JP2020044612A - 保持機構、移載装置、及びハンドリングロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、流路と駆動部が一体であり、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構、移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することである。【解決手段】本発明の保持機構は、一方と他方を有する第１支持部と、前記第１支持部の一方に接続され、前記第１支持部周りに第１方向の回動軸で回動可能である第１駆動部と、前記第１支持部の他方に接続され、前記第１方向と交差する第２方向の回動軸で、第１駆動部の駆動により回動可能である第２支持部と、前記第２支持部に接続される保持部と、前記第１駆動部と前記第２支持部に接続され、前記第１駆動部の回動と前記第２支持部の回動を連動させる第１連結部と、を備える。【選択図】 図１

Description

保持機構、移載装置、及びハンドリングロボットシステムに関する。

近年、国内の物流分野では電子商取引の普及により物量（物品、荷物、ワークなどとも称される）は増加傾向にあるが、少子高齢化の影響で物流現場での労働力の確保が難しくなってきている。そのため、各物流企業は高品質なサービス実現のため物流施設の自動化に取り組んでおり、自動化機器を積極的に導入している。最新の物流センターでは、自動保管、入出庫、搬送及び仕分け等にマテリアルハンドリング装置が活用されている。マテリアルハンドリング装置の保持機構は、多関節マニピュレータの先端部に配置され、真空ポンプに繋がれた吸着パッド等で物品を吸着して保持する機構が採用される場合が多い。棚等から物品をピッキングする作業は、多種多様な物品を高速に保持搬送する必要があるため、吸着パッドによる吸着が物品を保持するのに適しているからである。

しかし、従来では、吸着パット用の流路用継手と駆動部は別々の設計として試作されており、保持機構が大型化傾向にある。そのため大流量の流路を確保したまま保持機構の小型化は困難であった。また、従来の流体継手では、流路の進行方向に対して直交した回転軸で接続されているため、流体継手のどの姿勢においても流体損失が大きかった。さらに、流路の進行方向に対して直交した回転軸では、商品の自重が常に回転軸に作用する。そのため、従来の保持機構では、回転軸周りの駆動部のエネルギー損失が大きかった。流体損失が大きい場合は、所望の流速を確保するためには大型のポンプやコンプレッサを導入する必要があり、機器全体の高コスト化や大型化の要因となる。そのため、棚等の狭い空間に保持機構を進入させることができずピッキング作業の自動化の妨げになっていた。よって、流体継手として、小型軽量化のために流路と駆動部が一体で構成されており、駆動部のエネルギー損失を低減させるために物品の自重を継手の構造で支えることが望まれている。

特開２０１７−２６１１７号公報 特開２０１６−０１４４５５号公報 特開２００８−０２３０７６号公報

本発明が解決しようとする課題は、流路と駆動部が一体であり、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構、移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することである。

本発明の保持機構は、一方と他方を有する第１支持部と、前記第１支持部の一方に接続され、前記第１支持部周りに第１方向の回動軸で回動可能である第１駆動部と、前記第１支持部の他方に接続され、前記第１方向と交差する第２方向の回動軸で、第１駆動部の駆動により回動可能である第２支持部と、前記第２支持部に接続される保持部と、前記第１駆動部と前記第２支持部に接続され、前記第１駆動部の回動と前記第２支持部の回動を連動させる第１連結部と、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一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる第１駆動部の一例を示す図である。 第１の実施形態にかかる保持機構と圧力源との関係を示す図である。 制御装置の構成と各種センサ及び保持機構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動作の一例を示すフロー図である。 棚内部に載置された物品を保持する保持手順の一例を示す概略図である。 第１の実施形態にかかるハンドリングロボットシステムの物品の移載処理の一例を示すフロー図である。 第１の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。 第１の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。 第１の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。 第１の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。 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２の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。 第２の実施形態の変形例にかかる保持機構を示す図である。

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や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１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、移載装置１１０と、制御装置１２０と、認識装置１３０と、搬送装置１４０と、を備える。

ハンドリングロボットシステム１００は、載置領域１５０に載置された複数の物品Ｇを認識装置１３０の第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３及び後述する保持機構１の認識部により認識する。そして、その認識結果を用いて制御装置１２０は、移載装置１１０を駆動することにより物品Ｇを保持し、物品Ｇを搬送装置１４０の自動コンベア１４１に移載する。また、搬送装置１４０の自動コンベア１４１上に位置する物品Ｇを移載装置１１０により保持し、載置領域１５０に物品Ｇを載置する。物品Ｇとは、棚等に入れられた製品、パッケージされた製品、製品そのものを含む。

まず、移載装置１１０について説明する。

図１に示すように移載装置１１０は、マニピュレータ１１１と、マニピュレータ１１１を固定する基台部１１２と、マニピュレータ１１１の先端に配置され物品Ｇを保持する保持機構１と、を備える。

マニピュレータ１１１は、少なくとも２つのリンクと、リンクの端部をそれぞれ繋ぐ複数の関節部と、を備える。関節部は、例えば、モータ、エンコーダ及び減速機等で構成される。マニピュレータ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、先端に配置された保持機構１を移動する。関節部は、１軸方向の回転に限定されず多軸方向の回転を含む。マニピュレータ１１１は、いわゆる垂直多関節型のロボットである。また、マニピュレータ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。

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

保持機構１は、物品Ｇを保持可能な保持部を有する。保持部は、支持機構に設置され、支持機構が動作することにより物品Ｇを移動することも可能である。物品Ｇの位置に応じて支持機構の駆動部を動作し、保持部を物品Ｇの位置まで移動させて物品Ｇを保持する。

次に、図２を参照して本実施形態にかかる保持機構の構成について詳しく説明する。

図２は、本実施形態にかかる保持機構１の一例を示す側面図である。図２（ａ）は、保持機構１が伸展した状態を示す。図２（ｂ）は、保持機構１が屈曲した状態を示す。

保持機構１が「伸展した状態」とは、第１支持部１０と第２支持部１２が直線状に接続された状態を示す。この時、保持機構１の内部流路を流れる流体の流体損失が最も少なくなる。また、保持機構１が「屈曲した状態」とは、第１支持部１０の延長上に第２支持部１２が位置しておらず、保持機構１が一直線上ではない状態を示す。この時、保持機構１の内部流路を流れる流体の流体損失がより大きくなる。保持機構１が伸展した状態を初期状態と称することがある。

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「保持機構が伸展した状態での一直線の方向」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、例えば略鉛直下向き方向である。−Ｚ方向は＋Ｚ方向の反対方向であり、例えば略鉛直上向き方向である。

図２に示すように保持機構１は、第１支持部１０と、第２支持部１２と、保持部１５と、第１駆動部１４と、第１連結部１７と、を備える。

第１支持部１０は一方と他方を有する。第１支持部１０の一方は、第１駆動部１４を設置する箇所であり、Ｘ軸方向（第１方向とも称する）に沿って配置される。第１支持部１０は、保持機構１の他の構成を支持するため、剛性の高い部材であることが好ましい。第１支持部１０の一方は、マニピュレータ１１１の先端に接続される。

第２支持部１２は、第１支持部１０の他方と回動可能に接続されている。第１支持部１０と第２支持部１２が接続している部分は、第１支持部１０の斜断面と第２支持部１２の斜断面が重ね合った状態のようになっている。第２支持部１２は、第１支持部１０の一方から他方に向かう第１方向と交差する第２方向にある回動軸周りで回動することが可能である。第２支持部１２は、第１駆動部１４の駆動により、第２方向の回動軸周りを回動する。第２方向の回動軸は、第１方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した方向である。例えば、図１（ａ）に一点鎖線で示すように、第１方向の回動軸をＡ、第２方向の回動軸をＢとすると、第１方向の回動軸Ａに対する第２方向の回動軸Ｂに対する傾斜角度θ（度）は０度より大きく９０度より小さい。典型的には４５度である。第２支持部１２は、保持機構１の他の構成を支持するため、剛性の高い部材であることが好ましい。

保持部１５は、第２の支持部１２と接続される。保持部１５は、例えば、吸着パッドである。保持部１５は、物品Ｇを保持する箇所である。保持部１５は、例えば、チューブを介して真空ポンプに繋がり、真空ポンプにより吸着パッドと物品Ｇとの間を減圧することにより物品Ｇを保持する。保持部１５は、支持機構１の動作により物品Ｇに接近及び接触可能である。吸着パッドは、１つであることに限定されず２つ以上であっても良い。保持する物品Ｇのサイズや形態によって適宜変更できる。また、保持部１５が物品Ｇの保持に成功したか否かの判定は、例えばチューブを介して接続されている圧力センサあるいは流量センサの計測値に基づいて行っても良いし、画像データ等から計測される吸着パッドの変形量に基づいて行っても良い。画像データに基づいて行う場合は、後述する認識部の認識結果を用いても良い。また、吸着パッドに接触センサや近接センサを設置して、センサ出力の変化により判定しても良い。これらのセンサにより計測された情報は、後述する制御装置１２０に送信される。

第１駆動部１４は、第１支持部の一方に設置される。第１駆動部１４は、第１支持部１０の一方から他方に向かう第１方向の回動軸で、第１支持部１０周りを回動する。第１駆動部１４は、第１連結部１７を介して第２支持部１２に接続されている。第１連結部１７の一端は第２支持部１２に接続され、その接続部分は固定されている。また、第１連結部１７の他端は第１駆動部１４に接続され、その接続部分は固定されている。そのため、第１駆動部１４が回動すると、第２支持部１２は、第１駆動部１４に連動して第１駆動部１４と同じ方向に回動する。第２支持部１２の回動角度は、第１駆動部１４の回動量に基づいて決定される。第２方向の回動軸周りに回動角度を計測するセンサ等を設けても良い。荷重計測値を測定するために、第１支持部１０と第２支持部１２が接続している部分の近傍に、歪みゲージ等を利用した荷重センサを設けても良い。第２支持部１２の回動量と荷重計測値から物品Ｇの質量を算出し、保持部１５で物品Ｇを運搬する際の加速度を設定するようにしてもよい。

第１駆動部１４は、第２支持部１２を回動する駆動力が得られるものであれば何でも良い。例えば、空圧駆動モータや空圧シリンダ等でも良く、また減速機構を組み合わせた構成でも良い。

第１駆動部１４は、回動機構であることを説明したが、Ｘ軸回りの同軸上に配置された空圧モータと、エンコーダ（図示しない）と、を備え、Ｘ軸周りに回転可能な機構であっても良い。エンコーダは、空圧モータの回転角（モータの回転変位量）、回転数、モータの速度、モータの負荷等を計測する。エンコーダは、空圧モータの駆動状態を計測するために配置される。空圧モータの駆動状態が判ればエンコーダに限定されず、例えば、変位センサ、超音波センサ、可変抵抗、静電容量センサ、パルスコーダ、ファイバセンサ、レーザ変位センサ等を用いても良い。また、距離に応じた電圧又は電流を出力する他のセンサが用いられても良い。これらのセンサにより計測された情報は、制御装置１２０に送信される。また、空圧モータには減速機を備えても良い。減速機は、モータの回転速度を減速し、第２支持部１２の回動速度を定める。減速比は、空圧モータの回転数等により適宜調整される。回動速度を空圧モータ側で調整する場合、減速機は、必須の構成ではない。

図３に第１駆動部１４に用いる空圧駆動モータを示す。

図３（ａ）は空圧駆動モータの斜視図、図３（ｂ）は空圧駆動モータの内部の図である。

図３（ａ）から、例えば、空圧駆動モータは流入口７２ａから空気が流れ込み、空気は空圧駆動モータの内部を通り、流入口７２ｂから流れ出ていく。この際に、基部７０に接続された回動部７１は軸７５周りを反時計回りに回動する。反対に、流入口７２ｂから空気が流れ込み、流入口７２ａから空気が流れ出ていく場合は、回動部７１は軸７５周りを時計回りに回動する。

図３（ｂ）は空圧駆動モータの回動部７１を取り外し、内部が見えるようになったものである。空圧駆動モータの内部には、回動部７１と接続される可動部７４が設けられている。流入口７２ａ、７２ｂのいずれかから空気が流れ込むと、可動部７４は空気に押され、軸７５周りを回動する。可動部７４が軸７５周りを回動することで、回動部７１も回動することができる。可動部７４はストッパ７３に当接することで回動動作を停止する。

また、空圧駆動モータの内部で、可動部７４は空気の流れを完全に遮断しても良い。この場合、流入口７２ａから空気が流れ込むに従い、基部７０、回動部７１、流入口７２ａ、ストッパ７３、および可動部７４で形成される空圧駆動モータ内部の閉空間の圧力は上昇する。空圧駆動モータ内部が一定の圧力以上になると、可動部７４が軸７５周りを回動することで、回動部７１も回動することができる。このとき、基部７０、回動部７１、流入口７２ｂ、ストッパ７３、および可動部７４で形成される空圧駆動モータ内部の閉空間の空気は流入口７２ｂから流れ出ていく。この構成では、回動部７１に作用する負荷に応じて回動動作が異なる。負荷が小さい場合では回動部７１は低トルクで高速に回動し、負荷が大きい場合では回動部７１は高トルクで低速に回動する。これにより自動的に負荷に応じて最適な回動動作を実現できる。

第１連結部１７の一端は第２支持部１２に接続され、第１連結部１７の他端は第１駆動部１４に接続される。第１連結部１７は、第１駆動部１４から第２支持部１２に回動力を伝達する。第１連結部１７は、例えば、弾性体である。第１連結部１７は、第２支持部１２と第１駆動部１４の回動に合わせて配置されるため、伸縮や屈曲が可能であるものがよい。

図２（ａ）に示すように、第１駆動部１４が回動していない初期位置で、第１支持部１０と第２支持部１２はＸ軸方向に沿って設けられている。一方、図２（ｂ）に示すように、第１駆動部１４が回動すると、第２支持部１２はＸ軸方向と交差する方向に沿って設けられる。例えば、図２（ｂ）では、第１支持部１０はＸ軸方向に沿い、第２支持部１２はＺ軸方向に沿っているため、第１支持部１０と第２支持部１２の間の角度は９０度である。第２支持部１２の位置は第１駆動部１４の回動量により、任意の位置に決められる。

第１支持部１０と第２支持部１２の内部は空洞で、空洞は保持部１５に接続される。第１支持部１０と第２支持部１２の内部の空洞には、保持部１５に接続されるチューブが設けられている。また、第１支持部１０と第２支持部１２の内部の空洞にチューブを設けなくても良い。空洞は空気などの流体が流れる流路となる。この場合、第１支持部１０と第２支持部１２の内部は気密性を確保することが望ましい。

図４は、本実施形態にかかる保持機構１と圧力源３０の接続を示す一例である。

圧力源３０は、加圧装置３０Ａ、減圧装置３０Ｂ、方向切り替え弁３０Ｃを備える。圧力源３０は、圧力センサ３２を介して、第１支持部１０および第１駆動部１４に接続される。

加圧装置３０Ａは、保持部１５の内部に流体を供給することにより、保持部１５の内部圧力を増加させる。流体は、例えば、空気である。これにより、保持部１５が物品Ｇを保持していた場合に、物品Ｇを離すことができる。また、加圧装置３０Ａは、第１駆動部１４の内部に流体を供給することにより、第１駆動部１４を回動させる。これにより、第１駆動部１４の回動に合わせて、第２支持部１２が回動する。加圧装置３０Ａ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３０Ａとしても良い。

減圧装置３０Ｂは、保持部１５の内部の流体を吸引することにより、保持部１５の内部圧力を低下させる。これにより、保持部１５は物品Ｇを吸着して保持できる。また、減圧装置３０Ｂは、第１駆動部１４の内部の流体を吸引することにより、第１駆動部１４を回動させる。これにより、第１駆動部１４の回動に合わせて、第２支持部１２が回動する。減圧装置３０Ｂは、ポンプを用いても良い。ポンプ以外に、例えば加圧装置３０Ａ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３０Ｂ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３０Ｃは、圧力センサ３２を介して、チューブで第１支持部１０および第１駆動部１４の流入口７２ａ、７２ｂと接続される。また方向切り替え弁３０Ｃは、加圧装置３０Ａと減圧装置３０Ｂに接続される。方向切り替え弁３０Ｃは、第１支持部１０および第１駆動部１４のチューブが加圧装置３０Ａ、減圧装置３０Ｂのどちらか一方に接続されるかを切り替える。または、方向切り替え弁３０Ｃは、第１支持部１０および第１駆動部１４のチューブが加圧装置３０Ａと接続、または減圧装置３０Ｂと接続、または加圧装置３０Ａと減圧装置３０Ｂのいずれにも接続しない、の３状態を切り替えるようにしても良い。

保持機構１は、圧力源３０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３０は、任意の位置に設けられても良い。

チューブは、中空の弾性体で形成され、内部に空気などの流体を流通可能である。保持機構１の初期状態でチューブは、Ｘ軸方向と略平行に配置されている。保持機構１の移動に応じてチューブが移動し、保持部１５の方向が変更される。また、第２支持部１２の回動により、チューブは第１支持部１０と第２支持部１２に沿って屈曲する。チューブは、軸方向に固く、屈曲方向に柔軟性を有する材質であることが好ましい。また、第１支持部１０と第２支持部１２は、金属製の筒体で構成され外殻は高剛性であるため、屈曲した状態でチューブが座屈するのを防止する。

上述したように、チューブは、圧力源３０と繋がり、保持部１５と物品Ｇの間を減圧する。例えば、チューブの一部にノズルを設けて、ノズルを介して圧力源３０と接続しても良い。なお、真空ポンプ以外に、負圧発生装置として加圧部と真空発生器を組み合わせて負圧を生成する構成としても良い。また、保持部１５と圧力源３０との配管途中に切替えバルブを設置して、吸引開始および停止を任意に制御しても良い。切り換えバルブは、電磁弁や電動モータで駆動するタイプのバルブでも良く、空気圧により駆動するタイプのバルブであっても良い。さらに切り換えバルブには、コンプレッサなどの加圧発生装置を配管しても良い。保持部１５と切り換えバルブを配管し、切り換えバルブに負圧発生装置及び加圧発生装置を配管した構成では、切り換えバルブを制御することで任意のタイミングで保持部１５の負圧状態と正圧状態を切り換えることができる。これにより、保持部１５の吸着と解放をスムーズに行うことができる。保持部１５を複数有する場合は、保持部１５それぞれにＯｎ、Ｏｆｆを切替える制御弁が設置されても良い。

保持機構１に認識部（図示しない）を配置しても良い。認識部は、保持部１５の近傍に設置され、例えば、棚内の物品Ｇの配置等を認識する。認識部は、距離画像センサまた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体に投影し、この状態で対象物体の赤外線画像を撮影する。赤外線画像を解析することで対象物体の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することができてもよい。或いは、認識部は、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さらに含んでいてもよい。また、認識部は、複数のカメラを有していても良い。認識部により認識した認識結果は、制御装置１２０に送信され、制御装置１２０で物品Ｇの形状、距離、物品情報等が導出される。認識結果は、距離情報を含んだ画像データで良い。画像データは、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良い。なお、認識部は吸着パット内部に配置しても良いし、吸着パット内部に限らず、第１支持部１０や第２支持部１２の側面に配置しても良く、それ以外の場所に配置してもよい。また、認識部は１箇所に限らず複数の箇所に配置しても良い。

次に、制御装置１２０について説明する。

図５は、制御装置１２０の構成と各種センサ及び保持機構との関係を示すブロック図である。図５の破線部の枠内が制御装置１２０の構成を示す。

制御装置１２０は、入力部８０と、コマンド生成部８１と、目標指令値を生成する目標値生成部８３と、駆動制御部８４と、ドライバ８６と、信号処理部８７と、判定部８５と、を備える。

入力部８０は、保持機構の動作指令情報が入力される箇所である。入力部８０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８０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。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８０は、動作指令情報をコマンド生成部８１に送信する。または、入力部８０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８０は、ハンドリングロボットシステムが自動で物品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。

コマンド生成部８１は、動作指令情報、保持機構１に設置された認識部での認識結果、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８１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、保持機構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「方向変更する」や「吸引する」といった動作である。コマンド生成部８１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８１は、動作コマンドを目標値生成部８３へ出力する。また、コマンド生成部８１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８５に出力する。

目標値生成部８３は、コマンド生成部８１からマニピュレータ１１１及び保持機構１に対する動作コマンドが入力される。目標値生成部８３は、マニピュレータ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８４に出力される。

駆動制御部８４は、目標値生成部８３からマニピュレータ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マニピュレータ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８６へ出力される。

ドライバ８６は、駆動制御部８４からマニピュレータ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。マニピュレータ１１１及び保持機構１は、ドライバ８６から駆動出力を受信し、アクチュエータ等を動作させて駆動量を調整する。アクチュエータは、例えば、モータと送りねじを組み合せたものや空圧モータなどを用いることができる。

信号処理部８７は、マニピュレータ１１１及び保持機構１の駆動による各種センサ（第１駆動部１４、保持部１５に取り付けられたセンサ等）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。

判定部８５は、信号処理部８７で変換されたセンサ信号が入力される。判定部８５は、センサ信号に応じて保持機構１の駆動量の調整、載置環境の傾斜の有無、物品の姿勢、物品の保持状態等を判定する。判定部８５は、コマンド生成部８１から動作コマンドに対応するマニピュレータ１１１及び保持機構１の動作情報を受信する。判定部８５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８５は、この比較結果に基づいてマニピュレータ１１１及び保持機構１の駆動の停止や物品状態に応じたマニピュレータ１１１の姿勢補正等の動作コマンドを生成する。判定部８５は、コマンド生成部８１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８１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８１、目標値生成部８３、駆動制御部８４、信号処理部８７、判定部８５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、載置領域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と、画像センサそれぞれと繋がる計算機１３４と、を備える。

第１画像センサ１３１〜第３画像センサ１３３は、例えば、載置領域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、その状態で載置領域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することができても良い。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。また、３つ以上の複数であっても良い。

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移載装置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。また、計算機１３４は、制御装置１２０に含まれていても良い。

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、移載装置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（自動コンベア）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、制御装置１２０と繋がる。

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が自動で制御するが、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。搬送制御装置１４２は、制御装置１２０に含まれても良い。

載置領域１５０は、物品Ｇが積載あるいは載置される箇所である。載置領域１５０は、棚、カゴ台車、スチール台車、ボックスパレット、パレット等で良い。載置領域は、移動可能であっても良い。

次に、本実施形態にかかるハンドリングロボットシステムの動作の一例について説明する。

図６は、ハンドリングロボットシステムの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（ステップ５０１）。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を用いて物品Ｇの位置認識を開始する（ステップ５０２）。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（ステップ５０３）。物品Ｇが何も検出されない場合（ステップ５０３、Ｎｏの場合）、計算機１３４は、エラー信号を搬送制御装置１４２へ送信する（ステップ５０４）。物品Ｇが検出された場合（ステップ５０３、Ｙｅｓの場合）、計算機１３４は、物品の位置情報を制御装置１２０へ送信する（ステップ５０５）。

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移載装置１１０で移載可能な物品Ｇの取り出し手順を導出する（ステップ５０６）。制御装置１２０は、移載装置１１０の保持機構１を動作させて、物品Ｇを載置領域１５０からベルトコンベア１４１上に移載する（ステップ５０７）。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（ステップ５０８）。認識装置１３０は、載置領域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（ステップ５０９）。物品Ｇが残っている場合は（ステップ５０９、Ｙｅｓの場合）、計算機１３４は、位置情報を制御装置１２０へ送信し、上記物品Ｇの移載が行われる（ステップ５０５へ戻る）。物品Ｇが残っていない場合（ステップ５０９、Ｎｏの場合）は、移載完了信号を搬送制御装置１４２へ送信する。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（ステップ５１０）。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が無くなった載置領域（例えば、棚等）を物品Ｇが載置されている載置領域（例えば、棚等）に置き換えても良い。本実施形態のハンドリングロボットシステムでは、棚の載置領域１５０に載置された複数の物品Ｇのうち、保持機構１で保持し易い手前の物品Ｇから順番に移載が行われるのが良い。なお、物品Ｇが無くなった棚等を物品Ｇの載置された別の棚等に置き換える作業は、棚等を搬送する自動コンベア等を用いて自動化しても良い。なお、載置領域１５０が段ボール箱等の場合は、載置された複数の物品Ｇのうち、保持機構１で保持し易い最上段の物品Ｇから順番に移載が行われるのが良い。

次に、ハンドリングロボットシステムが保持機構１で物品を保持する際の保持手順について説明する。

図７は、棚内部に載置された物品を保持する保持手順の一例を示す概略図である。棚内部を横方向から見た断面図である。

図７（ａ）に示すように、大きな物品Ｇ２の奥に物品Ｇ１が置かれている。物品Ｇ１が保持対象物品である場合、制御装置１２０は、認識装置１３０や保持機構１の認識部（図示しない）を用いて物品Ｇ１、Ｇ２の位置情報を取得して、物品Ｇ１を保持可能か否か判定する。制御装置１２０が物品Ｇ１を保持可能と判定した場合、移載装置１１０を制御して物品Ｇ１を保持する動作に移る。保持対象物品Ｇ１が認識装置１３０から認識できない位置にある場合、制御装置１２０は、事前に物品Ｇ２の上面から保持機構１を棚内部に進入させ、認識部９により棚内部の状態を認識させても良い。

制御装置１２０は、認識部等の認識結果に基づいてマニピュレータ１１１を駆動することにより保持機構１を物品Ｇ２の上面から棚内部に進入させる。この時、保持機構１は、伸展した状態である。認識部等の認識結果に基づいて物品Ｇ２の位置及び姿勢情報が正確に導出されている場合、制御装置１２０は、保持機構１が物品Ｇ２の上面に接触する前に進入動作を停止させる。認識結果に基づいて物品Ｇ２の位置情報が正確に導出されていない場合、制御装置１２０は、例えば、保持機構１の表面に配置された接触センサが物品Ｇ２の上面に接触することにより接触を検出しても良い。また、認識装置１３０等で保持機構１と物品Ｇ２との接触をモニタリングしても良い。このように、制御装置１２０は、保持機構１が物品Ｇ２と接触するのを回避させながら保持機構１を棚内部に進入させる。

次に、図７（ｂ）に示すように、制御装置１２０は、保持機構１の第２支持部１２を回転させ、物品Ｇ１の位置する方向に保持部１５を向ける。この時、制御装置１２０は、認識部等による物品Ｇ１の位置及び姿勢情報に基づいて第１駆動部１４の回転角度を定めても良い。

次に、図７（ｃ）に示すように、ロボットアームで保持機構１を下降させる。認識結果に基づいて物品Ｇ１の位置及び姿勢情報が正確に導出されている場合、制御装置１２０は、保持部１５が物品Ｇ１の保持面に接触すると同時に下降動作を停止させる。認識結果に基づいて物品Ｇ１の位置及び姿勢情報が正確に導出されていない場合、保持部１５が物品Ｇ１に接触して、接触センサ等により接触を検知しても良い。また、吸着パッドの圧力センサや流量センサの計測値等を用いて物品との接触状態のセンシングの代替をしても良い。これにより保持部１５が物品Ｇ１に当接したことを検出し、即座に下降動作を停止することができる。また、図７（ｂ）及び（ｃ）の動作を繰り返しても良い。この時、保持機構１の第２支持部１２を回動させて保持部１５を物品Ｇ１に接触させる。保持部１５に設けられた接触センサ又は近接センサで接触を検知し、接触センサの出力値を予め定められた閾値と比較する。出力値が閾値以下の場合は、ロボットアームで保持機構１を上昇させ、第２支持部１２の角度を変更し再度下降して、保持部１５を物品Ｇ１と接触させる。接触センサの出力値が閾値以上になるまで一連の動作を繰り返し、物品Ｇ１を保持する最適な位置及び姿勢を探索しても良い。

次に、図７（ｄ）に示すように、制御装置１２０は、保持部１５が物品Ｇ１を保持した状態で上昇させる。この時、制御装置１２０は、物品Ｇ１の位置及び姿勢に基づきロボットアームの上昇量を決定しても良い。また、マニピュレータのアクチュエータが電動である場合は、慣性力で作用する過負荷電流を検出して、上昇動作を停止してもよい。また、認識部等の認識結果に基づいて上昇量を定めても良い。

次に、図７（ｅ）に示すように、制御装置１２０は、保持機構１が物品Ｇ１を保持した状態で、物品Ｇ１を棚の外に引き抜くように動作させる。保持機構１の第２支持部１２は、進入時の位置（第１支持部１０に対して水平な方向）まで回動され、物品Ｇ２に物品Ｇ１が接触しないように、姿勢が変更される。この時、事前に認識された物品Ｇ２の位置姿勢情報に基づいて物品Ｇ１が接触しない第２支持部１２の角度を定めても良い。

図７（ｆ）に示すように、制御装置１２０は、保持機構１を水平方向に動作させるようにマニピュレータ１１１を駆動し棚内部から物品Ｇ１及び保持機構１を引き抜く。

図７では、物品Ｇ２の上方に物品Ｇ１を引き抜く空間がある場合の動作手順であるが、物品Ｇ２の側面に物品Ｇを引き抜く空間がある場合は物品Ｇ２の側面から物品Ｇを引き抜いても良い。

図８は、本実施形態に係るハンドリングロボットシステムの物品の移載処理の一例を示すフロー図である。

まず、制御装置１２０は、認識装置１３０及び認識部９の認識結果に基づいて保持対象物品を選択する（Ｓ７０１）。

制御装置１２０は、保持対象物品の形状を導出する（Ｓ７０２）。

保持対象物品の形状を導出することができない場合（Ｓ７０２、Ｎｏの場合）、他の物品が選択される。

保持対象物品の形状が導出された場合（Ｓ７０２、Ｙｅｓの場合）、制御装置１２０は、保持対象物品の表面から吸着可能な候補面を導出する（Ｓ７０３）。

制御装置１２０は、吸着可能な候補面のうち上面が吸着可能であるか否かを判定する（Ｓ７０４）。保持対象物品の上面が吸着可能である場合（Ｓ７０４、Ｙｅｓの場合）、制御装置１２０は、保持対象物品を保持するために第２支持部１２を回転させ、保持部１５を保持対象物品の上面に向ける。そして、制御装置１２０は、ロボットアームを駆動して保持機構１を下降させる（Ｓ７０５）。

保持対象物品の上面が吸着不可能である場合（Ｓ７０４、Ｎｏの場合）、制御装置１２０は、第２支持部１２及び保持部１５の位置姿勢を変更する。例えば、保持部１５等は、保持対象物品の傾斜部を保持できる姿勢に切り替えられる（Ｓ７０６）。

制御装置１２０は、ロボットアームを駆動して保持機構１を下降させる（Ｓ７０７）。

制御装置１２０は、保持対象物品が認識結果に基づいた形状を有するか否かを判定する（Ｓ７０８）。

保持対象物品が想定した形状である場合（Ｓ７０８、Ｙｅｓの場合）、制御装置１２０は、保持対象物品を吸着保持することが可能か否かを判定する（Ｓ７０９）。この判定は、保持部１５に設けられた圧力センサ、流量センサ、接触センサ、近接センサ等を利用する。保持対象物品が想定した形状でない場合（Ｓ７０８、Ｎｏの場合）、他の保持対象物品を選択する。

制御装置１２０は、保持対象物品を保持可能であると判定した（Ｓ７０９、Ｙｅｓの場合）、保持対象物品の移載動作を行う（Ｓ７１０）。制御装置１２０は、保持対象物品を保持できないと判定した場合（Ｓ７０９、Ｎｏの場合）、他の保持対象物品を選択する。

移載動作では、ロボットアームの上昇下降動作や第２支持部１２の回動動作も含む。制御装置１２０は、保持対象物品を移載可能か否か判定する（Ｓ７１１）。

制御装置１２０は、保持対象物品を移載不可能であると判定した場合(Ｓ７１１、Ｎｏの場合）、他の保持対象物品を選択する。

制御装置１２０は、保持対象物品を移載可能であると判定した場合（Ｓ７１１、Ｙｅｓの場合）、保持対象物品を搬送装置１４０に移載する（Ｓ７１２）。

その後、移載処理は終了する。制御装置１２０は、保持対象物品の数だけ上記フローを繰り返しても良い。

本実施形態にかかる保持機構１は、第２支持部１２を有することにより、マニピュレータ１１１の駆動範囲外に位置する物品についても、第１駆動部１４で第２支持部１２を回動することにより保持が可能である。また、保持機構１は、第１駆動部１４の駆動により、保持部１５の向きを第２方向の回転軸周りに沿って自在に変更することができる。

また、チューブを用いることにより、保持機構１が屈曲しても保持部１５への流路を確実に確保できる。

また、棚内部に位置する物品Ｇが他の物品の裏側に位置する場合でも、保持機構１が細長形状であり、かつ第１駆動部１４の駆動により保持部１５の位置を自在に変更できるため効率的に物品を保持できる。

また、保持機構１は、認識部を有することにより、物品Ｇが他の物品の裏側に位置する場合でも、正確に物品の位置情報を認識できる。

また、第１支持部１０と第２支持部１２の間の回動軸が傾斜しているため、物品Ｇを保持した際の自重を構造で支持することででき、アクチュエータへの負荷を低減できる。

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は、認識装置１３０と保持機構１の認識部により様々な角度から物品Ｇの載置状態を認識することができる。

本実施形態にかかるハンドリングロボットシステムは、移載装置１１０と、制御装置１２０と、認識装置１３０を有し、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、本実施形態にかかるハンドリングロボットシステムは、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。

本実施形態に係る保持機構１は、第１支持部１０と第２支持部１２の内部に、保持部１５につながる流路を有し、また、第１支持部１０に第１駆動部１４が設けられている。よって、流路と駆動部が一体で構成されているため、小型で、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構を実現できる。また、第２支持部１２は第１方向と交差した第２方向の回動軸で回動するため、物品Ｇを保持した際の自重を構造で支持することでき、アクチュエータへの負荷を低減できる。よって、本実施形態に係る保持機構１を備えた移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することができる。

（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態の変形例について図９〜１２を参照して説明する。

図９は、第１の実施形態の変形例にかかる保持機構１ａの一例を示す図である。

図９（ａ）に示すように、保持機構１ａは、第１連結部１７ａにリンク機構が用いられる。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１と同様である。

リンク機構は回動軸４１と伸縮軸４３を備える。第１駆動部１４の回動にともないリンク機構は回動および伸縮する。これにより、第１駆動部１４の回動力を第２支持部１２に伝達する。図９（ａ）は保持機構１ａが伸展した状態であり、図９（ｂ）は保持機構１ａが屈曲した状態である。

リンク機構は剛体であるため、本実施形態にかかる保持機構１はリンク機構を有することにより、第１駆動部１４から第２支持部１２に伝達する回動力の安定性を向上させることができる。

次に、別の第１の実施形態の変形例について、図１０を参照して説明する。

図１０は、第１の実施形態の変形例にかかる保持機構１ｂの一例を示す図である。

図１０（ａ）に示すように、保持機構１ｂの第１連結部１７ｂは、複数の連結部材７９で構成されている。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１と同様である。

第１連結部１７ｂは、複数の連結部材７９を備えるチェーン構造である。連結部材７９は回動軸を備える。第１駆動部１４の回動にともない、連結部材は回動により屈曲伸展する。これにより、第１駆動部１４の回動力を第２支持部１２に伝達する。図１０（ａ）は保持機構１ｂが伸展した状態であり、図１０（ｂ）は保持機構１ｂが屈曲した状態である。保持機構１ｂが伸展した状態では、第１連結部１７ｂの各連結部材７９が折り重なった状態である。保持機構１ｂが屈曲した状態では、第１連結部１７ｂの各連結部材７９は略直線状に配置された状態である。

第１連結部１７ｂは剛体であるため、本実施形態にかかる保持機構１ｂは、第１駆動部１４から第２支持部１２に伝達する回動力の安定性を向上させることができる。また各連結部材７９は同一の回転軸を備えるため構造を単純化でき、さらに量産による低コスト化を期待できる。

次に、別の第１の実施形態の変形例について、図１１を参照して説明する。

図１１は、第１の実施形態の変形例にかかる保持機構１ｃの一例を示す図である。

保持機構１ｃは、第１連結部１７ｃが電動モータ（図示せず）で回転する傘歯車４５と平歯車４７を備える。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１と同様である。

電動モータで回転する傘歯車４５は平歯車４７に回転力を伝達し、平歯車４７が回転することで、第２支持部１２は回動する。

電動モータには、駆動量を計測可能は変位センサを有しても良い。変位センサは、例えば、エンコーダ、超音符センサ、可変抵抗、静電容量センサ、パルスコーダ―、ファイバセンサ、レーザ変位センサ等が用いられる。また、距離に応じた電圧または電流を出力する他のセンサが用いられても良い。これにより、回転量の制御が可能で確実な回動動作を実現する。本実施形態にかかる保持機構１は、電動モータを有することにより、第２支持部１２の回転量の正確性を向上させることができる。

次に、別の第１の実施形態の変形例について、図１２を参照して説明する。

保持機構１ｄにおいて、第１連結部１７ｄは第１連結部材７６と第２連結部材７７を備える。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１と同様である。

第１連結部材７６は第２支持部１２に接続される。第１連結部材７６は、例えば、柱状の部材である。第２連結部材７７の一方は第１駆動部１４に接続されている。第２連結部材７７の他方は２つに分岐しており、第１部分９０と第２部分９１を有する。第１連結部材７７の他方の第１部分９０と第２部分９１が第１連結部材７６を挟むようにして固定される。第１駆動部１４が回動すると、第２連結部材７７は第１駆動部の回動力を第１連結部材７６に伝える。これにより、第２支持部１２は回動する。

第１連結部１７ｄは２つの第１および第２連結部材７６、７７を用いた簡素な構成であるため、部品点数を低減し低コスト化が可能である。また、第１連結部１７ｄは剛体であるため、第１駆動部１４から第２支持部１２に伝達する回動力の安定性を向上させることができる。

以上、本実施形態の保持機構１ａ〜１ｄによれば、第１の実施形態同様、流路と駆動部が一体で構成されているため、小型で、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構を実現できる。また、第２支持部１２は第１方向と交差した第２方向の回動軸で回動するため、物品Ｇを保持した際の自重を構造で支持することでき、アクチュエータへの負荷を低減できる。よって、本実施形態に係る保持機構１ａ〜１ｃを備えた移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することができる。

なお、本実施形態で説明した第１連結部１７ａ〜１７ｄは、後述する第２の実施形態および第２の実施形態の変形例における第１連結部に用いてもよい。

（第２の実施形態）
図１３は、本実施形態にかかる保持機構の一例を示す側面図である。図１３（ａ）は、保持機構１ｅが伸展した状態を示す。図１３（ｂ）は、保持機構１ｅが屈曲した状態を示す。

図１３に示すように保持機構１ｅは、第１支持部１０と、第２支持部１２と、第３支持部５０と、保持部１５と、第１駆動部１４と、第２駆動部５１と、第１連結部１７と、第２連結部５３と、を備える。

第１支持部１０は一方と他方を有する。第１支持部１０の一方は第２支持部１２と接続される。第１支持部１０の他方は第３支持部５０と接続される。第１支持部１０は、保持機構１ｅの他の構成を支持するため、剛性の高い部材であることが好ましい。

第２支持部１２の一端は、第１支持部１０の一方と接続されている。第１支持部１０と第２支持部１２が接続している部分は、第１支持部１０の斜断面と第２支持部１２の斜断面が重ね合ったようになっている。第２支持部１２は、第１支持部１０の一方から他方に向かう第１方向と交差する第２方向の回動軸周りで回動することが可能である。第２支持部１２は、第１駆動部１４の駆動により、回動軸周りを回動する。第２方向の回動軸は、第１方向（Ｘ軸方向）に対して傾斜した方向である。例えば、図１３（ａ）に一点鎖線で示すように、第１方向の回動軸をＡ、第２方向の回動軸をＢとすると、第１方向の回動軸Ａに対する第２方向の回動軸Ｂに対する傾斜角度θ（度）は０度より大きく９０度より小さい。典型的には４５度である。第２支持部１２は、保持機構１ｅの他の構成を支持するため、剛性の高い部材であることが好ましい。

第３支持部５０の一端は、第１支持部１０の他方と接続されている。第１支持部１０と第３支持部５０の間には回動軸が設けられている。第１支持部１０と第３支持部５０が接続している部分は、第１支持部１０の断面と第３支持部５０の断面が重ね合ったようになっている。第１支持部１０は、第１支持部１０の一方から他方に向かう第１方向の回動軸周りで回動することが可能である。第１支持部１０は、第２駆動部５１の駆動により、回動軸周りを回動する。第３支持部５０は、保持機構１ｅの他の構成を支持するため、剛性の高い部材であることが好ましい。

保持部１５は、第２の支持部１２の一端と接続される。保持部１５は、例えば、吸着パッドである。保持部１５は、物品Ｇを保持する。保持部１５は、例えば、チューブを介して真空ポンプに繋がり、真空ポンプにより吸着パッドと物品Ｇの間を減圧することにより物品Ｇを保持する。保持部１５は、支持機構１の動作により物品Ｇに接近及び接触可能である。吸着パッドは、１つであることに限定されず２つ以上であっても良く、保持する物品Ｇのサイズや形態によって適宜変更できる。また、保持部１５が物品Ｇの保持に成功したか否かの判定は、例えばチューブを介して接続されている圧力センサあるいは流量センサの計測値に基づいて行っても良いし、画像データ等から計測される吸着パッドの変形量に基づいて行っても良い。画像データに基づいて行う場合は、後述する認識部の認識結果を用いても良い。また、吸着パッドに接触センサや近接センサを設置して、センサ出力の変化により判定しても良い。これらのセンサにより計測された情報は、後述する制御装置１２０に送信される。

第１駆動部１４は、第３支持部５０に設けられる。第１駆動部１４は、例えば、図３で説明した空圧駆動モータである。第１駆動部１４は、第１方向（Ｘ軸方向）の回動軸で、第３支持部５０の周りを回動する。第１駆動部１４は、第１連結部１７を介して第２支持部１２に接続されている。第１連結部１７の一端は第２支持部１２に接続され、その接続部分は固定されている。また、第１連結部１７の他端は第１駆動部１４に接続され、その接続部分は固定されている。そのため、第１駆動部１４が回動すると、第２支持部１２は、第１駆動部１４に連動して第１駆動部１４と同じ方向に回動する。第２支持部１２の回動角度は、第１駆動部１４の回動量に基づいて決定される。第２支持部１２の回動軸周りに回動角度を計測するセンサ等を設けても良い。荷重計測値を測定するために、第１支持部１０と第２支持部１２が接続している部分の近傍に、歪みゲージ等を利用した荷重センサを設けても良い。第２支持部１２の回動量と荷重計測値から物品Ｇの質量を算出し、保持部１５で物品Ｇを運搬する際の加速度を設定するようにしてもよい。

第２駆動部５１は、第３支持部５０に設けられる。第２駆動部５１は、例えば、図３で説明した空圧駆動モータである。第２駆動部５１は、第１方向（Ｘ軸方向）の回動軸で、第３支持部５０の周りを回動する。第２駆動部５１は、第２連結部５３を介して第１支持部１０に接続されている。第２連結部５３の一端は第１支持部１０に接続され、その接続部分は固定されている。また、第２連結部５３の他端は第２駆動部５１に接続され、その接続部分は固定されている。そのため、第２駆動部５１が回動すると、第１支持部１０は、第２駆動部５１に連動して第２駆動部５１と同じ方向に回動する。第１支持部１０が回動する。第１支持部１０の回動角度は、第２駆動部５１の回動量に基づいて決定される。第１支持部１０の回動軸周りに回動角度を計測するセンサ等を設けても良い。

第１駆動部１４および第２駆動部５１は、第１支持部１０、第２支持部１２を回動する駆動力が得られるものであれば何でも良い。例えば、空圧駆動モータや空圧シリンダ等でも良く、また減速機構を組み合わせた構成でも良い。

第１駆動部１４および第２駆動部５１は、例えば、空圧モータと、エンコーダ（図示しない）と、を組み合わせたＸ軸周りに回転可能な機構であっても良い。エンコーダは、空圧モータの回転角（モータの回転変位量）、回転数、モータの速度、モータの負荷等を計測する。エンコーダは、空圧モータの駆動状態を計測するために配置される。空圧モータの駆動状態が判ればエンコーダに限定されず、例えば、変位センサ、超音波センサ、可変抵抗、静電容量センサ、パルスコーダ、ファイバセンサ、レーザ変位センサ等を用いても良い。また、距離に応じた電圧又は電流を出力する他のセンサが用いられても良い。これらのセンサにより計測された情報は、制御装置１２０に送信される。また、空圧モータには減速機を備えても良い。減速機は、モータの回転速度を減速し、第１接続部の回転速度を定める。減速比は、空圧モータの回転数等により適宜調整される。回転速度を空圧モータ側で調整する場合、減速機は、必須の構成ではない。

また、第１駆動部１４および第２駆動部５１の回動動作において、第３支持部５０の表面に螺旋状の溝を設け、第１駆動部１４および第２駆動部５１が第３支持部５０周りを回動しながらＸ軸方向に移動するようにしても良い。第１駆動部１４または第２駆動部５１が第３支持部５０の表面に螺旋状の溝に沿って回動することで、第１支持部１０または第２支持部１２を回動することができる。第３支持部５０は、例えば、リニアアクチュエータや空圧シリンダなどの直動機構の一端を第１駆動部１４や第２駆動部５１に接続し、もう一端を基台部に接続する。直動機構が伸長することにより、第１駆動部１４や第２駆動部５１は第３支持部５０に沿って回動しながら移動する。である。また、第３の支持部５０に、第１駆動部１４および第２駆動部５１が第３支持部５０の端部に到達したことを検知するセンサが設けられていても良い。センサは、例えば、スイッチ式センサやオートスイッチ等である。これらのセンサにより計測された情報は、後述する制御装置１２０に送信される。

第１連結部１７の一端は第２支持部１２に接続され、第１連結部１７の他端は第１駆動部１４に接続される。第１連結部１７は、第１駆動部１４から第２支持部１２に回動力を伝達する。第１連結部１７は、例えば、剛体の材料である。第１連結部１７は、第２支持部１２と第１駆動部１４の回動に合わせて配置されるため、屈曲伸展可能である。

第２連結部５３の一端は第１支持部１０に接続され、第２連結部５３の他端は第２駆動部５１に接続される。第２連結部５３は、第２駆動部５１から第１支持部１０に回動力を伝達する。第２連結部５３は、例えば、剛体の材料である。第２連結部５３は、第１支持部１０と第２駆動部５１の回動に合わせて配置されるため、屈曲伸展可能である。

第１支持部１０、第２支持部１２、および第３支持部５０の内部は空洞で、空洞は保持部１５に接続される。第１支持部１０、第２支持部１２、および第３支持部５０の内部の空洞には、保持部１５に接続されるチューブが設けられている。また、第１支持部１０、第２支持部１２、および第３支持部５０の内部の空洞にチューブを設けなくても良い。空洞は空気などの流体が流れる流路となる。この場合、第１支持部１０、第２支持部１２、および第３支持部５０の内部は気密性を確保することが望ましい。

図１３（ａ）に示すように、第１駆動部１４および第２駆動部１２が回動していない初期位置で、第１支持部１０、第２支持部１２、第３支持部５０はＸ軸方向に沿って設けられている。一方、図１３（ｂ）に示すように、第１駆動部１４が回動すると、第２支持部１２はＸ軸方向と交差する方向に沿って設けられる。例えば、図１３（ｂ）では、第１支持部１０はＸ軸方向に沿い、第２支持部１２は−Ｚ軸方向を向いている。第１支持部１０と第２支持部１２の間の角度は９０度である。また、図１３（ｂ）では、第２支持部１２は−Ｚ軸方向を向いているが、第２駆動部５０を回動して第１支持部１０を回動することで、第２支持部１２を＋Ｚ軸方向に向けることができる。以上のように、第１駆動部１４および第２駆動部５１の両方を回動し、第１支持部１０および第２支持部１２を回動することで、保持部１５を±Ｚ方向に変更可能である。

第１駆動部１４と第２駆動部５１とを各々逆方向に回転させることで、保持部１５をＸ-Ｚ平面にそって上下に搖動させることができる。このため、保持部１５のＹ軸方向に空間的な余裕がない環境下でもスムーズに保持部１５の搖動動作を実現できる。また、図１３（ａ）の伸展した状態から図１３（ｂ）の屈曲した状態へ姿勢変更する際に、第１駆動部１４のみを単独で回動させる場合と比較して、第１駆動部１４と第２駆動部５１とを各々逆方向に回転させることで、少ない回転量で図１３（ｂ）の屈曲した状態へ姿勢変更可能である。このため、より短い時間で姿勢変更動作を実現でき、ピッキング作業の時間短縮につながり、ハンドリングロボットシステム全体のパフォーマンスを向上可能である。なお、上述した実施形態にかかる保持部１５は、吸着パッドに関わらず、例えば、空圧駆動のグリッパ式の保持部でも良いし、ジャミング式保持部でも良い。ジャミング式保持部とは、袋状の内部に粒子などの内容物を充填させ真空引きすることで内容物流動性を制限し、物品形状に倣って固化させる保持装置の総称である。その他、電動駆動機構の保持部でも良いし、粘着剤等を塗布して物品を粘着保持する構成の保持部でも良い。物品を保持できる構成であれば、吸着パッドに限定されない。

以上、本実施形態の保持機構１ｅによれば、第１の実施形態同様、流路と駆動部が一体で構成されているため、小型で、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構を実現できる。また、第２支持部１２は第１方向と交差した第２方向の回動軸で回動するため、物品Ｇを保持した際の自重を構造で支持することでき、アクチュエータへの負荷を低減できる。よって、本実施形態に係る保持機構１ｅを備えた移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することができる。

（第２の実施形態の変形例）
図１４に、第１駆動部１４が太陽歯車６０、遊星歯車６１、および内歯車６３を組み合わせた構成である例を示す。

図１４（ａ）に、太陽歯車６０、遊星歯車６１、および内歯車６３を組み合わせた構成を示す。図１４（ｂ）に保持機構１ｆを示し、太陽歯車６０、遊星歯車６１、および内歯車６３を第１駆動部１４に用いた場合の位置を示す。

太陽歯車６０は図１４（ｂ）の破線で示される。太陽歯車６０と第３支持部５０は中心軸が一致するように接続されている。遊星歯車６１は図１４（ｂ）の点線で示される。遊星歯車６１は太陽歯車６０のとかみ合っており、中心軸はマニピュレータ１１１に接続される基部（図示しない）に固定される。太陽歯車６０の回動力は遊星歯車６１に伝えられる。内歯車６３は図１４（ｂ）の実線で示される。内歯車６３は、太陽歯車６０と遊星歯車６１の外側にあり、遊星歯車６１とかみ合っている。内歯車６３は第１連結部１７に接続されている。電動モータ等で太陽歯車６０が回転することで、遊星歯車６１および内歯車６３が回転する。太陽歯車６０の回動力は、遊星歯車６１を介して、内歯車６３に伝えられる。内歯車６３は太陽歯車６０とは逆方向に回転する。

次に、別の第２の実施形態の変形例について、図１５を参照して説明する。

図１５（ａ）（ｂ）は、第２の実施形態の変形例にかかる保持機構１ｇ、１ｈの一例を示す図である。

図１５（ａ）において、保持機構１ｇは、第１駆動部１４と第２駆動部５１に空圧駆動モータを用い、第２支持部１２を回動するために、第１連結部１７の代わりに、第３連結部１７ｅと第４連結部１７ｆを備える。また、第３支持部５０に可動部７８を備える。それ以外の構成については、第２の実施形態にかかる保持機構１ｅと同様である。

第３連結部１７ｅの一端は第１駆動部１４に接続しており、第３連結部１７ｅの他端は第３支持部５０に設けられる可動部７８に接続している。第３連結部１７ｅは剛体であるため、第１駆動部１４の回動力を可動部７８に伝えることができる。第３連結部１７ｅは第１駆動部１４の回動力を可動部７８に伝えることができれば、どのような形状のものであってもよい。

第４連結部１７ｆは、図１２で説明した第１連結部材１７ｄと同様の構成で、連結部材７６と連結部材７７を含む。第４連結部１７ｆの連結部材７６は可動部７８と接続しており、連結部材７７は第２支持部１２と接続している。そのため、第４連結部１７ｆは、可動部７８の回動力を、第２支持部１２に伝えることができる。したがって、第３連結部１７ｅと第４連結部１７ｆを介して、第１駆動部１４は第２支持部１２に回動力を伝えることができる。

図１５（ｂ）において、保持機構１ｈは、第２連結部５３を第１支持部１０および第３支持部５０の内部に備えている。それ以外は保持機構１ｇと同様の構成を備える。

保持機構１ｈは、保持機構１ｇと異なり、第１支持部１０および第３支持部５０の内部にある空洞に第２連結部５３を備えている。つまり、保持機構１ｈの内部で第２駆動部５１と第１支持部１０が接続されている。よって、第２駆動部５１は第１支持部１０に直接的に駆動力を伝えることができる。

第２駆動部５１と第１支持部１０が、保持機構１ｈの内部で接続されていることで、第１駆動部１４と第２駆動部５１が駆動時に第１連結部材１７ｄと第２連結部５３が接触することがない。このため、第１支持部１０と第２支持部１２は３６０度回動することが可能である。

以上、本実施形態の保持機構１ｆ〜ｈによれば、第１の実施形態同様、流路と駆動部が一体で構成されているため、小型で、狭い空間に載置された物品をピッキング可能な保持機構を実現できる。また、第２支持部１２は第１方向と交差した第２方向の回動軸で回動するため、物品Ｇを保持した際の自重を構造で支持することでき、アクチュエータへの負荷を低減できる。よって、本実施形態に係る保持機構１ｆ〜ｈを備えた移載装置、ハンドリングロボットシステムを提供することができる。

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。

１〜１ｈ 保持機構
１０ 第１支持部
１２ 第２支持部
１４ 第１駆動部
１５ 保持部
１７、１７ａ〜１７ｄ 第１連結部
１７ｅ 第３連結部
１７ｆ 第４連結部
３０ 圧力原
３０Ａ 加圧装置
３０Ｂ 減圧装置
３０Ｃ 方向切り替え弁
３２ 圧力センサ
４０ リンク機構
４１ 回転軸
４３ 伸縮軸
４５ 傘歯車
４７ 平歯車
５０ 第３支持部
５１ 第２駆動部
５３ 第２連結部
６０ 太陽歯車
６１ 遊星歯車
６３ 内歯車
７０ 基部
７１ 回動部
７２ａ、７２ｂ 流入口
７３ ストッパ
７４ 可動部
７５ 軸
７６ 第１連結部材
７７ 第２連結部材
７８ 可動部
７９ 連結部材
８０ 入力部
８１ コマンド生成部
８２ 動作モード格納部
８３ 目標生成部
８４ 駆動制御部
８５ 判定部
８６ ドライバ
８７ 信号処理部
９０ 第１部分
９１ 第２部分
１００ ハンドリングロボットシステム
１１０ 移載装置
１１１ マニピュレータ
１２０ 制御装置
１３０ 認識装置
１３１ 第１画像センサ
１３２ 第２画像センサ
１３３ 第３画像センサ
１３４ 計算機
１４０ 搬送装置
１４１ コンベア
１４２ 搬送制御装置
１５０ 載置領域

Claims (20)

1. 一方と他方を有する第１支持部と、
   前記第１支持部の一方に接続され、前記第１支持部周りに第１方向の回動軸で回動可能である第１駆動部と、
   前記第１支持部の他方に接続され、前記第１方向と交差する第２方向の回動軸で、第１駆動部の駆動により回動可能である第２支持部と、
   前記第２支持部に接続される保持部と、
   前記第１駆動部と前記第２支持部に接続され、前記第１駆動部の回動と前記第２支持部の回動を連動させる第１連結部と、
   を備える保持機構。
2. 一方と他方を有し、第１方向の回動軸で回動可能である第１支持部と、
   前記第１支持部の一方に接続され、前記第１方向と交差する第２方向の回動軸で回動可能である第２支持部と、
   前記第１支持部の他方に接続される第３支持部と、
   前記第３支持部に接続され、前記第３支持部周りに前記第１方向の回動軸で回動可能である、第１駆動部および第２駆動部と、
   前記第２支持部に接続される保持部と、
   前記第１駆動部と前記第２支持部に接続され、前記第１駆動部の回動と前記第２支持部の回動を連動させる第１連結部と、
   前記第２駆動部と前記第１支持部に接続され、前記第２駆動部の回動と前記第１支持部の回動を連動させる第２連結部と、
   を備える保持機構。
3. 前記第１駆動部と前記第２駆動部は互いに逆方向に回動可能である請求項２に記載の保持機構。
4. 前記第２駆動部は空圧駆動モータである請求項２または請求項３に記載の保持機構。
5. 前記第２連結部は弾性体である請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の保持機構。
6. 前記第１連結部は少なくとも一つの回動部と少なくとも一つの伸縮部を備える請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の保持機構。
7. 前記第１連結部は複数の連結部材を有するチェーン構造である請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の保持機構。
8. 前記第１連結部は傘歯車と平歯車を備える請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の保持機構。
9. 前記第１連結部は第１連結部材および２つに分岐した第１部分と第２部分を有し、前記第１部分と前記第２部分が前記第１連結部材を挟む第２連結部材を含む請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の保持機構。
10. 前記第１駆動部は空圧駆動モータである請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の保持機構。
11. 前記第１駆動部は太陽歯車、遊星歯車、および内歯車を含む請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の保持機構。
12. 前記第１支持部または前記第２支持部に荷重センサをさらに備える請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の保持機構。
13. 前記保持部は吸着パッドである請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の保持機構。
14. 前記保持部に認識部をさらに備える請求項１３に記載の保持機構。
15. 前記第１支持部および前記第２支持部の内部に前記保持部に接続される空洞を備える請求項１３または請求項１４に記載の保持機構。
16. 前記第１支持部および前記第２支持部の内部に前記保持部に接続されるチューブを備える請求項１３または請求項１４に記載の保持機構。
17. 前記チューブと接続され、前記保持部内の圧力を変化させる空圧装置をさらに備える請求項１６に記載の保持機構。
18. 請求項１乃至１７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するマニピュレータと、
    を備える移載装置。
19. 請求項１８に記載の移載装置と、
    前記移載装置が保持する物品を認識する認識装置と、
    前記認識装置の認識結果に基づいて前記移載装置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。
20. 第１支持部と、
    前記第１支持部に接続され、前記第１支持部周りに第１方向の回動軸で回動可能である第１駆動部と、
    前記第１支持部に接続され、前記第１方向と交差する第２方向の回動軸で、第１駆動部の駆動により回動可能である第２支持部と、
    前記第２支持部に接続される保持部と、
    前記第１駆動部と前記第２支持部に接続され、前記第１駆動部の回動と前記第２支持部の回動を連動させる第１連結部と、
    を備える保持機構。