JP6707853B2 - 山積み部品の取出し装置および山積み部品の取出し方法 - Google Patents

Description

本発明は工場等で前工程を終えて開放容器内に山積みされた部品を次工程のために取り出す取出し装置および山積み部品の取出し方法に関するものである。

この種の取出し装置では従来、電磁力で山積みの金属部品を吸着して取り出すものが知られている。吸着具をロボットアームの先端に保持させて三次元空間を移動可能とした取出し装置では、開放容器内およびその上方の空間に吸着具の停止位置を多数予め設定してこれをロボット制御装置内に記臆させておき、各停止位置へ順次吸着具を移動させて吸着動作を行うようにしている。しかし、これでは山積み状態が変動した場合に、全く部品が存在しない位置でもその都度停止して吸引動作を行う、いわゆる空振りが生じるために無駄時間が多いという問題があった。

なお、特許文献１には、容器内の部品位置や姿勢を三次元認識して、移動可能とした容器底部を移動操作することによって、常に所定位置に所定姿勢で部品が存在するようにしてこれを取り出すようにした装置が提案されている。

特開２０１２−４１１３９

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、部品取出し時の無駄時間を少なくして効率的な部品取出しを可能にした山積み部品の取出し装置および山積み部品の取出し方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明の山積み部品の取出し装置では、山積みされた部品（Ｐ）を上方から一定範囲で吸着可能な吸着面（２１）を備えた吸着手段（２）と、前記各部品（Ｐ）の高さを検出可能な高さ検出手段（３）と、前記吸着手段（２）と前記高さ検出手段（３）を先端に保持して三次元空間内で移動可能なロボットアーム（１）と、前記吸着手段（２）の吸着範囲（Ｄ１）とこれに隣接する所定範囲（Ｄ２，Ｄ３）内で移動保持手段（１）を水平面内で移動させて、移動軌跡（ｔ１）の下方で最も高い位置にある前記部品（Ｐ）を特定し、当該部品（Ｐ）が存在する位置を含むように前記吸着手段（２）の吸着面（２１）を位置させて前記最も高い位置にある部品（Ｐ）を吸着するように前記ロボットアーム（１）を制御する制御手段（４）とを具備し、前記吸着面（２１）の形状を、前記部品（Ｐ）を収容した容器（５）の開口面を等分した各領域（Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ）の形状と同一にし、前記制御手段（４）は、前記吸着手段（２）を前記各領域（Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ）の対角線に沿う軌跡（ｔ１〜ｔ３）で移動させるとともに、吸着した前記部品（Ｐ）を前記容器（５）外へ取り出すように設定されている。

本第１発明においては、山積みされた部品の高さを高さ検出手段で検出して、最も高い位置にある部品を吸着手段で吸着して取り出しているから、これを繰り返すことによって、空振りを生じることなく効率的に部品を取り出すことができるとともに、一定範囲で吸着可能な吸着面を備えた吸着手段によって部品を吸着するようにしているから、移動保持手段の移動軌跡の下方で最も高い位置にある部品と共にその周囲の部品も吸着されるから、移動軌跡外で最も高い位置にある部品も含めてさらに効率的な部品の取出しが可能となる。また、容器内で山積みされた部品を上方位置のものから順次確実かつ効率的に取り出すことが可能である。さらに、吸着手段の移動に無駄が無く短距離の移動で良いから、さらに効率的な部品の取り出しが可能である。

本第２発明の山積み部品の取出し装置では、前記制御手段（４）は、前記吸着手段（２）を、隣接する前記各領域（Ｄ１〜Ｄ４）の対角線上を折り返すように移動させて、吸着した前記部品（Ｐ）を前記容器（５）外へ取り出すことを繰り返すように設定されている。

本第３発明の山積み部品の取出し方法では、山積みされた部品を収容した容器の開口面を等分して各領域とし、前記各領域の形状と同一とした吸着面を備えた吸着手段と前記各部品の高さを検出可能な高さ検出手段を先端に保持して三次元区間内で移動可能なロボットアームの先端を前記各領域の対角線に沿う軌跡で、かつ前記吸着手段の吸着範囲とこれに隣接する所定範囲内で水平面内で移動させて、移動軌跡の下方で最も高い位置にある前記部品を特定し、当該部品が存在する位置を含むように前記吸着手段の吸着面を位置させて前記最も高い位置にある部品を吸着して、前記容器外へ取り出すようにする。

本第４発明の山積み部品の取出し方法では、前記ロボットアームの先端を、隣接する前記各領域で互いに交差する対角線上を折り返すように前記各領域の対角線に沿う軌跡で移動させる。

本第５発明の山積み部品の取出し方法では、前記ロボットアームの先端を、隣接する前記各領域の対角線上を折り返すように移動させて前記部品を前記容器外へ取り出すことを繰り返す。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の山積み部品の取出し装置および山積み部品の取出し方法によれば、部品取出し時の無駄時間を少なくして効率的な部品取出しをすることができる。

山積み部品の取出し装置の全体構成を示す図である。 容器内に収容された山積み部品の斜視図である。 山積み部品を収容した容器の平面図である。 制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 山積み部品の高さ変化の一例を示すグラフである。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には本発明の取出し装置の全体構成を示す。図１において、三次元空間内を自在に移動可能な移動保持手段たるロボットアーム１の先端に、吸着手段としてのマグネットハンド２と高さ検出手段としての一次元距離計３が下方に向けて装着されている。マグネットハンド２は通電時に生じる電磁力によって金属製の部品を吸着するものである。

また、一次元距離計３は部品におけるレーザ光の反射を利用して本実施例の場合は部品までの垂直距離を測定するものである。なお、マグネットハンド２の吸着面２ａは後述するように長方形状としてある。マグネットハンド２、一次元距離計３およびロボットアーム１はそれぞれ制御装置４に接続されており、制御装置４でマグネットハンド２の作動、一次元距離計３からの距離信号に基づく部品高さ位置の算出、およびロボットアーム１の駆動（アーム先端の移動）が後述のように行われる。

部品Ｐは本実施形態では図２に示すような金属リングであり、このような部品Ｐが上方へ開放する角型容器５内に山積み状態で収容されている。容器５の平面図を図３に示す。容器５は平面視で長方形状をなし、マグネットハンド２の吸着面２１の長方形状は、容器５の開口面を周囲に小間隙を形成して縦横に等分（本実施形態では縦３等分、横１０等分）した各領域Ｄ，Ｄ１〜Ｄ５と等しい大きさにしてある。

以下、制御装置４における制御・演算の手順を図４のフローチャートを参照しつつ説明する。最初にステップ１０１ではロボットアーム１の先端を容器５の上方で所定高さに維持しつつ、図３の実線矢印で示す軌跡ｔ１で移動させる。そして、この移動中に一次元距離計３からの距離信号に基づいて、移動軌跡ｔ１直下の容器５内に山積みされた各部品Ｐの高さを算出する。

本実施形態では上記ロボットアーム１の先端の移動軌跡ｔ１は、容器開口５の等分された各領域Ｄ、すなわちマグネットハンド２の吸着面２１の長方形、の対角線に沿って、隣接する３つの領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を折り返すような軌跡としてある。図５には移動軌跡ｔ１の下方での各部品Ｐの高さ変化の一例を示す。

制御装置４は移動軌跡ｔ１の下方で最高点を示した部品Ｐの位置（図５のｘ点）を特定すると（ステップ１０２）、この部品Ｐが存在する領域Ｄ１〜Ｄ３のいずれかにマグネットハンド２の吸着面２１の位置が一致するようにロボットアーム１の先端を移動制御する。そして、マグネットハンド２の吸着面２１を、最高点にある部品Ｐの上方の、吸引可能な所定の高さに下降させて、マグネットハンド２に通電して部品Ｐをこれに吸着させる（ステップ１０３）。

この時、吸着面２１は全面で吸引力を発揮するから、上記移動軌跡ｔ１の下方で最高点を示した部品Ｐに近い位置にある周囲の部品Ｐや上記移動軌跡ｔ１外で当該部品Ｐよりも高い位置にある部品Ｐにも電磁力が及んでこれらの部品Ｐもマグネットハンド２に吸着される。

このようにして、ロボットアーム１の先端に設けた一次元距離計３を、吸着面２１の長方形と同形の隣接する３つの領域Ｄ１〜Ｄ３の対角線上で移動させて各部品Ｐの高さを測定し、最も高い位置を示した部品Ｐが存在する領域Ｄ１〜Ｄ３のいずれかに吸着面２１を一致させてこの領域の部品Ｐをマグネットハンド２で吸着しているから、容器５内に山積みされた部品Ｐを上方から効率的に吸着して容器５外へ取り出すことができる。

容器５外へ取り出された部品Ｐはマグネットハンド２に吸着された状態でロボットアーム１によって次工程へ搬送され、マグネットハンド２への通電を停止することによって次工程で放下される（ステップ１０４）。

容器５の上方へ戻されたロボットアーム１はその先端が所定の高さで今度は図３の破線矢印で示す軌跡ｔ２で、上記領域Ｄ１に隣接する領域Ｄ２からこれに隣接する２つの領域Ｄ３，Ｄ４へこれら領域の対角線上を折り返すように移動させられ（ステップ１０５からステップ１０１以下へ）、移動軌跡ｔ２の下方で最高点を示す部品Ｐの位置が特定される。そして、上述したように、最高点を示した部品Ｐが存在する領域Ｄ２〜Ｄ４のいずれかにマグネットハンドの吸着面が一致するようにロボットアームの先端が移動制御されて当該領域内の山積みされた部品群の頂部およびこれに近い位置の部品Ｐが吸着される。

以下、上記と同様の動作が繰り返されて部品Ｐが容器５外へ取り出され、これらの動作がさらに隣接する図２の鎖線矢印で示す移動軌跡ｔ３でも行われて、順次容器５内の全ての領域Ｄで同様の動作が繰り返されて、容器５内の山積みされた部品Ｐが上方より順次取り出される。これを容器５内の部品が無くなるまで繰り返す（ステップ１０５）。

このようにすると、図３の容器５内の左右端部を除く全ての領域Ｄで、ロボットアーム１の先端が互いに交差する二本の対角線軌跡上を移動させられることになり、取り出すべき最高点の部品Ｐが取り出されないという、いわゆる空振りの確率が少なくなる。

なお、ロボットアーム１の先端の移動軌跡、すなわち一次元距離計３の移動軌跡は必ずしも上記実施形態のような対角線上とする必要はなく、また隣接する３つの領域で折り返すような軌跡とする必要もないが、このようにすると、効率的でしかも空振りの少ない部品の取出しが可能である。また、マグネットハンド２の吸着面２１は必ずしも上記実施形態で示したような、容器５内を等分に分割した領域と同形の面状にする必要はないが、このようにするとさらに効率的な部品の取り出しが可能である。なお、部品を吸着するのは電磁力に限らず、負圧空気等による吸着であっても良い。また、山積みされた部品は必ずしも容器内に収容されている必要はない。

１…ロボットアーム（移動保持手段）、２…マグネットハンド（吸着手段）、２１…吸着面、３…一次元距離計（高さ検出手段）、４…制御装置（制御手段）、５…容器、Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ…領域、

Claims (5)

1. 山積みされた部品を上方から一定範囲で吸着可能な吸着面を備えた吸着手段と、前記各部品の高さを検出可能な高さ検出手段と、前記吸着手段と前記高さ検出手段を先端に保持して三次元空間内で移動可能なロボットアームと、前記吸着手段の吸着範囲とこれに隣接する所定範囲内で移動保持手段を水平面内で移動させて、移動軌跡の下方で最も高い位置にある前記部品を特定し、当該部品が存在する位置を含むように前記吸着手段の吸着面を位置させて前記最も高い位置にある部品を吸着するように前記ロボットアームを制御する制御手段とを具備し、前記吸着面の形状を、前記部品を収容した容器の開口面を等分した各領域の形状と同一にし、前記制御手段は、前記吸着手段を前記各領域の対角線に沿う軌跡で移動させるとともに、吸着した前記部品を前記容器外へ取り出すように設定されている山積み部品の取出し装置。
2. 前記制御手段は、前記吸着手段を、隣接する前記各領域の対角線上を折り返すように移動させて、吸着した前記部品を前記容器外へ取り出すことを繰り返すように設定されている請求項１に記載の山積み部品の取出し装置。
3. 山積みされた部品を収容した容器の開口面を等分して各領域とし、前記各領域の形状と同一とした吸着面を備えた吸着手段と前記各部品の高さを検出可能な高さ検出手段を先端に保持して三次元区間内で移動可能なロボットアームの先端を前記各領域の対角線に沿う軌跡で、かつ前記吸着手段の吸着範囲とこれに隣接する所定範囲内で水平面内で移動させて、移動軌跡の下方で最も高い位置にある前記部品を特定し、当該部品が存在する位置を含むように前記吸着手段の吸着面を位置させて前記最も高い位置にある部品を吸着して、前記容器外へ取り出すようにした山積み部品の取出し方法。
4. 前記ロボットアームの先端を、隣接する前記各領域で互いに交差する対角線上を折り返すように前記各領域の対角線に沿う軌跡で移動させる請求項３に記載の山積み部品の取出し方法。
5. 前記ロボットアームの先端を、隣接する前記各領域の対角線上を折り返すように移動させて前記部品を前記容器外へ取り出すことを繰り返す請求項３又は請求項４に記載の山積み部品の取出し方法。