JP2018202512A - 作業装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトコンベアによるワークの搬送を中断することなく、ワークを認識し、ワークに対して所望の作業を行う技術を提供することにある。【解決手段】ピッキングシステム１は、ベルトコンベア２と、パルスコーダ３と、マニピュレータ４と、検出ラインＬ上におけるワークＷのスライスデータを取得する二次元レーザー変位センサ５と、ベルト位置情報と、二次元レーザー変位センサ５のスライスデータと、に基いて、二次元レーザー変位センサ５の下を通過したワークＷの三次元形状、位置及び姿勢を推定する形状位置姿勢推定部３５と、マニピュレータ４の動作を制御するマニピュレータ制御部３６と、を備える。マニピュレータ制御部３６は、マニピュレータ４が、ワークＷの推定された三次元形状、位置及び姿勢と、ベルト位置情報と、に基いて、ワークＷに対してピッキング作業を行うように、マニピュレータ４を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、作業装置に関する。

特許文献１には、ステレオカメラを用いてワークの位置及び姿勢を求めるピッキング装置が開示されている。

特開２００４−００１１２２号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、ステレオカメラによりワークを撮影するに際し、ワークを一時停止させなければならず、生産性に関し改善の余地が残されている。

本発明の目的は、ベルトコンベアによるワークの搬送を中断することなく、ワークを認識する技術を提供することにある。

ワークが載置されたベルトを走行させることで前記ワークを搬送するベルトコンベアと、走行する前記ベルトの位置に関するベルト位置情報を取得するベルト位置情報取得手段と、前記ベルトコンベアによって搬送させる前記ワークに対し所望の作業を行う作業手段と、前記作業手段よりも上流側に配置され、前記ベルトの走行方向に対して直交する線上にレーザーを照射することで、前記線上における前記ワークのスライスデータを取得する二次元レーザー変位計と、前記ベルト位置情報と、前記二次元レーザー変位計の測定結果と、に基いて、前記二次元レーザー変位計の下を通過した前記ワークの三次元形状、位置及び姿勢を推定する形状位置姿勢推定手段と、前記作業手段の動作を制御する作業制御手段と、を備え、前記作業制御手段は、前記作業手段が、前記ワークの推定された三次元形状、位置及び姿勢と、前記ベルト位置情報と、に基いて、前記ワークに対して前記所望の作業を行うように、前記作業手段を制御する、作業装置が提供される。以上の構成によれば、ベルトコンベアによるワークの搬送を中断することなく、ワークを認識することができる。

本発明によれば、ベルトコンベアによるワークの搬送を中断することなく、ワークを認識することができる。

作業装置の斜視図である。 作業装置の機能ブロック図である。 ワークの三次元形状、位置及び姿勢の推定に関する図である。

以下、図１から図３を参照して、ピッキングシステム１（作業装置）を説明する。

図１に示すように、ピッキングシステム１は、ベルトコンベア２（搬送手段）と、パルスコーダ３（ベルト位置情報取得手段）と、マニピュレータ４（作業手段）と、二次元レーザー変位センサ５（二次元レーザー変位計）と、コントローラ６（制御手段）と、を備えている。ピッキングシステム１は、ベルトコンベア２によって搬送されるワークＷをマニピュレータ４でピックアップしてパレット７に収容するものである。

ベルトコンベア２は、複数のワークＷを任意の速度で搬送するものである。図１には、ベルトコンベア２による複数のワークＷの搬送方向Ｄを白抜き矢印で図示している。図１に示すように、ベルトコンベア２は、ベルト駆動モータ９と、エンドレスベルト１０と、ドライブプーリ１１、ドリブンプーリ１２を有する。ドライブプーリ１１及びドリブンプーリ１２は、搬送方向において離れて配置されている。エンドレスベルト１０は、ドライブプーリ１１及びドリブンプーリ１２に掛けられている。ベルト駆動モータ９は、ドライブプーリ１１を回転駆動する。この構成で、ベルト駆動モータ９がドライブプーリ１１を回転駆動すると、エンドレスベルト１０がドライブプーリ１１とドリブンプーリ１２の間で走行し、もって、エンドレスベルト１０上に供給された複数のワークＷが搬送方向Ｄに任意の速度で搬送される。

パルスコーダ３は、走行するエンドレスベルト１０の位置に関するベルト位置情報を取得するものである。本実施形態において、パルスコーダ３は、インクリメンタル式のロータリーエンコーダである。パルスコーダ３は、エンドレスベルト１０が単位距離走行する都度、所定のパルスをコントローラ６に出力する。コントローラ６が上記所定のパルスをカウントすることで、コントローラ６は、走行するエンドレスベルト１０の位置に関するベルト位置情報を取得することができる。なお、ベルト位置情報は、例えば、エンドレスベルト１０の任意の基準点の位置である。なお、パルスコーダ３を設けることに代えて、例えば、エンドレスベルト１０に所定の間隔で同一の又は異なる目印を設け、所定位置に設置したカメラ（ベルト位置情報取得手段）で目印を読み取ることで、走行するエンドレスベルト１０の位置に関するベルト位置情報を取得するようにしてもよい。

マニピュレータ４は、ベルトコンベア２によって搬送させる複数のワークＷに対し所望の作業を行うものである。本実施形態においてマニピュレータ４は、ベルトコンベア２によって搬送させる複数のワークＷをピックアップしてパレット７に収容する作業を行う。従って、マニピュレータ４は、複数のアームから構成された多関節型のマニピュレータ本体１３と、マニピュレータ本体１３の先端に設けられた把持部１４と、を備えている。把持部１４は、ワークＷを把持可能に構成されている。なお、図１には、マニピュレータ４がワークＷをピックアップする領域である作業領域Ｒを二点鎖線で示している。なお、上記所望の作業としては、前述したピックアップ作業に限らず、例えば、ワークＷに対する加工作業や塗装作業であってもよい。

二次元レーザー変位センサ５は、マニピュレータ４よりも上流側に配置され、エンドレスベルト１０の走行方向に対して直交する線上にレーザーを照射することで、線上におけるワークＷのスライスデータを取得するものである。詳しくは、二次元レーザー変位センサ５は、作業領域Ｒよりも上流側に配置されている。二次元レーザー変位センサ５は、エンドレスベルト１０のベルト幅方向に延びる検出ラインＬ上にレーザーを照射することで、所定の時間毎に、検出ラインＬ上におけるワークＷのスライスデータを生成し、コントローラ６に出力する。スライスデータは、例えば、ベルト幅方向における座標と、その座標におけるＺ座標と、を一対一で関連付けたデータである。

図２に示すように、コントローラ６は、中央演算処理器としてのCPU３０（Central Processing Unit）と、読み書き自由のRAM３１（Random Access Memory）、読み出し専用のROM３２（Read Only Memory）を備えている。そして、CPU３０がROM３２に記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで、制御プログラムは、CPU３０などのハードウェアを、ベルト駆動制御部３３、パルスカウンタ３４、形状位置姿勢推定部３５、マニピュレータ制御部３６（作業制御手段）として機能させる。

ベルト駆動制御部３３は、エンドレスベルト１０が任意の速度で走行するようにベルト駆動モータ９の動作を制御する。本実施形態では、ベルト駆動制御部３３は、エンドレスベルト１０が一定の速度で走行するようにベルト駆動モータ９の動作を制御する。

パルスカウンタ３４は、パルスコーダ３から出力されたパルスをカウントすることで、走行するエンドレスベルト１０の位置に関するベルト位置情報を取得する。例えば、エンドレスベルト１０が５ｍｍ走行する都度１つのパルスがパルスコーダ３から出力される場合、パルスカウンタ３４は、任意の時間帯におけるカウント値に５ｍｍを掛けることで、エンドレスベルト１０の走行距離を取得することができる。ベルト位置情報は、例えば、時刻と関連付けて、RAM３１に保存される。

形状位置姿勢推定部３５は、ベルト位置情報と、二次元レーザー変位センサ５の測定結果と、に基いて、二次元レーザー変位センサ５の下を通過したワークＷの三次元形状、位置及び姿勢を推定するものである。即ち、二次元レーザー変位センサ５から出力されるスライスデータとして、時刻Ｔ０において二次元レーザー変位センサ５の真下に位置するワークＷのスライスデータＳ０、時刻Ｔ１（Ｔ１＝Ｔ０＋ΔＴ）において二次元レーザー変位センサ５の真下に位置するワークＷのスライスデータＳ１、時刻Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴ）において二次元レーザー変位センサ５の真下に位置するワークＷのスライスデータＳ２が挙げられる。従って、形状位置姿勢推定部３５は、図３に示すように、各時刻Ｔで得られたスライスデータＳを、各時刻Ｔに対応したエンドレスベルト１０の位置に基いて搬送方向Ｄに沿って積層することで、ワークＷの三次元形状、位置及び姿勢を推定し、ワークＷを認識することができる。ここで、ワークＷの位置とは、エンドレスベルト１０の任意の基準点に対するワークＷの位置である。

マニピュレータ制御部３６は、マニピュレータ４が、ワークＷの推定された三次元形状、位置及び姿勢と、ベルト位置情報と、に基いて、ワークＷを作業領域Ｒでピックアップしてパレット７に収容するように、マニピュレータ４を制御する。即ち、マニピュレータ４の把持部１４がワークＷを把持するに際し、ワークＷを成功裏に把持するには、マニピュレータ制御部３６は、ワークＷの三次元形状、ワークＷのエンドレスベルト１０上における位置、ワークＷのエンドレスベルト１０上における姿勢を精確に把握しておく必要がある。そして、マニピュレータ制御部３６は、ワークＷの三次元形状、ワークＷのエンドレスベルト１０上における位置、ワークＷのエンドレスベルト１０上における姿勢、のそれぞれに最も適した把持部１４の把持姿勢を算出し、その把持姿勢でワークＷを把持するように、マニピュレータ４を制御する。なお、マニピュレータ制御部３６が把持部１４の把持姿勢を算出するに際しては、予め教示されている把持姿勢を、ワークＷの三次元形状、ワークＷのエンドレスベルト１０上における位置、ワークＷのエンドレスベルト１０上における姿勢に基いて補正することで算出することが好ましい。

以上に、本願発明の好適な実施形態を説明した。上記実施形態は、以下の特徴を有する。

ピッキングシステム１（作業装置）は、ワークＷが載置されたエンドレスベルト１０（ベルト）を走行させることでワークＷを搬送するベルトコンベア２と、走行するエンドレスベルト１０の位置に関するベルト位置情報を取得するパルスコーダ３（ベルト位置情報取得手段）と、ベルトコンベア２によって搬送させるワークＷに対し所望の作業を行うマニピュレータ４（作業手段）と、マニピュレータ４よりも上流側に配置され、エンドレスベルト１０の走行方向に対して直交する検出ラインＬ（線）上にレーザーを照射することで、検出ラインＬ上におけるワークＷのスライスデータを取得する二次元レーザー変位センサ５（二次元レーザー変位計）と、ベルト位置情報と、二次元レーザー変位センサ５のスライスデータ（測定結果）と、に基いて、二次元レーザー変位センサ５の下を通過したワークＷの三次元形状、位置及び姿勢を推定する形状位置姿勢推定部３５（形状位置姿勢推定手段）と、マニピュレータ４の動作を制御するマニピュレータ制御部３６（作業制御手段）と、を備える。マニピュレータ制御部３６は、マニピュレータ４が、ワークＷの推定された三次元形状、位置及び姿勢と、ベルト位置情報と、に基いて、ワークＷに対してピッキング作業（所望の作業）を行うように、マニピュレータ４を制御する。以上の構成によれば、ベルトコンベア２によるワークＷの搬送を中断することなく、ワークＷを認識し、ワークＷに対して所望の作業を行うことができる。

１ ピッキングシステム
２ ベルトコンベア
３ パルスコーダ
４ マニピュレータ
５ 二次元レーザー変位センサ
６ コントローラ
７ パレット
９ ベルト駆動モータ
１０ エンドレスベルト
１１ ドライブプーリ
１２ ドリブンプーリ
１３ マニピュレータ本体
１４ 把持部
３３ ベルト駆動制御部
３４ パルスカウンタ
３５ 形状位置姿勢推定部
３６ マニピュレータ制御部
Ｄ 搬送方向
Ｌ 検出ライン
Ｒ 作業領域
Ｓ スライスデータ
Ｓ０ スライスデータ
Ｓ１ スライスデータ
Ｓ２ スライスデータ
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ワークが載置されたベルトを走行させることで前記ワークを搬送するベルトコンベアと、
   走行する前記ベルトの位置に関するベルト位置情報を取得するベルト位置情報取得手段と、
   前記ベルトコンベアによって搬送させる前記ワークに対し所望の作業を行う作業手段と、
   前記作業手段よりも上流側に配置され、前記ベルトの走行方向に対して直交する線上にレーザーを照射することで、前記線上における前記ワークのスライスデータを取得する二次元レーザー変位計と、
   前記ベルト位置情報と、前記二次元レーザー変位計の測定結果と、に基いて、前記二次元レーザー変位計の下を通過した前記ワークの三次元形状、位置及び姿勢を推定する形状位置姿勢推定手段と、
   前記作業手段の動作を制御する作業制御手段と、
   を備え、
   前記作業制御手段は、前記作業手段が、前記ワークの推定された三次元形状、位置及び姿勢と、前記ベルト位置情報と、に基いて、前記ワークに対して前記所望の作業を行うように、前記作業手段を制御する、
   作業装置。

Images