JP2020044588A - 物品移動装置およびロボットアームのエンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】物品の被吸着面が水平面に対して傾いている場合であっても、物品を安定して吸着させるとともに、吸着された物品の姿勢を安定させることが可能なロボットアームのエンドエフェクタおよびこれを備えた物品移動装置を提供する。【解決手段】ロボットアームのエンドエフェクタは、吸着機構と、回動機構とを備える。吸着機構は、集積領域に集積された物品を吸着する吸着部を含む。回動機構は、吸着部を４つ以上の回動軸まわりに回動させる。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、各種のマニピュレータ（ロボットアーム）で物品を集積領域から所望の領域に移動させる移動装置（以下、物品移動装置という）、および該物品移動装置に含まれるロボットアームのエンドエフェクタに関する。

物品の物流センタなどでは、荷物、部品、製品などの様々な物品が荷下ろしなどの上流工程から仕分けや組み立てなどの下流工程へ、物品移動装置によって順次移動される。物品の移動には、例えばロボットアームが使用される。ロボットアームは、制御装置によって動作制御される。

ロボットアームは、仕分けや組み立て等の用途、包装を含む物品の外形、あるいは物品の材質などに応じたエンドエフェクタをアーム部の先端に備えている。エンドエフェクタは、ピッキング時に物品を把持する機構（把持機構）として、例えばエアによって物品の吸着と解放を行う吸着機構などを有している。なお、把持は、吸着のみならず、挟持なども含む物品の保持態様全般を包含する概念である。

例えば、集積領域から物品をピッキングして所望の領域に移動させる場合、画像センサ（カメラ）などの検出装置によって検出された物品群の集積態様に基づいて、ピッキング対象の物品が物品群の中から選択される。選択された物品は、ロボットアームのエンドエフェクタで把持され、集積領域から所望の領域に移動される。

特許第６００００２９号公報 特開２０１６−１３２５２１号公報 特開２００８−０４９４５９号公報

物品を把持する際には、エンドエフェクタの把持機構を物品の被把持部位と正対させるように、ロボットアームを動作させる。例えば、エンドエフェクタが物品を吸着する機構を備えている場合、吸着時には、吸着機構の吸着面が物品の被吸着面に沿うように位置付けられている必要がある。また、吸着面が被吸着面に沿わない状態で物品を吸着できたとしても、エンドエフェクタがロボットアームの動作時に揺れると、吸着された物品の姿勢が安定しない場合がある。この場合、物品を所望の姿勢で所望の領域に移動させられないおそれがある。

そこで、物品の被吸着面が水平面に対して傾いている場合であっても、物品を安定して吸着させるとともに、吸着された物品の姿勢を安定させることが可能な物品移動装置およびロボットアームのエンドエフェクタを提供する。

実施形態のロボットアームのエンドエフェクタは、集積領域に集積された物品を吸着する吸着部を含む吸着機構と、吸着部を４つ以上の回動軸まわりに回動させる回動機構とを備える。

第１から第３の実施形態の物品移動装置を示す模式図。 第１の実施形態の物品移動装置が備えるロボットアームのエンドエフェクタの構成を示す斜視図。 第１の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの回動機構に含まれる軸部の構成を示す水平面に沿った断面図。 第１の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの吸着部に物品が吸着される前の状態を示す斜視図。 第１の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの吸着部に物品が吸着された時の状態を示す斜視図。 第１の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの吸着部に物品が吸着され、エンドエフェクタを上昇させた状態を示す斜視図。 第２の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの切換機構の構成を示す斜視図。 第２の実施形態のロボットアームのエンドエフェクタの切換機構に含まれる一対の爪部の態様を示す模式図であって、(ａ)は第１の態様、(ｂ)は第２の態様をそれぞれ示す図。 第３の実施形態の物品移動装置のブロック図。 第３の実施形態の物品移動装置における物品の吸着位置調整の状況を模式的に示す図であって、(ａ)は吸着位置の調整前に吸着部で物品を吸着した状態、(ｂ)はその後に物品を持ち上げた状態、(ｃ)は吸着位置の調整後に吸着部で物品を吸着した状態、(ｄ)はその後に物品を持ち上げた状態をそれぞれ示す図。

以下、実施形態に係る物品移動装置、および該物品移動装置を構成するマニピュレータ（以下、ロボットアームという）のエンドエフェクタについて図１から図１０を参照して説明する。物品移動装置１は、物品２を所望の領域間で移動させる装置であり、例えば物流センタなどで稼働する物流システムを構成する装置の一つである。物品２は、宅配物、小包、郵便物等を含む荷物、各種の部品や製品など、移動の対象となり得る有形物である。物品２の形態（大きさ、形状、重量、梱包状態など）は、一律、多種多様のいずれであってもよい。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。図１には、本実施形態の物品移動装置１の構成を示す。図１は、物品移動装置１の模式図である。図示するように、物品移動装置１は、ロボットアーム３と、検出機構４と、制御機構５を備えて構成されている。検出機構４は、物品２を移動させる際の各種の検出を行う。制御機構５は、ロボットアーム３および検出機構４の動作をそれぞれ制御する。検出機構４および制御機構５についての詳細は、後述する。

ロボットアーム３は、集積領域２０に集積された物品２をピッキングし、ピッキングした物品２を集積領域２０から所望の領域（以下、移動先領域という）に移動させる。移動先領域は、例えば、物品２を次工程へ引き渡すための容器（箱）やコンベア（いずれも図示省略）などであり、特に限定されない。

図１に示すように、ロボットアーム３は、基台部３１と、アーム部３２と、エンドエフェクタ３３とを備えて構成されている。
基台部３１は、設置面３０に設置されている。本実施形態では、基台部３１は、集積領域２０と同一の床面を設置面３０として位置決め固定されている。なお、基台部３１は、このように位置決め固定されることなく、床面に対して移動可能となっていてもよい。例えば、床面に敷設したガイドレールなどに沿って基台部３１をスライド可能に支持する構成としてもよい。これにより、ロボットアーム３を床面に対して移動させることが可能となる。

アーム部３２は、基台部３１との接続部位である基端から先端まで、複数の関節部３４で連結されて伸長している。アーム部３２は、関節部３４によって複数に細分されている。各部分３２ａ〜３２ｅは、基台部３１から順次所定の関節部３４ａ〜３４ｅで連結され、それぞれ所定の軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動可能とされている。本実施形態では、アーム部３２は、５つの部分３２ａ〜３２ｅが５つの関節部３４ａ〜３４ｅで連結され、７つの軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動する。ただし、アーム部３２の構成はこれに限定されず、例えば６軸以下あるいは８軸以上の軸まわりに動作制御される構成であってもよい。

エンドエフェクタ３３は、アーム部３２の先端（アーム先端部３６）に取り付けられており、アーム部３２とともに軸３５ｇまわりに回動可能とされている。また、エンドエフェクタ３３は、物品２を解放可能に把持する。把持は、例えば吸着、挟持など、物品２の保持態様全般を包含する概念として規定される。

図２には、エンドエフェクタ３３の構成を示す。図２に示すように、エンドエフェクタ３３は、吸着機構６と、回動機構７とを有する。
吸着機構６は、エアによって物品２の吸着と解放を行う機構であり、吸着部６１の他、コンプレッサ、電磁弁、圧力センサ（いずれも図示省略）などを含む。

吸着部６１は、回動機構７で支持され、真空発生器によって内部が真空とされて物品２を吸着し、真空破壊（大気開放）されて物品２を解放する。吸着部６１は、例えば１つの吸着パッドであってもよいし、複数の吸着パッドを並べた構成であってもよい。吸着パッドの数は、例えば吸着する物品２の大きさ、形状、重量などの態様によって任意に設定すればよい。真空発生器は、電磁弁を介してコンプレッサに接続され、吸着部６１の内部へのエアの吸い込みと吹き出しを行う。電磁弁は、真空発生器によるエアの吸い込みと吹き出しを弁の開閉によって制御している。圧力センサは、吸着部６１と真空発生器との間に設けられ、吸着部６１の内圧（物品２の吸着圧）を測定する。真空発生器、コンプレッサ、電磁弁、圧力センサは、いずれも制御機構５から受信した制御信号によって動作が制御される。

回動機構７は、吸着機構６の吸着部６１を所定の回動軸まわりに回動（変位）させる機構であり、ベース部７１と、軸部７２と、支持部７３とを含む。
ベース部７１は、アーム先端部３６に固定されてアーム部３２に対して変位しない部位であり、吸着部６１を回動させる際の基準となる部位である。軸部７２は、その軸芯７２ｃを中心として、支持部７３を介して吸着部６１を回動させる。本実施形態において、軸部７２は、二組の十字軸を組み合わせた４軸（回動軸）で構成される。十字軸は、互いの軸芯が同一平面上で交差する２本の軸である。なお、軸部は、三組以上の十字軸の組み合わせであってもよい。

図２および図３に示すように、十字軸７２ａおよび十字軸７２ｂをそれぞれ構成する２つの軸は、軸芯７２ｃ同士が同一平面上で略直交するように、ジョイント８で連結されている。２つの軸のうち、一方の軸（以下、Ｘ軸という）ＸＳは連続した１本の軸体であり、他方の軸（以下、Ｙ軸という）ＹＳは２つに分割された２本の軸体である。Ｙ軸ＹＳの分割軸ＹＳａ，ＹＳｂは、軸芯ＹＣ１，ＹＣ２が略同一となるように、Ｘ軸ＸＳを挟んで軸端を対向させてジョイント８で連結されている。Ｘ軸ＸＳとＹ軸ＹＳは、略同一径（差渡し寸法）であるが、異径であってもよい。Ｙ軸ＹＳの分割軸ＹＳａ，ＹＳｂは、軸端にフランジＳＦａ，ＳＦｂが設けられている。フランジＳＦａ，ＳＦｂは、後述するジョイント８のジョイント軸受８３の回転部材（例えば、転がり軸受の回転輪）に固定される。

二組の十字軸７２ａ，７２ｂは、吸着部６１が物品２を吸着していない状態において、Ｘ軸ＸＳの軸芯ＸＣとＹ軸の軸芯ＹＣの交点Ｃａ，Ｃｂが同一の鉛直線上に所定間隔をあけて並ぶように配置される。また、これらの十字軸７２ａ，７２ｂは、例えば、第１のＸ軸ＸＳ１と第２のＸ軸ＸＳ２が略平行をなすとともに、第１のＹ軸ＹＳ１と第２のＹ軸ＹＳ２が略平行をなすように配置される。第１のＸ軸ＸＳ１と第２のＸ軸ＸＳ２の軸芯ＸＣ，ＸＣ間の距離は、第１のＹ軸ＹＳ１と第２のＹ軸ＹＳ２の軸芯ＹＣ，ＹＣ間の距離とほぼ一致する。そして、軸芯ＸＣ，ＸＣ間の距離および軸芯ＹＣ，ＹＣ間の距離は、交点Ｃａ，Ｃｂ間の距離とほぼ一致する。第１のＸ軸ＸＳ１および第２のＸ軸ＸＳ２は、軸芯ＸＣまわり、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２は、軸芯ＹＣまわりにそれぞれ独立して回動する。

本実施形態において、交点Ｃａ，Ｃｂ間の距離は、交点Ｃｂ（第２のＸ軸ＸＳ２の軸芯ＸＣと第２のＹ軸ＹＳ２の軸芯ＹＣとの交点）と吸着面６１ａの中心点６１ｃとの距離よりも長い。図２において、交点Ｃａ，Ｃｂ間の距離はＬ１、交点Ｃｂと中心点６１ｃとの距離はＬ２に相当し、Ｌ１＞Ｌ２である。交点Ｃｂは、第２のＸ軸ＸＳ２の軸芯ＸＣと第２のＹ軸ＹＳ２の軸芯ＹＣとの交点であり、十字軸７２ａ，７２ｂにおける交点Ｃａ，Ｃｂのうち、中心点６１ｃに最も近い交点に当たる。これにより、後述するように吸着部６１で物品２を吸着する際、吸着面６１ａを物品２の被吸着面に沿わせやすくなる。

なお、Ｙ軸は、分割軸でなくともよく、Ｘ軸ＸＳと同様に連続した１本の軸体であってもよい。この場合、Ｘ軸の軸芯とＹ軸の軸芯は、それぞれ略平行な別々の面に位置し、一方が位置する面に他方を投影した場合に、軸芯同士が略直交するように配置される。ただし、このような２軸とする場合と比べ、本実施形態のように２軸のうちの一方が分割軸である十字軸とすることで、回動機構７を有するエンドエフェクタ３３を小型軽量化することが可能となる。双方の軸（例えば、Ｘ軸とＹ軸）を分割軸としてもよい。

ジョイント８は、Ｘ軸ＸＳとＹ軸ＹＳとを連結して一体化させる部材であり、本実施形態では一例として内部が空洞の六面体となっている。図３に示すように、六面体の各面をなす６つの壁部のうち、４つの壁部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄには、Ｘ軸ＸＳとＹ軸ＹＳを挿通する貫通孔８２が形成されている。４つの壁部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄは、Ｘ軸ＸＳとＹ軸ＹＳを水平面と略平行に位置付けた際、水平面と略直交して位置付けられる４つの壁部（側壁部分）である。各貫通孔８２には、軸受（以下、ジョイント軸受という）８３が取り付けられている。ジョイント軸受８３は、Ｘ軸ＸＳおよびＹ軸ＹＳを回転自在に壁部８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄに対して支持する。ジョイント軸受８３は、転がり軸受であってもすべり軸受であっても構わない。なお、ジョイント軸受８３を省略した構成としてもよいが、この場合には、例えばＸ軸およびＹ軸にそれぞれフランジや球体関節などを設けて、貫通孔８２からの抜け止めを図る。

図２に示すように、支持部７３は、第１の支持部７３ａ、第２の支持部７３ｂ、第３の支持部７３ｃの３つにより構成され、軸部７２をベース部７１に支持する。
第１の支持部７３ａは、第１のＸ軸ＸＳ１をベース部７１に支持する。第１の支持部７３ａは、第１のＸ軸ＸＳ１の軸端とベース部７１との間をそれぞれ連結する一対の支持片ａ１と、これらの支持片ａ１の間に架け渡される梁片ａ２と、第１のＸ軸ＸＳ１の軸端を支持する軸受（以下、プレート軸受という）ａ３とを含む。一対の支持片ａ１は、ベース部７１に固定されている。ベース部７１はアーム部３２に対して変位しないので、第１のＸ軸ＸＳ１は、一対の支持片ａ１に対して回動可能となっている。

第２の支持部７３ｂは、Ｙ軸ＹＳ１，ＹＳ２同士を支持する。第２の支持部７３ｂは、第１のＹ軸ＹＳ１と第２のＹ軸ＹＳ２の軸端同士それぞれ連結する一対の支持片ｂ１と、これらの軸端を支持するプレート軸受ｂ２，ｂ３とを含む。したがって、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２と、一対の支持片ｂ１とは、相対的に変位可能となっている。また、第１のＹ軸ＹＳ１は、第１のＸ軸ＸＳ１とジョイント８で連結されている。したがって、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２は、第１のＸ軸ＸＳ１、換言すれば一対の支持片ａ１に対して回動可能となっている。

第３の支持部７３ｃは、吸着部６１を第２のＸ軸ＸＳ２に吊り下げ支持する。第３の支持部７３ｃは、第２のＸ軸ＸＳ２の軸端と吸着部６１との間をそれぞれ連結する一対の支持片ｃ１と、これらの支持片ｃ１の間に架け渡された一対の梁片ｃ２と、第２のＸ軸ＸＳ２の軸端を支持するプレート軸受ｃ３とを含む。一対の支持片ｃ１は、吸着部６１に固定されている。したがって、第２のＸ軸ＸＳ２と、一対の支持片ｃ１および吸着部６１とは、それぞれ相対的に変位可能となっている。また、第２のＸ軸ＸＳ２は、第２のＹ軸ＹＳ２とジョイント８で連結されている。したがって、一対の支持片ｃ１および吸着部６１は、第２のＹ軸ＹＳ２、換言すれば一対の支持片ｂ１に対して回動可能となっている。

これにより、吸着部６１は、第１のＸ軸ＸＳ１、第２のＸ軸ＸＳ２、第１のＹ軸ＹＳ１、第２のＹ軸ＹＳ２の４つの軸まわりに回動（変位）可能に、ベース部７１に対して支持される。したがって、例えば吸着対象の物品２が水平面に対して傾いていても、物品２の被吸着面の傾きに倣って（合わせて）吸着部６１を変位させ、その吸着面６１ａを被吸着面に沿わせて正対させることができる。被吸着面は、物品２の外面のうち、吸着部６１に吸着される面であり、基本的には集積領域２０に載置された状態で最も上方に位置する面（最上面）である。

図４から図６には、吸着部６１で物品２を吸着する際の回動機構７の動作例を示す。図４は、物品２が吸着される前の状態を示す。図５は、物品２が吸着された時の状態を示す。図６は、物品２が吸着されて、エンドエフェクタ３３を上昇させた状態を示す。以下に説明する回動機構７の動作は、例えば制御機構５によって制御されるものではなく、ロボットアーム３の動作に伴うエンドエフェクタ３３の変位に追従する（倣う）ものである。
吸着対象となる物品２は、集積領域２０の物品群２ｓ（図１参照）の中から選択される（以下、選択された物品２を選択物品という）。図４および図５においては、物品２１が選択物品として選択され、その被吸着面２１ａは水平面に対して傾いた状態となっている。

次いで、エンドエフェクタ３３は、アーム部３２とともに被吸着面２１ａに向けて下降する。この時、図４に示すように、支持部７３には吸着部６１の重量が作用し、第１の支持部７３ａ、第２の支持部７３ｂ、第３の支持部７３ｃは、重力方向（下方）に向かって引っ張られた状態となる。この状態では、第１のＸ軸ＸＳ１と第１のＹ軸ＹＳ１の軸芯同士の交点Ｃａと、第２のＸ軸と第２のＹ軸の軸芯同士の交点Ｃｂが同一の鉛直線上に並ぶ。例えば、交点Ｃａ，Ｃｂは、吸着部６１の重心を通る鉛直線上に並ぶ。また、吸着部６１の吸着面６１ａは、水平面に対して傾くことなく、略平行となる。吸着面６１ａは、吸着部６１が物品２と吸着する面であり、本実施形態では吸着部６１の下面（第３の支持部７３ｃで支持される面側とは反対側の面）である。そして、吸着部６１は、被吸着面２１ａと接触する。この状態においては、被吸着面２１ａと吸着面６１ａとの間には、空隙が生じている。

吸着部６１が被吸着面２１ａと接触すると、アーム部３２を下降させる力（以下、押圧力という）の反力が被吸着面２１ａから軸部７２および支持部７３に作用する。これにより、図５に示すように、吸着部６１は、一対の支持片ｃ１を介して第２のＸ軸ＸＳ２まわりに回動し、被吸着面２１ａに対して変位する。その際、一対の支持片ｂ１は、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２まわりに回動し、吸着部６１（別の捉え方をすれば、被吸着面２１ａ）に対して変位する。さらに、第１のＸ軸ＸＳ１は、一対の支持片ａ１に対して回動する。

その結果、図４に示す状態から、吸着面６１ａが被吸着面２１ａとの接触部位を中心に、被吸着面２１ａに向けて回動する。すなわち、吸着面６１ａの回動距離に相当する分だけ、軸部７２と支持部７３が相対的に変位する。これにより、吸着面６１ａと被吸着面２１ａとの間の空隙が徐々に減少し、両面６１ａ，２１が接近していく。その後、吸着面６１ａは、被吸着面２１ａと正対して吸着する。

このように、エンドエフェクタ３３が回動機構７を備えることで、被吸着面２１ａが水平面、端的には吸着面６１ａに対して傾いた状態である場合であっても、被吸着面２１ａの傾きに倣って（合わせて）吸着部６１を変位させ、吸着面６１ａを被吸着面２１ａと正対させることができる。したがって、アーム部３２とともにエンドエフェクタ３３を下降させるだけで、その下降動作に追随してスムーズに吸着面６１ａを被吸着面２１ａに吸着させることができる。このため、例えば吸着面６１ａと被吸着面２１ａとの間の距離を計測するデプスカメラなどの付随機器を備えなくとも、被吸着面２１ａが吸着面６１ａに対して傾いた物品２１を集積領域２０から移動先領域まで容易に移動させることができる。
例えば、回動機構が本実施形態のような４軸構成ではなく、２軸構成である場合、アーム部とともにエンドエフェクタを下降させた際、アーム部とエンドエフェクタのそれぞれの変位方向が一致せず、アーム部の下降動作に追随してエンドエフェクタが適正に変位（回動）しないおそれがある。本実施形態の回動機構７のように４軸構成（二組の十字軸７２ａ，７２ｂの組み合わせ）である場合、これを抑制することができる。

また、回動機構７において、交点Ｃａ，Ｃｂ間の距離は、吸着面６１ａの中心点６１ｃ、端的には物品２により近い交点Ｃｂと中心点６１ｃとの距離よりも長い。したがって、物品２により近い一対の支持片ｃ１の変位領域を、一対の支持片ｂ１の変位領域よりも小さくすることができ、よりコンパクトな動きで吸着面６１ａを被吸着面２１ａに吸着させることができる。

吸着面６１ａが被吸着面２１ａに吸着した後、エンドエフェクタ３３は、アーム部３２とともに上昇する。この時、図６に示すように、支持部７３には吸着部６１に加えて物品２１の重量も作用し、第２の支持部７３ｂ、第３の支持部７３ｃは、重力方向（下方）に向かって引っ張られ、第１の支持部７３ａに吊り下がった状態となる。この状態では、吸着面６１ａおよび被吸着面２１ａは、水平面と略平行になる。すなわち、物品２１が水平面に対してほぼ傾くことなく、水平を保った状態となる。したがって、移動時における物品２１の姿勢が水平に維持されるので、移動先領域、例えば容器（箱）やコンベアなどに物品２１をスムーズに載置することができる。

上述したように、本実施形態では、回動機構７の動作をエンドエフェクタ３３の変位に追従する（倣う）ものとしている。これに代えて、例えば軸部７２と支持部７３とを、エンドエフェクタ３３の変位に追従して相対的に変位可能な状態と変位不能な状態とに切り換え可能な仕様とすることができる。

（第２の実施形態）
図７には、本実施形態に係るエンドエフェクタ３３ａが備える切換機構９の構成を示す。なお、本実施形態においては、このような切換機構をさらに備えることを除き、第１の実施形態に係るエンドエフェクタ３３と同様として構わない。したがって、以下では、本実施形態の特徴（第１の実施形態との相違点）についての説明にとどめる。その際、第１の実施形態と同様の構成については、説明中で同一符号を用いるとともに、図面上で同一符号を付す。

切換機構９は、制御機構５から受信した制御信号によって動作が制御され、軸部７２と支持部７３とを相対的に変位可能な状態と変位不能な状態とに切り換える。これにより、回動機構７は、エンドエフェクタ３３ａの変位に追従する動作と、追従しない動作とが、制御機構５によって適宜切り換え可能に構成される。本実施形態においては一例として、切換機構９は、回動軸であるＸ軸ＸＳおよびＹ軸ＹＳを、支持部７３に対して回動可能な状態と回動不能な状態とに切り換える。切換機構９は、Ｘ軸ＸＳの両端部ＸＥ，ＸＥおよびＹ軸ＹＳの両端部ＹＥ，ＹＥにそれぞれ１つずつ、合計８つ配置されている。図７には、そのうちの４つを示す。ただし、連続した１本の軸体であるＸ軸ＸＳには、必ずしも両端部ＸＥ，ＸＥに切換機構９を配置しなくともよく、少なくとも一端部ＸＥに配置すればよい。

切換機構９は、爪部９１と、アクチュエータ部９２とを含む。
爪部９１は、一対をなし、Ｘ軸ＸＳもしくはＹ軸ＹＳの両端部を挟んで対向するように配置されている。本実施形態において、Ｘ軸ＸＳは、第１の実施形態よりも延長され、両端部ＸＥ，ＸＥが支持片ａ１，ｂ１，ｃ１よりも外方へ突出している。Ｙ軸ＹＳも同様に延長され、両端部ＹＥ，ＹＥが支持片ａ１，ｂ１，ｃ１よりも外方へ突出している。

アクチュエータ部９２は、支持片ａ１，ｂ１，ｃ１に位置決め固定され、制御機構５から受信した制御信号をトリガーとして一対の爪部９１を第１の態様と第２の態様とに遷移させる。図８(ａ)には第１の態様、図８(ｂ)には第２の態様をそれぞれ示す。
第１の態様は、一対の爪部９１の対向間隔がＸ軸ＸＳ（もしくはＹ軸ＹＳ）の径（差渡し寸法）よりも広く、一対の爪部９１とＸ軸ＸＳ（もしくはＹ軸ＹＳ）とが接触しない態様である。第１の態様では、Ｘ軸ＸＳは軸芯ＸＣまわり、Ｙ軸ＹＳは軸芯ＹＣまわりにそれぞれ回動可能となる。

したがって、第１の態様において、吸着部６１は、一対の支持片ｃ１を介して第２のＸ軸ＸＳ２まわりに回動し、被吸着面２１ａに対して変位可能となる。また、一対の支持片ｂ１は、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２まわりに回動し、吸着部６１（別の捉え方をすれば、被吸着面２１ａ）に対して変位可能となる。そして、第１のＸ軸ＸＳ１は、一対の支持片ａ１に対して回動し、変位可能となる。

これに対し、第２の態様は、一対の爪部９１の対向間隔がＸ軸ＸＳ（もしくはＹ軸ＹＳ）の径（差渡し寸法）とほぼ一致し、一対の爪部９１がＸ軸ＸＳ（もしくはＹ軸ＹＳ）を挟み付けた態様である。第２の態様では、Ｘ軸ＸＳは軸芯ＸＣまわり、Ｙ軸ＹＳは軸芯ＹＣまわりにそれぞれ回動不能となる。
したがって、第２の態様において、吸着部６１は、一対の支持片ｃ１を介して第２のＸ軸ＸＳ２まわりに回動せず、被吸着面２１ａに対して変位不能となる。また、一対の支持片ｂ１は、第１のＹ軸ＹＳ１および第２のＹ軸ＹＳ２まわりに回動せず、吸着部６１（別の捉え方をすれば、被吸着面２１ａ）に対して変位不能となる。そして、第１のＸ軸ＸＳ１は、一対の支持片ａ１に対して回動せず、変位不能となる。

第１の態様から第２の態様に遷移させる際、アクチュエータ部９２は、爪部９１同士の対向間隔を狭めるように一対の爪部９１を変位させる。逆に、第２の態様から第１の態様に遷移させる際、アクチュエータ部９２は、爪部９１同士の対向間隔を広げるように一対の爪部９１を変位させる。爪部９１を変位させる動力源は、特に限定されず、例えばエア（圧縮空気）や油圧、電動モータなどを適用できる。

このように切換機構９を備えることで、例えば吸着部６１で物品２を吸着した後、一対の爪部９１を第２の態様とすれば、吸着部６１に吸着された物品２の姿勢を安定させることができる。これにより、移動先領域、例えば容器（箱）やコンベアなどに物品２を所望の姿勢でより確実に載置させることができる。なお、切換機構は、上述したような一対の爪部９１でＸ軸ＸＳやＹ軸ＹＳを挟み付けるような機構には限定されない。例えば、クランプ状の部材でＸ軸ＸＳやＹ軸ＹＳを締め付けるような機構、ピン状の部材をＸ軸ＸＳやＹ軸ＹＳに当て付ける機構などであってもよい。

上述したように、第１の実施形態および第２の実施形態に係るエンドエフェクタ３３，３３ａを適用することで、アーム部３２とともにエンドエフェクタ３３，３３ａを下降させるだけで、その下降動作に追随して吸着面６１ａを被吸着面２１ａにスムーズに吸着させることができる。このような吸着は、被吸着面２１ａが吸着時に水平面に対して傾いているか否かを問わず実行できる。すなわち、吸着時において、被吸着面２１ａが水平面に対して略平行である場合のみならず、傾いている場合であっても、吸着部６１で物品２を適正に吸着することができる。

このとき、重心が見かけ上の略中心にある物品であれば、被吸着面の中心近傍を吸着部６１で吸着することで、吸着後吸着後（換言すれば、移動先領域まで移動中）の物品２の姿勢を水平面と略平行に保ち、安定させやすい。これに対し、重心が見かけ上の中心およびその近傍にないような物品（以下、偏心物品という）の場合、吸着後（換言すれば、移動先領域まで移動中）の偏心物品の姿勢を安定させるためには、被吸着面上の吸着位置の調整が必要となる。すなわち、吸着部６１で被吸着面のどこを吸着するかによって、吸着後に偏心物品の姿勢を水平面と略平行に保てるか否かが左右される。そこで、偏心物品の吸着後の姿勢を安定させることを可能とした物品移動装置について、第３の実施形態として以下に説明する。

（第３の実施形態）
本実施形態に係る物品移動装置は、上述した図１に示す物品移動装置１の構成を踏襲する。図１に示すように、物品移動装置１は、ロボットアーム３と、検出機構４と、制御機構５とを備えて構成されている。図９には、物品移動装置１のブロック図を示す。
ロボットアーム３は、上述した第１の実施形態と同様に構成されている。このため、ロボットアーム３の各構成部材についての説明は省略する。

検出機構４は、物品検出部４１と、吸着状況検出部４２とを有する。物品検出部４１は、集積領域２０における物品群２ｓの集積態様を検出する。物品群２ｓは、集積領域２０に集積されている複数の物品２として規定する。物品群２ｓの集積態様は、例えば集積された各物品２の輪郭、大きさ、向き、姿勢、重なり、境界などの態様である。これらの集積態様を検出するべく、本実施形態では、物品検出部４１として３Ｄカメラを適用している。これにより、物品検出部４１は、物品群２ｓの集積態様を立体的に捉え、より正確に物品群２ｓの集積態様を把握することが可能とされている。ただし、物品検出部４１は、２Ｄカメラであっても構わない。この場合、複数の２Ｄカメラで集積領域の物品群２ｓを異なる角度から捉えられるようにすればよい。

物品検出部４１は、集積領域２０から鉛直上方に所定距離だけ離して位置決め固定されている。所定距離は、集積領域２０に集積された物品群２ｓの全体を物品検出部４１が画角内に収め、ピントを合わせることが可能な距離である。例えば、物品検出部４１は、ロボットアーム３を囲むフレーム（図示省略）の上部などに、ロボットアーム３の可動範囲を避けて配置される。物品検出部４１は、制御機構５に有線もしくは無線で接続されている。これにより、物品検出部４１は、制御機構５から受信した制御信号によって動作が制御されるとともに、検出した情報（後述する物品群２ｓの集積態様、物品２の吸着位置データなどの各データ）を制御機構５に送信する。制御機構５は、物品検出部４１から送信された情報を解析して、ロボットアーム３で移動させる物品２を物品群２ｓの中から選択する。そして、制御機構５は、選択した物品２を吸着する際の目標位置を特定する。基本的には、物品２の重心が見かけ上の略中心位置にあるものとして、被吸着面の略中心位置を目標位置として特定する。

吸着状況検出部４２は、ロボットアーム３（端的にはエンドエフェクタ３３）での物品２（選択物品）の吸着状況を検出する。本実施形態では、吸着状況検出部４２は、吸着部６１に吸着された物品２の基準面に対する傾きを検出する。基準面は、水平面であり、一例としてロボットアーム３の基台部３１が設置される設置面３０である。このような物品２の傾きを検出するべく、本実施形態では、吸着状況検出部４２として距離検出器を適用している。距離検出器は、対象物（本実施形態では、吸着部６１に吸着された選択物品）に向けて入射光を照射し、該入射光に対する対象物からの反射光を受光（感知）するまでの時間に基づいて、距離検出器から対象物までの距離を計測する。一例として、吸着状況検出部４２には、レーザー光を発振、照射するとともに、対象物からはね返ったレーザー光を感知するレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ：Laser Range Finder）を適用する。

吸着状況検出部４２は、ロボットアーム３が吸着した物品２の吸着後の移動軌跡上で、該物品２までの距離を検出（計測）し、検出部位間の距離差に基づいて物品２の水平面に対する傾きを検出する。本実施形態では一例として、距離検出器は、前記移動軌跡上のいずれかの箇所を通過する物品２と、レーザー光の照射感知部４２ａとが対向可能な任意の位置に固定されている。すなわち、吸着状況検出部４２は、移動軌跡上の定点である距離検出位置を物品２が通過するタイミングで該物品２までの距離を検出する。

制御機構５は、ロボットアーム３および検出機構４の動作をそれぞれ制御する。制御機構５は、演算処理部５１と、動作制御部５２と、データ蓄積部５３と、データ制御部５４とを有する。
演算処理部５１は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路、タイマなどを含み、各種データを入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいた制御を行う。演算処理部５１は、ロボットアーム３および検出機構４と有線もしくは無線で接続されている。

動作制御部５２は、演算処理部５１を介してロボットアーム３および検出機構４との間で各種データや演算結果などを送受信し、これらに基づいてロボットアーム３と検出機構４の動作をそれぞれ制御する。すなわち、動作制御部５２は、演算処理部５１に読み出されて実行されるプログラムである。例えば、動作制御部５２は、検出機構４に検出させた集積領域２０における物品群２ｓの集積状況の検出データ、およびデータ蓄積部５３の蓄積データ（後述するマスターデータ）に基づいてロボットアーム３の動作を制御する。

データ蓄積部５３は、物品２の吸着位置調整のためのマスターデータを蓄積するデータベースである。マスターデータは、物品２の吸着位置を調整する際に動作制御部５２によって読み出され、後述するデータ制御部５４によって更新される。本実施形態では一例として、データ蓄積部５３は、物品２（選択物品）の吸着位置データと、吸着後の物品２の姿勢データとを、物品２の属性をキーとして蓄積している。

吸着位置データは、吸着部６１が物品２を吸着する際、目標とする被吸着面上の位置（座標）データであり、物品検出部４１によって検出、取得される。吸着位置データの初期値（デフォルト値）は、被吸着面の中心位置（中心点）である。被吸着面の中心点は、物品２の見かけ上の重心を通って被吸着面と略直交する直線と、被吸着面との交点である。
姿勢データは、吸着部６１に吸着された後における物品２の水平面に対する傾きを示すデータ（以下、傾きデータという）であり、吸着状況検出部４２によって検出、取得される。物品２の水平面に対する傾きを示すデータは、例えば、物品２の底面（被吸着面とは反対側の下向きの面）の水平面に対する傾斜角度である。
物品２の属性は、例えば形態（大きさ、形状、梱包状態など）を示すデータ（以下、物品ＩＤという）であり、集積領域２０に集積された物品２について物品検出部４１によってそれぞれ検出、取得される。

データ制御部５４は、データ蓄積部５３のマスターデータを追加、更新する。具体的には、物品検出部４１の検出結果に基づいて、データ制御部５４は、物品２と紐付いた物品ＩＤのレコードをマスターデータに追加し、追加後のマスターデータを適宜更新する。また、データ制御部５４は、物品検出部４１の検出結果に基づいて物品ＩＤに対する吸着位置データを更新し、吸着状況検出部４２の検出結果に基づいて物品ＩＤの吸着位置データに対する傾きデータを更新する。これにより、動作制御部５２によるロボットアーム３（端的には、エンドエフェクタ３３）の動作制御時において、吸着部６１が吸着する物品２の被吸着面上の吸着位置が物品２の重心位置に基づいて調整される。

次に、このような物品２の吸着位置の調整について、説明する。図１０には、物品２（２２）の吸着位置調整の状況を模式的に示す。図１０の(ａ)は吸着位置の調整前に吸着部６１で物品２２を吸着した状態を示す図であり、(ｂ)はその後に物品２２を持ち上げた状態を示す図である。図１０の(ｃ)は吸着位置の調整後に吸着部６１で物品２２を吸着した状態を示す図であり、(ｄ)はその後に物品２２を持ち上げた状態を示す図である。

図１０に示すように、物品２２は、重心２２ｇが見かけ上の中心およびその近傍にないような偏心物品である。
吸着位置の調整前に相当するケースとして、物品２２が吸着部６１で初めて吸着される場合、つまり吸着位置の調整が一度もなされていない場合を一例に説明する。図１０(ａ)に示すように、物品２２は、被吸着面２２ａが水平面（設置面３０）に対して傾いた状態で吸着部６１に吸着されている。吸着にあたって、動作制御部５２は、データ蓄積部５３の物品２２に対する吸着位置データに基づいて、エンドエフェクタ３３を被吸着面２２ａに向けて下降させる。この場合、吸着位置データが示す位置は、初期値である被吸着面２２ａの中心点２２ｃである。したがって、動作制御部５２は、吸着面６１ａの中心点６１ｃと被吸着面２２ａの中心点２２ｃとがほぼ重なるように、吸着部６１を被吸着面２２ａに吸着させる。

次いで、動作制御部５２は、物品２２を移動先領域に移動させるため、物品２２が上昇するようにエンドエフェクタ３３を上方へ変位させる。その際、物品２２は、吸着状況検出部４２の距離検出位置を通過する。
エンドエフェクタ３３を上方へ変位させると、図１０(ｂ)に示すように、第２の支持部７３ｂおよび第３の支持部７３ｃは、吸着部６１と物品２２の重量を受けて、第１の支持部７３ａに吊り下がった状態となる。この時、物品２２の重心２２ｇと吸着面６１ａの中心点６１ｃとは、物品２２が偏心物品であるため同一の鉛直線上に並ばない。したがって、物品２２の重量が吸着部６１に対して偏って負荷され、吸着面６１ａおよび被吸着面２２ａは、水平面と略平行にはならず、傾いた状態となる。

データ制御部５４は、データ蓄積部５３における物品２２の物品ＩＤに紐つく吸着位置データを、吸着状況検出部４２によって検出された物品２２の傾きデータに基づいて補正し、補正後の値に吸着位置データを更新する。また、動作制御部５２は、物品２２の物品ＩＤに紐つく吸着位置データに対する傾きデータを更新する。これにより、吸着部６１が物品２２を再吸着する際、物品２２の吸着位置の調整を行うことができる。物品２２を再吸着するケースとしては、例えば同一の物品２２を再度吸着するケース、同一形態の別の物品２２を吸着するケースなどが挙げられる。

物品２２の再吸着にあたって、動作制御部５２は、データ蓄積部５３の物品２２に対する更新後の吸着位置データに基づいて、エンドエフェクタ３３を被吸着面２２ａに向けて下降させる。例えば、図１０(ｃ)に示す場合、吸着位置データが示す位置は、初期値である被吸着面２２ａの中心点２２ｃからずれた補正後の位置（以下、調整点という）２２ｄである。したがって、動作制御部５２は、吸着面６１ａの中心点６１ｃと被吸着面２２ａの調整点２２ｄとがほぼ重なるように、吸着部６１を被吸着面２２ａに吸着させる。なお、図１０(ｃ)には、図１０(ａ)に示す傾き状態で被吸着面２２ａが吸着部６１に吸着された状態を示す。

次いで、図１０(ｄ)に示すように、動作制御部５２は、物品２２が上昇するようにエンドエフェクタ３３を上方へ変位させる。その際、物品２２は、吸着状況検出部４２の距離検出位置を再度通過する。
エンドエフェクタ３３を上方へ変位させると、第２の支持部７３ｂおよび第３の支持部７３ｃは、吸着部６１と物品２２の重量を受けて、第１の支持部７３ａに吊り下がった状態となる。図１０(ｄ)に示す場合、物品２２の吸着位置が被吸着面２２ａの中心点２２ｃから調整点２２ｄにずれており、物品２２の重心２２ｇと吸着面６１ａの中心点６１ｃとは、同一の鉛直線上に並んでいる。したがって、物品２２が偏心物品であっても、物品２２の重量が吸着部６１に対して偏って負荷されず、略均等に負荷される。その結果、吸着面６１ａおよび被吸着面２２ａは水平面に対して傾いた状態とはならず、これらを水平面と略平行に保つことができる。これにより、例えば、集積領域に集積された物品群が同一の偏心物品を複数含んでいる場合などには、吸着位置の調整を行うことによって、該偏心物品の吸着後の姿勢を確実に安定させることができる。そして、このような吸着位置の調整を繰り返すことで、データ蓄積部５３に蓄積されたマスターデータの精度を高めることができ、偏心物品の吸着位置をより一層精度よく調整することが可能となる。

なお、本実施形態では一例として、ロボットアーム３は、エンドエフェクタ３３を備える仕様としているが、第２の実施形態に係るエンドエフェクタ３３ａ（図７）を適用し、切換機構９を備えた構成であってもよい。例えば、図１０(ｄ)に示す状態において、切換機構９の一対の爪部９１を第２の態様（図８(ｂ)）とすれば、吸着部６１に吸着された物品２２の姿勢をより一層安定させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…物品移動装置、２，２１，２２…物品、３…マニピュレータ（ロボットアーム）、４…検出機構、５…制御機構、６…吸着機構、７…回動機構、８…ジョイント、９…切換機構、２０…集積領域、２１ａ，２２ａ…被吸着面、２２ｃ…中心点、２２ｄ…調整点、２２ｇ…重心、３０…設置面、３１…基台部、３２…アーム部、３３，３３ａ…エンドエフェクタ、３４…関節部、３５ａ〜３５ｇ…軸、３６…アーム先端部、４１…物品検出部、４２…吸着状況検出部、５１…演算処理部、５２…動作制御部、５３…データ蓄積部、５４…データ制御部、６１…吸着部、６１ａ…吸着面、６１ｃ…中心点、７１…ベース部、７２…軸部、７２ａ，７２ｂ…十字軸、７２ｃ…軸芯、７３（７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）…支持部、８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ…壁部、８２…貫通孔、８３…軸受（ジョイント軸受）、ａ１，ｂ１，ｃ１…支持片、ａ２，ｃ２…梁片、ａ３，ｂ２，ｂ３，ｃ３…軸受（プレート軸受）、Ｃａ，Ｃｂ…Ｘ軸とＹ軸の軸芯同士の交点、Ｌ１…交点Ｃａ，Ｃｂ間の距離、Ｌ２…交点Ｃｂと中心点６１ｃとの距離、ＳＦａ，ＳＦｂ…フランジ、ＸＣ…Ｘ軸の軸芯、ＸＥ…Ｘ軸の端部、ＸＳ（ＸＳ１，ＸＳ２）…Ｘ軸、ＹＣ（ＹＣ１，ＹＣ２）…Ｙ軸の軸芯、ＹＥ…Ｙ軸の端部、ＹＳ（ＹＳ１，ＹＳ２）…Ｙ軸、ＹＳａ，ＹＳｂ…Ｙ軸の各分割軸。

Claims (7)

1. 集積領域に集積された物品を吸着する吸着部を含む吸着機構と、
   前記吸着部を４つ以上の回動軸まわりに回動させる回動機構と、を備える
   ロボットアームのエンドエフェクタ。
2. 前記回動機構は、同一平面上で互いの軸芯が略直交する２つの前記回動軸で構成される十字軸を二組以上有する
   請求項１に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
3. 二組以上の前記十字軸における２つの前記回動軸の軸芯同士の各交点は、前記吸着部が前記物品を吸着していない状態において同一の鉛直線上に所定間隔をあけて並ぶ
   請求項２に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
4. 前記回動機構は、二組の前記十字軸を有し、
   これらの前記十字軸における２つの前記回動軸の軸芯同士の交点間の距離は、前記吸着部の吸着面の中心点と前記中心点に最も近い前記交点との距離よりも長い
   請求項２に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
5. ２つの前記回動軸のうち、一方は連続した１本の軸体であり、他方は２つに分割された２本の軸体であり、これら２本の前記軸体は、軸芯同士が略同一となるように、一方の前記回動軸を挟んで軸端を対向させるように連結されている
   請求項２に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
6. 前記回動軸を回動可能状態と回動不能状態とに切り換える切換機構をさらに備える
   請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のエンドエフェクタで前記物品を吸着して移動させるロボットアームと、
   前記物品の形態と、前記物品に対する前記吸着部の吸着位置と、前記吸着部に吸着された前記物品の水平面に対する傾きと、を検出する検出機構と、
   前記ロボットアームおよび前記検出機構の動作を制御する制御機構と、を備え、
   前記制御機構は、
   前記検出機構によって検出された前記形態、前記吸着位置、前記傾きについてのデータをそれぞれ蓄積するデータ蓄積部と、
   前記データ蓄積部に蓄積された前記形態および前記吸着位置に基づいて、前記吸着部に前記物品を吸着させる動作制御部と、
   前記データ蓄積部に蓄積された前記形態に対応する前記吸着位置を、前記傾きに基づいて補正するデータ制御部と、を有する
   物品移動装置。

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