(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-22
(45)【発行日】2023-05-30
(54)【発明の名称】作業システム
(51)【国際特許分類】
B23P 19/00 20060101AFI20230523BHJP
B25J 13/08 20060101ALI20230523BHJP
【FI】
B23P19/00 302U
B25J13/08 A
(21)【出願番号】P 2018186471
(22)【出願日】2018-10-01
【審査請求日】2021-09-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000237271
【氏名又は名称】株式会社FUJI
(74)【代理人】
【識別番号】110000017
【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】福本 陵平
【審査官】加藤 三慶
(56)【参考文献】
【文献】特開平06-012112(JP,A)
【文献】特開2012-183616(JP,A)
【文献】特開2017-124450(JP,A)
【文献】特開平08-285526(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0355078(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23P 19/00
B25J 13/08
B65G 47/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
供給部に供給された複数のワークをロボットにより採取して所定作業を行う作業システムであって、
前記供給部上の前記複数のワークを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により所定のフレームレートで撮像された
2つの画像の変化量を取得し、前記変化量が収束したことに基づいて前記ワークの静止を判定してから、前記ワークを採取するように前記ロボットを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、連続
して取得された複数の前記変化量が所定範囲内である場合に、前記変化量が収束していると判定する作業システム。
【請求項2】
請求項1に記載の作業システムであって、
前記制御装置は、前記ワークの静止を判定するのに用いた前記複数の画像のうち最後に撮像された画像を、前記ロボットが前記ワークを採取する際の前記ワークの位置の検出に用いる
作業システム。
【請求項3】
請求項1または2に記載の作業システムであって、
前記制御装置は、前記変化量が画像全体で収束したことに基づいて前記複数のワークの全ての静止を判定する前でも、前記変化量が部分的に収束したことに基づいて一部のワークの静止を判定すると、前記一部のワークを採取するように前記ロボットを制御する
作業システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、作業システムを開示する。
【背景技術】
【0002】
従来、ワークが載置された搬送路などの供給部に振動を付与することで、ワークを所定方向に搬送したり、重なっている状態のワーク同士を解きほぐしたりしてワークを供給するワーク供給装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したワーク供給装置により供給されたワークをロボットにより採取する場合、供給部への振動の付与を終了してからワークが静止すると予想される所定時間が経過するのを待って、ワークの採取を開始することが考えられる。しかしながら、所定時間が短い時間に設定されると、ワークがまだ動いている状態でロボットがワークを採取する場合があり、採取ミスが生じ易くなる。一方で、採取ミスを防止するために所定時間が長い時間に設定されると、多数のワークを採取するのに多くの時間がかかり、作業効率の低下に繋がってしまう。また、特に円柱状などの姿勢が安定し難いワークについては、所定時間を適切に設定するのが困難である。
【0005】
本開示は、供給されたワークを効率よく且つ適切に採取することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本開示の作業システムは、供給部に供給された複数のワークをロボットにより採取して所定作業を行う作業システムであって、前記供給部上の前記複数のワークを撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された複数の画像の変化量を取得し、前記変化量が収束したことに基づいて前記ワークの静止を判定してから、前記ワークを採取するように前記ロボットを制御する制御装置と、
を備えることを要旨とする。
【0008】
本開示の作業システムは、複数の画像の変化量が収束したことに基づいて供給部上のワークの静止を判定してから、ワークを採取するようロボットを制御する。これにより、ワークが動いていることによってロボットが採取ミスするのを防止してワークを適切に採取することができる。また、供給されたワークを採取し始めるまでの待ち時間を設定するもののように、待ち時間が短いことによる採取ミスが頻発したり、待ち時間が長いことによる作業効率の低下を招いたりするのを防止することができる。したがって、供給されたワークを効率よく且つ適切に採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】作業システム10の構成の概略を示す構成図。
【
図2】ワーク搬送装置20の構成の概略を示す構成図。
【
図3】ワーク搬送装置20を裏側から見た部分外観図。
【
図4】制御装置70の電気的な接続関係を示す説明図。
【
図5】ワークWのばら積み状態が解きほぐされる様子を示す説明図。
【
図6】採取載置制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【
図8】変形例の採取載置制御ルーチンを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【0011】
図1は作業システム10の構成の概略を示す構成図であり、
図2はワーク搬送装置20の構成の概略を示す構成図であり、
図3はワーク搬送装置20を裏側から見た部分外観図であり、
図4は制御装置70の電気的な接続関係を示す説明図である。なお、
図1,2中、左右方向はX軸方向であり、前後方向はY軸方向であり、上下方向はZ軸方向である。
【0012】
本実施形態の作業システム10は、供給ボックス12に収容されているワークWをトレイTに整列した状態で載置するシステムである。この作業システム10は、
図1に示すように、トレイ搬送装置16と、ワーク搬送装置20と、供給ロボット40と、採取ロボット50とを備える。これらは、作業台11上に設置されている。なお、作業システム10が行う作業としては、ワークWをトレイTに載置する作業に限られず、ワークWを所定の対象物に組み付ける組み付け作業などを挙げることができる。
【0013】
トレイ搬送装置16は、前後方向(Y軸方向)に間隔を空けて左右方向(X軸方向)に架け渡された一対のベルトコンベアを有する。トレイTは、ベルトコンベアによって左から右へと搬送される。
【0014】
供給ロボット40は、機械部品や電機部品などの各種部品としてのワークWを供給ボックス12から取り出してワーク搬送装置20の供給エリアA1(
図2参照)に供給するためのロボットである。この供給ロボット40は、垂直多関節型のロボットアーム41と、エンドエフェクタ42とを備える。ロボットアーム41は、複数のリンクと、各リンクを回転または旋回可能に連結する複数の関節と、各関節を駆動する駆動モータ44(
図4参照)と、各関節の角度を検出するエンコーダ45(
図4参照)とを有する。複数のリンクは、エンドエフェクタ42が取り付けられる先端リンクと、作業台11に固定される基端リンクとを含む。エンドエフェクタ42は、ワークWの保持とその解除とが可能となっている。エンドエフェクタ42は、例えば、メカチャックや吸着ノズル、電磁石などを用いることができ、供給エリアA1にワークWをばら積み状態で供給する。
【0015】
採取ロボット50は、ワーク搬送装置20の採取エリアA2(
図2参照)でワークWを採取してトレイT上に移送,整列させるためのロボットである。この採取ロボット50は、垂直多関節型のロボットアーム51と、エンドエフェクタ52とを備える。ロボットアーム51は、複数のリンクと、各リンクを回転または旋回可能に連結する複数の関節と、各関節を駆動する駆動モータ54(
図4参照)と、各関節の角度を検出するエンコーダ55(
図4参照)とを有する。複数のリンクは、エンドエフェクタ52が取り付けられる先端リンクと、作業台11に固定される基端リンクとを含む。エンドエフェクタ52は、ワークWの保持とその解除とが可能となっている。エンドエフェクタ52は、例えば、メカチャックや吸着ノズル、電磁石などを用いることができる。また、ロボットアーム51の先端リンクには、ワーク搬送装置20により搬送されたワークWやトレイ搬送装置16により搬送されたトレイTを撮像してそれらの位置や状態を把握するためのカメラ53も取り付けられている。カメラ53は、各採取エリアA2を撮像範囲として画像の撮像が可能であり、静止画だけでなく、所定のフレームレート(数十fpsなど)で時系列に連続する複数の画像(動画)も撮像可能となっている。
【0016】
ワーク搬送装置20は、
図1,2に示すように、ワークWをそれぞれ供給エリアA1から採取エリアA2まで前後方向(Y軸方向)に搬送可能な複数の搬送レーン21を有する。ワーク搬送装置20の後方には、複数の搬送レーン21のそれぞれに供給するワークWを収容するための複数の供給ボックス12が配置されている。
【0017】
ワーク搬送装置20は、コンベアベルト22と、仕切り25とを備える。コンベアベルト22は、
図2に示すように、駆動ローラ23aと従動ローラ23bとに架け渡されている。コンベアベルト22は、上面部22a(載置部)にワークWが載置され、駆動モータ38(
図4参照)により駆動ローラ23aを回転駆動することによってワークWをベルト送り方向に搬送する。コンベアベルト22の両サイドには、側壁24a,24bが設けられている。駆動ローラ23aおよび従動ローラ23bは、側壁24a,24bに回転自在に支持されている。また、
図3に示すように、ワーク搬送装置20は、コンベアベルト22の上面部22aの裏側に、コンベアベルト22を支持する支持プレート28を有する。支持プレート28は、複数の搬送レーン21の採取エリアA2に対応する位置にそれぞれ開口部28aが形成されている。各開口部28aの下方には、上面部22aを裏面から突き上げて上下動させるための上下動装置30が配置されている。上下動装置30は、当接体31と、開口部28aを貫通するように当接体31を上下動させるシリンダ32とを備える。シリンダ32は、側壁24a,24bに固定された支持台29に支持されている。仕切り25は、側壁24a,24bに対して平行に延在し、コンベアベルト22の上面部22aを等間隔の複数の搬送レーン21に仕切る仕切り板である。
【0018】
制御装置70は、図示は省略するが、CPUやROM、HDD、RAM、入出力インタフェース、通信インタフェースなどを備える周知のコンピュータとして構成されている。制御装置70には、供給ロボット40のエンコーダ45や採取ロボット50のエンコーダ55、カメラ53、入力装置80などからの各種信号が入力される。制御装置70からは、ワーク搬送装置20の駆動モータ38、上下動装置30(シリンダ32)、供給ロボット40の駆動モータ44、採取ロボット50の駆動モータ54、カメラ53、トレイ搬送装置16などへの各種制御信号が出力される。また、制御装置70は、上下動装置30に制御信号を出力してシリンダ32の作動を制御することにより、シリンダ32が当接体31を上下動(振動)させるほぐし動作を行う。
図5はワークWのばら積み状態が解きほぐされる様子を示す説明図である。図示するように、ほぐし動作により、ばら積み状態のワークWの塊が解きほぐされて分離状態となり、採取ロボット50によりワークWを採取し易いものとなる。また、このほぐし動作を行ってから制御装置がシリンダ32の作動を停止させても、コンベアベルト22の上面部22aの振動は直ちに収まらないから、分離状態となったワークWも直ちに静止せず、微小な振動が収束するまでに時間を要する。
【0019】
こうして構成された作業システム10では、ワークWの供給制御と搬送制御、ほぐし動作制御、採取載置制御などの各制御が順に行われる。供給制御は、必要なワークWを供給ボックス12から採取して、対応する搬送レーン21の供給エリアA1に供給するように供給ロボット40を駆動制御することにより行われる。搬送制御は、供給エリアA1に供給されたワークWが採取エリアA2に到達するようにワーク搬送装置20を駆動制御することにより行われる。ほぐし動作制御は、採取エリアA2にワークWが到達した状態で、採取エリアA2に対応する上下動装置30のシリンダ32を駆動制御することにより行われる。採取載置制御は、ほぐし動作制御により解きほぐされて分離状態となったワークWを採取し、トレイT上に整列して載置するように採取ロボット50を駆動制御することにより行われる。各搬送レーン21のワークWに対して行われるこれらの制御は、他の搬送レーン21のワークWに対する制御に影響を及ぼさなければ並行して実行されるものとすればよい。以下、採取載置制御の詳細を
図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0020】
図6の採取載置制御ルーチンでは、制御装置70は、上下動装置30によるほぐし動作が終了するのを待ち(S100)、ほぐし動作が終了したと判定すると、所定のフレームレートで対象の採取エリアA2の画像Gをカメラ53に撮像させる(S110)。なお、
図7はワークWが静止する様子を示す説明図であり、上面部22a(採取エリアA2)にあるワークWの振動が
図7A、
図7B、
図7Cの順に収束して静止していく様子を示す。制御装置70は、カメラ53により撮像された画像Gを画像処理し、時系列に連続する3つのフレーム画像である画像G(i-2),G(i-1),G(i)の変化量を取得する(S120)。なお、iは撮像順に基づく画像の番号を示す。S120では、制御装置70は、例えば画像Gの各画素のうち輝度値が特に高い画素を特徴点として抽出し、3つの画像G(i-2),G(i-1),G(i)における特徴点の移動量を変化量として取得する。あるいは、制御装置70は、画像Gの各画素の輝度値から輝度分布を求め、その輝度分布の変化量を取得するものなどとしてもよい。ほぐし動作が終了した後も、ワークWはしばらくの間振動するため(
図7A,
図7B参照)、画像G内のワークWも位置が変化することになる。そのような変化は、画像Gにおける特徴点の移動や輝度分布の変化などとして現れるから、制御装置70はS120で変化量を取得することにより、ワークWの変位の度合いを判別することができる。
【0021】
制御装置70は、こうして変化量を取得すると、変化量が収束したか否かを判定し(S130)、収束していないと判定すると、S120に戻り処理を繰り返す。制御装置70はS120で取得した変化量が所定範囲内の場合に、変化量が収束したと判定する。この所定範囲は、ワークWが静止したことを判断できる範囲として予め実験などにより求められ、制御装置70のHDDなどに記憶されている。また、制御装置70は、例えば2画像G(i-1),G(i)間の変化量や2画像G(i-2),G(i-1)間の変化量をそれぞれ取得し、各変化量がいずれも所定範囲内である場合に変化量の収束を判定する。なお、制御装置70は、各画像G(i-2),G(i-1),G(i)間の相互の変化量をそれぞれ取得して判定するものなどとしてもよい。制御装置70は、S130で変化量が収束したと判定すると、ワークWが静止したと判定して画像Gの撮像を終了する(S140)。本実施形態では、制御装置70は、画像G内の各特徴点の変化量がいずれも収束したなど、画像Gの領域全体において変化量が収束したことに基づいて、対象の採取エリアA2にある複数のワークWの全てが静止したこと(
図7C参照)を判定する。
【0022】
制御装置70は、ワークWの静止を判定すると、採取ロボット50によるワークWの採取を開始するため、S130の判定に用いた複数の画像Gのうち最後に撮像された画像Gから各ワークWの位置を検出する(S150)。このように、最後の画像GからワークWの位置を検出することで、ワークWの静止を判定してから改めて画像Gを撮像することなく、速やかにワークWの採取を開始することができる。制御装置70は、採取ロボット50によりワークWを採取してトレイTに載置する処理を対象の採取エリアA2にある全てのワークWに対して実行して(S160)、採取載置制御ルーチンを終了する。このように、ワークWの静止を判定してから採取ロボット50によるワークWの採取を開始するため、ワークWの採取ミスを防止することができる。なお、制御装置70は、S160の処理中に、必要に応じて画像を撮像してワークWの位置を確認するものなどとしてもよい。
【0023】
ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のワーク搬送装置20のコンベアベルト22(上面部22a)が供給部に相当し、採取ロボット50がロボットに相当し、作業システム10が作業システムに相当し、カメラ53が撮像装置に相当し、制御装置70が制御部に相当する。
【0024】
以上説明した本実施形態の作業システム10では、複数の画像Gの変化量が収束したことに基づいてワークWの静止を判定してから、ワークWを採取するように採取ロボット50を制御する。これにより、ワークWが動いていることによる採取ミスを防止してワークWを適切に採取することができる。また、ほぐし動作が終了してからワークWを採取し始めるまでの待ち時間を設定するもののように、待ち時間が短いことによる採取ミスが頻発したり、待ち時間が長いことによる作業効率の低下を招いたりするのを防止することができる。したがって、供給されたワークWを効率よく且つ適切に採取することができる。また、円柱状や円錐状などの静止しにくい形状のワークWであっても、静止したことを確実に判定することができるから、ワークWの形状によらず汎用性をもたせることができる。
【0025】
また、ワークWの静止の判定に用いた複数の画像Gのうち最後に撮像された画像GをワークWの位置の検出に用いる。このため、ワークWの静止を判定すると、新たに画像を撮像することなくワークWの採取を開始することができるから、ワークWをより効率よく採取することができる。また、時系列に連続する3つの画像G(i-2),G(i-1),G(i)の変化量からワークWの静止を判定するから、ワークWの静止を誤判定するのを防止して判定精度を向上させることができる。
【0026】
なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【0027】
例えば、上述した実施形態では、最後に撮像された画像GをワークWの位置の検出に用いるものとしたが、これに限られず、ワークWの静止を判定した後に位置の検出に用いる画像を撮像するものなどとしてもよい。ただし、ワークWの採取を速やかに開始するため、最後に撮像された画像Gを用いるものが好ましい。
【0028】
上述した実施形態では、ワーク搬送装置20としてコンベアベルト22によりワークWを搬送するものを例示したが、これに限られず、所定の動作を伴ってワークWが供給されるものであればよい。例えば、採取ロボット50側に向かって下り勾配で傾斜する傾斜部の上方にワークWを投入することにより、ワークWが傾斜部の表面(傾斜面)を伝い落ちて採取ロボット50側に供給されるものなどとしてもよい。また、上下動可能な平坦状の供給部を、傾斜部の下端に繋がるように設けたり、供給ロボット40が直接ワークWを供給可能に設けたりしておき、ワークWが供給されると供給部を上下動させてワークWの塊を解きほぐすものなどとしてもよい。
【0029】
上述した実施形態では、時系列に連続する3つの画像Gから変化量の収束を判定するものとしたが、これに限られず、複数の画像Gから変化量の収束を判定するものであればよく、2つの画像Gから判定してもよい。
【0030】
上述した実施形態では、画像Gの領域全体において変化量が収束したことを判定することで複数のワークWの全ての静止を判定してから、ワークWの採取を開始するものとしたが、これに限られるものではない。
図8は、変形例の採取載置制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、
図8では
図6と同じ処理には同じステップ番号を付して説明は省略する。変形例の採取載置制御ルーチンでは、制御装置70は、S130で画像全体で変化量が収束していないと判定すると、画像Gの一部の領域で変化量が部分的に収束したか否かを判定し(S132)、収束していないと判定するとS120に戻る。S132では、制御装置70は、例えば画像GにおいていずれかのワークWを示す領域の特徴点の変化量(移動量)が収束したことに基づいて、変化量が部分的に収束したと判定する。制御装置70は、S132で変化量が部分的に収束したと判定すると、一部のワークWが静止したと判定し、静止した一部のワークWの位置を画像Gから検出して(S134)、採取ロボット50によりそのワークWを採取してトレイTに載置する処理を実行して(S136)、S120に戻る。ここで、
図7に示すようにワークWの振動(動き)の程度は個々に異なる場合があり、例えば
図7のワークW(1)は、他のワークWよりも早く振動が収束している(
図7B参照)。このため、S132~S136では、振動が早く収束して静止したワークWを見つけると、全てのワークWが静止するのを待つことなく、静止したワークWの採取を開始するのである。これにより、複数のワークWの全ての静止を待つことなく、静止した一部のワークWから採取を開始させることができるから、ワークWをより効率よく採取して作業効率を向上させることができる。
【0031】
上述した実施形態では、カメラ53が採取ロボット50に取り付けられているものとしたが、これに限られず、供給部上の複数のワークWを撮像するカメラが作業システム10の所定位置に固定されていてもよいし、作業システム10の上方にある天井などの壁面にカメラが固定されていてもよい。
【0032】
ここで、本開示の作業システムは、以下のように構成してもよい。例えば、本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記ワークの静止を判定するのに用いた前記複数の画像のうち最後に撮像された画像を、前記ロボットが前記ワークを採取する際の前記ワークの位置の検出に用いるものとしてもよい。こうすれば、ワークの静止を判定すると、新たに画像を撮像することなくワークの採取を開始させることができるから、ワークをより効率よく採取することができる。
【0033】
本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記変化量が画像全体で収束したことに基づいて前記複数のワークの全ての静止を判定する前でも、前記変化量が部分的に収束したことに基づいて一部のワークの静止を判定すると、前記一部のワークを採取するように前記ロボットを制御するものとしてもよい。こうすれば、複数のワークの全ての静止を待つことなく、静止した一部のワークから採取を開始させることができるから、ワークをより効率よく採取して作業効率を向上させることができる。
【0034】
本開示の作業システムにおいて、前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された画像のうち、時系列に連続する3以上の画像から前記変化量を取得して、前記ワークの静止を判定するものとしてもよい。こうすれば、ワークの静止を誤判定するのを防止して判定精度を向上させることができるから、ワークをより適切に採取することができる。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本開示は、作業システムの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【0036】
10 作業システム、11 作業台、12 供給ボックス、16 トレイ搬送装置、20 ワーク搬送装置、21 搬送レーン、22 コンベアベルト、22a 上面部、23a 駆動ローラ、23b 従動ローラ、24a,24b 側壁、25 仕切り、28 支持プレート、28a 開口部、29 支持台、30 上下動装置、31 当接体、32 シリンダ、38 駆動モータ、40 供給ロボット、41 ロボットアーム、42 エンドエフェクタ、44 駆動モータ、45 エンコーダ、50 採取ロボット、51 ロボットアーム、52 エンドエフェクタ、53 カメラ、54 駆動モータ、55 エンコーダ、70 制御装置、80 入力装置、T トレイ、W ワーク。