JP2021028100A - ピックアップ用ロボット、整列システム、およびピックアップ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の位置等を精度よく求めたり、ロボットの「指」等を細かく制御したりすることなく、対象物ピックアップすることのできるピックアップ用ロボットを提供する。【解決手段】エフェクターは、対象物を吸着する吸着用磁石を備える。アームは、エフェクターを移動させる。画像取得部は、対象物の距離画像を取得する。アクチュエーターは、吸着用磁石がエフェクターの最下部近辺に存在する第１状態と吸着用磁石が最下部近辺から離れた位置に存在する第２状態とを切り替える。制御部は、対象物を吸着させる段階において距離画像に基づいてエフェクターが対象物の近傍に移動するようアームを制御するとともに吸着用磁石が第１状態となるようアクチュエーターを制御し、対象物が吸着したと推定できる段階においてエフェクターが移動目的位置に移動するようにアームを制御し、エフェクターが移動目的位置に移動した後に吸着用磁石を第２状態とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ピックアップ用ロボット、整列システム、およびピックアップ方法に関する。

工場等での作業工程（例えば、組み立て作業工程）において、ボルトやネジ等の部品を１つずつピックアップして所定の位置に運ぶことが必要な場合がある。このような工程において、省力化のために、ロボットの活用が試みられている。

例えば、非特許文献１には、物をつかむロボットハンドの技術が記載されている。特に、同文献の「別紙」には、ロボットハンドの用途例として、「組立工程への部品のピック、搬送」が記載されている。ここで、部品の例として、「ボルトなどの汎用的な機械要素部品の他、インパネ部品、ハンドル、シフトノブ、コネクタ類、バンパー、ブラケット類等の内外装部品など」が挙げられている。

従来の技術において、ネジやボルトなどといった対象物を１本ずつかむロボットは、複数の指に相当するグリップを用いている場合が多い。

「単純制御でさまざまな物をつかむロボットハンドの「からくり」を開発 人間の手や指の微妙な構造を工学的に模倣した新構造」，［online］，平成３０年（西暦２０１８年）１月１１日，国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構，ダブル技研株式会社，東京都立産業技術高等専門学校，［令和元年（西暦２０１９年）７月１７日検索］，インターネット＜URL：https://www.metro-cit.ac.jp/img/upload/files/press_20180111.pdf＞

複数の指に相当する装置で対象物をはさんでつかむためには、高精細のカメラで対象物を撮影し、対象物の位置や、ロボットから対象物までの距離などを、精度よく求める必要がある。しかしながら、そのようなロボットを実現するために高精細のカメラを用いることは、コスト高につながってしまうという問題がある。また、カメラでとらえた映像を基に３次元空間内における対象物の位置等を精度よく求めるたり、そういった対象物を扱うためにロボットの「指」を細かく制御したりするためには、制御用のソフトウェアが複雑化し、高コストの要因にもなるという問題もある。

本発明は、上記の課題認識に基づいて行なわれたものであり、対象物の位置等を精度よく求めたり、「指」等を細かく制御したりすることなく、対象物（典型的には、金属製のボルト等）を１個（１本）ずつピックアップすることのできるピックアップ用ロボット、整列システム、およびピックアップ方法を提供しようとするものである。

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様によるピックアップ用ロボットは、対象物を吸着するための吸着用磁石を備えるエフェクターと、前記エフェクターを移動させるためのアームと、前記対象物を含む領域の距離画像を取得する画像取得部と、前記吸着用磁石が前記エフェクターの最下部近辺に存在する第１状態と前記吸着用磁石が前記最下部近辺から十分に離れた位置に存在する第２状態とを切り替えるアクチュエーターと、前記対象物を吸着させる段階においては前記距離画像に基づいて前記エフェクターが前記対象物の近傍に移動するよう前記アームを制御するとともに前記吸着用磁石が前記第１状態となるよう前記アクチュエーターを制御し、前記対象物が吸着したと推定できる段階においては前記エフェクターが移動目的位置に移動するように前記アームを制御し、前記エフェクターが前記移動目的位置に移動した後に前記吸着用磁石が前記第２状態となるよう前記アクチュエーターを制御する制御部と、を具備する。

［２］また、本発明の一態様は、上記のピックアップ用ロボットにおいて、エアポンプをさらに具備し、前記アクチュエーターは、エアポンプからのエアの圧力により駆動されるものである。

［３］また、本発明の一態様は、上記のピックアップ用ロボットにおいて、前記エフェクターが前記対象物の近傍の方向に移動する際に前記エフェクターの当該方向の移動を緩衝する緩衝式アジャスター、をさらに具備するものである。

［４］また、本発明の一態様は、上記のピックアップ用ロボットにおいて、前記エフェクターは、前記第１状態と前記第２状態とが切り替わる際に前記吸着用磁石を上下方向に通すための筒体を備え、前記筒体は、前記第１状態において前記吸着用磁石が存在する位置の近傍において外周が膨らんでいる膨らみ部を有する、ものである。

［５］また、本発明の一態様は、上記［１］から［４］までのいずれかに記載のピックアップ用ロボットと、前記ピックアップ用ロボットがピックアップした対象物であるボルトまたはネジをリリースする位置である移動目的位置に設けられ、前記ピックアップ用ロボットがリリースしたことによって落下した前記対象物がすべり落ちる際に前記対象物の方向がそろうように設けられたすべり板を有する方向統一用ボックスと、を含む整列システムである。

［６］また、本発明の一態様は、アームと、エフェクターと、距離画像を取得する画像取得部と、を具備するピックアップ用ロボットを用いた対象物のピックアップ方法であって、制御部が、前記画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて前記エフェクターが前記対象物に近付くように前記アームを制御する第１過程と、前記制御部が、前記対象物を吸着するために前記エフェクター内に備えられた吸着用磁石を前記エフェクターの最下部近辺に移動させるように、アクチュエーターを制御する第２過程と、前記制御部が、前記対象物が吸着したと推定される状態の前記エフェクターが所定の移動目標位置に移動するように前記アームを制御する第３過程と、前記エフェクターが前記移動目標位置に移動した後に、前記制御部が、前記吸着用磁石が前記エフェクターの最下部近辺から十分に遠ざかるように、前記アクチュエーターを制御する第４過程と、を有するピックアップ方法である。

本発明によれば、高精細の画像を必要とせず、対象物の位置に合わせた高精度な制御を必要とせず、対象物を１個（または１本）ずつ正確にピックアップすることができる。

本発明の実施形態によるピックアップ用ロボットの構成を示す外観概略図（側面から見た図）である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの先端部のより詳細な構成を示す概略図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの先端部におけるカバーの形状の第１例を説明するための側面図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの先端部におけるカバーの形状の第２例を説明するための側面図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの先端部におけるカバーの形状の第３例を説明するための側面図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの画像取得部が取得する距離画像の一例を示す概略図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットの画像取得部が取得するカラー画像（ＲＧＢ画像）を基に、対象物（ボルト）の輪郭を抽出した例を示す概略図である。 同実施形態によるピックアップ用ロボットを用いた整列システムの全体的な構成を示す概略図である。 同実施形態による整列システムにおける、方向統一用ボックスの構成例を示す概略図（内部の断面図）である。 同実施形態によるピックアップ用ロボット１を動作させるための制御の手順を示すフローチャートである。

次に、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態によるピックアップ用ロボットの構成を示す外観概略図（側面から見た図）である。この図において、符号１がピックアップ用ロボットである。図示するように、ピックアップ用ロボット１は、台座１０と、リンク１１および１２と、ジョイント１４と、エアポンプ２０と、エア管２１と、先端部３０と、画像取得部５０とを含む構成を有する。ピックアップ用ロボット１は、上記の構成により、積み箱７１の中にバラ積みされた複数の対象物を１つずつピックアップする。ここで、対象物は、典型的には、金属製のボルトやネジである。以下では、対象物がボルト７２であることを前提として説明する。しかしながら、対象物が、ボルト以外の機械部品等であってもよい。本実施形態において、対象物は、鉄等の、磁力によって吸い寄せられる性質を持つ材質でできている。

台座１０は、ピックアップ用ロボット１のアーム等の可動部を支えるものである。

リンク１１および１２は、台座１０からのびるアームを構成する要素であり、後述する先端部３０を所望の位置に移動させるために動かせるように構成されている。図示する例では、リンクの数は２本であるが、１本のリンクあるいは３本以上のリンクでアームを構成するようにしてもよい。
ジョイント１４は、上記アームを構成する要素の一つであり、リンク１１および１２を接続するものである。ジョイント１４は所定方向に回転可能であり、これによりリンクを動かせるようになっている。ジョイント１４の部分が回転運動をするために、不図示のモーター等から動力が伝達される。リンクの数が２本の場合には、原則として、ジョイントの数は１個である。リンク同士を接続する機能としてジョイントが設けられる。

エアポンプ２０は、正または負の圧力により、気体（通常は、空気である。以下では、空気として説明する。）を送り込んだり吸い込んだりするものである。
エア管２１は、エアポンプ２０が送り込む空気または吸い込む空気を通すための管である。エア管２１は、エアポンプ２０と先端部３０の所定の位置との間を接続する。エア管２１を通して、エアポンプ２０の作用による圧力の変化が伝わる。

先端部３０は、ボルト７２をピックアップするための機構を持つ。先端部３０は、リンク１２の先端に設けられる。リンクの本数が３本以上の場合なども、先端部３０は、最先端のリンクの先の部分に設けられる。リンク１１および１２とジョイント１４とを適切に動かすことにより、先端部３０の位置（および必要に応じて向き）を変えることができる。なお、先端部３０は「エフェクター」とも呼ばれる。先端部３０のより詳しい構成については、後でさらに説明する。

画像取得部５０は、画像を取得するための装置である。画像取得部５０は、下方の積み箱７１を含む範囲の画像を取得するように設けられている。画像取得部５０は、カラー画像（ＲＧＢ画像）および距離画像を取得する機能を持つ。カラー画像は、可視光線による像である。カラー画像は、ＲＧＢ（赤・緑・青）の３原色による画素値の情報を含むものである。距離画像は、画像取得部５０から撮像対象（積み箱７１やボルト７２等）までの距離を表す画素値の情報を含むものである。画像取得部５０が、カラー画像と距離画像とを同一の撮像装置（カメラ）で取得するように構成してもよい。画像取得部５０が、カラー画像と距離画像とを別々の撮像装置で取得するように構成してもよい。距離画像を取得するためには、例えば、いわゆる３Ｄカメラを用いることができる。３Ｄカメラは、例えば複眼視により距離情報を取得する。

ピックアップ用ロボット１は、その内部または外部に制御部（不図示）を備える。制御部は、ピックアップ用ロボット１の動作を制御するものである。制御部からの制御信号にしたがって、ピックアップ用ロボット１の可動部を動かしたり、画像取得部５０による画像取得を行ったりする。制御部は、例えば、ＣＰＵとプログラムを用いて実現される。制御部を実現するためのＣＰＵやメモリー等は、一例として、台座１０の内側に格納される。

図２は、先端部３０のより詳細な構成を示す概略図である。図示するように、先端部３０は、吸着用磁石３１と、連結棒３２と、筒体３３と、エアシリンダー３４と、緩衝式アジャスター３５と、カバー３６とを含む。

吸着用磁石３１は、ボルト７２をピックアップする際に用いるための磁石である。吸着用磁石３１としては、例えば、永久磁石（ネオジウム磁石等）を用いることができる。なお、吸着用磁石３１として、永久磁石の代わりに、電磁石を用いてもよい。なお、後述するアクチュエーターにより、吸着用磁石３１の位置を変えることができるように、先端部３０は構成されている。アクチュエーターにより、吸着用磁石３１を、図２における符号３１の位置あるいは符号３１Ａの位置とするように制御することができる。

連結棒３２は、エアシリンダー３４内と吸着用磁石３１とを固定的に連結する棒である。連結棒は、筒体３３内において上下方向に可動となるように設けられている。連結棒３２は、金属やプラスティック等の剛体を成形して成るものである。
筒体３３は、エアシリンダー３４から下方にのびる筒状の部材である。筒体３３は、例えばアルミニウム等の非磁性体素材を用いて成るものである。筒体３３は、上下方向に固定の長さを有する。また、筒体３３は、例えば円形の断面を持ち、その内部を、吸着用磁石３１および連結棒３２が移動できるように構成されている。なお、筒体３３の断面を円形とする代わりに例えば多角形等の形状としてもよい。なお、吸着用磁石３１および連結棒３２が筒体３３内を移動する際に、摩擦力が生じないように、あるいは摩擦力が極力小さくなるように、構成することが望ましい。

エアシリンダー３４は、内部に空気を含み得るシリンダーである。エアポンプ２０から、エア管２１を介して、エアシリンダー３４の内部に圧力が伝えられるように構成されている。エアシリンダー３４の内部には、少なくとも、第１室および第２室が設けられている。エアポンプ２０およびエア管２１の作用により、これらの第１室と第２室の少なくともいずれかの室の空気圧を変えることができる。そして、第１室と第２室との空気圧の差により、連結棒３２および吸着用磁石３１の位置を変更することができるようにする。なお、エアシリンダー３４としては、一般的な汎用の空気圧エアシリンダーを用いることができる。

上記のように、エアポンプ２０と、エア管２１と、エアシリンダー３４との組み合わせを、アクチュエーターとして機能させることができる。このアクチュエーターは、吸着用磁石の位置が、第１状態あるいは第２状態のいずれかとなるような作用を生じさせる。ここで、第１状態とは、吸着用磁石３１が、筒体３３の下端またはその近辺の位置に存在する状態である。また、第２状態とは、吸着用磁石３１が、上記第１状態よりも十分に上方に存在する状態である。図２において、例えば、符号３１Ａで示す位置は、吸着用磁石３１の第１状態である。また、符号３１で示す位置は、吸着用磁石３１の第２状態である。第１状態にあるとき、吸着用磁石３１は、筒体３３の下端付近に（特に、その底面に）十分に強い磁力を及ぼす。つまり、吸着用磁石３１は、底面にボルト７２を吸い付ける。第２状態にあるとき、吸着用磁石３１は、筒体３３の下端付近に（特に、その底面に）磁力を及ぼさない。第１状態において底面に吸い付いていたボルト７２は、上記のアクチュエーターが第１状態から第２状態に状態を変更した場合には、落下する。

つまり、ピックアップ用ロボット１が備えるアクチュエーターは、ボルト７２が筒体３３の底面に吸い付く状態と吸い付かない状態とを適宜変更させることができる。これにより、ピックアップ用ロボット１は、所定の位置に先端部３０を移動させることができ、また、先端部３０の各位置において、その筒体３３の底面で、ボルト７２を吸い付けたり落下させたりすることができる。

緩衝式アジャスター３５は、先端部３０の上下方向の緩衝手段として機能するものである。緩衝式アジャスター３５は、金属バネや空気バネなどといったバネ、あるいはその同等物を備えている。つまり、ピックアップ用ロボット１のアームを動かすことによって、先端部３０が上から下に移動し、例えば積み箱７１にバラ積みされているボルト７２の山に当たったとき、緩衝式アジャスター３５はその衝撃を吸収する。このように、緩衝式アジャスター３５を設けていることにより、ピックアップ用ロボット１は、先端部３０を上から下におろす際の、先端部３０の高さ方向の位置を、それほど厳密に制御する必要がない。

なお、ピックアップ用ロボット１が、緩衝式アジャスター３５を持たない構成としてもよい。その場合には、先端部３０の上下方向の緩衝作用がなくなり、または弱まる。

カバー３６は、筒体３３の最下方に設けられる部材である。カバー３６としては、筒体３３と同様に、アルミニウム等の非磁性体の素材を用いることができる。カバー３６は、当該部分において、吸着用磁石３１が存在し得る筒体３３の中心部分から、その外周部分までの距離を大きくする作用を有する。これにより、当該部分に吸着用磁石３１が存在する場合に、その下方向への磁力の影響を維持したまま、カバー３６の外側への磁力の影響を低下させることができる。つまり、カバー３６が存在することにより、筒体３３の底面でのボルト７２の吸着力を維持したまま、カバーの外側（横側）にボルトが吸着することを防ぐことができる。つまり、カバー３６が存在することにより、先端部３０が、ボルト７２を１本だけピックアップすることができるようにする。

なお、カバー３６は、筒体３３に取り付ける構成としてよい。また、カバー３６と筒体３３とがそもそも一体となるように成形してもよい。

また、ピックアップ用ロボット１が、カバー３６を持たない構成としてもよい。

以上説明したように、先端部３０は、アクチュエーターの動作により、吸着用磁石３１の位置を、第１状態あるいは第２状態のいずれかとすることができる。第１状態において、吸着用磁石３１は、金属製（例えば、鉄製）の対象物を吸着する。第２状態において、吸着用磁石３１の磁力が十分に対象物に届かず、対象物はリリースされる。先端部３０の位置と、吸着用磁石３１の状態（第１状態または第２状態）とを適切に制御することにより、ピックアップ用ロボット１は、対象物を１個（１本）ずつピックアップし、所望の目的位置に運ぶことができる。また、ピックアップ用ロボット１は、上記目的位置において、対象物を放す（リリースする）ことができる。

図３、図４、および図５のそれぞれは、前述のカバー３６の形状のバリエーションを示す概略図（側面から見た図）である。以下では、これらの図の各々を参照しながら、カバー３６の形状について説明する。

図３は、カバー３６の形状の第１例を説明するための側面図である。図示するように、本例では、カバー３６Ａは、錐台（円錐台あるいは角錐台）の形状を有する。そして、カバー３６Ａでは、下方において外周のサイズがより大きく、上方において外周のサイズがより小さい。このようなカバー３６Ａを用いた場合、カバー３６Ａの外側で吸着用磁石３１による磁力の影響を抑制することができる。図３に示すカバー３６Ａの形状を「フラワー型」と呼んでもよい。このようなフラワー型の形状のカバー３６Ａを用いる場合、その材質として、例えばシリコーン等の柔軟性のあるものを用いることが好ましい。

図４は、カバー３６の形状の第２例を説明するための側面図である。図示するように、本例では、カバー３６Ｂは、柱状（円柱状あるいは角柱状）の形状と逆錐台（円錐台あるいは角錐台）の形状とを接合した形状を有する。なお、カバー３６Ｂとして、柱状の形状と逆錐台の形状とが一体成形されていてもよい。カバー３６Ｂの逆錐台の部分では、下方において外周のサイズがより小さく、上方において外周のサイズがより大きい。このようなカバー３６Ｂを用いた場合、カバー３６Ｂの外側で吸着用磁石３１による磁力の影響を抑制することができる。図４に示すカバー３６Ｂの形状を「円錐型」と呼んでもよい。

図５は、カバー３６の形状の第３例を説明するための側面図である。図示するように、本例では、カバー３６Ｃは、長球（楕円体あるいは長楕円体等とも呼ばれる）の一部を切り落とした形状を有する。カバー３６Ｃは、高さ方向における中央部付近で外周のサイズがより大きく、その上方あるいは下方において外周のサイズがより小さい。このようなカバー３６Ｃを用いた場合、カバー３６Ｃの外側で吸着用磁石３１による磁力の影響を抑制することができる。図５に示すカバー３６Ｃの形状を「Ｒ型」と呼んでもよい。

以上のように、カバー３６の形状は、図３、図４、図５に例示したような、膨らみのある形状を有する。これにより、２個目のボルト７２が吸着用磁石３１に吸着することを防ぎ、ふるい落とすことができる。

図６および図７のそれぞれは、画像取得部５０が取得する画像の例を示す概略図である。これらのうち、図６は、画像取得部５０が取得する距離画像の一例を示す。また、図７は、画像取得部５０が取得するカラー画像（ＲＧＢ画像）を基にボルト７２の輪郭を抽出した一例を示す。

図６に示す距離画像は、わかりやすくするために簡略化している。この距離画像において、画像取得部５０から遠い順に、（１）白の領域、（２）薄いハッチングの領域、（３）濃いハッチングの領域である。この距離画像の中央部付近のハッチングのある領域は、積み箱７１に積まれたボルト７２が存在する領域である。また、この距離画像は、薄いハッチングの領域よりも、濃いハッチングの領域のほうが、ボルト７２が積まれた山がより高い（より、画像取得部５０に近い）ことを表している。ピックアップ用ロボット１の制御部は、この距離画像を参照することにより、１本のボルト７２をピックアップするために、どの程度、先端部３０を下に下げるとよいかを判断できる。

図７に示す画像は、ＲＧＢ画像について適宜処理（例えば、画素値の微分処理等）を行った結果として、多数のボルト７２の輪郭が抽出されている状態を表している。積まれた山の最も上に存在しているボルト７２に関しては、その全体の輪郭がこの画像に含まれている。積まれた山の下のほうに存在しているボルト７２に関しては、より上に存在するボルト７２によって一部が隠れており、その輪郭の一部のみがこの画像に含まれている。ピックアップ用ロボット１の制御部は、画像処理によってこの図のような画像を取得すると、例えば次のいずれかの手法によって、ボルト７２をピックアップするために先端部３０をおろす位置（平面位置）を決定する。

第１の手法では、制御部は、積まれた山の上に存在すると推定されるボルト７２（つまり、輪郭全体が画像内に含まれているボルト７２）を目標として、先端部３０をおろす平面位置を決定する。第２の手法では、図７の画像を所定の区域（例えば、縦３×横４の計１２の区域）に分割し、それらの区域に順次（第１区域→第２区域→・・・）、先端部３０をおろすようにする。また、ボルト７２が積まれている山の状況に応じて、第１の手法と第２の手法とを使い分けるようにしてもよい。こういった方法により、積み箱７１内に存在するすべてのボルト７２を順次ピックアップすることが可能となる。

なお、制御部による制御の手順については、後でフローチャートを参照しながら説明する。

図８は、ピックアップ用ロボット１を用いた整列システム２の全体的な構成を示す概略図である。整列システム２は、元々はバラ積みされていたボルト７２を、１個ずつピックアップし、向きをそろえて整列させるためのシステムである。整列システム２を稼働させることにより、例えば組み立て工場やその他の場所における各種の工程において、ボルト７２を自動的に整列させることができる。同図に示すピックアップ用ロボット１については既に説明した通りである。図示するように、整列システム２は、ピックアップ用ロボット１の他に、方向統一用ボックス６０や直立用レール６６を含んで構成される。

同図におけるピックアップ用ロボット１は、例えば、ボルト７２Ｗを示す位置で１本のボルトをピックアップし、そのボルトを、ボルト７２Ｘを示す位置で落下させる。これにより、ボルトは、方向統一用ボックス６０の中に落下する。方向統一用ボックス６０の構成例については、後で説明する。方向統一用ボックス６０は、投入されたボルトを所定の向きにそろえて直立用レール６６の上に放出する。そのボルトは、ボルト７２Ｙに示すように、直立用レール６６上を滑り落ちて、ボルト７２Ｚとして示す列に並ぶ。つまり、方向統一用ボックス６０は、ピックアップ用ロボット１によってピックアップされたボルトの方向をそろえ、所定の位置の列に整列させる。なお、直立用レール６６は、例えば、所定距離だけ離間する２本の金属線で成るレールである。この２本のレールの離間距離は、ボルトの脚（ネジの部分）の径よりは大きく、ボルトのヘッドの径よりは小さい。これにより、図示するように、方向統一用ボックス６０から出力されたボルトは、ヘッドを上にした状態で立ったまま、直立用レール６６を滑り落ちる。

図９は、方向統一用ボックス６０の構成例を示す概略図（内部の断面図）である。図示するように、方向統一用ボックス６０は、内部に、すべり板６１、６２、および６３を有している。これらのすべり板６１、６２、および６３は、上方からピックアップ用ロボット１が落下させたボルト７２がすべり落ちて所定の出口に向かうように配置されている。つまり、方向統一用ボックス６０の内部の構造は、非対称じょうご型のボックスである。この図では、ボルト７２のヘッド側が先に（下に）滑り落ちる例を示しているが、ボルト７２の脚側が先に（下に）滑り落ちてもよい。どちらの場合も、方向統一用ボックス６０から出たボルト７２の方向は、図８に示した直立用レール６６の上で、ヘッド側が上方、脚側が下方になるように、そろえられる。

図１０は、本実施形態によるピックアップ用ロボット１を動作させるための制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、１回のピックアップ処理に相当する手順を示す。多数のボルトをピックアップするためには、このフローチャートに示す手順を繰り返せばよい。以下、このフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ１１において、制御部は、画像取得部５０により、ＲＧＢ画像を取得する。このとき、画像取得部５０は、真下に存在する積み箱７１およびその周辺の領域を平面視する画像を取得する。本ステップで取得するＲＧＢ画像には、積み箱７１にバラ積みされた多数のボルトが含まれることが期待される。
ステップＳ１２において、制御部は、ステップＳ１１で取得したＲＧＢ画像に基づいて対象物（ボルト）を認識するか否かを判定する。対象物を認識するか否かは、例えば、事前の設定等により定めるようにしてよい。認識処理を行う場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）には、次のステップＳ１３に進む。認識処理を行わない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）には、ステップＳ１４に飛ぶ。

ステップＳ１３に進んだ場合、同ステップにおいて、制御部は、ステップＳ１１で取得したＲＧＢ画像に基づいて対象物の輪郭を抽出する処理を行う。また、制御部は、完全な輪郭を有する対象物（即ち、最も上に積まれている対象物）を認識する。

ステップＳ１４において、制御部は、ステップＳ１１で取得したＲＧＢ画像に基づいて、アームの先端部３０をおろす位置（平面上の位置）を決定する。対象物の個別の認識を行わなかった場合には、アームの先端部３０をおろす位置は、距離画像に基づいて決定される位置（対象物が積まれていると推測される位置）である。なお、複数回のピックアップを行うときに、アームの先端部３０をおろす位置を順次変えていくようにしてもよい。対象物の個別の認識を行った場合には、アームの先端部３０をおろす位置は、ステップＳ１３において認識した最適な対象物（例えば、最も上に積まれている対象物）の位置である。

ステップＳ１５において、制御部は、画像取得部５０によって距離画像を取得しながら、アームの先端部３０をおろすよう、リンク１１および１２と、ジョイント１４とを制御する。制御部は、画像取得部５０が取得した距離画像を参照することにより、先端部３０をおろす高さを決定する。この際、制御部は、適宜、フィードバック制御を用いてもよい。

ステップＳ１６において、制御部は、先端部３０をおろし終えた後、あるいは先端部３０をおろしながら、アクチュエーターを制御することにより、筒体３３の内部における吸着用磁石３１を下におろす。具体的には、制御部は、エアポンプ２０を制御することにより、エアシリンダー３４内の気圧を調節して、吸着用磁石３１の位置を下げるように制御する。これにより、吸着用磁石３１が、磁力により、対象物であるボルトを吸着させた状態となることが期待される。

ステップＳ１７において、制御部は、吸着用磁石３１が対象物を吸着させた状態のまま、アームの先端部３０を所定の目的位置まで移動させる。具体的には、制御部は、リンク１１，１２およびジョイント１４を制御することにより、先端部３０を目的位置まで移動させる。このとき、吸着用磁石３１に吸着されている状態の対象物も、ともに移動する。

ステップＳ１８において、制御部は、先端部３０が上記目的位置まで移動した後、アクチュエーターを制御することにより、筒体３３の内部における吸着用磁石３１の位置を上にあげる。これにより、吸着用磁石３１と対象物との間の距離が大きくなり、作用する磁力が弱まることにより、重力の作用で対象物は落下する。

つまり、フローチャートで示した制御の手順を要約すると、次の通りである。即ち、制御部は、対象物を吸着させる段階においては、距離画像に基づいてエフェクターが対象物の近傍に移動するようアームを制御するとともに、吸着用磁石が第１状態となるようアクチュエーターを制御する。また、制御部は、対象物が吸着したと推定できる段階においては、エフェクターが移動目的位置に移動するようにアームを制御し、エフェクターが移動目的位置に移動した後に前記吸着用磁石が第２状態となるようアクチュエーターを制御する。

つまり、制御部は、アームと、エフェクターと、距離画像を取得する画像取得部とを具備するピックアップ用ロボットを用いた対象物のピックアップ方法を実行する。このピックアップ方法は、次の第１過程から第４過程までの各過程を有する。第１過程では、制御部が、画像取得部が取得した距離画像に基づいてエフェクターが対象物に近付くようにアームを制御する。第２過程では、制御部が、対象物を吸着するために前記エフェクター内に備えられた吸着用磁石をエフェクターの最下部近辺に移動させるように、アクチュエーターを制御する。第３過程では、制御部が、対象物が吸着したと推定される状態のエフェクターが所定の移動目標位置に移動するようにアームを制御する。第４過程では、エフェクターが移動目標位置に移動した後に、制御部が、吸着用磁石がエフェクターの最下部近辺から十分に遠ざかるように、アクチュエーターを制御する。

以上、フローチャートを参照しながら説明した一連の制御により、１個の対象物（ボルト）を、積み箱７１からピックアップし、所定の目的位置でリリースする（例えば、落下させる）ことができる。

なお、上述した実施形態におけるピックアップ用ロボットを制御する機能の少なくとも一部をコンピューターで実現することができる。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリー等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、一時的に、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、実施形態を説明したが、本発明はさらに次のような変形例でも実施することが可能である。
例えば、吸着用磁石３１を移動させるためのアクチュエーターは、エア駆動ではなく、他の駆動方法であってもよい。例えば、電気駆動によるアクチュエーターを用いてもよい。例えば、筒体３３やカバー３６として、アルミニウム以外の非磁性素材を用いてよい。例えば、方向統一用ボックス６０は、図等を用いて例示した形態以外の形態であってもよい。対象物は、ボルト以外のものであってもよい。ただし、対象物は、吸着用磁石によって吸い寄せられる性質の物であることが必要である。

以上の実施形態（変形例を含む）をまとめると、次の通りである。

ピックアップ用ロボット（１）は、エフェクター（先端部３０）と、アーム（リンク１１および１２、ジョイント１４を含むアーム）と、画像取得部（５０）と、アクチュエーター（エアポンプ２０、エア管２１、エアシリンダー３４）と、制御部とを具備する。エフェクターは、対象物（例えば、ボルト７２）を吸着するための吸着用磁石３１を備えるものである。アームは、エフェクターを移動させるためのものである。通常は、アームの先端にエフェクターが設けられる。画像取得部は、少なくとも、対象物の方向、あるいは対象物を含む領域の距離画像を取得する。距離画像は、例えば、３Ｄカメラによって取得可能である。アクチュエーターは、吸着用磁石（３１）がエフェクターの最下部近辺（例えば、図２における符号３１Ａの位置）に存在する第１状態と、吸着用磁石３１が最下部近辺から十分に離れた位置（つまり、エフェクター最下部の底面に強い磁力を及ぼさない程度に離れた位置）に存在する第２状態とを切り替える。アクチュエーターは、動力によって吸着用磁石（３１）を移動させることにより、上記第１状態と第２状態との切り替えを行う。

制御部は、上記構成を有するピックアップ用ロボット（１）を次のように制御する。即ち、制御部は、対象物を吸着させる段階においては、距離画像に基づいてエフェクターが対象物の近傍に移動するようアームを制御するとともに、吸着用磁石が第１状態となるようアクチュエーターを制御する。また、制御部は、対象物が吸着したと推定できる段階においては、エフェクターが移動目的位置に移動するようにアームを制御し、エフェクターが移動目的位置に移動した後に前記吸着用磁石が第２状態となるようアクチュエーターを制御する。なお、「対象物が吸着したと推定できる段階」とは、エフェクターが対象物に十分に近づき、吸着用磁石が第１状態となってから、所定時間が経過した後である。このような制御により、ピックアップ用ロボット（１）は、対象物を１個（１本）ずつピックアップし、また、所定の位置で対象物を放すことができる。

ピックアップ用ロボット（１）は、エアポンプ（２０）を具備してよい。この場合、アクチュエーターは、エアポンプ（２０）からのエア（空気等の気体）の圧力により駆動される。

ピックアップ用ロボット（１）は、緩衝式アジャスター（３５）を具備してもよい。緩衝式アジャスター（３５）は、エフェクターが対象物の近傍の方向に移動する際に、エフェクターの当該方向の移動を緩衝する。つまり、エフェクターが積み箱（７１）内の対象物（ボルト７２）に衝突したとき、緩衝式アジャスター（３５）はその衝撃を緩める。これにより、エフェクターを対象物に近付ける際に、対象物までの距離の制御を細かく行う必要がなくなる。

エフェクターは、第１状態と第２状態とが切り替わる際に吸着用磁石（３１）を上下方向に通すための筒体（３３）を備えてもよい。つまり、吸着用磁石（３１）は、連結棒（３２）の端部に固定された状態で、筒体（３３）を上下方向に移動する。

また、筒体３３は、第１状態において吸着用磁石（３１）が存在する位置の近傍において外周が膨らんでいる膨らみ部を有してもよい。膨らみ部は、例えば、図２に示すカバー３６による膨らみである。また、膨らみ部は、例えば、図２に示すカバー３６Ａによる膨らみである。膨らみ部は、例えば、図３に示すカバー３６Ｂによる膨らみである。膨らみ部は、例えば、図４に示すカバー３６Ｃによる膨らみである。これらの、膨らみ部を形成するカバー（３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ）は、筒体３３に後から取り付けたものであってもよいし、筒体３３と一体成形されたものであってもよい。この膨らみ部が存在することにより、膨らみ部の外側には、筒体３３内の吸着用磁石３１の磁力が及びにくくなる。膨らみ部の膨らみのサイズを適切に設計することにより、筒体３３の側面に不要な（２本目以上の）対象物が吸着することを防ぐことができる。つまり、エフェクターが、対象物を１個（１本）だけ吸着できるようになる。

整列システム（２）は、これまでに説明したピックアップ用ロボット（１）と、方向統一用ボックス（６０）とを少なくとも含む構成を有するシステムである。方向統一用ボックス（６０）は、ピックアップ用ロボット（１）がピックアップした対象物（例えば、ボルトまたはネジ等）をリリースする位置である移動目的位置に設けられる。方向統一用ボックス（６０）は、ピックアップ用ロボット（１）がリリースしたことによって落下した対象物が、方向統一用ボックス（６０）内をすべり落ちる際に、対象物の方向がそろうように設けられたすべり板（６１、６２、６３）を有するものである。

上記実施形態が実行するピックアップ方法は、アームと、エフェクターと、距離画像を取得する画像取得部とを具備するピックアップ用ロボットを用いた対象物のピックアップ方法であって、次の第１過程から第４過程までの各過程を有する。第１過程では、制御部が、画像取得部が取得した距離画像に基づいてエフェクターが対象物に近付くようにアームを制御する。第２過程では、制御部が、対象物を吸着するために前記エフェクター内に備えられた吸着用磁石をエフェクターの最下部近辺に移動させるように、アクチュエーターを制御する。第３過程では、制御部が、対象物が吸着したと推定される状態のエフェクターが所定の移動目標位置に移動するようにアームを制御する。第４過程では、エフェクターが移動目標位置に移動した後に、制御部が、吸着用磁石がエフェクターの最下部近辺から十分に遠ざかるように、アクチュエーターを制御する。

以上、この発明の実施形態および変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、例えば、工業あるいは物流業等において対象物（ボルト等）を所望の状態に置いたり並べたりするために利用可能である。但し、本発明の利用範囲はここに例示したものには限られない。

１ ピックアップ用ロボット
２ 整列システム
１０ 台座
１１，１２ リンク
１４ ジョイント
２０ エアポンプ（アクチュエーターの一部）
２１ エア管（アクチュエーターの一部）
３０ 先端部（エフェクター）
３１，３１Ａ 吸着用磁石
３２ 連結棒
３３ 筒体
３４ エアシリンダー（アクチュエーターの一部）
３５ 緩衝式アジャスター
３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ カバー
５０ 画像取得部
６０ 方向統一用ボックス
６１，６２，６３ すべり板
６６ 直立用レール
７１ 積み箱
７２，７２Ｗ，７２Ｘ，７２Ｙ，７２Ｚ ボルト（対象物）

Claims (6)

1. 対象物を吸着するための吸着用磁石を備えるエフェクターと、
   前記エフェクターを移動させるためのアームと、
   前記対象物を含む領域の距離画像を取得する画像取得部と、
   前記吸着用磁石が前記エフェクターの最下部近辺に存在する第１状態と前記吸着用磁石が前記最下部近辺から十分に離れた位置に存在する第２状態とを切り替えるアクチュエーターと、
   前記対象物を吸着させる段階においては前記距離画像に基づいて前記エフェクターが前記対象物の近傍に移動するよう前記アームを制御するとともに前記吸着用磁石が前記第１状態となるよう前記アクチュエーターを制御し、前記対象物が吸着したと推定できる段階においては前記エフェクターが移動目的位置に移動するように前記アームを制御し、前記エフェクターが前記移動目的位置に移動した後に前記吸着用磁石が前記第２状態となるよう前記アクチュエーターを制御する制御部と、
   を具備するピックアップ用ロボット。
2. エアポンプをさらに具備し、
   前記アクチュエーターは、エアポンプからのエアの圧力により駆動される、
   請求項１に記載のピックアップ用ロボット。
3. 前記エフェクターが前記対象物の近傍の方向に移動する際に前記エフェクターの当該方向の移動を緩衝する緩衝式アジャスター、
   をさらに具備する請求項１または２に記載のピックアップ用ロボット。
4. 前記エフェクターは、前記第１状態と前記第２状態とが切り替わる際に前記吸着用磁石を上下方向に通すための筒体を備え、
   前記筒体は、前記第１状態において前記吸着用磁石が存在する位置の近傍において外周が膨らんでいる膨らみ部を有する、
   請求項１から３までのいずれか一項に記載のピックアップ用ロボット。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載のピックアップ用ロボットと、
   前記ピックアップ用ロボットがピックアップした対象物であるボルトまたはネジをリリースする位置である移動目的位置に設けられ、前記ピックアップ用ロボットがリリースしたことによって落下した前記対象物がすべり落ちる際に前記対象物の方向がそろうように設けられたすべり板を有する方向統一用ボックスと、
   を含む整列システム。
6. アームと、エフェクターと、距離画像を取得する画像取得部と、を具備するピックアップ用ロボットを用いた対象物のピックアップ方法であって、
   制御部が、前記画像取得部が取得した前記距離画像に基づいて前記エフェクターが前記対象物に近付くように前記アームを制御する第１過程と、
   前記制御部が、前記対象物を吸着するために前記エフェクター内に備えられた吸着用磁石を前記エフェクターの最下部近辺に移動させるように、アクチュエーターを制御する第２過程と
   前記制御部が、前記対象物が吸着したと推定される状態の前記エフェクターが所定の移動目標位置に移動するように前記アームを制御する第３過程と、
   前記エフェクターが前記移動目標位置に移動した後に、前記制御部が、前記吸着用磁石が前記エフェクターの最下部近辺から十分に遠ざかるように、前記アクチュエーターを制御する第４過程と、
   を有するピックアップ方法。

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