JP2018114028A - 布片把持装置及び布片把持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】布片の２つの角部（縁部）を把持する際に互いに干渉するか確認して布片を把持できる布片把持装置を提供する。【解決手段】布片把持装置は、吊り下げられた布片の三次元形状を計測する三次元計測装置と、計測された布片の三次元形状に基づいて、布片の隣接する２つの角部を認識すると共に、２つの角部を把持できるか判断する把持判断部と、布片の前記２つの角部をそれぞれ把持する一対の把持用ハンドと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、おしぼり、タオル等の布を把持する布片把持装置及び布片把持方法に関する。

いわゆるリネンサプライ業では、ホテル、飲食店、医療施設等におしぼり、タオル、シーツ等の布片を供給している。取引先から回収された多数の布片は、洗濯、乾燥され、布片ごとに折畳んだ状態として再び取引先に供給されている。この布片は、様々なサイズを有するおしぼり、タオル、シーツ等であって、多くの場合正方形、長方形等の矩形形状である。

上記多数の布片を、洗濯、乾燥してそれぞれ折畳む一連の作業工程では、自動化のための装置が導入されている。しかし、自動化は、一台の装置で全工程をカバーするのではなく、コストやコンパクト性などの点から、洗濯装置、乾燥装置、折り畳み装置などに分けられている場合が多い。

さらに、上記各工程間では工程ごとの装置から次の工程の装置へと布片を受け渡す作業者が介在することが多い。特に、布片ごとに折り畳む工程のために、丸められたり重なった状態の各布片を広げて、一定の方向にそろえる等の作業が必要となる場合があった。

そこで、出願人は、吊り下げられた布片の縁部を自動検出する装置を開発した（例えば、特許文献１参照。）。この装置を用いることで、布片の縁部を検出でき、その縁部を把持することで布片を広げることができる。

特開２０１４−４５８０１号公報

しかし、検出できた２つの縁部を把持しようとした場合に、２つの把持装置が近接しすぎていると互いに干渉して、衝突してしまうおそれがあった。

本発明の目的は、布片の２つの角部（縁部）を把持する際に互いに干渉するか確認して布片を把持できる布片把持装置及び布片把持方法を提供することである。

本発明に係る布片把持装置は、吊り下げられた布片の三次元形状を計測する三次元計測装置と、
計測された前記布片の三次元形状に基づいて、前記布片の隣接する２つの角部を認識すると共に、前記２つの角部を把持できるか判断する把持判断部と、
前記布片の前記２つの角部をそれぞれ把持する一対の把持用ハンドと、
を備える。

本発明に係る布片把持方法は、布片の三次元形状を取得するステップと、
前記布片の２つの角部を認識するステップと、
前記布片の２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断するステップと、
前記布片の２つの角部を一対の把持用ハンドで把持するステップと、
を含む。

本発明に係る布片把持装置及び布片把持方法によれば、布片の２つの角部を把持する際に互いに干渉するか確認して布片を把持できる。

実施の形態１に係る布片把持装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る布片把持装置の一例の概略構成を示す概略斜視図である。 実施の形態１に係る布片把持装置の把持判断部の物理的構成及び機能的構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る布片把持方法のフローチャートである。 図４の布片の三次元形状の取得ステップの詳細を示すフローチャートである。 図４の布片の２つの角部の認識ステップの詳細を示すフローチャートである。

第１の態様に係る布片把持装置は、吊り下げられた布片の三次元形状を計測する三次元計測装置と、
計測された前記布片の三次元形状に基づいて、前記布片の隣接する２つの角部を認識すると共に、前記２つの角部を把持できるか判断する把持判断部と、
前記布片の前記２つの角部をそれぞれ把持する一対の把持用ハンドと、
を備える。

第２の態様に係る布片把持装置は、上記第１の態様において、前記三次元計測装置は、
前記布片の鉛直下方から撮影する三次元カメラと、
前記三次元カメラで撮影した画像に基づいて、前記布片の三次元形状を取得する三次元形状算出部と、
を備えてもよい。

第３の態様に係る布片把持装置は、上記第１又は第２の態様において、前記把持判断部は、
前記布片の三次元形状に基づいて、前記布片の隣接する２つの角部を認識する角部認識部と、
前記２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断する把持可否判断部と、
を備えてもよい。

第４の態様に係る布片把持装置は、上記第３の態様において、前記角部認識部は、計測された前記布片の三次元形状の鉛直下方における最下点を検出すると共に、前記最下点から両方向に延在する線の両端部をそれぞれ角部と認識してもよい。

第５の態様に係る布片把持装置は、上記第３又は第４の態様において、前記把持可否判断部は、前記一対の把持用ハンドで前記２つの角部をそれぞれ実質的に同時に把持する場合に、前記一対の把持用ハンドが物理的に互いに干渉するか否かを算出し、前記２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断してもよい。

第６の態様に係る布片把持装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記一対の把持用ハンドは、前記把持判断部で認識された２つの角部を把持可能な位置にそれぞれ移動可能であってもよい。

第７の態様に係る布片把持装置は、上記第１から第６までのいずれかの態様において、さらに、前記布片を吊り下げる布片吊り下げ部を備えてもよい。

第８の態様に係る布片把持装置は、上記第１から第６までのいずれかの態様において、さらに、吊り下げられた前記布片を検知するサブカメラを備えてもよい。

第９の態様に係る布片把持方法は、布片の三次元形状を取得するステップと、
前記布片の２つの角部を認識するステップと、
前記布片の２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断するステップと、
前記布片の２つの角部を一対の把持用ハンドで把持するステップと、
を含む。

第１０の態様に係る布片把持方法は、上記第９の態様において、前記布片の三次元形状を取得するステップは、
前記布片の鉛直下方からカメラで撮影して画像を得るステップと、
撮影した前記画像に基づいて、前記布片の三次元形状を取得するステップと、
を含んでもよい。

第１１の態様に係る布片把持方法は、上記第９又は第１０の態様において、前記布片の２つの角部を認識するステップは、
前記布片の三次元形状の鉛直下方における最下点を検出するステップと、
前記最下点から両方向に延在する線の両端部をそれぞれ角部と認識するステップと、
を含んでもよい。

第１２の態様に係る布片把持方法は、上記第９から第１１のいずれかの態様において、前記布片の２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断するステップは、前記２つの角部の距離は所定以上かに応じて２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断してもよい。

以下、実施の形態に係る布片把持装置及び布片把持方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
＜布片把持装置＞
図１は、実施の形態１に係る布片把持装置２０の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る布片把持装置２０の一例の概略構成を示す概略斜視図である。
この布片把持装置２０は、三次元計測装置１１と、把持判断部１４と、一対の把持用ハンド１８ａ、１８ｂと、を備える。三次元計測装置１１によって吊り下げられた布片２２の三次元形状を計測する。把持判断部１４によって、計測された布片２２の三次元形状に基づいて、布片２２の隣接する２つの角部２６ａ、２６ｂを認識すると共に、２つの角部２６ａ、２６ｂを把持できるか判断する。一対の把持用ハンド１８ａ、１８ｂによって布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂをそれぞれ把持する。さらに、布片２２を吊り下げる布片吊り下げ部１７を備えてもよい。あるいは、布片吊り下げ部１７から吊り下がる布片２２を検知するサブカメラ１９を備えてもよい。また、全体を制御する制御部１０を備えてもよい。

この布片把持装置２０では、上述のように、計測された布片２２の三次元形状に基づいて、布片２２の隣接する２つの角部２６ａ、２６ｂを認識すると共に、２つの角部２６ａ、２６ｂを把持できるか判断する把持判断部１４を備えている。そこで、布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂを把持する際に互いに干渉するか確認して布片２２を把持できる。

この布片把持装置２０を構成する各構成部材について以下に説明する。

＜布片＞
ここで把持する対象となる布片２２は、特に限定はされないが、例えば、おしぼり、フェイスタオル、手ぬぐい、バスタオル、タオル、シーツ、まくらカバー、テーブルクロス等の矩形形状を有する布片であればよい。

＜布片吊り下げ部＞
布片２２は、布片吊り下げ部１７によって吊り下げられる。布片吊り下げ部１７は、布片２２の少なくとも一部が垂れ下がった状態で保持するものであればよく、例えば、布片２２を搬送するコンベア、布片２２の一部を把持して吊り下げるロボットハンド、布片２２を引っかける吊り具、フック等であってもよい。この布片吊り下げ部１７がコンベアである場合には、図２に示されるように布片２２は、コンベア１７上で搬送される。布片２２の鉛直下方の辺２３がコンベア１７から垂下し、突出すると、後述するサブカメラ１９によって布片２２を検出できる。布片吊り下げ部１７から布片２２が検出された場合には、コンベア１７は停止される。
なお、布片２２の２つの角部が認識できなかった場合や、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定未満の場合には、把持できないとして、布片２２を排出する（Ｓ０９）。例えば、コンベア１７を動作させて布片２２をコンベア１７から落下させてもよい。この場合も布片２２を回収して再度コンベア１７で搬送し、把持のやり直しをするようにしてもよい。

＜三次元計測装置＞
三次元計測装置１１は、布片２２の鉛直下方の辺２３を撮影する三次元カメラ１２と、三次元カメラ１２で撮影した画像に基づいて、布片２２の三次元形状を取得する三次元形状算出部１３と、を備える。三次元形状算出部１３による三次元形状の取得方法は、一般的に用いられている技術であれば用いることができる。例えば、ステレオカメラによって撮影する方法、ライン光を照射して行う光切断法、位相を少しずつずらした格子パターンが投影された複数枚の画像から三次元形状を取得する位相シフト法、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法、その他、レーザ変位計でスキャンする手法等を用いてもよい。
なお、布片２２の鉛直下方の辺２３の２つの角部２６ａ、２６ｂを把持するために布片２２の角部２６ａ、２６ｂを含む三次元形状を計測する。布片２２は折り重なった状態で吊り下げられることがあるため、撮影方向が鉛直下方に対して斜めになるほど、角部のオクルージョンが発生しやすくなる。そこで、２つの角部２６ａ、２６ｂを確実に計測するため、鉛直下方から布片２２を撮影することが好ましい。

＜把持判断部＞
図３は、実施の形態１に係る布片把持装置２０の把持判断部１４の物理的構成及び機能的構成を示すブロック図である。
把持判断部１４の物理的な構成としては、図３のブロック図に示すように、通常のパーソナルコンピュータの物理的な構成要素、例えば、ＣＰＵ１、メモリ２、記憶部３、表示部４、入力部５、インタフェース６等を備えていればよい。

また、把持判断部１４の機能的な構成としては、角部認識部１５と、把持可否判断部１６と、を備える。
角部認識部１５によって、計測された布片２２の三次元形状に基づいて、布片２２の隣接する２つの角部２６ａ、２６ｂを認識する。具体的には、布片２２の三次元形状の鉛直下方における最下点２４を検出すると共に、最下点２４から両方向に延在する線２３の両端部をそれぞれ角部２６ａ、２６ｂと認識する。なお、最下点２４から線２３が鉛直上方に延在する場合や、最下点２４から両方向に延在する線２３のなす角度がほぼ直角の場合には、最下点２４自体が角部と考えられる場合がある。この場合には、最下点２４以外に最下点２４から両方向に延在する線２３の両端部の少なくとも一方を角部と認識できればよい。布片２２の２つの角部が認識できない場合には、把持できる角部が確認できないと判断して、その布片２２を排出して、次の布片を吊り下げるようにする。

把持可否判断部１６によって、２つの角部２６ａ、２６ｂを実質的に同時に把持できるか判断する。具体的には、一対の把持用ハンド１８ａ、１８ｂで２つの角部２６ａ、２６ｂをそれぞれ実質的に同時に把持する場合に、一対の把持用ハンド１８ａ、１８ｂが物理的に互いに干渉するか否かを算出する。つまり、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定以上か否かを判定し、それによって２つの角部２６ａ、２６ｂを実質的に同時に把持できるか判断する。この判断基準について以下に説明する。一つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂは、一定の範囲を占有する。そのため、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定範囲より近くなった場合には、それぞれの角部２６ａ、２６ｂを同時に把持する際に２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂが衝突する。具体的には、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂを接触させた場合の２つの把持部分の間隔より短い場合には、２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂは衝突することとなる。また、安全のため把持用ハンド１８ａ、１８ｂの周囲に一定の干渉領域を設定し、この干渉領域同士を接触させた場合の２つの把持部分の間隔より、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が短い場合には、２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂが干渉すると判断してもよい。上記のように、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定以上ある場合には、２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂは衝突せず、同時に把持可能である。一方、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定未満の場合には、２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂは衝突することが予測されるため、同時に把持できない。そこで、２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定以上あるか否かで、実質的に同時に把持可能か否かを判断する。
なお、ここで「実質的に同時に把持」とは、完全に同時の場合だけではなく、一つ目の角部の把持と二つ目の角部の把持との間の時間間隔が所定範囲より短い場合を含む。また、「実質的に同時に把持」を条件としているのは、一つ目の角部を把持した後、二つ目の角部を把持するまでに時間が空くと、布片２２のバランスが変化して二つ目の角部の位置が変わって把持できなくなる場合があるためである。

＜第１把持用ハンド、第２把持用ハンド＞
第１及び第２把持用ハンド１８ａ、１８ｂによって布片２２の前記２つの角部２６ａ、２６ｂをそれぞれ把持する。第１及び第２把持用ハンド１８ａ、１８ｂは、把持判断部１４で認識された２つの角部２６ａ、２６ｂを把持可能な位置にそれぞれ移動可能である。この第１及び第２把持用ハンド１８ａ、１８ｂは、例えば、図２に示すように、第１及び第２ロボットアーム２７ａ、２７ｂにそれぞれ接続されていてもよい。第１及び第２ロボットアーム２７ａ、２７ｂは、回転可能に接続された３以上の関節（３軸）を有してもよい。これによって、第１及び第２把持用ハンド１８ａ、１８ｂによって布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂを把持する際の移動を円滑に行うことができる。さらに、角部２６ａ、２６ｂの把持後、第１及び第２把持用ハンド１８ａ、１８ｂによる布片２２の持ち上げ、角部２６ａ、２６ｂを含む辺の直線への展開も円滑に行うことができる。より好ましくは、第１及び第２ロボットアーム２７ａ、２７ｂが７軸ロボットである。これによって、各ロボットアームが取ることのできる姿勢の自由度が上がり、より円滑に把持用ハンドの移動が可能となる。
なお、把持用ハンド１８ａ、１８ｂは、布片２２を把持可能な形態であればよい。

＜サブカメラ＞
サブカメラ１９によって、吊り下げられた布片２２を検知する。このサブカメラ１９が、布片吊り下げ部（コンベア）１７から布片２２が吊り下げられたことを検知することによって、布片２２の把持の動作が開始される。サブカメラ１９は、布片２２を検知できればよく、通常使用できるカメラであれば使用でき、２次元カメラであってもよい。

＜制御部＞
布片把持装置２０の全体を制御する制御部１０を備えてもよい。なお、制御部１０は、他の部材と独立して存在してもよく、あるいは、他の部材の一部と共有されていてもよい。例えば、三次元計測装置１１、把持判断部１４、又は、サブカメラ１９に含まれていてもよい。また、制御部１０は、通常のパーソナルコンピュータの物理的な構成要素、例えば、ＣＰＵ、メモリ、記憶部、表示部、入力部、インタフェース等を備えていてもよい。

なお、上記の各構成部材のうち、三次元形状算出部１３、把持判断部１４、角部認識部１５、把持可否判断部１６、制御部１０等の機能的構成部材は、全体を機械的な構成で実現する場合に限られず、少なくとも一部をコンピュータプログラムによって実現できるものであってもよい。

＜布片の把持方法＞
図４は、実施の形態１に係る布片把持方法のフローチャートである。以下に、この布片把持方法について説明する。
（１）布片２２を吊り下げ状態とする（Ｓ０１）。例えば、図２のようにコンベア１７によって搬送し、布片２２の辺２３が鉛直下方に吊り下がるようにしてもよい。布片２２の一部が所定の位置まで垂れ下がった時点でコンベア１７は停止される。布片２２の確認はサブカメラ１９によって行うことができる。なお、コンベア１７に限られず、フック等で布片を吊り下げてもよい。
（２）布片２２の三次元形状を取得する（Ｓ０２）。具体的には、図５のフローチャートに示している。図５は、図４の布片２２の三次元形状の取得ステップの詳細を示すフローチャートである。
２−１）布片２２の鉛直下方から三次元カメラ１２で撮影して布片２２の辺２３を含む画像を得る（Ｓ１１）。
２−２）撮影した画像に基づいて、布片２２の三次元形状を取得する（Ｓ１２）。
なお、三次元形状を取得する方法は、通常使用される方法であれば使用できる。例えば、ライン状のレーザ光を照射して行う光切断法や、位相を少しずつずらした格子パターンが投影された複数枚の画像から三次元形状を取得する位相シフト法、その他、レーザ変位計でスキャンする手法等を用いてもよい。

（３）布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂを認識する（Ｓ０３）。具体的には、図６のフローチャートに示している。図６は、図４の布片の２つの角部の認識ステップの詳細を示すフローチャートである。
３−１）布片２２の三次元形状の鉛直下方における最下点２４を検出する（Ｓ２１）。
３−２）最下点２４から両方向に延在する線２３の両端部をそれぞれ角部２６ａ、２６ｂと認識する（Ｓ２２）。
なお、２つの角部の認識方法は、上記の方法に限られず、他の方法であってもよい。
（４）２つの角部が認識できたか判断する（Ｓ０４）。２つの角部が認識できた場合（ＹＥＳ）には、次のステップＳ０５に移行し、２つの角部が認識できなかった場合（ＮＯ）には、布片２２の排出を行う（Ｓ０９）。その後、ステップＳ０１に戻り、次の布片を吊り下げ状態とする。

（５）２つの角部２６ａ、２６ｂの距離は所定以上か判断する（Ｓ０５）。２つの角部２６ａ、２６ｂの距離は、上記角部の認識ステップＳ０３で得られた２つの角部２６ａ、２６ｂのそれぞれの三次元座標から算出できる。２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定以上ある場合（ＹＥＳ）には次のステップＳ０６へ移行する。２つの角部２６ａ、２６ｂの距離が所定未満の場合（ＮＯ）には、２つの把持用ハンド１８ａ、１８ｂが干渉することが予測され（Ｓ０８）、布片２２の排出を行う（Ｓ０９）。この場合、排出された布片２２は、回収して次の布片としてリトライしてもよい。その後、ステップＳ０１に戻り、次の布片を吊り下げ状態とする。
（６）布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂを一対の把持用ハンド１８ａ、１８ｂで把持する（Ｓ０６）。
（７）布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂの把持を完了する（Ｓ０７）。
以上によって、布片２２の２つの角部２６ａ、２６ｂを把持する際に互いに干渉するか確認して布片２２を把持できる。

なお、上記布片把持方法は、少なくとも一部をコンピュータプログラムによって実現できるものであってもよい。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る布片把持装置及び布片把持方法によれば、布片の２つの角部を把持する際に互いに干渉するか確認して布片を把持できる。

１ ＣＰＵ
２ メモリ
３ 記憶部
４ 表示部
５ 入力部
６ インタフェース
１０ 制御部
１１ 三次元計測装置
１２ 三次元カメラ
１３ 三次元形状算出部
１４ 把持判断部
１５ 角部認識部
１６ 把持可否判断部
１７ 布片吊り下げ部（コンベア）
１８ａ 第１把持用ハンド
１８ｂ 第２把持用ハンド
１９ サブカメラ
２０ 布片把持装置
２２ タオル（布片）
２３ エッジ（辺）
２４ 最下点
２６ａ、２６ｂ 角部
２７ａ 第１ロボットアーム
２７ｂ 第２ロボットアーム

Claims (12)

1. 吊り下げられた布片の三次元形状を計測する三次元計測装置と、
   計測された前記布片の三次元形状に基づいて、前記布片の隣接する２つの角部を認識すると共に、前記２つの角部を把持できるか判断する把持判断部と、
   前記布片の前記２つの角部をそれぞれ把持する一対の把持用ハンドと、
   を備えた、布片把持装置。
2. 前記三次元計測装置は、
   前記布片の鉛直下方から撮影する三次元カメラと、
   前記三次元カメラで撮影した画像に基づいて、前記布片の三次元形状を取得する三次元形状算出部と、
   を備える、請求項１に記載の布片把持装置。
3. 前記把持判断部は、
   前記布片の三次元形状に基づいて、前記布片の隣接する２つの角部を認識する角部認識部と、
   前記２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断する把持可否判断部と、
   を備える、請求項１又は２に記載の布片把持装置。
4. 前記角部認識部は、計測された前記布片の三次元形状の鉛直下方における最下点を検出すると共に、前記最下点から両方向に延在する線の両端部をそれぞれ角部と認識する、請求項３に記載の布片把持装置。
5. 前記把持可否判断部は、前記一対の把持用ハンドで前記２つの角部をそれぞれ実質的に同時に把持する場合に、前記一対の把持用ハンドが物理的に互いに干渉するか否かを算出し、前記２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断する、請求項３又は４に記載の布片把持装置。
6. 前記一対の把持用ハンドは、前記把持判断部で認識された２つの角部を把持可能な位置にそれぞれ移動可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の布片把持装置。
7. さらに、前記布片を吊り下げる布片吊り下げ部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の布片把持装置。
8. さらに、吊り下げられた前記布片を検知するサブカメラを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の布片把持装置。
9. 布片の三次元形状を取得するステップと、
   前記布片の２つの角部を認識するステップと、
   前記布片の２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断するステップと、
   前記布片の２つの角部を一対の把持用ハンドで把持するステップと、
   を含む、布片把持方法。
10. 前記布片の三次元形状を取得するステップは、
    前記布片の鉛直下方からカメラで撮影して画像を得るステップと、
    撮影した前記画像に基づいて、前記布片の三次元形状を取得するステップと、
    を含む、請求項９に記載の布片把持方法。
11. 前記布片の２つの角部を認識するステップは、
    前記布片の三次元形状の鉛直下方における最下点を検出するステップと、
    前記最下点から両方向に延在する線の両端部をそれぞれ角部と認識するステップと、
    を含む、請求項９又は１０に記載の布片把持方法。
12. 前記布片の２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断するステップは、前記２つの角部の距離は所定以上かに応じて２つの角部を実質的に同時に把持できるか判断する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の布片把持方法。

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