JP5428921B2 - ハンガーラインからのワーク回収装置及び方法 - Google Patents
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ハンガーラインは、ワークを吊り下げる複数のハンガーが搬送ライン(コンベア)に取り付けられ、ハンガーに設けられたフック(吊下げ部)にワーク(又はワークの吊下げ治具)を引っ掛けて、吊り下げられた状態とすることでワークを供給し搬送する装置である。以下、フックを有するハンガーを単に「ハンガー」と呼ぶ。
一般的にハンガーラインは、閉じたループ状になっており、ワークの供給位置と回収位置は近傍で行われる。また上述の例では、ハンガーラインは塗装ラインであるが、ハンガーラインは、これに限定されず、その他のライン、例えばラインサイドへの部品供給などにも利用される。
また、これを自動化する手段として、特許文献1,2が既に提案され、既に一部で実施されている。
特許文献2は、搬送コンベアと同期して移動する位置決め装置でハンガーに吊るされたワークをガイドし、これと同期するものである。
(1)ワークの供給を手作業で行う場合、一連の塗装工程の所要時間が短い場合に、その所要時間に見合うようにワークを供給する必要があり、そのために多数の作業員が必要となる。
また、ハンガーラインにより吊り下げられ、振れ動く状態のワークに近接しながらの作業のため、ワークと人が接触する可能性や、ワークの取り外し損ないによるワークと人の接触やワークの損傷の可能性がある。またそのため、ハンガーラインの高速化が困難である。
また、特許文献1の場合、フックの方向が限定される場合にしか対応できない、もしくはフックの方向を事前にある方向又はある範囲にするための付帯設備等が必要となる。
さらに、特許文献1の実施例に示される複数のワークを同一のハンガーに掛ける場合では、フックにワークを掛けた後でも、ハンガー全体がワークの自重等で傾かないようなハンガー構成が必要となる。
また、特許文献2の場合、フックの方向が限定される場合にしか対応できない、もしくはフックの方向を事前にある方向又はある範囲にするための付帯設備等が必要となる。
さらに、ハンガーやワークの動きではなく、それに吊るされたコンベアの動きをモニタし、かつガイドはハンガー又はワークに接触するため、ガイド内で接触時に外乱等でハンガーやワークが振れてしまうと、装置が停止する原因となる。もしくはそれらを吸収した上で移載可能とする移載装置が必要となる。
すなわち、本発明の目的は、ハンガーラインにおいて移動する複数のハンガーに吊下げられたワークを、ハンガーの移動を停止することなく、かつフックの方向を制限することなく、特別な付帯設備を用いずに、ハンガーから安全かつ確実に回収することができ、これにより人手に頼らずにハンガーラインからのワーク回収が可能となるとともに、ハンガーラインの速度を高めることができるハンガーラインからのワーク回収装置及び方法を提供することにある。
該ロボットを制御するロボット制御装置と、
ハンガーライン内を移動するワークの画像を撮影するワーク撮像装置と、
ハンガーライン内を移動するハンガーの画像を撮影するハンガー撮像装置と、
ロボット制御装置へハンドの手先軌道を出力するリアルタイム計算機と、を備え、
前記ワーク画像に基づきワークの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてハンドをワークの移動に追従させてワークをハンドで把持し、
次いで、前記ハンガー画像に基づき前記ハンガーに設けられたフックの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてワークを把持したハンドをフックの移動に追従させてフックからワークを取り外す、ことを特徴とするハンガーラインからのワーク回収装置が提供される。
前記ワーク画像に基づき前記ワークの位置と姿勢を検出するワーク画像処理装置と、
前記ハンガー画像に基づき前記フックの位置と姿勢を検出するフック画像処理装置と、
前記ワークの位置と姿勢から、ハンドをワークの移動に追従させてワークを把持できる位置まで移動させるアプローチ動作と、前記回収基本軌道に基づき移動するフックからワークを取り外す回収動作とに必要なハンドの手先軌道を出力する軌道計算装置と、を備える。
前記画像処理装置は、前記マーカー又は特徴点に基づき前記フックの位置と姿勢を検出する。
該ロボットを制御するロボット制御装置と、
ハンガーライン内を移動するワークの画像を撮影するワーク撮像装置と、
ハンガーライン内を移動するハンガーの画像を撮影するハンガー撮像装置と、
ロボット制御装置へハンドの手先軌道を出力するリアルタイム計算機と、を備え、
前記ワーク画像に基づきワークの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてハンドをワークの移動に追従させてワークをハンドで把持し、
次いで、前記ハンガー画像に基づき前記ハンガーに設けられたフックの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてワークを把持したハンドをフックの移動に追従させてフックからワークを取り外す、ことを特徴とするハンガーラインからのワーク回収方法が提供される。
前記フックからワークを取り外す回収基本軌道記憶ステップ(A)と、
前記ワーク画像に基づき前記ワークの位置と姿勢を検出するワーク検出ステップ(B)と、
前記ハンガー画像に基づき前記フックの位置と姿勢を検出するフック検出ステップ(C)と、
前記ワークの位置と姿勢から、ハンドをワークの移動に追従させてワークを把持できる位置まで移動させるアプローチ動作と、前記回収基本軌道に基づき移動するフックからワークを取り外す回収動作とに必要なハンドの手先軌道を出力する軌道出力ステップ(D)と、を実行する。
検出した前記フックの姿勢をパラメータとして、前記複数の回収動作のうち1つを選択し該回収動作に切り換える、ことが好ましい。
ハンガーラインにおいて移動する複数のハンガーに吊下げられたワークを、ハンガーの移動を停止することなく、かつフックの方向を制限することなく、特別な付帯設備を用いずに、ハンガーから安全かつ確実に回収することができ、これにより人手に頼らずにハンガーラインからのワーク回収が可能となるとともに、ハンガーラインの速度を高めることができる。
ワーク1は、その上部に吊下げリング1aを有する。吊下げリング1aは、ハンガーライン2内を移動するハンガー3に設けられたフック4に引っ掛けて、吊り下げるようになっている。
ハンド11は、例えば吸着パッドであり、ワーク1を吸着して把持するようになっている。なおハンド11は、吸着パッドに限定されず、電磁パッドや機械的なハンドであってもよい。
すなわち、ロボット制御装置14は、ロボット12を制御してロボットアーム12aの手先軌道から各関節の回転量を算出し、ロボットアーム12aを動作させて、ハンド11を3次元的に6自由度に移動する。
図2において、ワーク撮像装置17は、固定位置に設置されたワーク撮像装置17Aとハンドに設置されたワーク撮像装置17Bとからなる。
この図において、フック撮像装置16は、ハンガーライン2の上部に下向きに固定されており、フック4からワーク1を取り外すためのワーク回収エリア内でハンガーライン2内を移動するハンガー3のデジタル画像5Aを撮影し、リアルタイム計算機18(図2参照)へ逐次出力するようになっている。
また、ワーク撮像装置17Aは、ハンガーライン2の下部に横向きに固定され、ワーク撮像装置17Bは、ロボット12のハンド11に固定されており、ワーク回収エリア内でハンガーライン2内を移動するワーク1のデジタル画像5Bを撮影し、リアルタイム計算機18(図2参照)へ逐次出力するようになっている。
デジタル画像5A,5Bの画素数は、任意であるが、例えば、約30万画素(横640ピクセル×縦480ピクセル)を有する。また、撮像装置16、17は、デジタル画像5A,5Bを一定の制御周期(例えば30fps:1秒間に30回)で撮影するようになっている。以下、それぞれのデジタル画像を単にハンガー画像5A及びワーク画像5Bという。
なお、図10に示すように、ハンガーには複数フックが固定されているような場合も存在する。
図10のような場合、本発明において「フックの位置と姿勢を検出する」とは、ハンガー内のフック位置が固定されて、位置姿勢関係が既知の場合はハンガーの位置と姿勢を検出して、ハンガーの基準位置の位置と姿勢から各フックの位置と姿勢を算出する場合も含むものとする。
マーカー6は、この例では揺動中心と同心の白丸6aと、フック4の開口部の方向に位置する黒丸6bからなる。フック4の姿勢とは、この例ではフック4の開口部の方向である。
ハンガー画像5Aにおいて、フックの基準座標系として、フックの基準位置を原点Oとし、ラインの送り方向をx軸、これに直交する水平方向をy軸、フック4のy軸に平行な軸からの回転角をθと定義する。
また、フック座標系として、フックの開口部の方向をyh軸、これに直交する水平方向をxh軸、鉛直方向をzh軸と定義する。
さらに、ワーク座標系として、ワークの特徴点を基準に直交3軸、xw軸、yw軸、zw軸を定義する。
この場合、フック4の移動距離Lを、ハンガー画像5A上の基準位置Oからの白丸6aの中心位置から検出することができる。また、フック4の開口部を示す回転角θを、白丸6aと黒丸6bの相対角度から検出することができる。
これらの例図4(B)(C)において、フック4はハンガー3の下方に紐状部材(ワイヤやロープ)で自由に揺動するように吊り下げられている。
また、図4(B)において、フック4の複数箇所(この例で3箇所)にマーカー6が設けられ、ステレオカメラ等のフック撮像装置16によりマーカー6の3次元位置を計測し、フック4の6自由度の位置と姿勢を算出するようになっている。
さらに、図4(C)において、フック4の上端に取り付けた円板上に複数(この例で3つ)のマーカー6が設けられ、フック撮像装置16によりマーカー6の3次元位置を計測し、フック4の6自由度の位置と姿勢を算出するようになっている。
記憶装置18aは、フック4からワーク1を取り外す回収基本軌道8を記憶する。
なお、リアルタイム計算機は、例えば以下の(1)(2)(3)ような構成であってもよい。
(1)画像処理装置18b、軌道計算装置18c、記憶装置18a、ロボット制御装置14が1つのPC上などに置かれる一体のハードウェア構成、
(2)画像処理装置18b、軌道計算装置18c(+記憶装置18a)+ロボット制御装置14が全て異なるハードウェア構成、
(3)画像処理装置18bのみが計算機上にあり、軌道計算装置18c(+記憶装置18a)+ロボット制御装置14が同一のハードウェア構成。
そのほかに画像処理装置18bと軌道計算装置18cはハードウェア上、一体的に扱い、記憶装置18aだけロボット制御装置側にあって、リアルタイム通信等を利用してリアルタイム計算機側の追従軌道計算装置に逐次読み込むような構成であってもよい。
回収基本軌道8は、フック4の鉛直な揺動軸とフック4の開口部を含む鉛直平面内(すなわち、フック座標系におけるyh軸−zh軸を含む鉛直平面内)において、ハンドの初期位置8aから回収動作の初期位置8bを経て回収動作の最終位置8cまでの軌道である。
この回収基本軌道8は、フック4の位置を原点とするフック座標系において予め教示し、記憶装置18aに記憶する。
この例において、フック4は一端が開いたループ状であり、ハンガー3の下方に取り付けられ、鉛直軸を中心に自由に揺動するようになっている。
またワーク1は、吊り下げ治具9を介して、ハンガーライン2内を移動するハンガー3に設けられたフック4に引っ掛けて、吊り下げるようになっている。
また、この場合、ロボット12は、吊り下げ治具9を把持するハンド11を有し、このハンド11を3次元的に6自由度に移動するようになっている。
その他の構成は、上述した図1〜図5と同様である。
また、ワーク画像処理装置18cは、ワーク撮像装置17で撮影したワーク画像5bに基づき、ワーク1の位置と姿勢を検出する。
ここで、アプローチ動作は、ハンド11をワーク1の移動に追従させてハンド11がワーク1を把持できる位置まで移動させる動作である。また、回収動作は、上述した回収基本軌道8に基づき、移動するフック4からワーク1を取り外す動作である。
なお、ロボット(アーム)を軌道制御する場合、TCP(ツールセンターポイント)を設定して、TCPの軌道を与える。また、ロボット制御装置は予め較正されたTCP−ロボットフランジ間の位置姿勢情報を用いて変換する。この際、ワークに引っ掛ける場所があるとすると、そのワークを引っ掛ける点をTCPとして軌道を与える等を行うのが、教示などの際、合理的である。
従って、本発明において、ハンドの手先軌道7とは、ハンドに把持されたワークの軌道であってもよく、任意に設定したTCPの軌道であってもよく、その両方を含むものとする。
この図に示すように、本発明のワーク回収方法は、上述した装置を用いて、S1〜S14の各工程(ステップ)を実施し、ワーク画像5Bに基づきワーク1の位置と姿勢を検出し、この検出結果に基づいてハンド11をワーク1の移動に追従させてワーク1をハンド11で把持し、次いで、ハンガー画像5Aに基づきハンガー3に設けられたフック4の位置と姿勢を検出し、この検出結果に基づいてワーク1を把持したハンド11をフック4の移動に追従させてフック4からワーク1を取り外す。
また、ロボット12は予め初期位置で待機する(S1)。
次いで、S3において、撮像装置16、17によりハンガーライン2内を移動するハンガー画像5Aとワーク画像5Bを撮影し、画像処理装置18b、18cによるワーク1及びフック4の位置と姿勢を検出する逐次計算(検出ステップ(B)(C))を開始する。
このアプローチ動作(S4)において、ワーク1の位置と姿勢で決まるワーク座標系に逐次座標変換して、ワーク1とロボット12の相対的な位置と姿勢が、ハンド11がワーク1を把持できる位置になるように、手先軌道7を生成する。
なお、この位置は、ワーク1がハンガーに吊り下げられている限りで、上述した回収基本軌道8上になくてもよい。
この移動動作(S9)において、フック4の位置と姿勢で決まるフック座標系に逐次座標変換して、フック4とロボット12の相対的な位置と姿勢が、上述した回収基本軌道の初期位置8bになるように、手先軌道7を生成する。
この回収動作(S11)において、フック4の位置と姿勢で決まるフック座標に逐次座標変換して、フック4とロボット12の相対的な位置と姿勢が、上述した回収基本軌道8になるように、手先軌道7を生成する。
そこで、本発明では、フック4の姿勢に応じた複数の回収動作(図8(B)(C))を予め記憶し、検出したフック4の姿勢をパラメータとして、複数の回収動作のうち1つを選択しその回収動作に切り換えるようになっている。
この図において、(A)はロボット12とハンガーライン2上のフック4の方向(開口部の向き)との関係図、(B)はフック4の方向がロボット側に位置する場合、(C)はフック4の方向がロボットの反対側に位置する場合の模式図である。
なお、ロボット12の鉛直な旋回中心が、ハンガーライン内のフック4の移動経路の真上又は真上近傍に天吊り等で設定されている場合も同様となる。
従って、ハンガーラインにおいて移動する複数のハンガーに吊下げられたワークを、ハンガーの移動を停止することなく、かつフックの方向を制限することなく、特別な付帯設備を用いずに、ハンガーから安全かつ確実に回収することができ、これにより人手に頼らずにハンガーラインからのワーク回収が可能となるとともに、ハンガーラインの速度を高めることができる。
(1) 人とワーク1との接触の可能性を低減し、ワーク1の外し損ないによるワーク1の破損等を低減することができる。
(2) ハンガーライン2から一旦切り離す特別な付帯設備を用いずに、ハンガーライン2へのワーク1の回収を自動化できる。
(3) ハンガー3に掛けた際のワーク1の自重でのハンガー自体の傾きや、フックの向きに左右されずに動作ができる。
3 ハンガー、4 フック、5 デジタル画像、
6 マーカー、6a 白丸、6b 黒丸、7 手先軌道、
8 回収基本軌道、8a ハンドの初期位置、
8b 回収動作の初期位置、8c 回収動作の最終位置、
9 吊り下げ治具、
10 ワーク回収装置、11 ハンド、
12 ロボット、12a ロボットアーム、
14 ロボット制御装置、16 フック撮像装置(カメラ)、
17,17A,17B ワーク撮像装置(カメラ)、
18 リアルタイム計算機、18a 記憶装置、
18b フック画像処理装置、18c ワーク画像処理装置、
18d 軌道計算装置
Claims (9)
- ワークを把持するハンドを有し該ハンドを3次元的に移動可能なロボットと、
該ロボットを制御するロボット制御装置と、
ハンガーライン内を移動するワークの画像を撮影するワーク撮像装置と、
ハンガーライン内を移動するハンガーの画像を撮影するハンガー撮像装置と、
ロボット制御装置へハンドの手先軌道を出力するリアルタイム計算機と、を備え、
前記ワーク画像に基づきワークの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてハンドをワークの移動に追従させてワークをハンドで把持し、
次いで、前記ハンガー画像に基づき前記ハンガーに設けられたフックの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてワークを把持したハンドをフックの移動に追従させてフックからワークを取り外す、ことを特徴とするハンガーラインからのワーク回収装置。 - 前記リアルタイム計算機は、前記フックからワークを取り外す回収基本軌道を記憶する記憶装置と、
前記ワーク画像に基づき前記ワークの位置と姿勢を検出するワーク画像処理装置と、
前記ハンガー画像に基づき前記フックの位置と姿勢を検出するフック画像処理装置と、
前記ワークの位置と姿勢から、ハンドをワークの移動に追従させてワークを把持できる位置まで移動させるアプローチ動作と、前記回収基本軌道に基づき移動するフックからワークを取り外す回収動作とに必要なハンドの手先軌道を出力する軌道計算装置と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のハンガーラインからのワーク回収装置。 - 前記ハンガー、フック又はワークは、画像処理用のマーカー又は特徴点を有しており、
前記画像処理装置は、前記マーカー又は特徴点に基づき前記フックの位置と姿勢を検出する、ことを特徴とする請求項2に記載のハンガーラインからのワーク回収装置。 - 前記ロボットの鉛直な旋回中心が、ハンガーライン内のフックの移動経路の真上もしくは真下又は真上もしくは真下の近傍に設定されている、ことを特徴とする請求項1に記載のハンガーラインからのワーク回収装置。
- ワークを把持するハンドを有し該ハンドを3次元的に移動可能なロボットと、
該ロボットを制御するロボット制御装置と、
ハンガーライン内を移動するワークの画像を撮影するワーク撮像装置と、
ハンガーライン内を移動するハンガーの画像を撮影するハンガー撮像装置と、
ロボット制御装置へハンドの手先軌道を出力するリアルタイム計算機と、を備え、
前記ワーク画像に基づきワークの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてハンドをワークの移動に追従させてワークをハンドで把持し、
次いで、前記ハンガー画像に基づき前記ハンガーに設けられたフックの位置と姿勢を検出し、該検出結果に基づいてワークを把持したハンドをフックの移動に追従させてフックからワークを取り外す、ことを特徴とするハンガーラインからのワーク回収方法。 - 前記リアルタイム計算機により、
前記フックからワークを取り外す回収基本軌道記憶ステップ(A)と、
前記ワーク画像に基づき前記ワークの位置と姿勢を検出するワーク検出ステップ(B)と、
前記ハンガー画像に基づき前記フックの位置と姿勢を検出するフック検出ステップ(C)と、
前記ワークの位置と姿勢から、ハンドをワークの移動に追従させてワークを把持できる位置まで移動させるアプローチ動作と、前記回収基本軌道に基づき移動するフックからワークを取り外す回収動作とに必要なハンドの手先軌道を出力する軌道出力ステップ(D)と、を実行することを特徴とする請求項5に記載のハンガーラインからのワーク回収方法。 - 前記アプローチ動作において、前記ワークの位置と姿勢で決まるワーク座標に逐次座標変換して、ワークとロボットの相対的な位置と姿勢が、ハンドがワークを把持できる位置になるように、前記手先軌道を生成する、ことを特徴とする請求項6に記載のハンガーラインからのワーク回収方法。
- 前記回収動作において、前記フックの位置と姿勢で決まるフック座標に逐次座標変換して、フックとロボットの相対的な位置と姿勢が、前記回収基本軌道になるように、前記手先軌道を生成する、ことを特徴とする請求項6に記載のハンガーラインからのワーク回収方法。
- 前記フックの姿勢に応じた複数の回収動作を予め記憶し、
検出した前記フックの姿勢をパラメータとして、前記複数の回収動作のうち1つを選択し該回収動作に切り換える、ことを特徴とする請求項6に記載のハンガーラインからのワーク回収方法。
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