JP2010006510A - ピッキング装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物品の高さ方向位置をほとんど考慮することなく、最上段物品を取り出すことができ、これにより、安定してかつ短時間で物品を取り出すことができるようにする。
【解決手段】台３に積載された物品１を台３から取り出すピッキング装置１０であって、台３には物品１が上下複数段に積まれており、上下複数段の物品１のうち最上段にある最上段物品１の高さが、所定の物品取出高さＨに位置しているかを検出する高さ検出器５と、台３を昇降させ、台３の昇降中に最上段物品１の高さが物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、台３の昇降を停止する昇降装置７と、物品取出高さＨに位置する最上段物品１を台３から取り出す取出装置９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、台に積載された物品を台から取り出すピッキング装置と方法に関する。

ピッキング装置において、パレットなどの台に物品が上下複数段に積まれている場合には、最上段の物品（最上段物品という）を台から取り出して所定の場所に移載する。そのために、最上段物品の高さ方向位置を認識する必要がある。例えば、水平方向の複数箇所において物品が異なる段数で上下複数段に積まれている場合に、高い位置にある最上段物品も、低い位置にある最上段物品も、精度よく把握または認識して、これら最上段物品の取出動作を行う必要がある。

そのための技術が、例えば下記特許文献１、２に記載されている。
特許文献１では、パレット上の物品を認識する撮像手段を複数設け、これら複数の撮像手段の焦点距離を互いに異なるようにしている。この構成で、最上段の箱体（物品）の高さに応じて、使用する撮像手段を切り換えている。これにより、最上段物品を精度よく把握または認識することができる。
特許文献２では、パレット上の物品を認識する撮像手段に自動ズーム機能を付加し、自動ズーム機能により最上段物品の撮像データの大きさを調整し一定としている。この構成で、正確な撮像データを得るようにしている。これにより、最上段物品を精度よく把握または認識することができる。
特開平７−２９９７８２号公報 特開２００２−１３９１３号公報

特許文献１の場合、より多くの撮像手段を必要とするため、撮像手段のメンテナンス等に多くの時間を費やしてしまう。また、撮像手段を選択するために、ある程度精度ある物品の最上段高さデータを取得する必要がある。

特許文献２の場合、自動ズーム機能を持つ撮像手段は高価であり、最上段物品を精度よく把握または認識するために、ズーム動作を含めた複数な処理を行う必要がある。

このように、特許文献１、２では、物品の高さ方向位置を考慮して、最上段物品を取り出す処理を行っており、撮像手段選択処理や自動ズーム処理などに時間がかかる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、特許文献１、２との異なる手段により、物品の高さ方向位置をほとんど考慮することなく、最上段物品を取り出すことができ、これにより、安定してかつ短時間で物品を取り出すことができるピッキング装置と方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、台に積載された物品を前記台から取り出すピッキング装置であって、
前記台には物品が上下複数段に積まれており、
前記上下複数段の物品のうち最上段にある最上段物品の高さが、所定の物品取出高さに位置しているかを検出する高さ検出器と、
前記台を昇降させ、前記台の昇降中に最上段物品の高さが前記物品取出高さに位置することを前記高さ検出器が検知すると、前記台の昇降を停止する昇降装置と、
前記物品取出高さに位置する最上段物品を前記台から取り出す取出装置と、を備える、ことを特徴とするピッキング装置が提供される。

上述の本発明のピッキング装置では、台に上下複数段に積まれた物品のうち最上段物品を取り出す場合に、前記昇降装置が台を昇降させている時に、最上段物品の高さが前記物品取出高さに位置することを前記高さ検出器が検知すると、前記昇降装置は台の昇降を停止させ、この状態で取出装置９は最上段物品１の高さにある当該最上段物品１を取り出す。従って、取出装置は、物品の高さ方向位置をほとんど考慮することなく、最上段物品を取り出すことができ、これにより、安定してかつ短時間で物品を取り出すことができる。
例えば、取出装置が取出動作を行う取出動作実行装置を有する場合に、取出動作実行装置の上下方向に関する動作幅が狭くなるので、タスク速度が上がるとともに、取出機構を安価にすることができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記取出装置は、
前記物品取出高さに位置する最上段物品を含む領域の画像データを取得する撮像装置と、
前記画像データに対して画像処理を行うことで、最上段物品の認識データを取得する物品認識装置と、
前記認識データに基づいて、最上段物品を前記台から取り出す取出動作実行装置と、を備える。

このように、画像データから最上段物品の認識データを取得する場合に、画像データにおける最上段物品は一定の物品取出高さに位置しているので、次の（１）〜（５）の効果が得られる。
（１）画像処理のキャリブレーションにおいて、高さ方向をほとんど考慮する必要がなくなる。
（２）台上の物品の積載箇所が決まっている場合には、最上段物品の位置は常にほぼ同じ位置にあるので、画像処理を行う画像データの範囲をほぼ一定に定めることができ、これにより、画像処理時間を短縮することができる。
（３）一定の照明条件の下で、画像データを取得することができ、これにより、画像処理が安定する。
（４）撮像装置が前記台の上方から鉛直方向に前記領域を撮像することで、同一水平面内に複数の最上段物品が配置されている場合であっても、自動ズーム機能や複数の撮像装置を必要とせずに、画像データ内における複数の最上段物品を精度よく認識することができる。
（５）最上段物品の位置は常にほぼ同じ位置にあるので、取出動作実行装置が最上段物品を取り出すときに取出機構の位置がずれることで、最上段物品を取り損なうことがなくなるので、ピッキング装置の移動効率が向上する。

また、本発明によると、上述のピッキング装置を用いた物品のピッキング方法であって、
（Ａ）前記物品取出高さに位置する最上段物品を前記取出装置により前記台から取り出し、
（Ｂ）前記（Ａ）が完了すると、前記昇降装置は、前記台を上昇させ、前記台の上昇中に新たな最上段物品の高さが前記物品取出高さに位置することを前記高さ検出器が検知すると、前記台の昇降を停止させ、
（Ｃ）前記取出装置が所望の個数だけ最上段物品を取り出すまで、前記（Ａ）と（Ｂ）を順に繰り返す、ことを特徴とするピッキング方法が提供される。

このように、前記（Ａ）と（Ｂ）を順に繰り返すので、最上段物品を所望の数だけ取り出す場合に、常に一定の物品取出高さに位置する最上段物品を取り出すことができる。従って、安定した取出動作により、所望の数だけ最上段物品を取り出すことができる。

上述した本発明によると、物品の高さ方向位置をほとんど考慮することなく、最上段物品を取り出すことができ、これにより、安定してかつ短時間で物品を取り出すことができる。

本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態によるピッキング装置１０の構成図である。ピッキング装置１０は、台３に積載された物品１を台３から取り出す装置である。台３は昇降可能であり、該台３には物品１が上下複数段に積まれている。
本実施形態では、水平方向に関する複数箇所において、物品１が上下複数段に台３に積まれている。図１において、左右方向の３箇所において物品１を上下複数段に積んだものを、紙面と垂直な方向に３列設けている。即ち、この例では、３×３＝９箇所において、物品１が上下複数段に台３に積まれている。
ピッキング装置１０は、高さ検出器５、昇降装置７および取出装置９を備える。

高さ検出器５は、前記上下複数段の物品１のうち最上段にある物品（以下、最上段物品１という）の高さが、所定の物品取出高さＨに位置しているかを検出する。

昇降装置７は、台３を昇降させ、台３の昇降中に最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、台３の昇降を停止する。

取出装置９は、高さ検出器５と昇降装置７により最上段物品１が物品取出高さＨにされた状態において、当該最上段物品１を台３から取り出す。

本実施形態によるピッキング装置１０について、より詳細に説明する。

高さ検出器５は、図１の例では、所定の物品取出高さＨにおいて水平方向にレーザ光を照射するレーザ照射部５ａと、このレーザ光が物品取出高さＨにある物品１で反射した反射レーザ光を検知するレーザ検知部５ｂとを有する。レーザ照射部５ａは、作動している状態では、鉛直軸の回りに高速で揺動するようになっており、これにより図１の紙面と垂直な方向の複数箇所において最上段物品１を検知できる。最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨより低い状態から台３が上昇し、この上昇中に前記反射レーザ光をレーザ検知部５ｂが検知した時に、高さ検出器５は、最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨに位置する旨の検知信号を出力する。
なお、本発明によると、高さ検出器５は、最上段物品１の高さが、所定の物品取出高さＨに位置しているかを検出でき、前記検知信号を出力する装置であれば、他の構成であってもよい。例えば、高さ検出器５は、台３の上方に配置された３次元レーザ距離センサや２つの撮像装置を用いた装置であってもよい。３次元レーザ距離センサの場合には、物品１が凹凸のある上面を有していても、最上段物品１が物品取出高さＨに位置しているかを精度よく検出できる。２つの撮像装置を用いた装置では、台３が視野に入るように同一水平面上に間隔をおいて２つの撮像装置が台３の上方に配置され、それぞれが撮像した画像内における最上段物品１の位置の差に基づいて、最上段物品１の高さを検出する。

昇降装置７は、図１の例では、バネやシリンダを使用したパンタグラフ形式の装置であるが、他の構成のものであってもよい。例えば、サーボモータの回転運動を昇降運動に変換して台３を昇降させる装置や、空圧シリンダや油圧シリンダを用いて台３を昇降させる装置や、他の適切な装置であってもよい。昇降装置７は、台３を昇降させる動作を行い駆動源を含む昇降機構７ａと、昇降機構７ａの動作を制御する制御部７ｂとを有する。制御部７ｂは、高さ検出器５から前記検知信号を受けると、昇降機構７ａの昇降（図１の例では、上昇）を停止する制御を行う。図１では、昇降機構７ａは、台３が積載される昇降ステージ１１を有する。

取出装置９は、図１の例では、撮像装置１３、物品認識装置１５および取出動作実行装置１７を有する。
撮像装置１３は、前記物品取出高さＨに位置する最上段物品１を含む領域の画像データを取得する。撮像装置１３は、台３の上方において一定位置に固定され、かつ、鉛直方向に向けられ、上方から前記領域を撮像する。撮像装置１３は、ＣＣＤカメラであってよい。
物品認識装置１５は、前記画像データに対して画像処理を行うことで、最上段物品１の認識データを取得する。認識データは、前記物品取出高さＨでの水平面における最上段物品１の位置および向き（姿勢）に関するデータである。撮像装置１３と物品取出高さＨとの鉛直方向の距離は一定であり、物品認識装置１５は、画像データの一定範囲（例えば、台３の上面に相当する範囲）に対して前記画像処理を行う。この例では、台３に積載される複数の物品１は、同じ寸法と形状（例えば直方体）を有する。この場合、物品認識装置１５は、前記画像処理により、前記画像データ内の最上段物品１の寸法と形状に関する寸法・形状データを抽出し、この寸法・形状データと照合用基準データとを照合することで、両者が一致すれば当該最上段物品１を認識し、その認識データを得る。照合用基準データは、物品取出高さＨにある最上段物品１を含む前記画像データを撮像装置１３が取得した場合に、この画像データでの当該最上段物品１の寸法と形状に関する基準データである。従って、画像データにおいて高さが異なる最上段物品１は寸法が異なるので、高さが異なる複数の最上段物品１が画像データに含まれている場合にも、物品取出高さＨにある最上段物品１のみを認識することができる。なお、物品取出高さＨに複数の最上段物品１が存在する場合には、当該各最上段物品１毎に認識データを取得する。
取出動作実行装置１７は、前記認識データに基づいて、最上段物品１を台３から取り出す。この例では、取出動作実行装置１７は制御部１７ａと、駆動源を含む取出機構１７ｂとからなり、制御部１７ａは、前記認識データに基づいて、取出機構１７ｂが最上段物品１を台３から所定の場所へ移載するように取出機構１７ｂを制御する。なお、物品取出高さＨに複数の最上段物品１が存在する場合には、制御部１７ａは、複数の前記認識データに基づいて、取出機構１７ｂがこれら最上段物品１を台３から所定の場所へ１つずつ移載し又はこれら最上段物品１の複数個を同時に台３から所定の場所へ移載するように取出機構１７ｂを制御する。なお、取出機構１７ｂは、例えば、先端に最上段物品１を把持（例えば吸着）する把持部と、複数の関節とを有するロボットアームであってよい。

台３は昇降装置７の昇降ステージ１１へ積載されるパレットである。複数の物品１を載せたパレット３は、コンベヤ１９で昇降ステージ１１上へ搬送されてよい。図２は、この場合の構成を示す。図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。図２に示すように、コンベヤ１９は、間隔をおいて平行に配置される１対の駆動機構２１を有し、各駆動機構２１は、回転駆動される複数の歯車２１ａとこれら歯車２１ａに噛み合い歯車２１ａと連動して回転する無端状ベルト２１ｂとを有する。昇降される昇降ステージ１１は、１対の駆動機構２１の間隔よりも小さい寸法を有し、１対の駆動機構２１の間に位置する。コンベヤ１９から昇降ステージ１１へパレット３を引き渡す動作は次のように行われる。図２のように昇降ステージ１１がコンベヤ１９よりも下方へ下降させられ、かつ、昇降ステージ１１の上方位置にパレット３をコンベヤ１９により搬送する。この状態から昇降ステージ１１を上昇させることで、パレット３がコンベヤ１９から昇降ステージ１１へ引き渡される。なお、コンベヤ１９の高さは、物品取出高さＨよりも低い。

図３は、上述した実施形態によるピッキング装置１０を用いたピッキング方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、物品１が上下複数段に積まれている台３（パレット３）を昇降装置７の昇降ステージ１１へ載せる。この動作は、例えば、上述した図２の構成で行われてよい。
ステップＳ２において、昇降装置７は、台３を昇降させ、台３の昇降中に最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、台３の昇降を停止させる。これにより、最上段物品１が物品取出高さＨに位置する。なお、この例では、ステップＳ１の完了時点における最上段物品１の高さが、物品取出高さＨよりも低いので、ステップＳ２において台３を上昇させるが、ステップＳ１の完了時点における最上段物品１の高さが物品取出高さＨよりも高い場合にはステップＳ２において台３を下降させる。この場合コンベア１９とパレット３とが干渉しない位置に移動させる必要が生じるので、コンベヤ１９の高さは最上段物品１の高さ以下であることが望ましい。なお、台３の複数箇所に物品１が上下複数段に積まれている場合には、ステップＳ２において、複数の最上段物品１のうち最も高く位置する最上段物品１が前記物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、台３の昇降を停止させる。
ステップＳ３において、前記物品取出高さＨに位置する最上段物品１を台３から所定の場所へ取り出す処理および動作を取出装置９が行う。具体的には、撮像装置１３により前記画像データを取得し、該画像データから物品取出高さＨに位置する最上段物品１の認識データを物品認識装置１５により取得し、該認識データに基づいて、取出動作実行装置１７が前記物品取出高さＨに位置する最上段物品１を台３から所定の場所へ取り出す。なお、前記物品取出高さＨに位置する最上段物品１が複数ある場合には、これら最上段物品１を台３から所定の場所へ１つずつ取り出し、または、これら最上段物品１の複数個を同時に台３から所定の場所へ取り出す。
ステップＳ４において、台３から取り出した最上段物品１の合計数が所望の数に達した場合には、ピッキング動作を終了する。一方、台３から取り出した最上段物品１の合計数が所望の数に達していない場合には、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５において、昇降装置７は、台３を上昇させ、台３の上昇中に新たな最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、台３の昇降を停止させる。これにより、次の最上段物品１が物品取出高さＨに位置する。ステップＳ５が完了したらステップＳ３へ戻る。
このように、取出装置９が所望の個数だけ最上段物品１を取り出すまで、ステップ３とステップＳ５を順に繰り返す。

なお、ステップＳ３〜Ｓ５を自動で行ってもよい。この場合、ステップＳ２が完了すると、その旨を示す信号が取出装置９へ入力される。これにより、取出装置９はステップＳ３を開始し、ステップＳ３が完了すると、ピッキング装置１０の制御装置２３が、前記所望の数とステップＳ３で取り出した最上段物品１の合計数とを比較することでステップＳ５の判断を行う。その結果、前記所望の数に達していないと判断した場合には、制御装置２３はステップＳ５を行う旨の信号を昇降装置７へ出力する。これにより、ステップＳ５が開始され、ステップＳ５が完了すると、その旨を示す信号が取出装置９へ入力される。これにより、取出装置９はステップＳ３を再び開始する。以後、同様の処理・動作を繰り返す。なお、前記所望の数は制御装置２３に記憶されており、前記合計数は、ステップＳ３での取出装置９の処理・動作に基づいて制御装置２３により自動的にカウントされる。
一方、ステップＳ３〜Ｓ５の開始を手動で行ってもよい。この場合、ステップＳ２の完了後、人が所定の操作装置を操作することで、取出装置９はステップＳ３を開始し、ステップＳ４の完了後、人がステップＳ５の判断を行う。その結果、前記所望の数に達していない場合には、人が操作装置を操作することで、ステップＳ５が開始される。ステップＳ５の完了後、人が操作装置を操作することで、取出装置９はステップＳ３を再び開始する。以後、同様の処理・動作を繰り返す。

上述の本発明の実施形態によるピッキング装置１０では、台３に上下複数段に積まれた物品１のうち最上段物品１を取り出す場合に、昇降装置７が台３を昇降させている時に、最上段物品１の高さが前記物品取出高さＨに位置することを高さ検出器５が検知すると、昇降装置７は台３の昇降を停止させ、この状態で取出装置９は最上段物品１の高さにある当該最上段物品１を取り出す。従って、取出装置９は、物品１の高さ方向位置をほとんど考慮することなく、最上段物品１を取り出すことができ、これにより、安定してかつ短時間で物品１を取り出すことができる。
例えば、取出機構１７ｂの上下方向に関する動作幅が狭くなるので、タスク速度が上がるとともに、取出機構１７ｂを安価にすることができる。

また、撮像装置１３により得られた画像データから最上段物品１の認識データを取得する場合に、画像データにおける最上段物品１は常に一定の物品取出高さＨに位置しているので、次の（１）〜（５）の効果が得られる。
（１）画像処理のキャリブレーションにおいて、高さ方向をほとんど考慮する必要がなくなる。
（２）台３上の物品の積載箇所が決まっている場合には、最上段物品１の位置は常にほぼ同じ位置にあるので、画像処理を行う画像データの範囲をほぼ一定に定めることができ、これにより、画像処理時間を短縮することができる。
（３）一定の照明条件の下で、画像データを取得することができ、これにより、画像処理が安定する。
（４）撮像装置１３が台３の上方から鉛直方向に前記領域を撮像することで、同一水平面内に複数の最上段物品１が配置されている場合であっても、自動ズーム機能や複数の撮像装置１３を必要とせずに、画像データ内における複数の最上段物品１を精度よく認識することができる。
（５）最上段物品１の位置は常にほぼ同じ位置にあるので、取出動作実行装置１７が最上段物品１を取り出すときに取出機構１７ｂの位置がずれることで、最上段物品１を取り損なうことがなくなるので、ピッキング装置１０の移動効率が向上する。

さらに、ステップＳ３とステップＳ５を順に繰り返すので、最上段物品１を所望の数だけ取り出す場合に、常に一定の物品取出高さＨに位置する最上段物品１を取り出すことができる。従って、安定した取出動作により、所望の数だけ最上段物品１を取り出すことができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施形態によるピッキング装置の構成図である。 コンベヤでパレットを搬送する場合の構成図である。 本発明の実施形態によるピッキング方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 物品、３ 台（パレット）、５ 高さ検出器、５ａ レーザ照射部、５ｂ レーザ検知部、７ 昇降装置、７ａ 昇降機構、７ｂ 制御部、９ 取出装置、１０ ピッキング装置、１１ 昇降ステージ、１３ 撮像装置、１５ 物品認識装置、１７ 取出動作実行装置、１７ａ 制御部、１７ｂ 取出機構、１９ コンベヤ、２１ 駆動機構、２１ａ 歯車、２１ｂ 無端状ベルト、２３ 制御装置、Ｈ 物品取出高さ、

Claims (3)

1. 台に積載された物品を前記台から取り出すピッキング装置であって、
   前記台には物品が上下複数段に積まれており、
   前記上下複数段の物品のうち最上段にある最上段物品の高さが、所定の物品取出高さに位置しているかを検出する高さ検出器と、
   前記台を昇降させ、前記台の昇降中に最上段物品の高さが前記物品取出高さに位置することを前記高さ検出器が検知すると、前記台の昇降を停止する昇降装置と、
   前記物品取出高さに位置する最上段物品を前記台から取り出す取出装置と、を備える、ことを特徴とするピッキング装置。
2. 前記取出装置は、
   前記物品取出高さに位置する最上段物品を含む領域の画像データを取得する撮像装置と、
   前記画像データに対して画像処理を行うことで、最上段物品の認識データを取得する物品認識装置と、
   前記認識データに基づいて、最上段物品を前記台から取り出す取出動作実行装置と、を備える、請求項１に記載のピッキング装置。
3. 請求項１または２に記載のピッキング装置を用いた物品のピッキング方法であって、
   （Ａ）前記物品取出高さに位置する最上段物品を前記取出装置により前記台から取り出し、
   （Ｂ）前記（Ａ）が完了すると、前記昇降装置は、前記台を上昇させ、前記台の上昇中に新たな最上段物品の高さが前記物品取出高さに位置することを前記高さ検出器が検知すると、前記台の昇降を停止させ、
   （Ｃ）前記取出装置が所望の個数だけ最上段物品を取り出すまで、前記（Ａ）と（Ｂ）を順に繰り返す、ことを特徴とするピッキング方法。

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