JP2019093525A - 仕分け装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】物体の重量及び形状に寄らず、人の手を介さないで仕分けをする。【解決手段】ピッキング装置2は、固定部211及び可動部212を有するアクチュエータ21と、可動部212に取付けられ、ベルトコンベア5を流れる物体50を保持可能な保持部22と、固定部211に対する可動部212の位置を検出する位置検出部24と、固定部211の加速度を検出する加速度検出部25と、検出された位置と基準位置Prとの差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値Irp及び検出された加速度に基づいてアクチュエータ21に対する駆動電流Iaを出力するアクチュエータ制御部261と、電流指令値Irp、又は、検出された加速度及び出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部212に加わる外力Fを検出する外力検出部262と、検出された外力Fに基づいてアクチュエータ制御部261及び保持部22を制御する作業制御部27とを備えた。【選択図】図2
Description
この発明は、仕分け作業を行う仕分け装置に関する。
従来、野菜又は果物等の農産物を仕分け箱に箱詰めする場合には、ベルトコンベアを流れる農産物の大きさを目視で判断し、人の手で仕分けをしている。
これに対し、吸着カップホルダを搭載したロボットを用い、農産物の仕分けを自動で行う方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。この方法では、吸着カップホルダを農産物に対して隙間を設けて近づけ、ブロアで吸引を行うことで農産物を吸着カップホルダに吸着させ、トレイパックへの収納を行う。
このように、特許文献1に開示された方法では、吸着カップホルダを農産物に対して隙間を設けて近づけ、ブロアで吸引を行うことで農産物を吸着カップホルダに吸着させている。そのため、重量が大きい農産物及び形状が不均等な農産物では吸着が困難であるという課題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、物体の重量及び形状に寄らず、人の手を介さないで仕分けをすることができる仕分け装置を提供することを目的としている。
この発明に係る仕分け装置は、ベルトコンベアを流れる物体を仕分けするピッキング装置を備え、ピッキング装置は、固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、可動部に取付けられ、ベルトコンベアを流れる物体を保持可能な保持部と、固定部に対する可動部の位置を検出する位置検出部と、固定部の加速度を検出する加速度検出部と、位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値及び加速度検出部により検出された加速度に基づいてアクチュエータに対する駆動電流を出力するアクチュエータ制御部と、アクチュエータ制御部において得られた電流指令値、又は、加速度検出部により検出された加速度及びアクチュエータ制御部により出力された駆動電流の電流値に基づいて、可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、外力検出部により検出された外力に基づいてアクチュエータ制御部及び保持部を制御する作業制御部とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、上記のように構成したので、物体の重量及び形状に寄らず、人の手を介さないで仕分けをすることができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る仕分け装置の構成例を示す図である。
仕分け装置は、ベルトコンベア5を流れる農産物等の物体50を仕分けする装置である。この仕分け装置は、図1に示すように、撮影装置1及びピッキング装置2を備えている。なお図1では、物体50が農産物である場合を示し、符号6は物体50が収納される出荷箱等の仕分け箱を示している。また図1における矢印は、物体50が流れる方向を示している。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る仕分け装置の構成例を示す図である。
仕分け装置は、ベルトコンベア5を流れる農産物等の物体50を仕分けする装置である。この仕分け装置は、図1に示すように、撮影装置1及びピッキング装置2を備えている。なお図1では、物体50が農産物である場合を示し、符号6は物体50が収納される出荷箱等の仕分け箱を示している。また図1における矢印は、物体50が流れる方向を示している。
撮影装置1は、ベルトコンベア5を流れる物体50を撮影する。この撮影装置1により撮影された画像を示す情報は、ピッキング装置2に出力される。なお図1では、撮影装置1とピッキング装置2との間の信号線の図示を省略している。また、撮影装置1は必須の構成ではなく、仕分け装置から取除いてもよい。以下では、撮影装置1を使用する場合を記述する。
ピッキング装置2は、1台以上設けられ、ベルトコンベア5を流れる物体50を仕分けする。図1では、ピッキング装置2が1台設けられた場合を示している。このピッキング装置2は、図2に示すように、アクチュエータ21、保持部22、移動部23、位置検出部24、加速度検出部25、外力検出制御部26及び作業制御部27を備えている。なお図2では、撮影装置1も図示している。また、外力検出制御部26は、アクチュエータ制御部261及び外力検出部262から構成される。
アクチュエータ21は、固定部211、及び当該固定部211に対して変位可能な可動部212を有し、磁界に置かれたコイルに電流が供給されることで固定部211に対して可動部212を直動方向又は回転方向に変位可能とする。このアクチュエータ21は、移動部23に取付けられており、全体が移送され、また、姿勢が変更される。なお、可動部212又は保持部22が複数方向の自由度を持ち、アクチュエータ21全体の移送及び姿勢の変更が不要である場合、移動部23はなくてもよい。以下では、移動部23を使用する場合を記述する。
保持部22は、可動部212に取付けられ、ベルトコンベア5を流れる物体50を保持可能な機構である。図2では、保持部22として、物体50を把持可能なグリッパ(ハンド)が用いられている。なお、保持部22としては、グリッパ以外にも、例えば、物体50を吸着可能な吸着具(図8参照)を用いてもよい。また、ピッキング装置2が複数台設けられる場合には、各々のピッキング装置2が有する保持部22が共同してベルトコンベア5を流れる物体50のピッキングを行う。
移動部23は、アクチュエータ21を移動(移送及び姿勢変更)する。図2では、移動部23として、先端にアクチュエータ21(固定部211)が取付けられ、アクチュエータ21を移動可能なロボットを示している。
位置検出部24は、アクチュエータ21に設けられ、固定部211に対する可動部212の位置(相対位置)を検出する。この位置検出部24により検出された位置を示す信号(位置信号)は、アクチュエータ制御部261に出力される。
加速度検出部25は、固定部211に設けられ、固定部211の加速度を検出する。この際、加速度検出部25は、固定部211の重力加速度αg及び移動加速度α1のうちの一方、又は両方が加算された加速度(αg+α1)を検出する。図3では、加速度検出部25が加速度(αg+α1)を検出する場合を示している。この加速度検出部25により検出された加速度を示す信号(加速度信号)は、アクチュエータ制御部261に出力される。
アクチュエータ制御部261は、位置検出部24により検出された位置と基準位置Prとの差分に対してゲイン(ループゲイン)を調整し、当該調整結果である電流指令値Irp及び加速度検出部25により検出された加速度に基づいてアクチュエータ21に対する駆動電流Iaを出力する。
外力検出部262は、アクチュエータ制御部261において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部25により検出された加速度及びアクチュエータ制御部261により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部212に加わる外力(反力)Fを検出する。
アクチュエータ制御部261及び外力検出部262の構成例については後述する。
アクチュエータ制御部261及び外力検出部262の構成例については後述する。
作業制御部27は、ピッキング装置2による仕分け作業を実現する。この際、作業制御部27は、外力検出部262により検出された外力F及び撮影装置1により撮影された画像に基づいて、アクチュエータ制御部261、保持部22及び移動部23を制御することで、仕分け作業を実現する。なお、作業制御部27は、基準位置Pr又はゲインの変更を行うことでアクチュエータ制御部261を制御する。また、作業制御部27は、上記に加え、位置検出部24により検出された位置、加速度検出部25により検出された加速度、及び作業制御部27で管理している時間等も考慮して、上記仕分け作業を実現してもよい。この作業制御部27の構成例については後述する。
次に、外力検出制御部26の構成例について、図3を参照しながら説明する。なお図3では、アクチュエータ21、保持部22、位置検出部24及び加速度検出部25も図示している。
外力検出制御部26は、図3に示すように、位置速度変換部263、減算器264、ゲイン調整部265、質量推定部266、加速度補償部267、加減算器268、定電流制御部269、及び外力検出部262を有している。なお図3に示す外力検出制御部26において、外力検出部262を除く機能部(位置速度変換部263、減算器264、ゲイン調整部265、質量推定部266、加速度補償部267、加減算器268及び定電流制御部269)は、アクチュエータ制御部261を構成する。
外力検出制御部26は、図3に示すように、位置速度変換部263、減算器264、ゲイン調整部265、質量推定部266、加速度補償部267、加減算器268、定電流制御部269、及び外力検出部262を有している。なお図3に示す外力検出制御部26において、外力検出部262を除く機能部(位置速度変換部263、減算器264、ゲイン調整部265、質量推定部266、加速度補償部267、加減算器268及び定電流制御部269)は、アクチュエータ制御部261を構成する。
位置速度変換部263は、位置検出部24により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部211に対する可動部212の速度(相対速度)を示す。この位置速度変換部263により変換された速度を示す信号(速度信号)は、加減算器268に出力される。
減算器264は、基準位置Prから位置検出部24により検出された位置を減算する。この減算器264による減算結果を示す信号は、ゲイン調整部265に出力される。
ゲイン調整部265は、減算器264による減算結果(位置偏差)に対してゲインを調整し、電流指令値Irpを出力する。ゲインは、アクチュエータ21におけるコンプライアンスの値であり、コンプライアンスは、バネ定数の逆数であり、固さ柔らかさを示す指標である。また、ゲイン調整部265において、上記位置偏差と電流指令値Irpとの関係を示す関数は線形でもよいし非線形でもよい。このゲイン調整部265は、図3,4に示すように、ループゲイン測定部2651、ゲイン交点制御部2652及び可変ゲイン調整部2653を有している。
ループゲイン測定部2651は、減算器264から出力された信号のゲインを測定する。この際、ループゲイン測定部2651は、図4に示すように、減算器264から出力された信号に、発振器2654によりゲインが1倍(0dB)となるべき基準となる周波数、すなわちゲイン交点に設定された基準となる周波数の正弦波を、加算器2655を介して加算する。このループゲイン測定部2651による正弦波の加算前後の信号は、ゲイン交点制御部2652に出力される。
ゲイン交点制御部2652は、図4に示すように、比較器2656によりループゲイン測定部2651による正弦波の加算前後の信号での振幅比を比較する。このゲイン交点制御部2652による比較結果を示す信号は、可変ゲイン調整部2653に出力される。
可変ゲイン調整部2653は、ゲイン交点制御部2652により比較された振幅比の倍率が1となるように、当該振幅比の倍率の逆数を調整値とし、減算器264から出力された信号のゲインを調整する。すなわち、可変ゲイン調整部2653は、ループゲイン測定部2651による正弦波の加算前の信号の振幅レベルEaに対して当該正弦波の加算後の信号の振幅レベルEbが高い場合(Ea<Eb)には調整値を大きくし、当該正弦波の加算前の信号の振幅レベルEaに対して当該正弦波の加算後の信号の振幅レベルEbが低い場合(Ea>Eb)には調整値を小さくすることで、ゲインが1倍となるように調整する。この可変ゲイン調整部2653によりゲインが調整された信号は、加減算器268に電流指令値Irpとして出力される。また、可変ゲイン調整部2653によるゲインの調整値を示す信号は、質量推定部266に出力される。
なお、発振器2654でゲインが1倍となるべき基準となる周波数の正弦波を加算するのは、ゲインが1倍となる周波数においてEa/Eb=1となるため、Ea/Eb=1となるようにゲインを調整することで、ゲイン交点を常に1に維持できるためである。
また、減算器264及びゲイン調整部265は、位置検出部24により検出された位置と基準位置Prとの差分に基づく電流指令値Irpを出力する位置制御手段(位相制御ループ)を構成する。
質量推定部266は、可変ゲイン調整部2653によるゲインの調整値から、可動部212側の質量を推定する。すなわち、質量推定部266は、ゲインの調整値の変化と質量の変化とが比例する原理を利用する。ここで、可動部212側の質量とは、保持部22が物体50を保持していない場合には、可動部212の質量M1と保持部22の質量M2とが加算された質量(M1+M2)であり、保持部22が物体50を保持している場合には、可動部212の質量M1と保持部22の質量M2と物体50の質量M3とが加算された質量(M1+M2+M3)である。なお図3では、質量推定部266が、可動部212の質量M1と保持部22の質量M2とが加算された質量(M1+M2)を推定する場合を示している。
例えば、可動部212側の質量が規定値の2倍になったとすると、ゲインはその逆数倍の1/2となっており、Ea/Eb=1/2となる。これに対して、ゲインを1倍とするため、可変ゲイン調整部2653は2倍の調整値でゲインを調整する。そして、質量推定部266は、この可変ゲイン調整部2653の調整値から、可動部212側の質量が規定値の2倍に変化したと推定できる。
この質量推定部266により推定された質量を示す信号は、加速度補償部267に出力される。
例えば、可動部212側の質量が規定値の2倍になったとすると、ゲインはその逆数倍の1/2となっており、Ea/Eb=1/2となる。これに対して、ゲインを1倍とするため、可変ゲイン調整部2653は2倍の調整値でゲインを調整する。そして、質量推定部266は、この可変ゲイン調整部2653の調整値から、可動部212側の質量が規定値の2倍に変化したと推定できる。
この質量推定部266により推定された質量を示す信号は、加速度補償部267に出力される。
なお上記では、質量推定部266により可動部212側の質量を推定する場合を示したが、これに限らず、他の方法を用いて可動部212側の質量を取得してもよい。
加速度補償部267は、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを出力する。この加速度補償部267は、乗算器2671及び係数乗算部2672を有している。
乗算器2671は、加速度検出部25により検出された加速度と、質量推定部266により推定された質量とを乗算する。この乗算器2671による乗算結果を示す信号は、係数乗算部2672及び外力検出部262に出力される。
係数乗算部2672は、乗算器2671による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。なお、Ktは、アクチュエータ21が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。この係数乗算部2672による乗算結果を示す信号は、加減算器268に加速度補償値Ircとして出力される。
加減算器268は、ゲイン調整部265から出力された電流指令値Irpに対し、加速度補償部267から出力された加速度補償値Ircを加算し、位置速度変換部263から出力された速度信号を減算する。この加減算器268による加減算結果を示す信号は、定電流制御部269に電流指令値Irとして出力される。
定電流制御部269は、アクチュエータ21を駆動する駆動電流Iaを電流指令値Irに一致させるように制御する。この定電流制御部269は、減算器2691、駆動ドライバ2692及び電流検出部2693を有している。
減算器2691は、加減算器268から出力された電流指令値Irから、電流検出部2693により検出された駆動電流Iaの電流値を減算する。この減算器2691による減算結果を示す信号は、駆動ドライバ2692に出力される。
駆動ドライバ2692は、減算器2691による減算結果に応じた駆動電流Iaを発生する。この駆動ドライバ2692により発生された駆動電流Iaは、電流検出部2693を介してアクチュエータ21に出力される。
電流検出部2693は、駆動ドライバ2692により発生された駆動電流Iaの電流値を検出する。この電流検出部2693により検出された電流値を示す信号は、減算器2691に出力される。
外力検出部262は、アクチュエータ制御部261において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部25により検出された加速度及びアクチュエータ制御部261により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部212に加わる外力Fを検出する。具体的には、外力検出部262は、電流指令値Irp、又は、駆動電流Iaの電流値から加速度補償値Ircを減算した結果に基づいて、可動部212に加わる外力Fを検出する。なお、可動部212に加わる外力Fとしては、保持部22が物体50と接触した際に発生する力、及び、保持部22により保持された物体50が仕分け箱6と接触した際に発生する力が挙げられる。また図3では、外力検出部262が、加速度検出部25により検出された加速度及びアクチュエータ制御部261により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて可動部212に加わる外力Fを検出する場合を示している。図3に示す外力検出部262は、係数乗算部2621、減算器2622及び係数乗算部2623を有している。
係数乗算部2621は、加速度補償部267の乗算器2671による乗算結果に係数(1/Kt)を乗算する。この係数乗算部2621による乗算結果を示す信号は、減算器2622に出力される。
減算器2622は、定電流制御部269により発生された駆動電流Iaの電流値から、係数乗算部2621による乗算結果を減算する。この減算器2622による減算結果を示す信号は、係数乗算部2623に出力される。
係数乗算部2623は、減算器2622による減算結果に係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。この係数乗算部2623により得られた外力Fを示す信号は、作業制御部27に出力される。
なお、外力検出部262が、アクチュエータ制御部261において得られた電流指令値Irpに基づいて可動部212に加わる外力Fを検出する場合には、係数乗算部を有する。この係数乗算部は、ゲイン調整部265から出力された電流指令値Irpに係数(Kt)を乗算することで、外力Fを得る。そして、この係数乗算部により得られた外力Fを示す信号は、作業制御部27に出力される。
次に、作業制御部27の構成例について、図5を参照しながら説明する。
作業制御部27は、図5に示すように、接触制御部271、推力制御部272、保持制御部273、第2接触制御部274及び収納制御部275を有している。
作業制御部27は、図5に示すように、接触制御部271、推力制御部272、保持制御部273、第2接触制御部274及び収納制御部275を有している。
接触制御部271は、保持部22がベルトコンベア5を流れる物体50に力(第1の力)F1で接触するまで、当該保持部22を移動させる。力F1は、保持部22が物体50に接触したことを認識可能な力であり、物体50を破損しない程度に十分に弱い力である。
推力制御部272は、接触制御部271による処理後、力リセットを実行する。力リセットとは、保持部22による物体50への接触を維持しつつ可動部212に加わる外力Fが力(第2の力)F2となるようにアクチュエータ21が発生する推力を制御することである。力F2は、力F1より小さい力であり、限りなく零に近い力である。
保持制御部273は、推力制御部272による処理後、保持部22により当該保持部22が接触している物体50を保持させる。この際、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像に基づいて、アクチュエータ制御部261、保持部22及び移動部23のうちの少なくとも一つを制御する。
第2接触制御部274は、保持制御部273による処理後、保持部22により保持された物体50が仕分け箱6に力(第3の力)F3で接触するまで、当該保持部22を移動させる。力F3は、保持部22により保持された物体50が仕分け箱6に接触したことを認識可能な力であり、物体50を破損しない程度に十分に弱い力である。
収納制御部275は、第2接触制御部274による処理後、保持部22による物体50の保持を解除する。
次に、外力検出制御部26の動作原理について説明する。なお以下では、アクチュエータ21として、発生した推力が保持部22に直接伝わるダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータを用い、固定部211に対して可動部212を直動させるものとする。このアクチュエータ21は、定電流制御部269が電流指令値Irに応じて発生した駆動電流Iaにより駆動する。
一方、位置検出部24は、固定部211に対する可動部212の直動方向における位置を検出する。
また、位置速度変換部263は、位置検出部24により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部211に対する可動部212の速度を示す。
また、位置速度変換部263は、位置検出部24により検出された位置を微分して速度に変換する。この速度は、固定部211に対する可動部212の速度を示す。
また、加速度検出部25は、固定部211の直動方向における加速度を検出する。以下では、加速度検出部25は、固定部211の直動方向成分における移動加速度α1と、固定部211の直動方向成分における重力加速度αgとが加算された加速度(α1+αg)を検出するものとする。
また、位置検出部24により検出された位置は、減算器264で基準位置Prと比較され、その差分がゲイン調整部265を介して電流指令値Irを構成する要素の一つである電流指令値Irpとして加減算器268に与えられる。
電流指令値Irは、電流指令値Irpの他、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircで構成され、次式(1)で表される。
Ir=Irp+Irc (1)
Ir=Irp+Irc (1)
なお、位置を単純にフィードバックすると制御系が不安定となる。そのため、実際には、位置速度変換部263からの速度信号をマイナーループとして加減算器268のマイナス出力に加えて安定化を行っているが、以下では省略する。
また、ゲイン調整部265では、位置制御ループのゲインを変えることで、アクチュエータ21におけるコンプライアンスの値を変化させることができる。
ここで、駆動電流Iaに着目すると、外乱トルクがない場合には電流値は零になるが、外乱トルクがある場合にはそれに比例して電流値も変化する。
一般的な外乱トルクとしては、作業時に保持部22から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力、減速器のロストルク等が考えられる。ここで、アクチュエータ21はダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータであるため、減速器は持たず、ロストルクは考慮する必要は少ない。したがって、駆動電流Iaは、作業時に保持部22から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力に比例した値となる。なお以下では、反力Fは、保持部22が物体50に接触した際に発生する力であるとする。
一般的な外乱トルクとしては、作業時に保持部22から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力、減速器のロストルク等が考えられる。ここで、アクチュエータ21はダイレクトドライブ形式のリニアアクチュエータであるため、減速器は持たず、ロストルクは考慮する必要は少ない。したがって、駆動電流Iaは、作業時に保持部22から受ける反力F、重力加速度αg及び移動加速度α1により発生する力に比例した値となる。なお以下では、反力Fは、保持部22が物体50に接触した際に発生する力であるとする。
ここで、アクチュエータ21の駆動電流Ia、作業時に保持部22から受ける反力F、固定部211の直動方向成分における移動加速度α1、固定部211の直動方向成分における重力加速度αg、可動部212の質量M1、及び、保持部22の質量M2から、次式(2)の関係が成り立つ。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ21が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
なお、Ktはアクチュエータ21が発生する推力と駆動電流Iaとの比を表したトルク定数である。
また、式(2)において外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを次式(3)のように設定する。
(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Irc (3)
(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Irc (3)
式(3)のように加速度補償値Ircを設定した場合、式(2)からα1,αg,M1,M2の項が消え、次式(4)のように整理される。
F=Kt・Irp (4)
F=Kt・Irp (4)
このように、外乱トルクを補正するための加速度補償値Ircを式(3)のように設定すると、作業時に保持部22から受ける反力Fと電流指令値Irpは、比例関係になることがわかる。
これは、作業時に保持部22から受ける反力Fが零、つまり保持部22が物体50に接触していない場合、基準位置Prと実際の位置の差分に基づく電流指令値Irpも零、つまり位置が変位しないことを意味している。
そして、保持部22が物体50に接触した際に生じる反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
そして、保持部22が物体50に接触した際に生じる反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。
そして、式(4)には、固定部211の直動方向成分における移動加速度α1、固定部211の直動方向成分における重力加速度αg、可動部212の質量M1、保持部22の質量M2の項目が含まれていない。
つまり、ロボットが急激に移動又は停止を行い移動加速度α1が発生した場合、及び、ロボットが連続して姿勢を変更し重力加速度αgが変化した場合でも、アクチュエータ21の可動部212はゆれることなく反力Fを正しく検出できる。
そして、コンプライアンスの値も自由に設定できる。
つまり、ロボットが急激に移動又は停止を行い移動加速度α1が発生した場合、及び、ロボットが連続して姿勢を変更し重力加速度αgが変化した場合でも、アクチュエータ21の可動部212はゆれることなく反力Fを正しく検出できる。
そして、コンプライアンスの値も自由に設定できる。
なお、上述したように、保持部22が物体50と急激に衝突する等して発生する反力Fは、電流指令値Irpを監視することで知ることができる。また、アクチュエータ21には、反力Fと拮抗するように誘導電流が発生するため、駆動電流Iaから反力Fを検出することもできる。
しかしながら、位置制御ループにおいて、反力Fに対する電流指令値Irpの応答は一般的に速くない。一方、反力Fに対する駆動電流Iaの応答は、可動部212が移動することにより発生する誘導電流によるものであるため、比較的速い。そこで、電流指令値Irpを直接監視するのではなく、駆動電流Iaを監視することで反力Fの検出を行う。
しかしながら、位置制御ループにおいて、反力Fに対する電流指令値Irpの応答は一般的に速くない。一方、反力Fに対する駆動電流Iaの応答は、可動部212が移動することにより発生する誘導電流によるものであるため、比較的速い。そこで、電流指令値Irpを直接監視するのではなく、駆動電流Iaを監視することで反力Fの検出を行う。
ここで、式(2)は以下の通りである。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ir=Kt・(Irp+Irc)
(2)
一方、駆動電流Iaは次式(5)で表せる。
Ia=Ir=Irp+Irc (5)
Ia=Ir=Irp+Irc (5)
よって、式(2),(5)から下式(6)が得られる。
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ia (6)
F+(α1+αg)・(M1+M2)=Kt・Ia (6)
そして、式(6)の両辺から、式(3)の左辺である((α1+αg)・(M1+M2))を減算して整理すると、下式(7)が得られる。
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2)/Kt) (7)
F=Kt・(Ia−(α1+αg)・(M1+M2)/Kt) (7)
この式(7)に示されるように、駆動電流Iaから加速度補償値(α1+αg)・(M1+M2)/Ktを差し引いてトルク定数Ktをかけることで、反力Fを求めることができる。
次に、外力検出制御部26による効果について説明する。
ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、物体50の大きさの違い等により、予めプログラムされた物体50の目標位置と実際の位置が異なる場合、保持部22が物体50に接触した際に大きな外力Fが発生し、物体50に傷が付く恐れがある。
ロボットの動作は、一般的に、位置制御によりコントロールされる。そのため、物体50の大きさの違い等により、予めプログラムされた物体50の目標位置と実際の位置が異なる場合、保持部22が物体50に接触した際に大きな外力Fが発生し、物体50に傷が付く恐れがある。
その対策として、ロボットと保持部22との間に力センサを設置し、保持部22と物体50との接触時に過大な外力Fが発生しそうになると力センサの検出結果をロボットにフィードバックし、過大な外力Fが発生しないようにする方法が考えられる。
しかしながら、過大な外力Fが発生したことを検出して停止指令を出してもロボットは急には止まれないため、停止指令が出た時点から急激に減速しても接触位置からずれた位置で停止してしまい、物体50を押し潰してしまう。そして、位置の行き過ぎ量は移動速度に比例するため、保持部22を物体50に近付ける速度を遅くせざるを得ない。
上記の理由により、保持部22が物体50に接触する可能性のある領域では、ロボットの移動速度を十分落とす必要がある。しかしながら、サイクルタイムを短くするため、保持部22を移動する速度は速くする必要がある。その結果、接触領域の近傍で速度を急激に落とすことになる。
一方、実施の形態1では、ロボット(移動部23)の先端にアクチュエータ21を取付け、また、外力検出制御部26は、アクチュエータ21が急激に移動又は停止されて移動加速度α1が発生した場合、及び、アクチュエータ21の姿勢が変更されて重力加速度αgが変化した場合でも、可動部212に加わる反力Fを正しく検出でき、また、コンプライアンス値を任意に変えられる。そのため、ロボットが急に止まれない点は同じだが、位置の行き過ぎにより物体50を押し潰してしまうことはない。よって、保持部22を物体50に近づける速度を極端に遅くする必要がなく、また、安全に作業できる。
また、ロボットと保持部22との間に力センサを設置した場合、ロボットが急激に減速すると、保持部22の質量M2による影響で、力センサには負方向の加速度に比例した力が発生する。
ところが、上記加速度に比例した力と保持部22の物体50との接触により発生する外力Fとを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
ところが、上記加速度に比例した力と保持部22の物体50との接触により発生する外力Fとを区別することは難しく、区別するためにはロボットの減速時間を大幅に長くせざるを得ない。
一方、外力検出制御部26では、アクチュエータ21が急激に加減速された場合でも正しく外力Fを検出でき、接触時にのみ外力Fを検出するため、アクチュエータ21の減速時間を長くする必要はない。
また、力センサを用いた場合には、重力による影響をリアルタイムに補償し難いという課題もある。
すなわち、組立作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。
しかしながら、ロボットと保持部22との間に力センサを設置した場合には、ロボットの姿勢が水平ではないと、力センサには重力加速度αgによる影響でロボットの姿勢と保持部22の質量M2に応じた力が発生する。
すなわち、組立作業を行う場合にロボットが取りうる姿勢は常に一定ではなく、作業の状態に応じて変化させる場合が多い。
しかしながら、ロボットと保持部22との間に力センサを設置した場合には、ロボットの姿勢が水平ではないと、力センサには重力加速度αgによる影響でロボットの姿勢と保持部22の質量M2に応じた力が発生する。
一方、外力検出制御部26では、アクチュエータ21の姿勢が変更されて重力加速度αgが変化した場合でも外力Fを正しく検出できるため、重力による影響をリアルタイムに補償できる。
次に、作業制御部27の動作例について、図6,7を参照しながら説明する。
作業制御部27は、外力検出部262により検出された外力F及び撮影装置1により撮影された画像等に基づいて、アクチュエータ制御部261、保持部22及び移動部23を制御することで、ピッキング装置2による仕分け作業を実現する。なお、作業制御部27は、基準位置Pr又はゲインの変更を行うことでアクチュエータ制御部261を制御する。ここで、ゲイン調整部265は位置偏差に基づいて電流指令値Irpを出力しているが、上記ゲインの変更とは、上記位置偏差と電流指令値Irpとの関係を示す関数の変更を意味している。また、上記関数の変更には、関数の傾きの変更も含まれる。
作業制御部27は、外力検出部262により検出された外力F及び撮影装置1により撮影された画像等に基づいて、アクチュエータ制御部261、保持部22及び移動部23を制御することで、ピッキング装置2による仕分け作業を実現する。なお、作業制御部27は、基準位置Pr又はゲインの変更を行うことでアクチュエータ制御部261を制御する。ここで、ゲイン調整部265は位置偏差に基づいて電流指令値Irpを出力しているが、上記ゲインの変更とは、上記位置偏差と電流指令値Irpとの関係を示す関数の変更を意味している。また、上記関数の変更には、関数の傾きの変更も含まれる。
また図7Aにおいて、横軸は時間を示し、縦軸はアクチュエータ21が発生する推力を示している。また図7Bにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は可動部212の位置を示している。また図7において、点aは保持部22がベルトコンベア5を流れる物体50に接触したことを示し、点bは力リセットの開始を示し、点cは力リセットの完了を示している。
ピッキング装置2による仕分け作業では、まず、図6に示すように、接触制御部271は、保持部22がベルトコンベア5を流れる物体50に力F1で接触するまで、当該保持部22を移動させる(ステップST1)。図7Aに示すように、力F1は、保持部22が物体50に接触したことを認識可能な力であり、物体50を破損しない程度に十分に弱い力である。なお図7Bに示すように、保持部22が物体50に接触するまでは、可動部212は、位置が変化しない場合(実線)に限らず、自ら伸びる場合(破線)もあり得る。
次いで、推力制御部272は、力リセットを実行し、保持部22による物体50への接触を維持しつつ可動部212に加わる外力Fが力F2となるようにアクチュエータ21が発生する推力を制御する(ステップST2)。図7Aに示すように、力F2は、力F1より小さい力であり、限りなく零に近い力である。このように、推力制御部272により可動部212の推力を制御することで、保持部22による物体50への接触を維持したまま保持部22を物体50上で移動させる(滑らせる)ことが可能となる。また、これにより、ピッキング装置2は、物体50の高さを正確に検出可能となるため、その後の物体50のピッキング制御が容易となる。
次いで、保持制御部273は、保持部22により当該保持部22が接触している物体50を保持させる(ステップST3)。この際、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像に基づいて、アクチュエータ制御部261、保持部22及び移動部23のうちの少なくとも一つを制御する。
ここで、ベルトコンベア5を流れる物体50は姿勢がそれぞれ異なる場合がある。そこで、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像から物体50の姿勢を検出し、その姿勢に基づいて、保持部22の向きを、物体50を保持し易い向きに変える。これにより、ピッキング装置2は、ベルトコンベア5を流れる物体50を容易にピッキングできる。また、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像から物体50の大きさを検出し、その大きさに基づいて、保持部22(グリッパ)の可動域を制御することも可能である。
ここで、ベルトコンベア5を流れる物体50は姿勢がそれぞれ異なる場合がある。そこで、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像から物体50の姿勢を検出し、その姿勢に基づいて、保持部22の向きを、物体50を保持し易い向きに変える。これにより、ピッキング装置2は、ベルトコンベア5を流れる物体50を容易にピッキングできる。また、保持制御部273は、撮影装置1により撮影された画像から物体50の大きさを検出し、その大きさに基づいて、保持部22(グリッパ)の可動域を制御することも可能である。
なお上記では、保持制御部273が、撮影装置1により撮影された画像から物体50の姿勢又は大きさを検出する場合を示した。しかしながら、これに限らず、撮影装置1が、画像に基づく物体50の姿勢又は大きさの検出を行い、その検出結果を示す情報をピッキング装置2に出力してもよい。
次いで、第2接触制御部274は、保持部22により保持された物体50が仕分け箱6に力F3で接触するまで、当該保持部22を移動させる(ステップST4)。力F3は、保持部22により保持された物体50が仕分け箱6に接触したことを認識可能な力であり、物体50を破損しない程度に十分に弱い力である。
収納制御部275は、保持部22による物体50の保持を解除する(ステップST5)。これにより、ピッキング装置2は、ピッキングしている物体50を仕分け箱6に収納することができる。
以上の動作により、物体50に傷を付けずに、且つ作業速度を落とさずに、ベルトコンベア5を流れる物体50の仕分け作業が実施できる。
なお上記では、可動部212を直動方向に変位可能とするアクチュエータ21を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、加速度検出部25が角加速度を検出可能であれば、可動部212を回転方向に変位可能とするアクチュエータ21を用いることもできる。
また上記では、移動部23がロボットである場合を示した。しかしながら、これに限らず、移動部23として、直動機構又は回転機構を用いてもよい。
また上記では、ピッキング装置2が1台設けられた場合を示した。一方、ピッキング装置2を複数台設けた場合には、例えば図8に示すように、各々のピッキング装置2が互いに異なる方向から1つの物体50を保持するよう制御する。このように、複数台のピッキング装置2を用いた場合には、1台のピッキング装置2を用いた場合に対し、物体50をピッキングする際の自由度が増す。
以上のように、この実施の形態1によれば、ピッキング装置2は、固定部211及び可動部212を有するアクチュエータ21と、可動部212に取付けられ、ベルトコンベア5を流れる物体50を保持可能な保持部22と、固定部211に対する可動部212の位置を検出する位置検出部24と、固定部211の加速度を検出する加速度検出部25と、位置検出部24により検出された位置と基準位置Prとの差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値Irp及び加速度検出部25により検出された加速度に基づいてアクチュエータ21に対する駆動電流Iaを出力するアクチュエータ制御部261と、アクチュエータ制御部261において得られた電流指令値Irp、又は、加速度検出部25により検出された加速度及びアクチュエータ制御部261により出力された駆動電流Iaの電流値に基づいて、可動部212に加わる外力Fを検出する外力検出部262と、外力検出部262により検出された外力Fに基づいてアクチュエータ制御部261及び保持部22を制御する作業制御部27とを備えたので、物体50の重量及び形状に寄らず、人の手を介さないで仕分けをすることができる。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
1 体積測定装置
2 ピッキング装置
5 ベルトコンベア
6 仕分け箱
21 アクチュエータ
22 保持部
23 移動部
24 位置検出部
25 加速度検出部
26 外力検出制御部
27 作業制御部
50 物体
211 固定部
212 可動部
261 アクチュエータ制御部
262 外力検出部
263 位置速度変換部
264 減算器
265 ゲイン調整部
266 質量推定部
267 加速度補償部
268 加減算器
269 定電流制御部
271 接触制御部
272 推力制御部
273 保持制御部
274 第2接触制御部
275 収納制御部
2621 係数乗算部
2622 減算器
2623 係数乗算部
2651 ループゲイン測定部
2652 ゲイン交点制御部
2653 可変ゲイン調整部
2654 発振器
2655 加算器
2656 比較器
2671 乗算器
2672 係数乗算部
2691 減算器
2692 駆動ドライバ
2693 電流検出部
2 ピッキング装置
5 ベルトコンベア
6 仕分け箱
21 アクチュエータ
22 保持部
23 移動部
24 位置検出部
25 加速度検出部
26 外力検出制御部
27 作業制御部
50 物体
211 固定部
212 可動部
261 アクチュエータ制御部
262 外力検出部
263 位置速度変換部
264 減算器
265 ゲイン調整部
266 質量推定部
267 加速度補償部
268 加減算器
269 定電流制御部
271 接触制御部
272 推力制御部
273 保持制御部
274 第2接触制御部
275 収納制御部
2621 係数乗算部
2622 減算器
2623 係数乗算部
2651 ループゲイン測定部
2652 ゲイン交点制御部
2653 可変ゲイン調整部
2654 発振器
2655 加算器
2656 比較器
2671 乗算器
2672 係数乗算部
2691 減算器
2692 駆動ドライバ
2693 電流検出部
Claims (7)
- ベルトコンベアを流れる物体を仕分けするピッキング装置を備え、
前記ピッキング装置は、
固定部、及び当該固定部に対して変位可能な可動部を有するアクチュエータと、
前記可動部に取付けられ、前記ベルトコンベアを流れる物体を保持可能な保持部と、
前記固定部に対する前記可動部の位置を検出する位置検出部と、
前記固定部の加速度を検出する加速度検出部と、
前記位置検出部により検出された位置と基準位置との差分に対してゲインを調整し、当該調整結果である電流指令値及び前記加速度検出部により検出された加速度に基づいて前記アクチュエータに対する駆動電流を出力するアクチュエータ制御部と、
前記アクチュエータ制御部において得られた電流指令値、又は、前記加速度検出部により検出された加速度及び前記アクチュエータ制御部により出力された駆動電流の電流値に基づいて、前記可動部に加わる外力を検出する外力検出部と、
前記外力検出部により検出された外力に基づいて前記アクチュエータ制御部及び前記保持部を制御する作業制御部とを備えた
ことを特徴とする仕分け装置。 - 前記作業制御部は、
前記保持部が前記ベルトコンベアを流れる物体に第1の力で接触するまで、当該保持部を移動させる接触制御部を有する
ことを特徴とする請求項1記載の仕分け装置。 - 前記作業制御部は、
前記接触制御部による処理後、前記保持部による物体への接触を維持しつつ前記可動部に加わる外力が前記第1の力より小さい第2の力となるように前記アクチュエータが発生する推力を制御する推力制御部を有する
ことを特徴とする請求項2記載の仕分け装置。 - 前記作業制御部は、
前記推力制御部による処理後、前記保持部により当該保持部が接触している物体を保持させる保持制御部を有する
ことを特徴とする請求項3記載の仕分け装置。 - 前記ベルトコンベアを流れる物体を撮影する撮影装置を備え、
前記保持制御部は、前記撮影装置により撮影された画像に基づいて前記アクチュエータ及び前記保持部のうちの少なくとも一方を制御する
ことを特徴とする請求項4記載の仕分け装置。 - 前記保持部は、物体を把持可能なハンド又は物体を吸引吸着可能な吸着具である
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちの何れか1項記載の仕分け装置。 - 前記ピッキング装置は複数設けられた
ことを特徴とする請求項1から請求項6のうちの何れか1項記載の仕分け装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017227221A JP2019093525A (ja) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 仕分け装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017227221A JP2019093525A (ja) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 仕分け装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019093525A true JP2019093525A (ja) | 2019-06-20 |
Family
ID=66970552
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017227221A Pending JP2019093525A (ja) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 仕分け装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019093525A (ja) |
-
2017
- 2017-11-27 JP JP2017227221A patent/JP2019093525A/ja active Pending
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