JP5521330B2

JP5521330B2 - 移送システム

Info

Publication number: JP5521330B2
Application number: JP2009007198A
Authority: JP
Inventors: 崇巣山; 智弘松尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010162652A

Description

本発明は、物流分野で用いられる箱物を搬送するロボットシステムに関する。

積載された箱物を移載する作業では、その箱物が定型のサイズのものや、ある程度重量が決まったものが移載されている。しかしながら、異形の箱物が輸送されてきて、分配されるようなケースが物流分野では多数見受けられ、このような異形の箱物を分配するには、段済みされた箱物を正確な位置で保持して搬送するようなロボットシステムが必要とされるようになってきた。
従来の箱物移載作業は、パレタイズロボットにより実現されている（例えば、特許文献１参照）。これらのパレタイズロボットでは、ロボットアームの先端に取り付けられた吸着パッドを備えた把持機構により上面から箱物を把持して移載するようになっていた。このようなシステムでは、地上面に載置され周囲との干渉がないように積載された箱物であれば、移載することは容易にできるのであるが、近年の物流システムでは、周囲を被うカセットの中に箱物が配置され、カセットごと物流されるケースが増えてきている。その場合、上面からの箱物の把持では、カセットとの干渉が生じて適用できないという問題が生じていた。そのために、箱物の側面を把持するシステムが必要とされている。そのためには、箱物の高さ方向の長さがどの程度であるのかを知る方法が必要とされる。
これに似たシステムとして、半導体ウェハのマッピング手法がある（例えば、特許文献２参照）。このマッピング手法は、ロボットの先端に取り付けたセンサによりカセットに納められた半導体ウェハの位置を検出するものであり、半導体ウェハを検出した場合、その位置にある半導体ウェハを載置するハンドをカセット内に挿入し、移送するものである。
特開平６−１２６６６３号公報特開２００３−２８２６７７号公報

これまでのパレタイズロボットでは、背景技術で述べた通り、カセット内の箱物を把持できない問題が生じており、これから必要となる物流システムに対応できないため、新たな機構を有する自動化システムが必要となっていた。そのためには、箱物の大きさがわかる必要があり、従来あったマッピング手法が提案されていたが、カセットに備えられた半導体ウェハの場合は、その形状および重量は等しく、カセット内のどこにあるかがわかれば、移送することができるために、本願発明が解決したい不知で異形の箱物を移載する際にその形状を知ることはできないため、適用することはできなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、異形の混在した箱物の大きさを検出して、正確に移載するロボットシステムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明は、カセットに積載された箱物を移載する移送システムであって、前記箱物を積載した前記カセットと、前記カセットに少なくとも２つのアームを挿入し、前記箱物を移載する双腕ロボットとの間に、コンベアを介して対向するように配置されたものである。
また、本発明は、前記双腕ロボットが、上面から見て対象になるように２つのアームが備えられ、前記箱物の幅中心と同軸上に前記双腕ロボットの対称面が配置されたものである。
また、本発明は、前記双腕ロボットの前記アームの先端に前記箱物を狭持するハンド部を備え、前記ハンド部の少なくともいずれか一方に積載された前記箱物の積載位置を検出するセンサが取り付けられたものである。
また、本発明は、前記双腕ロボットまたは前記双腕ロボットの付帯設備の一部に積載された前記箱物の積載位置を検出するセンサが取り付けられたものである。
また、本発明は、前記アームが前記箱物に接近するようにハンド部を動作させ、前記箱物と接触した位置を記憶することにより、前記箱物の幅を検出するものである。
また、本発明は、前記ハンドと前記箱物の接触が、前記ハンドに備えられた接触センサから検出されるものである。
また、本発明は、前記ハンドと前記箱物の接触が、前記アームに作用する反力を各関節のトルクに換算することから検出されるものである。
また、本発明は、前記アームの先端に取り付けられたハンドが前記箱物の側面を上下に移動して前記箱物の積載位置を検出した後、前記ハンドに備えられたセンサが所定の検出信号を検出していない場合は、前記箱物の上段または下段の箱物の幅が小さい形状と見なして前記ハンドが狭持するように前記アームを動作して、前記箱物と接触した位置を記憶することにより、前記箱物の幅を検出するものである。
また、本発明は、前記アームの先端に取り付けられたハンドが前記箱物の側面を上下に移動して前記箱物の積載位置を検出した後、さらに上下に前記ハンドが移動しようとした際に前記ハンドの接触を検出した場合は、前記箱物の上段または下段の箱物の幅が大きい形状と見なして前記ハンドが開くように前記アームを動作して、前記箱物と接触しない位置を記憶することにより、前記箱物の幅を検出するものである。
また、本発明は、前記アームの先端に取り付けられたハンドが前記箱物の側面を上下に移動して前記箱物の積載位置を検出した後、前記ハンドに備えられたセンサが所定の検出信号を検出した場合は、前記アームの２本のうちいずれか一方を上下に動かして前記箱物の幅を検出するものである。
また、本発明は、前記前記アームの先端に取り付けられたハンドが、前記箱物の略高さ中心の側面を把持するものである。

本発明によると、双腕ロボットを用いて、カセット内に積載された箱物の側面を把持するようにしてコンベアへ移載するようにしたことにより、カセットによる物流システムが実現する。また、双腕ロボットに対向するようにカセットが配置され、双腕ロボットとカセット間にコンベアを配置する構成にしたことにより自動化システムが実現できる。また、双腕ロボットまたは付帯設備の一部に取り付けられたセンサもしくはハンドにセンサを取り付けることにより、箱物の幅および高さを検出することができるため、自動的に異形の箱物を移載することができる。

本発明の移送システムの上面図本発明の移送システムの側面図本発明のハンド部の上面図本発明の箱物高さ幅検出内部処理のブロック図本発明の箱物高さ幅検出内部処理のブロック図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１に本発明の構成を示す上面図であり、図２は側面図である。１は双腕ロボット、２はコンベア、３は箱物である。双腕ロボット１は、例えば、特開２００７−１１８１７７に記載されているような双腕ロボットの例で説明できる。双腕ロボット１は、図１に示すように上面から見て対象になるように２本のアーム７Ｒ、７Ｌが備えられており、不図示のカセットに備えられた箱物３の幅の略中心が双腕ロボット１の対称軸とほぼ一致するように配置されている。また、アーム７Ｒ、７Ｌが水平状態に伸ばされた場合、箱物３の把持部分に到達する位置となる。不図示のカセットに備えられた箱物３の前には、コンベア２が設置されており、箱物３は、双腕ロボット１によりコンベア２に移載される。
次に、アームの先端に取り付けられるハンドの詳細について図３を用いて説明する。ハンド４はアーム７Ｒ、７Ｌに取り付けられ、ハンド４の側面には箱物を把持する把持機構５が備えられており、先端部にはセンサ６が取り付けられている。
把持機構５は、本実施例では箱物を引っ掛ける爪部を備えた機構であるが、空気圧を負圧にする吸着パットであったり、摩擦係数の大きなゴム製のパッドを取り付けても良い。箱物に対して、把持機構５を狭持するようにアーム７Ｒ、７Ｌを動作させ、箱物を移載する。また、センサ６は反射型の光学式センサであり、箱物の側面をアーム７Ｒ、７Ｌにより操作することにより、積載された箱物の切れ目を検出する。
次に、動作について図１および図２を用いて説明する。
積載された箱物３に対して、アーム７Ｒ、７Ｌを接近させ、図３に示したハンド４を箱物３に接触する位置まで動作させる。接触の有無は、ハンド４に備えた不図示の接触センサで検出するかアーム７Ｒ、７Ｌに作用する反力を各関節に作用するトルクとして検出する方法により検出される。このような動作により、箱物３の幅方向の大きさが不知であっても把持することができる。
次に、接触した位置から図３に示したハンド４の先端に取り付けたセンサ６の測定範囲内で水平方向に引き戻し、上下方向にアーム７Ｒ、７Ｌを動作させることでハンド４を水平に保った状態で移動させる。このように上下方向にハンド４を移動させることで積載された箱物３の積載位置を検出できる。つまり、センサ６は反射型の光学式センサであるので箱物３の積載位置には切れ目が入ることでセンサ６に反射光が入光しないことから検出される。
このハンド４が上下に移動する時に積載された箱物３の幅が異形である場合について考察する。上から下へセンサ６を走査する場合に、上の箱物よりも下の箱物が小さい場合について述べる。
この場合は、箱物３の積載位置をセンサ６で検出して以降、センサ６に反射光が入光しない状態となる。そうすると、箱物３が小さいと判断してアーム７Ｒ、７Ｌを動作させて箱物３にハンド４を接触させるように接近させる。そこで箱物３の幅を検出する。そして箱物３に沿ってセンサ６を移動させ、箱物４の高さを検出する。
次に、上から下へセンサ６を走査する場合に、上の箱物よりも下の箱物が大きい場合について述べる。
この場合は、箱物３の積載位置をセンサ６で検出して以降、ハンド４が箱物３に接触することになる。そうすると、ハンド４に備えた接触センサまたはアーム７Ｒ、７Ｌに反力として作用するトルクから接触を検出し、箱物３が大きいと判断してアーム７Ｒ、７Ｌを動作させて箱物３にハンド４が接触しない位置まで移動させる。そこで箱物３の幅を検出する。そして箱物３に沿ってセンサ６を移動させ、箱物４の高さを検出する。
また、同形の箱物の場合は、箱物３の載置位置をセンサ６で検出し、その下の箱物３に移動して箱物３の高さを検出する。常に、同形の箱物の場合には、センサ６は両方のハンド４に備えられる必要はなく、何れか一方のハンドに備えられれば良い。
以上のようにして、箱物の幅と高さを検出し、積載されている箱物の載置状態を検出するものである。
次に、検出された箱物３の幅に合わせるように、アーム７を動作させてハンド４で箱物３を狭持する。ハンド４で箱物３を狭持する位置は、箱物３の高さ中心を把持する。そのようにすることで、荷重のアンバランスをなくして把持することができる。
次に、把持された箱物３は、コンベア２に載置され、コンベア２により箱物３は移送される。

次に、制御装置の箱物の把持位置を算出する内部処理について図４を用いて説明する。
ハンド４に搭載されているセンサ６を用いて、アーム７Ｒ，７Ｌを上下に動作させることで箱物の積載位置を検出してＩ／Ｏ処理８で処理し、検出した位置でアーム７Ｒ，７Ｌの各モータパルスを記憶部１２に記憶する。記憶されたモータパルス値を用いて、順変換処理部１１で順変換することで、アームの位置が明確になり、箱物の高さがわかる。
箱物の幅が一定である場合、左右のアームの位置関係は、片方のアーム位置が明確になることで、もう片方の位置を算出することができる。
このように、箱物の積載位置の高さＨ_ｎ(mm)、積載位置の回数ｎ(回)がわかることから、把持位置Ｐ_ｎ(mm)は、箱物の積載位置から一定の高さＫ(mm)下げた位置であるから、
Ｐ_ｎ＝Ｈ_ｎ―Ｋ
として、求めることができる。
ロボットは、Ｐ_ｎの位置にロボットハンドを持って行き挟み込むことで箱物を把持することができる。

その他の箱物の高さを検出する例について図５を用いて説明する。箱物が一定の場所になく、箱物の高さと幅も不明な場合、箱物の把持位置を算出する例について説明する。
ロボット１や設備に固定されたセンサ６を用いることで、センサ６からの座標値を固定させる。センサ６が、段積みされた箱物全体をセンシングし、箱物の積載位置を抽出する。抽出した箱物の積載位置から、センサの座標値のどこに積載位置があるかを算出する。センサ６の座標値とロボットの座標値を照らし合わすことで、把持位置を特定することができる。

１双腕ロボット
２コンベア
３箱物
４ハンド
５把持機構
６センサ
７アーム
７Ｒ右アーム
７Ｌ左アーム
８Ｉ／Ｏ処理
９サーボアンプ
１０検出処理
１１順変換処理部
１２積載位置

Claims

カセットに積載された箱物を移載する移送システムであって、
前記箱物との接触の有無を検出する接触センサと、上下に積載された前記箱物の切れ目を反射光の入射の有無によって積載位置として検出する反射型の光学センサとが設けられたハンドが先端に取り付けられた２本のアームを有し、前記カセットに少なくとも前記２本のアームを挿入し、前記ハンドによって前記箱物を挟持するように前記２本のアームを動作させて前記箱物を移載する双腕ロボットと、
前記双腕ロボットと前記箱物との間に設けられ、前記双腕ロボットによって前記箱物が移載されるコンベアと
を備え、
前記コンベアを介して前記カセットに対して対向配置される前記双腕ロボットは、
上下に積載された箱物に対して前記２本のアームを左右から近接させ、前記ハンドと前記箱物との接触が前記接触センサによって検出されるまで前記２本のアームを移動させることで前記箱物の幅を検出し、その後、前記２本のアームを上下方向に移動させて前記光学センサによって前記積載位置を検出する
ことを特徴とする移送システム。
前記双腕ロボットは、
前記２本のアームを上から下へ移動させながら、前記積載位置を検出して以降、前記光学センサに前記反射光が入射しない状態になった場合に、上下に積載された前記箱物のうち下の箱物に対して前記２本のアームを左右から近接させ、前記ハンドと前記下の箱物との接触が前記接触センサによって検出されるまで前記２本のアームを移動させることで該下の箱物の幅を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の移送システム。
前記双腕ロボットは、
前記２本のアームを上から下へ移動させながら、前記積載位置を検出して以降、前記接触センサによって前記ハンドと前記箱物との接触が検出された場合に、上下に積載された前記箱物のうち下の箱物に対して前記ハンドが接触しない位置まで前記２本のアームを移動させて該下の箱物の幅を検出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の移送システム。
前記双腕ロボットは、
前記下の箱物の幅を検出した後、該下の箱物に沿って前記光学センサを移動させることで該下の箱物の高さを検出する
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の移送システム。
前記双腕ロボットは、上面から見て対称になるように前記２本のアームが備えられ、前記箱物の幅中心と同軸上に前記双腕ロボットの対称面が配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の移送システム。
前記アームが前記箱物に接近するようにハンドを動作させ、前記箱物と接触した位置を記憶することにより、前記箱物の幅を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の移送システム。
前記アームの先端に取り付けられたハンドは、前記箱物の略高さ中心の側面を把持することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の移送システム。