【入門編】ピックアンドプレース用ロボットで使うセンサー

ロボットの画像設計
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こんにちは!

今回はピックアンドプレースをするためにはどんなセンサーが必要なのか、ロボットアームで箱の中に何か物を入れるという動作を題材に考えていきます。

箱の中に物を入れるのなんかセンサなんか使わなくても簡単にできますよ!って言われそうですが果たしてそうでしょうか。

大きな箱に小さなものを1つ入れることができれば良いという条件ならティーチングして物を掴んで箱の中で離すような処理をすればいいですよね。

でも例えば箱より少しだけ小さいものを箱の中に入れる場合はどうですか?100mm四方の箱に98mm角の四角い積み木を入れるようなイメージです。難易度がグンと上がったと思いませんか?ロボットはかなり精度がいいのでこのぐらいでもティーチングだけで何とかなる場合もあります。

では、箱の位置が都度変わるような場合はどうでしょうか?こんな時にはセンサーを使いましょう。どうすればいいか考えて行きましょう!

センサーってどういうものか知りたい方は以下の記事をどうぞ!

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ロボットには感覚がない

ロボットは何も感じないって当たり前じゃない?機械だもの。

それはそうなんですが、そういうことでは無いんです笑

例えばロボットは目が見えないという例えを聞いたことがありませんか?

完成されたシステムのロボットはまるで目が見えて自分で物事を判断して動いているように見えます。でも実際は何も分かっていません。プログラムで決まった位置に移動し、決まった動作をしているだけなんてこともあります。

例えば安価なロボット掃除機は部屋の中を把握しながら掃除しているようで実はひたすらランダムに走り回っているだけのものが多いです。

しかしそれでは状況に合わせた動作やもっと複雑な作業、無駄のない効率的な動きができません。

人間や他の生き物のように周りの状況を把握したり、動作のタイミングを測ったりするために必要なのがセンサーです。

ロボットを精度良く複雑に動作させるにはセンサが欠かせないのです。

ロボットを制御するためのセンサー

では、ロボットでピックアンドプレースをするにはどんなセンサーが必要なのか見ていきましょう!

ワークの位置を特定するセンサー

まずはどこにワークがあるのか特定できないと取りに行くことができませんよね。

位置決めや他の搬送機構でワークの位置が決まるのであればセンサーは不要ですが、ワークが複数種類ある場合や位置決め機構を設けられないような場合はセンサーが必要になります。

ワークの位置を特定する用途に使えるセンサーはリミットスイッチや光電センサ、ビジョンセンサなどがあります。

複数の場所にあるワークの中心を確実に取りたいような場合はビジョンセンサがおすすめです。オンハンドで使用するとピックの位置でもプレースの位置でも使用することもできます。

ただし、ビジョンセンサは高額ですし、形が定まらないような物や光沢のあるものの識別は難易度が高いです。

ビジョンセンサで安定して物を撮像するコツは下記記事を参考にどうぞ

ワークを掴んでいることを検出するセンサー

ワークを見つけて取りに行ったとしてもちゃんと掴めているかわかりません。最初は掴めていても途中で落としてしまう可能性もあります。

そこでワークを掴んでいることを検出するセンサーが必要になるんです。

重量を検出する荷重センサーや力覚センサーがあります。

他にも掴んだ状態のワークとの距離で有無を認識する光電センサー、吸着パッドの場合は圧力センサーで真空圧を見るような手段を取ります。

ワークを目的地に置くタイミングを測るセンサー

ワークを目的地に置く場合、目的地に他のワークがないか確認する必要があります。もし他のワークがあるのにワークを持っていくとワークに傷がついたり、機器が故障してしまったりする可能性があるので注意しましょう。

この場合は有無の検知ができれば良いので光電センサーや近接センサーなどの安価なセンサーでも十分対応できます。重量検知でもいけますね。

コンベヤや装置に置く場合は装置側から移動させたという合図をI/Oでやりとりするのもよく使う手段です。この場合、装置がセンサーの代わりになります。

有るか無いかの判定なので手段はたくさんあります。

ピックアンドプレースの具体例

以上のようなことを頭に置きつつ、最初にお話ししたようにロボットアームで箱の中に何か物を入れるという動作について具体的に考えていきます。

前提として以下のようにします。

  • 箱と積み木は人の手で同じ台の上に置いてある
  • 積み木は直方体で3つでサイズ
  • ロボットのハンドは吸着パッド
  • ロボットは垂直多関節ロボット
  • 落下は検出

他の細かい部分はいいように解釈してください笑

以下のような流れのロボットシステムを組んでいきましょう。

  1. 箱の位置を検出する
  2. 積み木の位置を検出する
  3. 積み木を掴む
  4. 箱の中の積み木を置く位置を検出する
  5. 箱に当たらないように積み木を入れる
  6. 2〜5を繰り返す

さてこの動きを実現するにはどこにどんなセンサーを使えばいいのでしょうか。今回はイメージしやすいようコストなどは考えずにできるだけシンプルに考えたいと思います。

位置の検出や有無はビジョンセンサでまとめて判定できますね。

ワークの把持の検出は吸着パッドなので圧力センサーでもいいですし、力覚センサでもいいですね。コストを抑えたいのであれば近接センサーでも対応できると思います。

どうでしょうか?何となくピックアンドプレースのイメージがついてきたのではないでしょうか。

これからもロボットや自動化の参考になる記事を作成していきますので乞うご期待を!

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