CN108372503B

CN108372503B - 使用至少一个传感器的物品运送装置

Info

Publication number: CN108372503B
Application number: CN201810073272.2A
Authority: CN
Inventors: 大场雅文
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: US10377581B2; US20180215555A1; CN108372503A; DE102018101375A1; DE102018101375B4; JP2018122370A; JP6496333B2

Abstract

本发明提供一种使用至少一个传感器的物品运送装置，即使在物品重叠的状态下进行运送，也可以适当选择取出对象物品并进行取出。物品运送装置具备：供给部，其运送多个物品；位置姿势检测部，其检测供给部上的物品的三维位置姿势；移动量检测部，其检测供给部的移动量；作业部，其根据检测出的物品的位置姿势、以及由移动量检测部检测出的供给部的移动量，一边追踪供给部的运送动作一边取出物品；以及物品选择部，其其将如下内容的指示输出给作业部：在物品重叠地流动过来时，根据检测出的位置姿势，选择在针对多个物品分别决定的取出方向上没有与其他工件重叠的物品作为取出对象物品，取出该取出对象物品。

Description

使用至少一个传感器的物品运送装置

技术领域

本发明涉及使用至少一个传感器的物品运送装置。

背景技术

已知一种通过视觉传感器来检测由传送带运送的多个物品，并根据检测出的物品的位置信息，使机器人一边追踪传送带的动作一边把持各物品并进行运送的系统(例如，参照日本特开平08-063214号公报)。此外，还已知一种防止由传送带运送的物品的发生意外的技术(例如，参照日本特开2013-000854号公报)。

并且，还已知一种技术，其即使在输送带上的物品的位置或姿势发生了变化的情况下，也可以适当地控制或者校正取出物品的动作(例如，参照日本特开2004-001122号公报、日本特开2016-107349号公报)。

当在多个物品相互重叠的状态下进行运送时，为了排除该重叠，需要在取出物品的工序之前设置专用的装置，从而造成设备高价。此外，即使使用专用的装置，也难以完全排除不规则地供给/运送的物品的重叠，因此，存在以下问题：重叠的物品无法通过视觉传感器等进行检测而将被错过，从而产生无法运送至预定运送目的地的物品，导致运送装置的处理能力低下。

发明内容

本公开的一方式是一种物品运送装置，其具备：供给部，其运送多个物品；至少一个位置姿势检测部，其检测所述供给部上的所述物品的三维位置姿势；移动量检测部，其检测所述供给部的移动量；至少一个作业部，其根据由所述位置姿势检测部检测出的所述物品的位置姿势、以及由所述移动量检测部检测出的所述供给部的移动量，一边追踪所述供给部的运送动作一边取出所述物品；以及物品选择部，其将如下内容的指示输出给所述作业部：在所述物品以相互重叠的状态被运送过来时，根据由所述位置姿势检测部检测出的三维位置姿势，选择在针对多个所述物品分别决定的取出方向上没有与其他工件重叠的物品作为取出对象物品，取出该取出对象物品。

附图说明

通过与附图相关联的以下实施方式的说明可以进一步明确本发明的目的、特征以及优点。这些附图中，

图1是表示第一实施方式所涉及的物品运送装置的概略结构的图，

图2是表示图1的物品运送装置的具体结构例的立体图，

图3是对多个物体重叠的状态、以及各物品的取出方向进行例示的概略图，

图4是表示在图1的物品运送装置中，选择应该取出的物品的处理的一例的流程图，

图5是说明物品的跟踪方法的一例的图，

图6是表示第二实施方式所涉及的物品运送装置的概略结构的图，

图7是表示第三实施方式所涉及的物品运送装置的概略结构的图。

具体实施方式

图1是表示第一实施方式所涉及的物品运送装置10的一结构例的概略图，图2是表示图1的物品运送装置10的具体结构例的立体图。物品运送装置10具备：供给部14，其运送多个物品(工件)12；至少一个位置姿势检测部16，其检测供给部14上的工件12的三维位置姿势；移动量检测部18，其检测供给部14的移动量；至少一个作业部20，其根据由位置姿势检测部16检测出的工件12的位置姿势、以及由移动量检测部18检测出的供给部14的移动量，一边追踪供给部14的运送动作一边取出工件12；以及物品选择部22，其将如下内容的指示输出给作业部20：在工件12重叠地流动过来时，根据由位置姿势检测部16检测出的位置姿势，选择在针对多个工件12分别决定的取出方向上没有与其他工件重叠的工件作为取出对象工件，取出该取出对象工件。

供给部14例如是皮带传送带等传送带，其具有：能够装载多个工件12的皮带等的运送部件24、以向一个方向(在图1中从左向右，在图2中从大致右向大致左)运送工件12的方式来驱动运送部件24的电动机等驱动机构(未图示)。

位置姿势检测部16的结构并非特别限定，例如，可以使用空间编码方式、相移方式、随机点方式、TOF(Time Of Flight，飞行时间)方式、光切断方式、立体照相机方式等的、利用公知原理的任意传感器。此外，基于这些传感器的三维位置姿势等三维信息的输出形式也没有任何约束。在图2的例子中，位置姿势检测部16是由两台二维照相机26a和26b、以及投影机26c构成的三维传感器。此外，物品运送装置10具有进行上述图像处理的图像处理装置(未图示)，但是也可以在后述的控制装置30内内置该图像处理装置的功能，还可以实现为个人计算机等其他处理装置。

另外，本公开中的工件的“位置姿势”表示工件的位置以及姿势，但是在工件是球状或圆形且取出该工件时不需要考虑其姿势的情况下，有时也只表示位置。

移动量检测部18例如是编码器，通过对传送带14的皮带的转速或驱动该皮带的电动机的转速等进行检测，可以检测传送带14上的工件12的移动量(移动速度)。或者，也可以将针对传送带14的驱动指令中所包含的指令速度或指令移动量用作检测出的移动量。

作业部20例如构成为具有配置于传送带14侧方的预定位置的机床28以及控制机床28的控制装置30，能够取出(拾取)传送带14上的至少一个工件12并运送至预定的运送目的地(例如图2所示的箱子33)。作为一例，机床28是平行连杆机器人或多关节机器人等机器人，具备吸附式或者把持式的机械手。在图2的例子中，作为固定于支架34上的机床，一台平行连杆机器人28具备：机械手36，其可以同时吸附最多三个具有大致扁平形状的工件(例如在内部具有流体的小口袋(pouch))12。

物品选择部22例如作为处理器等而内置于控制装置30或者个人计算机等其他装置，其将如下内容的指令输送给控制装置30：当多个工件以在传送带14上相互重叠的状态流动过来时，对应该取出该多个工件中的某一个进行选择，通过机器人28取出所选的工件。下面，参照图3以及图4对该处理的具体例进行说明。

这里作为一例，如图3所示，考虑三个工件12a、12b以及12c在重叠的状态下在传送带14上流动过来的情况。首先在步骤S1中，通过三维传感器16，对包含工件(物品)12a～12c的区域的三维点进行测量，接下来在步骤S2中，求出各工件的三维位置姿势。

作为求出工件的三维位置姿势的方法，列举了将拍摄对象的工件的各自的形状预先存储为三维模型等，根据这些三维模型和拍摄结果来预测工件形状的匹配等众所周知的方法。在匹配中，虽然当某个部件在照相机的图像中只是局部出现(与其他工件重叠)时，根据出现的部分的形状来预测工件的整体形状，但是此时，可以求出出现的部分占整体的比例作为评价值。当该评价值未满预先设定的阈值时，物品选择部22也可以在进行后述的处理之前，将该工件从取出对象中除去。例如，在出现的部分未达到整体的20％时，由于可以判断为该工件显然不适合作为取出对象，因此不进行后述的处理而从取出对象中除去，由此可以缩短运算处理时间。这在后述的实施方式中也是同样的。

接下来，在步骤S3中，指定被检测出三维位置姿势的多个工件12a～12c中的、针对传送带14的运送方向32位于最下游侧的工件(在图3的例子中为工件12a)。另外，步骤S3并非必须，但是通过从下游侧的工件中优先判断能够成为取出对象工件，可以降低工件超出机器人28的作业区域(可动范围)而向下游侧流动的可能性。这在后述的实施方式中也是同样的。

在接下来的步骤S4中，针对指定的工件，检测在该工件的取出方向上是否存在其他工件的三维测量点(干涉物)，即在取出方向观察对象工件时，是否与其他工件重叠。这里，“测量点”表示在上述的匹配等中使用的、表示工件的轮廓或形状特征的代表点，在因其他工件的存在而无法对被指定的工件的测量点的一部分进行检测的情况下，可以判断为其他工件与被指定的工件重叠。

此外，“取出方向”表示被机器人机械手36等把持之后的物品(工件)的移动方向，换言之，就是把持的工件远离传送带时的物品(机械手等)的移动方向。在图3的例子中，工件12a～12c分别具有机械手36能够吸附的被吸附面38，在机械手36吸附了被吸附面38的状态下沿垂直于被吸附面38的方向取出(拾取)工件。因此工件12a、12b以及12c的取出方向分别为箭头40a、40b以及40c表示的方向。这样取出方向并不限于铅直上方，根据工件的形状或传送带上的姿势、被把持位置等而有所不同。

在步骤S4中，最初指定的工件12a针对其取出方向40a与工件12b重叠(干涉)，因此并不被选作取出对象工件，从而指定处于第二下游侧的工件12b(步骤S3)。但是工件12b也针对其取出方向40b与工件12c重叠(干涉)，因此也不被选作取出对象工件，从而指定处于第三下游侧的工件12c(步骤S3)。因此在该例子中，将如下内容的指令输送给作业部20(控制装置30)：针对取出方向40c不存在干涉物的工件12c被选择为取出对象工件，并取出工件12c(步骤S5)。

在本实施方式中，由于针对按工件而决定的取出方向来检测有无与其他工件的重叠，因此最适合于取出的工件(通常情况下就是在取出方向上观察时对整个区域(所有三维点)进行了检测的工件)被选择为取出对象。过去，在拾取重叠的工件时，大多将铅直方向的位置最高的工件选定作为取出对象，但是有时根据工件的姿势，未必限定相对于铅直方向位于最上方的工件适合作为取出对象(例如，工件12b(的重心)位于比工件12c更靠铅直方向上方处，但是由于工件12c针对取出方向发生干涉，因此并非适合作为取出对象。此外，如图3所示的工件12d那样，在被把持面向下的状态下所载置的工件也不适合作为取出对象)。但是在本实施方式以及后述的实施方式这样的情况下，也可以适当选择取出对象工件。

图5是说明机器人28追踪传送带14的运送动作并把持工件12的方法(跟踪方法)的具体例的图。首先，使用三维传感器16，在某个时刻t1检测跟踪坐标系TF上的工件12的位置姿势a。接下来，根据以下的数学式(1)求出当前时刻(机器人应该取出工件的时刻)t2的跟踪坐标系TF’。另外，T是坐标变换行列。

TF’＝T·TF···(1)

T的平行移动成分例如可以使用检测时(时刻t1)的编码器18的计数值e1、以及当前(时刻t2)的编码器18的计数值e2，并表现为((e2-e1)/Scale)。另外，“Scale”是表示编码器的计数值与传送带的移动量的关系的换算值，例如具有(count/mm)等单位。

通过上述的处理，可以求出时刻t2的、跟踪坐标系TF’的工件12的位置姿势a’，因此机器人28可以根据TF’以及a’，进行追踪工件12的活动的作业。这样的跟踪动作当然也能够应用于后述的实施方式中。

图6是表示第二实施方式所涉及的物品运送装置10’的一结构例的概略图。另外，在第二实施方式中，针对与第一实施方式同样好的结构要素，标注与第一实施方式相同的参照符号，并省略详细说明。

物品运送装置10’具有多个(在图示例中为两个)位置姿势检测部、多个(在图例示中为两个)作业部，更具体来说，还具有：第二位置姿势检测部16’，其配置于比第一位置姿势检测部(三维传感器)16更靠下游侧的位置，所述第一位置姿势检测部被配置在相对于传送带14的运送方向32最上游侧；以及第二作业部20’，其相对于传送带14的运送方向32被配置在比第一作业部20更靠下游侧的位置。另外，作业部20’与作业部20同样地，可以具有机器人28’以及控制该机器人28’的控制部30’，但是并非局限于此，只要是能够进行取出预定作业区域内的工件12的作业，则可以具有任意机构。

在第二实施方式中，由于在下游侧设置有位置姿势检测部16’以及作业部20’，因此当在传送带14上重叠有三个以上的工件12等、存在无法通过上游侧的位置姿势检测部16检测出三维位置姿势的工件的情况、或无法通过作业部20取出所有工件的情况下，可以通过下游侧的位置姿势检测部16’来检测该工件的三维位置姿势，并通过作业部20’取出。因此，在第二实施方式中，可以大幅度提升全部取出传送带14上的工件的可能性。

另外，虽未图示，但是在多个工件能够重叠的情况下，可以使用三个以上的位置姿势检测部以及三个以上的作业部，来进一步提升全部取出传送带14上的工件的可能性。

此外，下游侧的位置姿势检测部16’与上游侧的位置姿势检测部16同样地，也可以作为能够检测各工件的三维位置姿势的三维传感器，但是在工件12具有与图2所示的小口袋等实质上在平面上相近的形状，且在传送带14上相互重叠的工件为两个(几乎没有三个以上的工件重叠的可能性)时，也可以将第一位置姿势检测部16以外的位置姿势检测部中的至少一个设为检测各工件的二维位置姿势的二维传感器(例如一个CCD照相机)。一般情况下，由于二维传感器比三维传感器成本低，因此通过使用二维传感器，可以抑制装置整体的成本。

图7是表示第三实施方式所涉及的物品运送装置10”的一结构例的概略图。另外，在第三实施方式中，对与第二实施方式同样好的结构要素标注与第二实施方式相同的参照符号，省略详细说明。

物品运送装置10”除了具有至少一个优选为多个(在图示例中两个)的位置姿势检测部16和16’、以及多个(在图示例中两个)作业部20和20’之外，还具有控制作业部20以及20’(控制部30以及30’)的单元控制装置42。单元控制装置42能够构成为例如个人计算机或工作站等具有比较大的容量的运算处理装置，并与位置姿势检测部16以及16’、和作业部20以及20’(控制部30以及30’)可通信地连接，由此可以控制连接的各设备。

在第三实施方式中，通过使用单元控制装置42，将使多个作业部以及位置姿势检测部的集中管理变得容易。此外，通过将单元控制装置42设置在远离物品运送装置10”的场所，即使是处于远离物品运送装置10”的场所的作业者也可以远程操作物品运送装置10”，或确认和监视物品运送装置10”的状态。

根据本公开的方式，当在多个物品相互重叠的状态下进行运送时，不使用消除重叠的专用的装置等，也可以在不变更其他物品的位置姿势的条件下将取出对象物品取出。

Claims

1.一种物品运送装置，其特征在于，该物品运送装置具备：

供给部，其运送多个物品；

至少一个位置姿势检测部，其检测所述供给部上的所述物品的三维位置姿势；

移动量检测部，其检测所述供给部的移动量；

至少一个作业部，其根据由所述位置姿势检测部检测出的所述物品的位置姿势、以及由所述移动量检测部检测出的所述供给部的移动量，一边追踪所述供给部的运送动作一边取出所述物品；以及

物品选择部，其将如下内容的指示输出给所述作业部：在所述物品以相互重叠的状态被运送过来时，根据由所述位置姿势检测部检测出的三维位置姿势，选择在针对多个所述物品分别决定的取出方向上没有与其他工件重叠的物品作为取出对象物品，在所述取出方向上取出该取出对象物品，其中，所述取出方向根据各物品的形状以及各物品在所述供给部上的姿势而发生变化。

2.根据权利要求1所述的物品运送装置，其特征在于，

所述物品运送装置具有多个所述位置姿势检测部和多个所述作业部，

在多个所述位置姿势检测部中，通过配置于比第一位置姿势检测部更靠下游侧的第二位置姿势检测部，来对通过相对于所述供给部的运送方向被配置于最上游侧所述第一位置姿势检测部没有检测出三维位置姿势的物品的三维位置姿势进行检测，

所述物品选择部输出如下内容的指示：通过多个所述作业部中的、设置于比相对于所述供给部的运送方向被配置于上游侧的第一作业部更靠下游侧的第二作业部取出已由所述第二位置姿势检测部检测出三维位置姿势的物品。

3.根据权利要求2所述的物品运送装置，其特征在于，

所述第一位置姿势检测部以外的位置姿势检测部中的至少一个构成为检测所述物品的二维位置姿势。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的物品运送装置，其特征在于，

所述位置姿势检测部进行预测各物品的形状的匹配，所述物品选择部从取出对象中除去所述匹配的评价值未达到预先确定的阈值的物品。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的物品运送装置，其特征在于，

所述物品选择部从相互重叠的物品中的、相对于所述供给部的运送方向位于最下游侧的物品开始依次判断能否选择为所述取出对象物品。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的物品运送装置，其特征在于，

所述物品运送装置具有多个所述作业部，并且还具有对所述至少一个位置姿势检测部以及多个所述作业部进行控制的单元控制装置。