JP2014054715A - 選択条件に基づいてロボットの保持位置姿勢を決定する物品取出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持位置姿勢まで移動するのに必要な時間の増大及びロボットの動作範囲からの逸脱を回避できる物品取出装置を提供する。
【解決手段】物品取出装置は、対象物品を保持するロボットと、物品の位置及び姿勢を計測するセンサと、基準保持位置姿勢を記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、保持位置姿勢変更範囲を記憶する保持位置姿勢変更範囲記憶部と、対象物品の位置及び姿勢並びに基準保持位置姿勢に基づいて、ロボットの保持位置姿勢を計算する保持位置姿勢計算部と、保持位置姿勢の優先度を決定する選択条件を記憶する選択条件記憶部と、ロボットの保持位置姿勢と保持位置姿勢変更範囲とから得られるロボットの保持位置姿勢のうち、選択条件によって決定される優先度に従ってロボットの保持位置姿勢を選択する、保持位置姿勢選択部と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、センサによって物品の位置及び姿勢を計測するとともに、その計測結果を利用してロボットを制御して対象物品を取出す物品取出装置に関する。

ロボットによって物品を取出す公知の物品取出装置において、物品を保持可能になるような物品に対するロボットの位置及び姿勢が基準位置姿勢として予め設定される。そして、センサによって計測された物品の位置及び姿勢と、基準位置姿勢とに基づいて、物品を保持するためのロボットの位置及び姿勢が計算される。このような取出装置によれば、任意の位置及び姿勢にある物品をロボットにより取出すことができる。

特許文献１は、物品を取出すためのロボットの位置及び姿勢を計算する際に、物品を把持可能であるような物品に対するロボットの位置及び姿勢の範囲を予め設定しておき、その範囲内で物品を収納する収納箱とツールとが干渉しない位置及び姿勢を計算することによって、収納箱とツールとの間の干渉を防止することを開示している。

特許文献２は、複数の物品の位置及び姿勢をセンサで計測し、それぞれの物品ごとに取出しのタクトタイムを短縮できる指標となる優先度又は安定して搬送できる指標となる優先度を計算し、それら優先度に従って取出されるべき対象物品を選択することによって、取出工程におけるタクトタイムの短縮又は安定した物品の搬送を図ることを開示している。

特許第３７８２６７９号明細書 特開２０１２−５５９９９号公報

このような従来の物品取出装置においては、物品の位置及び姿勢によっては、（１）計測された物品を保持するためのロボットの位置及び姿勢がロボットの動作範囲から逸脱してしまう場合があること、（２）物品を保持するためにロボットを所定の位置及び姿勢まで移動させるのに必要な時間が大幅に長くなる場合があること、又は（３）ロボットの手先若しくは腕部に取付けられたツール又はロボット本体が周囲の障害物と干渉を起こし易い姿勢になる場合があるといった問題がある。

特許文献１に記載の公知技術では、操作者によって設定されたロボットの位置及び姿勢の範囲において、所定の順序に従ってロボットの位置及び姿勢の候補を計算し、それら候補を対象として干渉が生じるか否かについて判定が実行される。そして、干渉が生じないと判定された時点でロボットの位置及び姿勢が決定される。そのため、設定された範囲内において、ロボットの移動に必要な時間が短縮される等の理由からより望ましい位置及び姿勢が潜在的に存在するにもかかわらず、そのような位置及び姿勢が選択されない場合がある。したがって、取出工程のタクトタイムを短縮するという点で改善の余地がある。

特許文献２に記載の公知技術では、取出される対象物品として選択するための指標となる優先度を物品ごとに計算し、それら優先度に基づいて物品を選択する。しかしながら、積載された複数の物品から物品を順次取出していくと、取出工程が繰返されるうちに優先度が低い物品の割合が増加してしまう。そうなってしまうと、タクトタイムの短縮又は搬送工程の安定化がもはや達成できなくなる。このように、特許文献２に記載の公知技術では恒常的な効果が得られないという問題がある。

本発明によれば、複数の物品から対象物品を取出す物品取出装置であって、前記対象物品を保持可能なツールを有するロボットと、前記複数の物品の位置及び姿勢を計測するセンサと、前記対象物品を前記ツールによって保持する際における前記対象物品に対する前記ロボットの位置及び姿勢の基準となる基準保持位置姿勢を記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、前記対象物品を前記ツールによって保持できるように前記基準保持位置姿勢に付与され得る変更の範囲である保持位置姿勢変更範囲を記憶する保持位置姿勢変更範囲記憶部と、前記センサによって計測される前記対象物品の位置及び姿勢並びに前記基準保持位置姿勢に基づいて、前記対象物品を前記ツールによって保持できる前記ロボットの位置及び姿勢である保持位置姿勢を計算する保持位置姿勢計算部と、前記ロボットの前記保持位置姿勢の優先度を決定する少なくとも一つの選択条件を記憶する選択条件記憶部と、前記保持位置姿勢計算部によって計算される前記ロボットの前記保持位置姿勢と前記保持位置姿勢変更範囲とから得られる前記ロボットの保持位置姿勢のうち、前記選択条件によって決定される前記優先度に従って前記ロボットの保持位置姿勢を選択する、保持位置姿勢選択部と、を備える物品取出装置が提供される。

また、本発明によれば、複数の物品から対象物品を取出す物品取出装置であって、前記対象物品を保持可能なツールを有するロボットと、前記複数の物品の位置及び姿勢を計測するセンサと、前記対象物品を前記ツールによって保持する際における前記対象物品に対する前記ロボットの位置及び姿勢の基準となる基準保持位置姿勢を記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、前記対象物品を前記ツールによって保持できるように前記基準保持位置姿勢に付与され得る変更の範囲である保持位置姿勢変更範囲を記憶する保持位置姿勢変更範囲記憶部と、前記センサによって計測される前記対象物品の位置及び姿勢並びに前記基準保持位置姿勢に基づいて、前記対象物品を前記ツールによって保持できる前記ロボットの位置及び姿勢である保持位置姿勢を計算する保持位置姿勢計算部と、前記ロボットの前記保持位置姿勢の優先度を決定する少なくとも一つの選択条件を記憶する選択条件記憶部と、前記ツールの形状データ及び前記ロボットの周囲に存在する障害物の形状データを記憶する形状データ記憶部と、前記ロボットの位置及び姿勢と前記ツールの形状データと前記障害物の形状データとに基づいて、前記ツールと前記障害物との間に干渉が生じるか否かを判定する判定部と、前記保持位置姿勢計算部によって計算される前記ロボットの前記保持位置姿勢と前記保持位置姿勢変更範囲とから得られる前記ロボットの保持位置姿勢であって、前記判定部によって前記干渉が生じないと判定された保持位置姿勢のうち、前記選択条件によって決定される前記優先度に従って前記ロボットの保持位置姿勢を選択する、保持位置姿勢選択部と、を備える、物品取出装置が提供される。

本発明に係る物品取出装置によれば、選択条件によって指定される優先度に従って、ロボットの保持位置姿勢のうち、最適なロボットの保持位置姿勢が選択される。それにより、取出工程に必要な時間の増大又はロボットの動作範囲からの逸脱を回避できる。さらに、障害物に衝突する虞のあるロボットの動作を回避できるようにしてもよい。ロボットの保持位置姿勢の計算は、物品ごとに実行され得るので、恒常的なタクトタイムの短縮及びシステムの安定化を実現できる。

本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置によって取出される物品の形状を示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において、ロボットが保持位置姿勢にあるときの対象物品とハンドとの間の位置関係を示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において、ロボットが保持位置姿勢まで移動するのに必要な時間が増大する例を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において、ロボットが保持位置姿勢まで移動するのに必要な時間が短縮されるようにした例を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において、選択条件に基づくロボットの保持位置姿勢の計算方法を説明する図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において、選択条件に基づくロボットの保持位置姿勢の計算方法を説明する図である。 本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る物品取出装置におけるロボット制御装置の構成を示す概略図である。 本発明の第二の実施形態に係る物品取出装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係る物品取出装置において、選択条件に基づくロボットの保持位置姿勢の計算方法を説明する図である。 本発明の第四の実施形態に係る物品取出装置における保持位置姿勢変更範囲を説明する図である。 本発明の第四の実施形態に係る物品取出装置における選択条件を説明する図である。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る物品取出装置１０の構成を示す概略図である。物品取出装置１０は、カメラ１１と、ロボット１２と、ロボット１２に接続されていてロボット１２を制御するロボット制御装置１３と、を有する。ロボット１２は、ロボット１２の手先１２ａに取付けられたハンド１４を有する。ロボット制御装置１３は、図示されないものの、プロセッサと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、不揮発性ＲＡＭと、操作者によって操作される入力手段と、各種情報を表示する表示装置と、入出力インタフェイスと、ロボット１２の各関節に付与されるサーボモータ等を制御する制御器と、をハードウェア構成として備えている。また、ロボット制御装置１３は、基準保持位置姿勢記憶部と、保持位置姿勢変更範囲記憶部と、保持位置姿勢計算部と、選択条件記憶部と、保持位置姿勢選択部と、を含む構成を有している。

上方が開放されたコンテナ１５内には、複数の物品１６が積載されている。物品取出装置１０は、物品１６を取出すために、カメラ１１により物品１６を撮像して物品１６の位置及び姿勢を計測するとともに、取出されるべき対象物品１６ａの位置及び姿勢に対応するロボット１２の位置及び姿勢をロボット制御装置１３において計算する。そして、物品取出装置１０は、ロボット１２を算出された位置及び姿勢まで移動させ、ハンド１４を用いて対象物品１６ａを保持した状態で対象物品１６ａを取出す。

第一の実施形態では、３次元空間における物品１６の位置及び姿勢を計測するセンサとしてカメラ１１を使用しているものの、物品１６の位置及び姿勢を計測できるセンサであれば、他の任意のタイプのセンサを使用可能である。カメラ１１を使用する場合は、例えば、位置関係が予め分かっている同一平面上にある物品１６の４点をカメラ１１によって取得される画像領域内において検出することによって、物品１６の位置及び姿勢を測定できる。図示された実施形態において、カメラ１１は架台１７に固定されているものの、ロボット１２の手先１２ａに取付けられてもよい。

図２及び図３は、第一の実施形態に係る物品１６及びハンド１４を示す図である。物品１６は、中心に円形の穴２１が形成された概ね円筒形の部材の一部が欠けた形状を有している。ハンド１４はロボット１２の手先１２ａに取付けられるツールである。ハンド１４は、手先１２ａに取付けられるフランジ２０と、フランジ２０からそれぞれ概ね平行に延在する２本の爪１８，１８と、を有している。それら爪１８，１８は、互いの間隔をチャックによって調整可能であるように形成されている。ハンド１４は、爪１８，１８の先端部１８ａ，１８ａを物品１６の穴２１に挿入した状態でチャックによって爪１８，１８の間隔を広げて、物品１６の内方から外方に向かって押圧力を付与することによって、物品１６を保持できるようになっている。図示される物品１６は単なる一例であり、カメラ１１によってその位置及び姿勢を計測可能であるとともに、ロボット１２の手先に取付けられる種々のツールによって保持可能な形状を有するのであれば、任意のタイプの物品を使用可能である。また、ハンド１４は、物品１６を保持可能な構成を有するのであれば、図示されるチャックに限定されず、任意の公知の保持手段、例えば吸引ノズル、吸着用磁石または吸着パッドであってもよい。また、ハンド１４は、ロボット制御装置１３によって制御されるロボット１２の位置及び姿勢に応じてその位置及び姿勢が定まる。

コンテナ１５から取出されるべき対象物品１６ａをハンド１４によって保持する際におけるロボット１２の位置及び姿勢（以下、「保持位置姿勢」と称する。）は、例えば、次のような計算により求められる。準備段階において、物品１６を基準となる位置及び姿勢に配置する。そして、物品１６の位置及び姿勢をカメラ１１により計測して基準物品位置姿勢Ｗｎとして記憶する。さらに、物品１６を保持可能になるようなロボット１２の位置及び姿勢までロボット１２を移動させて、そのときのロボット１２の位置及び姿勢を、ロボット１２の保持位置姿勢の基準となる基準保持位置姿勢Ｒｎとして記憶する。基準物品位置姿勢Ｗｎ及び基準保持位置姿勢Ｒｎは、ロボット制御装置１３において記憶される。すなわち、ロボット制御装置１３は、基準物品位置姿勢Ｗｎを記憶する基準物品位置姿勢記憶部と、基準保持位置姿勢Ｒｎを記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、を備えている。

稼動段階では、カメラ１１により物品１６の位置及び姿勢Ｗａを計測し、物品１６に対するロボットの位置及び姿勢Ｒａを次式によって算出する。
Ｒａ＝Ｗａ×ｉｎｖ（Ｗｎ）×Ｒｎ
なお、ｉｎｖ（Ｗｎ）はＷｎの逆行列を表す。このようにして、任意の位置及び姿勢にある物品１６に対するロボットの保持位置姿勢を計算できる。なお、このような保持位置姿勢の計算は、ロボット制御装置１３において実行され得る。すなわち、ロボット制御装置１３は、保持位置姿勢計算部を含んでいる。

再び図３を参照して、保持位置姿勢変更範囲について説明する。保持位置姿勢変更範囲は、基準保持位置姿勢に付与され得る変更の範囲である。すなわち、ロボット１２は、対象物品１６ａに対して基準保持位置姿勢にあるときのみならず、ロボット１２の位置及び姿勢が保持位置姿勢変更範囲の範囲内に含まれる状態であれば、対象物品１６ａをハンド１４によって保持可能になる。

第一の実施形態では、ハンド１４の位置及び姿勢が対象物品１６ａに対して図３に示される位置関係になるように、ロボット１２の基準保持位置姿勢が教示されることによって、対象物品１６ａが保持される。しかしながら、図示される対象物品１６ａ及びハンド１４の場合においては、対象物品１６ａの穴２１が円形であるので、ハンド１４が対象物品１６ａの穴２１の中心軸線３１の回りに回転した状態でも、対象物品１６ａを同様に保持できる。このことを利用して、第一の実施形態では、保持位置姿勢変更範囲として、ハンド１４が穴２１の中心軸線３１の回りに回転可能であることが設定される。このような保持位置姿勢変更範囲は、ロボット制御装置１３に含まれる保持位置姿勢変更範囲記憶部において記憶される。保持位置姿勢変更範囲は、物品１６及びハンド１４の形状に応じて定まる。したがって、図示される例のように特定の直線回りの回転に限られず、平行移動又は複数の異なる軸線回りの回転であってもよいし、或いはそれらの組合せであってもよい。

図４は、物品取出装置１０において、ロボット１２が保持位置姿勢まで移動するのに必要な時間が増大する例を示す図である。ここでは説明の便宜上、図１に示されるロボット１２の位置及び姿勢が、ロボット１２を保持位置姿勢に位置決めする前の待機位置姿勢であるものとする。一方、図４は、保持位置姿勢まで移動した後のロボット１２を示している。図１及び図４を対比すると分かるように、ロボット１２を待機位置姿勢から保持位置姿勢まで移動させる過程において、ハンド１４の向きが大きく変化するような場合は、ロボット１２の手先１２ａを手首軸の回りに大きく回転させる必要がある。また、ハンド１４の爪１８の先端部１８ａがロボット１２の手先１２ａからオフセットされているので、ロボット１２の手先１２ａは爪１８の先端部１８ａに対してより遠位に配置される。したがって、ハンド１４を速い速度で移動できないので、ロボット１２をこのような保持位置姿勢まで移動させるのに必要な時間が増大する。

待機位置姿勢から保持位置姿勢までの移動時間を短縮するためには、ハンド１４を対象物品１６ａの穴２１の中心軸線３１の回りに回転させた状態になるように、ロボット１２の保持位置姿勢を図４に示される姿勢から図５に示される姿勢に変更すればよい。図５は、図４に示されるロボット１２を対象物品１６ａの穴２１の中心軸線３１の回りに１８０°回転することによって得られる姿勢を表している。このように、待機位置姿勢に近似する姿勢を有する保持位置姿勢を優先的に選択すれば、待機位置姿勢から保持位置姿勢までロボット１２を移動させるのに必要な時間を短縮できる。

このように、第一の実施形態では、ロボット１２を保持位置姿勢まで移動させるのに必要な時間を短縮するために、選択条件として待機位置姿勢に近似する姿勢を有する保持位置姿勢を優先的に選択することが設定される。第一の実施形態では、保持位置姿勢変更範囲として物品１６の穴２１の中心軸線３１の回りの自由な回転が設定されるとともに、選択条件に従って、待機位置姿勢に近似する姿勢を有する保持位置姿勢が優先的に選択されるように設定される。この場合、ロボット制御装置１３に含まれる保持位置姿勢選択部によって、例えば以下に述べるように、選択条件に基づいてロボット１２の保持位置姿勢が選択される。なお、選択条件は、ロボット制御装置１３に含まれる選択条件記憶部に記憶されており、必要に応じてロボット制御装置１３によって読出されるようになっている。選択条件は予め定められていてもよいし、操作者によって物品取出装置の操作時に入力される任意の条件であってもよい。

図６Ａ及び図６Ｂは、第一の実施形態に係る物品取出装置１０において、選択条件に基づくロボット１２の保持位置姿勢の計算方法を説明する図である。図６Ａは、ロボット１２が対象物品１６ａに対して基準保持位置姿勢にあるときのハンド１４を示している。それに対し、図６Ｂは、ロボット１２が選択条件姿勢にあるときのハンド１４を示している。本実施形態において、選択条件姿勢の姿勢は待機位置姿勢の姿勢に等しい。これら２つの異なる姿勢の間の差は、一方の姿勢から他方の姿勢まで変化させるのに必要な或る軸線の回りの回転量として定量的に表現され得る。そして、選択条件姿勢と基準保持位置姿勢との間の差が最も小さくなるのは、ロボット１２のハンド１４から見たときの中心軸線３１の方向に延びる方向ベクトル６３が、ロボット１２が基準保持位置姿勢にあるときの中心軸線３１に対して平行に延びる方向ベクトル６４に一致するように、中心軸線３１に対して垂直な直線の回りに選択条件姿勢にあるロボット１２を回転させた姿勢である。したがって、第一の実施形態においては、そのような位置及び姿勢がロボット１２の保持位置姿勢として選択される。なお、上述した計算方法は、選択条件に従って実行されるロボット１２の保持位置姿勢の計算方法の一例であり、上述した計算方法には限定されない。また、ロボット１２の保持位置姿勢を計算する計算方法は、選択条件及び保持位置姿勢変更範囲に応じて定まるので、特定の条件に適合するように計算方法を変更する必要がある。

図７は、第一の実施形態に係る物品取出装置１０において実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、物品取出装置１０による動作を、図７のフローチャート及び関連する図面を参照しながら説明する。

図７の処理は、例えば操作者による図示されない操作スイッチの操作に応答して、物品１６の取出工程開始指令が入力されることにより開始される。まず、コンテナ１５内に積載された複数の物品１６の位置及び姿勢を計測する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、例えば架台１７又はロボット１２の手先１２ａに取付けられたカメラ１１により物品１６を撮像し、カメラ１１から得られた画像情報を処理することによって、各物品１６の位置及び姿勢が求められる。

次に、ステップＳ１０１においてカメラ１１により計測された複数の物品１６のうち、取出されるべき対象物品１６ａを選択する（ステップＳ１０２）。対象物品１６ａは、ステップＳ１０１において測定された各物品１６の位置及び姿勢に基づいて選択の指標となる優先度を物品１６ごとに計算しておき、その優先度に従って順次選択されるようにすることが望ましい。

次に、ステップＳ１０１において得られた対象物品１６ａの位置及び姿勢に対するロボット１２の保持位置姿勢を計算する（ステップＳ１０３）。ロボット１２の保持位置姿勢は、上述したようにロボットの基準保持位置姿勢と基準物品位置姿勢と物品の位置及び姿勢とに基づいて計算され得る。基準保持位置姿勢と基準物品位置姿勢は、前述したように物品取出装置１０の準備段階においてそれぞれ求められる。したがって、ステップＳ１０３の処理を実行する際には、ロボット制御装置１３の記憶部に記憶された基準保持位置姿勢と基準物品位置姿勢が読出される。

次に、保持位置姿勢変更範囲及び選択条件を、保持位置姿勢変更範囲記憶部及び選択条件記憶部からそれぞれ読出す（ステップＳ１０４）。保持位置姿勢変更範囲は、図２及び図３に示された物品１６及びハンド１４の例においては、前述したように物品１６の穴２１の中心軸線３１の回りの回転に相当する。また、選択条件は、例えば図６Ａ及び図６Ｂに関連して説明したように、待機位置姿勢に近似する姿勢を有する保持位置姿勢を優先的に選択することである。

次に、ステップＳ１０３において算出された保持位置姿勢と、ステップＳ１０４において読出された保持位置姿勢変更範囲及び選択条件と、に基づいて、ロボット１２の保持位置姿勢が選択される（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において選択されたロボット１２の保持位置姿勢は、ロボット制御装置１３に送出される。ロボット制御装置１３において、ロボット１２を保持位置姿勢まで移動させるための制御指令が生成される。

続いて、本発明の第二の実施形態に係る物品取出装置について説明する。以下の説明において、同一又は対応する構成要素には同一の参照符号が使用される。第二の実施形態における物品取出装置においては、ロボット制御装置１３’は、第一の実施形態に係る構成に加えて、ロボット１２の手先１２ａ又は腕部に装着されたツール、例えばハンド１４と、ロボット１２の作業領域周辺に存在する障害物との間に干渉が生じるか否かを判定する判定部を備えている。そして、保持可能範囲内に含まれる複数の位置姿勢候補を生成し、それら複数の位置姿勢候補のうち、判定部によって干渉が生じないと判定された位置姿勢候補が、選択条件に従って選択される点において第一の実施形態とは異なっている。第二の実施形態に関する以下の説明においては、第一の実施形態との相違点のみについて述べることとし、第一の実施形態と同様のものについては説明を省略する。

第二の実施形態では、ロボット制御装置１３’に備えられた判定部によって、ロボット１２の手先１２ａ又は腕部に装着されたツールと、ロボット１２の作業領域周辺の障害物、例えばコンテナ１５との間に干渉が生じるか否かを判定するために、ツール及び障害物の形状データが予め記憶される。これら形状データは、例えば、ＣＡＤデータとして、ロボット制御装置１３’に含まれる形状データ記憶部に記憶される。図８Ａは、本発明の第二の実施形態に係る物品取出装置におけるロボット制御装置１３’の構成を示す概略図である。

図８Ｂは、第二の実施形態に係る物品取出装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、物品取出装置１０による動作を、図８Ｂのフローチャート及び関連する図面を参照しながら説明する。

ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理は、第一の実施形態のステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と同様である。すなわち、ステップＳ２０１において、カメラ１１を用いて複数の物品１６を撮像し、各物品１６の位置及び姿勢を計測する。ステップ２０２において、位置及び姿勢が計測された物品１６の中から取出されるべき対象物品１６ａを選択する。ステップＳ２０３において、予め定められた関係式に従って、ロボット１２の保持位置姿勢を計算する。ステップ２０４において、保持位置姿勢変更範囲及び選択条件が読出される。次に、ステップＳ２０４において読出された保持位置姿勢変更範囲内に含まれるロボット１２の保持位置姿勢の複数の候補を生成する（ステップＳ２０５）。例えば第一の実施形態と同様に、図２及び図３に示される物品１６及びハンド１４が使用される場合は、保持可能範囲として物品１６の穴２１の中心軸線３１の回りの自由な回転が設定される。この場合、保持位置姿勢候補は、例えば、ハンド１４を中心軸線３１の回りに所定の角度ごとに段階的に回転させることによってそれぞれ得られる。

次に、保持位置姿勢候補のうち、選択条件によって指定される優先度が最も高い保持位置姿勢候補を選択する（ステップＳ２０６）。そして、ロボット１２がステップＳ２０６において選択された保持位置姿勢候補に対応する位置及び姿勢にあるときに、周囲の障害物との間において干渉が生じるか否かを判定部によって判定する（ステップＳ２０７）。なお、第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、選択条件として待機位置姿勢からの姿勢変化が小さい保持位置姿勢を優先するようになっている。姿勢変化の大小は、前述したように、例えば、姿勢変化を或る軸線の回りに回転させたときの回転量によって定量的に表現される。例えば、各々の保持位置姿勢候補における姿勢と、待機位置姿勢における姿勢の変換行列を計算し、それに基づいて回転量を計算する。すなわち、ステップＳ２０７においては、回転量が最も小さくなるような保持位置姿勢候補について干渉の有無が判定される。また、干渉の有無は、判定される保持位置姿勢候補に対応する位置及び姿勢と、ロボット１２の手先１２ａ又は腕部に装着されたツールの形状データと、ロボット１２の作業領域周辺の障害物の形状データと、に基づいて判定され得る。

ステップＳ２０７において干渉が発生しない判定された場合は、判定された保持位置姿勢候補をそのままロボット１２の保持位置姿勢として選択する（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８において選択された結果は、ロボット制御装置１３’に送出される。ロボット制御装置１３’において、ロボット１２を選択された保持位置姿勢まで動作させるための制御指令が作成される。一方、ステップＳ２０７において、干渉が発生すると判定された場合は、判定された保持位置姿勢候補に対応する位置及び姿勢を保持位置姿勢候補から除外する（ステップＳ２０９）。そして、処理は再びステップＳ２０６に戻り、保持位置姿勢候補のうち、選択条件に従って指定される優先度の高い保持位置姿勢候補が再び選択される。

次に、本発明の第三の実施形態に係る物品取出装置について説明する。第三の実施形態は、選択条件の内容が第一の実施形態及び第二の実施形態とは異なっている。すなわち、第三の実施形態に係る物品取出装置では、選択条件によって、ロボット１２の手先１２ａに固定された位置に配置される点と、ロボット１２とは独立して固定される位置に配置された平面との間の距離が大きい位置姿勢が優先される。第三の実施形態に関する以下の説明においては、第一の実施形態及び第二の実施形態第実施形態と相違する点のみについて述べ、第一の実施形態及び第二の実施形態第実施形態と同様のものについては説明を省略する。

第三の実施形態は、例えば次のような場合に有利である。カメラ１１によって撮像された画像からは認識できない物品１６が、取出されるべき対象物品１６ａの周囲にあり、その物品１６と対象物品１６ａとが互いに近い高さに配置されている場合、ロボット１２が対象物品１６ａを保持するために所定の保持位置姿勢まで移動する際に、ロボット１２の手先１２ａが周囲の物品１６に接触することが起こり得る。このようなことは、例えば図４に示されるようにロボット１２の手先１２ａのフランジ２０の位置が低い場合に発生し易い。したがって、ロボット１２の手先１２ａのフランジ２０の位置がより高い位置に配置されるようなロボット１２の保持位置姿勢が優先されるように選択条件を設定することによって、上記問題を回避できるようになる。

図９は、選択条件に基づくロボットの位置及び姿勢の計算方法を説明する図である。ここでは、より高い位置に配置されるべき対象として、フランジ２０の上面に位置する指定位置９１が設定される場合について説明する。この場合、指定位置９１が最も高い位置に配置されるようなロボット１２の保持位置姿勢を求めるために、ロボット１２の手先１２ａに固定された指定位置９１と、ロボット１２とは独立に固定された平面とみなせる床面との間の距離が最大となるようなロボット１２の保持位置姿勢が保持位置姿勢変更範囲内から選択される。ここで、指定位置９１から物品１６の穴２１の中心軸線３１まで引かれた垂線９５の足を９２とすると、指定位置９１が最も高い位置に配置されるようになるのは、足９２から指定位置９１に向かって垂線９５に沿って延びる方向ベクトル９３と、床面に対して垂直に延びる方向ベクトル９４との内積が最大になる場合である。したがって、この２つの方向ベクトル９３，９４の内積が最大になるロボット１２の保持位置姿勢を求めれば、この選択条件によって指定される優先度が最も高い保持位置姿勢が得られることになる。

第三の実施形態では、選択条件によって、ロボット１２の手先１２ａに固定された位置に配置される点と、ロボット１２とは独立した位置に固定された平面との間の距離が大きくなるようなロボットの位置及び姿勢が優先される例を述べたものの、点と点との間の距離、点と直線との間の距離、直線と直線との間に形成される角度に従って定まる優先度を利用してもよい。

次に、本発明の第四の実施形態に係る物品取出装置について説明する。第四の実施形態における物品取出装置は、保持位置姿勢変更範囲内において動作するロボット１２が複数の自由度を有している。したがって、複数の選択条件が設定される。この点で第一乃至第三の実施形態とは異なっている。第四の実施形態に関する以下の説明においては、第一乃至第三の実施形態との相違点のみについて述べ、第一乃至第三の実施形態と同様のものについては説明を省略する。

第四の実施形態では、図１０に示されるように、長尺円柱形状を有する円柱部１０３と、フランジ部１０５と、を有する物品１０１が物品取出装置によって取出される。ロボット１２の手先１２ａには、物品１０１を保持するためのハンド１０２が取り付けられている。ハンド１０２は、ロボット１２の手先１２ａに取付けられるフランジ１０４と、フランジ１０４の底面から垂直かつ互いに平行にそれぞれ延在する２つの爪１０６，１０６と、を備えている。ハンド１０２は、チャックにより２つの爪１０６，１０６の間の間隔を調整することによって、対象物品１０１ａを爪１０６，１０６の間において挟持できるようになっている。

対象物品１０１ａ及びハンド１０２が図１０に示される位置関係になるようにロボットの基準保持位置姿勢が設定される場合、ハンド１０２が対象物品１０１ａの中心軸線１１１の方向に距離Ｘにわたって挟持位置が移動したとしても、対象物品１０１ａを保持可能である。なお、後述する第二の保持位置姿勢変更範囲と区別するために、以下、この距離Ｘに対応する保持位置姿勢変更範囲を「第一の保持位置姿勢変更範囲」と称する。第二の保持位置姿勢変更範囲は、対象物品１０１ａの中心軸線１１１及びハンド１０２の中心軸線１１３に直交する直線１１４の回りの角度θによって定められる。すなわち、ハンド１０２を所定の角度θの範囲内で直線１１４の回りに回転させたとしても、ハンド１０２は物品１０１を挟持できる。

図１１は本発明の第四の実施形態に係る物品取出装置における選択条件を説明する図である。第四の実施形態では、図１１に示されるようなロボット１２の保持位置姿勢を優先することを選択条件とする。具体的には、選択条件は、ハンド１０２によって対象物品１０１ａを保持する際、爪１０６の位置がより高いことと、爪１０６が鉛直線に対して傾斜しておらず鉛直下方を向いていることと、を優先する。爪１０６の位置が低い場合又は爪１０６が鉛直線から大きく傾斜している場合、第三の実施形態に関連して述べたように、対象物品１０１ａの周囲にある他の物品１０１と、ロボット１２の手先１２ａ又は腕部に取付けられたハンド１０２とが互いに接触する虞がある。第四の実施形態においては、爪１０６が高い位置にあることと傾斜しないこととを可能な限り両立させるような保持位置姿勢を優先的に選択することによって、ハンド１０２が対象物品１０１ａの周囲にある他の物品１０１に不意に接触するのを回避できる。

対象物品１０１ａを保持するためのロボット１２の保持位置姿勢は、選択条件に従って、保持位置姿勢変更範囲内において次のように決定され得る。保持位置姿勢変更範囲内のうち、爪１０６の位置が最も高くなるようなロボット１２の保持位置姿勢は、第一の保持位置姿勢変更範囲と、対象物品１０１ａの姿勢とに応じて定まる。カメラ１１によって計測される物品１０１の中心軸線１１１に沿った傾きによって、第一の保持位置姿勢変更範囲に対応する距離Ｘの両端のうち、どちらか一方の端部において対象物品１０１ａを保持すれば爪１０６の位置がより高くなるかが決定される。また、爪１０６の傾斜が最小になるロボット１２の姿勢は、ハンド１０２の中心軸線１１３の方向に延びる方向ベクトルと、床面に対して垂直に延びる方向ベクトルとの内積が最大となる姿勢を求めることによって決定される。二つのベクトルの内積が最大となる姿勢は第三の実施形態と同様に求められる。

第二の実施形態のように、複数の保持位置姿勢候補からロボット１２の手先１２ａ又は腕部に装着されたツールと、ロボット１２の作業領域周辺の障害物とが干渉しないようなロボット１２の保持位置姿勢が選択される場合は、第一の保持位置姿勢変更範囲及び第二の保持位置姿勢変更範囲のそれぞれについて、適当な間隔を空けた複数の保持位置姿勢候補が生成され、それらの組合せを位置姿勢候補として使用すればよい。そうして得られた各保持位置姿勢候補について、対象物品１０１ａが保持されるときの爪１０６の高さを計算するとともに、ハンド１０２の中心軸線１１３の方向に延びる方向ベクトルと、床面に対して垂直に延びる方向ベクトルとの間に形成される角度を計算する。それら計算結果に基づいて、保持位置姿勢候補の優先度を計算し、優先度が高い保持位置姿勢候補について干渉の有無が順次判定される。そして、干渉が発生しないと判定された保持位置姿勢候補がロボットの保持位置姿勢として選択される。選択条件によって決定される優先度は、例えば、対象物品１０１ａが保持されるときの爪１０６の高さと、２つの方向ベクトルの間に形成される角度と、のそれぞれに重み付けするための所定の係数を乗算し、それら乗算値の合計を算出することによって求められる。優先度の計算方法は上述の方法に限られず、ロボット１２を移動させるのに必要な時間の短縮又は取出工程の安定化が実現できるような方法であれば、どのような方法であってもよい。また、優先度の計算工程は予め定められた方法に従って実行されてもよいし、操作者によって必要に応じて選択された方法に従って実行されてもよい。

以上の実施形態は例示のために説明されたものであって、上述した実施形態及びその変形例に係る特定の構成及び作用によって本発明が限定されるものではない。上記実施形態及びその変形例の構成要素は、発明の同一性を維持しながらも当業者にとって自明な置換物によって置換され得る。そして、そのような置換された構成要素を含む態様もまた、本発明の技術的思想の範囲内に含まれる。また、上記実施形態及びその変形例の１つまたは複数を任意に組合せることも本発明の開示の範囲に含まれる。

１０ 物品取出装置
１１ カメラ
１２ ロボット
１２ａ 手先
１３ ロボット制御装置
１３’ ロボット制御装置
１４ ハンド
１５ コンテナ
１６ 物品
１６ａ 対象物品
１７ 架台
１８ 爪
２０ フランジ
２１ 穴
３１ 穴の中心軸線
６３ 穴の中心軸線の方向ベクトル
６４ 穴の中心軸線の方向ベクトル
９１ 指定位置
９２ 垂線の足
９３ 方向ベクトル
９４ 方向ベクトル
９５ 垂線
１０１ 物品
１０１ａ 対象物品
１０２ ハンド
１０６ 爪
１１１ 物品の中心軸線
１１３ ハンドの中心軸線
１１４ 物品の中心軸線及びハンドの中心軸線に直交する直線

Claims (5)

1. 複数の物品から対象物品を取出す物品取出装置であって、
   前記対象物品を保持可能なツールを有するロボットと、
   前記複数の物品の位置及び姿勢を計測するセンサと、
   前記対象物品を前記ツールによって保持する際における前記対象物品に対する前記ロボットの位置及び姿勢の基準となる基準保持位置姿勢を記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、
   前記対象物品を前記ツールによって保持できるように前記基準保持位置姿勢に付与され得る変更の範囲である保持位置姿勢変更範囲を記憶する保持位置姿勢変更範囲記憶部と、
   前記センサによって計測される前記対象物品の位置及び姿勢並びに前記基準保持位置姿勢に基づいて、前記対象物品を前記ツールによって保持できる前記ロボットの位置及び姿勢である保持位置姿勢を計算する保持位置姿勢計算部と、
   前記ロボットの前記保持位置姿勢の優先度を決定する少なくとも一つの選択条件を記憶する選択条件記憶部と、
   前記保持位置姿勢計算部によって計算される前記ロボットの前記保持位置姿勢と前記保持位置姿勢変更範囲とから得られる前記ロボットの保持位置姿勢のうち、前記選択条件によって決定される前記優先度に従って前記ロボットの保持位置姿勢を選択する、保持位置姿勢選択部と、
   を備える物品取出装置。
2. 複数の物品から対象物品を取出す物品取出装置であって、
   前記対象物品を保持可能なツールを有するロボットと、
   前記複数の物品の位置及び姿勢を計測するセンサと、
   前記対象物品を前記ツールによって保持する際における前記対象物品に対する前記ロボットの位置及び姿勢の基準となる基準保持位置姿勢を記憶する基準保持位置姿勢記憶部と、
   前記対象物品を前記ツールによって保持できるように前記基準保持位置姿勢に付与され得る変更の範囲である保持位置姿勢変更範囲を記憶する保持位置姿勢変更範囲記憶部と、
   前記センサによって計測される前記対象物品の位置及び姿勢並びに前記基準保持位置姿勢に基づいて、前記対象物品を前記ツールによって保持できる前記ロボットの位置及び姿勢である保持位置姿勢を計算する保持位置姿勢計算部と、
   前記ロボットの前記保持位置姿勢の優先度を決定する少なくとも一つの選択条件を記憶する選択条件記憶部と、
   前記ツールの形状データ及び前記ロボットの周囲に存在する障害物の形状データを記憶する形状データ記憶部と、
   前記ロボットの位置及び姿勢と前記ツールの形状データと前記障害物の形状データとに基づいて、前記ツールと前記障害物との間に干渉が生じるか否かを判定する判定部と、
   前記保持位置姿勢計算部によって計算される前記ロボットの前記保持位置姿勢と前記保持位置姿勢変更範囲とから得られる前記ロボットの保持位置姿勢であって、前記判定部によって前記干渉が生じないと判定された保持位置姿勢のうち、前記選択条件によって決定される前記優先度に従って前記ロボットの保持位置姿勢を選択する、保持位置姿勢選択部と、を備える、
   物品取出装置。
3. 前記選択条件が、前記ロボットの前記ツールに対して固定される位置に配置される第一の点、直線又は平面と、前記ロボットとは独立して固定される位置に配置される第二の点、直線又は平面との間の距離が大きくなる又は小さくなるような前記ロボットの前記保持位置姿勢を優先させることを含む、請求項１又は２に記載の物品取出装置。
4. 前記選択条件が、前記ロボットの前記ツールに対して固定される位置に配置される第一の直線と、前記ロボットとは独立して固定される位置に配置される第二の直線との間に形成される角度が大きくなる又は小さくなるような前記ロボットの前記保持位置姿勢を優先させることを含む、請求項１又は２に記載の物品取出装置。
5. 前記選択条件が、前記ロボットの所定の位置及び姿勢に近似する姿勢を有する前記ロボットの前記保持位置姿勢を優先させることを含む、請求項１又は２に記載の物品取出装置。

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