JP2022178097A - ロボットアームの制御装置および生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑える。【解決手段】ワーク選択部１３は、複数のワーク１１の中からピックアンドプレース作業の対象となる対象ワークを選択する。位置選択部１４は、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から対象ワークを投入する対象投入位置を選択する。動作制御部１５は、選択された対象ワークを所定の取得位置にて取るとともに、その取った対象ワークを選択された対象投入位置に配置するようにロボットアーム３の動作を制御する。ワーク選択部１３は、複数のワーク１１の中から、複数のワーク１１の現在の位置である現在ワーク位置が、ロボットアーム３の先端の現在の位置である現在先端位置よりコンベア２の流れ方向において上流側の位置となるワーク１１を選択対象としたうえで、それら選択対象のワーク１１の中から、現在先端位置から現在ワーク位置までの距離が最も短くなるワーク１１を対象ワークとして選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、ピックアンドプレース作業を行うロボットアームを制御するロボットアームの制御装置および生産システムに関する。

従来、特許文献１に開示されているように、複数のワークをコンベアなどの搬送装置により搬送することで工場内の生産ラインに流通させ、それら流通されるワークに対してロボットアームが所定の作業を行うといった生産システムがある。このようなロボットアームによる作業の一つとして、搬送されるワークを取って所定の投入位置に投入するといったピックアンドプレース作業が挙げられる。この場合、ロボットアームは、搬送装置により所定の流れ方向に向けて搬送される複数のワークのうちいずれかを選択して取り、その取ったワークを投入トレー内の所定の投入位置に投入することになる。

このようなピックアンドプレース作業が行われる生産システムでは、複数のロボットアームがコンベアの流れ方向に沿うように流れ方向の上流側から下流側へと並ぶように配置されており、それら複数のロボットアームのそれぞれが同様の作業を行うことになる。従来、このような生産システムの各ロボットアームは、ワークの取りこぼしの発生を確実に防止することを最優先として、いずれも複数のワークのうち流れ方向において最も下流側に存在するワークを選択して取るようになっている。

特開２０１１－１２５９８９号公報

上記したような従来のワークの選択基準によれば、ワークの取りこぼしの発生については確実に防止することができる。しかしながら、従来のワークの選択基準では、作業対象として選択されたワークの位置、そのワークを投入する投入トレー内の投入位置などによっては、ロボットアームの移動距離が非常に長いものとなって作業に要する時間が長引いてしまい、その結果、ロボットアームによる作業時間が想定している設備のサイクルタイムに収まらなくなるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができるロボットアームの制御装置および生産システムを提供することにある。

請求項１に記載のロボットアームの制御装置は、搬送装置により所定の流れ方向に向けて搬送される複数のワークのうちいずれかを取り、その取ったワークを予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行うロボットアームを制御するものであって、ワーク選択部、位置選択部および動作制御部を備える。ワーク選択部は、複数のワークの中からピックアンドプレース作業の対象となるワークである対象ワークを選択する。位置選択部は、複数の投入位置の中から対象ワークを投入する投入位置である対象投入位置を選択する。

動作制御部は、ワーク選択部により選択された対象ワークを所定の取得位置にて取るとともに、その対象ワークを位置選択部により選択された対象投入位置に配置するようにロボットアームの動作を制御する。上記構成において、ワーク選択部は、次のような選択基準で対象ワークを選択するようになっている。すなわち、ワーク選択部は、複数のワークの中から、複数のワークの現在の位置である現在ワーク位置が、ロボットアームの先端の現在の位置である現在先端位置より流れ方向において上流側の位置となるワークを選択対象とする。そして、ワーク選択部は、選択対象のワークの中から、現在先端位置から現在ワーク位置までの距離が最も短くなるワークを対象ワークとして選択する。

ピックアンドプレース作業に要する時間は、ロボットアームの姿勢にも依存するが、主に、現在先端位置から対象ワークを取る時点における対象ワークの位置までのロボットアームの移動距離と、対象ワークを取る時点における対象ワークの位置から対象投入位置までのロボットアームの移動距離と、に応じた時間となる。以下、これら移動距離のうち、前者を第１移動距離と称するとともに、後者を第２移動距離と称することとする。上記構成における対象ワークの選択基準では、選択対象のワークの中から第１移動距離が最も短くなるようなワークを対象ワークとして選択するようになっており、これにより、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができる。

また、この場合、ワーク選択部は、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において上流側の位置となるワークを選択対象としており、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において下流側の位置であるワークについては選択の対象外としている。このようにする理由は、次の通りである。すなわち、ワークは、搬送装置により流れ方向に向けて搬送されているため、その位置は刻一刻と流れ方向に向けて移動することになる。そのため、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において下流側の位置であるワークが対象ワークとして選択された場合、ロボットアームが現在先端位置から対象ワークに向けて移動する間、その対象ワークはロボットアームから確実に離れていく方向へ移動し続けることになり、第１移動距離がむやみに長くなったり、最悪の場合にはロボットアームが対象ワークの取得に失敗したりする可能性がある。

これに対し、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において上流側の位置であるワークが対象ワークとして選択された場合、ロボットアームが現在先端位置から対象ワークに向けて移動する間、その対象ワークは大半の場合にはロボットアームに近づいていく方向へ移動することになり、ロボットアームが対象ワークの取得に失敗する可能性が極めて低くなり、また、第１移動距離が短く抑えられることになる。したがって、上記構成のように、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において上流側の位置であるワークを選択対象とすれば、ロボットアームが対象ワークの取得に失敗する可能性を低く抑えつつ、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができる。

請求項２に記載のロボットアームの制御装置において、位置選択部は、複数の投入位置の中から、ロボットアームによりワークを取る時点における対象ワークの位置である未来ワーク位置からの距離が最も短くなる投入位置を対象投入位置として選択するようになっている。つまり、この場合、位置選択部は、複数の投入位置の中から第２移動距離が最も短くなるような投入位置を対象と入位置として選択するようになっている。したがって、上記構成によれば、ピックアンドプレース作業に要する時間を主に決定する第１移動距離および第２移動距離の双方を短く抑えることが可能となり、その結果、ピックアンドプレース作業に要する時間を一層短く抑えることができる。

請求項３に記載の生産システムは、所定の流れ方向に向けて複数のワークを搬送する搬送装置と、搬送装置により搬送される複数のワークのうちいずれかを取り、その取ったワークを予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行う複数のロボットアームと、請求項１または２に記載のロボットアームの制御装置と、を備えたものである。この場合、複数のロボットアームは、流れ方向に沿って流れ方向の上流側から下流側へと並ぶように設けられている。そして、上記したロボットアームの制御装置は、複数のロボットアームのうち、流れ方向において最も下流側に設けられるロボットアーム以外の所定のロボットアームを制御するようになっている。

請求項１または２に記載のロボットアームの制御装置における対象ワークの選択基準によれば、ピックアンドプレース作業に要する時間を短くすることを優先したものであることから、ワークの取りこぼしが発生する可能性がある。ただし、上記構成の生産システムによれば、このような取りこぼしが発生する可能性があるロボットアームは、流れ方向において最も下流側に設けられるものではないことから、その下流側には少なくとも１つのロボットアームが存在する。したがって、仮に請求項１または２に記載のロボットアームの制御装置により制御されるロボットアームにおいて取りこぼしが発生した場合でも、それより下流側に設けられたロボットアームが、その取りこぼしをカバーすることが可能となる。したがって、上記構成によれば、生産システム全体として、ワークの取りこぼしの発生を防止しつつ、ピックアンドプレース作業に要する時間を短縮することができる。

第１実施形態に係る生産システムの構成を模式的に示す図 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その１ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その２ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その３ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その４ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その５ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例を説明するための図その６ 第１実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な処理内容の一例を模式的に示す図 第２実施形態に係るピックアンドプレース作業に関する具体的な処理内容の一例を模式的に示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図８を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の生産システム１は、ベルトコンベア装置であるコンベア２、ロボットアーム３、４、５、コントローラ６、７、８、視覚装置９、エンコーダ１０などを備えている。コンベア２は、所定の流れ方向に向けて複数のワーク１１を搬送するものであり、搬送装置として機能する。本明細書では、図１において白抜きの太い矢印で表すコンベア２の流れ方向Ａ１に沿う方向、つまり図１における左右方向をＹ軸とし、そのＹ軸方向および鉛直方向と直交する方向、つまり図１における上下方向をＸ軸とする。また、本明細書では、Ｙ軸については、図１における右方向をプラス方向とし、Ｘ軸については、図１における下方向がプラス方向とする。

生産システム１では、複数のワーク１１をコンベア２により搬送することで工場内の生産ラインに流通させるようになっている。生産システム１には、図１に示すような工程、つまりワーク１１がコンベア２により搬送されてくると、そのワーク１１をロボットアーム３、４、５で取って矩形容器状の投入トレー１２に整列状態で投入する工程、つまりコンベア２から投入トレー１２への移し変え工程が含まれる。

コンベア２は、基本的には、停止することなく動作し続けるようになっている。ワーク１１は、例えばお菓子などの食品であり、本工程よりも前の前工程において包装が施され、個包装された状態で本工程へと搬送される。ワーク１１は、コンベア２により所定の速度で連続して搬送される。なお、図１などでは、一部のワークにだけ符号を付し、他のワークの符号は省略している。ロボットアーム３、４、５は、例えば４軸のアームを有する水平多関節型ロボットとして構成されている。

ロボットアーム３、４、５は、コンベア２により搬送される複数のワーク１１のうちいずれかを取り、その取ったワーク１１を予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行う。具体的には、ロボットアーム３、４、５は、アームを旋回させて先端をコンベア２の上方に位置させた後、そのアーム先端に取り付けられた図示しないハンドを下降させ、ハンドでワーク１１を把持または吸着して引き上げる。ロボットアーム３、４、５は、アームを旋回させて先端を投入トレー１２の上方に位置させた後、ハンドを下降させ、そのハンドからワーク１１を離して投入トレー１２内の所定の投入位置に配置する。この場合、複数の投入位置としては、投入トレー１２内の９つの投入位置Ｐ１～Ｐ９となっている。

ロボットアーム３、４、５は、コンベア２の流れ方向Ａ１、つまりＹ軸に沿って、流れ方向Ａ１の上流側から下流側へと並ぶように設けられている。流れ方向Ａ１において最も上流側に設けられるロボットアーム３は、コントローラ６により制御される。また、流れ方向Ａ１において２番目に上流側に設けられるロボットアーム４は、コントローラ７により制御される。流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるロボットアーム５は、コントローラ８により制御される。このように、コントローラ６、７、８は、ロボットアーム３、４、５をそれぞれ制御するものであり、ロボットアームの制御装置として機能する。

ロボットアーム３によるワーク１１の投入先となる２つの投入トレー１２は、ロボットアーム３の近傍において、コンベア２を挟んで互いに対向するようにコンベア２の両側に設けられている。ロボットアーム４によるワーク１１の投入先となる２つの投入トレー１２は、ロボットアーム４の近傍において、コンベア２を挟んで互いに対向するようにコンベア２の両側に設けられている。ロボットアーム５によるワーク１１の投入先となる２つの投入トレー１２は、ロボットアーム５の近傍において、コンベア２を挟んで互いに対向するようにコンベア２の両側に設けられている。

生産システム１では、次のような構成により、ロボットアーム３、４、５がワーク１１に追従し、コンベア２を停止させることなくピックアンドプレース作業を可能とするコンベアトラッキングの機能が実現されている。すなわち、カメラなどからなる視覚装置９は、ロボットアーム３、４、５よりも流れ方向Ａ１における上流側の所定の撮像範囲において各ワーク１１の画像を撮像する。

図示しない制御装置またはコントローラ６、７、８は、視覚装置９により撮像された画像に対して所定の画像認識処理を実施することにより、コンベア２上の各ワーク１１の位置、姿勢などを取得する。また、コンベア２に取り付けられたエンコーダ１０は、コンベア２の移動距離、移動速度などに応じたパルス信号を出力する。上記制御装置またはコントローラ６、７、８は、そのパルス信号に基づいて撮像範囲において位置、姿勢などが取得された各ワーク１１がどのように流れてくるかを逐次計算してロボットアーム３、４、５をワーク１１に追従させるようになっている。

３つのロボットアーム３、４、５のうち、流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるロボットアーム５を制御するコントローラ８は、詳細な説明は省略するが、従来のコントローラと同様の構成および機能を有している。そのため、ロボットアーム５は、ワーク１１の取りこぼしの発生を確実に防止することを最優先として、複数のワーク１１のうち流れ方向Ａ１において最も下流側に存在するワーク１１を選択して取るようになっている。

３つのロボットアーム３、４、５のうち、流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるロボットアーム５以外のロボットアーム３、４を制御するコントローラ６、７は、いずれも、次のような特有の構成および機能を有している。以下の各説明では、コントローラ６、７の具体的な構成および機能について、コントローラ６を例にして説明するが、コントローラ７の具体的な構成および機能についても同様である。コントローラ６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどで構成されたコンピュータからなる制御手段においてコンピュータプログラムを実行することで、ロボットアーム３を制御している。

具体的には、コントローラ６は、インバータ回路などから構成された駆動部を備えており、ロボットアーム３の各軸を駆動するモータに対応して設けられているエンコーダで検知したモータの回転位置に基づいて例えばフィードバック制御によりそれぞれのモータを駆動する。コントローラ６は、予め設定された動作プログラムを実行することにより、ロボットアーム３の各軸が予め定められた所定の動作を自動的に実行するようにロボットアーム３を制御する。

コントローラ６は、ワーク選択部１３、位置選択部１４および動作制御部１５などの機能ブロックを備えている。これら各機能ブロックは、コントローラ６が備えるＣＰＵがＲＯＭなどに格納されているコンピュータプログラムを実行してコンピュータプログラムに対応する処理を実行することにより実現されている、つまりソフトウェアにより実現されている。なお、各機能ブロックのうち少なくとも一部をハードウェアにより実現する構成としてもよい。

ワーク選択部１３は、複数のワーク１１の中からピックアンドプレース作業の対象となるワーク１１である対象ワークを選択する。具体的には、ワーク選択部１３は、ワーク１１の現在の位置である現在ワーク位置が、ロボットアーム３の先端、つまりハンドの現在の位置である現在先端位置より流れ方向Ａ１において上流側の位置となるワーク１１を選択対象としたうえで、それら選択対象のワーク１１の中から、現在先端位置から現在ワーク位置までの距離が最も短くなるワーク１１を対象ワークとして選択する。

位置選択部１４は、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から対象ワークを投入する投入位置である対象投入位置を選択する。具体的には、位置選択部１４は、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から、ロボットアーム３によりワーク１１を取る時点における対象ワークの推定位置である未来ワーク位置からの距離が最も短くなる投入位置を対象投入位置として選択する。動作制御部１５は、ワーク選択部１３により選択された対象ワークを所定の取得位置にて取るとともに、その取った対象ワークを位置選択部１４により選択された対象投入位置に配置するようにロボットアーム３の動作を制御する。

次に、上記構成のロボットアーム３を制御するコントローラ６によるピックアンドプレース作業に関する具体的な動作の一例について図２～図７を参照して説明する。なお、図２～図７では、ロボットアーム３の図示は省略し、その先端の位置だけを点線の丸印で表している。ここでは、ロボットアーム３が前回の作業によりワーク１１を投入位置Ｐ９に配置した場合を想定している。この場合、ロボットアーム３の先端は、投入位置Ｐ９に位置しているため、投入位置Ｐ９が最初の現在先端位置となる。

また、この場合、トラッキング範囲は図２において破線の四角で囲われた範囲Ｔ１となっており、ロボットアーム３は、範囲Ｔ１内に存在する７つのワーク１１を追従の対象としている。以下の説明では、追従の対象となる７つのワーク１１について、それらの末尾に小文字のアルファベットａ～ｇを付して区別することとする。なお、７つのワーク１１について区別する必要がない場合には末尾のアルファベットを省略してワーク１１と総称することとする。なお、図２に示すワーク１１の位置は、いずれも現在ワーク位置を表している。

ワーク選択部１３は、図２に示すように、現在先端位置を中心とするとともに－Ｘ軸方向および＋Ｙ軸方向に向けて延びる９０度の扇形の探索範囲である第１探索範囲Ｒ１を形成する。ワーク選択部１３は、このような９０度の扇形の第１探索範囲Ｒ１を徐々に拡大してゆき、第１探索範囲Ｒ１において最初に検出されたワーク１１を対象ワークとして選択する。本実施形態では、ワーク選択部１３は、ワーク１１の中心位置が第１探索範囲Ｒ１内に存在する場合、そのワーク１１が第１探索範囲Ｒ１内に存在すると判断するようになっている。つまり、この場合、ワーク選択部１３は、各ワーク１１の存在を点で判断するようになっているため、最初に検出されるワーク１１が複数現れる可能性は極めて低くなる。この場合、ワーク選択部１３は、第１探索範囲Ｒ１においてワーク１１ｃを最初に検出したため、そのワーク１１ｃを対象ワークとして選択する。

続いて、コントローラ６は、ロボットアーム３により対象ワークであるワーク１１ｃを取る時点におけるワーク１１ｃの推定位置である未来ワーク位置を求める。このような未来ワーク位置の計算は、前述したコンベアトラッキング機能により実現することができる。なお、図３では、各ワーク１１の未来ワーク位置を実線で表すとともに、ワーク１１ｃの現在ワーク位置を破線で表している。図３に示すように、ワーク１１ｃの未来ワーク位置は、その現在ワーク位置から、ロボットアーム３がワーク１１ｃを取るために移動する時間分だけ－Ｙ軸方向に移動した位置となっている。

位置選択部１４は、図３に示すように、ワーク１１ｃの未来ワーク位置を中心とするとともに、＋Ｘ軸方向、つまりワーク１１ｃの投入先となる投入トレー１２側に向けて延びる１８０度の扇形の探索範囲である第２探索範囲Ｒ２を形成する。この場合、コンベア２の＋Ｘ軸方向側に設けられた投入トレー１２内の投入位置Ｐ１～Ｐ９を探索対象としているため、＋Ｘ軸方向に向けて延びる１８０度の扇形の第２探索範囲Ｒ２が形成されているが、図示が省略されているコンベア２の－Ｘ軸方向側に設けられた投入トレー１２内の投入位置Ｐ１～Ｐ９を探索対象とする場合、位置選択部１４は、－Ｘ軸方向に向けて延びる１８０度の扇形の第２探索範囲Ｒ２を形成すればよい。

位置選択部１４は、このような１８０度の扇形の第２探索範囲Ｒ２を徐々に拡大してゆき、第２探索範囲Ｒ２において最初に検出された投入位置を対象投入位置として選択する。本実施形態では、位置選択部１４は、投入位置の中心位置が第２探索範囲Ｒ２内に存在する場合、その投入位置が第２探索範囲Ｒ２内に存在すると判断するようになっている。つまり、この場合、位置選択部１４は、各投入位置の存在を点で判断するようになっているため、最初に検出される投入位置が複数現れる可能性は極めて低くなる。この場合、位置選択部１４は、第２探索範囲Ｒ２において投入位置Ｐ３を最初に検出したため、その投入位置Ｐ３を対象投入位置として選択する。

続いて、動作制御部１５は、ワーク選択部１３により対象ワークとして選択されたワーク１１ｃを取るとともに、そのワーク１１ｃを位置選択部１４により対象投入位置として選択された投入位置Ｐ３に配置するようにロボットアーム３の動作を制御する。この際のロボットアーム３の動作軌跡は、図４に実線の矢印で示すように、現在先端位置である投入位置Ｐ９からワーク１１ｃの未来ワーク位置を経由して対象投入位置である投入位置Ｐ３へと至る軌跡となる。なお、図４に示すワーク１１の位置は、いずれも未来ワーク位置を表している。これにより、ワーク１１ｃに対するピックアンドプレース作業が完了となり、その後、次のワーク１１に対するピックアンドプレース作業が開始される。

このとき、図５に示すように、ロボットアーム３の先端は、投入位置Ｐ３に位置しているため、投入位置Ｐ３が現在先端位置となる。なお、図５に示すワーク１１の位置は、いずれも現在ワーク位置を表している。図５に示すように、ワーク選択部１３は、前回の作業時と同様、現在先端位置を中心とする９０度の扇形の第１探索範囲Ｒ１を形成し、第１探索範囲Ｒ１において最初に検出されたワーク１１を対象ワークとして選択する。この場合、ワーク選択部１３は、第１探索範囲Ｒ１においてワーク１１ｄを最初に検出したため、そのワーク１１ｄを対象ワークとして選択する。

続いて、コントローラ６は、ロボットアーム３により対象ワークであるワーク１１ｄを取る時点におけるワーク１１ｄの推定位置である未来ワーク位置を求める。なお、図６では、各ワーク１１の未来ワーク位置を実線で表すとともに、ワーク１１ｄの現在ワーク位置を破線で表している。図６に示すように、ワーク１１ｄの未来ワーク位置は、その現在ワーク位置から、ロボットアーム３がワーク１１ｄを取るために移動する時間分だけ－Ｙ軸方向に移動した位置となっている。

図６に示すように、位置選択部１４は、前回の作業時と同様、ワーク１１ｄの未来ワーク位置を中心とする１８０度の扇形の第２探索範囲Ｒ２を形成し、第２探索範囲Ｒ２において最初に検出された投入位置を対象投入位置として選択する。この場合、位置選択部１４は、第２探索範囲Ｒ２において投入位置Ｐ３を最初に検出したが、その投入位置Ｐ３には既にワーク１１ｃが配置済みである。そのため、位置選択部１４は、投入位置Ｐ３を対象投入位置として選択することなく投入位置の検出を継続する。その後、位置選択部１４は、第２探索範囲Ｒ２において投入位置Ｐ２を検出したため、その投入位置Ｐ２を対象投入位置として選択する。

続いて、動作制御部１５は、ワーク選択部１３により対象ワークとして選択されたワーク１１ｄを取るとともに、そのワーク１１ｄを位置選択部１４により対象投入位置として選択された投入位置Ｐ２に配置するようにロボットアーム３の動作を制御する。この際のロボットアーム３の動作軌跡は、図７に実線の矢印で示すように、現在先端位置である投入位置Ｐ３からワーク１１ｄの未来ワーク位置を経由して対象投入位置である投入位置Ｐ２へと至る軌跡となる。なお、図７に示すワーク１１の位置は、いずれも未来ワーク位置を表している。これにより、ワーク１１ｄに対するピックアンドプレース作業が完了となり、その後、次のワーク１１に対するピックアンドプレース作業が開始される。

本実施形態では、このような作業が繰り返し実行されることにより、投入トレー１２内の全ての投入位置Ｐ１～Ｐ９にワーク１１が配置されるようになっている。なお、この場合、図７に示すように、ワーク１１ａ、１１ｂ、１１ｅは、ロボットアーム３により取られることなくトラッキング範囲より下流側に移動することになるため、ロボットアーム３による取りこぼしワークとなる。ただし、これらロボットアーム３により取りこぼされたワーク１１ａ、１１ｂ、１１ｅについては、下流側に設けられたロボットアーム４、５による作業で取ることが可能となる。

この場合、２つの投入トレー１２のうち、一方に対して連続してワーク１１を投入するようになっているが、２つの投入トレー１２の両方に対して均等にワーク１１が配置されるように、２つの投入トレーに対して交互にワーク１１を投入するようにしてもよい。このようにする場合であっても、上述したような具体的な動作により、同様にピックアンドプレース作業を実施することができる。

次に、上記構成のロボットアーム３を制御するコントローラ６によるピックアンドプレース作業に関する具体的な処理内容の一例について図８を参照して説明する。なお、ここでは、ロボットアーム３の動作軌跡が決定されるまでの処理を説明し、動作軌跡が決定された後の処理については説明を省略する。まず、ステップＳ１では、ロボットアーム３の現在先端位置が取得される。ステップＳ２では、現在先端位置を中心とするとともに－Ｘ軸方向および＋Ｙ軸方向に向けて延びる９０度の扇形の探索範囲である第１探索範囲Ｒ１が形成される。ステップＳ３では、第１探索範囲Ｒ１においてワーク１１が検出されたか否かが判断される。

第１探索範囲Ｒ１においてワーク１１が検出された場合、ステップＳ３で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、検出されたワーク１１が対象ワークとして選択される。一方、第１探索範囲Ｒ１においてワーク１１が検出されない場合、ステップＳ３で「ＮＯ」となり、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、扇形の半径を所定値だけ大きくするように第１探索範囲Ｒ１が拡大される。ステップＳ５の実行後はステップＳ６に進み、第１探索範囲Ｒ１が上限に達したか否かが判断される。なお、第１探索範囲Ｒ１の上限は、例えばロボットアーム３の可動範囲の上限に基づいて決定したり、ロボットアーム３によるピックアンドプレース作業に要する時間の上限に基づいて決定したりすることができる。

ここで、第１探索範囲Ｒ１が上限未満である場合、ステップＳ６で「ＮＯ」となり、ステップＳ３に戻ってワーク１１の探索が継続される。一方、第１探索範囲Ｒ１が上限に達した場合、ステップＳ６で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、対象ワークとして選択するべきワーク１１が検出できなかったとして、所定のエラー処理が実行される。ステップＳ７の実行後、本処理が終了となる。ステップＳ４の実行後、ステップＳ８に進み、対象ワークの未来ワーク位置を中心とするとともに、投入トレー１２に向けて延びる１８０度の扇形の探索範囲である第２探索範囲Ｒ２が形成される。

ステップＳ９では、第２探索範囲Ｒ２において投入位置が検出されたか否かが判断される。第２探索範囲Ｒ２において投入位置が検出された場合、ステップＳ９で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、検出された投入位置が対象投入位置として選択される。一方、第２探索範囲Ｒ２において投入位置が検出されない場合または検出された投入位置にワーク１１が既に配置されていた場合、ステップＳ９で「ＮＯ」となり、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、扇形の半径を所定値だけ大きくするように第２探索範囲Ｒ２が拡大される。ステップＳ１１の実行後はステップＳ１２に進み、第２探索範囲Ｒ２が上限に達したか否かが判断される。なお、第２探索範囲Ｒ２の上限は、投入トレー１２内の全ての投入位置Ｐ１～Ｐ９を丁度カバーできる範囲より所定のマージン分だけ広い範囲に設定されている。

ここで、第２探索範囲Ｒ２が上限未満である場合、ステップＳ１２で「ＮＯ」となり、ステップＳ９に戻って投入位置の探索が継続される。一方、第２探索範囲Ｒ２が上限に達した場合、ステップＳ１２で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、対象投入位置として選択するべき投入位置が検出できなかったとして、所定のエラー処理が実行される。ステップＳ１３の実行後、本処理が終了となる。ステップＳ１０の実行後、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、現在先端位置をスタート点とし、未来ワーク位置を中継点とし、対象投入位置をエンド点とした動作軌跡が決定される。ステップＳ１４の実行後、本処理が終了となる。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のコントローラ６、７は、複数のワーク１１の中からピックアンドプレース作業の対象となるワーク１１である対象ワークを選択するワーク選択部１３、複数の投入位置の中から対象ワークを投入する投入位置である対象投入位置を選択する位置選択部１４を備えている。ワーク選択部１３は、次のような選択基準で対象ワークを選択するようになっている。すなわち、ワーク選択部１３は、ワーク１１の現在の位置である現在ワーク位置が、ロボットアーム３、４の先端の現在の位置である現在先端位置よりコンベア２の流れ方向Ａ１において上流側の位置となるワーク１１を選択対象としたうえで、それら選択対象のワーク１１の中から、現在先端位置から現在ワーク位置までの距離が最も短くなるワーク１１を対象ワークとして選択する。

ピックアンドプレース作業に要する時間は、ロボットアーム３、４の姿勢にも依存するが、主に、現在先端位置から対象ワークを取る時点における対象ワークの位置である未来ワーク位置までのロボットアーム３、４の移動距離と、対象ワークの未来ワーク位置から対象投入位置までのロボットアーム３、４の移動距離と、に応じた時間となる。以下、これら移動距離のうち、前者を第１移動距離と称するとともに、後者を第２移動距離と称することとする。上記構成における対象ワークの選択基準では、選択対象のワーク１１の中から第１移動距離が最も短くなるようなワーク１１を対象ワークとして選択するようになっており、これにより、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができる。

また、この場合、ワーク選択部１３は、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向Ａ１において上流側の位置となるワーク１１を選択対象としており、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において下流側の位置であるワーク１１については選択の対象外としている。このようにする理由は、次の通りである。すなわち、ワーク１１は、コンベア２により流れ方向Ａ１に向けて搬送されているため、その位置は刻一刻と流れ方向に向けて移動することになる。

そのため、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向Ａ１において下流側の位置であるワーク１１が対象ワークとして選択された場合、ロボットアーム３、４が現在先端位置から対象ワークに向けて移動する間、その対象ワークはロボットアーム３、４から確実に離れていく方向へ移動し続けることになり、ロボットアーム３、４の第１移動距離がむやみに長くなったり、最悪の場合にはロボットアーム３、４が対象ワークの取得に失敗したりする可能性がある。

これに対し、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向において上流側の位置であるワークが対象ワークとして選択された場合、ロボットアーム３が現在先端位置から対象ワークに向けて移動する間、その対象ワークは大半の場合にはロボットアーム３、４に近づいていく方向へ移動することになり、ロボットアーム３、４が対象ワークの取得に失敗する可能性が極めて低くなり、また、第１移動距離が短く抑えられることになる。したがって、上記構成のように、現在ワーク位置が現在先端位置より流れ方向Ａ１において上流側の位置であるワーク１１を選択対象とすれば、ロボットアーム３、４が対象ワークの取得に失敗する可能性を低く抑えつつ、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができる。

位置選択部１４は、投入トレー１２内の複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から、ロボットアーム３、４によりワーク１１を取る時点における対象ワークの位置である未来ワーク位置からの距離が最も短くなる投入位置を対象投入位置として選択するようになっている。つまり、この場合、位置選択部１４は、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中からロボットアーム３、４の第２移動距離が最も短くなるような投入位置を対象と入位置として選択するようになっている。したがって、上記構成によれば、ピックアンドプレース作業に要する時間を主に決定する第１移動距離および第２移動距離の双方を短く抑えることが可能となり、その結果、ピックアンドプレース作業に要する時間を一層短く抑えることができる。

本実施形態の生産システム１は、所定の流れ方向Ａ１に向けて複数のワーク１１を搬送するコンベア２と、コンベア２により搬送される複数のワーク１１のうちいずれかを取り、その取ったワーク１１を予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行う複数のロボットアーム３、４、５と、コントローラ６、７、８と、を備えたものである。この場合、複数のロボットアーム３、４、５は、流れ方向Ａ１に沿って流れ方向Ａ１の上流側から下流側へと並ぶように設けられている。

そして、複数のロボットアーム３、４、５のうち、流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるロボットアーム５以外のロボットアーム３、４を制御するコントローラ６、７は、前述したような特有の構成および機能を備えている。このようなコントローラ６、７における対象ワークの選択基準によれば、ピックアンドプレース作業に要する時間を短くすることを優先したものであることから、ワーク１１の取りこぼしが発生する可能性がある。ただし、上記構成の生産システム１によれば、このような取りこぼしが発生する可能性があるロボットアーム３、４は、流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるものではなく、その下流側にはロボットアーム５が存在する。

そのため、仮にコントローラ６、７により制御されるロボットアーム３、４において取りこぼしが発生した場合でも、それより下流側に設けられたロボットアーム５が、その取りこぼしをカバーすることが可能となる。しかも、この場合、ロボットアーム５は、ワーク１１の取りこぼしの発生を確実に防止することを最優先として、複数のワーク１１のうち流れ方向Ａ１において最も下流側に存在するワーク１１を選択して取るようになっている。したがって、上記構成によれば、生産システム１全体として、ワーク１１の取りこぼしの発生を防止しつつ、ピックアンドプレース作業に要する時間を短縮することができる。

ワーク選択部１３は、第１探索範囲Ｒ１が上限に達した場合、対象ワークの選択を実施しない、つまり、その時点でのワーク１１の取得を放棄するようになっている。ここで、第１探索範囲Ｒ１の上限を、ロボットアーム３、４によるピックアンドプレース作業に要する時間の上限に基づいて決定しておけば、トラッキング範囲Ｔ１内に第１移動距離が極端に長くなるようなワーク１１しか存在しない場合、そのようなワーク１１の取得を放棄し、下流側のロボットアーム５に作業を任せることが可能となる。このようにすれば、ロボットアーム３、４によるピックアンドプレース作業に要する時間の更なる短縮に寄与することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図９を参照して説明する。
本実施形態では、ロボットアーム３、４、５は、取ったワーク１１を、投入トレー１２内の投入位置Ｐ１～Ｐ９へと、この順番で投入するようになっている。したがって、本実施形態の位置選択部１４は、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から、その末尾の数字が小さいものから順番に対象投入位置として選択するようになっている。

そのため、本実施形態のロボットアーム３を制御するコントローラ６によるピックアンドプレース作業に関する具体的な処理内容の一例としては、例えば図９に示すような内容となる。図９に示す本実施形態の処理内容は、図８に示した第１実施形態の処理内容に対し、ステップＳ８～Ｓ１３が省かれるとともにステップＳ２１が追加されている点などが異なっている。この場合、ステップＳ８の実行後、ステップＳ２１が実行される。ステップＳ２１では、複数の投入位置Ｐ１～Ｐ９の中から順番に対象投入位置が選択される。ステップＳ２１の実行後、ステップＳ１４に進み、動作軌跡が決定される。

以上説明した本実施形態によっても、第１実施形態と同様の選択基準で対象ワークが選択されるため、第１実施形態と同様の効果、つまり、ロボットアーム３、４が対象ワークの取得に失敗する可能性を低く抑えつつ、また、生産システム１全体としてワーク１１の取りこぼしの発生を防止しつつ、ピックアンドプレース作業に要する時間を短く抑えることができるという効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

生産システム１は、３つのロボットアーム３、４、５を備えたものであったが、ロボットアームの数は複数であればよく、２つでもよいし、４つ以上でもよい。ロボットアームの数が変更された場合、複数のロボットアームのうちコンベア２の流れ方向Ａ１において最も下流側に設けられるロボットアーム以外の所定のロボットアームを制御するコントローラを、上記各実施形態において説明したコントローラ６と同様の構成および機能を備えるものとすればよい。

本発明は、生産システム１に適用されるロボットアーム３、４を制御するコントローラ６、７に限らず、ピックアンドプレース作業を行うロボットアームを制御するロボットアームの制御装置全般に適用することができる。

１…生産システム、２…コンベア、３、４、５…ロボットアーム、６、７、８…コントローラ、１１…ワーク、１２…投入トレー、１３…ワーク選択部、１４…位置選択部、１５…動作制御部、Ｐ１～Ｐ９…投入位置。

Claims (3)

1. 搬送装置により所定の流れ方向に向けて搬送される複数のワークのうちいずれかを取り、その取ったワークを予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行うロボットアームを制御するロボットアームの制御装置であって、
   前記複数のワークの中から前記ピックアンドプレース作業の対象となるワークである対象ワークを選択するワーク選択部と、
   前記複数の投入位置の中から前記対象ワークを投入する投入位置である対象投入位置を選択する位置選択部と、
   前記ワーク選択部により選択された前記対象ワークを所定の取得位置にて取るとともに、前記対象ワークを前記位置選択部により選択された前記対象投入位置に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する動作制御部と、
   を備え、
   前記ワーク選択部は、
   前記複数のワークの中から、前記複数のワークの現在の位置である現在ワーク位置が、前記ロボットアームの先端の現在の位置である現在先端位置より前記流れ方向において上流側の位置となるワークを選択対象とし、
   前記選択対象のワークの中から、前記現在先端位置から前記現在ワーク位置までの距離が最も短くなるワークを前記対象ワークとして選択するロボットアームの制御装置。
2. 前記位置選択部は、前記複数の投入位置の中から、前記ロボットアームにより前記ワークを取る時点における前記対象ワークの位置である未来ワーク位置からの距離が最も短くなる投入位置を前記対象投入位置として選択する請求項１に記載のロボットアームの制御装置。
3. 所定の流れ方向に向けて複数のワークを搬送する搬送装置と、
   前記搬送装置により搬送される複数のワークのうちいずれかを取り、その取ったワークを予め定められた複数の投入位置のうちいずれかに投入するピックアンドプレース作業を行う複数のロボットアームと、
   請求項１または２に記載のロボットアームの制御装置と、
   を備えた生産システムであって、
   前記複数のロボットアームは、前記流れ方向に沿って前記流れ方向の上流側から下流側へと並ぶように設けられており、
   前記ロボットアームの制御装置は、前記複数のロボットアームのうち、前記流れ方向において最も下流側に設けられるロボットアーム以外の所定のロボットアームを制御するようになっている生産システム。

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