JP5793319B2 - 電磁石ハンドおよびそれを用いたロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ワークを電磁吸着する電磁石ハンドおよびその電磁石ハンドを介してワークをピッキングするロボットを有するロボットシステムに関する。

従来より、箱体内にバラ積み状態で収容された複数のワークを一つずつロボットによって自動ピッキングすることが行われている。例えば、特許文献１に記載されたロボットシステムでは、ハンドがピッキング対象のワークを把持する前に、ハンドが箱体や他のワークに干渉するか否かが判定される。干渉判定された場合、ピッキング対象のワークを変更するまたは把持形態を変更する。

特開２０１０−２０７９８９号公報

ところで、箱体内にバラ積み状態で複数の円柱形状ワークが収容されている場合、特許文献１に記載されたロボットシステムでは、ハンドによって把持できないワークが存在する可能性がある。例えば、箱体の角で直立するワーク（箱体の隣接し合う２つの側壁に円周面が接触した直立状態のワーク）をハンドは把持できない。

その対処として、特許文献１に記載されたロボットシステムは、ワークをハンドが把持可能な位置および姿勢の状態にするために、ロボットまたは作業者によって複数のワークをかき混ぜる構成または箱体を振動させる構成にされている。

しかしながら、ハンドによって複数のワークをかき混ぜる場合、ハンドまたはワークが損傷する可能性がある。また、作業者によって複数のワークをかき混ぜる場合、作業者の安全を確保する必要がある。さらに箱体を振動させる場合、箱体を振動させる振動機構を設ける必要がある。いずれにしても、箱体内のワークをハンドが把持可能な位置および姿勢の状態にするために、ロボットによるワークの自動ピッキングを中断させる必要がある。

そこで、本発明は、箱体内にバラ積み状態で収容された複数の円柱形状ワークを、中断することなく、干渉することなく、箱体の角で直立していても、一つずつ自動ピッキングすることを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
円柱または円筒形状ワークを電磁吸着する電磁石ハンドであって、
第１の電磁吸着面のみでワークの円周面または端面を電磁吸着する主電磁吸着部と、
電磁石ハンドの先端に且つ互いに鈍角に配置された第２および第３の電磁吸着面の両方でワークの円周面を電磁吸着するまたは第２または第３の電磁吸着面のいずれか一方でワークの端面を電磁吸着する副電磁吸着部とを有する、電磁石ハンドが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
第１〜第３の電磁吸着面が、電磁石ハンドの先端から、第２、第３、第１の電磁吸着面の順に一方向に並んでいる、第１の態様に記載の電磁石ハンドが提供される。

本発明の第３の態様によれば、
第１および第２の電磁吸着面が平行である、第１または第２の態様に記載の電磁石ハンドが提供される。

本発明の第４の態様によれば、
主電磁吸着部の第１の電磁吸着面でワークの円周面を電磁吸着するときに、主電磁吸着部および副電磁吸着部の並列方向にワークの端面が略向くように該ワークを方向付ける、互いに鈍角に配置された２つのガイド面を備える、第１から第３の態様のいずれか一に記載の電磁石ハンドが提供される。

本発明の第５の態様によれば、
箱体内にバラ積み状態で収容された複数の円柱または円筒形状ワークをピッキングするロボットを有するロボットシステムであって、
ロボットは、
第１の電磁吸着面でワークの円周面または端面を電磁吸着する主電磁吸着部と、先端に且つ互いに鈍角に配置された第２および第３の電磁吸着面の両方でワークの円周面を電磁吸着するまたは第２または第３の電磁吸着面のいずれか一方でワークの端面を電磁吸着する副電磁吸着部とを有する電磁石ハンドを有し、
ロボットが、バラ積み状態の複数のワークそれぞれを、異なる複数の電磁吸着形態でピッキングする、ロボットシステムが提供される。

本発明の第６の態様によれば、
ワークの位置および姿勢を検出するワーク位置姿勢検出手段と、
ワークと、そのワークの高さ位置と、そのワークの姿勢に対応付けされた電磁吸着形態と、その電磁吸着形態を実現するロボットの姿勢との組み合わせを全て算出し、各組み合わせについて所定に点数を付ける組み合わせ点数付け手段と、
最高点の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせに基づいて、電磁石ハンドを介してロボットにワークをピッキングさせるロボット制御手段とを有する、第５の態様に記載のロボットシステムが提供される。

本発明の第７の態様によれば、
組み合わせ点数付け手段は、ワークの高さ位置が高いほど、電磁吸着形態に予め設定された優先順位が高いほど、ロボットの姿勢の妥当性が高いほど、組み合わせに対して高得点を付ける、第６の態様に記載のロボットシステムが提供される。

本発明の第８の態様によれば、
組み合わせに含まれるワークを、その組み合わせに含まれる電磁吸着形態で且つロボットの姿勢でワークを電磁吸着するときに、電磁石ハンドおよびロボットに対する干渉が発生するか否かを判定する干渉判定手段を有し、
ロボット制御手段は、干渉判定手段が干渉を判定した組み合わせを除いた残りから最高点の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせに基づいて、ロボットにワークをピッキングさせる、第６または第７の態様に記載のロボットシステムが提供される。

本発明によれば、電磁石ハンドは、箱体内にバラ積み状態で収容された複数の円柱または円筒形状のワークそれぞれを、異なる複数の電磁吸着形態のいずれか一つで電磁吸着することができる。そのため、電磁石ハンドを有するロボットは、箱体内においてあらゆる位置や姿勢をとりうるワークそれぞれを、中断することなく、干渉することなく、箱体の角で直立していても、一つずつ自動ピッキングすることができる。

本発明に係る一実施の形態のロボットシステムの構成を概略的に示す図 本発明に係る一実施の形態の電磁石ハンドの概略的斜視図 図２に示す電磁石ハンドの異なる複数の電磁吸着形態を示す図 図２に示す電磁ハンドのさらに異なる複数の電磁吸着形態を示す図 ピッキング順序を決定する流れを示す図 ピッキング順序を決定するために算出される組み合わせを説明するための図 干渉の一例を示す図 本発明に係る他の実施の形態の電磁石ハンドの斜視図

図１は、本発明に係る一実施の形態のロボットシステムの構成を概略的に示している。

図１に示すロボットシステム１０は、箱体Ｃ内にバラ積みされた（異なる姿勢で重なる）複数の円柱形状のワークＷを一つずつピッキングし、ピッキングしたワークＷを搬送するように構成されている。

そのために、ロボットシステム１０は、ワークＷをピッキングするロボット１２と、バラ積み状態のワークＷの位置や姿勢を検出するための三次元ビジョンセンサ１４と、ロボット１２にワークをピッキングさせるコントローラ１６とを有する。

ロボット１２は、例えば６つ関節１２ａ〜１２ｆを備える多関節ロボットであって、その先端に電磁石ハンド１８を有する。電磁石ハンド１８は、ワークＷと接触した後に磁力を発生させることによって該ワークＷを電磁吸着し、磁力の発生を停止することによって電磁吸着しているワークＷをリリースするように構成されている。なお、関節１２ａ，１２ｄ，１２ｆはねじり関節であって、関節１２ｂ，１２ｃ，１２ｅは曲げ関節である。

電磁石ハンド１８は、図２に概略的に示すように、ワークＷを電磁吸着する主電磁吸着部２０と副電磁吸着部２２とを備える。

電磁石ハンド１８の主電磁吸着部２０は、１つの電磁吸着面２０ａ（特許請求の範囲の「第１の電磁吸着面」に対応）を備える。

電磁石ハンド１８の副電磁吸着部２２は、電磁石ハンド１８の先端２４（ロボット１２に取り付けられる電磁石ハンド１８の部分から遠い側の端）に且つ互いに鈍角に配置された電磁吸着面２２ａ，２２ｂ（特許請求の範囲の「第２および第３の電磁吸着面」に対応）を備える。２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂの間の角度は、９０度〜１８０度の範囲、好ましくは約１２０度にされている。また、電磁吸着面２２ａは、電磁吸着面２０ａに対して平行である。

電磁石ハンド１８はまた、図２に示すように、ツール座標系ΣＴが予め定義されている。ツール座標系ΣＴの原点Ｏｔは、電磁吸着面２０ａの中心に位置し、Ｚｔ軸は電磁吸着面２０ａに直交する。また、２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂは、Ｙｔ軸に対して平行である。さらに、Ｘｔ軸の延びる方向は、３つの電磁吸着面２０ａ，２２ａ，２２ｂが並ぶ方向である。

加えて、副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ａのＸｔ軸方向長さは、箱体Ｃの側壁Ｃｓに円周面が接触した状態のワークＷを２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂの少なくとも一方で電磁吸着できるように、ワークＷの端面の直径に比べて小さく設定されている。なお、厳密に言えば、２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂの両方でワークＷの円周面を電磁吸着したときに、電磁吸着面２２ａの外側の端（電磁吸着面２２ｂの反対側の端）と、電磁吸着面２２ｂの外側の端（電磁吸着面２２ａの反対側の端）との間に、ワークＷが存在すればよい。

また、主電磁吸着部２０と副電滋吸着部２２における「主」と「副」は、基本的には主電磁吸着部２０を使用し、例外的に主電磁吸着部２０が電磁吸着できないワークＷに対して副電磁吸着部２２を使用するという意味で用いられている。

このような電磁石ハンド１８は、図３に示すように、電磁吸着し合うワークＷの部分または電磁石ハンド１８の部分の少なくとも一方が異なる複数の電磁吸着形態でワークＷを電磁吸着することができる。

図３（Ａ）に示すように、電磁石ハンド１８は、主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで、円柱形状ワークＷの円周面Ｗｐを、ワークＷの端面Ｗｅがツール座標系ΣＴのＸｔ軸方向に向いた状態で電磁吸着することができる。

図３（Ｂ）に示すように、電磁石ハンド１８は、主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで、円柱形状ワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することができる。

図３（Ｃ）に示すように、電磁石ハンド１８は、副電磁吸着部２２の２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂで、円柱形状ワークＷの円周面Ｗｐを電磁吸着することができる。

図３（Ｄ）に示すように、電磁石ハンド１８は、副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ａで円柱形状ワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することができる。

図３（Ｅ）に示すように、電磁石ハンド１８は、副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ｂで円柱形状ワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することができる。

図１に戻り、三次元ビジョンセンサ１４は、例えば、バラ積み状態の複数のワークＷに対してレーザー光を走査し、各ワークＷからの反射光に基づいて、バラ積み状態の複数のワークＷそれぞれについて、その形状、位置、および姿勢を検出するように構成されている。また、三次元ビジョンセンサ１４は、箱体Ｃについても、その形状、位置、および姿勢を検出するように構成されている。

三次元ビジョンセンサ１４はまた、箱体ＣやワークＷそれぞれの形状、位置、および姿勢を、例えば、ロボット１２のベースに予め定義されているベース座標系ΣＢを基準として検出するように構成されている。さらに、例えば、ワークＷの形状中心と略一致する該ワークＷの重心（２つの端面Ｗｅから等距離の中心軸Ｗｃ上の位置の点）のベース座標系ΣＢにおける位置を、ワークＷの位置として検出する。さらにまた、ワークＷの中心軸Ｗｃが延びる方向を、ワークＷの姿勢として検出する。

また、三次元ビジョンセンサ１４は、箱体ＣやワークＷそれぞれについて検出した形状、位置、および姿勢をデータとしてコントローラ１６に送信するように構成されている。

コントローラ１６は、ロボット１２を制御することにより、バラ積み状態の複数のワークＷを一つずつ電磁石ハンド１８を介してロボット１２にピッキングさせ、ピッキングしたワークＷを異なる場所（図示せず）に搬送させるように構成されている。コントローラ１６はまた、三次元ビジョンセンサ１４が検出した箱体ＣやワークＷそれぞれの形状、位置、および姿勢に基づいて、バラ積み状態の複数のワークＷのピッキング順序を決定するように構成されている。

ここからは、コントローラ１６が行う、バラ積み状態の複数のワークＷのピッキング順序の決定方法について説明する。

コントローラ１６は、バラ積み状態の複数のワークＷのピッキング順序を、電磁石ハンド１８のワークＷに対する電磁吸着形態を考慮に入れて決定するように構成されている。

そのために、バラ積み状態の複数のワークＷがとりうる姿勢を予め分類し、その分類されたワークＷのとりうる姿勢それぞれに対して、電磁石ハンド１８の電磁吸着形態、言い換えるとワークＷと接触するときの該ワークＷに対する電磁石ハンド１８の姿勢が予め設定され、対応付けされている。なお、バラ積み状態のワークＷが取りうる姿勢に対して必ず１つのみ電磁吸着形態が対応付けされているわけではなく、少なくとも１つの電磁吸着形態が対応付けされている。

ワークＷの姿勢に対する電磁吸着形態の対応付けの一例を説明する。

まず、前提として、電磁石ハンド１８は、主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａが水平面に対して平行であって且つ下方に向くときの姿勢を基準姿勢としている。

ワークＷがその中心軸Ｗｃが略水平方向に延びる（例えば、水平面に対する中心軸Ｗｃの傾きが１０度より小さい）姿勢の場合、次の複数の電磁吸着形態が予め設定されて、対応付けされている。

一つ目の電磁吸着形態として、図３（Ａ）に示すように、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸がワークＷの中心軸Ｗｃに対して略平行になるように基準姿勢からＹｔ軸を中心として回転した姿勢でワークＷに接近し、且つ重心ＷｇがＹｔ−Ｚｔ平面上に位置するように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの円周面Ｗｐを主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで電磁吸着する。なお、箱体Ｃ内にバラ積み状態で収容された複数のワークＷの多くは、その中心軸Ｗｃが略水平方向に延びる姿勢であるため、この電磁吸着形態で電磁石ハンド１８を介してピッキングされる。

また、二つ目の電磁吸着形態として、図３（Ｃ）に示すように、ツール座標系ΣＴのＹｔ軸がワークＷの中心軸Ｗｃに対して略平行になるように基準姿勢からＸｔ軸を中心として回転した姿勢でワークＷに接近し、且つ重心ＷｇがＸｔ−Ｚｔ平面上に位置するように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの円周面Ｗｐを副電磁吸着部２２の２つの電磁吸着面２２ａ，２２ｂで電磁吸着する。この電磁吸着形態により、中心軸Ｗｃが略水平に延びる姿勢であって、且つ円周面Ｗｐが箱体Ｃの側壁Ｃｓに接触した状態のワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

さらにまた、上述の一つ目の電磁吸着形態の変形形態（三つ目の電磁吸着形態）として、図４（Ａ）に示すように、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸がワークＷの中心軸Ｗｃに対して略平行になるように基準姿勢からＹｔ軸を中心として回転し、さらに中心軸Ｗｃを中心として鉛直軸Ｖに対して角度Δθｘ回転した姿勢でワークＷに接近し、且つ重心ＷｇがＹｔ−Ｚｔ平面上に位置するように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの円周面Ｗｐを主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで電磁吸着する。なお、角度Δθｘを複数設定してもよく、その場合、電磁吸着形態の数は増える。例えば、Δθｘ＝±５°の電磁吸着形態、Δθｘ＝±１０°の電磁吸着形態、Δθｘ＝±１５°の電磁吸着形態を設定してもよい。この電磁吸着形態により、中心軸Ｗｃが略水平に延びる姿勢であって、且つ他のワークＷによって円周面Ｗｐが部分的（周方向に関して）に覆われているワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

水平面Ｈに対する中心軸Ｗｃの傾きが１０度より大きく４５度より小さいワークＷの姿勢の場合、次の複数の電磁吸着形態が予め設定されて、対応付けされている。

四つ目の電磁吸着形態として、図４（Ｂ）に示すように、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸がワークＷの中心軸Ｗｃに対して略平行になるように基準姿勢からＹｔ軸を中心として回転した姿勢でワークＷに接近し、且つワークＷの重心Ｗｇとツール座標系ΣＴの原点Ｏｔとの間のＸｔ軸方向距離ΔＬｘが所定値（例えば、１０ｍｍ）になるように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの円周面Ｗｐを主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで電磁吸着する。なお、距離ΔＬｘを複数設定してもよく、その場合、電磁吸着形態の数は増える。例えば、ΔＬｘ＝１０ｍｍの電磁吸着形態、ΔＬｘ＝２０ｍｍの電磁吸着形態、ΔＬｘ＝３０ｍｍの電磁吸着形態を設定してもよい。この電磁吸着形態により、水平面Ｈに対する中心軸Ｗｃの傾きが１０度より大きく４５度より小さい姿勢であって、且つ他のワークＷによって円周面Ｗｐが部分的（中心軸Ｗｃ方向に関して）に覆われているワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

上述の四つ目の電磁吸着形態の変形形態（五つ目の電磁吸着形態）として、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸がワークＷの中心軸Ｗｃに対して略平行になるように基準姿勢からＹｔ軸を中心として回転し、さらに中心軸Ｗｃを中心として鉛直軸Ｖに対して角度Δθｘ回転した姿勢でワークＷに接近し、且つワークＷの重心Ｗｇとツール座標系ΣＴの原点Ｏｔとの間のＸｔ軸方向距離ΔＬｘが所定値（例えば、１０ｍｍ）になるように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの円周面Ｗｐを主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで電磁吸着する。この電磁吸着形態により、水平面Ｈに対する中心軸Ｗｃの傾きが１０度より大きく４５度より小さい姿勢であって、且つ他のワークＷによって円周面Ｗｐが部分的（周方向および中心軸Ｗｃ方向に関して）に覆われているワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

中心軸Ｗｃの水平面Ｈに対する傾きが４５度より大きく７５度より小さいワークＷの姿勢の場合、次の電磁吸着形態が予め設定されて、対応付けされている。

六つ目の電磁吸着形態として、図３（Ｅ）に示すように、電磁石ハンド１８は、副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ｂでワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着する。この電磁吸着形態により、中心軸Ｗｃの水平面Ｈに対する傾きが４５度より大きく７５度より小さい姿勢であって、且つ他のワークＷによって円周面Ｗｐの略全体が覆われているワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

水平面Ｈに対する中心軸Ｗｃの傾きが７５度より大きいワークＷの姿勢の場合、すなわち、ワークＷが略直立している状態の場合、次の複数の電磁吸着形態が設定されて、対応付けされている。

七つ目の電磁吸着形態として、図３（Ｂ）に示すように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの端面Ｗｅを主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａで電磁吸着する。好ましくは、ツール座標系ΣＴのＺｔ軸上にワークＷの重心Ｗｇが略位置するように、電磁石ハンド１８はワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着する。この電磁吸着形態により、箱体Ｃの側壁Ｃｓから離れて略直立するワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

八つ目の電磁吸着形態として、図３（Ｄ）に示すように、電磁石ハンド１８は、ワークＷの端面Ｗｅを副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ａで電磁吸着する。この電磁吸着形態により、円周面Ｗｐが箱体Ｃの側壁Ｃｓに接触した状態で略直立するワークＷを、電磁石ハンド１８を介してピッキングすることが可能になる。

このように、バラ積み状態の複数のワークＷがとりうる姿勢それぞれに対して、少なくとも一つの電磁吸着形態が予め設定されて、対応付けされている。このような対応付けの情報を、コントローラ１６は、電磁吸着形態データとして保持している。

なお、上述に挙げられた複数の電磁吸着形態は一例であって、本発明は、これらの電磁吸着形態に限定するものではない。また、ワークＷのとりうる姿勢に対する電磁吸着形態の対応付けも一例であって、本発明は、この対応付けに限定するものではない。

また、上述したような複数の電磁吸着形態は、予め優先順位が設定されている。優先順位は、例えば、図１に示すロボット１２からワークＷを受け取る装置（すなわち後工程）によって中心軸Ｗｃが水平方向に延びる姿勢のワークＷが要求される場合、中心軸Ｗｃが略水平方向に延びる姿勢でワークＷを電磁吸着する、図３（Ａ）、図３（Ｃ）、図４（Ａ）、および図４（Ｂ）に示す電磁吸着形態の優先順位が、中心軸Ｗｃが略鉛直方向に延びる姿勢でワークＷを電磁吸着する図３（Ｂ）、図３（Ｄ）に示す電磁吸着形態の優先順位に比べて高順位に設定されている。その理由は、図３（Ｂ）、図３（Ｄ）に示す電磁吸着形態でワークＷを電磁吸着した場合、ワークＷの搬送途中に、電磁石ハンド１８の姿勢を大きく変更するまたはワークＷを持ち替える必要があるためである。

例えばまた、ワークＷの中心軸Ｗｃ方向長さが長尺である場合、図４（Ｂ）に示すように、ワークＷの重心Ｗｇとツール座標系ΣＴの原点Ｏｔとの間のＸｔ軸方向距離ΔＬｘが小さい電磁吸着形態ほど、優先順位は高順位に設定される。これは、ロボット１２による確実なワークＷのピッキングと、ピッキング後のワークＷの安全な搬送を考慮したためである。

なお、複数の電磁吸着形態の優先順位は、これらの理由に限らず、様々な理由を考慮して設定可能であり、また自由に設定可能である。また、複数の電磁吸着形態の優先順位は、電磁吸着形態優先順位データとして、コントローラ１６に保持されている。

上述したような、バラ積み状態の複数のワークＷがとりうる姿勢それぞれに対して対応付けされた少なくとも一つの電磁吸着形態（電磁吸着形態データ）と、その電磁吸着形態の優先順位（電磁吸着形態優先順位データ）とに基づいて、コントローラ１６は、以下の工程を経て、バラ積み状態の複数のワークＷのピッキング順序を決定する。ピッキング順序の決定の流れについて、図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図５のフローチャートは、ピッキングする１つのワークを決定するためのフローチャートであり、１つのワークＷのピッキングが完了する度に繰り返し実行される。

まず、コントローラ１６は、ステップＳ１００において、三次元ビジョンセンサ１４から、箱体Ｃやバラ積み状態の複数のワークＷそれぞれの形状、位置、および姿勢（データ）を取得する。

次に、ステップＳ１１０において、コントローラ１６は、（１）ワークＷ、（２）そのワークＷの高さ位置、（３）そのワークＷの姿勢に対応付けされている電磁吸着形態、および（４）その電磁吸着形態を実現するロボット１２の姿勢の組み合わせを全て算出する。

図６は、バラ積み状態の複数のワークＷに含まれる１つの任意のワークＷｍに関連する組み合わせの一例を概念的に示している。

ワークＷｍの高さ位置ｚｍ（例えば、ベース座標系ΣＢにおけるＺｂ座標）は、ステップＳ１００で取得したワークＷｍの位置に基づいて算出される。

ワークＷｍの姿勢に対応付けされている電磁吸着形態Ａは、ステップＳ１００で取得したワークＷｍの姿勢と、ワークＷがとりうる姿勢に対応付けされた電磁吸着形態（電磁吸着形態データ）とに基づいて算出される。図６に電磁吸着形態Ａ１，Ａ４を示すように、少なくとも１つの電磁吸着形態が算出される。

例えば、ステップＳ１００で取得したワークＷｍの姿勢が水平面に対する中心軸Ｗｃの傾きが７５度より大きい姿勢の場合、図３（Ｂ）に示すような、電磁石ハンド１８の主電磁吸着部２０（電磁吸着面２０ａ）でワークＷｍの端面Ｗｅを電磁吸着する電磁吸着形態と、図３（Ｄ）に示すような、電磁石ハンド１８の副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ａでワークＷｍの端面Ｗｅを電磁吸着する電磁吸着形態とが算出される。

その電磁吸着形態を実現するロボット１２の姿勢Ｊは、ステップＳ１００で取得したワークＷｍの形状、位置、および姿勢と、そのワークＷｍに対する電磁吸着形態に基づいて算出される。

具体的には、まず、ワークＷｍの形状、位置、および姿勢と、そのワークＷｍに対する電磁吸着形態とに基づいて、電磁石ハンド１８の位置および姿勢（例えば、ベース座標系ΣＢに対するツール座標系ΣＴの位置および姿勢）が算出される。そして、算出された電磁石ハンド１８の位置および姿勢に該電磁石ハンド１８を配置することができるロボット１２の姿勢、すなわち、関節１２ａ〜１２ｆの関節角度が算出される。この場合、図６に示す電磁吸着形態Ａ４のように、１つの電磁吸着形態に対して複数のロボット１２の姿勢が算出されることもある。

したがって、図６に示すように、ワークＷｍに関連して複数の組み合わせ（Ｗｍ，ｚｍ，Ａ１，Ｊ１）、（Ｗｍ，ｚｍ，Ａ４，Ｊ２）、（Ｗｍ，ｚｍ，Ａ４，Ｊ３）が算出される。

続いて、ステップＳ１２０において、コントローラ１６は、ステップＳ１１０で算出した全ての組み合わせそれぞれに対して所定に点数を付ける。

各ワークＷに関連する組み合わせ全てに付けられる点数は、組み合わせに含まれるワークＷの高さｚ、電磁吸着形態Ａ、およびロボット１２の姿勢Ｊに基づいて決定される。

具体的には、コントローラ１６は、ワークＷの高さｚが高いほど、また、電磁吸着形態Ａの優先順位が高いほど、組み合わせに対して高得点を付けるように構成されている。

さらに、ロボット１２の姿勢Ｊの妥当性が高いほど、コントローラ１６は、その組み合わせに高得点を付けるように構成されている。

例えば、組み合わせに含まれるロボット１２の姿勢Ｊが、ロボット１２がピッキングしたワークＷを装置（後工程）に受け渡すときの姿勢（ねじり関節１２ａを除いて）に近いほど、その組み合わせにコントローラ１６は高得点を付ける。これは、ワークＷを電磁石ハンド１８で電磁吸着してから装置（後工程）に受け渡すまでの姿勢変更が小さい方が好ましいという考えに基づいている。これに関連する具体的な一例として、後工程によって電磁石ハンド１８が基準姿勢（主電磁吸着部２０の電磁吸着面２０ａが水平面に対して平行であって且つ下方に向くときの姿勢）でワークＷを受け渡すことが要求される場合、図１に示すねじり関節１２ｄの関節角度が原点（ねじり関節１２ｄを挟む２つの曲げ関節１２ｃと１２ｅの関節軸が互いに平行である状態）に近いほど、そのロボット１２の姿勢Ｊに高得点を付ける。

また例えば、組み合わせに含まれるロボット１２の姿勢Ｊが関節にかかる負荷が小さい姿勢（すなわち無理のない姿勢）ほど、コントローラ１６は高得点を付ける。例えば、図１に示すような曲げ関節１２ｅとねじり関節１２ｆの間のリンクが鉛直方向に延びる姿勢と、同リンクが水平方向に延びる姿勢とでは、曲げ関節１２ｅにかかる負荷（トルク）が異なり、前者の方が曲げ関節１２ｅにかかる負荷が小さい。

さらに例えば、組み合わせに含まれるロボット１２の姿勢Ｊが、予め設定されている、ワークＷのピッキングを開始する直前の姿勢（ピッキング開始姿勢）に近いほど、コントローラ１６は高得点を付ける。ロボット１２は、例えば、図１に示すように、電磁石ハンド１８が上述の基準姿勢で箱体Ｃ中央の上方に位置する状態であって、且つ関節１２ａ〜１２ｆそれぞれの角度が標準的な角度であるピッキング開始姿勢から、常にワークＷのピッキングを開始するようにされている。したがって、電磁石ハンド１８がワークＷを電磁吸着するときのロボット１２の姿勢Ｊがピッキング開始姿勢に近いほど、その姿勢変更に必要な時間が短くなる、すなわち１つのワークＷをピッキングするために必要なサイクルタイムが短縮される。

なお、ロボット１２の姿勢Ｊの妥当性は、これらの理由に限らず、様々な理由を考慮して設定可能であり、また自由に設定可能である。

組み合わせに付けられる点数は、例えば数式１に示す式を用いて算出される。

Ｐ（（Ｗ，ｚ，Ａ，Ｊ））は、ワークＷに関連する組み合わせ（Ｗ，ｚ，Ａ，Ｊ）の点数を示している。Ｐ（Ａ）は、予め設定されている電磁吸着形態の優先順位に基づく点数であり、優先順位が高順位であればあるほど高い点数になるように設定されている。Ｐ（ｚ）は、ワークＷの高さ位置ｚに基づく得点であり、高さ位置ｚが高いほど（他のワークと比較して）高い点数になるように設定されている。Ｐ（Ｊ）は、ロボット１２の姿勢に基づく得点であり、ロボット１２の姿勢の妥当性が高いほど高い点数になるように設定されている。この３つの得点Ｐ（Ａ），Ｐ（ｚ），Ｐ（Ｊ）の合計により、組み合わせ（Ｗ，ｚ，Ａ，Ｊ）の得点Ｐ（（Ｗ，ｚ，Ａ，Ｊ））が算出される。

なお、数式１に示す組み合わせの得点を求める式は、一例である。例えば、３つの得点Ｐ（Ａ），Ｐ（ｚ），Ｐ（Ｊ）のいずれかを重み付け（例えば、１より大きい係数をかける）して、組み合わせの点数を算出してもよい。

続いて、ステップＳ１３０において、コントローラ１６は、組み合わせに含まれるワークＷを、組み合わせに含まれる電磁吸着形態Ａで且つロボット１２の姿勢Ｊで電磁吸着するときに干渉が発生するか否かを判定（チェック）する。

例えば、図６に示す組み合わせ（Ｗｍ，ｚｍ，Ａ１，Ｊ１）で言えば、電磁吸着形態Ａ１で且つロボット１２の姿勢Ｊ１で高さ位置ｚｍに位置するワークＷｍを電磁石ハンド１８によって電磁吸着するときに、ワークＷｍ以外のワークＷや箱体Ｃが電磁石ハンド１８やロボット１２に対して干渉するか否かを判定する。

干渉の判定は、三次元ビジョンセンサ１４が検出した箱体ＣやワークＷそれぞれの形状、位置、および姿勢データに基づいてコンピュータ上で行われる。

具体的には、コントローラ１６は、ステップＳ１００で三次元ビジョンセンサ１４から取得した箱体ＣやワークＷそれぞれの形状、位置、および姿勢に基づいて、これらの三次元モデル（点群データ）を作成する。続いて、この箱体Ｃと複数のワークＷの３次元モデルと、予め用意されている電磁石ハンド１８を備えるロボット１２の三次元モデルとを用いて、コントローラ１６は干渉チェックを行う。すなわち、コンピュータ上において、対象のワークＷを電磁吸着したときに、例えば、図７（Ａ）に示すように電磁石ハンド１８が箱体Ｃと交差したり、図７（Ｂ）に示すように電磁石ハンド１８が他のワークＷと交差するなどの干渉が発生するか否かを判定する。

なお、組み合わせについての干渉判定は、ステップＳ１２０で付けられた点数が高い組み合わせから順に行われる。理由は、ステップＳ１２０で最高点を付けられた組み合わせについて干渉が発生しないのであれば、後のステップにおいて、そのまま最高点の組み合わせに含まれるワークＷを、その組み合わせに含まれる電磁吸着形態Ａで且つロボット１２の姿勢Ｊでピッキングするからである（すなわち、最高点に比べて低い点数の組み合わせについて干渉チェックを行う必要がなくなる）。

ステップＳ１４０において、コントローラ１６は、干渉が発生せず且つ最高点が付けられた組み合わせを選択し、その選択した組み合わせに基づいて、ロボット１２を制御する。すなわち、選択した組み合わせに含まれるワークＷを、その組み合わせに含まれる電磁吸着形態Ａで且つロボット１２の姿勢Ｊで電磁石ハンド１８を介してロボット１２にピッキングさせる。

本実施の形態によれば、電磁石ハンド１８は、箱体Ｃ内にバラ積み状態で収容された複数の円柱形状のワークＷそれぞれを、異なる複数の電磁吸着形態のいずれか一つで電磁吸着することができる。そのため、電磁石ハンド１８を有するロボット１２は、箱体Ｃ内においてあらゆる位置や姿勢をとりうるバラ積み状態の複数のワークＷを、中断することなく、干渉することなく、箱体Ｃの角で直立するワークＷ（箱体Ｃの隣接し合う２つの側壁Ｃｓに円周面Ｗｐが接触した状態のワークＷ）であっても、一つずつ自動ピッキングすることが可能になる。

例えば、箱体Ｃの隣接し合う２つの側壁Ｃｓに円周面Ｗｐが接触した直立状態のワークＷ、または、図７（Ａ）に示すように中心軸Ｗｃが略鉛直方向に延びる姿勢で且つ円周面Ｗｐが箱体Ｃの一つの側壁Ｃｓに密着しているワークＷは、図３（Ｄ）に示すように、電磁石ハンド１８がその副電磁吸着部２２（電磁吸着面２２ａ）でワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することにより、ピッキングすることができる。また、中心軸Ｗｃが略水平方向に延びる姿勢で且つ円周面Ｗｐが箱体Ｃに密着しているワークＷも、図３（Ｃ）に示すように、電磁石ハンド１８がその副電磁吸着部２２（電磁吸着面２２ａ，２２ｂ）でワークＷの円周面Ｗｐを電磁吸着することにより、ピッキングすることができる。

以上、上述の一実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、電磁石ハンドは、図２に示すような形状に限らない。

図８は、本発明に係る別の実施の形態の電磁石ハンドを示している。図８に示す電磁石ハンド１１８は、概括的に言えば、図２に示す電磁石ハンド１８をツール座標系ΣＴのＹｔ軸方向に２つ並列させた構造である。

電磁石ハンド１１８は、ワークＷを電磁吸着する主電磁吸着部１２０と副電磁吸着部１２２とを備える。主電磁吸着部１２０は、２つの電磁吸着面１２０ａと、２つの電磁吸着面１２０ｂとを備える。２つの電磁吸着面１２０ａは、同一平面上にあって、図２に示す電磁吸着面２０ａに相当する。ツール座標系ΣＴの原点Ｏｔは、２つの電磁吸着面１２０ａを含み且つ最小面積の仮想平面Ｐｖの中心に位置し、Ｚｔ軸は仮想平面Ｐｖに直交する。

主電磁吸着部１２０の２つの電磁吸着面１２０ｂは、仮想平面Ｐｖに対して鋭角に交差し、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸に平行であって、且つツール座標系ΣＴのＸｔ−Ｚｔ平面対称の平面である。仮想平面Ｐｖに対する電磁吸着面１２０ｂの角度は、３０度が好ましい（すなわち、２つの電磁吸着面１２０ｂの間の角度は１２０度が好ましい）。

電磁石ハンド１１８の副電磁吸着部１２２は、２つの電磁吸着面１２２ａと、２つの電磁吸着面１２２ｂとを備える。２つの電磁吸着面１２２ａは、同一平面上にあって、図２に示す電磁石ハンド１８の電磁吸着面２２ａに相当する。２つの電磁吸着面１２２ｂは、同一平面上にあって、電磁石ハンド１８の電磁吸着面２２ｂに相当する。電磁吸着面１２２ａ，１２２ｂは互いに鈍角に、好ましくは１２０度で配置されている。また、電磁吸着面１２２ａは、電磁吸着面１２０ａに対して平行である。

また、２つの電磁吸着面１２２ａのＸｔ軸方向長さは、箱体Ｃの側壁Ｃｓに円周面Ｗｐが接触した状態のワークＷに電磁石ハンド１１８が電磁吸着できるように、ワークＷの端面Ｗｅの直径に比べて小さく設定されている。

さらに、副電磁吸着部１２２の２つの電磁吸着面１２２ａおよび２つの電磁吸着面１２２ｂは、ツール座標系ΣＴのＹｔ軸に対して平行である。

このような電磁石ハンド１１８は、以下のように、円柱形状ワークＷを様々な形態で電磁吸着可能である。

電磁石ハンド１１８は、主電磁吸着部１２０の２つの電磁吸着面１２０ａで、円柱形状ワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することができる。

電磁石ハンド１１８は、主電磁吸着部１２０の２つの電磁吸着面１２０ｂで、円柱形状ワークＷの円周面Ｗｐを、ワークＷの端面Ｗｅがツール座標系ΣＴのＸｔ軸方向に向いた状態で電磁吸着することができる。

電磁石ハンド１１８は、副電磁吸着部１２２の２つの電磁吸着面１２２ａと２つの電磁吸着面１２２ｂで、円柱形状ワークＷの円周面Ｗｐを電磁吸着することができる。

電磁石ハンド１１８は、副電磁吸着部１２２の２つの電磁吸着面１２２ａで円柱形状ワークＷの端面Ｗｅを電磁吸着することができる。

電磁石ハンド１１８は、副電磁吸着部１２２の２つの電磁吸着面１２２ｂで円柱形状ワークＷの端面ｗｅを電磁吸着することができる。

電磁石ハンド１１８はまた、その利点として、図２に示す電磁石ハンド１８と比較した場合、軽量である（同一の外形サイズである場合）。

電磁石ハンド１１８はさらに、ツール座標系ΣＴのＸｔ軸と平行な２つの電磁吸着面１２０ｂがガイド面としても機能するため、図２に示す電磁石ハンド１８に比べて、ワークＷをその端面ＷｅがＸｔ軸方向に正確に向いた状態で電磁吸着することができる。これにより、後工程によって端面ＷｅがＸｔ軸方向に正確に向いた姿勢のワークＷが要求される場合、その要求に応じることができる。

なお、図２に示す電磁石ハンド１８の場合、例えば、２つの面がＸｔ軸に平行で且つ鈍角のＶ字面を電磁吸着面２０ａに形成すれば、機能的には図８に示す電磁石ハンド１１８と同等になる。また、この場合、電磁石ハンド１８は、副電磁吸着部２２の電磁吸着面２２ａ，２２ｂをＶ字面と解釈すれば、異なる姿勢で配置された２つのＶ字面を備えていると解釈することができる。

また、図２に示す電磁石ハンド１８の３つの電磁吸着面２０ａ，２２ａ，および２２ｂと、図８に示す電磁石ハンド１１８の電磁吸着面１２０ａ，１２２ａ，および１２２ｂは連続しているが、本発明はこれに限らない。例えば、図２に示す電磁吸着面２２ａ，２２ｂは、離れていてもその間の角度が鈍角であれば、円柱形状ワークＷのその円周面Ｗｐで電磁吸着可能であることは、当業者であれば明らかである。

さらに、図２に示す電磁石ハンド１８の電磁吸着面２０ａと２２ａとが平行であって、また図８に示す電磁石ハンド１２０ａと１２２ａとが平行であるが、本発明はこれに限らない。

さらにまた、上述の実施の形態の場合、図２に示す電磁石ハンド１８の３つの電磁吸着面２０ａ，２２ａ，および２２ｂと、図８に示す電磁石ハンド１１８の電磁吸着面１２０ａ，１２０ｂ、１２２ａ、および１２２ｂは、平面であるが、本発明はこれに限らない。本発明は、広義には、電磁吸着面が平面である場合と同様の姿勢（電磁石ハンドに対する姿勢）で円柱形状ワークを電磁吸着できるのであれば、電磁吸着面は、例えば凹凸面であってもよい。

加えて、本発明は、円柱形状ワークに限らず、円筒形状ワークにも適用可能である。また、円柱形状ワークは、中空であってもよく、また重心が形状中心と異なる位置にあってもよい。円柱形状ワークの重心が形状中心と異なる場合、重心位置に基づいて、ワークがとりうる姿勢に対する電磁吸着形態を設定する必要がある。また、本発明は、一部分が円柱形状または円筒形状のワークにも、適用可能である。

本発明に係る電磁石ハンドおよびそれを用いたロボットシステムは、円柱形状ワークを複数の電磁吸着形態でピッキングして搬送することが可能であるため、様々な用途に使用可能である。例えば、複数の搬送先それぞれに異なる姿勢で円柱形状ワークを振り分けるロボットシステムにも適用可能である。

１０ ロボットシステム
１２ ロボット
１８ 電磁石ハンド
２０ 主電磁吸着部
２０ａ 第１の電磁吸着面（電磁吸着面）
２２ 副電磁吸着部
２２ａ 第２の電磁吸着面（電磁吸着面）
２２ｂ 第３の電磁吸着面（電磁吸着面）
２４ 先端
Ｃ 箱体
Ｗ ワーク
Ｗｐ 円周面
Ｗｅ 端面

Claims (8)

1. 円柱または円筒形状ワークを電磁吸着する電磁石ハンドであって、
   第１の電磁吸着面のみでワークの円周面または端面を電磁吸着する主電磁吸着部と、
   電磁石ハンドの先端に且つ互いに鈍角に配置された第２および第３の電磁吸着面の両方でワークの円周面を電磁吸着するまたは第２または第３の電磁吸着面のいずれか一方でワークの端面を電磁吸着する副電磁吸着部とを有する電磁石ハンド。
2. 第１〜第３の電磁吸着面が、電磁石ハンドの先端から、第２、第３、第１の電磁吸着面の順に一方向に並んでいる、請求項１に記載の電磁石ハンド。
3. 第１および第２の電磁吸着面が平行である、請求項１または２に記載の電磁石ハンド。
4. 主電磁吸着部の第１の電磁吸着面でワークの円周面を電磁吸着するときに、主電磁吸着部および副電磁吸着部の並列方向にワークの端面が略向くように該ワークを方向付ける、互いに鈍角に配置された２つのガイド面を備える、請求項１から３のいずれか一に記載の電磁石ハンド。
5. 箱体内にバラ積み状態で収容された複数の円柱または円筒形状ワークをピッキングするロボットを有するロボットシステムであって、
   ロボットは、
   第１の電磁吸着面でワークの円周面または端面を電磁吸着する主電磁吸着部と、先端に且つ互いに鈍角に配置された第２および第３の電磁吸着面の両方でワークの円周面を電磁吸着するまたは第２または第３の電磁吸着面のいずれか一方でワークの端面を電磁吸着する副電磁吸着部とを有する電磁石ハンドを有し、
   ロボットが、バラ積み状態の複数のワークそれぞれを、異なる複数の電磁吸着形態でピッキングするロボットシステム。
6. ワークの位置および姿勢を検出するワーク位置姿勢検出手段と、
   ワークと、そのワークの高さ位置と、そのワークの姿勢に対応付けされた電磁吸着形態と、その電磁吸着形態を実現するロボットの姿勢との組み合わせを全て算出し、各組み合わせについて所定に点数を付ける組み合わせ点数付け手段と、
   最高点の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせに基づいて、電磁石ハンドを介してロボットにワークをピッキングさせるロボット制御手段とを有する、請求項５に記載のロボットシステム。
7. 組み合わせ点数付け手段は、ワークの高さ位置が高いほど、電磁吸着形態に予め設定された優先順位が高いほど、ロボットの姿勢の妥当性が高いほど、組み合わせに対して高得点を付ける、請求項６に記載のロボットシステム。
8. 組み合わせに含まれるワークを、その組み合わせに含まれる電磁吸着形態で且つロボットの姿勢でワークを電磁吸着するときに、電磁石ハンドおよびロボットに対する干渉が発生するか否かを判定する干渉判定手段を有し、
   ロボット制御手段は、干渉判定手段が干渉を判定した組み合わせを除いた残りから最高点の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせに基づいて、ロボットにワークをピッキングさせる、請求項６または７に記載のロボットシステム。

Images