JP7306958B2 - ピッキング用ワーク供給装置およびワークピッキングシステム - Google Patents

Description

本発明は、バラ積み状態で供給されるワークをロボットアームでピッキングするワークピッキングシステム、および、当該ワークピッキングシステムに用いられるピッキング用ワーク供給装置に関する。

バラ積み状態で供給されるワーク（部品）の中から１つずつワークをロボットアームでピッキングして、組立工程などに送り出すワークピッキングシステムが広く用いられている。この種のワークピッキングシステムでは、カメラやレーザセンサなどで取得したデータからワークの位置と姿勢を認識し、ロボットアームによりピッキング可能なワークを特定してピッキングしている。

図１８に、従来のワーク収容容器にバラ積みされた部品をロボットによりピッキングするワークピッキングシステムの概略構成図を示す。このワークピッキングシステムは、ワーク９０１をバラ積み状態で収容する収容容器９１０、ピッキング用のアームを有するロボット９２０、ロボット制御装置９３０、三次元計測器９４０、三次元姿勢認識装置９５０から構成されている。

このワークピッキングシステムでは、まず、三次元計測器９４０を用いて、収容容器９１０に乱雑に重なり合って置かれた複数のワーク９０１の三次元情報を取得し、その情報を三次元姿勢認識装置９５０に出力する。次に、三次元姿勢認識装置９５０は、入力された三次元情報からワーク９０１の位置と姿勢を認識し、ピッキング可能な１つのワーク９０１の位置および姿勢をロボット制御装置９３０に出力する。ロボット制御装置９３０は、入力されたピッキング可能な１つのワーク９０１の位置および姿勢と、予め定められたワーク９０１の搬送先位置および姿勢と、予め定められた経路生成における制約条件とから、ピッキング動作におけるロボット９２０の経路を生成し、ロボット９２０を制御することで、１つのワーク９０１を収容容器９１０から取り出す。

ところで、ピッキングを進めている途中で、ワークの姿勢や位置（トレイの壁に近い位置など）によってロボットアームでピッキングできない状態になることがたびたび発生する。そのような場合、ワークのバラ積み状態を変化させて、再びロボットアームでピッキングできる状態にする必要がある。

バラ積み状態を変化させるための装置として、例えば、特許文献１に、収容容器のトレイの底部を上下に移動させてバラ積み状態を変化させるものが開示されている。また、例えば、特許文献２に、トレイの底部からロッドを突出させてバラ積み状態を変化させるものが開示されている。

特開２０１２－４１１３９号公報 特開２０１２－１８３６１６号公報

しかし、いずれの特許文献に記載の従来技術も、大幅にバラ積み状態を変化させることまではできない。そのため、バラ積み状態を変化させるための制御を何回も繰り返す必要が生じるなど、効率的な運用ができないという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バラ積みされたワークの位置と姿勢を大幅に変化させることができ、新たなバラ積み状態を生成してピッキングできるようにするピッキング用ワーク供給装置、および、当該ピッキング用ワーク供給装置を用いたワークピッキングシステムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るピッキング用ワーク供給装置およびワークピッキングシステムは、下記（１）～（５）を特徴としている。
（１） バラ積みされたワークをロボットアームによりピッキングするためのピッキング用ワーク供給装置であって、
上面が開放された収容容器と、
前記収容容器の内部に配置され、複数のワークをバラ積み状態で搭載可能な閉状態と、閉状態において搭載された複数のワークを落下させる開状態との間で開閉可能であり、ワークの搭載部が櫛歯状に形成された上部トレイと、
前記収容容器の内部に昇降可能に配置され、複数のワークの搭載部が前記上部トレイの櫛歯と交互となる櫛歯状に形成され、通常時は前記上部トレイより下方位置に位置して、前記上部トレイが閉状態から開状態とされることにより落下させられた複数のワークを受けると共に、前記下方位置から上昇することで、当該搭載部上に受けた複数のワークを前記上部トレイが閉状態とされる高さにまで持ち上げる下部トレイと、
前記上部トレイを開閉させる上部トレイ開閉機構と、
前記下部トレイを昇降させる下部トレイ昇降機構と、
前記上部トレイ開閉機構および前記下部トレイ昇降機構を制御して前記ワークのバラ積み状態を崩す所定の動作をさせる制御手段と、
を備える、
ことを特徴とするピッキング用ワーク供給装置。

（２） 前記制御手段が、
前記ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号の入力により、
前記上部トレイを開き操作して、前記上部トレイの搭載部上のワークを前記下部トレイの搭載部上に落下させる工程と、前記下部トレイを前記上部トレイの閉状態となる高さまで上昇させる工程と、その状態で前記上部トレイを閉じ操作する工程と、前記上部トレイが閉じた状態で前記下部トレイを下降させることにより、前記下部トレイの搭載部上のワークを前記上部トレイの搭載部上に移らせる工程と、を順番に行わせる、
ことを特徴とする上記（１）に記載のピッキング用ワーク供給装置。

（３） 前記収容容器が矩形筒状に構成され、
前記上部トレイが、
前記収容容器の一対の対向側壁に軸支された回動軸にそれぞれ基端側側縁部が上下方向回動可能に連結され、水平位置にあるときに閉じ状態となり、水平位置より下方に回動したときに開き状態となる両開き扉状の一対の回動トレイにより構成され、
前記上部トレイ開閉機構が、
前記各回動軸に固定された一対のピニオンと、
該各ピニオンに噛合する上下方向に延びる一対のラックギヤと、
前記一対のラックギヤを連結する連結バーと、
前記連結バーを上下移動させることにより、前記一対のラックギヤを介して前記一対のピニオンを回転させ、それにより前記上部トレイを開閉操作する直動駆動源と、
を備えている、
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のピッキング用ワーク供給装置。

（４） 前記収容容器が矩形筒状に構成され、
前記下部トレイが、該下部トレイの下面を横断し前記収容容器の側壁に対して上下方向スライド自在に支持された水平バーに固定され、
前記下部トレイ昇降機構が、
前記水平バーに固定された上下方向に延びる可動ラックギヤと、
前記可動ラックギヤと平行に対向配置された上下方向に延びる固定ラックギヤと、
上下方向に可動部を変位させる直動駆動源と、
前記直動駆動源の可動部に回転自在に軸支され、回転中心を挟んで一方側を前記可動ラックギヤに噛合させ他方側を前記固定ラックギヤに噛合させたピニオンと、
を備えている、
ことを特徴とする上記（１）～（３）のいずれかに記載のピッキング用ワーク供給装置。

（５） 上記（１）～（４）のいずれかに記載のピッキング用ワーク供給装置と、
前記ピッキング用ワーク供給装置の上部トレイの搭載部にバラ積みされた複数のワークの位置と姿勢を計測する三次元計測器と、
前記三次元計測器で取得した前記複数のワークの三次元情報から、ピッキングすべき１つのワークの位置および姿勢を認識する三次元姿勢認識装置と、
認識した１つのワークの位置および姿勢に基いて、当該ワークをロボットアームによりピッキングして所定の動作を行うロボットと、を備え、
前記三次元姿勢認識装置は、ピッキング可能であるワークがないと判定したときに、前記ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号を前記制御手段に入力する、
ことを特徴とするワークピッキングシステム。

上記（１）の構成のピッキング用ワーク供給装置によれば、上部トレイを開状態にすることで、ワークを上部トレイから下部トレイ上に落下させることができる。このとき、ある程度の高さの落下によって、ワークのバラ積み状態をリセットすることができる。つまり、ワークのバラ積み状態を落下によって大幅に変化させることができる。したがって、再びピッキングできるワークを増やすことができ、ロスタイムを少なくしながら、ピッキング効率のアップを図ることができる。また、上部トレイから下部トレイにワークを落下させる操作を行うだけであるから、省スペースでの操作が可能である。

上記（２）の構成のピッキング用ワーク供給装置によれば、上部トレイを開いてワークを下部トレイに落下させた後に下部トレイを上昇させ、その状態で上部トレイを閉じて下部トレイを下降させることにより、落下によってリセットしたバラ積み状態のワークを上部トレイに乗り移らせることができる。したがって、バラ積み状態が大幅に変化したワークを上部トレイからピッキングすることができる。

上記（３）の構成のピッキング用ワーク供給装置によれば、直動駆動源を動作させることにより、ラックギヤやピニオンを介して、回動トレイを上下方向に回動させて、上部トレイを開閉することができる。そのため、簡単な機構で回動トレイを回動操作して、上部トレイを開状態あるいは閉状態にすることができる。

上記（４）の構成のピッキング用ワーク供給装置によれば、直動駆動源を動作させることにより、直動駆動源の可動部に軸支されて固定ラックギヤに噛合するピニオンを回転させることができ、それにより、可動ラックギヤを上下に動かして、水平バーに固定された下部トレイを昇降させることができる。そのため、簡単な機構で下部トレイを昇降させることができる。この場合、直動駆動源のストロークの２倍のストロークで可動ラックギヤを介して下部トレイを昇降させることができるので、コンパクトな構成を採用することができる。

上記（５）の構成のワークピッキングシステムによれば、三次元計測器の取得したデータにより、上部トレイにバラ積みされたワークの姿勢・位置を認識して、必要に応じてバラ積み状態をリセットして再びピッキング可能な状態にすることができる。

本発明によれば、バラ積みされたワークの位置と姿勢を大幅に変化させることができ、新たなバラ積み状態を生成してピッキング可能な状態にすることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るワークピッキングシステムの概略構成図である。 図２は、実施形態に係るピッキング用ワーク供給装置の動作説明図で、図２（ａ）～（ｅ）はワークのバラ積み状態を変化させるための動作の工程を示す図である。 図３は、ピッキング用ワーク供給装置の外観斜視図である。 図４は、ピッキング用ワーク供給装置の図３と反対方向から見た外観斜視図である。 図５は、ピッキング用ワーク供給装置の上部トレイが閉状態にあるときの構成およびその時の駆動機構の構成の斜視図である。 図６は、図５の状態のときの上部トレイ開閉機構の正面図である。 図７は、ピッキング用ワーク供給装置の上部トレイが開状態にあるときの構成およびその時の上部トレイ開閉機構の構成の斜視図である。 図８は、図７の状態のときの上部トレイ開閉機構の正面図である。 図９は、ピッキング用ワーク供給装置の下部トレイが下方位置にあるときの構成およびその時の下部トレイ昇降機構の構成の斜視図である。 図１０は、図９の状態のときの下部トレイ昇降機構の正面図である。 図１１は、ピッキング用ワーク供給装置の下部トレイが上方位置にあるときの構成およびその時の下部トレイ昇降機構の構成の斜視図である。 図１２は、図１１の状態のときの下部トレイ昇降機構の正面図である。 図１３は、図２（ａ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。 図１４は、図２（ｂ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。 図１５は、図２（ｃ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。 図１６は、図２（ｄ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。 図１７は、図２（ｅ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。 図１８は、従来のワークピッキングシステムの概略構成図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本実施形態に係るワークピッキングシステムの概略構成図、図２は、本実施形態に係るピッキング用ワーク供給装置の動作説明図で、図２（ａ）～（ｅ）はワークのバラ積み状態を変化させるための動作の工程を示す図である。また、図３は、ピッキング用ワーク供給装置の外観斜視図、図４は、図３と反対方向から見た外観斜視図である。

図１に示すように、ワークピッキングシステムＳは、収容容器６０の内部上方に上部トレイ１０、内部下方に下部トレイ２０を持つピッキング用ワーク供給装置１と、ピッキング用のロボットアーム２ａを有するロボット２と、ピッキング用ワーク供給装置１の上部トレイ１０の搭載部にバラ積みされたワークＷの位置と姿勢を計測する三次元計測器（例えばカメラ）３と、三次元計測器３で取得したバラ積みされた複数のワークＷの三次元情報から、ピッキングすべき１つのワークの位置・姿勢を認識する三次元姿勢認識装置４と、ロボット２の動作を制御するロボット制御装置７と、を備えている。ロボット２は、三次元姿勢認識装置４の認識した１つのワークの位置と姿勢とに基いて、当該ワークをロボットアーム２ａによりピッキングして所定の動作を行う。

ピッキング用ワーク供給装置１には、矢印Ａにより示す方向に開閉自在な上部トレイ１０と矢印Ｂに示す方向に昇降自在な下部トレイ２０の駆動機構（後述する上部トレイ開閉機構１１０と下部トレイ昇降機構１２０）を制御して所定のシーケンス動作を行わせる制御手段６が設けられている。三次元姿勢認識装置４は、ピッキング用ワーク供給装置１の上部トレイ１０上にピッキング可能であるワークがないと判定したときに、ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号を制御手段６に入力する。制御手段６は、このワークのバラ積み状態の変更を要求する信号の入力により、上部トレイ１０および下部トレイ２０を制御してワークのバラ積み状態を崩す所定の動作をさせる。図２（ａ）～（ｅ）は、この動作を順番に示している。

図２を用いて簡単に説明すると、通常時は、図２（ａ）に示すように、上部トレイ１０が閉状態に保持され、上部トレイ１０の上に複数のワークＷがバラ積み状態で搭載されており、この状態でロボットアーム２ａによるピッキングが行われている。そして、ピッキング可能なワークＷが上部トレイ１０上に無くなると、三次元姿勢認識装置４がそれを認識し、ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号を制御手段６に入力する。すると、制御手段６は、上部トレイ１０と下部トレイ２０とを次の工程順に動作制御する。

まず、図２（ｂ）に示すように、上部トレイ１０を開き操作（矢印Ａ２の動作）して、上部トレイ１０の搭載部上のワークＷを下部トレイ２０の搭載部上に落下させる。次に、図２（ｃ）に示すように、下部トレイ２０を上部トレイ１０の閉状態となる高さまで上昇させる（矢印Ｂ２の動作）。次に、図２（ｄ）に示すように、その状態で上部トレイ１０を閉じ操作する（矢印Ａ１の動作）。次に、図２（ｅ）に示すように、上部トレイ１０が閉じた状態で下部トレイ２０を下降させる（矢印Ｂ１の動作）、下部トレイ２０の搭載部上のワークＷを上部トレイ１０の搭載部上に乗り移らせる。これにより、図２（ａ）のように、上部トレイ１０上に生成された新たなバラ積み状態のワークＷに対してピッキングを行うことができる。

次に、ピッキング用ワーク供給装置１の構成および作用をより具体的に説明する。
図３および図４に示すように、ピッキング用ワーク供給装置１は、複数のワークＷをバラ積み可能な、上面が開放された矩形筒状の収容容器６０を有している。収容容器６０は、水平方向において互いに直交するＸ方向およびＹ方向のうち、Ｘ方向一方側Ｘ１と他方側Ｘ２に対向配置された一対の側壁６０ａ、６０ｂと、Ｙ方向一方側Ｙ１と他方側Ｙ２に対向配置された一対の側壁６０ｃ、６０ｄと、を有しており、下端がベースプレート６５に連結されている。

収容容器６０の内部の上方位置には上部トレイ１０が配置され、収容容器６０の内部の上部トレイ１０の下方位置には下部トレイ２０が配置されている。上部トレイ１０は、複数のワークＷをバラ積み状態で搭載可能な閉状態と、閉状態において搭載された複数のワークＷを落下させる開状態との間で開閉可能とされている。また、下部トレイ２０は昇降自在に配置されている。上部トレイ１０には上部トレイ開閉機構１１０が連結され、下部トレイ２０には下部トレイ昇降機構１２０が連結されている。

なお、上部トレイ開閉機構１１０は、図３に示すように、Ｙ方向に対向する一対の側壁６０ｃ、６０ｄのうち一方側Ｙ１の側壁６０ｃの外面に配置されている。また、下部トレイ昇降機構１２０は、図４に示すように、Ｙ方向に対向する側壁６０ｃ、６０ｄのうち他方側Ｙ２の側壁６０ｄの外面に配置されている。

図５は、上部トレイ１０が閉状態にあるときの構成およびその時の駆動機構の構成の斜視図、図６は、図５の状態のときの上部トレイ開閉機構１１０の正面図、図７は、上部トレイ１０が開状態にあるときの構成およびその時の上部トレイ開閉機構の構成の斜視図、図８は、図７の状態のときの上部トレイ開閉機構１１０の正面図である。また、図９は、下部トレイ２０が下方位置にあるときの構成およびその時の下部トレイ昇降機構１２０の構成の斜視図、図１０は、図９の状態のときの下部トレイ昇降機構１２０の正面図、図１１は、下部トレイ２０が上方位置にあるときの構成およびその時の下部トレイ昇降機構１２０の構成の斜視図、図１２は、図１１の状態のときの下部トレイ昇降機構１２０の正面図である。なお、収容容器６０の内部構造の理解を容易にするために、図５以降の図面においては収容容器６０の側壁の一部を適宜省略して示している。

図５～図８を用いて上部トレイ１０の構成および上部トレイ開閉機構１１０の構成を説明する。上部トレイ１０は、ワークＷの搭載部が櫛歯１１とスリット１２とを交互に配列した櫛歯状に形成されている。この上部トレイ１０は、収容容器６０の一対の対向側壁６０ａ、６０ｂに軸受ブロック１１６を介して軸支された回動軸１５にそれぞれ基端側側縁部１３が回動可能に連結され、図５に示すように水平位置にあるときに閉じ状態となり、図７に示すように水平位置より下方に約９０°回動したときに開き状態となる、両開き扉状の一対の回動トレイ１０Ａにより構成されている。なお、各回動トレイ１０Ａの基端側側縁部１３は、図４に示すように、一対の対向側壁６０ａ、６０ｂの開口部６２を通して収容容器６０外の回動軸１５に連結されている。

上部トレイ開閉機構１１０は、各回動軸１５に固定された一対のピニオン１１５と、該各ピニオン１１５に噛合する上下方向に延びる一対のラックギヤ１１４と、これら一対のラックギヤ１１４を連動動作するように連結する連結バー１１２と、連結バー１１２を上下方向に安定して案内するガイドレール１１３と、連結バーにロッド１１１ａの先端が連結されたエアシリンダ（直動駆動源）１１１と、を備えている。エアシリンダ１１１が動作すると、連結バー１１２が上下移動し、一対のラックギヤ１１４を介して一対のピニオン１１５が回転し、それにより、回動トレイ１０Ａが上下方向に回動して、上部トレイ１０が開閉動作する。

次に、図９～図１２を用いて下部トレイ２０の構成および下部トレイ昇降機構１２０の構成を説明する。下部トレイ２０は、上部トレイ１０に対し非干渉に昇降できるようにワークの搭載部が上部トレイ１０の櫛歯１１と交互となる櫛歯状に形成されている。即ち、下部トレイ２０は、ワークＷの搭載部が櫛歯２１とスリット２２とを交互に配列した櫛歯状に形成されているが、下部トレイ２０の櫛歯２１は、上部トレイ１０のスリット１２の位置に配置され、下部トレイ２０のスリット２２は、上部トレイ１０の櫛歯１１の位置に配置されている。これにより、下部トレイ２０が昇降動作する際に、下部トレイ２０と上部トレイ１０とが干渉しないようになっている。なお、下部トレイ２０の櫛歯２１は受皿状に屈曲している。また、櫛歯２１とスリット２２の配列方向の両端には端面板２３が設けられており、下部トレイ２０上のワークが収容容器６０の側壁６０ｃ、６０ｄとの間に挟まらないようになっている。

下部トレイ２０は、通常時は収容容器６０の内部の上部トレイ１０より下方位置に位置しており、上部トレイ１０が閉状態から開状態とされることにより落下させられた複数のワークＷを受ける。そしてその下方位置から上昇することで、搭載部上に受けた複数のワークＷを上部トレイ１０が閉状態とされる高さにまで持ち上げることができるようになっている。

下部トレイ２０は、下部トレイ２０の下面を横断し収容容器６０の側壁６０ｄに対して上下方向スライド自在に支持された水平バー２５に固定されている。そして、図９に示すように、下部トレイ昇降機構１２０は、水平バー２５に固定された上下方向に延びる可動ラックギヤ１２７と、この可動ラックギヤ１２７と平行に対向配置された上下方向に延びる固定ラックギヤ１２６と、上下方向に可動ブロック（可動部）１２２を変位させるエアシリンダ（直動駆動源）１２１と、可動ブロック１２２に回転自在に軸支され、回転中心を挟んで一方側の周面を可動ラックギヤ１２７に噛合させ、回転中心を挟んで他方側の周面を固定ラックギヤ１２６に噛合させたピニオン１２４と、で構成されている。可動ラックギヤ１２７は、スライドレール１２３に案内されて上下スライドするようになっており、固定ラックギヤ１２６は固定ブロック１２５に固定されている。なお、水平バー２５の片端は、収容容器６０のＹ方向他方側Ｙ２の側壁６０ｄに形成された上下方向に延びるスリット６１（図９参照）を通して、側壁６０ｄ外部の可動ラックギヤ１２７に連結されている。また、可動ブロック１２２は、図１１に示すように、エアシリンダ１２１のロッド１２１ａの先端に連結されている。

次に上部トレイ１０および下部トレイ２０の動作について説明する。
図５および図６に示すように、上部トレイ１０を閉状態にする場合は、直動駆動源であるエアシリンダ１１１のロッド１１１ａを矢印Ａ１１に示すように伸ばす。そうすると、連結バー１１２を介してラックギヤ１１４が上昇し（矢印Ａ１１）、ラックギヤ１１４に噛合するピニオン１１５が矢印Ａ１２の方向に回転し、一対の回動トレイ１０Ａが上方の水平位置まで回動して、上部トレイ１０が閉状態になる。

また、図７および図８に示すように、上部トレイ１０を開状態にする場合は、直動駆動源であるエアシリンダ１１１のロッド１１１ａを矢印Ａ２１に示すように縮める。そうすると、連結バー１１２を介してラックギヤ１１４が下降し（矢印Ａ２２）、ラックギヤ１１４に噛合するピニオン１１５が矢印Ａ２２方向に回転し、一対の回動トレイ１０Ａが下方の垂直位置まで回動して、上部トレイ１０が開状態になる。以上のように、簡単な機構で、一対の回動トレイ１０Ａを連動的に回動操作して、上部トレイ１０を開状態あるいは閉状態にすることができる。

また、図９および図１０に示すように、下部トレイ２０を下方位置に動作させる場合は、直動駆動源であるエアシリンダ１２１のロッド１２１ａを矢印Ｂ１１に示すように縮める。そうすると、可動ブロック１２２に軸支されて固定ラックギヤ１２６に噛合するピニオン１２４が矢印Ｂ１２の方向に回転し、それにより、可動ラックギヤ１２７が矢印Ｂ１３で示すように下降して、水平バー２５に固定された下部トレイ２０が矢印Ｂ１のように下降する。

また、図１１および図１２に示すように、下部トレイ２０を上方位置に動作させる場合は、直動駆動源であるエアシリンダ１２１のロッド１２１ａを矢印Ｂ２１に示すように伸ばす。そうすると、可動ブロック１２２に軸支されて固定ラックギヤ１２６に噛合するピニオン１２４が矢印Ｂ２２の方向に回転し、それにより、可動ラックギヤ１２７が矢印Ｂ２３で示すように上昇して、水平バー２５に固定された下部トレイ２０が矢印Ｂ２のように上昇する。

以上のように、簡単な機構で下部トレイ２０を昇降させることができる。この場合、エアシリンダ１２１のストロークの２倍のストロークで可動ラックギヤ１２７を介して下部トレイ２０を昇降させることができるので、コンパクトな構成の実現に寄与することができる。

図１３～図１７は、図２の各工程時の状態の詳細を示している。図１３は、図２（ａ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図、図１４は、図２（ｂ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図、図１５は、図２（ｃ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図、図１６は、図２（ｄ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図、図１７は、図２（ｅ）の工程時の詳細な状態を示す斜視図である。

これらの図に示すように、通常時は、図１３に示すように、上部トレイ１０が閉状態に保持され、上部トレイ１０の上に複数のワークＷがバラ積み状態で搭載されており、この状態でロボットアーム２ａによるピッキングが行われている。そして、ピッキング可能なワークＷが上部トレイ１０上に無くなると、三次元姿勢認識装置４がそれを認識することで、ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号を制御手段６に入力する。すると、制御手段６が、上部トレイ１０と下部トレイ２０を次の工程順に動作制御する。

まず、図１４に示すように、上部トレイ１０を開き操作（矢印Ａ２の動作）して、上部トレイ１０の搭載部上のワークＷ（図示省略）を下部トレイ２０の搭載部上に落下させる。次に図１５に示すように、下部トレイ２０を上部トレイ１０の閉状態となる高さまで上昇させる（矢印Ｂ２の動作）。そして、図１６に示すように、その状態で上部トレイ１０を閉じ操作する（矢印Ａ１の動作）。そして、図１７に示すように、上部トレイ１０が閉じた状態で下部トレイ２０を下降させ（矢印Ｂ１の動作）、下部トレイ２０の搭載部上のワークＷを上部トレイ１０の搭載部上に乗り移らせる。これにより、上部トレイ１０上に生成された新たなバラ積み状態のワークＷに対して再びピッキングを行うことができるようになる。

以上説明したように、本実施形態に係るピッキング用ワーク供給装置１によれば、上部トレイ１０に搭載した複数のワークＷの中にピッキングできるワークが無くなったときに、上部トレイ１０を開状態にすることで、ワークＷを上部トレイ１０から下部トレイ上に落下させ、このある程度の高さの落下によって、ワークＷのバラ積み状態をリセットすることができる。つまり、バラ積み状態のワークＷを落下によって大幅に変化させることができる。したがって、再びピッキングできるワークを増やすことができ、ロスタイムを少なくしながらピッキング効率のアップを図ることができる。また、上部トレイ１０から下部トレイ２０にワークＷを落下させる操作を行うだけであるから、省スペースでの操作が可能である。

また、本実施形態のワークピッキングシステムＳによれば、三次元計測器３の取得したデータにより、上部トレイ１０にバラ積みされたワークＷの姿勢・位置を認識して、必要に応じてバラ積み状態をリセットして再びピッキング可能な状態にすることができる。

ここで、上述した本発明の実施形態に係るピッキング用ワーク供給装置およびワークピッキングシステムの特徴をそれぞれ以下［１］～［５］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ バラ積みされたワーク（Ｗ）をロボットアーム（２ａ）によりピッキングするためのピッキング用ワーク供給装置（１）であって、
上面が開放された収容容器（６０）と、
前記収容容器（６０）の内部に配置され、複数のワーク（Ｗ）をバラ積み状態で搭載可能な閉状態と、閉状態において搭載された複数のワーク（Ｗ）を落下させる開状態との間で開閉可能であり、ワーク（Ｗ）の搭載部が櫛歯状に形成された上部トレイ（１０）と、
前記収容容器（６０）の内部に昇降可能に配置され、複数のワーク（Ｗ）の搭載部が前記上部トレイ（１０）の櫛歯と交互となる櫛歯状に形成され、通常時は前記上部トレイ（１０）より下方位置に位置して、前記上部トレイ（１０）が閉状態から開状態とされることにより落下させられた複数のワーク（Ｗ）を受けると共に、前記下方位置から上昇することで、当該搭載部上に受けた複数のワーク（Ｗ）を前記上部トレイが閉状態とされる高さにまで持ち上げる下部トレイ（２０）と、
前記上部トレイ（１０）を開閉させる上部トレイ開閉機構（１１０）と、
前記下部トレイ（２０）を昇降させる下部トレイ昇降機構（１２０）と、
前記上部トレイ開閉機構（１１０）および前記下部トレイ昇降機構（１２０）を制御して前記ワーク（Ｗ）のバラ積み状態を崩す所定の動作をさせる制御手段（６）と、
を備える、
ことを特徴とするピッキング用ワーク供給装置（１）。

［２］ 前記制御手段（６）が、
前記ワーク（Ｗ）のバラ積み状態の変更を要求する信号の入力により、
前記上部トレイ（１０）を開き操作して、前記上部トレイ（１０）の搭載部上のワーク（Ｗ）を前記下部トレイ（２０）の搭載部上に落下させる工程と、前記下部トレイ（２０）を前記上部トレイ（１０）の閉状態となる高さまで上昇させる工程と、その状態で前記上部トレイ（１０）を閉じ操作する工程と、前記上部トレイ（１０）が閉じた状態で前記下部トレイ（２０）を下降させることにより、前記下部トレイ（２０）の搭載部上のワーク（Ｗ）を前記上部トレイ（１０）の搭載部上に移らせる工程と、を順番に行わせる、
ことを特徴とする上記［１］に記載のピッキング用ワーク供給装置（１）。

［３］ 前記収容容器（６０）が矩形筒状に構成され、
前記上部トレイ（１０）が、
前記収容容器（６０）の一対の対向側壁（６０ａ、６０ｂ）に軸支された回動軸（１５）にそれぞれ基端側側縁部（１３）が上下方向回動可能に連結され、水平位置にあるときに閉じ状態となり、水平位置より下方に回動したときに開き状態となる両開き扉状の一対の回動トレイ（１０Ａ）により構成され、
前記上部トレイ開閉機構（１１０）が、
前記各回動軸（１５）に固定された一対のピニオン（１１５）と、
該各ピニオン（１１５）に噛合する上下方向に延びる一対のラックギヤ（１１４）と、
前記一対のラックギヤ（１１４）を連結する連結バー（１１２）と、
前記連結バー（１１２）を上下移動させることにより、前記一対のラックギヤ（１１４）を介して前記一対のピニオン（１１５）を回転させ、それにより前記上部トレイ（１０）を開閉操作する直動駆動源（１１１）と、
を備えている、
ことを特徴とする上記［１］または［２］に記載のピッキング用ワーク供給装置（１）。

［４］ 前記収容容器（６０）が矩形筒状に構成され、
前記下部トレイ（２０）が、該下部トレイ（２０）の下面を横断し前記収容容器（６０）の側壁（６０ｄ）に対して上下方向スライド自在に支持された水平バー（２５）に固定され、
前記下部トレイ昇降機構（１２０）が、
前記水平バー（２５）に固定された上下方向に延びる可動ラックギヤ（１２７）と、
前記可動ラックギヤ（１２７）と平行に対向配置された上下方向に延びる固定ラックギヤ（１２６）と、
上下方向に可動部（１２２）を変位させる直動駆動源（１２１）と、
前記直動駆動源（１２１）の可動部（１２２）に回転自在に軸支され、回転中心を挟んで一方側を前記可動ラックギヤ（１２７）に噛合させ他方側を前記固定ラックギヤ（１２６）に噛合させたピニオン（１２４）と、
を備えている、
ことを特徴とする上記［１］～［３］のいずれかに記載のピッキング用ワーク供給装置（１）。

［５］ 上記［１］～［４］のいずれかに記載のピッキング用ワーク供給装置（１）と、
前記ピッキング用ワーク供給装置（１）の上部トレイ（１０）の搭載部にバラ積みされた複数のワーク（Ｗ）の位置と姿勢を計測する三次元計測器（３）と、
前記三次元計測器（３）で取得した前記複数のワーク（Ｗ）の三次元情報から、ピッキングすべき１つのワーク（Ｗ）の位置および姿勢を認識する三次元姿勢認識装置（４）と、
認識した１つのワーク（Ｗ）の位置および姿勢に基いて、当該ワーク（Ｗ）をロボットアーム（２ａ）によりピッキングして所定の動作を行うロボット（２）と、を備え、
前記三次元姿勢認識装置（４）は、ピッキング可能であるワーク（Ｗ）がないと判定したときに、前記ワーク（Ｗ）のバラ積み状態の変更を要求する信号を前記制御手段（６）に入力する、
ことを特徴とするワークピッキングシステム（Ｓ）。

１ ピッキング用ワーク供給装置
２ ロボット
２ａ ロボットアーム
３ 三次元計測器
４ 三次元姿勢認識装置
６ 制御手段
１０ 上部トレイ
１０Ａ 回動トレイ
１１ 櫛歯
１２ スリット
１３ 基端側側縁部
１５ 回動軸
２０ 下部トレイ
２１ 櫛歯
２２ スリット
２５ 水平バー
６０ 収容容器
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ 側壁
１１０ 上部トレイ開閉機構
１１１ エアシリンダ（直動駆動源）
１１２ 連結バー
１１４ ラックギヤ
１１５ ピニオン
１２０ 下部トレイ昇降機構
１２１ エアシリンダ（直動駆動源）
１２２ 可動ブロック（直動駆動源の可動部）
１２４ ピニオン
１２６ 固定ラックギヤ
１２７ 可動ラックギヤ
Ｓ ワークピッキングシステム
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. バラ積みされたワークをロボットアームによりピッキングするためのピッキング用ワーク供給装置であって、
   上面が開放された収容容器と、
   前記収容容器の内部に配置され、複数のワークをバラ積み状態で搭載可能な閉状態と、閉状態において搭載された複数のワークを落下させる開状態との間で開閉可能であり、ワークの搭載部が櫛歯状に形成された上部トレイと、
   前記収容容器の内部に昇降可能に配置され、複数のワークの搭載部が前記上部トレイの櫛歯と交互となる櫛歯状に形成され、通常時は前記上部トレイより下方位置に位置して、前記上部トレイが閉状態から開状態とされることにより落下させられた複数のワークを受けると共に、前記下方位置から上昇することで、当該搭載部上に受けた複数のワークを前記上部トレイが閉状態とされる高さにまで持ち上げる下部トレイと、
   前記上部トレイを開閉させる上部トレイ開閉機構と、
   前記下部トレイを昇降させる下部トレイ昇降機構と、
   前記上部トレイ開閉機構および前記下部トレイ昇降機構を制御して前記ワークのバラ積み状態を崩す所定の動作をさせる制御手段と、
   を備える、
   ことを特徴とするピッキング用ワーク供給装置。
2. 前記制御手段が、
   前記ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号の入力により、
   前記上部トレイを開き操作して、前記上部トレイの搭載部上のワークを前記下部トレイの搭載部上に落下させる工程と、前記下部トレイを前記上部トレイの閉状態となる高さまで上昇させる工程と、その状態で前記上部トレイを閉じ操作する工程と、前記上部トレイが閉じた状態で前記下部トレイを下降させることにより、前記下部トレイの搭載部上のワークを前記上部トレイの搭載部上に移らせる工程と、を順番に行わせる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のピッキング用ワーク供給装置。
3. 前記収容容器が矩形筒状に構成され、
   前記上部トレイが、
   前記収容容器の一対の対向側壁に軸支された回動軸にそれぞれ基端側側縁部が上下方向回動可能に連結され、水平位置にあるときに閉じ状態となり、水平位置より下方に回動したときに開き状態となる両開き扉状の一対の回動トレイにより構成され、
   前記上部トレイ開閉機構が、
   前記各回動軸に固定された一対のピニオンと、
   該各ピニオンに噛合する上下方向に延びる一対のラックギヤと、
   前記一対のラックギヤを連結する連結バーと、
   前記連結バーを上下移動させることにより、前記一対のラックギヤを介して前記一対のピニオンを回転させ、それにより前記上部トレイを開閉操作する直動駆動源と、
   を備えている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のピッキング用ワーク供給装置。
4. 前記収容容器が矩形筒状に構成され、
   前記下部トレイが、該下部トレイの下面を横断し前記収容容器の側壁に対して上下方向スライド自在に支持された水平バーに固定され、
   前記下部トレイ昇降機構が、
   前記水平バーに固定された上下方向に延びる可動ラックギヤと、
   前記可動ラックギヤと平行に対向配置された上下方向に延びる固定ラックギヤと、
   上下方向に可動部を変位させる直動駆動源と、
   前記直動駆動源の可動部に回転自在に軸支され、回転中心を挟んで一方側を前記可動ラックギヤに噛合させ他方側を前記固定ラックギヤに噛合させたピニオンと、
   を備えている、
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のピッキング用ワーク供給装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のピッキング用ワーク供給装置と、
   前記ピッキング用ワーク供給装置の上部トレイの搭載部にバラ積みされた複数のワークの位置と姿勢を計測する三次元計測器と、
   前記三次元計測器で取得した前記複数のワークの三次元情報から、ピッキングすべき１つのワークの位置および姿勢を認識する三次元姿勢認識装置と、
   認識した１つのワークの位置および姿勢に基いて、当該ワークをロボットアームによりピッキングして所定の動作を行うロボットと、を備え、
   前記三次元姿勢認識装置は、ピッキング可能であるワークがないと判定したときに、前記ワークのバラ積み状態の変更を要求する信号を前記制御手段に入力する、
   ことを特徴とするワークピッキングシステム。

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