JP2012115915A - ワーク取り出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの状態に関係なく密集した複数のワークの中から任意のワークを簡単に取り出すことができるワーク取り出し方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るワーク取り出し方法によれば、検出されたワークＷの位置及び姿勢に基づき任意のワークＷが第１方向Ｄ１に押し動かされる。こうしてワークＷ上に第１チャック１５ａで把持可能な第１把持領域Ａ１が確保される。その結果、第１チャック１５ａはワークＷの第１把持領域Ａ１を確実に把持することができる。その後、ワークＷの一端が持ち上げられて、第２チャック１５ｂが把持可能な第２把持領域Ａ２が確保される。その結果、第２チャック１５ｂはワークＷの第２把持領域Ａ２を確実に把持することができる。こうしてワーク取り出し装置１は、ワークＷの状態に関係なく密集した複数のワークＷの中から任意のワークＷを簡単に取り出すことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えばパレットなどからワークを取り出す方法に関する。

パレットなどの収納箱には例えば複数のワークすなわち物品が密集して収納される。こうした物品の取り出しに際して、例えばロボットハンドが用いられる。従来、ロボットハンドは例えば吸着部材や磁石などを用いて収納箱から物品を持ち上げる。その他、例えばロボットハンドで引っ掛けるためのバンドが予め物品に装着される技術も知られている（特許文献１参照）。

特開平６−２５５７８７号公報

しかしながら、吸着部材による取り出しでは、表面の粗い物品に吸着部材が吸着することが困難な場合がある。また、磁石による取り出しの実現には物品が磁性材料から形成されることが必要であり、非鉄金属や金属以外の材質の物品を取り出すことは不可能である。加えて、磁性材料の物品の場合には物品が磁石によって磁性を帯びてしまうことが問題となることもある。また、バンドの装着にあたってコストが嵩んでしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、ワークの状態に関係なく密集した複数のワークの中から任意のワークを簡単に取り出すことができるワーク取り出し方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、第１方向に長尺に延びるとともに第１方向に直交する第２方向に並列に配置されるワークを、当該ワークを把持する第１及び第２把持機構を有するロボットハンドにより取り出すワーク取り出し方法であって、
任意に選択された取り出し対象の前記ワークを撮像した画像の処理に基づき当該ワークの位置及び姿勢を検出する工程と、
前記検出された位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットハンドに形成される当接部を前記ワークに当接させて所定の距離にわたって前記ワークを前記第１方向に押し動かし、前記ワーク上に第１把持領域を確保する工程と、
前記第１把持機構によって前記ワークの前記第１把持領域を把持して前記ワークの一端を持ち上げて前記ワークを傾斜姿勢に保持し、前記ワーク上に第２把持領域を確保する工程と、
前記第２把持機構によって前記ワークの前記第２把持領域を把持して前記ワークの他端を持ち上げる工程と、を備えるワーク取り出し方法が提供される。

本発明に係るワーク取り出し方法では、前記当接部は、前記第１及び第２把持機構のうちの少なくともいずれか一方に形成される。また、本発明に係るワーク取り出し方法では、前記ワークは、前記第１方向に長尺に延びる本体部分と、当該本体部分の外周面から突き出る突部と、を備え、前記第１方向への前記ワークの押し動かしの実現にあたって前記当接部は前記突部に当接する。

本発明のワーク取り出し方法によれば、ワークの状態に関係なく密集した複数のワークの中から任意のワークを簡単に取り出すことが可能である。

本発明のワーク取り出し方法の実施に用いられる一具体例に係るワーク取り出し装置の構成を示す図である。 ワーク取り出し装置とワークとの関係を示す部分拡大斜視図である。 本発明に係るワーク取り出し方法の処理の流れを示すフローチャートである。 取り出し対象のワーク上に作業ツールを配置する工程を示す部分拡大斜視図である。 ワークを押し出す工程を示す部分拡大斜視図である。 第１チャックでワークの第１把持領域を把持する工程を示す部分拡大斜視図である。 ワークの他端を支点にしてワークの一端を持ち上げる工程を示す部分拡大斜視図である。 第２チャックでワークの第２把持領域を把持する工程を示す部分拡大斜視図である。 ワークの他端を持ち上げる工程を示す部分拡大斜視図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明のワーク取り出し方法の実施に用いられる一具体例に係るワーク取り出し装置１の構成を示す図である。ワーク取り出し装置１は、例えば６軸の垂直多関節型のロボットを構成する多関節ロボット２を備える。多関節ロボット２は、例えば床面Ｆに不動に固定されるベース台３と、例えば床面Ｆに直交する回転軸線Ｘ１回りに回転自在にベース台３に連結されるハンドリングロボット４と、を備える。

ハンドリングロボット４は、回転軸線Ｘ１回りに回転自在にベース台３に連結される基部５と、床面Ｆに平行な回転軸線Ｘ２回りに回転自在に基部５に連結される基端アーム６と、回転軸線Ｘ２に平行な回転軸線Ｘ３回りに回転自在に基端アーム６の先端に連結される先端アーム７と、第１及び第２回転軸線Ｘ１、Ｘ２に垂直な方向に延びる回転軸線Ｘ４回りに回転自在に先端アーム７の先端に連結される手首要素８と、手首要素８に連結されるロボットハンド９と、を備える。手首要素８は、回転軸線Ｘ４に直交する回転軸線Ｘ５回りでロボットハンド９の回転を可能にする。同時に、手首要素８は、回転軸線Ｘ４及びＸ５に直交する回転軸線Ｘ６回りの作業ツールすなわちロボットハンド９の回転を可能にする。回転軸線Ｘ１〜Ｘ６の回転の実現にあたって多関節ロボット２には例えばサーボモータ（図示せず）が組み込まれればよい。

本実施形態では、作業ツールには例えば後述のワークをハンドリングするロボットハンド９が用いられるものの、例えばアーク溶接、スポット溶接、組立、検査、シーリング、レーザ、又はウォータジェットなどの加工の種類に応じて選択される他の作業ツールが手首要素８に連結されてもよい。

図２を併せて参照すると、ロボットハンド９は、手首要素８に連結されて例えば回転軸線Ｘ６に直交しつつ広がる支持プレート１３と、支持プレート１３に連結されて回転軸線Ｘ６に沿って相互に平行に延びる１対の第１及び第２支持アーム１４ａ、１４ｂと、第１及び第２支持アーム１４ａ、１４ｂの先端にそれぞれ連結される第１及び第２把持機構すなわち第１及び第２チャック１５ａ、１５ｂと、を備える。第１及び第２チャック１５ａ、１５ｂは、回転軸線Ｘ６に平行な方向に、支持プレート１３に最大限に接近する後退位置と支持プレート１３から最大限に離れる前進位置の間で、第１及び第２支持アーム１４ａ、１４ｂに対してそれぞれ相対移動することができる。

第１及び第２チャック１５ａ、１５ｂはそれぞれ、床面Ｆに平行な第１方向Ｄ１に沿って広がるとともに相互に対向する１対の把持爪１６、１６を備える。図２の位置では、把持爪１６、１６同士は、例えば作動空気供給源（図示せず）から供給される作動空気に基づき、床面Ｆに平行で第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に相互に近づいたり相互に離れたりすることができる。図２から明らかなように、ロボットハンド９には当接部１７が形成される。ここでは、当接部１７は、第１チャック１５ａの把持爪１６の一方の側面に形成される。当接部１７は、例えば第１チャック１５ａの把持爪１６、１６の相互に対向する内向き面に直交する側面であって、第２チャック１５ｂとは反対側に配置される側面に形成される。

ロボットハンド９は、例えば第１及び第２支持アーム１４ａ、１４ｂの間で支持プレート１３に固定される視覚センサ１８を備える。視覚センサ１８は、例えば回転軸線Ｘ６に平行な方向に（ここでは、下向き）に視野を有する撮像装置と、撮像装置の視野内に配置される物体に向かってレーザを投光するレーザスリット投光器と、を備える（それぞれ図示せず）。撮像装置には例えばＣＣＤカメラが用いられる。視覚センサ１８は、レーザスリット投光器から投光されるレーザの投光箇所を撮像装置で撮像する。撮像された画像の画像データは後述の画像処理装置に向かって出力される。ここでは、後述されるように、視覚センサ１８は、レーザが投光されたワークの画像の画像データを出力する。

床面Ｆ上にはパレット２１が配置される。パレット２１内には例えば複数のワークＷが収納される。本実施形態では、ワークＷは、第１方向Ｄ１に長尺に延びる本体部分すなわちロッド部分２２と、このロッド部分２２の外周面から外側に突き出る突部すなわちフランジ２３と、を備える。ロッド部分２２は例えば円柱形に形成される。フランジ２３は、ロッド部分２２の軸心回りにロッド部分２２の外周面から半径方向外側に突き出る円盤形のフランジから形成される。ここでは、フランジ２３は、ロッド部分２２の外周面から９０°の角度で突き出る。フランジ２３は例えばロッドの一端に形成される。その一方で、ロッド部分２２の他端にはフランジ２３は形成されない。

パレット２１内でワークＷは第２方向Ｄ２に並列に配置される。すなわち、隣接するワークＷ同士の間でロッド部分２２の軸心はほぼ平行に規定される。図２から明らかなように、ワークＷ同士は、隣り合うロッド部分２２同士がほぼ接触する程度の距離で隣接して配置される。ワークＷのフランジ２３は、例えば第１方向Ｄ１に規定されるパレット２１の両側縁から外側に配置される。第２方向Ｄ２に規定されるワークＷ同士の距離が小さいことから、一方の側縁でフランジ２３同士の間に重なりが生じ得る。ここでは、パレット２１内には同一の種類のみのワークＷが配置される。

図１に示されるように、ワーク取り出し装置１は、ワーク取り出しソフトウェアプログラムを記憶する記憶装置２４と、ワーク取り出しソフトウェアプログラムに基づき様々な演算を実行することによって多関節ロボット２の動作を制御する制御装置２５と、を備える。演算処理にあたってワーク取り出しソフトウェアプログラムは一時的にメモリ（図示せず）に読み出されればよい。なお、ワーク取り出しソフトウェアプログラムは例えばＦＤ（フレキシブルディスク）やＣＤ−ＲＯＭその他の可搬性記録媒体から記憶装置２４に取り込まれてもよく、ＬＡＮやインターネットといったコンピュータネットワークから記憶装置２４に取り込まれてもよい。

演算処理に基づき制御装置２５はハンドリングロボット４の各サーボモータや作動空気供給源に駆動指令を出力する。駆動指令を受けたサーボモータは、各回転軸線Ｘ１〜Ｘ６回りの駆動に基づきハンドリングロボット４を所定の姿勢に移動させる。こうしてロボットハンド９のチャック１５ａ、１５ｂはワークＷに対して所定の位置に位置決めされる。また、駆動指令を受けた作動空気供給源は作動空気の供給に基づき把持爪１６、１６を作動させる。その結果、把持爪１６、１６は例えばワークＷを掴んだり放したりすることができる。こうしてハンドリングロボット４は所定のワークＷの取り出し作業を実行することができる。

ワーク取り出し装置１は、多関節ロボット２に接続される画像処理装置２６をさらに備える。図２に示されるように、視覚センサ１８の撮像装置はパレット２１内のワークＷを撮像する。撮像にあたってレーザスリット投光器は任意のワークＷに向かってレーザを投光する。画像処理装置２６は、投光されたワークＷの形状と、例えば予め記憶装置２４に記憶されたワークデータで特定される形状モデルとを照合する。ここでは、形状モデルは例えばロッド部分２２の軸線の位置及び方向、並びにフランジ２３の位置を特定する。画像処理装置２６は、照合の結果に基づきワークＷの位置及び姿勢を検出することができる。検出の結果は制御装置２５に向かって出力される。

次に、本発明の一実施形態に係るワーク取り出し方法を説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るワーク取り出し方法の処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御装置２５はワーク取り出しソフトウェアプログラムを実行する。ステップＳ１で、制御装置２５からの駆動指令に基づきロボットハンド９はパレット２１内の任意のワークＷ上に位置決めされる。図４に示されるように、第１方向Ｄ１に規定されるパレット２１の一方の側縁にフランジ２３を配置するワークＷのうちで最も外側にフランジ２３を配置するワークＷが任意の取り出し対象のワークＷとして選択される。すなわち、パレット２１の側縁から外側に向かう第１方向Ｄ１の移動を妨げられないワークＷが選択される。

制御装置２５は視覚センサ１８に駆動指令を出力する。その結果、ステップＳ２で、視覚センサ１８はワークＷの一端付近でロッド部分２２及びフランジ２３の画像を撮像する。レーザスリット投光器はワークＷ上にレーザを投光する。画像処理装置２６は、撮像された画像の画像データに基づきワークＷの位置及び姿勢を検出する。ここでは、ワークＷのロッド部分２２の軸線の位置及び方向、並びにフランジ２３の位置が検出される。制御装置２５は、ワークＷの位置及び姿勢の検出を確認すると（ステップＳ３、ＹＥＳ）、ステップ４に処理を進める。その一方で、ワークＷの位置及び姿勢が検出されなかった場合は（ステップＳ３、ＮＯ）、制御装置２５はステップＳ１から処理をやり直す。

制御装置２５は、ステップＳ４で、検出したワークＷの位置及び姿勢に基づいてロボットハンド９を押し出し位置に位置決めする。押し出し位置では、第１チャック１５ａの当接部１７がワークＷのフランジ２３の内向き面に対向する。チャック１５ａ、１５ｂはロッド部分２２の軸線に平行に配置される。すなわち、第２チャック１５ｂは、第１チャック１５ａよりもパレット２１の内側でワークＷのロッド部分２２上に配置される。このとき、第１チャック１５ａは第１支持アーム１４ａ上で前進位置に位置決めされる一方で、第２チャック１５ｂは第２支持アーム１４ｂ上で後退位置に位置決めされる。すなわち、第２チャック１５ｂは第１チャック１５ａに比べてワークＷから大きな距離で離れる。

このとき、図５に示されるように、制御回路２５は、ステップＳ５で、フランジ２３の内向き面に当接部１７を押し当てて第１方向Ｄ１に所定の距離にわたってロボットハンド９を押し動かす。ワークＷは第１方向Ｄ１に所定の距離にわたって移動させられる。その結果、ワークＷのロッド部分２２はパレット２１の側縁から所定の長さで突き出る。こうして、パレット２１の側縁又は他のワークＷのフランジ２３の外向き面から外側には、ワークＷのロッド部分２２上に第１チャック１５ａの第１把持領域Ａ１が確保される。なお、第１方向Ｄ１におけるワークＷの移動距離は、パレット２１の側縁又は他のワークＷのフランジ２３の外向き面とワークＷのフランジ２３の内向き面との間に第１チャック１５ａの把持爪１６、１６が進入することが可能な距離に設定されればよい。

続いて、図６に示されるように、制御回路２５は駆動指令に基づきワークＷに向かってロボットハンド９自体を降下させる。降下は例えば回転軸線Ｘ６に沿って実行される。その結果、第１チャック１５ａの把持爪１６、１６同士の間にロッド部分２２の第１把持領域Ａ１が配置される。第１チャック１５ａへの駆動指令に基づき、ステップＳ６で、第１チャック１５ａの把持爪１６、１６はロッド部分２２の第１把持領域Ａ１を把持する。前述のように、第２チャック１５ｂは支持プレート１３に接近する後退位置に配置されることから、第１チャック１５ａの把持爪１６がロッド部分２２の位置まで降下するにも拘わらず、第２チャック１５ｂの把持爪１６のロッド部分２２への衝突や接触は回避される。

制御回路２５は、把持爪１６、１６によるロッド部分２２の把持を確認すると（ステップＳ７、ＹＥＳ）、ステップＳ８に処理を進める。その一方で、把持爪１６、１６による把持が確認されないと（ステップＳ７、ＮＯ）、ステップＳ６の処理がやり直される。その後、ステップＳ８で、ロボットハンド９の移動に基づきフランジ２３を有しないワークＷの他端を支点にしてフランジ２３を有するワークＷの一端が持ち上げられる。図７に示されるように、ワークＷは傾斜姿勢で保持される。この傾斜姿勢では、床面Ｆに対するロッド部分２２の軸線の交差角は例えば２０°程度に設定される。ロッド部分２２の軸線と支持プレート１３とはほぼ平行な位置関係が保持される。こうしてワークＷが傾斜姿勢を確立することから、第２チャック１５ｂの把持爪１６の下方にはロッド部分２２上に第２把持領域Ａ２が確保される。

続いて、制御回路２５の駆動指令に基づき、第２チャック１５ｂは後退位置から前進位置に移動させられる。前述のように、ロッド部分２２の軸線と支持プレート１３とはほぼ平行な位置関係が保持されることから、第２チャック１５ｂの把持爪１６、１６同士の間にロッド部分２２の第２把持領域Ａ２が配置される。その後、図８に示されるように、ステップＳ９で、第２チャック１５ｂの把持爪１６、１６はロッド部分２２の第２把持領域Ａ２を把持する。第１チャック１５ａの把持爪１６、１６の第１把持領域Ａ１の把持は維持される。制御回路２５は、把持爪１６、１６によるロッド部分２２の把持を確認すると（ステップＳ１０、ＹＥＳ）、ステップＳ１１に処理を進める。その一方で、把持爪１６、１６による把持が確認されないと（ステップＳ１０、ＮＯ）、ステップＳ９の処理がやり直される。

続いて、図９に示されるように、ステップＳ１１で、制御回路２５の駆動指令に基づきロボットハンド９の支持プレート１３は例えば水平姿勢を確立する。こうして第２チャック１５ｂは、フランジ２３を有しないワークＷの他端を持ち上げる。こうしてロボットハンド９はパレット２１からワークＷを取り出す。支持プレート１３の水平姿勢に基づき、取り出されたワークＷは例えば床面Ｆに平行な水平姿勢に持ち上げられる。その後、ロボットハンド９の移動に基づきワークＷは所定の位置に運ばれる。所定の位置にワークＷを運んだワーク取り出し装置１では、パレット２１上の他のワークＷに対して前述のステップＳ１〜Ｓ１１までの処理が繰り返される。こうしてパレット２１からワークＷが順次取り出されていく。

以上のような本発明に係るワーク取り出し方法によれば、検出されたワークＷの位置及び姿勢に基づき任意のワークＷが第１方向Ｄ１に押し動かされ、ワークＷ上に第１チャック１５ａで把持可能な第１把持領域Ａ１が確保される。その結果、第１チャック１５ａはワークＷの第１把持領域Ａ１を確実に把持することができる。その後、ワークＷの一端が持ち上げられて、第２チャック１５ｂが把持可能な第２把持領域Ａ２が確保される。その結果、第２チャック１５ｂはワークＷの第２把持領域Ａ２を確実に把持することができる。こうしてワーク取り出し装置１は、ワークＷの状態に関係なく密集した複数のワークＷの中から任意のワークＷを簡単に取り出すことができる。

しかも、ワーク取り出し装置１では、ワークＷを押し動かす当接部１７が例えば第１チャック１５ａの把持爪１６の側面に形成されることから、通常のチャックに特別な構成が追加される必要はない。従って、本発明に係るワーク取り出し方法の実施に用いられるワーク取り出し装置１はそれほど大きなコストをかけずに構築されることが可能である。

その他、ワーク取り出し装置１では、パレット２１の他方の側縁にフランジ２３を配置するワークＷの取り出しにあたって、ロボットハンド９は前述の姿勢から回転軸線Ｘ６回りに１８０°にわたって回転すればよい。こうして第１チャック１５ａの把持爪１６の当接部１７がパレット２１の他方の側縁でフランジ２３に当接することができる。また、当接部１７は、第１チャック１５ａの把持爪１６において第２チャック１５ｂに対向する他方の側面に形成されてもよい。同様に、当接部１７は、第２チャック１５ｂの把持爪１６の相互に対向する内向き面に直交する両方の側面又はいずれか一方の側面に形成されてもよい。

本発明に係るワーク取り出し方法は、例えばロッド部分２２の両端にフランジ２３を有しない円柱形のロッド部分２２のみのワークＷにも適用されることが可能である。こうしたワークＷの取り出しにあたって、例えば第１及び第２チャック１５ａ、１５ｂのいずれかの把持爪１６に形成される当接部１７が、パレット２１の一方の側縁に配置されるロッド部分２２の一端の端面に押し当てられればよい。こうしてワークＷが前述と同様に第１方向Ｄ１に移動させられて、ロッド部分２２の他端がパレット２１の他方の側縁から外側に押し出されればよい。その後は、前述と同様の処理が実行されればよい。

また、当接部１７は、必ずしも把持爪１６に形成される必要はなく、例えば把持爪１６とは別個に第１及び第２チャック１５ａ、１５ｂの少なくともいずれかに取り付けられる平板状の当接部材（図示せず）上に形成されてもよい。ここでは、当接部材は、例えば第１チャック１５ａの把持爪１６、１６の相互に対向する内向き面に直交する側面であって第２チャック１５ｂとは反対側に配置される側面に平行に向き合う裏面と、この裏面の裏側で当接部１７を形成する表面とを形成する。この当接部材の当接部１７がワークＷに面接触してワークＷが押し動かされる。なお、当接部材は、把持爪１６の把持動作を妨げない位置に配置されればよい。その他、当接部材は、把持爪１６の基端から先端に向かうにつれて把持爪１６の側面から離れる傾斜姿勢で第１チャック１５ａに取り付けられてもよい。当接部１７でのワークＷの押し動かしにあたって、ロボットハンド９は、当接部１７が例えばフランジ２３に面接触するように当接部１７の傾斜姿勢に応じて傾斜姿勢を確立すればよい。

その他、ワークＷでは、フランジ２３は、必ずしもロッド部分２２の一端に形成される必要はなく、ロッド部分２２の両端の間でロッド部分２２の両端から所定の距離を隔てた位置に形成されてもよい。また、例えば図２の例では、パレット２１上にワークＷが一列にのみ配列されているものの、この一列のワーク群の上にさらに追加のワーク群が配置されてもよい。このとき、追加のワーク群では、ワークＷのロッド部分２２は第２方向Ｄ２に長尺に延びる。すなわち、フランジ２３は、第２方向Ｄ２に規定されるパレット２１の側縁から外側に配置される。このとき、ロボットハンド９は、ワークＷの取り出しにあたって、図２の状態から回転軸線Ｘ６回りに９０°の回転角で回転した状態で位置決めされればよい。

９ ロボットハンド（作業ツール）
１５ａ 第１把持機構（第１チャック）
１５ｂ 第２把持機構（第２チャック）
１７ 当接部
２２ 本体部分（ロッド部分）
２３ 突部（フランジ）
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｗ ワーク
Ａ１ 第１把持領域
Ａ２ 第２把持領域

Claims (3)

1. 第１方向に長尺に延びるとともに第１方向に直交する第２方向に並列に配置されるワークを、当該ワークを把持する第１及び第２把持機構を有するロボットハンドにより取り出すワーク取り出し方法であって、
   任意に選択された取り出し対象の前記ワークを撮像した画像の処理に基づき当該ワークの位置及び姿勢を検出する工程と、
   前記検出された位置及び姿勢に基づいて、前記ロボットハンドに形成される当接部を前記ワークに当接させて所定の距離にわたって前記ワークを前記第１方向に押し動かし、前記ワーク上に第１把持領域を確保する工程と、
   前記第１把持機構によって前記ワークの前記第１把持領域を把持して前記ワークの一端を持ち上げて前記ワークを傾斜姿勢に保持し、前記ワーク上に第２把持領域を確保する工程と、
   前記第２把持機構によって前記ワークの前記第２把持領域を把持して前記ワークの他端を持ち上げる工程と、を備えることを特徴とするワーク取り出し方法。
2. 前記当接部は、前記第１及び第２把持機構のうちの少なくともいずれか一方に形成されることを特徴とする請求項１に記載のワーク取り出し方法。
3. 前記ワークは、前記第１方向に長尺に延びる本体部分と、当該本体部分の外周面から突き出る突部と、を備え、
   前記第１方向への前記ワークの移動の実現にあたって前記当接部は前記突部に当接することを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク取り出し方法。

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