專利名稱：具備視覺傳感器及吸引裝置的吸附搬運裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用具備視覺傳感器及吸引裝置的機器人進行散裝工件的取出的吸附搬運裝置。
背景技術：
眾所周知，使用機器人將無規則地配置于箱內或托盤上的、所謂的散裝的工件一個一個地取出的裝置。在例如日本特開2010 — 12567號公報中公開了構成為使用在其前端具有電磁鐵、吸附墊片或吸盤機構的機器人來把持集裝箱內的部件進行取出的物品取出
>j-U ρ α 裝直。在日本特開2010 — 12567號公報中所記載的發明中，產生機器手與位于取出對象工件附近的其他的工件發生干涉，或者機器手因攝像機的位置檢測誤差而不能移動成相對于取出對象工件成為適當的位置、姿勢等的不良情況，從而存在難以有效地取出工件的情況。另外，在將磁力裝置用作機器手的情況下，存在導致同時吸引保持多個工件，難以一個一個地取出工件的情況。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供即使設于機器人的取出機構相對于作為取出對象的工件未準確地定位，也能夠有效地一個一個地取出工件進行搬運的吸附搬運裝置。為了達到上述目的，本發明提供如下的吸附搬運裝置。該吸附搬運裝置將散裝的多個工件中的一個工件作為對象物，并由搭載于機器人的吸附噴嘴進行吸附、取出并搬運，其中，具備視覺傳感器，該視覺傳感器包括拍攝上述散裝的多個工件的二維圖像的攝像機；以及處理該攝像機所拍攝的圖像的圖像處理部，并基于上述所拍攝的二維圖像選擇應取出對象物，求出該對象物的二維位置、以及從該二維位置連接上述對象物和上述攝像機的三維空間上的攝像機的視線；吸引裝置，該吸引裝置與上述吸附噴嘴流體性地連接，并且通過該吸附噴嘴吸引空氣，使得在該吸附噴嘴上產生向該吸附噴嘴的方向吸引上述對象物的吸引力；以及抵接檢測部，該抵接檢測部檢測上述吸附噴嘴接觸到上述對象物，利用上述機器人進行使上述吸附噴嘴沿上述所求出的攝像機的視線接近上述對象物的接近動作，在該接近動作中，在由上述抵接檢測部檢測到上述吸附噴嘴抵接到上述對象物上時，停止上述接近動作，利用上述吸引裝置的吸引力將相對于上述吸附噴嘴的上述對象物的姿勢從上述抵接時的抵接時姿勢修正為由上述吸附噴嘴吸附并保持時的吸附保持姿勢。在最優的實施方式中，上述抵接檢測部是監視上述機器人的伺服機構的反饋信息，通過檢測基于上述吸附噴嘴和上述對象物接觸后的該反饋信息的變化來檢測上述吸附噴嘴接觸到上述對象物的裝置。或者，上述抵接檢測部是設于上述吸附噴嘴與上述機器人的可動部之間的伸縮自如的浮動機構，該浮動機構還可以構成為在上述吸附噴嘴接觸到上述對象物時壓縮。還可以在上述吸附噴嘴上設置用于限制上述對象物嵌入上述吸入噴嘴的量的限制部件。本發明的吸附搬運裝置還可以具有檢測上述對象物由上述吸附噴嘴保持的吸附檢測部。例如上述吸附檢測部是檢測從上述吸附噴嘴至上述吸引裝置之間的空氣壓、空氣流量及空氣流速中的至少一個的吸附檢測傳感器。在最優的實施方式中，為將一次取出操作中的上述對象物的取出數量限定為一個，而使上述吸附噴嘴的開口部比該對象物的吸附部位小。
通過參照附圖對以下最優的實施方式進行說明，可以進一步明確本發明的上述或者其他的目的、特征及優點。圖I是本發明的一個實施方式的吸附搬運裝置的外觀立體圖。
圖2是表示使用本發明的一個實施方式的吸附搬運裝置的、工件的取出順序的流程圖。圖3是表示使用攝像機對工件進行拍攝的狀態的圖。圖4是表示將吸附噴嘴配置在接近開始位置上的狀態的圖。圖5是表示吸附噴嘴與取出對象工件抵接的狀態的圖。圖6是表示利用吸附噴嘴的吸引力來修正取出對象工件的姿勢，且由該吸附噴嘴吸附并保持該取出對象工件的狀態的圖。圖7是由第二攝像機對吸附并保持在吸附噴嘴上的取出對象工件進行拍攝的狀態的圖。圖8是表示將由吸附噴嘴吸引并保持的工件配置在臨時放置臺上的狀態的圖。
具體實施例方式圖I是表示本發明的吸附搬運裝置10的概略結構的外觀圖。吸附搬運裝置10具有機器人12 ;以及能檢測散裝于容器14內等的規定場所的多個(在圖示的例子中為相同種類的)工件16的視覺傳感器18。在機器人12上搭載有構成為從多個工件16中一個一個地吸引并取出該工件的吸附噴嘴20，更具體地講，吸附噴嘴20設于繞各軸可動地構成的(例如6軸的)機器臂22的前端。吸附噴嘴20安裝于機器臂22上從而可改變其位置及姿勢，并且通過配管、管、導管等的送風用部件24與吸引裝置26流體性地連接。吸引裝置26通過吸附噴嘴20吸入空氣，并在吸附噴嘴20上產生將下述的取出對象工件向吸附噴嘴20的方向吸引的吸引力，由此吸附噴嘴20能夠吸附并保持取出對象工件。作為吸引裝置26選定如下規格的裝置，即、基于工件的重量和/或吸附噴嘴的尺寸等，能夠得到由該吸附噴嘴吸附并保持該工件所需的風量(線速)。視覺傳感器18具有安裝于機器人12的可動部(在圖示的例子中為機器臂22的前端)并構成為能夠對散裝于容器14內的多個工件16中的至少一個、最好為整體的二維圖像進行拍攝的攝像機28 ；以及對攝像機28所拍攝的二維圖像進行處理的圖像處理部(未圖示)。圖像處理部基于攝像機28所拍攝的二維圖像選擇一個工件作為應取出的對象物，并求出該對象物的二維位置、以及從該二維位置連接該對象物和攝像機28的三維空間上的攝像機28的視線。但是，只要能夠拍攝工件16，攝像機28能夠設置在任何位置上，例如可以設置在機器人12的固定部、或機器人12以外的部位。另外，雖然在圖示中工件16散裝、即無規則地收放在箱型的容器14內，但是本發明并不限于這種方式，也可以無規則地配置在例如托盤上。機器人12具備吸附檢測部，該吸附檢測部檢測取出對象工件16由吸附噴嘴20保持的情況。在圖示的例子中，該吸附檢測部是構成為對檢測吸附噴嘴20內或從吸附噴嘴20至吸附裝置26之間的壓力、風量及線速中的至少一個進行檢測的吸附檢測傳感器30。在吸附噴嘴20吸附并保持著工件16時，由于吸附噴嘴20的開口端的至少一部分被該工件遮住，因此與沒有吸附并保持工件時相比，吸附噴嘴20內的壓力、風量及線速降低。通過由吸附檢測傳感器30對壓力、風量或線速的變化進行檢測，從而能夠檢測出吸附噴嘴20是否吸附并保持工件16。另外，吸附搬運裝置10具有抵接檢測部(在圖示的例子中為設置在吸附噴嘴20上的抵接檢測傳感器32)，該抵接檢測部檢測吸附噴嘴20與工件16抵接的情況。圖示的抵接檢測傳感器32是設于吸附噴嘴20與機器臂22的前端之間的伸縮自如的浮動機構，該浮動 機構做成在吸附噴嘴20抵接在物體上時壓縮。通過檢測該壓縮，能夠檢測吸附噴嘴20與工件16等的某個物體抵接的情況。作為抵接檢測部，還能夠代替上述浮動機構而利用對驅動機器人12的各軸的伺服機構的反饋進行解析的控制裝置等的裝置。若吸附噴嘴20與工件等接觸，則伺服機構的電流值和/或馬達的轉矩上升等、的反饋信息會產生變化，因此通過監視伺服機構的反饋信息對其變化進行解析，能夠檢測吸附噴嘴20與某個物體抵接的情況。此外，如下述的圖5中明確所示，本實施方式的工件16包括具備比吸附噴嘴20的內徑大的外徑部分的第一圓柱形部分34 ;以及直徑比第一圓柱形部分34的外徑小且與第一圓柱形部分34同軸連接的第二圓柱形部分36，并且在本實施方式中，工件16以作為與吸附噴嘴20的抵接部分的第一圓柱形部分34的側面被吸附噴嘴20吸附的狀態被搬運。這樣，通過使吸附噴嘴20的開口部比取出對象工件16的吸附部位小，能夠將一次操作中的工件的取出數量可靠地限定為一個。但是，本發明的工件的搬運方式并不限于此，例如可以吸附并保持圖示的例子中的工件16中的第二圓柱形部分的側面，也可以吸附并保持第一或第二圓柱形部分的端面。另外，在工件為圓盤狀的情況下可以考慮吸附并保持其表面或背面的一部分等，這樣，工件的吸附方式能夠根據工件搬運目的地、即下一工序的內容等適當地進行設定。其次，參照圖2的流程圖及圖3 圖6對利用上述吸附搬運裝置10的工件16的搬運順序進行說明。首先，如圖3所示，操作機器人12將攝像機28移動至能夠對容器14內的工件16進行拍攝的位置上(步驟SI)，使用攝像機28對該工件16的二維圖像進行拍攝(步驟S2)。其次，對利用攝像機28所得到的二維圖像進行圖像處理，并檢測、選擇應成為取出對象的一個工件16 (步驟S3)。由于能夠適用公知技術，因此省略對利用第一視覺傳感器18的取出對象的檢測、選擇的詳細說明，但是作為具體的檢測方法可以考慮基于如下條件的處理，即、例如對拍攝容器14內的多個工件16所得到的圖像進行處理，求出各工件的位置及姿勢(朝向)，選擇吸附噴嘴20吸引工件所需的吸附噴嘴20的位置及姿勢的變化量成為最少(或者變化所需的時間最短)的工件，進一步在工件相互重疊時將上側的工件作為取出對象而優先取出等。
若檢測出應作為取出對象的工件(步驟S3)，則如圖4所示地控制機器人12的動作使吸附噴嘴20向接近開始位置移動(步驟S4)。在此，接近開始位置是指從取出對象的工件16離開規定距離且吸附噴嘴20朝向容器14內(例如箭頭所示)沿攝像機28的視線方向移動，由此吸附噴嘴20的前端(吸引口)能最先與該取出對象工件16 (更詳細地講是工件16的第一圓柱形部分34的側面)抵接的位置。另外，攝像機28的該視線是指基于攝像機28所拍攝的工件16的二維圖像選擇應取出的對象物，并求出該對象物的二維位置，且從該二維位置連接取出對象工件和攝像機28的三維空間上的攝像機的視線。其次，起動圖I所示的吸引裝置26，以便從吸附噴嘴20的前端吸入空氣得到規定的吸引力(步驟S5)，在該狀態下使吸附噴嘴20向取出對象工件16接近(移動)(步驟S6)。此外，吸引裝置26的起動也可以在下述的吸附噴嘴20與取出對象工件16將要接觸之前或者剛接觸之后進行。在步驟S6所說明的吸附噴嘴20的移動一直持續至上述抵接檢測傳感器32檢測 到移動中的吸附噴嘴20與取出對象工件16抵接為止(步驟S7)。在此，如圖5所示，在吸附 (抵接時的姿勢)下，該工件16相對于吸附噴嘴20還沒有成為適當的姿勢，但是由于如上所述，與吸附噴嘴20連接的吸引裝置26處于工作狀態中，因此利用在吸附噴嘴20上產生的吸引力，如圖6所示，對取出對象工件16的姿勢(三維的傾斜)進行修正，使該工件16成為適當地吸附并保持于吸附噴嘴20的狀態(吸附保持姿勢)。換言之，在本申請發明中，若吸附噴嘴20與取出對象工件16抵接，則利用該吸附噴嘴的吸引力，將取出對象工件的姿勢從抵接時的姿勢自動修正為吸附保持姿勢。因此，在本申請發明中，沒有必要嚴密地規定在使吸附噴嘴20向取出對象工件接近時的吸附噴嘴的位置、姿勢。在此，如圖5及圖6所示，吸附噴嘴20還可以具有用于限制取出對象工件16嵌入吸附噴嘴20內的量的限制部件38。圖示的例子的限制部件38是安裝在從吸附噴嘴20的前端僅離開相當于工件16的允許嵌入量的距離的位置上的螺釘或銷狀的部件，延伸至吸附噴嘴20的內部，能夠將工件16在吸附噴嘴20內的移動距離限制在允許值范圍內。此外，也可以代替螺釘或銷狀的部件而在吸附噴嘴20內設置網格。若檢測到吸附噴嘴20與取出對象工件16抵接，則暫且停止吸附噴嘴20的移動，其次，使吸附噴嘴20進行退避移動(通常是上升)，以便取出該取出對象工件16 (步驟S8)。在此，使用上述的吸附檢測傳感器30測定吸附噴嘴20內的壓力、風量及線速中的至少一個，并基于測定值來判斷吸附噴嘴20是否保持著工件(步驟S9)。S卩、若吸附噴嘴20內的壓力為規定值以下、或者風量為規定值以下、或者線速為規定值以下，則由于這就意味著如圖6所示地取出對象工件16適當地吸附并保持于吸附噴嘴20上，因此操作機器人12將吸附并保持著的工件搬運至規定的搬運目的地(步驟S10)。另一方面，在利用吸附檢測傳感器30測定的吸附噴嘴20內的壓力沒有減至規定的負壓時是意味著利用吸附噴嘴20進行的工件的吸附保持失敗(吸附噴嘴20沒有保持工件)，因此暫時停止吸引裝置26 (步驟S11)，返回步驟SI重新進行處理。若已結束某個取出對象工件的取出、搬運，則按照圖2的流程圖進行新的取出對象工件的檢測、取出(吸附)及搬運。但是，對于其他工件的位置及姿勢沒有因上一回的工件取出操作而產生較大的變化的情況等，可以省略步驟S I及S2。
如上所述，本申請發明中，使用利用由空氣的吸引產生的吸引力的吸附噴嘴，從而能夠提高關于吸引時的該吸附噴嘴的位置及姿勢的自由度，但認為由該吸附噴嘴吸附并保持的工件的相對于該吸附噴嘴的姿勢對于每個取出的工件不都一樣。因此，如圖7所示，還可以使用與攝像機28不同的固定配置的第二攝像機40來檢測由吸附噴嘴20保持的工件16的姿勢。由此，通過進行與預先測定了由吸附噴嘴保持的工件16的姿勢的檢測結果的基本姿勢比較等的處理，能夠使下一工序中的該工件的姿勢在工件之間總是是一定的。另外，根據由吸附噴嘴20保持的工件16的姿勢的檢測結果，存在需要對該工件的保持進行改變的情況。在這種情況下，如圖8所示，將由吸附噴嘴20取出來的工件16暫時放置在臨時放置臺42上，由視覺傳感器的攝像機28檢測臨時放置臺42上的工件16，能夠利用該檢測結果由吸附噴嘴20重新進行工件16的吸附保持。根據本發明，僅通過吸附噴嘴的前端與工件的接觸便能進行工件的取出，因此沒有必要準確地控制相對于工件的吸附噴嘴的位置及姿勢，可以改善因工件的狀態和/或緊貼程度引起的取出的難度，明顯提高散裝狀態的工件的取出效率。另外，還能減少視覺傳感 器的檢測精度的影響。再有，通過使吸附噴嘴形狀與工件相似，能容易防止同時取出多個工件，可實現所謂的工件的單取。作為抵接檢測部能夠利用伺服機構的反饋或浮動機構等的比較簡單的裝置。另夕卜，在利用反饋的情況下，不需要在吸附噴嘴附近設置部件及裝置，能夠使吸附搬運裝置進
一步緊湊化。在吸附噴嘴上設置限制部件，從而能夠可靠地防止工件不良地嵌入吸附噴嘴內。設置吸附檢測部，從而能夠可靠地檢測取出對象物由吸附噴嘴吸附保持的情況。另外，作為吸附檢測部能夠適于利用檢測吸附噴嘴內的壓力、風量或線速的傳感器。 使吸附噴嘴的開口部比對象物的吸附部位小，從而能夠可靠地將一次取出操作中的對象物的取出數量限定為一個。雖然參照為了說明而選定的特定的實施方式對本發明進行了說明，但是顯然本領域技術人員能夠在不脫離本發明的基本概念及范圍內進行各種變更。
權利要求
1.一種吸附搬運裝置(10)，將散裝的多個工件(16)中的一個工件作為對象物，并由搭載于機器人(12)的吸附噴嘴(20)進行吸附、取出并搬運，其特征在于，具備 視覺傳感器(18)，該視覺傳感器(18)包括拍攝上述散裝的多個工件(16)的二維圖像的攝像機(28);以及處理該攝像機(28)所拍攝的圖像的圖像處理部，并基于上述所拍攝的二維圖像選擇應取出對象物，求出該對象物的二維位置、以及從該二維位置連接上述對象物和上述攝像機(28)的三維空 間上的攝像機的視線； 吸引裝置(26)，該吸引裝置(26)與上述吸附噴嘴(20)流體性地連接，并且通過該吸附噴嘴(20)吸引空氣，使得在該吸附噴嘴(20)上產生向該吸附噴嘴(20)的方向吸引上述對象物的吸引力；以及 抵接檢測部(32)，該抵接檢測部(32)檢測上述吸附噴嘴(20)接觸到上述對象物， 利用上述機器人(12)進行使上述吸附噴嘴(20)沿上述所求出的攝像機(28)的視線接近上述對象物的接近動作，在該接近動作中，在由上述抵接檢測部(32)檢測到上述吸附噴嘴(20)抵接到上述對象物上時，停止上述接近動作，利用上述吸引裝置(26)的吸引力將相對于上述吸附噴嘴(20)的上述對象物的姿勢從上述抵接時的抵接時姿勢修正為由上述吸附噴嘴(20)吸附并保持時的吸附保持姿勢。
2.根據權利要求I所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 上述抵接檢測部(32)是監視上述機器人(12)的伺服機構的反饋信息，通過檢測基于上述吸附噴嘴(20)和上述對象物接觸后的該反饋信息的變化來檢測上述吸附噴嘴(20)接觸到上述對象物的裝置。
3.根據權利要求I所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 上述抵接檢測部(32)是設于上述吸附噴嘴(20)與上述機器人(12)的可動部之間的伸縮自如的浮動機構(32)，該浮動機構(32)構成為在上述吸附噴嘴(20)接觸到上述對象物時壓縮。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 在上述吸附噴嘴(20)上設有用于限制上述對象物嵌入上述吸入噴嘴(20)的量的限制部件(38)。
5.根據權利要求I至3中任一項所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 具有檢測上述對象物由上述吸附噴嘴(20)保持的吸附檢測部(30)。
6.根據權利要求5所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 上述吸附檢測部(30)是檢測從上述吸附噴嘴(20)至上述吸引裝置(26)之間的空氣壓、空氣流量及空氣流速中的至少一個的吸附檢測傳感器(30)。
7.根據權利要求I至3中任一項所述的吸附搬運裝置，其特征在于， 為將一次取出操作中的上述對象物的取出數量限定為一個，而使上述吸附噴嘴(20)的開口部比該對象物的吸附部位小。
全文摘要
本發明提供即使設于機器人的取出機構沒有對取出對象的工件準確地進行定位也可以有效地一個一個地取出工件進行搬運的吸附搬運裝置。吸附搬運裝置具有機器人以及可檢測散裝于容器內的多個工件的視覺傳感器。在機器人上搭載有構成為從多個工件中一個一個地吸引并取出該工件的吸附噴嘴。噴嘴安裝于機器臂上從而可改變其位置及姿勢，并且通過送風用部件與吸引裝置流體性地連接。吸引裝置通過噴嘴吸引空氣使得在噴嘴上產生將取出對象工件向吸附噴嘴方向吸引的吸引力，由此噴嘴吸附并保持取出對象工件。
文檔編號B25J9/00GK102806555SQ20121015749
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月18日 優先權日2011年5月20日
發明者吉永紀倫, 小田勝, 須賀啟介 申請人:發那科株式會社