JP6701934B2 - ピッキング方法 - Google Patents

Description

本願は、ピッキング方法に関する。

工業製品の生産ラインでは、各種の部品が取り扱われている（例えば、特許文献１−２を参照）。

特開２０１２−１８３６１６号公報 特開２０１２−１９２４７８号公報

複数の部品が集まっている箇所から特定の部品をロボットハンド等の自動機で取り出す場合、他の部品が自動機に接触する可能性がある。自動機が部品に接触すると、当該部品を損傷させる虞がある。

そこで、本願は、複数の部品が集まっている箇所から部品を取り出す際の部品の損傷を抑制するピッキング方法を開示する。

本願は、次のようなピッキング方法を開示する。すなわち、本願で開示するピッキング方法では、複数の部品が載っている低反発素材の上面を押圧して、押圧によって低反発素材に形成される凹部に複数の部品のうち何れか一つの所定部品を移動させ、移動した所定部品を掴む。

上記のピッキング方法であれば、複数の部品が集まっている箇所から部品を取り出す際の部品の損傷を抑制することが可能である。

図１は、ピッキング装置の一例を示した図である。 図２は、ピッキング装置が実現する動作のフローチャートを示した図である。 図３は、制御装置が実行する演算処理の内容をイメージした第１の図である。 図４は、制御装置が実行する演算処理の内容をイメージした第２の図である。 図５は、ロボットの動作によって実現される部品の動きの一例を示した図である。 図６は、ロボットが部品を掴む際の指の動きを示した図である。 図７は、部品同士が近接して台に置かれている場合の指と部品との位置関係の一例を示した図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示
の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、ピッキング装置の一例を示した図である。ピッキング装置１００には、部品２０が載せられる台１０、部品２０を掴むロボット１、台１０の画像を得るカメラ６、及びカメラ６の情報を基にロボット１を制御する制御装置７が備わっている。ピッキング装置１００が取り扱う部品２０としては、例えば、ネジ、コネクタ、その他の各種部品を挙げることができる。

部品２０が載せられる台１０は、低反発素材のマットで形成されている。台１０を形成する低反発素材としては、弾性と粘性とを併せ持つウレタンフォーム（「低反発弾性ウレタンフォーム」と呼ばれる場合もある）、ジェル状の素材、その他のあらゆる低反発性の素材を適用可能である。台１０に好適な低反発素材は、ロボット１の動作速度や部品２０の形状、大きさ等にもよるが、例えば、反発弾性率が十数％以下（ＪＩＳ Ｋ ６４００−３）のものが好適である。なお、台２０は、マット状の形態を呈する低反発素材で形成されるものに限定されるものではない。台２０は、上面が平らであればよく、例えば、ブロック状の形態を呈する低反発素材で形成されていてもよい。

ロボット１は、いわゆる多関節ロボットであり、ロボットアーム２、及び、ロボットアーム２の先端に設けられたロボットハンド３を備える。ロボットアーム２は、いわゆる多関節のロボットアームであり、複数のリンクや関節を備える。ロボットハンド３は、ロボットアーム２の先端に設けられる。ロボットハンド３は、２つの指４，４を有する。２つの指４，４は、指４，４の間を開閉させるアクチュエータ５で動かすことができる。

カメラ６は、制御装置７が画像解析可能な台１０の画像を取得する撮像装置であり、台１０を上から見た画像を制御装置７へ提供する。なお、図１には２つのカメラ６，６が図示されており、相異なる２つの視点から撮像した台１０の画像が制御装置７へ提供されるようになっている。よって、制御装置７は、台１０に載る部品２０を立体的に捉えることが可能である。しかし、制御装置７は、２つのカメラ６，６に接続される形態に限定されるものでなく、１つのカメラ６に接続されるものであってもよい。

制御装置７は、メモリ等に記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が読み取って実行することにより、カメラ６から提供される画像の解析を
司る認識部７Ａや、ロボット１の制御量の算出といった各種の演算を司る演算部７Ｂ等の各種機能部を実現する。

以下、ピッキング装置１００によって実現されるピッキング方法の一例について説明する。図２は、ピッキング装置１００が実現する動作のフローチャートを示した図である。また、図３は、制御装置７が実行する演算処理の内容をイメージした第１の図である。また、図４は、制御装置７が実行する演算処理の内容をイメージした第２の図である。例えば、電子機器の組立ラインにおいて、電子機器への部品２０の組み付け作業をロボット１に行わせる場合、ピッキング装置１００は、以下のような動作を実現する。

すなわち、制御装置７は、台１０をカメラ６で撮像し、図３（Ａ）に一例として示されるような画像を取得する（Ｓ１０１）。次に、制御装置７は、カメラ６で撮像した画像を解析して部品２０の認識を行い、図３（Ｂ）に一例として示されるような部品２０の位置と外形を抽出する（Ｓ１０２）。部品２０の認識は、画像に映る物体を識別する汎用の各種画像解析技術を用いて行うことができる。次に、制御装置７は、各部品２０の画像の周囲に近接領域Ｒ１を設定する（Ｓ１０３）。図３（Ｃ）は、近接領域Ｒ１の一例を示している。近接領域Ｒ１とは、例えば、図３（Ｃ）に示されるように、各部品２０をロボットハンド３で把持する場合に指４が進入する領域であり、画像に映る部品２０の外縁から部
品２０の指４の太さを加算した範囲である。制御装置７は、予め設定されている指４の寸法の情報を基に、近接領域Ｒ１の設定を行う。

制御装置７は、ステップＳ１０３の処理を実行した後、近接領域Ｒ１の外形の辺を抽出し、指４，４を閉じた場合に指４，４の先端が形成する指先形状が、当該指先形状の長手方向と各辺とが平行な状態で各辺と隣り合うことになるハンド加圧領域（本願でいう「押圧箇所」の一例に相当する）の候補を抽出する（Ｓ１０４）。図４（Ａ）は、ハンド加圧領域Ｒ２の一例を示している。ハンド加圧領域Ｒ２は、図４（Ａ）に示されるように、指４，４を閉じた場合に指４，４の先端が形成する指先形状が、当該指先形状の長手方向と近接領域Ｒ１の外形の各辺とが平行な状態で各辺と隣り合うことになる領域である。

制御装置７は、ステップＳ１０４の処理を実行した後、選択可能なハンド加圧領域Ｒ２の絞り込みを行う（Ｓ１０５）。図４（Ｂ）は、ハンド加圧領域Ｒ２の絞り込みに関わる処理のイメージである。すなわち、本ステップＳ１０４において、制御装置７は、図４（Ｂ）に示されるように、抽出した幾つかのハンド加圧領域Ｒ２の候補の中から、他の部品２０の近接領域Ｒ１と重複しないものを抽出する。そして、制御装置７は、図４（Ｂ）に示されるように、抽出された一乃至複数のハンド加圧領域Ｒ２が各々対象とする部品２０がハンド加圧領域Ｒ２の中心へ移動したと仮定した場合の近接領域である仮想近接領域Ｒ３の設定を、上記のステップＳ１０３の近接領域Ｒ１の設定と同様に行う。そして、制御装置７は、図４（Ｂ）に示されるように、仮想近接領域Ｒ３が他の部品２０と重複するハンド加圧領域Ｒ２については候補から除外する。

制御装置７は、ステップＳ１０５の処理を実行した後、残ったハンド加圧領域Ｒ２の候補の中から、ロボットハンド３の現在座標から最も近いハンド加圧領域Ｒ２を選択する（Ｓ１０６）。制御装置７は、上記ステップＳ１０１からステップＳ１０６までの一連の処理を実行することにより、ロボットハンド３で加圧する領域を決定したら、ロボット１を以下のように動作させる。

図５は、ロボット１の動作によって実現される部品２０の動きの一例を示した図である。制御装置７は、ステップＳ１０６の処理を実行した後、ロボットハンド３がステップＳ１０６で決定したハンド加圧領域Ｒ２の方へ移動するようにロボット１を動かす。そして、制御装置７は、図５（Ａ）に示されるように、ロボットハンド３が台１０の方へ下がるようにロボット１を動かし、ステップＳ１０６で決定したハンド加圧領域Ｒ２をロボットハンド３の指４，４の先で加圧する（Ｓ１０７）。ハンド加圧領域Ｒ２が指４，４で加圧されて窪むと、図５（Ｂ）に示されるように、当該ハンド加圧領域Ｒ２が対象としている部品２０が指４，４の方へ傾いて移動し始める。制御装置７は、カメラ６で台１０の画像を撮像する（Ｓ１０８）。制御装置７は、部品２０が指４，４の方へ移動し始めたか否かの判定をカメラ６の画像で判定する（Ｓ１０９）。制御装置７は、ステップＳ１０９の処理で肯定判定を行ったら、指４，４が台１０から離れるようにロボット１を動かす（Ｓ１１０）。指４，４が台１０から離れると、図５（Ｃ）に示されるように、指４，４の加圧によって台１０に形成された凹部１１へ部品２０が移動する。

なお、指４，４で加圧する深さは、例えば、部品２０の重心から指４，４までの距離以上とする。台１０に採用されている素材の表面の摩擦係数や部品２０の形状等にもよるが、指４，４で加圧する深さが部品２０の重心から指４，４までの距離以上であれば、部品２０が十分に傾いて指４，４の方へ移動する可能性が高い。指４，４が加圧する深さは、このように部品２０と指４，４との位置関係に基づいて算出された深さの他、部品２０が動き出したことをカメラ６の画像で捉えた際の成り行きの深さであってもよい。例えば、制御装置７がステップＳ１０９で否定判定を行った場合に、加圧量が増大するようにロボットを動かせば（Ｓ１１１）、部品２０が移動し始めるまで加圧量が徐々に増大すること
になる。

制御装置７は、ステップＳ１１０の処理を実行した後、図５（Ｄ）に示されるように、指４，４を開いてロボットハンド３を再び降下させ、移動した部品２０をロボット１で掴む。制御装置７が本ステップＳ１１０を実行するタイミングは、凹部１１を形成された台１０の形が元に戻るタイミングであり、台１０に用いられている低反発素材の反発弾性率等に応じて適宜設定されるステップＳ１１０からの経過時間に依る。ロボット１が掴んだ部品２０は、ピッキング装置１００が設置されている生産ラインを流れる電子機器へ組み付けられる。制御装置７は、上記ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの一連の処理を、ピッキング装置１００が設置されている生産ラインを流れる製品の流れに応じて繰り返し実行する。

図６は、ロボット１が部品２０を掴む際の指４，４の動きを示した図である。また、図７は、部品２０同士が近接して台１０に置かれている場合の指４，４と部品２０との位置関係の一例を示した図である。台１０に積まれた部品２０同士が十分に離れている場合、図６に示されるように、指４，４が開閉動作を行って部品２０を掴む際、指４，４が他の部品２０と接触する可能性は極めて低い。一方、部品２０同士が近接して台１０に置かれている場合、上記のステップＳ１０１からステップＳ１１１までの一連の処理を行わずに部品２０をロボット１で掴もうとすれば、図７に示されるように、指４が他の部品２０に接触する。把持対象ではない部品２０に指４が誤って接触すると、当該部品２０を損傷させる可能性がある。この点、上記実施形態に係るピッキング装置１００であれば、台１０に複数の部品２０が積み重なるように集まっていても、台１０から特定の部品２０をロボットハンド３で取り出す際、ロボットハンド３が把持対象ではない部品２０に誤接触する可能性を低減できる。これにより、ピッキング動作における部品２０の損傷が抑制される。

なお、上記実施形態では、ハンド加圧領域Ｒ２の選定が詳細に行われているが、上記ピッキング装置１００は、例えば、複数の部品２０が積まれた台１０を、指４，４が部品２０に接触しない程度に適当に加圧することにより、積みあがった部品２０を台１０の上で適当に散乱させた後に、各部品２０をピッキングしてもよい。

また、上記実施形態では部品２０の詳細について述べていないが、ピッキング装置１００の台１０には、同種の部品２０が複数積まれていてもよいし、複数種類の部品２０が混在して積まれていてもよい。また、部品２０は、台１０の上から見て矩形状の外形を呈するものに限定されるものでなく、例えば、円形、三角形、五角形以上の多角形、その他の様々な外形を呈するものであってもよい。

また、上記実施形態のロボット１は、２つの指４，４を有していたが、３つ以上の指を持つロボットであってもよいし、２つ指４，４に代えて指以外の把持機構を有するものであってもよい。

また、上記実施形態では、ステップＳ１０６においてロボットハンド３の現在座標から最も近いハンド加圧領域Ｒ２を選択していたが、その他の適当なハンド加圧領域Ｒ２を選択してもよい。

１・・ロボット：２・・ロボットアーム：３・・ロボットハンド：４・・指：５・・アクチュエータ：６・・カメラ：７・・制御装置：７Ａ・・認識部：７Ｂ・・演算部：１０・・台：１１・・凹部：２０・・部品：１００・・ピッキング装置：Ｒ１・・近接領域：Ｒ２・・ハンド加圧領域：Ｒ３・・仮想近接領域

Claims (4)

1. ロボットハンドが、
   複数の部品が載っている低反発素材の上面を押圧して、前記押圧によって前記低反発素材に形成される凹部に前記複数の部品のうち何れか一つの所定部品を移動させ、
   移動した前記所定部品を掴む、
   ピッキング方法。
2. 前記所定部品を移動させる際は、前記所定部品の横の部位を押圧して前記所定部品を移動させる、
   請求項１に記載のピッキング方法。
3. 前記所定部品を移動させる際は、前記押圧によって移動させる場合の押圧箇所の候補を前記複数の部品毎に抽出した後、抽出された前記押圧箇所の候補のうち少なくとも他の部品から離れている押圧箇所を押圧して前記所定部品を移動させる、
   請求項１または２に記載のピッキング方法。
4. 前記所定部品は、前記低反発素材の上から見た場合に矩形に見える部品であり、
   前記所定部品を移動させる際は、前記低反発素材の上から見た場合に前記所定部品の辺と平行に前記凹部が形成されるように前記低反発部材の上面を押圧して前記所定部品を移動させる、
   請求項１から３の何れか一項に記載のピッキング方法。

Images