JP2019166589A - 保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な形状の物体を保持することができる保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステムを提供する。【解決手段】保持機構１は、屈曲可能な第１弾性体と、前記第１弾性体を覆う第２弾性体と、前記第２弾性体の内部に設けられた少なくとも１つの突起部材１５と、を備える。そして、前記第２弾性体は内部に密閉空間を有し、内部の圧力を変更可能な圧力源を備え、その圧力を計測可能な計測部を更に備えている。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステムに関する。

物流倉庫や生産現場では、物品（物体）を保持して所望の場所へ移動するために、マニピュレータ等の先端に取り付けられた保持機構が利用される。保持機構は、一般的に小型軽量及び高保持力であり、様々な形状の物体を保持可能であることが望まれる。

特開２０１５−５１２７９５号公報

本発明が解決しようとする課題は、様々な形状の物品を保持することができる保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステムを提供することである。

実施形態の保持機構は、屈曲可能な第１弾性体と、前記第１弾性体を覆う第２弾性体と、前記第２弾性体の内部に設けられた少なくとも１つの突起部材と、を備える

また、実施形態のマニピュレ−タは、上記保持機構と、上記保持機構を移動可能な駆動機構と、を備える。

また、実施形態のハンドリングロボットシステムは、上記マニピュレータと、上記マニピュレータの駆動を制御する制御装置と、を備える。

第１の実施形態にかかる保持機構を用いたハンドリングロボットシステムの一例を示す概略図である。 第１の実施形態にかかる保持機構の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる保持機構が物体を保持する前後の状態を示す図である。 制御装置の構成と各種センサ及び圧力源との関係を示すブロック図である。 ハンドリングロボットシステムの保持、搬送動作の一例を示すフロー図である。 第２の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。 第３の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。 第４の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。 第５の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。 第５の実施形態にかかる保持機構の動作の一例を示す図である。 第６の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。 第６の実施形態にかかる保持機構の挟持動作の一例を示す図である。 第７の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態にかかる保持機構、マニピュレータ、及びハンドリングロボットシステムについて説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態にかかる保持機構を用いたハンドリングロボットシステムの一例を示す概略図である。

図１に示すように、ハンドリングロボットシステム１００は、マニピュレータ１１０、制御装置１２０、認識装置１３０、搬送装置１４０を備える。

ハンドリングロボットシステム１００は、積載領域１５０に積載された複数の物品Ｇを認識装置１３０により認識する。そして、その認識結果に基づいて制御装置１２０は、マニピュレータ１１０を駆動することにより物品Ｇを保持しつつ物品Ｇを搬送装置１４０に移載する。また、搬送装置１４０上に位置する物品Ｇをマニピュレータ１１０により保持しつつ積載領域１５０に物品Ｇを移載する。物品Ｇとは、段ボール箱等に入れられた製品、袋等でパッケージされた製品、製品そのもの等を含む。また、物品Ｇは、商品や製品に限定されず外形を有する物体を広く含む。物品Ｇは、物体と称されることもある。

まず、マニピュレータ１１０について説明する。

図１に示すようにマニピュレータ１１０は、駆動機構１１１、基部１１２、保持機構１を備える。

駆動機構１１１は、少なくとも２つのリンク１１１１、リンク１１１１の端部にそれぞれ接続されリンクを駆動可能な複数の関節部１１１２を備える。リンク１１１１の先端には、例えば関節部１１１２を介して保持機構１が設置される。関節部１１１２は、例えば、モータ、エンコーダ及び減速機等で構成される。駆動機構１１１は、モータの駆動により各リンクをそれぞれ回転又は直動可能である。これにより、駆動機構１１１は、先端に設けられた保持機構１を所定の位置まで移動する。関節部１１１２は、１軸方向の回転に限定されず多軸方向の回転を含む。駆動機構１１１は、いわゆる垂直多関節型のロボットである。また、駆動機構１１１は、３軸（ＸＹＺ軸）方向の直動機構とリンクを回転させる回転軸と関節部を組合せた構成でも良い。

基部１１２は、駆動機構１１１の端部を固定する。基部１１２は、床面や地面に設置される。基部１１２は、例えば移動可能な台車等であり、マニピュレータ１１０が床面上を移動可能であっても良い。

次に、保持機構１について説明する。

図２は、第１の実施形態にかかる保持機構１の構成を示す図である。図２（ａ）は、保持機構１を＋Ｙ方向から見た正面図である。図２（ｂ）は、保持機構１を−Ｚ方向から見た図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を矢印方向から見た図である。

図３は、第１の実施形態にかかる保持機構１が物品を保持する前後の状態を示す図である。図３（ａ）に示す保持機構１は、保持機構１が物品を保持する前の状態を示す。保持機構１がいわゆる「開いた状態」である。「開いた状態」とは、物品を保持していない時の保持機構１の状態の一例である。図３（ｂ）に示す保持機構１は、保持機構１が物品を保持した後の状態を示す。保持機構１がいわゆる「閉じた状態」である。「閉じた状態」とは、物品を保持している時の保持機構１の状態を示す。また、保持機構の保持部が物品に近づいた状態を示す。図の袋部材は、内部の構成が解り易いように透明として図示しているが、それに限定されない。

ここで、説明の便宜上、＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向、＋Ｚ方向、および−Ｚ方向について定義する。＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、および−Ｙ方向は、例えば、略水平面に沿う方向である。−Ｘ方向は、＋Ｘ方向の反対方向である。実施形態において、＋Ｘ方向、−Ｘ方向は例えば「保持機構１が開いた状態で、保持部が沿う方向」である。＋Ｙ方向は、＋Ｘ方向と交差する方向（例えば略直交する方向）である。−Ｙ方向は＋Ｙ方向の反対方向である。＋Ｚ方向は、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と交差する方向（例えば略直交する方向）であり、例えば略鉛直上向き方向である。−Ｚ方向は＋Ｚ方向の反対方向であり、例えば略鉛直下向き方向である。定義の座標軸は、保持機構１を基準としているため、マニピュレータ１１０に設置された保持機構１の向きにより適宜変更される。

図２に示すように保持機構１は、保持部１０、保持部１１、圧力源１２、基台１３を備える。

保持部１０、１１は、それぞれ、弾性板１４、突起部１５、袋部材１６を備える。

保持機構１は、圧力源１２を用いて袋部材の内部圧力を変化させることにより、保持部１０、１１を屈曲させて物品Ｇを保持する。

図３に示すように弾性板１４は、保持機構１が開いた状態でＸ方向に沿った状態となるように配置される。弾性板１４は、外力がかかると所定の方向に屈曲可能な板である。弾性板１４は、金属製の薄板であることが好ましいが、例えば樹脂部材であっても良い。弾性板１４には、弾性板１４の屈曲度合を計測可能な曲げセンサ（図示しない）が設けられても良い。曲げセンサは、曲がると抵抗値が変化するセンサ等が用いられる。曲げセンサは、後述する制御装置１２０に接続される。弾性板１４は、第１弾性体とも称される。

図２に示すように突起部１５は、弾性板１４の表面に設けられている。また突起部１５は、弾性板１４の屈曲する側の面に設けられるのが好ましい。屈曲する側の面とは、図３（ａ）に示すように物品Ｇの位置する側の弾性板１４の表面（−Ｚ方向の面）である。突起部１５の数は、突起部１５Ａ〜１５Ｅの５つであるがこれに限定されない。突起部１５Ａ〜１５Ｅは略直方体形状であり、Ｘ方向に所定の距離をおいて並んで配置される。図２（ｃ）に示すように各突起部のＸ方向の壁面には、穴部Ｈ１が設けられていることが好ましい。穴部Ｈ１は、切欠きのような形状であっても良い。

突起部１５は、弾性部材、金属部材、あるいは樹脂部材等で形成される。突起部１５の部材は、ある程度の剛性を確保できる部材であれば何でも良い。突起部１５の形状は、上述した立方体や直方体形状に限らず、円錐形状や円筒形状など立体形状であれば何でも良い。

袋部材１６は、内部が中空構造であり、弾性板１４と突起部１５を覆う。袋部材１６には、後述する圧力源１２と接続するためのチューブ１６Ａが設けられている。袋部材１６の内部は、内部の流体が流出しないように密閉されていることが好ましいがこれに限定されない。袋部材１６は、内部に流体が供給されると膨張し、流体が排出されると縮小する。袋部材１６は、ゴム等の弾性部材であることが好ましいが、それに限定されない。袋部材１６は、ビニール等であっても良い。袋部材１６の外面（物品Ｇと接触する面）には、物品Ｇとの接触を検出可能な接触センサ（図示しない）、力覚センサ（図示しない）、近接センサ（図示しない）が設けられても良い。これらのセンサは、後述する制御装置１２０に接続される。袋部材１６は、第２弾性体とも称される。

袋部材１６のチューブ１６Ａは、流体を流通可能な円筒のチューブである。チューブ１６Ａは、内部の圧力変化に耐えうる構造であることが好ましく、例えばウレタン製等である。また、袋部材１６には、弾性板１４の端部を固定するための固定部材１６Ｂ（図示しない）が設けられても良い。固定部材１６Ｂはチューブ１６Ａと一体として設けられても良い。固定部材１６Ｂは、継手部とも称される。また、袋部材１６には、内部の圧力を測定可能な圧力センサ（図示しない）が設けられても良い。圧力センサは、袋部材１６のチューブ１６Ａに設けられても良い。圧力センサは、後述する制御装置１２０に接続される。

圧力源１２は、加圧装置１２Ａ、減圧装置１２Ｂ、方向切り替え弁１２Ｃを備える。圧力源１２には、保持部１０、１１が接続される。

加圧装置１２Ａは、保持部１０、１１それぞれの袋部材１６の内部に流体を供給することにより、袋部材１６の内部圧力を増加させる。これにより袋部材１６は、膨張する。加圧装置１２Ａには、コンプレッサを用いても良い。コンプレッサ以外には、例えば工場内の空気供給部（空気配管など）から空気を取り込むことにより加圧装置１２Ａとしても良い。

減圧装置１２Ｂは、袋部材１６の内部の流体を吸引することにより、内部圧力を低下させる。これにより袋部材１６は、縮小する。減圧装置１２Ｂは、ポンプを用いても良い。ポンプ以外に、例えば加圧装置１２Ａと真空発生器を組み合わせて負圧を発生させることにより減圧装置１２Ｂとしても良い。ここで流体とは、空気だけでなく、例えば空気以外のガス等、水や油等の液体も含む。

方向切り替え弁１２Ｃは、袋部材１６のチューブ１６Ａと接続される。また方向切り替え弁１２Ｃは、加圧装置１２Ａと減圧装置１２Ｂに接続される。方向切り替え弁１２Ｃは、袋部材１６のチューブ１６Ａが加圧装置１２Ａ、減圧装置１２Ｂのいずれに接続されるかを切り替える。

基台１３には、保持部１０、１１が接続される。図３（ａ）に示すように基台１３は、保持部１０、１１の端部と接続され、保持部をＸ方向に沿うように固定する。基台１３は、例えば袋部材１６の固定部材１６Ｂと接続されても良い。また基台１３は、内部が中空構造となっており、袋部材１６のチューブ１６Ａが基台１３の内部に位置していても良い。基台１３には、圧力源１２が設けられても良い。基台１３は、駆動機構１１１の端部と接続される。基台には、物品Ｇまでの距離や物品Ｇの位置や形状を認識可能なカメラや光学センサ（図示しない）が設けられても良い。また、基台には、物品Ｇの重量を計測可能なセンサ（図示しない）が設けられても良い。これらのセンサは、後述する制御装置１２０に接続される。

保持機構１は、圧力源１２を含む構成として説明したが、これに限定されない。圧力源１２は、基部１１２に設けられていても良く、その他の別の位置に設けられても良い。

ここで本実施形態にかかる保持機構１の動作について詳しく説明する。

図３（ａ）に示すように保持機構１の保持部１０、１１は、袋部材１６に流体が供給されていない場合、弾性板１４の弾性作用によりＸ方向に沿った状態となっている。袋部材１６は、内部に流体が供給されると（内部圧力が上昇すると）、膨張することによりＸ方向に沿って高剛性となる。この時、保持機構１は、開いた状態である。袋部材１６は、内部の流体が排出されると（内部圧力が減少すると）縮小し、弾性板１４がＹ方向と略平行である軸周りに屈曲する。図３（ｂ）に示すように弾性板１４の屈曲方向は、突起部１５が設けられている方向に屈曲する。袋部材１６の縮小過程において、袋部材１６と隣り合う突起部との間に小空間Ｓｐがそれぞれ形成され、袋部材１６の縮小（内部圧力の低下）に応じて小空間Ｓｐの体積が減少するためである。つまり、隣り合う突起部１５の先端が近づく方向に力が作用するため、弾性板１４は突起部１５が設けられている方向に屈曲する。図３（ｂ）に示すように保持部１０は、略Ｙ軸回りに反時計回り（ＣＣＷ）に屈曲し、保持部１１は、略Ｙ軸回りに時計回り（ＣＷ）に屈曲する。これにより物品Ｇは、保持部１０、１１に挟持される。この時、保持機構１は、閉じた状態である。このように保持機構１は、袋部材１６の内部圧力を変化させることにより閉じた状態、又は開いた状態を切り替え可能である。また、保持の安定化のため袋部材１６の物品Ｇとの接触面には、滑り止めのゴム製部材等が設けられていても良い。

保持機構１が閉じた状態での保持部１０、１１の屈曲角度や保持力は、突起部１５の配置や袋部材１６の縮小量（減圧量）により適宜変更可能である。例えば、保持部１０、１１間の距離を大きく取りたい場合は、突起部１５のＸ方向の間隔を大きくするのが良い。または、袋部材１６の減圧量を小さくしても良い。

保持機構１の保持力を大きくしたい場合は、例えば突起部１５の高さを大きくすれば良い。または、減圧装置１２Ｂが袋部材１６の内部を減圧する際、圧力の低下量を大きくすることにより保持力を調整可能である。

次に、制御装置１２０について説明する。

図４は、制御装置１２０の構成と各種センサ及び圧力源１２との関係を示すブロック図である。

図４に示すように制御装置１２０は、入力部１２１、コマンド生成部１２２、目標指令値を生成する目標生成部１２３、駆動制御部１２４、ドライバ１２５、信号処理部１２６、判定部１２７を備える。

入力部１２１は、マニピュレータ１１０の動作指令情報が入力される箇所である。入力部１２１への入力は、例えば、タッチパネルやモニタ等で直接入力しても良いし、無線や有線で離れた場所から入力しても良い。無線で通信する場合は、入力部１２１は通信部として機能する。通信部は、外部コンピュータやサーバからの動作指令情報を受信する。通信部として無線通信装置が好ましいが、それ以外にも、通信装置を通信ネットワークとして構成しても良い。通信ネットワークとしては、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。入力部１２１は、動作指令情報をコマンド生成部１２２に送信する。または、入力部１２１にはマイクが設置され、作業者（ユーザ）の音声により動作指令情報を入力することもできる。入力部１２１は、ハンドリングロボットシステム１００が自動で物品Ｇを認識して駆動する場合は、必ずしも必要な構成では無い。また、ハンドリングロボットシステム１００が各種センサ及び後述する認識装置１３０の情報に基づいて学習して動作する場合は、入力部１２１は必ずしも必要な構成では無い。

コマンド生成部１２２は、動作指令情報及び後述する認識装置１３０での物品Ｇの認識結果に基づいて各動作プロセスで必要となる動作手順を動作コマンドとして生成する。コマンド生成部１２２は、実行される動作コマンドに応じた各動作モード情報を生成する。動作コマンドは、マニピュレータ１１０の一連の動作に関するコマンドであり、例えばプログラムとしての情報である。動作モード情報は、個別の動作に関する情報である。例えば、保持機構１を「開く」や「下降する」といった動作である。コマンド生成部１２２は、動作モード情報等を記憶した記憶部を有する。記憶部には、保持する対象となる物品の形状、重量や柔軟性等の属性データも予め記憶されている。記憶部として、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。コマンド生成部１２２は、動作コマンドを目標生成部１２３へ出力する。また、コマンド生成部１２２は、動作コマンドの各動作モードと記憶部に記憶されている実際の動作情報を紐付けて判定部１２７に出力する。

目標生成部１２３は、コマンド生成部１２２から駆動機構１１１及び保持機構１に対する動作コマンドが入力される。目標生成部１２３は、駆動機構１１１及び保持機構１の目標指令値を生成する。目標指令値は、駆動制御部１２４に出力される。

駆動制御部１２４は、目標生成部１２３から駆動機構１１１及び保持機構１の目標指令値が入力され、目標指令値に応じて駆動機構１１１及び保持機構１を駆動するための駆動指令情報を生成する。駆動指令情報は、ドライバ１２５へ出力される。

ドライバ１２５は、駆動制御部１２４から駆動機構１１１及び保持機構１の駆動指令情報が入力され、駆動出力を生成する。駆動機構１１１及び保持機構１は、ドライバ１２５から駆動出力を受信し、駆動機構１１１内のアクチュエータや方向切り替え弁等を動作させて駆動量を調整する。

信号処理部１２６は、駆動機構１１１及び保持機構１の駆動による各種センサ（例えば、曲げセンサ、力覚センサ、近接センサ、接触センサ、圧力源１２の圧力センサや流量センサ等である）や圧力源１２の加圧装置１２Ａ、減圧装置１２Ｂ、方向切り替え弁１２Ｃからの信号を受信し、そのセンサ信号に対して信号増幅処理やアナログデジタル変換処理等を行う。例えば圧力センサは、方向切り替え弁１２Ｃの動作をセンシングし、センサ信号を生成する。流量センサは、方向切り替え弁１２Ｃの動作をセンシングし、センサ信号を生成する。

弾性板１４に設けられた曲げセンサは、弾性板１４の屈曲動作をセンシングし、センサ信号を生成する。これらのセンサ信号は、例えば電圧値である。圧力センサにより袋部材１６の内部圧力をセンシングすることで、制御装置１２０は、袋部材１６の破損の有無を判定可能である。また、流量センサにより袋部材１６の流体の流量をセンシングすることで、制御装置１２０は、袋部材１６に流体を供給して膨張させるか、または流体を排出して縮小させるか、を判定可能である。流量センサが袋部材１６に供給される流体の流量をセンシングすることで制御装置１２０は、袋部材１６それぞれの変形速度を推定可能である。

判定部１２７は、信号処理部１２６で変換されたセンサ信号が入力される。判定部１２７は、センサ信号に応じて保持機構１の開閉量の調整、物品Ｇの保持状態を判定する。判定部１２７は、コマンド生成部１２２から動作コマンドに対応する駆動機構１１１及び保持機構１の動作情報を受信する。判定部１２７は、この動作情報とセンサ信号による情報を比較する。判定部１２７は、この比較結果に基づいて駆動機構１１１及び保持機構１の駆動の停止や物品Ｇの状態に応じた駆動機構１１１の姿勢補正等の動作コマンドを生成する。判定部１２７は、コマンド生成部１２２に対して動作コマンドを修正する戻り値コマンドを出力する。戻り値コマンドによりコマンド生成部１２２は、動作コマンドを補正し入力部で入力された動作指令情報に適した処理動作を実行できる。これにより保持機構１の動作の信頼性及び確実性が向上される。

コマンド生成部１２２、目標生成部１２３、駆動制御部１２４、信号処理部１２６、及び判定部１２７は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置：Central Processing Unit）やメモリや補助記憶部などを備え、プログラム等を実行する。なお、全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。

次に、認識装置１３０について説明する。

図１に示すように、認識装置１３０は、積載領域１５０に載置された複数の物品Ｇを認識する。

認識装置１３０は、第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３、画像センサそれぞれと接続される計算機１３４を備える。

第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３は、例えば、積載領域１５０に載置された複数の物品Ｇに対して斜め前方、上方、斜め後方に位置する。第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３は、移動可能であっても良い。第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３は、距離画像センサ又は赤外線ドットパターン投影方式カメラなどの三次元位置計測可能なカメラを利用することができる。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、赤外線のドットパターンを対象物品に投影し、その状態で積載領域１５０に載置された物品Ｇの赤外線画像を撮影する。赤外線画像を解析することで物品Ｇの３次元情報を得ることが可能である。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、カラー画像又はモノクロ画像を撮影可能であっても良い。また、赤外線ドットパターン投影方式カメラの他に、カラー画像又はモノクロ画像を取得するカメラなどの光学センサを含んでいても良い。画像は、例えば、ｊｐｇ、ｇｉｆ、ｐｎｇやｂｍｐ等の一般的に用いられている画像データでも良い。画像センサは、３つについて説明したが、それに限定されず少なくとも１つ以上であれば良い。

計算機１３４は、第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３から出力されるデータに基づいて物品Ｇの位置情報を導出する。物品Ｇの３次元位置情報は、制御装置１２０へ出力される。制御装置１２０は、物品Ｇの位置情報に基づいてマニピュレータ１１０を制御する。計算機１３４は、例えばＣＰＵやメモリや補助記憶部などを備え、プログラム等を実行する。なお、全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。

次に、搬送装置１４０について説明する。

図１に示すように、搬送装置１４０は、マニピュレータ１１０に保持された物品Ｇを載置して搬送する箇所である。

搬送装置１４０は、例えば複数のローラを所定の方向に並べ、ベルトを巻いたベルトコンベア１４１と、搬送制御装置１４２と、を備える。ベルトコンベア１４１は、複数のローラを所定の方向に回転することによりベルトを駆動し、物品Ｇを搬送する。搬送制御装置１４２は、ベルトコンベアの駆動を制御する。例えば、搬送速度や搬送方向を制御する。

搬送装置１４０は、ベルトコンベアに限定されず、ローラコンベアやその他のソータ等を含む。搬送制御装置１４２は、例えばＣＰＵやメモリや補助記憶部を備えたコンピュータである。搬送装置１４０の動作は、予め設定されたプログラムにより搬送制御装置１４２が自動で制御する。または、作業者が手動で搬送制御装置１４２を操作することにより制御しても良い。

積載領域１５０は、物品Ｇが積載あるいは載置される箇所である。積載領域１５０は、カゴ台車、スチール台車、ボックスパレット、パレットや棚等で良い。

次に、ハンドリングロボットシステム１００を用いた物品Ｇの保持、搬送動作の一例について説明する。

図５は、ハンドリングロボットシステム１００の保持、搬送動作の一例を示すフロー図である。

まず、搬送装置１４０の搬送制御装置１４２は、ベルトコンベア１４１への物品Ｇの受け入れ準備が整うと物品位置要求信号を認識装置１３０の計算機１３４に送信する（Ｓ５０１）。

計算機１３４は、搬送制御装置１４２からの物品位置要求信号を受信すると、第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３を用いて積載領域１５０上の物品Ｇの位置認識を開始する（Ｓ５０２）。

計算機１３４は、第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３の認識結果に基づいて物品Ｇの位置情報を計測する。物品Ｇが何も検出されない場合、計算機１３４は、エラー信号を搬送制御装置１４２へ送信する（Ｓ５０２ Ｎｏ）。物品Ｇが検出された場合、計算機１３４は、物品の位置情報を制御装置１２０へ送信する（Ｓ５０２ Ｙｅｓ）。

制御装置１２０は、計算機１３４から位置情報を受信すると、位置情報に基づいてマニピュレータ１１０で移載可能な物品Ｇの候補について取り出し手順をそれぞれ導出する。

制御装置１２０は、マニピュレータ１１０を動作させることにより、移載候補の中の一つの物品Ｇを決定する（Ｓ５０３）。

制御装置１２０は、保持機構１を開いた状態とするため圧力源１２の方向切り替え弁１２Ｃを駆動して加圧装置１２Ａと袋部材１６を接続する。そして制御装置１２０は、加圧装置１２Ａを駆動して袋部材１６内部を所定の圧力又は流量になるまで加圧する。これにより、保持機構１は、開いた状態となる（Ｓ５０４）。

保持機構１の袋部材１６の内部が所定の圧力又は流量になるまで加圧されたと判定された場合、制御装置１２０は、圧力源１２の駆動を停止する。保持機構１の袋部材１６の内部が所定の圧力又は流量になるまで加圧されていないと判定した場合、袋部材１６の膨張を継続する。

次に、制御装置１２０は、保持機構１に物品Ｇを保持させるためにマニピュレータ１１０を駆動し保持機構１を物品Ｇの近傍に移動し、保持機構１の位置姿勢を決定する。このとき制御装置１２０は、保持機構１に設けられたセンサで取得した物品Ｇの位置情報に基づいて開いた状態の保持機構１の姿勢を調整し、保持可能かを判定する（Ｓ５０５）。

制御装置１２０は、物品Ｇを保持可能と判定した場合（Ｓ５０５ Ｙｅｓ）、保持機構１で物品Ｇを保持するために、圧力源１２の方向切り替え弁１２Ｃを駆動して減圧装置１２Ｂと袋部材１６を接続する。そして、制御装置１２０は、減圧装置１２Ｂを駆動して袋部材１６の内部圧力を減少させる。このとき、保持機構１は、閉じた状態であり、物品Ｇを保持する（Ｓ５０６）。保持不可能と判定した場合（Ｓ５０５ Ｎｏ）、制御装置１２０は、保持機構１の姿勢を変更して別の方向から物品Ｇの近傍にアクセスする。

制御装置１２０は、保持機構１が物品Ｇを保持した状態で物品Ｇを搬送可能か判定する（Ｓ５０７）。制御装置１２０での判定は、例えばセンサにより検出された保持部１０、１１と物品Ｇとの接触状態や物品Ｇを持ち上げようとした時の物品Ｇの重量等に基づいて判定される。

制御装置１２０が搬送可能と判定した場合（Ｓ５０７ Ｙｅｓ）、制御装置１２０は、マニピュレータ１１０を動作させて物品Ｇを搬送装置１４０のベルトコンベア１４１上に移動する（Ｓ５０８）。

制御装置１２０が搬送不可能と判定した場合（Ｓ５０７ Ｎｏ）、制御装置１２０は、この物品Ｇを移載不可物品として登録する。別の移載候補の物品Ｇの移載を行う（Ｓ５０３に戻る）。マニピュレータ１１０で保持機構１を所定の場所に移動する。

物品Ｇをベルトコンベア１４１上に移動した後、制御装置１２０は、物品Ｇをベルトコンベア１４１上に載置するため、圧力源１２を駆動して袋部材の内部を加圧する。詳しく述べると制御装置１２０は、保持機構１を開いた状態とするため圧力源１２の方向切り替え弁１２Ｃを駆動して加圧装置１２Ａと袋部材１６を接続する。そして制御装置１２０は、加圧装置１２Ａを駆動して袋部材１６の内部を所定の圧力又は流量になるまで加圧する。これにより、物品Ｇは、ベルトコンベア上に移載される（Ｓ５０９）。

移載がすべて完了すると、制御装置１２０は、移載完了信号を認識装置１３０へ送信する（Ｓ５１０）。

認識装置１３０は、積載領域１５０上に物品Ｇが残っているか確認するため、物品Ｇの位置計測を再び行う（Ｓ５１１）。移載候補の物品が残っている場合（Ｓ５１１ Ｙｅｓ）、計算機１３４は、位置情報を制御装置１２０へ送信し、物品Ｇの移載が行われる（Ｓ５０２へ戻る）。物品Ｇが残っていない場合は（Ｓ５１１ Ｎｏ）、制御装置１２０が移載完了信号を搬送制御装置１４２へ送信する（Ｓ５１２）。搬送制御装置１４２は、移載完了信号を受信すると、ベルトコンベア１４１を停止して処理が完了する（Ｓ５１３ ＥＮＤへ）。また、搬送制御装置１４２は、移載完了信号を受信すると、作業者に知らせる警報等を発しても良い。警報を聞いた作業者は、物品Ｇが無くなった積載領域（例えば、カゴ台車）を物品Ｇが積載されている積載領域（例えば、カゴ台車）に置き換えても良い。

上記説明で保持機構１の保持部は、２つの場合について説明したが、これに限定されない。本実施形態にかかる保持機構１は、少なくとも２つ以上の保持部で構成されれば物品Ｇを挟持可能であり、同一の作用効果を得ることができる。また、上記説明で突起部１５Ａ〜１５Ｅは、それぞれ穴部Ｈ１を有することを説明したが、穴部Ｈ１は必須の構成では無い。縮小時に袋部材１６内部が十分に減圧されれば穴部Ｈ１は無くても良い。

上記説明では、保持機構１と制御装置１２０を別構成として説明したが、これに限定されない。保持機構１が制御装置１２０の機能の一部又は全部を有していても良い。

本実施形態にかかる保持機構１は、袋部材１６内部の圧力変化により生じる力を利用して物品Ｇを保持するため、物品Ｇに対してコンプライアンス性の高い柔軟な保持ができる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、弾性板１４及び突起部１５を覆う袋部材１６を用いることにより物品Ｇの外形に弾性板１４及び袋部材１６が倣うため、様々な形状の物品Ｇを保持できる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、弾性板１４、突起部１５、及び袋部材１６を主構成とすることにより非常に簡易な構成とすることができる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、曲げセンサ、接触センサ、圧力センサ、流量センサ、及び重量センサ等の各種センサが備えられているため、物品Ｇの載置環境や物品Ｇの保持状態等の情報を適切に検出することができる。また、これらの情報を制御装置１２０に出力できる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、例えば基台１３に保持対象物品の位置や距離情報を取得するセンサが備えられているため、保持対象物品の位置や姿勢を正確に検出できる。

また、本実施形態にかかるハンドリングロボットシステム１００は、認識装置１３０の認識と保持機構１の各種センサのセンシングを組合せることにより、正確かつ安定して物品Ｇを保持することができる。

また、本実施形態では弾性板１４と袋部材１６を個別に構成していたが、予め弾性板１４と袋部材１６とが接着されていることや、弾性板１４と袋部材１６が一体構造でもあっても良い。

また、突起部は弾性板１４上ではなく、袋部材内面に配置されていても良い。また、突起部材は弾性板と袋部材のどちらにも固定されていなくても良い。

本実施形態にかかるハンドリングロボットシステム１００は、物品Ｇが載置された棚等まで自立移動して物品Ｇのピッキングや検品を行うピッキング装置や検品装置を含む。また、物品Ｇを入れた荷台を備え、荷台から棚等へ物品Ｇを品出しする品出し装置や荷入れ装置を含む。また、カゴ台車等に積載された物品Ｇを荷降ろしする荷降ろし装置を含む。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第２の実施形態にかかる保持機構１の一例を示す図である。図６（ａ）は、開いた状態の保持機構を＋Ｙ方向から見た正面図である。図６（ｂ）は、開いた状態の保持機構を−Ｚ方向から見た図である。図６（ｂ）では、圧力源１２を省略して図示している。図６に示すように第２の実施形態にかかる保持機構１は、保持部の袋部材１６の表面に吸着部１７が設けられている。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

吸着部１７は、物品Ｇと接触する袋部材１６の表面上に設けられる。吸着部１７の数は、突起部１５の数と同数であることが好ましいが、これに限定されない。また、吸着部１７は、Ｘ方向に並んで配置されている場合に限定されず、ＸＹ面に自由に配置することができる。

吸着部１７は、真空エジェクタ、真空ポンプ、真空ブロワ等の真空発生器と組み合わせて構成されても良い。吸着部１７は、ゴム製又は樹脂製の吸盤等である。また、吸盤の代わりに、例えば粘着剤、粘着テープなどを用いても良い。また、吸着部１７は、チューブ（図示しない）を介して圧力源１２に接続されても良い。圧力源１２の減圧装置１２Ｂにより、吸着部１７と物品Ｇが接触している空間を減圧することにより、吸着しても良い。また、チューブ（図示しない）は、それぞれ別の圧力源に接続されても良い。

本実施形態にかかる保持機構１は、開いた状態でも吸着部１７の吸着を利用して物品Ｇを保持できるため、物品Ｇの形状に応じて保持機構１の形態を適宜選択できる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、弾性板１４の屈曲による挟持と吸着部１７による吸着を組み合わせた保持が可能となり、より安定して物品Ｇを保持できる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、吸着部１７のそれぞれが物品Ｇを吸着するため、保持機構よりも大きい物品Ｇを保持することもできる。

また、本実施形態にかかる保持機構１は、吸着部１７のいずれかが破損している場合であっても、他の吸着部を利用して物品Ｇを保持することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、第３の実施形態にかかる保持機構１の一例を示す図である。図７（ａ）は、開いた状態の保持機構１を＋Ｙ方向から見た正面図を示す。図７（ｂ）は、開いた状態の保持機構１を−Ｚ方向から見た図を示す。図７（ｃ）は、保持機構１が閉じた状態の一例を示す斜視図である。図７（ｃ）では、円柱状の物品Ｇを保持している状態を示す。図７（ｂ）（ｃ）では、圧力源１２を省略して図示している。

図７（ｂ）に示すように第３の実施形態にかかる保持機構１は、複数の突起部１５をＹ方向に互いにずらした構成である。また、第１の実施形態にかかる保持機構と比較して弾性板１４と突起部１５の位置が異なる。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

突起部１５の配置について詳しく述べると、突起部１５は弾性板１４がＸ方向に対してＺ軸回りに所定の角度回転した状態で弾性板１４の表面に固定されている。これにより、保持機構１の袋部材１６の内部が減圧されると（保持機構が閉じた状態となる）、袋部材１６が物品Ｇに巻き付いて保持することができる。図７（ｃ）に示すように袋部材１６が円筒状の物品Ｇに螺旋状に巻き付いているのが解る。突起部１５それぞれが互いにずれて配置されるため、袋部材１６同士の接触を回避し、様々な大きさや太さの物品Ｇを保持することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、第４の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。図８は、開いた状態の保持機構を＋Ｙ方向から見た正面図を示す。図８では、圧力源１２を省略して図示している。

図８に示すように第４の実施形態にかかる保持機構１は、保持部１１に代わり板部材１８、を含む。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

保持機構１の保持部１０は、Ｘ方向に沿って配置されている。また、板部材１８は、Ｚ方向に沿って配置される。保持部１０は、板部材１８の＋Ｚ方向の端部付近に接続される。板部材１８は、基台１３として機能しても良い。保持部１０のチューブ１６Ａは、板部材１８を通り圧力源１２に接続される。

保持部１０の袋部材１６の内部が減圧されると（保持機構が閉じた状態となる）、保持部１０と板部材１８で物品Ｇを挟み込むように保持することができる。板部材１８が剛体であるため、物品Ｇの搬送時の振動の耐性を増すことができる。また、板部材１８が剛体であるため、板部材１８を物品Ｇと当接することにより物品Ｇの位置姿勢を変更しつつ、保持しやすい位置に物品Ｇを位置決めすることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について図９を参照して説明する。図９は、第５の実施形態にかかる保持機構１の一例を示す図である。図９は、伸長状態の保持機構を＋Ｙ方向から見た正面図を示す。図９では、圧力源１２を省略して図示している。

第５の実施形態にかかる保持機構１は、保持部が１つである。また、突起部１５が弾性板１４の表面Ｓ１と表面Ｓ１の反対側の表面Ｓ２に設けられている。図９に示すように弾性板１４の表面Ｓ１と表面Ｓ２に配置された突起部１５は、Ｚ方向にそれぞれずらして配置されている。詳しく述べると、突起部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄは所定の間隔で表面Ｓ１上に設けられている。一方、突起部１５Ｅ、１５Ｆは所定の間隔で表面Ｓ２上に設けられている。また、Ｚ方向に沿った位置で突起部１５Ｅと１５Ｆは、突起部１５Ｂと１５Ｃの間に位置する。

袋部材１６の先端部には、吸盤１９が設けられている。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

保持機構１の保持部１０内部が減圧されると、袋部材１６が収縮しＺ軸方向に縮小する。詳しく述べると、保持部１０が縮小するのは、突起部１５の配置に応じて弾性板１４が変形するためである。突起部１５Ｅ、１５Ｆの間隔は、突起部１５Ｂ、１５Ｃの間隔より狭いので、袋部材１６が減圧されると突起部１５Ｅ、１５Ｆの先端が近づくように変形するため突起部１５Ｅ、１５Ｆの間の弾性板１４は＋Ｘ方向に変形する。一方、突起部１５Ａ、１５Ｂと突起部１５Ｃ、１５Ｄの間の弾性板１４は、−Ｘ方向にそれぞれ変形する。

図１０は、第５の実施形態にかかる保持機構１の動作の一例を示す図である。

図１０（ａ）は、縮小状態の保持機構１を示す。図１０（ｂ）は、伸長した保持機構１が物品Ｇを保持する際の状態を示す。図１０（ｃ）は、物品Ｇを保持した保持機構１が縮小し、物品Ｇを持ち上げた状態を示す。

図１０（ａ）に示すように保持機構１は、保持する前に縮小した状態で物品Ｇの上部に位置する。この時、保持部１０は、圧力源１２の減圧装置１２Ｂと接続され、袋部材１６が減圧された状態である。

図１０（ｂ）に示すように保持機構１は、物品Ｇを保持する際、保持部１０を伸長させつつ、吸盤を物品Ｇに当接させる。この時、保持部１０は、圧力源１２の加圧装置１２Ａと接続され、袋部材１６が加圧された状態である。

図１０（ｃ）に示すように保持機構１は、物品Ｇを保持した後、保持部１０を縮小させて、物品Ｇを持ち上げる。この時、保持部１０は、圧力源１２の減圧装置１２Ｂと接続され、袋部材１６が減圧された状態である。

本実施形態にかかる保持機構１は、袋部材１６の内部圧力を変化することにより保持部１０を伸縮動作させることができる。

本実施形態にかかる保持機構１は、物品Ｇが密集して配置されている場合等、挟持では物品Ｇの保持が難しい場合でも効率良く物品Ｇを保持することができる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態について図１１を参照して説明する。

図１１は、第６の実施形態にかかる保持機構１の一例を示す図である。図１１（ａ）は、第６の実施形態にかかる保持機構を＋Ｙ方向から見た正面図を示す。図１１（ｂ）は、第６の実施形態にかかる保持機構を−Ｚ方向から見た図を示す。図１１（ｂ）では、圧力源１２を省略して図示している。

図１１に示すように第６の実施形態にかかる保持機構は、袋部材１６が吸盤状に形成されており、袋部材１６の内部に弾性板１４と突起部１５を含む構成である。図１１に示すように吸盤状の袋部材１６は、例えば円錐形状である。吸盤状の袋部材１６は、それ自体が吸盤として機能するように圧力源１２と接続されている。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

図１２は、本実施形態にかかる保持機構の挟持動作を示す図である。保持機構１の挟持動作の原理については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

本実施形態にかかる保持機構１は、吸盤状の袋部材１６による真空吸着に加えて保持部の挟持動作も可能となるため、より安定して物品Ｇを保持することができる。挟持動作が可能であることにより、吸着が難しい通気性のあるメッシュ状の物体や衣類に対しても安定した保持が可能となる。また、吸着の場合は、吸盤サイズ以上の物体を保持可能であるため、本実施形態にかかる保持機構１は、より多様の物品の保持に対応できる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は、第７の実施形態にかかる保持機構の一例を示す図である。図１３は、保持機構１を＋Ｙ方向から見た正面図を示す。

図１３に示すように第７の実施形態にかかる保持機構１は、弾性板１４に突起部１５を一つのみ有する構成である。それ以外の構成については、第１の実施形態にかかる保持機構と同様である。

これにより、保持機構１は、袋部材１６を減圧時に突起部１５が突出する形態となり、凹形状の物品Ｇを引掛けて保持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 保持機構
１０、１１ 保持部
１２ 圧力源
１３ 基台
１４ 弾性板
１５ 突起部
１６ 袋部材
１７ 吸着部
１８ 板部材
１９ 吸盤
１００ ハンドリングロボットシステム
１１０ マニピュレータ
１１１ 駆動機構
１１２ 基部

Claims (14)

1. 屈曲可能な第１弾性体と、
   前記第１弾性体を覆う第２弾性体と、
   前記第２弾性体の内部に設けられた少なくとも１つの突起部材と、
   を備える保持機構。
2. 前記突起部材が前記第１弾性体の表面に設けられた請求項１に記載の保持機構。
3. 前記突起部材が前記第２弾性体の内部の表面に設けられた請求項１に記載の保持機構。
4. 前記突起部材に穴部が設けられた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保持機構。
5. 前記第２弾性体内部の圧力を変更可能な圧力源を更に備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持機構。
6. 前記第２弾性体の内部の圧力を計測可能な計測部を更に備える請求項５に記載の保持機構。
7. 前記第２弾性体は、内部に密閉空間を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の保持機構。
8. 前記圧力源は、前記第２弾性体を収縮させた後に、前記第２弾性体を膨張可能である請求項５又は６に記載の保持機構。
9. 前記第１弾性体は、第１面と、前記第１面と対向する第２面を有し、
   前記突起部材は、前記第１面と前記第２面の少なくとも一方に設けられた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の保持機構。
10. 前記第２弾性体は、表面に少なくとも１つ吸盤を有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の保持機構。
11. 前記第２弾性体と接続され前記第２弾性体との間に物体を挟持可能な板部材を更に備える請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の保持機構。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の保持機構と、
    前記保持機構を移動可能な駆動機構と、を備えるマニピュレータ。
13. 請求項１２に記載のマニピュレータと、
    前記マニピュレータの駆動を制御する制御装置と、を備えるハンドリングロボットシステム。
14. 少なくとも２つの保持部を備える保持機構であって、
    前記保持部は、
    屈曲可能な第１弾性体と、
    前記第１弾性体を覆う第２弾性体と、
    前記第２弾性体の内部に設けられた少なくとも１つの突起部材と、
    を備える保持機構。

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