ワークの位置及び姿勢を検出する３次元形状計測センサと、
   前記３次元形状計測センサの検出結果に基づいて前記容器から前記ワークを取り出し、移載先に移載するロボットとを備え、
   前記容器は、前記移載先の位置する側の高さが低くなるように傾斜して設置され、
   前記３次元形状計測センサは、レーザ光の光源及び前記光源から照射された前記レーザ光を前記ワークに向けて反射するミラーが設けられ、前記ワークを前記レーザ光にて走査する投光器と、
   前記レーザ光が照射された前記ワーク全体を撮像するカメラと、
   前記レーザ光の走査方向に分割され、隣り合う端縁部がそれぞれ重なっている複数の前記検出領域を記憶する領域記憶部と、
   前記複数の検出領域をそれぞれ切り替えるための切り替え条件を記憶する条件記憶部と、
   前記切り替え条件を満たした場合に前記複数の検出領域を予め決められた順番に切り替える制御部とを有し、
   前記投光器から照射された前記レーザ光にて、前記制御部によって切り替えられた前記検出領域を走査すると共に、前記カメラで該検出領域を撮像し、前記複数の検出領域のうち前記容器の高さが低い側の前記検出領域について他の前記検出領域よりも多くの回数の走査を行う移載装置。
2. 請求項１記載の移載装置において、前記各検出領域の範囲が、前記ロボットが前記ワークを移載する回数に応じて拡大される移載装置。
3. 請求項１又は２記載の移載装置において、前記切り替え条件は、前記ワークの移載回数が予め決められた値を超えたことである移載装置。
4. 請求項１又は２記載の移載装置において、前記切り替え条件は、前記容器に収容された前記ワークの重量が予め決められた大きさよりも小さくなったことである移載装置。
5. 請求項１又は２記載の移載装置において、前記切り替え条件は、予め決められた時間経過したことである移載装置。
6. 請求項１又は２記載の移載装置において、前記切り替え条件は、前記３次元形状計測センサが予め決められた回数連続で前記ワークの前記位置及び前記姿勢を検出できなかったことである移載装置。

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