(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送手段上のワークを保持して移送するワークの移送装置であって、
前記搬送手段においてワークを搬送する搬送面に対して平行な面内を移動可能な保持手段を備えており、
当該保持手段は、前記搬送面上のワークを保持する複数の保持部材を備え、当該保持部材は、前記搬送面に向かって進退自在であると共に、ワークを保持した状態で軸周りに回動可能であり、
更に、搬送手段上に存在する複数のワークを撮影した画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って、各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出する処理手段を備えており、
前記処理手段は、前記複数のワークを撮影した画像から、前記保持手段の移動範囲内に存在するワークの数をカウントし、
前記保持手段の移動範囲内に存在するワークの数が、前記保持手段が備える保持部材の数に満たない場合には、複数のワークを撮影した新たな画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って、各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出することを特徴とする、ワーク移送装置。
【請求項２】
前記保持手段は、ロボットのアーム部分に取り付けられて、前記搬送面に対して平行な面内を移動する昇降部材を備え、前記保持部材は、当該昇降部材に対して複数設けられており、
前記昇降部材及び保持部材の少なくとも何れかが、前記搬送面に向かって進退自在に設けられており、
前記搬送面には、小径又は微細な穴を複数形成して吸引することによりワークを吸着しており、ワークを吸引するエアー量を監視することにより、ワークの保持エラーを検知する、請求項１に記載のワーク移送装置。
【請求項３】
前記保持部材は、前記処理手段が算出したワークの保持ポイントで各ワークを保持すると共に、保持したワークを前記処理手段が算出した回転量で各ワークを回転させて、各保持部材が保持したワークの向きを揃えて受取部材に移送し、
受取部材に設けられた、ワークが設置されるべき領域内にワークが装填されたか否かを検知するセンサの検知結果により、何れかの領域にワークが装填されていない事を検知した場合には、当該領域にワークを充填する為に、再度ワークの保持、回転、移送動作を行う、請求項１又は２に記載のワーク移送装置。
【請求項４】
前記処理手段は、時間をずらして撮影した２つの画像からワークの形状、中心、保持ポイント等を算出し、時間をずらして撮影した画像同士においてワークの中心や輪郭が一定の範囲以上ズレている場合には、当該ワークは揺れているものと判断する、請求項１〜３の何れか一項に記載のワーク移送装置。
【請求項５】
前記移送対象となるワークは、前記搬送手段上にランダムに配置されており、
前記処理手段は、搬送手段上にランダムに配置されている複数のワークを撮影した画像から、前記保持手段の移動範囲内に存在するワークの数をカウントして、前記保持手段が備える保持部材の数から保持手段の保持動作回数を算出すると共に、当該画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って移送対象となるワークを特定して、当該特定した各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出し、
更に、前記処理手段において移送対象として特定されていないワークを、再び搬送手段の上流側に戻すワーク戻し手段を備える、請求項１〜４の何れか一項に記載のワーク移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトコンベアー等のワーク搬送装置からワークを取り出して、これを他の搬送装置、パレット或いは容器等に移送する為のワーク移送装置に関し、特にランダムな向きで搬送されるワークを、向きを揃えて移送する事ができるようにしたワーク移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の製造加工ラインや検査ライン、或いは農産物の加工や検査ラインなどには、搬送される物品を所定の場所に移送する為に物品搬送装置が使用されている。特に工業製品の製造に際しては、各種部品を正確に供給する為に、パーツフィーダー等が使用されている。
【０００３】
しかしながら、工業製品や農作物の搬送に際しては、常に整列された状態で搬送されるものではなく、パレットに山積みした状態で供給されたり、或いはベルトコンベアーなどの搬送手段上にランダムな向きで供給される事も多かった。そしてこれらを製造、加工又は検査ラインに供給する際には、作業員が一個ずつ、向きを揃えて移送しなければならない場合もあった。そこで従来では、このよう作業員の手間を軽減するべく、ロボットを利用した物品整列装置も幾つか提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１（特開平６−３０５５５１号公報）では、単一のバキュームパッドによって１つずつ容器の方向を揃えていた従来のものと比較して、処理能力が高い物品整列装置が提案されている。この物品整列装置は、ランダムに供給される物品を撮影するカメラと、上記カメラで撮影した物品を保持して、その物品の方向を所定方向に揃えるロボットと、上記ロボットの作動を制御する制御装置とを備えており、このロボットは、水平面で回転自在に構成されるとともに所要位置に移動可能な支持部材と、該支持部材に対してそれぞれ独立して昇降自在に設けられて物品を保持する複数の保持手段とを備え、上記制御装置は、上記各保持手段が物品を保持する際の支持部材に対する物品の相対的な方向を予め記憶したデータ記憶部と、上記カメラから物品の映像が制御装置に入力されたら、該物品を保持しようとする保持手段が上記データ記憶部に予め記憶した方向で物品を保持できるように、上記ロボットの支持部材の位置を制御する制御部とを備えて、上記カメラで撮影した各物品を上記ロボットの各保持手段によって順次方向を揃えて保持するものとして構成されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開２０００−２９３６９５号公報）では、パレットに山積みされたワークを搬送する際、ロボットによって自動的に一つずつ取り出すことを可能にした装置が提案されている。この特許文献２で提案されている装置は、ロボットの手首先端に視覚センサなどの撮像デバイスを取り付け、その撮像デバイスで撮像した画像に基づいて個々のワークピースの３次元的な位置姿勢を求め、その位置姿勢検出情報をロボット側へフィードバックすることによって、ワークピースをハンドリング可能としている。
【０００６】
更に従前において、充填機によって液体または粉粒体を容器に充填する場合には、液体や粉粒体を充填する容器は、充填口を揃えて充填機に供給しなければならず、この容器の充填口を揃える作業は人手によって行われていた。その結果、作業能率は低く、高速稼動する充填機に対して常に安定した容器の供給が行なえず、しかも、供給される容器の向きが逆方向に向いたものが混在して、その容器に対する充填欠けを起こす問題点を有するものであった。
【０００７】
そこで特許文献３（特開平６−６４７３０号公報）では、一方向に向きを揃えられた物品の一個ずつの供給を自動的に行なえて省人化が計れる物品整列供給装置を提供するべく、機体に取り付けた物品のホッパーと、該ホッパーの一側において下部の始端部をこのホッパー底部に臨むように前記機体へ立設した物品の取出手段と、該取出手段における上部終端部の下側に対応させて移送される物品を収容する物品整列手段と、この整列手段に連接して整列を終了した物品の所定個数を連設状態で並べ置く移送手段と、該移送手段の終端に設けてこの移送手段上の物品を一個ずつ繰り出す送出手段とを備えた物品整列供給装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３０５５５１号公報
【特許文献２】特開２０００−２９３６９５号公報
【特許文献３】特開平６−６４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の通り、従前においてもランダムに搬送されてくるワークを整列させて移送する装置は提案されている。しかしながら、前記特許文献１で提案している物品整列装置は、保持する物品の向きに合わせてロボットの支持部材の位置（及び向き）を制御するものであり、１つのワークを保持するためには、当該ロボットの支持部材を目的とするワークまで移動させ、そしてワークを目的の向きで保持できるように当該支持部材を回転させる動作が必要になってしまい、１つのワークを目的とする向きで保持する為の動作時間が長くなっていた。その結果、その後の作業の流れが遅くなってしまい、作業効率の向上を図るのが困難になっていた。
【００１０】
そこで本発明は、１つのワークを目的とする向きで保持する為の作業時間を短縮し、短時間で、より多くのワークを、向きを揃えて移送できるようにしたワーク移送装置を提供する事を第１の課題とする。
【００１１】
また、保持するワークの質量が大きかったり、当該ワークの形状や表面材質から確実な保持が困難な場合には、前記特許文献１の様に保持手段でワークを保持した後に、当該保持手段を設けた支持部材ごと回転させてしまうと、保持したワークに遠心力が作用してしまい、保持したワークが保持手段から飛び出してしまう事も考えられた。
【００１２】
そこで本発明は、ワークを保持した後においても確実に保持状態を維持できるように、遠心力の作用を減じるようにしたワーク移送装置を提供する事を第２の課題とする。
【００１３】
更に、搬送した先におけるワークの処理・加工を、円滑かつ効率的に実施する為には、当該ワークの移送時間を短縮する必要がある。そしてワークの保持動作に際して、ランダムに配置されたワークを撮影した画像に基づいて演算・制御する場合には、当該ワークの保持動作を制御する為のパラメータ値の算出を迅速に行う事が必要であり、当該ワークを確実に保持するためには、保持するワークの姿勢と保持する場所を迅速かつ的確に設定する事が必要である。
【００１４】
そこで本発明は、複数のワークが撮影されている画像から全体の形状を読み出して保持する対象となるワークを迅速に特定し、その上で保持する位置座標及び回転量を算出することによって、迅速かつ的確にワークを保持できるようにしたワーク移送装置を提供する事を第３の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題の少なくとも何れかを解決する為に、本発明ではワークを保持する保持部材を複数備えており、各保持部材はワークを保持した状態でワークの向きを変える事ができるように構成したワーク移送装置を提供する。
【００１６】
即ち本発明では、搬送手段上のワークを保持して移送するワークの移送装置であって、前記搬送手段においてワークを搬送する搬送面に対して平行な面内を移動可能な保持手段を備えており、当該保持手段は、前記搬送面上のワークを保持する複数の保持部材を備え、当該保持部材は、前記搬送面に向かって進退自在であると共に、ワークを保持した状態で軸周りに回動可能としたワーク移送装置を提供する。
【００１７】
上記搬送手段としては、連続的又は断続的にワークを搬送するベルトコンベアーである他、ワークを載せ置いたパレット、或いは作業台であって良い。但し、本発明にかかるワーク移送装置が連続又は断続的に供給される必要があることから、パレット又は作業台を使用する場合には、ホッパーなどから、随時、ワークが供給されるように構成することが望ましい。かかる搬送手段は、本発明にかかるワーク移送装置（特に保持部材）によって、安定かつ確実にワークを保持する事ができるように、ワークを安定して載せ置くための搬送面を備える事が必要である。かかる搬送面は、ワークを載せ置いた状態で連続的又は断続的に移動する面として構成する他、順次ワークが供給される移動しない面として構成する事もできる。かかる搬送面は、載置されているワークが移動または揺動しない様に固定するように構成する事もでき、例えば搬送面に静電気を帯電させてワークを保持するように構成したり、小径又は微細な穴を複数形成して吸引することによりワークを吸着するように構成しても良い。
【００１８】
更にこの搬送手段は、ワーク同士の重なりを解消して平置き状態になる様に、連続又は断続的に揺動させることも望ましい。なお、ワーク同士の重なりを解消する為には他の構造を設ける事もでき、例えば重なっているワークを落とすためのローラーや板を設けたり、エアーを噴射させて落下するように構成する事ができる。
【００１９】
また、本明細書における「移送」とは、特定の場所に存在するワークを他の場所に移動することを意味しており、当該特定の場所に存在する全てのワークを移動させる場合の他、特定の条件等に合致する一部のワークだけを選択的に移動させる場合も含む。一部のワークだけを選択的に移動させる場合としては、例えば規格外のワークを製造・加工ラインから取り出す場合等、一定の基準の範囲内又は範囲外のものを抽出する場合が該当する。
【００２０】
上記保持手段は、搬送面上に載せ置かれているワークを移送させる為に、ワークを保持して移送する為のものであり、ワークを保持する為の保持部材を複数備えて構成される。かかる保持手段は、搬送面に対して平行な面内を移動可能に設けられており、例えば当該平行な面内を揺動又は回動するロボットのアーム部分を用いて構成する事ができる。即ち、当該保持手段は、ロボットのアーム部分に取り付けられて、前記搬送面に対して平行な面内を移動する昇降部材を備えるものとし、前記保持部材は、当該昇降部材に対して複数設けることができる。その他にも、搬送手段の近傍にレールを設けて、複数の保持部材を設けた昇降部材が、このレールを走行移動するように構成する事もできる。この時、搬送手段の近傍に設けたレールは、搬送方向とこれに交差する方向の２つのレールを組み合わせれば、当該昇降部材を任意の場所に移動させることができる。なお、前記搬送手段は多くの場合、水平にワークを搬送する場合が多きことから、当該保持手段は搬送面の傾斜に依存することなく水平に移動するように形成しても良い。
【００２１】
上記保持部材は、搬送面上に存在するワークに接触して、これを保持するものであり、ワークを吸引して保持する他、静電気を帯電させてワークを保持したり、電磁石等から生じる磁気でワークを保持したり、アーム等によって挟んでワークを保持するように構成する事ができる。但し、当該保持手段は、任意にワークを保持したり、離したりする事ができるように構成する必要があり、且つ当該動作を迅速に行うことが望ましい。そこで本発明におけるワーク移送装置では、当該保持手段は、吸引した負圧によってワークを保持するように構成することが望ましい。
【００２２】
また上記保持部材は、ワークを保持した状態において軸周りに回転できるように構成される。軸周りに回転する事で、保持しているワークの向きを変える事ができる。したがって、当該保持部材は搬送面に交差する向き、特に望ましくは直交する向きに延伸する軸部を備えることが望ましく、この軸部が軸回りに回転するように構成することが望ましい。この軸部の回転方向は一方向である他、両方向に回転自在に形成する事ができる。
【００２３】
かかる保持部材は、１つの保持手段に複数設ける事ができる。例えば、１つの前記昇降部材に２つ以上設ける事ができる。それぞれの保持部材が１つのワークを保持することにより、１回の移送動作で複数のワークを移送する事ができる。かかるワークの保持動作は、それぞれの保持部材ごとに行う他、保持部材同士の間隔と、保持対象となるワークの間隔が一致している場合には、２つ以上のワークを、それぞれの保持部材が同時に保持するように構成する事もできる。例えば、移送対象となるワークが整列して配置される場合や、偶然にワーク同士の間隔が保持部材同士の間隔と一致した場合に有効である。
【００２４】
本発明にかかるワーク移送装置は、上記のように複数の保持部材を備えており、それぞれの保持部材が軸周りに回動可能である事から、何れかの保持部材が保持したワークの姿勢又は向きを修正する為に軸周りに回転したとしても、他の支持部材が保持しているワークに影響を与えることなく、よって複数のワークを安定して保持、回転、移送できるワーク移送装置が実現する。
【００２５】
そして上記の様にワークを保持する複数の保持部材は、ワークの保持動作に際して搬送面に対して進退自在に形成される必要がある。かかる保持部材の進退動作は、保持手段全体が進退動作する他、当該保持手段における保持部材だけが進退動作するように構成しても良い。よって保持手段を、搬送面に対して平行な面内を移動する昇降部材に、複数の保持部材を設けて構成する場合には、当該昇降部材及び保持部材の少なくとも何れかが、前記搬送面に対して進退自在に形成される必要がある。即ち、昇降部材又は保持部材を搬送面に対して進退自在に形成する他、昇降部材又は保持部材を搬送面に対して進退自在に形成することができる。かかる進退動作はモーター、電磁石或いは空気や油などの流体で動作するシリンダを使用する事ができる。
【００２６】
上記のように構成された保持手段及びその内の保持部材の動作は、コンピュータなどの情報処理装置を用いて構成された処理手段によって制御する事ができる。よって、上記本発明にかかるワーク移送装置は、更に、搬送手段上に存在する複数のワークを撮影した画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って、各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出する処理手段を備えて構成する事ができる。かかる処理手段を用いることにより、前記保持部材は、前記処理手段が算出したワークの保持ポイントで各ワークを保持すると共に、保持したワークを前記処理手段が算出した回転角度で各ワークを回転させて、各保持部材が保持したワークの向きを揃えることができる。
【００２７】
かかる処理手段は、CCDやCMOSなどのイメージセンサによる撮影画像を取得して、当該撮影画像を解析し、ワークの保持ポイントや保持したワークの回転量を算出するものである。したがって、当該処理手段は画像解析処理を実行できるように構成される。具体的には、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどによって搬送面上に存在する複数のワークを撮影し、その撮影画像によって個々のワークの形状と向きについての情報を取得する。かかるワークの形状の認識に際しては、取得した画像におけるトーン、色又は明るさの違いに基づいてワークの形状などを認識する事ができることから、二値化等の画像処理を行う事ができる。この為、ワークの形状を正確に認識する為には、撮影画像の背景、即ち搬送面はワークと異なる色または明度であることが望ましい。例えばワークが白色である場合には、搬送面は黒色であることが望ましい。
【００２８】
また、上記処理手段は、特定のワークだけを選択的に保持する様に、保持手段を制御する事もできる。特定のワークとしては、特定の形状又は大きさのワークであったり、或いは特定の色又は模様を有するワークであったりする事ができる。処理手段が特定の色のワークを抽出する為には、前記撮影画像を解析するパラメータの１つとして色の要素も加える事が必要になる。また、当該処理手段は模様を認識する事も可能である事から、前記ワークの向きの補正は、ワークに付されている模様や記号に基づいて、向きを揃える事ができる。
【００２９】
更に、前記処理手段によるワークの形状や向きの認識に際しては、画像の撮影時においてワークが揺れていないことが望ましい。揺れているワークを撮影した場合には、撮影画像に基づいて算出した保持ポイントなどがズレてしまう為である。そこで、当該処理手段は、時間をずらして撮影した２つの画像からワークの形状、中心、保持ポイント等を算出することが望ましい。即ち、時間をずらして撮影した画像同士においてワークの中心や輪郭がズレている場合には、当該ワークは揺れているものと判断し、移送対象から除外する事ができる。なお、この２つの撮影画像におけるワークの形状や中心のズレは、一定の範囲を許容値とすることもできる。保持部材によって保持できる程度の揺れであれば特段問題は生じない場合もある為である。
【００３０】
上記処理手段におけるワークの回転量の算出は、基準方向に対するワークの向きを読み取る事で算出する事ができる。即ち、搬送面上に存在する個々のワークについて、搬送面に平行な面内において、基準方向からどの程度回転した向きで存在するかを算出することができる。特にこの回転量の算出に際しては、ワークの形状認識が必要になり、当該ワークにおける何れか一点（例えば「上端」又は「下端」）の向きを算出するのが望ましい。また、基準となる方向からの回転量は、回転方向を何れか一方に規定して算出する他、正方向又は逆方向の値として算出する事ができる。
【００３１】
そして前記保持部材では、前記処理手段が算出したワークの回転量に基づいてワークを回転させて、保持したワークの向きを揃える。移送するワークが方向性を有する場合には、その向きを揃える様にするのが望ましい。一方で縦横のみで方向性を有しないワークであれば、縦方向又は横方向に揃えれば良い。更に、ワークの向きは常に同じ方向に揃える必要は無く、１個ずつずらした向きや、隣り合うワーク同士を逆向きに揃える事もできる。即ち、この保持部材におけるワークの回転は、処理手段に設定した向きにワークの向きを揃えることになる。
【００３２】
また本発明にかかるワーク移送装置で移送するワークは、搬送面上に存在するワークが全て同じ形状であることが望ましい。前記処理手段におけるワークの形状認識処理を迅速に行うことができるためである。但し、搬送面上に存在する複数のワークが、２種以上の形状又は大きさであっても良い。個々のワークについて形状を認識して、その保持ポイント等を算出すれば良い為である。即ち、本発明にかかるワーク移送装置は、工業製品の様に同一形状のワークを移送する場合の他、農作物や鉱物などの様に様々な形状又は大きさのものが混在する場合であっても使用する事ができる。したがって、本発明のワーク移送装置が移送するワークは、部品や原材料などの工業製品である他、サクランボ、リンゴなどの農作物、貝などの海産物、或いは鉱石などの鉱物など様々な物品をワークとする事ができ、これらを移送する為に本発明にかかるワーク移送装置を使用する事ができる。
【００３３】
そして上記処理手段におけるワークの保持ポイントの算出は、移送対象となるワークの夫々について算出することになる。即ち、本発明にかかるワーク移送装置で移送するワークは、上記の様に同一形状のものであることが望ましいが、２種以上の形状又は大きさであっても良い。かかる保持ポイントの特定に際しては、予めワークの形状と保持ポイントの場所を関連付けたデータファイルを処理手段の記憶装置に保持しておき、保持手段が認識した形状に基づいて、保持ポイントの場所情報を読み出すことにより実施する他、処理手段が認識した形状に基づいて随時保持ポイントを算出することによって実施する事ができる。特に、処理手段の記憶装置に、ワークの形状と保持ポイントの場所を関連付けたデータファイルを設けておけば、認識した形状に基づいて、保持ポイントを画一的に特定することができ、保持ポイントを特定する処理時間を大幅に短縮する事ができる。一方で、処理手段が認識した形状に基づいて、随時保持ポイントを算出する場合には、様々な形状のワークについて移送処理を行う事ができる。
【００３４】
また、本発明にかかるワーク移送装置が、上記処理手段を伴って構成される場合には、搬送面上のワークが、一回の保持動作で保持する量を充たすか否かを算出し、保持動作の回数や、搬送面に対するワークの供給タイミングを制御する事も望ましい。
【００３５】
即ち、上記本発明にかかるワーク移送装置において、前記処理手段は、前記複数のワークを撮影した画像から、前記保持手段の移動範囲内に存在するワークの数をカウントすると共に、前記保持手段が備える保持部材の数から保持手段の保持動作回数を算出し、前記保持手段の移動範囲内に存在するワークの数が、前記保持手段が備える保持部材の数に満たない場合には、複数のワークを撮影した新たな画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って、各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出するように構成することが望ましい。
【００３６】
本発明にかかるワーク移送装置は、複数の保持部材を備えており、それぞれが１個ずつワークを保持する事から、効率的に移送作業を行う為には、１回の移送動作で全ての保持手段がワークを保持していることが望ましい。そこで、搬送面上のワークの数が、一回の動作で搬送できるワークの数を下回る場合には、新たにワークを搬送面上に供給し、これを撮影した新たな画像に基づいて、前記各ワークの形状と向きを読み取ることが望ましい。
【００３７】
また、上記本発明にかかるワーク移送装置は、複数の保持部材を備え、それぞれがワークを保持して回転可能に形成されている事から、移送対象となるワークがランダムに、即ち様々な方向を向いている乱雑な状態で供給される場合に有利な効果を奏する事ができる。様々な向きで乱雑に存在するワークを保持して、それぞれの向きを合わせて移送する事ができるためである。
【００３８】
そして、搬送手段上に乱雑な状態でワークが存在する場合には、移送の為に保持するのに適した姿勢のワークと、保持するのが困難な姿勢のワークとが混在することになる。そこで本発明にかかるワーク移送装置では、乱雑な状態で存在するワークから移送に適した姿勢のワークのみを特定して、前記保持、回転、移送の動作を行うようにするのが望ましい。
【００３９】
そこで本発明にかかるワーク移送装置において、前記移送対象となるワークは、前記搬送手段上にランダムに配置されており、前記処理手段は、搬送手段上にランダムに配置されているワークを撮影した画像から、少なくとも各ワークの形状と向きを読み取って移送対象となるワークを特定すると共に、当該特定した各ワークの保持ポイントと保持したワークの回転量を算出し、更に、前記処理手段において移送対象として特定されていないワークを、再び搬送手段の上流側に戻すワーク戻し手段を備えることが望ましい。
【００４０】
上記本発明にかかる保持部材におけるワークの保持力や、保持部材同士の形成間隔などは、保持する対象物（ワーク）の大きさ、形状及び質量に応じて適宜設計する事ができ、また当該保持部材や保持手段における移動（前記面内移動および進退移動）する際の運搬力も保持するワークの質量と、保持するワークの数に応じて適宜設計する事ができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明にかかるワーク移送装置は、ワークを搬送する搬送面に対して平行な面内を移動可能な保持手段が、前記搬送面上のワークを保持する複数の保持部材を備えている。この為、一回の移送動作で、複数のワークを移送する事ができる。そして個々のワークを保持する保持部材は、それぞれがワークを保持した状態で独立して回動する事ができる。従って、保持対象となるワークまでの移動と、保持したワークの向きの補正とを分けて、同時に行う事ができる。その結果、１つのワークを目的とする向きで保持する為の作業時間を短縮することができ、短時間で、より多くのワークを、向きを揃えて移送できるようにしたワーク移送装置を提供する事ができる。
【００４２】
また、各保持部材は、それぞれ別個独立に回動する事ができ、何れかの保持部材が保持しているワークの回動動作は、他のワークを保持している保持部材に対して何ら影響を与える事は無い。したがって、ワークを保持した後においては、他のワークの向きを揃える為に回動される事は無いことから、遠心力の作用を減じることができ、ワークを保持した後において、確実に保持状態を維持することができるワーク移送装置を提供する事ができる。
【００４３】
そして上記本発明にかかるワーク移送装置が、前記保持手段及び保持部材の動作を制御する為に処理手段を具備する場合、当該処理手段は、移送対象となる複数のワークを撮影した画像から、保持するのに適した姿勢のワークを選択的に特定し、特定したワークについて、保持ポイントや回転量の算出を行う事ができる。よって、移送対象となるワークがランダムな状態（向きが揃っていない乱雑な状態）で供給される場合であっても、保持対象となるワークを選択的に特定し、かつ余分な演算・処理の必要性を無くすことにより、ワークの保持動作を制御する為のパラメータ値の算出を迅速に行う事ができ、且つ保持するワークの姿勢と保持する場所を迅速かつ的確に設定する事ができるワーク移送装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態にかかるワーク移送装置を示す側面図
【図２】本実施の形態にかかるワーク移送装置を示す平面図
【図３】処理手段における処理内容を示す略図
【図４】保持部材の保持動作を示す側面図
【図５】保持部材における移送動作を示す側面図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照しながら本実施の形態にかかるワーク移送装置50を具体的に説明する。図１は本実施の形態にかかるワーク移送装置50を示す側面図であり、図２は本実施の形態にかかるワーク移送装置50を示す平面図である。特に、この図１及び２では、本実施の形態にかかるワーク移送装置50を用いてワークWの移送ステーション100を構成した例を示している。
【００４６】
かかるワーク移送ステーション100は、移送対象となるワークWを収容するホッパー21と、このホッパー21内のワークWを搬送手段20であるベルトコンベアーに供給する供給コンベアー22と、ワーク移送装置50の設置個所までワークWを搬送するベルトコンベアーからなる搬送手段20と、この搬送手段20の近傍に設置したワーク移送装置50と、このワーク移送装置50から搬送されたワークWを受領する受取部材31と、ワーク移送装置50に保持されることなく搬送されたワークWを受容してこれをホッパー21に戻すリターンコンベア32と、搬送手段20の上に存在するワークWを撮影する撮影手段45と、撮影手段45の画像を取得すると共にワーク移送装置50等を制御する処理手段40を伴って構成されている。
【００４７】
本実施の形態において、搬送手段20は間欠的にワークWを搬送するように構成されており、撮影手段45が撮影した画像内に、１回の移送動作で移送する量のワークWが存在しない場合には、供給コンベアー22が動作して、ホッパー21内のワークWを搬送手段20に供給するように構成している。搬送手段20を断続的に動作させることにより、撮影手段45で撮影した画像に基づいて、ワークWの存在位置を特定することができ、正確にワークWを保持する事ができる。但し、搬送手段20の移動速度を一定にした場合には、撮影時間からワークWを保持するまでの時間によってワークWの移動距離を予測算出する事ができることから、搬送手段20でワークWを搬送しながらワーク移送装置50で保持する事も可能である。また、ワーク移送装置50を搬送手段20の搬送速度と同じ速度で移動させながらワークWを把持するように構成することでも、搬送手段20による連続的な搬送中にワークWを保持する事ができる。
【００４８】
上記搬送手段20では、ホッパー21から供給されたワークが重なり合う事も考えられる。そこで本実施の形態では、当該搬送手段20において、少なくともホッパーからワークが供給される領域は揺動するように構成している。かかる揺動により、ワークの重なりは解消され、また起立しているワークを倒伏させることができる。なお、当該搬送手段の揺動動作は、ワーク移送装置50において、保持部材17が保持するワークWを受取部材31に搬送している動作中に実施する事ができる。これにより揺動動作中に撮影や保持ができず、作業時間が増加するといった問題を解消する事ができる。
【００４９】
搬送手段20は、ワークWの形状や質量などに応じて、ワークWを吸着・保持する機構を伴う事もできる。即ち、供給コンベアー22からワークWを供給する際、ワークWは落下によって搬送手段20に供給されることから、ワークWの形状や質量次第ではすぐに安定せず揺れている事も考えられる。ワークWが揺れている状態で、搬送手段20における搬送面23上のワークWを撮影した場合には、当該揺れによって、正確な保持ポイントを特定する事が困難になってしまう。そこで搬送面23の上に落下したワークWの揺れが止まりにくい場合には、搬送面23に設けた複数の孔から吸引する等によって、搬送面23の上にワークWを保持することが望ましい。
【００５０】
そして供給コンベアー22から落下するワークWは、搬送面23上において様々な姿勢となる。即ち、図１及び２に示す様に、ワークWは横に倒れた姿勢、直立した姿勢、横に立った姿勢など様々な姿勢であり、その向きも様々である。特に本実施の形態では、上端に充填用開口を形成した容器をワークWとしていることから、移送するワークWは方向性を有することになる。そこで、本実施の形態では、コンピュータからなる処理手段40を使用し、ワーク移送装置50の保持部材17による保持に適している姿勢のワークWだけを選択して、保持部材17によって保持するように構成している。
【００５１】
図３は、この処理手段40における処理内容を示す略図である。図３（Ａ）に示す様に、搬送手段20によって搬送された複数のワークWは、当該搬送面23の上方に設けられた撮影手段45によって撮影され、その画像データが処理手段40に送信される。処理手段40が取得する画像データは、僅かな時間をズラして撮影した２つの画像であることが望ましい。時間差をおいて撮影した画像データに基づいて、それぞれのワークの輪郭や中心を算出し、２つの画像における差を求める事で、当該ワークが揺れているか否かを判断する事ができる。そして、この２つの画像における輪郭や中心のズレが所定の範囲を超える場合には、保持ポイントを特定したとしても、実際の状態からズレていたり、或いは保持部材における保持が困難であることが考えられることから、移送対象から除外する事ができる。
【００５２】
そして処理手段40では、取得した画像データに対して二値化処理を行うと共に、輪郭検出処理を実施する。本実施の形態では、取得した画像について、トーン差に基づいて輪郭を矩形と楕円形の枠で囲むことにより、その全体形状を認識している。この時、撮影画像において、処理手段40が保持している輪郭形状に合致しない場合には、その全体形状の認識を行っていない。図３（Ｂ）では横に立っているワークWについては、全体形状の認識は行わず、よって輪郭を矩形と楕円形の枠で囲む処理を行っていない。
【００５３】
そして、上記の様に全体形状の認識を行った後においては、図３（Ｃ）に示す様に、それぞれのワークWについて、後述する保持部材17で保持するポイント（保持ポイント）と、回転量を算出する。この時、前記した２つの画像データの解析により揺れていると判断したワークについては、保持ポイントと回転量の算出対象から除外する事ができる。図３（Ｃ）では、矩形の枠から楕円形の枠が突出している方向を上方として特定し、基準方向に対して、どの程度回転しているかの回転角（即ち回転量）を読み取っている。かかる保持ポイントと回転量の算出は、保持対象として選択したワークW、即ち全体形状を認識して矩形と楕円形上の枠を設定したワークWの全てについて算出する。そしてこの算出結果に基づいて、処理装置はワーク移送装置50の動作を制御する。なお、各ワークの回転量や保持ポイントの算出は上記の処理に限られるものではなく、各ワークについて縦横の中心を算出して特定する等、他の処理方法を使用する事もできる。
【００５４】
上記の様に搬送面23の上に存在するワークWを撮影手段45によって撮影し、その画像を処理装置によって解析するとともに、ワーク移送装置50を動作させる。このワーク移送装置50では、搬送手段20における搬送面23上のワークWを保持して、これを回転させて向きを揃え、そして受取部材31に移送する。
【００５５】
図１、２、４及び５に示す様に、本実施の形態にかかるワーク移送装置50は、搬送手段20の近傍に配置されており、ベースとなる基台11と、この基台上に設けられて、上端に揺動アーム13を軸着する第一回動部材12と、搬送面23と平行な面内を揺動するアーム部材13と、このアーム部材13の先端側に回動自在に設けられて載置面に向かって進退自在な進退軸15を備えた第二回動部材14と、当該第二回動部材14の先端側に設けられ、載置面に向かって進退自在な昇降部材16と、この昇降部材16に複数設けられた保持部材17とで構成されている。本実施の形態では、この内の昇降部材16と保持部材17によって保持手段10を構成している。
【００５６】
上記基台11は、所定の高さに保持手段10を保持するものであり、箱体又はフレームによって形成することができる。この基台11には、必要に応じて、保持手段10を動作させるために必要な構成部材を収容する事ができる。なお、保持手段10を搬送手段20と同じ速度で移動させる場合には、この基台11をレール上に設ける事もできる。
【００５７】
この基台には、モーター（望ましくはサーボモータ）や、アクチュエータなどによって軸周りの回転力を生じさせる第一回動部材12が設けられる。この第一回動部材12における回転力は、上端から突出している回転軸に出力され、この回転軸には搬送手段20における搬送面23と平行な面を揺動自在なアーム部材13が設けられている。その結果、第一回動部材12の回転軸の回動動作によって、当該アーム部材13を任意の方向に、任意の量だけ揺動させることができる。なお、このアーム部材13を伸縮自在に形成すれば、搬送路上の広い範囲を移動範囲とすることができる。アーム部材13を伸縮自在に形成するには、モーター、アクチュエータ等の動力を利用し、ラック―ピニオン機構、クランク機構等を用いて伸縮動作させる事ができる。
【００５８】
このアーム部材13の先端には、軸周りに回転自在な第二回動部材14が設けられている。この第二回動部材14は、前記第一回動部材12と同様に、モーター（望ましくはサーボモータ）や、アクチュエータなどによって軸周りの回転力を生じさせる動力部材を備えて構成されており、前記アーム部材13には、この動力部材から回転力が出力される回転軸で連結されている。したがって、第二回動部材14は、当該アーム部材13の先端側に回動自在に設けられている。
【００５９】
そして第二回動部材14は、搬送面23に対して進退自在な進退軸15を備えている。この進退軸15はアクチュエータやモーター等の動力を利用して、搬送面23に向かって進行又は退行するように構成される。この進退軸15が退行する時の力は、移送するワークWの質量と数に基づいて算出されるものであり、保持したワークWを持ち上げる事ができるように構成される。またこの進退軸15は軸周りに回動可能に形成されている。そして、この進退軸15の先端側には、当該進退軸15の動作によって搬送面23に向かって進退自在な昇降部材16が設けられている。当該進退軸15が軸周りに回動自在である事から、前記アーム部材13及び第二回動部材14が回動したとしても、昇降部材16は一定の方向に向いた姿勢に維持する事もできる。
【００６０】
そして、搬送面23に対して進退自在な昇降部材16には、複数の保持部材17が設けられる。本実施の形態において、この保持部材17は軸状に形成しており、昇降部材16の長手方向に沿う両側に３個ずつ、合計６個の保持部材17を設けている。この軸状に形成されている保持部材17は軸周りに回動可能に形成されており、例えば昇降部材16に設けたモーターなどによって、個々の保持部材17を個別に回動させるように構成する事ができる。また、本実施の形態にかかるワーク移送装置50では、各保持部材17が、それぞれ別個に、搬送面23に対して進退するように構成されており、その結果、ワークWの保持動作を行う保持部材17だけを選択的に、ワークWに向けて進行させる事ができる。
【００６１】
本実施の形態において、この保持部材17は、吸引力によってワークWを保持するように構成している。即ち、軸状に形成された保持部材17の先端側には、吸引の為の開口が設けられており、別途設けられたコンプレッサーやポンプなどによるエアーの吸引により、各保持部材17の先端側にワークWを保持する事ができる。
【００６２】
以上のように構成されたワーク移送装置50は、処理手段40によって、第一回動部材12の回転量、第二回動部材14の回転量、進退軸15の進退量と回転量、及び保持部材17の進退量と回転量を制御することにより、目的とするワークWを保持して、所望の向きになる様に保持したワークWを回転させる事ができる。そしてこのワークWの回転動作は、図４に示す様に、各保持部材17ごと、即ち各ワークWごとに実施する事ができる事から、当該保持手段10が保持した全てのワークWを同じ方向に向ける事ができる。特に、幾つかのワークWを保持した状態で、別のワークWを保持する為に保持手段10を動作させる際、前記の通り進退軸15が回動自在であって、昇降部材16を一定の方向に向けておくことができることから、ワークWを保持している状態において、当該ワークWに遠心力が作用する事が無くなる。よって、複数のワークWを保持している動作においても、確実にワークWを保持しておくことができる。
【００６３】
そして、様々な姿勢及び向きで供給されたワークWを、上記のワーク移送装置50によって保持し、向きを揃える事によって、受取部材31には整列させた状態で供給する事ができる。この受取部材31に対するワークWの渡し動作は、図５に示す様に、パレットなどからなる受取部材31まで、保持部材17で保持したワークWを移動させ、昇降軸又は保持部材17を昇降動作させてワークWをパレットなどの受取部材31に配置することによって行う事ができる。本実施の形態では、昇降部材16の長手方向両側に保持部材17を設けている事から、受取部材31上で昇降軸を回転させることにより、長手方向両側の保持部材17で保持したワークWを交互に受取部材31に渡す事ができる。なお、ワークの保持動作に際しては、前記の通りワークの形状も認識した上で実施している事から、保持するワークの形状が不適切な場合、即ち不良品である場合には、当該保持したワークを受取部材31ではなく、別途設けたダストボックス（図示せず）に移送する事もできる。
【００６４】
この受取部材31では、ワークが設置されるべき領域内にワークWが装填されたか否かを検知するセンサを設ける事も望ましい。このセンサの検知結果により、何れかの領域にワークが装填されていない事を検知した場合には、前記ワーク移送装置50は、当該領域にワークを充填する為に、再度ワークの保持、回転、移送動作を行う事ができ、これによりワークの装填漏れを無くすことができる。なお、かかる装填漏れは、前記保持部材17におけるワークの保持動作が適正に動作しないことに起因する事から、ワークを吸引するエアー量を監視することにより、ワークの保持エラーを検知し、再度ワークの保持動作（リトライ動作）を実行するようにしても良い。
【００６５】
上記搬送手段上に存在するワークWの内、その姿勢次第では前記ワーク移送装置50による移送対象から外れることになる。このようなワークWは、ワーク移送装置50による移送箇所を通過して、その下流側に設けられたケースからなるワーク回収部30に落下する。このワーク回収部30には、コンプレッサーから供給されるエアーやコンベアー等により、前記搬送手段20の下流側からホッパー21に向かってワークWを移動させるリターンコンベア32に送られ、当該リターンコンベア32によってホッパー21に回収される。リターンコンベア32からホッパー21へのワークの投入には、エアーを噴出することによっても行う事ができる。
【００６６】
以上のように構成したワーク移送装置50及びこれを使用したワーク移送ステーション100によれば、向きが揃っていないランダムな状態で供給されたワークWを、人手を要すること無く、迅速かつ確実に同じ向きに整列させることができる。したがって、例えば液体や粉粒体を収容する容器が乱雑な状態で供給された場合であっても、本実施の形態にかかるワーク移送装置50及びこれを使用したワーク移送ステーション100を使用する事により、人手を要さずに、充填用開口の向きを揃えて、その後の充填作業ステーションに送る事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
上記本発明にかかるワーク移送装置は、各種部品を並べる為、或いは選別する為の自動化装置として利用する事ができ、その他にも農産物や鉱物等を並べる為或いは選別する為の自動化装置として利用する事ができる。
また、本発明にかかるワーク移送装置は、所定のワークだけを選択的に保持する事もできる事から、品質検査等において、良品又は不良品をピックアップする為の自動化装置として利用する事もできる。
【符号の説明】
【００６８】
10    保持手段
11    基台
12    第一回動部材
13    アーム部材
14    第二回動部材
15    進退軸
16    昇降部材
17    保持部材
20    搬送手段
21    ホッパー
22    供給コンベアー
23    搬送面
30    ワーク回収部
31    受取部材
32    リターンコンベア
40    処理手段
45    撮影手段
50    ワーク移送装置
100    ワーク移送ステーション
W    ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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