JP2010520076A - 対象物を認識、回収および再配置する方法および装置 - Google Patents

Abstract

事前に規定されてない寸法特性を有し、支持面（２）上に配置される対象物（１）を認識、回収および再配置する方法は、グリッパ集合体（３０）により実行される。前記グリッパ集合体（３０）は少なくとも、荷役する対象物（１）に対する長さ方向の動作方向、前記対象物（１）に対して接近／分離する方向、および前記対象物（１）に対して高度を調節する方向に可動である。前記グリッパ集合体（３０）はコンピュータ制御の制御装置により制御される。前記方法は、前記制御装置に格納される位置情報に基づいて、前記グリッパ集合体（３０）が前記対象物（１）に略設定されて接近する工程を備える、対象物（１）に接近および認識する工程と、前記グリッパ集合体（３０）のフィンガ（３５、３６）のうち少なくとも１個の近傍に配置される定時距離計測手段（５０）および前記対象物の奥行を識別し、前記フィンガ（３５、３６）の先端に配置される、前記対象物（１）の存在を検出するセンサ手段（５５）による前記グリッパ集合体（３０）の一連の動作により実行される垂直方向の三次元走査により前記対象物（１）の外形を識別する工程と、前記対象物（１）を把持する工程と、前記対象物（１）の持上げおよび移動動作を備える、前記対象物（１）を回収する工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物の自動荷役機器および装置に関する技術分野に属する。

詳細には、本発明は異なる形状、寸法、重量および硬度を有する様々な対象物を認識、回収および再配置する方法に関する。本発明はまた、上記のような対象物を認識、収集および（必要に応じて）再配置し、詳細には自動小売店、大型店等を管理するためのロボット機器における動作に適合する装置に関する。

先行技術によれば、工業分野もしくは物流分野、および自動販売の分野において、対象物の荷役は一般的にＡＳＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｔｏｒａｇｅａｎｄ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ：自動格納回収）システム、すなわち、対象物を荷役するためのロボット装置を特に備える、受取／格納および回収／分配するためのコンピュータ制御システムにより行われる。上述のタイプの装置は、大型および中型システムにおいては自走式ベースに実装されていてもよく、小型システムにおいては様々な自由度で制御されるアーム、もしくはその他の公知の動作制御手段により可動化してもよい。例えば、一般的に小型の対象物（医療品、ビデオカセット、ＤＶＤ等）を販売および貸与するための様々な種類の自動販売機は小型の対象物用のＡＳＲシステムに分類される。

一般に、ＡＳＲシステムによる荷役装置は以下の条件に基づく。

イ）取扱う対象物の容量は事前に分かっており、例えば標準寸法のパレットもしくはプラスチック製コンテナ等の「荷役仲介部材」を有していてもよい

ロ）格納用構造体は荷役する対象物の容量に適合する空間を提供するようなされ、また、必要に応じて対象物の荷役仲介部材を収容するよう構成される。

上述の条件は全て、上記システムの規格および利用における柔軟性を非常に低下させ、例えば製品流通チェーンの最終段階における自動化等、動作条件によっては上記システムが使用不可となる原因となる。動作条件によっては、荷役する対象物は様々な形状、寸法、重量および硬度を有することが考えられる。業務上もしくは実用的、およびしばしばコスト上の理由から、上記した公知の装置による荷役に最適な標準コンテナに対象物を梱包することが難しい場合がある。

本発明の目的は、様々な寸法、重量および硬度を有する全ての対象物を把持の強弱の点から識別し、更に対象物を元の位置から持上げ、異なる位置まで運搬する安全な手段を提供することが可能な、対象物を認識、回収および再配置する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、対象物の形状、重量および硬度に関わらず、様々な多様性に対応して上記の方法を実行可能な、上述の対象物を認識、回収および再配置する装置を提供することである。

本発明の他の目的は、形状もしくは寸法の制限なしに、従来の格納棚の使用を可能にする方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、製品を格納するための空間を正確に探索し、更にその情報を格納して後に当該製品に対する注文を最適に管理することが可能な装置を提供することである。

本発明の他の目的は、前記装置において、前記装置により荷役中の対象物が落下もしくは下方へずれることをも防止する集合体を提供することである。

本発明の他の目的は、回収する対象物が前記装置により持上げられる際に対象物のずれの発生を検出するよう落下防止集合体を構成し、また、補正動作を実行できるよう前記装置の処理装置に当該情報を提供することである。

上記の目的は全て、特許請求の範囲の開示内容に基づいて、対象物を識別、回収および再配置する方法により実現され、前記方法は、定時に距離を計測する手段を備え、且つ略設定される可動式グリッパ集合体により前記対象物に接近し、前記グリッパ集合体のプログラム制御された動作によって前記定時に距離を計測する手段および前記グリッパ集合体が更に備える前記対象物の存在を検出する手段により実行される直交三次元走査により前記対象物の外形を識別する、事前に規定されていない寸法特性を有し、支持面上に配置される対象物に接近および認識する工程と、前記対象物を前記グリッパ集合体により所定の把持強度に達するまで徐々に把持を強化する工程と、前記対象物を持上げ、移動する動作を含む回収工程と、前記対象物を解放する工程とを備える。

上記の目的はまた、事前に規定されてない寸法特性を有する対象物を認識、回収および再配置する装置により実現され、前記装置は、支持体と、前記支持体に係合し、前記支持体に対して少なくとも第１の方向に可動であり、更に、相互に対向して配置され、第２の方向に可動で、互いに対して閉鎖および開放して対象物を把持もしくは解放し、更に前記対象物に対して接近／分離する第３の方向に共に移動する一対のフィンガを備えるグリッパ集合体と、前記グリッパ集合体のフィンガのうち少なくとも一方に配置され、対応する前記フィンガの先端および前記対象物の間の距離を定時に計測して、前記フィンガの適合する一連の動作と連動して前記対象物の直交三次元走査を実行する定時距離計測手段と、前記フィンガの先端に配置され、前記対象物の奥行を識別する前記対象物の存在を検出する手段と、前記グリッパ集合体を制御し、前記定時距離計測手段および前記存在検出手段からの情報を受信および処理する、コンピュータ制御の制御装置とを備える。

特許請求の範囲による本発明の特徴を、以下の詳細な説明において添付の図面を参照して開示する。

図１は、本発明の方法を実行する、対象物を識別、回収および再配置する装置を備える自動販売システムの斜視図を示す。 図２は、図１に示す、上述の対象物を識別、回収および再配置する装置を含むシステムの一部をなす、可動式荷役運搬装置の斜視図を示す。 図３は、前記識別装置に含まれる可動式グリッパ装置のフィンガの部分断面斜視図を示す。 図４は、図３に示すフィンガの異なる角度からの斜視図を示す。 図５は、図３に示すフィンガの部分斜視図を示す。 図６は、図３に示すフィンガの詳細断面図を示す。 図７は、小型の対象物を把持している状態にある図３に示すフィンガの上面図を示す。 図８は、大型の対象物を把持している状態にある図３に示すフィンガの上面図を示す。 図９は、本発明による識別、回収および再配置する装置に含まれる落下防止集合体の斜視図を示す。

図１および図２において、番号１００は、例えば自動小売店２００もしくは自動大型店において複数の対象物１を管理するための可動式ロボット荷役運搬装置を示す。本発明による対象物を認識、回収および再配置する装置１０は、前記荷役運搬装置１００に実装される。

例示を目的として、自動小売店２００における前記装置１０の使用について以下に説明する。図１は前記小売店の構成例を示し、前記小売店は、前記対象物１の分配受取装置２１０、利用可能な空間および予測される前記荷役運搬装置１００の動作に基づき適宜配置される棚構造体２２０、および前記棚２２０の伸長に対して長さ方向に伸長する、前記荷役運搬装置１００を誘導する単軌式ガイドシステム２３０からなる。図１に示す構成例は意図的に単純なものとなっているが、しかしながら、前記棚構造体２２０、およびその結果として前記ガイドシステム２３０の配置は、上記構成要素が設置される店舗の大きさおよびレイアウトに基づいて、互いに平行もしくは分岐する複数列構造、もしくは格子状に伸長する構造等、より複雑に連結構造をなしていてもよい。

しかしながら一般的には、単軌式ガイド部材２３０の各々は、直線状の前記棚構造体２２０の各々に平行して設けられ、異なるガイド部材間において装置を連結し、前記荷役運搬装置１００が前記小売店もしくは大型店の全領域を移動可能にする。

前記棚２２０は、前記対象物１を支持する支持面２を有し、前記支持面２は異なる高度を有する一連のハウジングを規定し、異なる容量、剛性および重量を有する対象物１を最適に受ける。

前記荷役運搬装置１００（図２参照）は、前記装置１００が前記大型店における前記支持面２の全て、および前記分配受取装置２１０に接近可能にする、コンピュータ制御の自己安定型可動ベース８０を備える。前記ベース８０の構造は、前記ベースが移動する前記単軌式ガイドシステム２３０の構造および形態と併せて異なる特許保護の対象であり、本出願人により出願される対応特許出願において詳細に説明する。

対応する前記支持面２における前記対象物１の位置は、前記対象物に関する包括的位置情報、および前記大型店への在庫供給および前記対象物の販売を管理する手段と併せて、本発明の範囲には含まれない公知の手段および技術に基づいて外部コンピュータにより管理される。

前記装置１０は実質的に、主として垂直に伸長する支持体２０を備え、前記支持体２０は下方で前記可動ベース８０に固定される柱部材２１からなる。好ましくは、前記柱部材２１はボール循環式の直線ガイド２２を保持する。

前記垂直部材２１に実装される可動式グリッパ集合体３０は、前記対象物１を支持する前記支持面２に対応して前記集合体３０の高度を調節する方向である第１の垂直方向に摺動する。前記グリッパ集合体３０は、取扱う前記対象物１を認識および回収する動作を行う。詳細には、前記可動式グリッパ集合体３０は最低位および最高位の間を移動し、これにより前記可動式グリッパ集合体３０が、以下に詳細に説明する方法により前記棚２２０の前記支持面２の全てに到達することが可能となる。

ここで、前記グリッパ集合体３０は、水平に配置され、且つ前記ベース８０の長さ方向への移動に垂直な前記垂直部材２１に実装される摺動ブラケット３１を備え、この場合、長さ方向への移動とは前記グリッパ集合体３０の第２の移動方向と同一で、前記棚２２０の伸長方向に対して垂直となる方向である。

支持体本体３３は、前記摺動ブラケット３１に設けられるボール循環式の直線ガイドに前記摺動ブラケット３１に対して垂直に実装され、この場合前記支持体本体３３が前記支持面２および前記支持面２上の前記対象物１に対して接近／分離する方向である、前記グリッパ集合体３０の第３の移動方向に摺動する。

前記支持体本体３３は、角柱状の直線ガイド３４を有し、前記支持面２に対向する面に設けられる、この場合好ましくはボール循環式の箱状部材を備える。

前記支持体本体３３に実装される一対のグリッパフィンガ３５、３６は、互いに対して平行で前記支持体本体３３に垂直であり、前記直線ガイド３４上を摺動する。前記グリッパフィンガ３５、３６は、例えばブラシレスモータ等の位置トルク制御モータおよびボール循環式２重ねじ機構により相互に可動であり、前記フィンガ３５、３６が互いに接近／分離する、対向する方向に直線状に移動する。

この解放／閉鎖動作により、前記フィンガ３５、３６は移動する対象物１を把持もしくは解放することができる。前記フィンガの移動は対称的、すなわち両方のフィンガを互いに対して接近もしくは分離してもよく、もしくは例えばフィンガのうち一方を固定し、他方を前記一方に対して移動するなど、適合するその他の手段で行ってもよい。

前記グリッパフィンガはまた、前記対象物１に対して接近／分離する前記第３の方向に、前記支持体本体３３と共に、両方が共に移動する。

前記グリッパ集合体３０の動作の仕組みは当業者の専門的背景技術に属する技術および装置により実現されるもののため、簡潔性および簡便性を目的として、更なる説明を省略する。

前記グリッパ集合体３０は、前記フィンガ３５、３６の前記モータ、および前記支持体本体３３および前記摺動ブラケット３１の適合する位置制御可能なモータを介して、前記可動ベース８０に収容される図示しないコンピュータ制御の制御装置により制御される。

フィンガ３５、３６の各々は、対応する前記フィンガ３５、３６の内面中央部に軸を有するよう設けられる（図３から図８参照）揺動ロッド３５０を含む。

詳細には（図７および図８）、前記揺動ロッド３５０は、それぞれが、対応する前記フィンガ３５、３６の端部および基部において揺動する外アーム３５１および内アーム３５２を備える。前記揺動ロッドの前記内アーム３５２および対応する前記フィンガ３５、３６の前記基部の間に設けられる圧力を負荷したコイルばね３５４は、静止位置において前記外アーム３５１を前記フィンガ３５、３６の前記端部に向かって押圧する。

前記揺動ロッド３５０は主に、異なる寸法を有する対象物に対して互いに独立して実行される２個の機能を実行する。まず第一に、例えば箱形状の大型の対象物を把持する場合、前記フィンガ３５、３６の動作は前記フィンガ３５、３６の基端において実行され、揺動ロッドを備えない場合、前記フィンガが開放されることにより機械的に変形し、その結果、前記フィンガおよび持上げる前記対象物の接触面が縮小される可能性がある。前記揺動ロッド３５０を備えることにより、上記可能性を解消することが可能となる。

前記フィンガ３５、３６の前記端部および前記外アーム３５１の間に、対応する前記フィンガ３５、３６により小型の対象物１に加えられる圧力を検出する負荷計測器３５５を更に挿入する。詳細には、前記負荷計測器３５５は市販タイプの小型ロードセルを含み、前記小型ロードセルは前記制御装置に電気的に接続される。

上述の前記揺動ロッド３５０の構造により、前記ロードセル３５５には前記コイルばね３５４の作用により規定される負荷が予め組み込まれている。

前記フィンガ３５、３６の前記端部に実装される定時距離計測手段５０は、対応する前記フィンガ３５、３６の前記先端および分析する対象物１の間の距離を定時計測する。前記計測手段５０は前記制御装置に電気的に接続され、前記フィンガ３５、３６および前記グリッパ集合体３０全体の適合する一連の動作と連動して前記対象物１における一連の所定の点の距離を検出し、当該距離を前記制御装置に送信する。前記所定の点は、例えば十分な密度で格子状に配置されていてもよく、もしくはアルゴリズムにより演算して前記フィンガ３５、３６の軌道を最適化し、前記対象物の形状を識別するのに必要な点の数を最小限に抑えてもよい。前記アルゴリズムを備える場合、その構造は本発明の目的から逸脱するため、詳細な検討は避ける。

このようにして、前記制御装置に含まれるプログラムにより実行される処理により、分析する前記対象物１を直交三次元走査し、前記対象物１の形状に関する正確な情報を取得することが可能である。

好ましくは、前記グリッパ集合体３０の前記フィンガ３５、３６両方が上述の前記計測手段５０を含み、前記計測手段５０は、前記対象物１の方向にレーザ光線を放射するレーザ光線エミッタ、および前記エミッタをオフセットし、前記対象物１が反射した前記レーザ光線の反射光を受ける所定の検知部材備え、これにより三角測量技術を用いて距離を計測する。前記レーザエミッタおよび前記検知部材は、入手しやすい市販の装置からなる。前記検知部材は同様に、例えばＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、もしくはその他市販のタイプからなっていてもよい。

前記フィンガ３５、３６の先端に設けられ、前記対象物１の存在を検知するセンサ５５は前記制御装置に電気的に接続され、前記フィンガ３５、３６の間に前記対象物の少なくとも一部が挿入されると信号を送信することが可能である。前記センサ５５は、回収する前記対象物の奥行に関する情報を前記制御装置に提供する。

前記存在検知センサ手段５５は詳細には、前記フィンガ３５、３６の前記内面３５ａ、３６ａの内部先端において互いに対向して配置される光電子エミッタおよび所定の受信装置を備える。

前記装置１０は、前記グリッパ集合体３０の下方において前記支持体２０に垂直に摺動可能に実装され、前記荷役装置１００の前記制御装置により駆動される可動式安定制御集合体６０を更に備える。

前記安定制御集合体６０は、以下に開示する方法により、回収する対象物の落下を防止し、前記対象物を前記グリッパ集合体３０により持上げる際のずれに対して制御する。

前記安定制御集合体６０は詳細には、前記グリッパ集合体３０からの対象物１の落下を防止する落下防止集合体６０ａ、および前記落下防止集合体６０ａに実装されるずれ防止手段６０ｂ備え、これにより、前記グリッパ集合体３０がずれの危険性なしに前記対象物を持ち上げるよう制御する。

詳細には、前記落下防止集合体６０ａは、前記支持体２０に水平に実装され、角柱状の直線ガイド６２を含む第２の摺動ブラケット６１を備える。

第２の支持体本体６３は、水平に、且つその一方端においてのみ前記第２の摺動ブラケット６１に実装され、前記グリッパ集合体３０の前記第１の支持体本体３２に略平行であり、前記ガイド６２上を摺動する。

前記第２の支持体本体６２において水平に、且つその一方端においてのみ実装される落下防止フィンガ６６は、前記第２の支持体本体６２に対して垂直であり、支持する前記対象物１の方へ向けられている。前記落下防止フィンガ６６は、前記対象物１に接近する方向において、前記第２の支持体本体６２と連動し、且つ前記第２のグリッパ集合体３０の動作と位相的に連動して動作してもよく、これにより回収する前記対象物の底部の直下で位置を推定し、前記対象物の落下を防止する。

光学距離を測定するセンサ手段６７もまた、前記第２の支持体本体６２に前記落下防止フィンガ６６の近傍において実装され、前記制御装置に電気的に接続され、且つ市販のタイプのレーザ距離センサおよび角柱状のレンズ６８により実質的に構成される。

これにより、前記センサ６７は自己との間の距離を測定することが可能であり、従って前記落下防止フィンガ６６の先端、および前記レーザ光線を反射して前記センサに返送する面のうち最も近接する面の間の距離を測定する。

上記の距離は、光線が目標物との間を移動するのに要する時間を計測する“飛行時間”法等の公知の技術を用いて計測してもよい。この技術を用いた計測装置は一般に、例えば三角測量計測技術を用いた装置よりも低い分解能を有する。しかしながら、その作用領域は三角測量技術において可能な領域よりもかなり大きく、また装置の原価も大幅に低い。

上述の前記装置１０は詳細には、本発明による対象物を認識、回収および再配置する方法の実施に適合する。

以下に、前記方法の一実施の形態を、対象物１の位置決め、認識、回収および解放、そしてそれに続く再配置に関する一連の動作工程全体を参照して説明する。

上述の一連の動作は、前記棚２２０上に配置された対象物を回収し、後の、購入者による回収のために前記分配受取装置２１０に配置するため、および前記棚２２０上に格納する対象物１を前記分配受取装置２１０もしくは前記大型店に適切に設けられた他の区画から回収するために実行されても良く、これによりある種の製品を再発注もしくは新しい製品を挿入することが可能である。

前記方法の第１の工程は、対象物１への接近および認識に関する。本工程において、前記自動小売店（もしくは大型店）の中央処理装置は、前記回収装置１０の前記制御装置に回収する対象物１の位置について近似位置情報を提供する。前記荷役運搬装置１００の前記装置１０は前記装置１０の前記制御装置の一部をなし、また、必ずしもそうである必要はないものの、一般に前記制御装置により制御され、回収する前記対象物１の近傍に移動する。前記グリッパ集合体３０の垂直運動は、前記グリッパ集合体３０が前記対象物１の高度に到達するまで駆動される。

次の工程において、前記対象物１の外形を識別する。この目的を達成するため、前記制御装置は、プログラム制御された一連の、前記フィンガ３５、３６の長さ方向への、すなわち前記棚２２０に平行な動作、および前記支持体２０上の前記摺動ブラケット３１の垂直方向への動作の実行を指示する。これにより、複数の距離検出点を識別し、これにより前記フィンガ３５、３６の先端を回収する前記対象物１から分離する。

既に述べたように、前記複数の検出点は十分な密度で格子状に配置してもよく、もしくは軌道を最適化し、且つ前記対象物の形状を識別するのに必要な点の数を最小限に抑えるアルゴリズムにより規定してもよい。前記点の各々については、前記レーザエミッタおよび対応する前記検知受光部材が三角測量により距離を測定する。

前記対象物１における三次元の外形のうち、少なくとも可視部分の識別は前記制御装置上で起動する適合なプログラムにより実行され、前記プログラムは、前記対象物の外形から逸脱する前記検出点の近傍で計測される距離値における急激な増大により前記対象物の端部を識別する。

このように、三次元走査は前記フィンガ３５、３６および前記グリッパ集合体３０全体の垂直運動により実行され、これにより、一般に偏向装置および球面走査方法を用いる従来の三次元走査システムに特有の変化測定や複雑な実行課程なしに、前記対象物１の形状に関する非常に正確な情報を取得可能である。

前記対象物１の外形を識別する工程の更なる工程においては、前記レーザエミッタおよび対応する前記受信装置により検知することが明らかに無理である、前記対象物の全体的な奥行を検出する。この目的を達成するため、前記対象物１の外形側面を把持するために十分開放した位置に配置される前記フィンガ３５、３６は、前記対象物１の前部が前記存在検知センサ５５の前記光電子送信機および前記受信装置の間に挿入されるまで前記対象物の方向へ前進する。前記フィンガ３５、３６は、前記送信機の光学信号が前記受信装置に再度到達するまで更に前進する。この時点で、回収する前記対象物は前記フィンガ３５、３６により完全に包囲される。

その後の前記対象物１を把持する工程においては、前記フィンガ３５、３６は前記対象物に接触するまで徐々に前記対象物に接近する。

前記対象物が小型の場合、前記フィンガ３５、３６とは前記揺動ロッド３５０の前記外アーム３５１において接触する。前記フィンガ３５、３６が把持を強化するのに従って、前記外アーム３５１により対応する前記ロードセル３５５に加えられる圧力は増大する。様々な要因によって所定の圧力に達すると、締付は中断される。所定の圧力に達する要因は、第一には前記対象物の重量であり、前記制御装置は、前記対象物が前記大型店の在庫に加えられた際に操作者が入力することにより、もしくは前記分配受取装置２１０に含まれる適合する装置により取得されることにより、当該重量に関する情報を含む。第二に、最大圧力は梱包の強度等、各対象物に固有の特性に依存する。当該情報も前記制御装置に供給してもよい。

前記ロードセル３５５に加えられる圧力の増大として計測される圧力が所定の値に達すると、前記制御装置は前記グリッパフィンガ３５、３６を停止し、前記グリッパ集合体３０の第１の持上げを指示する。

対象物が大型の場合、上記で強調したように、前記揺動ロッド３５０を備えることにより、実質的に前記フィンガ３５、３６の内面全体において接触する。これにより、前記ロードセル３５５に加えられる圧力を軽減し、前記制御装置はこれを検出する。

この場合、前記制御装置は、前記グリッパフィンガ３５、３６を駆動する前記ブラシレスモータの電流フィードバック信号の値を読出すことにより把持強度を直接制御する。好ましくは当該読出動作は、前記制御装置の管理プログラムに実装されるカルマンフィルタ等の適合する状態推定フィルタにより電流フィードバック信号を処理することにより行われる。

その後、前記制御装置は、前記落下防止集合体６０ａを前記対象物１の底部の直下に配置する。これは、前記対象物１までの距離を前記レーザセンサ６７により測定することにより、および前記対象物の下方端において発生する距離の急激な変化を検出することにより実現される。

前記対象物１を持上げる動作は、次に、前記グリッパ集合体３０の垂直摺動により実行される前記対象物１の初期持上げ工程を含む。同時に、前記落下防止集合体６０ａは、前記落下防止フィンガ６６が常に前記対象物の下方端の直下に保持されるよう動作される。これは、前記センサ６７により放射されたレーザ光線が前記対象物１の下方端の直下に位置する領域に照射されるよう、前記落下防止集合体６０ａを配置することにより実現される。前記グリッパ集合体３０の持上げ工程において、前記落下防止集合体６０ａも同じだけ持ち上げられる。前記対象物１が前記グリッパ集合体３０の把持からずれ出した場合、前記対象物１の下方端は前記レーザ光線６７を遮断し、これにより前記レーザ光線が前記センサ６７に戻るために要する飛行時間に大きな変化が発生する。この場合、前記制御装置は前記対象物の下方端を再び探そうとする。

このように、前記対象物が下方に滑り始めた場合、前記制御装置は、前記グリッパ集合体３０および前記落下防止集合体６０ａの間の高度の差を制御することにより検出する。差が大きい場合、前記制御装置は、前記グリッパフィンガ３５、３６の把持強度を強くするか、もしくは持上げ動作を中断するか判断してもよい。

ずれが発生しない場合、所定の初期持上げ高度に達すると、前記第２の支持体本体６３は、前記落下防止フィンガ６６が前記対象物１の底部の下に挿入されるまで摺動して前記対象物１に接近し、これにより前記対象物１の位置を安定させ、落下を防止する。

この時、必要に応じて前記対象物１を更に持上げ、その後、異なる位置に運搬してもよい。

最後の解放工程は必然的に、解放位置において少しだけより高い位置まで上昇する動作、前記落下防止フィンガ６６における第１の解放動作、前記対象物が異なる前記支持面２に接触するまで前記グリッパ集合体３０を更に下降する動作、および前記グリッパフィンガ３５、３６が前記対象物を解放するまで前記グリッパフィンガ３５、３６を開放する動作を含む。

前記グリッパ集合体および前記定時距離計測システムからなる組立体が有するその他の利用可能性は、棚材料における空間が空の場合、その形状および大きさに関する初期独習機能を更に含む正確で幾何学的に正しい空間走査を実行することである。これにより、小売店および大型店等における対象物に対する注文をコンピュータにより完全に自動管理することが可能となり、これにより、対象物の機械的特性が許せば、複数の対象物を上下に配置することが可能となる。

本発明の利点によれば、様々な寸法、重量および硬度を有するあらゆる種類の対象物を把持の強度の点から識別することが可能になり、更に、対象物を元の位置から持上げ、別の位置まで運搬する安全な手段を提供する。

更なる利点によれば、例えば少なくとも１個の標準的寸法を有するハウジングを含む従来の棚材料が有する、事前に規定されていない格納空間を管理することが可能である。

また、本発明の更なる利点によれば、前記装置は、識別、収集および再配置、および棚材料における空間を最適に探索することが可能であり、必要に応じて、十分な空間が得られれば対象物を上下に積重ねることが可能である。上述の機能は、本発明による装置に関して説明した三次元走査システムにより実現される、空間を自律的に推定するという特性により実現される。

本発明の他の利点によれば、対象物を不良品にしたり、小売店もしくは大型店の管理動作の継続を妨げたり、もしくは前記荷役装置１００を破損する可能性まである運搬中の落下の危険性なく、荷役する対象物を安全に移動および運搬することが可能である。

更なる利点によれば、前記グリッパ集合体および前記対象物の間の接触が保持されている状態でも、初期段階の小さなずれをも制御および補正可能である。

上述の開示は純粋に例示目的であって、非制限的である。従って、本発明のいかなる変更および変型も、上記および以下の特許請求の範囲に記載の技術的解決法の保護範囲に含まれるものとする。

Claims (34)

1. 対象物を認識、回収および再配置する方法であって、対象物（１）は事前に規定されていない寸法特性を有し、支持面（２）上に配置され、前記方法は、荷役する対象物（１）に対して少なくとも垂直方向および接近／分離する方向である長さ方向および前記対象物（１）に対して高度調整する方向に移動し、且つコンピュータ制御の制御装置により制御されるグリッパ集合体（３０）により実行され、前記方法は、
   前記制御装置に格納される位置情報に基づいて、略設定される可動式グリッパ集合体（３０）により前記対象物（１）に接近する工程を備える前記対象物（１）に接近および認識する工程と、前記グリッパ集合体（３０）のフィンガ（３５、３６）のうち少なくとも一方に配置される定時距離計測手段（５０）および前記グリッパ集合体（３０）の前記フィンガ（３５、３６）先端に配置されて前記対象物の奥行を検出する存在検出センサ手段（５５）による前記グリッパ装置（３０）の一連の移動動作により実行される垂直方向の三次元走査により前記対象物（１）の外形を識別する工程と、
   前記対象物（１）の物理的特性に依存する把持強度が所定の強度に達するまで、前記グリッパ集合体（３０）による前記対象物（１）の把持を徐々に強化する動作を備える、前記対象物（１）を把持する工程と、
   前記対象物（１）を持上げ、移動する動作を含む、前記対象物（１）を回収する工程と、
   前記グリッパ集合体（３０）を支持面（２）に接近させ、前記対象物（１）が前記支持面（２）に接触するまで前記グリッパ集合体（３０）を移動し、前記対象物（１）との接触が失われるまで前記可動式グリッパ集合体（３０）の前記フィンガ（３５、３６）を開放し、前記対象物（１）が配置される場所から前記フィンガ（３５、３６）を回収する動作を備える、前記対象物（１）を解放する工程のうち、
   適合する組合せを含むことを特徴とする、方法。
2. 前記定時距離計測手段（５０）により前記対象物（１）に関する一組の定時距離データを取得する工程と、前記制御装置により制御される軌道に沿った前記可動式グリッパ装置（３０）の前記フィンガ（３５、３６）の動作により取得される様々な収集点を位置決めする工程と、前記制御装置により当該情報を処理して前記対象物の寸法外形および前記グリッパ集合体（３０）からの距離を取得する工程を備える、前記対象物（１）の外形を識別する工程を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記収集点は所定の密度で格子状に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記存在検出センサ手段（５５）が備える送信機および受信装置によりそれぞれ送受信される信号の有無により構成される、前記対象物（１）の奥行に関するデータを前記存在検出センサ手段（５５）により収集する工程を備える、前記対象物（１）の外形を識別する工程を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記信号は光信号であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記把持工程において、前記フィンガ（３５、３６）の内面に設けられる少なくとも１個の揺動ロッド（３５０）を介して、前記対象物（１）を前記グリッパフィンガ（３５、３６）により把持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記揺動ロッド（３５０）は前記フィンガ（３５、３６）の各々に設けられることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記把持工程において、前記可動式グリッパ集合体（３０）の前記グリッパフィンガ（３５、３６）により対象物（１）に加えられる前記把持強度は、回収する前記対象物（１）の寸法に基づき少なくとも２個の異なる方法によって前記制御装置により制御することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 小型寸法を有する対象物を把持するため、前記対象物（１）に加えられる圧力を読出すことにより前記把持強度を制御し、前記読出結果は前記グリッパフィンガ（３５、３６）のうち少なくとも一方の端部に配置される負荷計測手段（３５５）に表示されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記負荷計測手段（３５５）は揺動ロッド（３５０）の外アーム（３５１）を介して動作することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 大型寸法を有する対象物（１）を把持するため、前記グリッパフィンガ（３５、３６）を駆動するモータの電流フィードバック信号値を読出すことにより前記把持強度を制御ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
12. 前記持上げ動作は、前記グリッパ集合体（３０）の下方に配置される可動式落下防止支持体手段（６０）により前記対象物（１）のずれを制御する工程を備える、前記グリッパ集合体（３０）による前記対象物（１）の初期持上げ工程を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
13. 前記落下防止支持体手段（６０）の動作は前記可動式グリッパ装置（３０）の動作に対して独立していることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記解放工程における前記接近工程は、前記支持面（２）の上方において前記対象物（１）を持上げる第１の移動工程と、次に前記落下防止支持体手段（６０）が前記対象物（１）から解放されるまで前記落下防止支持体手段（６０）を前記対象物（１）の底部から引っ込める工程を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
15. 事前に規定されていない寸法特性を有し、支持面（２）上に配置される対象物を認識、回収および再配置する装置であって、前記装置（１０）は、少なくとも、荷役する対象物（１）に対する長さ方向の動作方向、前記対象物（１）に対して接近／分離する方向、および前記対象物（１）に対して高度を調節する方向について自由度を有し、コンピュータ制御の制御装置により制御され、また、前記装置（１０）は、支持体（２０）と、前記支持体に係合し、前記支持体に対して少なくとも第１の方向に可動で、少なくとも一対のフィンガ（３５、３６）を備える可動式グリッパ集合体（３０）とを備え、前記少なくとも一対のフィンガ（３５、３６）は互いに対向して配置され、第２の方向に可動であり、互いに対して開放および閉鎖して対象物（１）をそれぞれ把持および解放し、前記対象物（１）に対して接近／分離する第３の方向に共に可動であり、前記装置（１０）はまた、前記グリッパ集合体（３０）のフィンガのうち少なくとも一方に配置され、前記フィンガ（３５）の先端および前記対象物（１）の間の距離を定時計測して前記フィンガ（３５、３６）の適合する一連の動作と連動して前記対象物（１）の直交三次元走査を実行する定時距離計測手段（５０）と、前記対象物（１）の存在を検出し、前記対象物（１）の奥行を識別し、前記フィンガ（３５、３６）の先端に配置される存在検出センサ手段（５５）と、前記グリッパ集合体（３０）を制御し、前記定時距離計測手段（５０）および前記存在検出センサ手段（５５）からの情報を受信および処理するコンピュータ制御の制御装置とを備えることを特徴とする、装置。
16. 前記支持体（２０）は、前記グリッパ集合体（３０）を摺動可能に支持する垂直柱部材（２１）を備え、前記支持体（２０）により規定される前記第１の動作方向は前記グリッパ集合体（３０）の高度を調節する方向に一致することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. 前記垂直柱部材（２１）はボール循環式ガイド（２２）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 前記グリッパ集合体（３０）は前記フィンガ（３５、３６）の支持体本体（３３）を備え、前記支持体本体（３３）は前記接近／分離する前記第３の方向において摺動可能に、且つ一方端においてのみ摺動ブラケット（３１）に実装され、前記摺動ブラケット（３１）は前記高度を調節する第１の方向において摺動可能に前記支持体（２０）に実装されることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
19. 前記摺動ブラケット（３１）は水平に、且つ前記支持体（２０）に対して平行に実装され、前記支持体本体（３３）は水平に、且つ前記摺動ブラケット（３１）に対して垂直に実装され、前記フィンガ（３５、３６）は前記摺動ブラケットに対して垂直、且つ互いに対して平行に実装されることを特徴とする、請求項１５および請求項１７に記載の装置。
20. 前記フィンガ（３５、３６）の各々は対応する前記フィンガ（３５、３６）の内面に配置され、前記フィンガ（３５、３６）の中央部で軸着される揺動ロッド（３５０）備え、前記揺動ロッド（３５０）は様々な異なる寸法を有する対象物（１）の把持を容易にするようなされることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
21. 前記フィンガ（３５、３６）のうち少なくとも一方は、前記フィンガ（３５、３６）の端部に配置され、且つ前記フィンガ（３５、３６）により小型の対象物（１）に加えられる圧力を検出するようなされる負荷計測手段（３５５）を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
22. 前記負荷計測器（３５５）は小型ロードセルを含むことを特徴とする、請求項２０および請求項２１に記載の装置。
23. 前記負荷計測器（３５５）は前記揺動ロッド（３５０）の前記外アーム（３５１）を介して駆動されることを特徴とする、請求項２０および請求項２１に記載の装置。
24. 前記存在検出センサ手段（５５）は、前記フィンガ（３５、３６）の内面（３５ａ、３６ａ）先端に互いに対向して配置される光電子エミッタおよび対応する受信装置を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
25. 前記定時距離（５０）計測手段は、分析する前記対象物（１）に向かって光線を放射する少なくとも１個のレーザ光線エミッタと、記対象物（１）に反射した前記レーザ光線を受ける対応する検知部材とを備え、三角測量技術を用いて前記対象物（１）の距離を計測することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
26. 前記グリッパフィンガ（３５、３６）の各々はレーザエミッタおよび対応する検知部材を備えることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
27. 前記グリッパ集合体（３０）の下方で前記支持体（２０）に実装され、対象物（１）の落下を防止するようなされる落下防止器（６０ａ）と、前記落下防止器（６０ａ）に実装され、前記対象物が前記グリッパ集合体（３０）に対してずれることなく持上げられるよう制御するようなされるずれ防止手段（６０ｂ）とを更に備えるをことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
28. 前記落下防止器（６０ａ）は前記支持体（２０）に摺動可能に実装されることを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
29. 前記落下防止器は、前記支持体（２０）に水平に実装され、且つガイド（６２）を備える第２の摺動ブラケット（６１）と、水平に、且つ一方端においてのみ前記第２の摺動ブラケット（６１）に実装されて前記ガイド（６２）を摺動する第２の支持体本体（６３）と、第２の本体支持体（６３）に水平に実装され、且つ支持する前記対象物（１）の方へ向けられる落下防止フィンガ（６６）とを備え、前記落下防止フィンガ（６６）は、対応する前記第２の支持体本体（６３）に連動し、且つ前記グリッパ集合体（３０）の動作と位相的に連動して動作可能であり、これにより回収する前記対象物（１）の底部の直下に配置されることを特徴とする、請求項２７もしくは請求項２８に記載の装置。
30. 前記ずれ防止手段（６０ｂ）は、前記制御装置に電気的に接続される光学距離検出手段（６７）を備え、前記光学距離検出手段（６７）の光学軸（６９）は前記対象物（１）に向けられており、前記ずれ防止手段（６０ｂ）は、前記光学軸（６９）を前記対象物（１）の下方端の直下に保持してグリッパ装置（３０）の動作と位相的に連動して動作することを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
31. 前記光学距離検出手段（６７）は、前記第２の支持体本体（６３）に実装され、且つ角柱状のレンズ（６８）を備えるレーザ距離センサ（６７ａ）を備え、前記角柱状のレンズ（６８）は前記前記センサが前記光学軸（６９）に基づいて放射するレーザ光線を方向付けすることを特徴とする、請求項２９もしくは請求項３０に記載の装置。
32. 前記光学軸（６９）は前記落下防止フィンガ（６６）の直上で前記落下防止フィンガ（６６）に平行に配置されることを特徴とする、請求項３０もしくは請求項３１に記載の装置。
33. 前記対象物（１）の前記第１の持上げの最中に、前記落下防止器（６０ａ）を上昇させて前記対象物（１）の底部の直下となる高度に保持し、これに対応して、前記ずれ防止器（６０ｂ）から前記制御装置に送信される前記対象物（１）のずれに関連するデータにより規定される前記落下防止器（６０ａ）の上昇分だけ前記グリッパ集合体（３０）を上昇させることを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
34. 処理装置により制御され、可動式ロボット荷役運搬装置として動作する可動式自己安定ベース（８０）に、前記垂直支持体（２０）の下方端（２５）において実装されて、自動小売店もしくは大型店（２００）において前記対象物（１）を管理することを特徴とする、請求項１５に記載の装置。

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