JP6423813B2 - バラ積みワークのピッキングシステムおよびピッキング方法 - Google Patents

Description

本発明は、バラ積みワークのピッキングシステムおよびピッキング方法に関するものである。

従来、バラ積みされた複数の金属製のワークの中から電磁石ハンドを用いてワークをピッキングするロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１８３５９３号公報

しかしながら、特許文献１のロボットシステムでは、電磁石ハンドの磁力によっては、複数のワークが捉えられてしまい、後工程におけるワークの整列が困難となる。すなわち、後工程での整列時には、ワークの外面を把持するフィンガを有する把持ハンドが用いられるが、棒形の電磁石ハンドでは吸着したワークの姿勢を制御できないため、同時に捉えられた複数のワークが、近接してあるいは重なって仮置きされてしまうと、把持ハンドによる外面の把持ができないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、バラ積みされた複数のワークの中から単一のワークのみを取り出して、後工程における外面の把持を容易にすることができるバラ積みワークのピッキングシステムおよびピッキング方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、金属製のワークを磁気吸着可能な電磁石ハンドを備えるロボットと、前記電磁石ハンドによる前記ワークの磁気吸着の成否を判定する判定部と、前記電磁石ハンドの磁力を制御する磁力制御部とを備え、該磁力制御部は、前記判定部により磁気吸着されたとの判定がなされる前には、前記電磁石ハンドの磁力を、１個の前記ワークを吊り下げ可能かつ２個の前記ワークを吊り下げ不可能な大きさに設定し、前記判定部により磁気吸着されたとの判定がなされた後に、前記電磁石ハンドの磁力を増大させるバラ積みワークのピッキングシステムを提供する。

本態様によれば、ロボットの作動により電磁石ハンドをバラ積みされたワークに近接させ、電磁石ハンドを作動させてワークを磁気吸着させる。この段階で制御部は、電磁石ハンドの磁力を１個のワークを吊り下げ可能だが２個のワークを吊り下げ不可能な大きさに設定しているので、ロボットを作動させてワークを持ち上げると、電磁石に２個以上のワークが磁気吸着されていた場合には、持ち上げられる過程で磁気吸着が外れて１個のワークが吊り下げられるか、ワークが１個も吊り下げられていないようになる。

この状態で、判定部により磁気吸着の成否が判定され、電磁石ハンドにより１個のワークが吊り下げられたとの判定がなされた場合には、制御部が電磁石ハンドの磁力を増大させる。これにより、電磁石ハンドにより磁気吸着されている１個のワークが電磁石ハンドから脱落しないように保持される。
すなわち、バラ積みされた複数のワークから単一のワークを確実に取り出すことができ、後工程におけるワークの外面の把持を容易にすることができる。

上記態様においては、前記判定部は、前記ロボットが、前記ワークを吊り下げ状態とする位置に前記電磁石ハンドを配置したときの前記ワークの有無を検出するセンサを備え、該センサが前記ワークの存在を検出したときに、前記ワークが磁気吸着されたと判定してもよい。
このようにすることで、電磁石ハンドの磁力がワークを１個だけ吊り下げ可能な大きさに設定されているので、電磁石ハンドによって磁気吸着したワークを吊り下げた状態でセンサによりワークの有無を検出することにより、磁気吸着の成否判定を容易に行うことができる。

また、上記態様においては、前記ロボットが、鉛直方向に作動可能な１以上の軸を備え、前記判定部は、前記ロボットが、前記ワークを吊り下げ状態とする位置に前記電磁石ハンドを配置した状態で、前記ロボットのいずれかの前記軸を作動させるモータの電流が所定の閾値を超えたときに、前記ワークが磁気吸着されたと判定してもよい。
このようにすることで、電磁石ハンドによりワークが吊り下げられた状態とすると、電磁石ハンドを備えたロボットの重力方向に作動可能な軸のモータには、ワークを吊り下げていない場合より大きな電流が流れる。したがって、電流が閾値を超えたか否かによって磁気吸着の成否判定を容易に行うことができる。

また、本発明の参考例の態様は、金属製のワークを磁気吸着可能な電磁石ハンドを備えるロボットと、該ロボットの動作範囲内に配置された緩衝ステージと、前記電磁石ハンドにより２個以上の前記ワークが磁気吸着されたか否かを判定する判定部と、前記ロボットを制御する制御部とを備え、該制御部は、前記判定部により２個以上の前記ワークが磁気吸着されたとの判定がなされたとき、前記ロボットを制御して前記ワークを前記緩衝ステージの上方に配置させた後に、前記電磁石ハンドの磁力を低下させて、前記ワークを前記緩衝ステージに落下させるバラ積みワークのピッキングシステムを提供する。

本態様によれば、ロボットの作動により電磁石ハンドをバラ積みされたワークに近接させ、電磁石ハンドを作動させてワークを磁気吸着させた状態で、判定部によって２個以上のワークが磁気吸着されたと判定された場合には、制御部が、ロボットを動作させて、ワークを緩衝ステージの上方に配置した後に、電磁石ハンドの磁力を低下させてワークを緩衝ステージに落下させる。

これにより、磁気吸着されていた２個以上のワークを緩衝ステージ上で分離することができ、緩衝ステージの緩衝作用によって、ワークが健全な状態に維持される。また、磁気吸着された２個以上のワークが絡み合っていた場合であっても、落下の衝撃によって分離することができる。その結果、分離したワークを個別に吸着することが可能となり、後工程におけるワークの外面の把持を容易にすることができる。

また、本発明の他の態様は、バラ積みされた複数の金属製のワークから単一の前記ワークを磁気吸着により取り出すピッキング方法であって、電磁石ハンドの磁力を１個の前記ワークを吊り下げ可能かつ２個の前記ワークを吊り下げ不可能な大きさに設定する第１磁力設定ステップと、該第１磁力設定ステップにより設定された磁力を発生する前記電磁石ハンドにより前記ワークを磁気吸着する吸着ステップと、該吸着ステップによる前記ワークの磁気吸着の成否を判定する判定ステップと、該判定ステップにより磁気吸着されたとの判定がなされ場合に、前記電磁石ハンドの磁力を増大させる第２磁力設定ステップとを含むバラ積みワークのピッキング方法を提供する。

本発明によれば、バラ積みされた複数のワークの中から単一のワークのみを取りだして、後工程における外面の把持を容易にすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るピッキングシステムを示す全体構成図である。 図１のピッキングシステムにおける判定部の動作を説明する図である。 図１のピッキングシステムにおける吸着指令信号、およびピックアップの成否判定信号と、電磁石ハンドによる磁力との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るピッキング方法を説明するフローチャートである。 図１のピッキングシステムの電磁石ハンドにより１個のワークがピックアップされた状態を示す図である。 電磁石ハンドにより２個のワークがピックアップされた状態を示す図である。 電磁石ハンドにより２個のワークがピックアップされた他の状態を示す図である。 図１のピッキングシステムの電磁石ハンドによりピックアップされた他の形状のワークを示す図である。 図８のワークが絡み合って２個ピックアップされた状態を示す図である。 図１のピッキングシステムの変形例を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態に係るバラ積みワークのピッキングシステム１およびピッキング方法について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るピッキングシステム１は、図１に示されるように、金属製のワークＷを磁気吸着可能な電磁石ハンド２を備えるロボット３と、電磁石ハンド２によるワークＷの磁気吸着の成否を判定するピックアップ判定部（判定部）４と、ロボット３の動作および電磁石ハンド２の磁力を制御する制御部５とを備えている。

ロボット３は、例えば、床面に固定されたベース３ａに対して鉛直軸線回りに胴部３ｂを旋回させる第１軸Ｊ１、胴部３ｂに対して水平軸線回りに第１アーム３ｃを揺動させる第２軸Ｊ２、第１アーム３ｃに対して第２アーム３ｄを水平軸線回りに揺動させる第３軸Ｊ３、第２アーム３ｄに対して手首ベース３ｅを第２アーム３ｄの長手軸回りに回転させる第４軸Ｊ４、手首ベース３ｅに対して手首部３ｆを第２アーム３ｄの長手軸に直交する軸線回りに揺動させる第５軸Ｊ５、および手首先端部３ｇをＪ５軸に直交する軸線回りに回転させる第６軸Ｊ６とを備える多関節マニピュレータである。手首先端部３ｇには細長い棒状の先端に磁気吸着部２ａを備える電磁石ハンド２が固定されている。

ワークＷは、図１に示されるように、例えば、網籠Ｘ内にランダムに複数収容されたバラ積み状態となっている。
ピックアップ判定部４は、図２に示されるように、網籠Ｘの上方に配置されたセンサ６を備えている。センサ６は間隔をあけて対向配置された発光部６ａと受光部６ｂとを備え、発光部６ａによって発せられた光が受光部６ｂにより受光されたときには発光部６ａと受光部６ｂとの間に物体が存在せず、受光されないときには物体が存在していることを検出するようになっている。

ピックアップ判定部４は、ロボット３が、図２に示すように、電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａをセンサ６による光線Ｌの若干上方のピックアップ判定位置に配置した状態で、センサ６が物体の存在を検出したときに、ワークＷの吊り上げが成功したと判定し、センサ６が物体を検出しなかったときに、ワークＷの吊り上げが失敗したと判定するようになっている。

制御部５は、ロボット３の動作を制御するロボット制御部５ａと、電磁石ハンド２の磁力を制御する磁力制御部５ｂとを備えている。
ロボット制御部５ａは、記憶されているプログラムに従って、ロボット３の各軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のモータ（図示略）に電流を供給することにより、各軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を動作させるようになっている。

磁力制御部５ｂは、ロボット３から出力される吸着指令信号およびピックアップ判定部４からの信号に応じて電磁石ハンド２の磁力を発生または消滅させるようになっている。磁力制御部５ｂは、図３に示されるように、ロボット３からの吸着指令信号を受信したときには、１個のワークＷを吊り下げ可能かつ２個のワークＷを吊り下げ不可能な第１磁力Ｍ１を電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａに発生させるようになっている。

また、磁力制御部５ｂは、ピックアップ判定部４からワークＷの吊り上げが成功したとの判定結果を受信したときには、電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａに、第１磁力Ｍ１よりも増大させた第２磁力Ｍ２を発生させるようになっている。
そして、磁力制御部５ｂは、ロボット制御部５ａからのワークＷの吸着指令信号の受信が終了したときには、磁力を消滅させてワークＷを離脱させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るバラ積みワークのピッキングシステム１を用いたピッキング方法について以下に説明する。
本実施形態に係るバラ積みワークのピッキング方法は、図４に示されるように、まず、ロボット制御部５ａがロボット３の付加軸モータにより作動するバラ積みセンサ８（図１０参照）により目標ワークの吸着位置を検出し、ロボット３を作動させて、電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａを網籠Ｘ内にバラ積みされたワークＷに近接させる（ステップＳ１）。

磁気吸着部２ａがワークＷの吸着位置近傍に配置された後、磁力制御部５ｂによって第１磁力Ｍ１を発生させる（第１磁力設定ステップＳ２）。そして、ロボット制御部５ａが電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａにワークＷを吸着させる吸着動作、例えば、電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａを網籠Ｘ内の所定範囲で移動させる動作を行う（吸着ステップＳ３）。

ロボット３による吸着動作の終了後に、ロボット制御部５ａはロボット３を作動させて電磁石ハンド２の磁気吸着部２ａを図２に示されるようなピックアップ判定位置に移動させる（ステップＳ４）。
ピックアップ判定位置は、図５に示されるように、磁気吸着部２ａによって１個のワークＷが吸着されている場合には、網籠Ｘ内の他のワークＷから離間して吊り下げられた状態となる位置なので、この位置で、磁気吸着部２ａに吸着しているワークＷの有無を判定することによって、単一のワークＷの吸着に成功したか否かを判定することができる。

この場合において、第１磁力Ｍ１が、１個のワークＷを吊り下げ可能かつ２個のワークＷを吊り下げ不可能な大きさを有しているので、図６、図７および図９のように２個のワークＷが吊り下げられた状態は発生せず、図５および図８のように１個のワークＷが吊り下げられている状態か、ワークＷが１個も吊り下げられていない状態の二者択一となる。したがって、ピックアップ判定部４により、ワークＷがあることを検出するだけで、１個のワークＷがピックアップされたこと確認することができる。

すなわち、ピックアップ判定位置においてピックアップ判定部４のセンサ６がワークＷを検出したか否かが判定され（判定ステップＳ５）、検出された場合には、磁力制御部５ｂが電磁石ハンド２の磁力を第２磁力Ｍ２に増大させる（第２磁力設定ステップＳ６）。一方、センサ６がワークＷを検出しなかった場合には、ステップＳ１に戻ってワークＷの吸着を再開する。

第２磁力Ｍ２は、第１磁力Ｍ１よりも大きいので、磁気吸着部２ａによって磁気吸着されていたワークＷは、より強固に吸着状態に維持される。
この後に、ロボット制御部５ａがロボット３を動作させて、ワークＷを電磁石ハンド２から離脱させる位置まで移動させる（ステップＳ７）。ワークＷが磁気吸着部２ａに強固に吸着されているので、移動中に落下してしまうことがない。

そして、ワーク離脱位置まで移動させられた後に、ロボット制御部５ａが吸着指令信号を停止することにより、電磁石ハンド２の磁力が消滅し、ワークＷが離脱させられる（ステップＳ８）。必要な数のワークＷのピックアップが終了したか否かが判定され（ステップＳ９）、終了していなければ、ステップＳ１からの工程が繰り返される。

このように、本実施形態に係るピッキングシステム１およびピッキング方法によれば、磁力制御部５ｂが、ピックアップ判定部４により磁気吸着されたとの判定がなされる前には、電磁石ハンド２の磁力を、１個のワークＷを吊り下げ可能かつ２個のワークＷを吊り下げ不可能な大きさの第１磁力Ｍ１に設定しているので、誤って２個以上のワークＷを同時にピックアップしてしまうことがなく、２個以上ピックアップされた場合に後工程において発生する不都合を未然に防止することができる。

すなわち、ピッキング方法の後工程においては、電磁石ハンド２から離脱させたワークＷの形状をバラ積みセンサ８によって認識し、他のロボットに装着したハンド、または同一ロボットのハンド交換により装着したハンドによって外面を仮把持して反転する等のハンドリングを行った後に、正しい位置に掴み直す本把持と、掴みズレ検出とを行って、パレット上に整列する作業が行われる。

したがって、２個同時にピックアップされたワークＷが、近接した状態あるいは重なった状態に離脱させられると、ハンドによる外面の仮把持作業が困難になるが、本実施形態に係るピッキングシステム１およびピッキング方法によれば、２個以上のワークＷが同時に吸着されないので、電磁石ハンド２から離脱させたワークＷの外面をハンドによって容易に把持することができるという利点がある。

そして、本実施形態によれば、１個のワークＷが磁気吸着されたことが確認された後には、電磁石ハンド２の磁力を第２磁力Ｍ２まで増大させるので、磁気吸着をより強固にして、搬送中の離脱を防止することができる。

なお、本実施形態においては、ピックアップ判定部４として、網籠Ｘの上方に配置したセンサ６によって電磁石ハンド２によるワークＷの磁気吸着の成否を判定したが、これに代えて、ロボット３の各軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のモータ電流によって判定してもよい。
すなわち、上述した例では、第２軸Ｊ２、第３軸Ｊ３および第５軸Ｊ５は、第１アーム３ｃ、第２アーム３ｄあるいは手首部３ｆを重力方向に動作させる軸であるため、電磁石ハンド２によってワークＷが吸着されているか否かによってモータ電流が増減する。
したがって、これらの軸Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５のモータ電流が所定の閾値を超えている場合には、ワークＷが吸着されていると判定することにしてもよい。

また、本実施形態においては１個のワークＷを吊り下げ可能かつ２個のワークＷを吊り下げ不可能な大きさの第１磁力Ｍ１によってワークＷの吸着を行うことにより、２個以上のワークＷが同時にピックアップされることを除外したが、これに代えて、２個以上のワークＷを吊り下げ可能な大きさの磁力に設定して吸着を行い、軸Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５のモータ電流によって、１個のワークＷが吸着されているのか２個以上のワークＷが吸着されているのかを判定することにしてもよい。

この場合には、図１０に示されるように、ロボット３の動作範囲内に、緩衝材付作業台（緩衝ステージ）７を用意しておき、吊り下げた２個以上のワークＷを緩衝材付作業台７の上方に配置して、電磁石ハンド２の磁力を消滅させることによって、ワークＷを落下させる。緩衝材付作業台７の緩衝作用によって、ワークＷの健全性が維持される一方、落下の衝撃によって、図９のように絡み合っていたワークＷが解れて分離した状態とすることができる。

ワークＷが分離したか否かについては、網籠Ｘの上方に配置されていたバラ積みセンサ８を緩衝材付作業台７の上方に移動させて、緩衝材付作業台７上に載置されたワークＷの形状を認識することにより確認することができる。ワークＷが分離していない場合には、電磁石ハンド２による磁気吸着、吊り上げ、落下、バラ積みセンサ８による確認を繰り返すことにより、分離することができる。

１ ピッキングシステム
２ 電磁石ハンド
３ ロボット
４ ピックアップ判定部（判定部）
５ 制御部
５ｂ 磁力制御部
６ センサ
７ 緩衝材付作業台（緩衝ステージ）
Ｓ２ 第１磁力設定ステップ
Ｓ３ 吸着ステップ
Ｓ５ 判定ステップ
Ｓ６ 第２磁力設定ステップ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 金属製のワークを磁気吸着可能な電磁石ハンドを備えるロボットと、
   前記電磁石ハンドによる前記ワークの磁気吸着の成否を判定する判定部と、
   前記電磁石ハンドの磁力を制御する磁力制御部とを備え、
   該磁力制御部は、前記判定部により磁気吸着されたとの判定がなされる前には、前記電磁石ハンドの磁力を、１個の前記ワークを吊り下げ可能かつ２個の前記ワークを吊り下げ不可能な大きさに設定し、前記判定部により磁気吸着されたとの判定がなされた後に、前記電磁石ハンドの磁力を増大させるバラ積みワークのピッキングシステム。
2. 前記判定部は、前記ロボットが、前記ワークを吊り下げ状態とする位置に前記電磁石ハンドを配置したときの前記ワークの有無を検出するセンサを備え、該センサが前記ワークの存在を検出したときに、前記ワークが磁気吸着されたと判定する請求項１に記載のバラ積みワークのピッキングシステム。
3. 前記ロボットが、鉛直方向に作動可能な１以上の軸を備え、
   前記判定部は、前記ロボットが、前記ワークを吊り下げ状態とする位置に前記電磁石ハンドを配置した状態で、前記ロボットのいずれかの前記軸を作動させるモータの電流が所定の閾値を超えたときに、前記ワークが磁気吸着されたと判定する請求項１に記載のバラ積みワークのピッキングシステム。
4. バラ積みされた複数の金属製のワークから単一の前記ワークを磁気吸着により取り出すピッキング方法であって、
   電磁石ハンドの磁力を１個の前記ワークを吊り下げ可能かつ２個の前記ワークを吊り下げ不可能な大きさに設定する第１磁力設定ステップと、
   該第１磁力設定ステップにより設定された磁力を発生する前記電磁石ハンドにより前記ワークを磁気吸着する吸着ステップと、
   該吸着ステップによる前記ワークの磁気吸着の成否を判定する判定ステップと、
   該判定ステップにより磁気吸着されたとの判定がなされ場合に、前記電磁石ハンドの磁力を増大させる第２磁力設定ステップとを含むバラ積みワークのピッキング方法。
   

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