JP2016120545A

JP2016120545A - ハンドリング装置

Info

Publication number: JP2016120545A
Application number: JP2014260778A
Authority: JP
Inventors: 大輔三池; Daisuke Miike; 弘二郎大島; Kojiro Oshima; 泰論池田; Tairon Ikeda; 弘典楠木; Hironori Kusuki
Original assignee: SOFT SERVICE KK
Current assignee: SOFT SERVICE KK
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07

Abstract

【課題】フィンガーでワークを保持するにあたって、撮像部でワークを撮像した後にロボットアームを横方向に移動させる必要がない、新規のハンドリング装置を提案する。
【解決手段】本発明のハンドリング装置１は、ワークＨの幾何情報を取得するためにワークＨを撮像する撮像部２と、撮像部２を固定保持するとともにロボットアームＲに取り付けられる装着部８を有する保持部６と、保持部６に対して駆動部９を介して移動可能に設けられるとともにワークＨを保持する複数のフィンガー１０とを備え、駆動部９は、ワークＨを撮像する際にはフィンガー１０を撮像部２の撮像領域Ａ１の外側に移動させる一方、ワークＨを保持する際にはワークＨの幾何情報に基づいてフィンガー１０を撮像部２の撮像領域Ａ１の外側から撮像領域Ａ１の内側まで移動可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットアームに取り付けられてワークをハンドリングするハンドリング装置に関するものである。

ロボットアームに取り付けられてワークをハンドリングするハンドリング装置としては、例えば特許文献１、２に示された装置が既知である。これらの装置は、ワークの形状や位置等の情報を取得するための撮像部と、得られた情報に基づいて移動してワークを保持するフィンガーとを備えている。また、撮像部の撮像領域とフィンガーの移動領域が重ならないようにするべく、撮像部とフィンガーはワークに対して横並びで設けられている。

特開２０１３−４３２３１号公報特開２０１４−３４０７５号公報

ところで、上記の様な構成となる従来のハンドリング装置では、ワークを撮像する位置とワークを保持する位置が横方向にずれることになる。このため、ワークを撮像した後は、ロボットアームでハンドリング装置を横方向に移動しなければならず、無駄な動きを含むことになる。また、撮像部とフィンガーが横並びになっているため、その分装置が大きくなってしまうという問題もある。

本発明はこのような点を解決することを課題とするものであり、フィンガーでワークを保持するにあたって、撮像部でワークを撮像した後に横方向に移動させる必要がなく、また、従来の装置よりもサイズを小さくすることができる、新規のハンドリング装置を提案することを目的とする。

本発明は、ロボットアームに取り付けられるハンドリング装置であって、ワークの幾何情報を取得するために該ワークを撮像する撮像部と、前記撮像部を固定保持するとともに前記ロボットアームに取り付けられる装着部を有する保持部と、前記保持部に対して駆動部を介して移動可能に設けられるとともに前記ワークを保持する複数のフィンガーとを備え、前記駆動部は、前記ワークを撮像する際には前記フィンガーを前記撮像部の撮像領域外に移動させる一方、該ワークを保持する際には前記幾何情報に基づいて該フィンガーを該撮像部の撮像領域外から撮像領域内まで移動可能とするハンドリング装置である。
なお、ワークの幾何情報とは、ワークの形状や位置、姿勢、重心、特徴点等を含む情報であって、３次元での幾何情報の他、２次元での幾何情報も含む。

前記撮像部は、前記保持部における前記装着部が位置する側の一面に設けられ、前記フィンガー及び前記駆動部は、前記保持部における前記装着部が位置する反対側の他面に設けられることが好ましい。

また、前記フィンガーは、第１〜第４フィンガーの４つから構成され、前記駆動部は、前記第１、第２フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第１駆動部と、前記第３、第４フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第２駆動部と、前記第１、第２フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第１、第２駆動部と、前記第３、第４フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第３、第４駆動部とから構成されることが好ましい。但し、Ｘ方向は前記他面に沿う一方向であって、Ｙ方向は前記他面に沿いＸ方向に直交する方向とする。

また、前記フィンガーの先端に、前記ワークを引っ掛ける爪部を備えることが好ましい。

本発明のハンドリング装置は、ワークを撮像する際にはフィンガーを撮像部の撮像領域外に移動させる一方、ワークを保持する際にはフィンガーを撮像領域外から撮像領域内まで移動可能としている。すなわち、フィンガーによってワークの撮像が遮られることがないので、ワークの幾何情報を問題無く取得することができる。また、ワークを撮像した後は、ロボットアームを制御してハンドリング装置を横方向に移動させる必要がなくなるので、ハンドリング装置の動きに無駄がなくなることから高速化を図ることができる。

保持部に対し、装着部が位置する側の一面に撮像部を設け、装着部が位置する反対側の他面にフィンガー及び駆動部を設ける場合は、撮像部とフィンガーが横並びになる従来の装置よりもサイズを小さくすることができる。

フィンガーを、第１〜第４フィンガーの４つで構成し、駆動部を、第１、第２フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第１駆動部と、第３、第４フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第２駆動部と、第１、第２フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第１、第２駆動部と、第３、第４フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第３、第４駆動部とで構成する場合は、４つのフィンガーによってワークを安定的に保持することができる。

フィンガーの先端に、ワークを引っ掛ける爪部を設ける場合は、挟むだけでなく引っ掛けるようにしてワークを保持することができるので、ワークをより安定的に保持することができる。

本発明に従うハンドリング装置の一実施形態を示す斜視図である。図２（ａ）は図１に示す矢印Ｘに沿うハンドリング装置の側面図であり、図２（ｂ）は図１に示す矢印Ｙに沿う側面図である。図３（ａ）は図１に示すハンドリング装置の平面図であり、図３（ｂ）はその下面図である。図１に示すハンドリング装置で鋏を保持した状態を示す図である。図１に示すハンドリング装置を用いて山積みの鋏を整列させる状況を説明する図である。

以下、図１〜図３を参照しつつ、本発明に従うハンドリング装置の一実施形態について説明する。図中、符号１は本発明に従うハンドリング装置の一実施形態を示す。ハンドリング装置１は、後述するワーク（本実施形態では、図４に示す鋏）をハンドリングするものであって、図中符号Ｒで示すロボットアームに取り付けて用いられる。なおハンドリング装置１は、種々のロボット（例えば、垂直多関節ロボットや水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット等）のアームに取り付けることができる。

ハンドリング装置１は、ワークを撮像する撮像部２と、ワークに光を照射する照明部３と、撮像部２及び照明部３に接続され、撮像部２から得られるワークの画像データからワークの幾何情報（ワークの形状や位置、姿勢、重心、特徴点等）を取得する画像処理部（不図示）とを備えている。本実施形態では、撮像部２として１つのカメラ（以下、「撮像部２」を「カメラ２」と称す）を備えていて、照明部３としてこのカメラ２を間に挟む一対のプロジェクター４、５とを備えている。また、図１に示すように２つのプロジェクター４、５のそれぞれから照射される光の領域（照射領域Ａ２、Ａ３）に対し、カメラ２の撮像領域Ａ１は大きくなるようにしている。このように、異なる方向から光を照射してワークの影やワークで反射する光を抑制することによって、カメラ２で得られる画像データに影響を与えないようにしている。

本実施形態のカメラ２、プロジェクター４、５、及び画像処理部は、ワークの幾何情報として３次元情報を取得できるように構成されている。具体的には、プロジェクター４、５から種々のパターンでワークに光を照射し、ワークからの反射光をカメラ２で画像データに変換する。そして照射する光のパターンに応じて変化する画像データを、画像処理部で所定のデータ処理を行うことによって３次元情報を取得するようにしている。なお、３次元情報を取得するにあたっては、上述した方法の他、例えば２つのカメラを用いて三角測量の原理で計測を行う等、種々の方法を用いることができる。

なお、画像処理部は、ロボットアームＲを移動させる制御部（不図示）に接続されている。これによってハンドリング装置１は、ロボットアームＲによってワークの幾何情報に基づいて移動可能となっている。

カメラ２及びプロジェクター４、５は、保持部６に固定保持されている。本実施形態の保持部６は、板状をなすものであって、カメラ２及びプロジェクター４、５は、保持部６の上面に保持されている。また、図３（ｂ）に示すように保持部６の中央部には開口部７が設けられていて、カメラ２及びプロジェクター４、５は、この開口部７からワークに対する撮像や、ワークに対する光の照射を行うことができる。

また保持部６の上面には、ロボットアームＲに取り付けられる装着部８が設けられている。すなわち、カメラ２及びプロジェクター４、５は、保持部６に対して装着部８が位置する側の面に設けられている。本実施形態の装着部８は、カメラ２及びプロジェクター４、５を取り囲むような門型形状となるものである。また装着部８の上面中央部には、ロボットアームＲに取り付けるためのビス孔８ａが設けられている。なお装着部８としては、例えば保持部６の隅部上面に支柱を設けるとともに支柱上面に板状部材を設けるようなものでもよい。

保持部６の下面（装着部８が位置する反対側の面）には、駆動部９と、駆動部９を介して移動可能に設けられる複数のフィンガー１０とが設けられている。本実施形態のフィンガー１０は、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４の４つで構成されている。また第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４の先端には、これらのフィンガーの軸線方向に対して直交する向きに延在する爪部１１ａ〜１４ａが設けられている。本実施形態の爪部１１ａ〜１４ａは、各フィンガーの軸線を挟んで両側に延在するように設けられている。

駆動部９は、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４をそれぞれ、図１に示す矢印Ｘ、Ｙ方向に沿って移動させるものであり、第１フィンガー１１、第２フィンガー１２をともにＸ方向に移動させるＸ方向第１駆動部と、第３フィンガー１３、第４フィンガー１４をともにＸ方向に移動させるＸ方向第２駆動部と、第１フィンガー１１、第２フィンガー１２をそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第１、第２駆動部と、第３フィンガー１３、第４フィンガー１４をそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第３、第４駆動部とから構成されている。なおＸ方向とは、保持部６の下面に沿う一方向とし、Ｙ方向とは、保持部６の下面に沿うとともにＸ方向に対して直交する方向とする。

本実施形態におけるＸ方向第１駆動部等は、直線状に延在する固定子と固定子に対してスライド可能に設けられた可動子とからなるリニアモータを、複数組み合わせて構成したものである。具体的には、図３（ｂ）に示すように、保持部６の下面における開口部７の両外側にＸ方向に沿って延在する２つの固定子１５、１６を設け、固定子１５、１６に対してスライド可能に設けられる２つの可動子１７、１８を設けて、固定子１５、１６及び可動子１７でＸ方向第１駆動部を構成し、固定子１５、１６及び可動子１８でＸ方向第２駆動部を構成している。また、可動子１７には、Ｙ方向に沿って延在する１つの固定子１９と、固定子１９に対してスライド可能に設けられる２つの可動子２０、２１とを設け、固定子１９及び可動子２０でＹ方向第１駆動部を構成し、固定子１９及び可動子２１でＹ方向第２駆動部を構成している。そして可動子１８には、Ｙ方向に沿って延在する１つの固定子２２と、固定子２２に対してスライド可能に設けられる２つの可動子２３、２４とを設け、固定子２２及び可動子２３でＹ方向第３駆動部を構成し、固定子２２及び可動子２４でＹ方向第４駆動部を構成している。また、可動子２０、２１、２３、２４にはそれぞれ、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４が保持されていて、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４は、図１に示す撮像領域Ａ１の内側から外側までＸ、Ｙ方向に移動可能となっている。なお、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４は、可動子２０、２１、２３、２４に対して着脱可能となるように構成し、ワークに応じて交換できるようにしておくことが好ましい。

次に、図１、図４を参照しつつ、ハンドリング装置１によってワークを保持する手順を説明する。図４では、ワークとして鋏Ｈを示している。

鋏Ｈを保持するにあたっては、まず図１に示すように、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４を撮像領域Ａ１の外側に移動させておく。これにより、カメラ２での撮像にあたって、鋏Ｈが第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４によって遮られることがなくなるので、鋏Ｈを良好に撮像することができる。

そして、カメラ２の画像データから不図示の画像処理部で鋏Ｈの幾何情報を取得し、この幾何情報に基づいて不図示の制御部でロボットアームＲを作動させ、図４に示すようにハンドリング装置１を鋏Ｈに向けて移動させる。この時、鋏Ｈの幾何情報に基づいて、第１フィンガー１１、第２フィンガー１２は指孔Ｈ１、Ｈ２の内側に挿入されるようにしておき、第３フィンガー１３、第４フィンガー１４は刃背面部Ｈ３、Ｈ４の外側に位置するようにしておく。なお、鋏Ｈに向けてハンドリング装置１を移動させるにあたっては、ハンドリング装置１を鋏Ｈに対して直線的に移動させることができるので、鋏Ｈに近づく直前まで鋏Ｈの幾何情報を取得することが可能である。このため、ワークに対するハンドリング装置１の位置精度をより向上させることができる。

そして、図４に示すように鋏Ｈを閉じた状態にして保持するにあたっては、第１フィンガー１１と第２フィンガー１２とが互いに近接するようにこれらをＹ方向に移動させ（第１フィンガー１１と第２フィンガー１２とが互いに離反するように移動させてもよい）、また第３フィンガー１３と第４フィンガー１４とが互いに近接するようにこれらをＹ方向に移動させる。なお、この状態においては既に鋏Ｈの幾何情報は取得済みであり、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４を撮像領域Ａ１及び照射領域Ａ２、Ａ３の内側まで移動させることができるので、小さな鋏Ｈであっても保持することが可能である。

本実施形態では、第１フィンガー１１〜第４フィンガー１４に爪部１１ａ〜１４ａを設けているので、保持した鋏Ｈを下方から支持することができる。このため、鋏Ｈの保持がより安定的になる。

また、図示は省略するが、鋏Ｈを開いた状態で保持することも可能である。この場合は、指孔Ｈ１、Ｈ２に挿入した第１フィンガー１１と第２フィンガー１２とが互いに大きく離反するようにＹ方向に移動させれば、鋏Ｈを開いた状態にすることができる。そして開いた刃背面部Ｈ３、Ｈ４に対し、第３フィンガー１３と第４フィンガー１４が互いに近接するようにこれらをＹ方向に移動させればよい。

このように、本発明に従うハンドリング装置１によれば、閉じた鋏Ｈであっても開いた状態にして保持することができるので、例えば図５に示すような、医療現場で使用した複数の鋏Ｈを洗浄、滅菌する場合に使用して好適である。具体的には、使用後の鋏Ｈが山積みされた搬入ステージＳ１からハンドリング装置１を用いて１つの鋏Ｈを取出し、置き換えステージＳ２上で鋏Ｈを開いた状態にした後、搬出ステージＳ３上に鋏Ｈを整列させるようにする。このように、人が介在することなく使用後の鋏Ｈを開いた状態にすることができるので、鋏Ｈを安全に洗浄、滅菌することができる。

本発明に従うハンドリング装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の適用が可能である。例えば、ワークは鋏Ｈに限定されるものではなく、フィンガーの形状を適宜選択することによって、メスや鉗子等を保持することができる。また本発明のハンドリング装置は、医療分野での使用に限られず、例えばＦＡ業界におけるバラ部品のピッキング装置として利用することもできる。

１：ハンドリング装置
２：撮像部（カメラ）
３：照明部
４：プロジェクター
５：プロジェクター
６：保持部
７：開口部
８：装着部
８ａ：ビス孔
９：駆動部
１０：フィンガー
１１：第１フィンガー
１１ａ：爪部
１２：第２フィンガー
１２ａ：爪部
１３：第３フィンガー
１３ａ：爪部
１４：第４フィンガー
１４ａ：爪部
１５、１６、１９、２２：固定子
１７、１８、２０、２１、２３、２４：可動子
Ａ１：撮像領域
Ａ２、Ａ３：照射領域
Ｈ：鋏（ワーク）
Ｈ１、Ｈ２：指孔
Ｈ３、Ｈ４：刃背面部
Ｒ：ロボットアーム
Ｓ１：搬入ステージ
Ｓ２：置き換えステージ
Ｓ３：搬出ステージ

Claims

ロボットアームに取り付けられるハンドリング装置であって、
ワークの幾何情報を取得するために該ワークを撮像する撮像部と、
前記撮像部を固定保持するとともに前記ロボットアームに取り付けられる装着部を有する保持部と、
前記保持部に対して駆動部を介して移動可能に設けられるとともに前記ワークを保持する複数のフィンガーとを備え、
前記駆動部は、前記ワークを撮像する際には前記フィンガーを前記撮像部の撮像領域外に移動させる一方、該ワークを保持する際には前記幾何情報に基づいて該フィンガーを該撮像部の撮像領域外から撮像領域内まで移動可能とするハンドリング装置。
前記撮像部は、前記保持部における前記装着部が位置する側の一面に設けられ、前記フィンガー及び前記駆動部は、前記保持部における前記装着部が位置する反対側の他面に設けられる請求項１に記載のハンドリング装置。
前記フィンガーは、第１〜第４フィンガーの４つから構成され、
前記駆動部は、前記第１、第２フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第１駆動部と、前記第３、第４フィンガーをともにＸ方向に移動させるＸ方向第２駆動部と、前記第１、第２フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第１、第２駆動部と、前記第３、第４フィンガーをそれぞれＹ方向に移動させるＹ方向第３、第４駆動部とから構成される請求項１又は２に記載のハンドリング装置（但し、Ｘ方向は前記他面に沿う一方向であって、Ｙ方向は前記他面に沿いＸ方向に直交する方向とする）。
前記フィンガーの先端に、前記ワークを引っ掛ける爪部を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のハンドリング装置。