技术领域
[0001] 本文中所讨论的实施方式涉及机器人系统。
相关背景技术
[0002] 常规地，已经知道了一种取出并且转移随机装载在用于在上面储存要加工的材料的场所（如，箱形货盘）（此后，统称为“托盘”）上的部件（此后称为“工件”）的机器人系统。
[0003] 关于这样的机器人系统，例如，已经开发了一种利用照相机拍摄随机装载在托盘上的工件的图像并且基于这样拍摄的图像取出工件的技术。
[0004] 作为与上述常规技术有关的文献，例如，参见日本专利申请特开平No.H11-300670号公报和日本专利申请特开平No.H5-127722号公报。
[0005] 但是，常规技术具有的缺点在于检出要从托盘取出的工件之后完成所有工件的转移所需要的时间（此后称为“总拾取时间”）长。
[0006] 例如，在常规技术中，当基于托盘上所装载的工件的图像无法检测到要被取出的工件时，摇动工件或托盘，以再一次检测允许被取出的工件。以该方式，当检测允许被取出的工件失败时，总拾取时间长。
[0007] 鉴于上述，获得一个实施方式，并且本实施方式的目的是提供一种能够缩短随机装载在托盘上的工件的总拾取时间的机器人系统。
具体实施方式
[0019] 此后，将参照附图详细说明本申请中所公开的机器人系统的实施方式。这里，本实施方式不限于下面描述的实施方式中的示例。
[0020] 首先，将结合图1说明根据本实施方式的机器人系统1。图1是根据本实施方式的机器人系统1的说明图。这里，在图1中，为了使说明容易理解，对机器人系统1的结构进行了部分简化。
[0021] 如图1所示，根据本实施方式的机器人系统1包括：传送通道30、安装在传送通道30上游的机器人10、和安装在传送通道30下游的机器人50。此外，上游侧机器人10还包括照相机11，而传送通道30还包括传感器31。
[0022] 而且，在上游侧机器人10附近，安装有上面随机装载一个或多个工件100的托盘101，而在下游侧机器人50附近，安装有对工件100进行处理的加工机器60。
[0023] 机器人系统1基于利用安装在机器人10上的照相机11所拍摄的图像，检测允许从托盘101取出的工件100。而且，当检测到允许被取出的工件100时，机器人系统1指示机器人10取出工件100，以将工件100转移到传送通道30上游的地点。
[0024] 另一方面，机器人10响应于来自检测到允许被取出的工件100的机器人系统1的指示，从托盘101取出工件100，并且将工件100转移到传送通道30上游的地点。
[0025] 当不可能检测到允许被取出的工件时，有效的是机器人系统1指示机器人10摇动工件100或托盘101，使得重排工件100。
[0026] 此后，再一次执行用于检测允许被取出的工件100的处理，并且重复执行这样的检测处理，直到检测到工件100为止。
[0027] 但是，当将重复执行检测处理的情况和第一次尝试就检测到允许被取出的工件100的另一个情况进行比较时，前种情况中每一个直到取出工件100为止的周期的时间与后种情况中的时间极其不同。
[0028] 因此，当频繁地重复检测处理时，要被取出的工件100不积聚在传送通道30的下游。因此，还可能存在这样的情况：在下游侧机器人50中产生等待时间。
[0029] 因此，根据本实施方式的机器人系统1基于所转移的工件100的状态（例如，传送通道30上积聚的工件100的状态），切换是转移托盘101上所装载的工件100还是执行重排处理。这里，重排处理是执行使得放置在靠近托盘101壁的区域中的工件100向托盘101的中央区域移动的动作。
[0030] 更具体地说，机器人系统1利用安装在传送通道30上的传感器31来检测传送通道30下游所积聚的工件100的个数。此外，当工件100的个数等于或大于给定阈值时（即，当从传送通道30的上游侧提供了足以满足传送通道30下游对工件100的需求的个数的工件100时），机器人系统1指示机器人10重排托盘101上所装载的工件100。
[0031] 以该方式，在机器人系统1中，明显缩短了搜索允许被取出的工件100的失败频率；即，可以缩短每一个直到取出工件100为止的周期的时间。后面将结合图6具体说明重排处理。
[0032] 此后，说明包括传送通道30的下游侧的机器人系统1的构成示例。传送通道30由传送装置等构成并且如图1中的白边箭头所例示地将工件100从传送通道30的上游侧传送到下游侧。
[0033] 而且，传送通道30包括安装在下游的挡块40，该挡块40用于防止工件100从上面安装挡块40的位置被传送到下游侧。由于这样的构成，工件100以工件100从挡块40的位置向传送通道30的上游侧排列的状态，按顺序积聚在传送通道30上。
[0034] 下游侧机器人50响应于来自机器人系统1的指示，取出积聚在传送通道30下游的工件100，并且将工件100转移到执行下一加工的位置。例如，如图1所示，下游侧机器人50将工件100转移到对工件100进行加工的加工机器60上。
[0035] 这里，在本实施方式中，下游侧机器人50将工件100转移到加工机器60上。但是，本实施方式不限于该实施方式。例如，下游侧机器人50可以将工件100设置在另一个组件中。
[0036] 以该方式，当传送通道30上积聚了满足传送通道30下游对工件100的需求的足够个数的工件100时，根据本实施方式的机器人系统1执行工件100的重排处理。
[0037] 由于这样的构成，在根据本实施方式的机器人系统1中，缩短了每一个直到取出工件100为止的周期的时间，因此可以缩短随机装载在托盘101上的工件100的总拾取时间。
[0038] 下面，结合图2说明根据本实施方式的机器人系统1的构成。图2是示出了根据本实施方式的机器人系统1的构成的图。如图2所示，机器人系统1包括机器人10、机器人控制器20和传感器31。
[0039] 而且，如图2所示，机器人10、机器人控制器20和传感器31经由通信网络70彼此连接。这里，作为通信网络70，可以使用普通网络，如有线LAN（局域网络）或无线LAN。
[0040] 机器人10具有多个机器人臂12，并且各机器人臂12经由包括伺服马达（附图中未示出）的关节部13与另一个机器人臂12连接。
[0041] 而且，机器人臂12在端部具有作为端部执行器的机器人手14，并且机器人手14包括用于检测要转移的工件100的照相机11。照相机11是能够对托盘101上所装载的工件100的状态执行非接触三维测量的图像拾取装置；例如，如多层扫描3D（维）照相机的装置。
[0042] 机器人10响应于来自机器人控制器20等的转移指示，使各伺服马达分别旋转任意角度，由此将机器人手14移动到任意位置，用于转移工件100。
[0043] 机器人控制器20是执行机器人10的运动控制的控制器。例如，机器人控制器20基于由传感器31检测到在传送通道30上的工件100的个数，控制机器人10重排工件100。
[0044] 下面，结合图3具体说明根据本实施方式的机器人控制器20的构造。图3是示出了根据本实施方式的机器人控制器20的构造的框图。如图3所示，机器人控制器20包括通信单元21和控制器22。
[0045] 此外，控制器22还包括传送通道检测单元22a、切换确定单元22b、重排指示单元22c、转移侯选物确定单元22d、图像拾取指示单元22e、图像获取单元22f和转移指示单元
22g。
[0046] 通信单元21是在机器人10和机器人控制器20之间执行数据发送和接收的通信装置，如，LAN板。通信单元21执行向控制器22提供从机器人10接收的数据的处理，并且同时，执行向机器人10发送从控制器22接收的数据的处理。
[0047] 而且，通信单元21执行机器人10和安装在传送通道30上的传感器31之间的数据发送和接收，并且还执行用于向控制器22提供从传感器31接收的数据的处理。
[0048] 控制器22是整体控制机器人控制器20的控制器。传送通道检测单元22a从安装在传送通道30上的传感器31接收通过传送通道30的工件100的检测信息，并且基于该检测信息检测积聚在传送通道30下游的工件100的个数。
[0049] 更具体地说，传送通道检测单元22a从通过传送通道30的工件100的总个数中减去将下游侧机器人50取出的工件100的个数，以检测积聚在传送通道30下游的工件100的个数。而且，传送通道检测单元22a还执行向切换确定单元22b提供检测到的工件100的个数的处理。
[0050] 这里，在该实施方式中，安装在传送通道30上的传感器31检测在传送通道30下游积聚的工件100的个数。但是，可以采用该构成，使得照相机设置在传送通道30附近，以拍摄传送通道30上工件100的图像，并且传送通道检测单元22a基于利用照相机拍摄的、传送通道30上工件100的图像，检测工件100的个数。
[0051] 而且，机器人系统1可以在不使用传感器31或照相机的情况下检测传送通道30上工件100的个数。例如，传送通道检测单元22a可以基于上游侧机器人10传送到传送通道30的工件100的个数和下游侧机器人50取出的工件100的个数，计算传送通道30上工件100的个数。
[0052] 切换确定单元22b是基于工件100的转移状态（例如，传送通道30上积聚的工件100的状态），执行用于切换是转移托盘101上所装载的工件100还是执行重排处理的确定处理的处理单元。
[0053] 例如，传送通道30上积聚的工件100的状态可以是传送通道30上积聚的工件100的个数，或者是传送通道30上工件100的顺序状况。此后，说明当传送通道30上积聚的工件100的状态意指传送通道30上工件100的个数时的示例。
[0054] 切换确定单元22b从传送通道检测单元22a接收在传送通道30下游积聚的工件100的个数的信息。切换确定单元22b是用于基于该信息确定是否重排托盘101上所装载的工件100的处理单元。
[0055] 更具体地说，切换确定单元22b确定当工件100的个数等于或大于给定阈值时，从传送通道30的上游侧提供了满足传送通道30下游对工件100的需求的足够个数的工件100。此后，重排托盘101上所装载的工件100。
[0056] 而且，当确定要重排工件100时，切换确定单元22b还执行用于指示重排指示单元22c重排工件100的处理。另一方面，当确定不重排工件100时，切换确定单元22b通知转移侯选物确定单元22d执行转移工件100的处理。
[0057] 当从切换确定单元22b接收到用于重排工件100的指示时，重排指示单元22c首先指示图像拾取指示单元22e拍摄放置在包括靠近托盘101的壁的区域的部分区域中的工件100的状态的图像。
[0058] 而且，重排指示单元22c经由图像获取单元22f获取利用照相机11拍摄的图像。此后，重排指示单元22c基于所获取的图像，检测放置在靠近托盘101的壁的区域中的工件
100。
[0059] 而且，当检测到放置在靠近托盘101的壁的区域中的工件100时，重排指示单元22c指示机器人10执行动作，使得工件100被移动到托盘101的中央区域，并且重排工件
100。这里，后面结合图5具体说明重排处理。
[0060] 当从切换确定单元22b接收到转移工件100的通知时，转移侯选物确定单元22d首先指示图像拾取指示单元22e利用照相机11拍摄托盘101上所装载的工件100的状态的图像，用于检测允许被取出的工件100。这里，转移侯选物确定单元22d指示图像拾取指示单元22e优先拍摄放置在托盘101的优先级高的部分区域中的工件100的图像。
[0061] 此外，转移侯选物确定单元22d经由图像获取单元22f获取利用照相机11拍摄的图像，以将工件100的状态转换成三维坐标信息。而且，转移侯选物确定单元22d基于通过转换所获得的坐标信息，确定允许被转移的工件100。
[0062] 此后，转移侯选物确定单元22d向转移指示单元22g通知确定出的允许被转移的工件100。这里，后面将结合图4A、图4B、图4C和图4D具体说明用于确定允许被转移的工件100的处理。
[0063] 这里，在该实施方式中，转移侯选物确定单元22d分析利用照相机11拍摄的图像，以将工件100的状态转换成三维坐标信息。但是，传感器等可以转换这样的三维坐标信息并且向控制器22提供该坐标信息的通知。
[0064] 图像拾取指示单元22e是执行用于指示机器人10利用照相机11拍摄托盘101上所装载的工件100的状态的图像的处理的处理单元。图像获取单元22f是执行用于获取利用照相机11拍摄的、托盘101上所装载的工件100的状态的图像，并且向重排指示单元22c或转移侯选物确定单元22d提供该图像的处理的处理单元。
[0065] 转移指示单元22g是当转移侯选物确定单元22d确定了允许被转移的工件100时，指示机器人10向传送通道30的上游侧转移允许被转移的工件100的处理单元。
[0066] 下面结合图4A、图4B、图4C和图4D具体说明用于确定允许被转移的工件100的处理。这里，图4A、图4B和图4D是当从正上方观看时托盘101的图，而图4C是托盘101的侧视图。
[0067] 在机器人系统1中，当托盘101的沿垂直方向的尺寸被定义为高度时，放置在托盘101的较高位置的工件100优先被确定为允许被转移的工件100。
[0068] 这里，在机器人系统1中，基于利用能够进行三维测量的照相机11所拍摄的图像来确定允许被转移的工件100。但是，在能够进行三维测量的照相机11中，图像拾取范围越宽，三维测量的处理时间变得越长。
[0069] 因此，在机器人系统1中，如图4A中的虚线所示，托盘101的顶面区域被分成给定个数的部分区域，并且基于各部分区域中所拍摄的图像来确定允许被转移的工件100。由于这样的构造，在机器人系统1中，可以缩短三维测量的处理时间。
[0070] 而且，机器人系统1对所划分的部分区域设置优先级，并且以部分区域的优先级的降序拍摄各部分区域中工件100的图像。例如，当机器人系统1从离托盘101的壁面更远的部分区域以降序对各部分区域设置优先级时，如图4A中所示地设置优先级。
[0071] 因此，机器人系统1以由图4A中的箭头所示的顺序确定允许被转移的工件100。这里，图4A示出了托盘101被划分为九（9）个部分区域的情况。但是，在本实施方式中，所划分的个数不限于该情况。
[0072] 而且，将说明图4B中所示的情况，其中，在托盘101上所装载的工件100中，工件100a放置在最高位置，并且设置有与图4A中所示优先级相同的优先级。在该情况下，转移侯选物确定单元22d确定出工件100a是允许被转移的工件。
[0073] 随后，如图4C所示，当工件100b放置在托盘101中的最高位置时，转移侯选物确定单元22d确定出工件100b是允许被转移的工件。
[0074] 这里，如上所述，机器人系统1对所有的部分区域设置优先级。但是，本实施方式不限于该情况。例如，如图4D所示，托盘101可以被划分为25个部分区域，并且仅不包括壁面的部分区域（斜线区域）可以被定义为要被搜索的区域，并且机器人系统1可以对这样的部分区域设置优先级。
[0075] 而且，在机器人系统1中，包括壁面的区域（没有斜线的区域）被定义为经受重排处理的部分区域。这里，采用沿所有方向被壁包围的箱形托盘101来说明实施方式。但是，可以使用被壁部分包围的托盘101。
[0076] 下面，结合图5详细说明由机器人系统1执行的重排处理。图5是重排处理的说明图，具有当从正上方观看时托盘101的图。
[0077] 当传送通道30下游积聚的工件100的个数等于或大于给定阈值时，切换确定单元22b确定重排托盘101上所装载的工件100。当切换确定单元22b确定了重排工件100时，重排指示单元22c重排放置在靠近托盘101的壁的位置处的工件100。
[0078] 更具体地说，如图5所示，工件100c和工件100d放置在靠近托盘101的壁的位置。在该情况下，在机器人系统1中，机器人手14插入工件100c和壁面之间，并且如由图5中的黑箭头所示，机器人手14将工件100c移动到托盘101的中央区域。
[0079] 而且，在机器人系统1中，机器人手14还以与工件100c的情况类似的方式，将工件100d移动到托盘101的中央区域。由于这样的构造，当取出托盘101上所装载的工件100时，可以抑制转移处理失败。
[0080] 下面，结合图6说明由机器人系统1所执行的重排处理的处理过程。图6是示出了重排处理的处理过程的流程图。
[0081] 如图6所示，传送通道检测单元22a检测传送通道30下游积聚的工件100的个数（步骤S101）。而且，切换确定单元22b确定工件100的个数是否等于或大于给定阈值（步骤S102）。
[0082] 当切换确定单元22b确定出工件100的个数等于或大于给定阈值时（步骤S102是），重排指示单元22c提取靠近壁的部分区域，作为经受重排处理的区域（步骤S103）。
[0083] 而且，重排指示单元22c指示机器人10拍摄所提取的部分区域的图像，并且基于利用照相机11所拍摄的图像，获取放置在部分区域中的工件100的装载状态（步骤S104）。
[0084] 随后，重排指示单元22c基于所获取的装载状态，确定工件100是否放置在靠近托盘101的壁的位置处（步骤S105）。当确定出工件100放置在靠近托盘101的壁的位置处时（步骤S105是），重排指示单元22c指示机器人10重排工件100，并且重排放置在这样的部分区域中的工件100（步骤S106）。
[0085] 而且，当确定出没有工件100放置在靠近托盘101的壁的位置时（步骤S105否），重排指示单元22c使其处理前进到步骤S107。
[0086] 重排指示单元22c确定是否存在所提取的经受重排处理的部分区域（步骤S107）。当确定出存在经受重排处理的部分区域时（步骤S107是），重排指示单元22c重复执行步骤S102至步骤S107的处理。
[0087] 另一方面，当确定出不存在经受重排处理的部分区域时（步骤S107否），重排指示单元22c终止重排处理中的一系列步骤。
[0088] 而且，当切换确定单元22b确定工件100的个数小于给定阈值时（步骤S102否），控制器22执行转移处理（步骤S108），并且终止重排处理中的一系列步骤。
[0089] 下面，结合图7说明由机器人系统1执行的转移处理的处理过程。图7是示出了转移处理的处理过程的流程图。
[0090] 如图7所示，转移侯选物确定单元22d获取放置在高优先级区域中的工件100的装载状态的信息（步骤S201），并且基于所获取的装载状态的信息确定在这样的部分区域中是否存在允许被转移的工件100（步骤S202）。
[0091] 当转移侯选物确定单元22d确定存在允许被转移的工件100时（步骤S202是），转移指示单元22g指示机器人10转移工件100，并且机器人10转移工件100（步骤S203）。接着，转移指示单元22g终止转移处理中的一系列步骤。
[0092] 另一方面，当确定出不存在允许被转移的工件100时（步骤S202否），转移侯选物确定单元22d确定是否存在经受转移处理的部分区域（步骤S204）。
[0093] 而且，当确定出存在经受转移处理的部分区域时（步骤S204是），转移侯选物确定单元22d针对第二高优先级的部分区域重复执行步骤S201至步骤S204的处理。
[0094] 而且，当确定出不存在经受转移处理的部分区域时（步骤S204否），转移侯选物确定单元22d终止转移处理中的一系列步骤。
[0095] 如上所述，在本实施方式中，当传送通道30上工件100的个数等于或大于给定阈值时，切换确定单元22b确定从传送通道30的上游侧提供了满足传送通道30下游对工件100的需求的足够个数的工件100并且执行工件100的重排处理。由于这样的构造，重排托盘101中的工件100，由此实现可以取出工件100的装载状态。
[0096] 由于这样的构造，在根据本实施方式的机器人系统1中，可以缩短托盘101上随机装载的工件100的总拾取时间。
[0097] 这里，在上述实施方式中，机器人系统1指示机器人10执行移动放置在靠近托盘101的壁的位置的工件100的动作，以重排工件100。但是，本实施方式不限于上述实施方式。
[0098] 例如，机器人系统1可以指示机器人10摇动托盘101或喷射气体，使得工件100被重排。
[0099] 此外，在上述实施方式中，机器人系统1针对经受重排处理的所有的部分区域，执行重排处理。但是，在移动放置在某个部分区域中的工件100，由此实现可以转移工件100的装载状态时，可以终止重排处理。
[0100] 而且，在上述实施方式中，在机器人系统1中，安装在传送通道30上的传感器31检测传送通道30上积聚的工件100的个数。但是，机器人系统1可以控制传送通道30上工件100的个数。
[0101] 更具体地说，在机器人系统1中，存储由上游侧机器人10转移的工件100的个数和由下游侧机器人50转移的工件100的个数，并且两个个数之间的差被控制为传送通道30上工件100的个数。
[0102] 而且，在上述实施方式中，从托盘101取出图1、图4B、图4C和图5中所示的工件100。但是，工件100的尺寸或形状不限于该实施方式。
[0103] 此外，在上述实施方式中，机器人系统1从离托盘101的壁面更远的部分区域以降序对各部分区域设置优先级并且基于所设置的优先级确定允许被转移的工件100。但是，当从传送通道30的上游侧提供满足了传送通道30下游对工件100的需求的足够个数的工件100时，机器人系统1可以有目的地指示机器人10转移放置在低优先级的部分区域中的工件100，由此机器人10执行转移动作。以该方式，可以将本实施方式中所公开的内容广泛地应用于各种机器人系统。
