(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するロボットシステムおよびワークピッキング方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0013】
まず、実施形態に係るロボットシステム1の概要について、
図1A〜
図1Cを用いて説明する。
図1Aは、実施形態に係るロボットシステム1の配置構成を示す斜視模式図である。
図1Bは、1回分の移載動作を示す模式図である。
図1Cは、基本姿勢におけるロボットハンドと分割領域の配置関係を示す模式図である。
【0014】
なお、
図1Aには、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。
【0015】
図1に示すように、実施形態に係るロボットシステム1は、コンベア10と、ロボット20と、検知部30と、コントローラ40とを備える。
【0016】
コンベア10は、搬送路11上に載置されたワークWを上流から下流へ向けて搬送する搬送装置である。なお、本実施形態では、一例として、コンベア10がベルトコンベアであるものとするが、ワークWを所定方向へ搬送可能なものであれば他の搬送装置であってもよい。また、本実施形態では、搬送方向はX軸の負方向とする。
【0017】
ロボット20は、天井や壁面、床面といった設置対象物に固定される多関節ロボットであり、コンベア10によって搬送されるワークWを保持して他の場所へ移載する動作を行う。なお、本実施形態では、ロボット20は、コンベア10と平行に設けられたコンベア50へワークWを移載するものとする(
図1の矢印101参照)。
【0018】
ロボット20は、アーム先端部21を備えており、かかるアーム先端部21に、ワークWを保持するロボットハンドを備える。
【0019】
ロボットハンドは、ワークWを保持する複数の保持部23a,23b、アーム先端部21に対して回転可能に設けられ、複数の保持部23a,23bを支持する支持部22等で構成される。
【0020】
保持部23a,23bは、たとえば、真空ポンプ等の吸引装置を用いてワークWを吸着させる吸着式の保持部である。ロボット20は、かかる保持部23a,23bを用いて複数のワークWを保持する。そして、ロボット20は、保持したワークWをコンベア50上へ移動させた後、吸引装置による吸引力を解除することによって、ワークWをコンベア50へ移載する。
【0021】
なお、このとき、
図1Bに示すように、ロボット20は、保持部23a,23bのいずれにもワークWを吸着した状態で、すなわちすべての保持部23a,23bを使用した状態で、複数のワークWを1回でまとめてコンベア10からコンベア50へ移載する(
図1Bの矢印102参照)。
【0022】
そして、ロボット20は、かかる1回分の移載動作を終えると、あらかじめ設定された「基本姿勢」へ戻り、かかる「基本姿勢」から次の1回分の移載動作のためのワークWに対する保持動作を開始する。
【0023】
「基本姿勢」は、
図1Cに示すように、並列に配設された保持部23a,23bの配設方向とコンベア10の「幅方向」とが略平行となるように、ロボットハンドをコンベア10の上方に位置付けた姿勢である。ここで「幅方向」は、コンベア10の搬送方向に対して略垂直な方向であるものとする(
図1Aおよび
図1C参照)。
【0024】
コンベア10の搬送路11上には、ロボット20の動作範囲WAを前述の「幅方向」において分割した分割領域CA1,CA2があらかじめ設定されている。かかる分割領域CA1,CA2にはそれぞれ、上述した「基本姿勢」において最も近い保持部23a,23bが割り当てられる。なお、かかる割り当ては、後述の割り当て部41c(
図5参照)によって行われる。
【0025】
これにより、保持部23a,23bにはそれぞれ、分割領域CA1,CA2と言ういわば個別の「担当エリア」が設定されることとなる。なお、本実施形態では、ロボット20が2つの保持部を備える場合の例について説明するが、ロボット20が備える保持部の数は、3つ以上であってもよい。
【0026】
また、ロボット20が備えるロボットハンドは、ワークWを保持可能であれば他のロボットハンドであってもよい。たとえば、ロボット20は、吸着方式でなく把持方式によってワークWを保持するロボットハンドを備えていてもよい。
【0027】
また、本実施形態では、ロボット20として垂直多関節ロボットを適用した例について説明するが、ロボットの構成はこれに限ったものではなく、ロボット20は、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、直交ロボット等、ワークWを保持して移載可能な構成であればよい。
【0028】
検知部30は、たとえばカメラ31を有し、ロボット20よりもコンベア10の上流側へ配置され、カメラ31によって搬送路11上の所定領域を撮像することによってワークWの搬送状況を検知する。カメラ31によって撮像された画像は、LAN(Local Area Network)等の通信ネットワーク(図示略)を介してコントローラ40へ出力される。
【0029】
コントローラ40は、コンベア10、ロボット20および検知部30といった各種装置と情報伝達可能に接続される。なお、その接続形態は、有線および無線を問わない。コントローラ40は、種々の制御機器や演算処理装置、記憶装置等を含んで構成され、接続された各種装置の動作を制御する。
【0030】
たとえば、コントローラ40は、図示略の入力装置(プログラミングペンダント等)や上位装置等を介して取得したジョブプログラムに基づいてロボット20を動作させる動作信号を生成し、ロボット20へ出力することによってロボット20の動作を制御する。
【0031】
この動作信号は、たとえば、ロボット20がその各関節部に搭載するサーボモータへのパルス信号として生成される。コントローラ40の具体的な構成については、
図5を用いて後述する。
【0032】
本実施形態に係るロボットシステム1は、上述のように構成されており、カメラ31が、コンベア10の搬送路11上を撮像し、コントローラ40が、カメラ31によって撮像された画像に基づいて搬送路11上のワークWの搬送状況を取得する。
【0033】
また、コントローラ40は、取得した搬送状況に基づき、ワークWを保持部23a,23bで保持してコンベア50へ移載する移載動作をロボット20に対して指示する。そして、ロボット20が、コントローラ40からの指示に従って移載動作を行う。なお、以下では、ワークWを移載するに際してワークWを保持すること、言い換えればコンベア10からワークWを取り出すことを「ピッキング」と記載する。
【0034】
次に、かかるロボットシステム1におけるワークピッキング方法について、比較例となるワークピッキング方法を挙げながら
図2A〜
図4Cを用いて説明する。
図2A〜
図2Cは、比較例となるワークピッキング方法におけるピッキング動作を示す斜視模式図(その1)〜(その3)である。
【0035】
また、
図3A〜
図3Cは、実施形態に係るワークピッキング方法における基本的なピッキング動作を示す斜視模式図(その1)〜(その3)である。また、
図4A〜
図4Cは、実施形態に係るワークピッキング方法における例外的なピッキング動作を示す斜視模式図(その1)〜(その3)である。なお、
図2A〜
図2Cは比較例を示すものではあるが、説明の便宜上、各部材には本実施形態の場合と同一の符号を付すものとする。
【0036】
図2Aに示すように、比較例となるワークピッキング方法では、使用される保持部23a,23bの順序があらかじめ定められ、かかる順序で各保持部23a,23bを用いつつ、コンベア10上を流れてくる順に各ワークWをピッキングしていた。なお、ここに示す例では、未使用の状態から保持部23bが始めに用いられるものとする(
図2Aの破線の閉曲線M1参照)。
【0037】
このため、
図2Bに示すように、ロボット20は、コンベア10上をY軸の正方向寄りの位置で流れてきたワークW1を、Y軸の負方向寄りの保持部23bでピッキングする場合があった。また、
図2Cに示すように、ロボット20は、コンベア10上をY軸の負方向寄りの位置で流れてきたワークW2を、Y軸の正方向寄りの保持部23aでピッキングする場合があった。
【0038】
すなわち、比較例となるワークピッキング方法では、たとえばコンベア10上におけるワークWの位置等によって、ピッキング動作における動作距離が長くなってしまう場合があった(
図2Bの矢印201および
図2Cの矢印202参照)。このため、比較例となるワークピッキング方法では、ワークWの搬送効率の低下を招くおそれがあった。
【0039】
そこで、実施形態に係るワークピッキング方法では、保持部23a,23bのそれぞれに担当エリア、すなわち上述の分割領域CA1,CA2をそれぞれ割り当てることとした。
【0040】
具体的には、
図3Aに示すように、実施形態に係るワークピッキング方法ではまず、保持部23aに対しては分割領域CA1が、保持部23bに対しては分割領域CA2が、それぞれ担当エリアとして割り当てられる。
【0041】
そして、
図3Bに示すように、ロボット20は、コンベア10上をY軸の正方向寄りの位置で流れ、分割領域CA1へ進入してくるワークW1を、同じくY軸の正方向寄りの保持部23aを用いてピッキングする。また、
図3Cに示すように、ロボット20は、コンベア10上をY軸の負方向寄りの位置で流れ、分割領域CA2へ進入してくるワークW2を、同じくY軸の負方向寄りの保持部23bを用いてピッキングする。
【0042】
これにより、実施形態に係るワークピッキング方法では、上述の比較例の場合に比して、ピッキング動作における動作距離を短くすることができる(
図3Bの矢印301および
図3Cの矢印302参照)。すなわち、実施形態に係るワークピッキング方法によれば、ワークWの搬送効率を向上させ、効率よくワークWを移載することができる。
【0043】
ところで、
図3A〜
図3Cに示したのは、実施形態に係るワークピッキング方法における基本的なピッキング動作であるが、コンベア10上の偏った位置をワークWが連続的に流れてくるようなケースも想定される。かかる場合、実施形態に係るワークピッキング方法では、例外的なピッキング動作を行う。
【0044】
一例として、
図4Aに示すように、ワークW1〜W3が、コンベア10上のY軸の正方向寄りの位置、すなわち分割領域CA1へ進入することとなる位置に偏って連続的に流れてくるものとする。
【0045】
このような場合、
図4Bに示すように、実施形態に係るワークピッキング方法ではまず、始めに分割領域CA1へ進入してくるワークW1を、上述の基本的なピッキング動作によって保持部23aを用いてピッキングする。
【0046】
そして、続けて分割領域CA1へ進入してくるワークW2については、分割領域CA2を担当エリアとする保持部23bが未使用であるならば、かかる保持部23bをあえて例外的に用いてピッキングする(
図4Cの破線の閉曲線M2参照)。
【0047】
これにより、ワークWがコンベア10上の偏った位置を連続的に偏って流れてくるような場合であっても、ワークWのピッキング漏れを生じさせることなく、ワークWを移載することができる。
【0048】
なお、ワークW3以降については、
図4Cに示す状態から一旦ワークWをコンベア50へ移載した後、上述した基本的なピッキング動作によってピッキングが行われることとなる。すなわち、実施形態に係るワークピッキング方法では、ワークWがコンベア10上の偏った位置を連続的に偏って流れてくるような場合には一時的に動作距離を長くしつつも(
図4Cの矢印402参照)、それ以外の場合には上述の基本的なピッキング動作を行うことで(
図4Bの矢印401参照)、搬送効率の向上に資することができる。
【0049】
次に、実施形態に係るロボットシステム1のブロック構成について、
図5を用いて説明する。
図5は、実施形態に係るロボットシステム1のブロック図である。なお、
図5では、ロボットシステム1の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
【0050】
また、
図5を用いた説明では、主としてコントローラ40の内部構成について説明することとし、既に
図1A等で示した各種装置については説明を簡略化するか省略する場合がある。
【0051】
図5に示すように、コントローラ40は、制御部41と、記憶部42とを備える。制御部41は、コンベア制御部41aと、分割領域設定部41bと、割り当て部41cと、状況取得部41dと、指示部41eとをさらに備える。
【0052】
記憶部42は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、分割領域設定情報42aと、分割領域情報42bと、割り当て情報42cとを記憶する。
【0053】
なお、
図5に示すコントローラ40の各構成要素は、すべてがコントローラ40単体に配置されなくともよい。たとえば、記憶部42の記憶する分割領域設定情報42a、分割領域情報42bおよび割り当て情報42cの少なくとも1つを、ロボット20が有する内部メモリに記憶させてもよい。また、コントローラ40の上位装置が記憶し、上位装置からコントローラ40が適宜取得してもよい。
【0054】
制御部41は、たとえばCPU(Central Processing Unit)であり、コントローラ40の全体制御を行う。コンベア制御部41aは、ロボット20の動作範囲WAを通るように配設されたコンベア10を制御し、ワークWをロボット20の動作範囲WAへ搬送させる。
【0055】
分割領域設定部41bは、分割領域設定情報42aに基づいてコンベア10上に仮想的な分割領域CA1,CA2(
図1Aおよび
図1C参照)を設定し、分割領域情報42bとして記憶させる。
【0056】
なお、分割領域設定情報42aは分割領域CA1,CA2の設定に必要となる情報であり、たとえば、ロボット20の動作範囲WAの位置および寸法や、コンベア10の幅方向寸法、ロボットハンドが有する保持部の個数等を含む。
【0057】
分割領域情報42bは、分割領域設定部41bによる設定結果を含む情報であり、たとえば分割領域CA1,CA2の位置および寸法等を含む。
【0058】
割り当て部41cは、分割領域情報42bに基づき、分割領域CA1,CA2のそれぞれに対し、かかる分割領域CA1,CA2へ搬送されるワークW用に保持部23a,23bのいずれかを割り当てる。言い換えれば、割り当て部41cは、保持部23a,23bのそれぞれに対し、基本的な担当エリアを割り当てる。
【0059】
また、割り当て部41cは、割り当て結果を割り当て情報42cとして記憶させる。すなわち、割り当て情報42cは、分割領域CA1,CA2のそれぞれと保持部23a,23bのそれぞれとを対応付けた情報である。
【0060】
状況取得部41dは、カメラ31から受け取る画像に基づき、ワークWの搬送状況を取得する。なお、本実施形態では、検知部30がカメラ31を有することとしているが、ワークWの搬送状況を検知するうえでは、検知部30は他のデバイスを有することとしてもよい。
【0061】
たとえば検知部30は、光電センサや、コンベア10のエンコーダを含むこととしてもよい。状況取得部41dは、これらデバイスから受け取る情報に基づいてもワークWの搬送状況を取得することができる。また、状況取得部41dは、取得した取得結果を指示部41eへ通知する。
【0062】
指示部41eは、状況取得部41dから受け取った取得結果、保持部23a,23bから受け取る保持部23a,23bの使用状態および割り当て情報42cに応じて、ワークWを移載する動作をロボット20に対して指示する。
【0063】
具体的には、指示部41eは、分割領域CA1,CA2のいずれかに対し、連続的にワークWが搬送されないならば、前述の基本的なワークピッキング方法(
図3A〜
図3C参照)に沿ってワークWを保持して移載するようにロボット20に対して指示する。
【0064】
また、指示部41eは、分割領域CA1,CA2のいずれかに対し、連続的にワークWが搬送されるならば、前述の例外的なワークピッキング方法(
図4A〜
図4C参照)に沿ってワークWを保持して移載するようにロボット20に対して指示する。
【0065】
また、指示部41eは、1回分の移載動作を終えたならば、前述の基本姿勢をとらせるようにロボット20に対して指示する。
【0066】
なお、
図5を用いた説明では、分割領域設定部41bは、分割領域設定情報42aに基づいて分割領域CA1,CA2を設定することとしたが、これに限られない。たとえば、分割領域設定部41bは、カメラ31の撮像した画像をコンベア10の幅方向において分割することによって分割領域CA1,CA2を設定し、分割領域情報42bとして記憶させることとしてもよい。
【0067】
次に、実施形態に係るロボットシステム1が実行する処理手順について
図6を用いて説明する。
図6は、実施形態に係るロボットシステム1が実行する処理手順を示すフローチャートである。
【0068】
図6に示すように、コントローラ40は、ロボット20の動作範囲WAを通るようにコンベア10によってワークWを搬送させる(ステップS101)。コンベア10は、コンベア制御部41aによって制御され、作業終了までワークWが搬送される。もちろん、コンベアの搬送速度を変化させる制御を行なわずに実施形態を構成することも可能である。
【0069】
つづいて、検知部30が、コンベア10におけるワークWの搬送状況を検知する(ステップS102)。そして、状況取得部41dが取得した搬送状況から、指示部41eが、ワークWが分割領域CA1,CA2のいずれに該当するかを識別する(ステップS103)。
【0070】
つづいて、指示部41eは、該当する分割領域CA1,CA2に対して割り当てられた保持部23a,23bを特定する(ステップS104)。なお、説明の便宜上、ここでは仮に、保持部23aが特定されたものとする。
【0071】
そして、指示部41eは、特定された保持部23aが未使用であるか否かを判定する(ステップS105)。ここで、保持部23aが未使用であるならば(ステップS105,Yes)、指示部41eは、ロボット20を動作させて、保持部23aによりワークWを保持させる(ステップS106)。
【0072】
一方、保持部23aが使用中であるならば(ステップS105,No)、指示部41eは、他の保持部、すなわち保持部23bが未使用であるか否かを判定する(ステップS107)。
【0073】
ここで、保持部23bが未使用であるならば(ステップS107,Yes)、指示部41eは、ロボット20を動作させて、保持部23bによりワークWを保持させる(ステップS108)。
【0074】
一方、保持部23bが使用中であるならば(ステップS107,No)、保持部23a,23bのいずれも使用中であるので、指示部41eは、ロボット20を動作させて、保持中のワークWをコンベア50へ移載した上で、保持部23aによりワークWを保持させる(ステップS109)。
【0075】
そして、作業終了であるか否かが判定され(ステップS110)、作業終了であるならば(ステップS110,Yes)、処理を終了する。また、作業終了でないならば(ステップS110,No)、コントローラ40は、ステップS102からの処理を繰り返す。
【0076】
上述してきたように、実施形態に係るロボットシステムは、コンベアと、ロボットと、コントローラとを備える。コンベアは、ワークを搬送する。ロボットは、ワークを保持する複数の保持部を有する。
【0077】
コントローラは、コンベアによって搬送されるワークを保持部で保持して所定の場所へ移載する動作をロボットに対して指示する。また、コントローラは、分割領域設定部と、割り当て部とを備える。
【0078】
分割領域設定部は、コンベア上に幅方向における複数の分割領域を設定してかかる分割領域を記憶部へ記憶させる。割り当て部は、分割領域のそれぞれに対し、かかる分割領域へ搬送されるワーク用に保持部のいずれかを割り当てる。
【0079】
したがって、実施形態に係るロボットシステムによれば、効率よくワークを移載することができる。
【0080】
なお、上述してきた実施形態では、ワークのピッキング漏れを防ぐうえで、ロボットが例外的なピッキング動作を行う場合を説明したが、ピッキング動作に限らず、たとえばコンベアの搬送速度を変化させる制御等を組み合わせてもよい。
【0081】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。