JP2022029756A - 荷役ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】把持した物品の移動中の姿勢を安定させるとともに、該物品を移動する際の動作周期を短縮させるべく、荷役ロボットを動作制御する制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、物品把持機構とアーム部とを備えた物品の荷役ロボットの動作を制御する。物品把持機構は、物品を吸着する吸着部と、吸着部における物品の吸着圧を測定する圧力センサとを有する。アーム部は、吸着部に吸着された物品を集積領域から所望領域に移動させる。制御装置は、圧力センサが測定した物品の吸着圧の測定値の変動を解析し、解析結果に基づいて吸着部と物品とにより構成される系の固有振動数を算出する制御部を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、把持した物品を荷役するロボット（荷役ロボット）の動作を制御する制御装置に関する。

物品の物流センタなどでは、荷下ろしされた荷物、部品、製品などの様々な物品を荷役するための各種の荷役装置が用いられている。荷役装置は、例えば集積領域に集積された物品を荷役ロボットでピッキングし、搬送装置などに移動させる。搬送装置は、物品を仕分けや組み立てなどの次工程に搬送する。荷役ロボットは、例えば物品を荷役するためのツール（エンドエフェクタとも呼ばれる）をアーム先端部に備えたマニピュレータ（ロボットアーム）などである。ツールは、物品を集積領域から把持してピッキングするための把持機構（物品把持機構）を有している。物品把持機構としては、エアで物品を吸着する吸着機構が広く用いられている。

物流センタなどで荷役される物品（梱包や包装された状態の物品も含む）は、多種多様化されており、その形状、大きさ、重量、材質が様々であり、材質などに応じた変形の可能性も一律ではない。物品把持機構の一例である吸着機構では、吸着パッドなどの吸着部材で物品を直接吸着し、吸着を解除することで物品を解放する。吸着パッドは、挟持機構などと比べて多種多様な物品の把持に対応することが可能である。しかしながら、ビニールフィルムや包装紙などで包装された柔軟物の場合、移動時に生じる柔軟物の振動などによって吸着パッドでの吸着状態が安定せず、移動中における柔軟物の姿勢が不安定となるおそれがある。

例えば、ロボットアームの動作加速度が大きくなるほど、物品（特に柔軟物）は振動しやすくなり、吸着パッドから脱落しやすい。その一方で、作業効率の向上を図るためにはロボットアームのタクトタイム（動作周期）は可能な限り短いことが好ましい。すなわち、移動中の物品の安定性とロボットアームの動作周期の短縮とは、トレードオフの関係となりやすい。

このための対策の一つとして、ロボットアームで物品を把持した後、ロボットアームのアーム部を揺動させる方法が挙げられる。かかる方法によれば、物品の把持状態が適切でない場合には、把持した物品を移動前の揺動動作によって意図的（積極的）に解放し、移動中に物品がアーム部から意図せずに脱落してしまうことが防止される。しかしながら、把持状態を確認するためにアーム部を揺動させる分だけ、ロボットアームの動作周期が悪化してしまう。また、揺動動作で物品が解放されなかったとしても、その後に物品を脱落させずに移動することは別問題として捉える必要があり、物品を引き続き適切に移動させるようにロボットアームを動作制御することが求められる。

特許第５８９９７０３号公報

そこで、把持した物品の移動中の姿勢を安定させるとともに、該物品を移動する際の動作周期（タクトタイム）を短縮させるべく、荷役ロボットを動作制御する制御装置を提供する。

実施形態の制御装置は、物品把持機構とアーム部とを備えた物品の荷役ロボットの動作を制御する。物品把持機構は、物品を吸着する吸着部と、吸着部における物品の吸着圧を測定する圧力センサとを有する。アーム部は、吸着部に吸着された物品を集積領域から所望領域に移動させる。制御装置は、圧力センサが測定した物品の吸着圧の測定値の変動を解析し、解析結果に基づいて吸着部と物品とにより構成される系の固有振動数を算出する制御部を有する。

実施形態の制御装置を備えた荷役装置を垂直方向の上方から示す模式図。 実施形態の荷役装置のブロック図。 実施形態の荷役装置において、初期状態における物品把持機構の態様を概略的に示す図。 実施形態の荷役装置の制御装置における物品移動処理の制御フローの第１図。 実施形態の荷役装置の制御装置における物品移動処理の制御フローの第２図。 実施形態において、物品がある座標から別の座標へ到達するまでの経路を模式的に示す図。 実施形態の荷役装置の物品把持機構において、吸着部および物品により構成される把持系の振動態様を模式的に示す図。 実施形態の荷役装置において、荷役ロボットの動作加速度、物品角度、把持系の真空圧について、それぞれの値の時間変動を示す図。 実施形態の荷役装置の物品把持機構において、図６に示す把持系の振動態様を自由回転軸とねじりばねで構成された振り子系として模式的に捉えた図。 実施形態の荷役装置において、物品の振動と同位相で加減速した場合の把持系の振動制御の態様の一例を示す図。 実施形態の荷役装置において、物品の振動と逆位相で加減速した場合の把持系の振動制御の態様の一例を示す図。 実施形態の荷役装置において、二つの真空圧調整系統を備えた物品把持機構を模式的に示すブロック図。 図１１に示す物品把持機構において、吸着部および物品により構成される把持系の振動態様を模式的に示す図。 実施形態の変形例に係る荷役装置において、荷役ロボットの動作加速度、物品角度、把持系の真空圧について、それぞれの値の時間変動を示す図。

以下、実施形態に係る荷役ロボットの制御装置について、図１から図１３を参照して説明する。荷役ロボットは、例えば集積領域から把持した物品を所望領域まで移動させる装置であり、物品の荷役装置において荷役の実作業を行う。荷役装置は、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り、荷役に必要な各種の処理を行う。物品は、宅配物、小包、郵便物等を含む荷物、各種の部品や製品など、荷役の対象となり得る有形物である。物品は、物品そのものの他、その物品を梱包や包装した状態の有形物を含む。物品の態様（形状、大きさ、重量、材質など）は、一律ではなく多種多様である場合を想定するが、一律であってもよい。物品には、その材質（梱包状態や包装状態を含む）として、形態が自由に変形しない物品（以下、箱物という）と、形態が自由に変形する物品（以下、柔軟物という）の双方が含まれる。荷役には、荷下ろし、荷積み、仕分けなどのような移動を伴う物品に対する各種の作業が含まれる。

箱物は、荷役作業中に自重により変形せず、一定の形態を保つ。例えば、各面が平坦の段ボールなどの梱包容器に収容された箱状の物である。梱包容器は、六面体に限らず、六面体の特定の角や辺が平面とされている多面体も含む。これに対し、柔軟物は、荷役作業中に自重により変形し、形態を変える。例えば、ビニールフィルムや包装紙などで包装された衣類や食品類のように比較的軽量な扁平の物であるが、これらに限定されない。

図１および図２には、本実施形態の荷役装置１を模式的に示す。図１は、荷役装置１を垂直方向の上方から模式的に示す図である。垂直方向は、水平面（一例として物流センタの建屋の床面）と直交する方向である。図２は、荷役装置１のブロック図である。

図１および図２に示すように、荷役装置１は、検出装置２と、荷役ロボット３と、制御装置４とを備える。
検出装置２は、集積領域１１から所望の領域（以下、移動先領域という）１２への物品５の移動を制御するために必要な各種の検出を行い、検出結果（取得データ）を制御装置４に与える。集積領域は、例えば荷下ろしされた各種の物品５が次工程に搬送される前に一時的に集積される領域である。集積領域の物品５は、整然と集積されていてもよいし、ばら積みされていてもよく、一つ一つ単体で載置されていてもよい。移動先領域は、例えば物品５を仕分工程や組立工程などに搬送するための領域である。集積領域１１および移動先領域１２は、例えば箱、ケージ、棚などの物品５を収容する什器、ベルトコンベアやローラコンベア、台車などの搬送装置、仕分けや組み立てなどの作業台である。図１には、集積領域１１として作業台、移動先領域１２としてベルトコンベアのセルを適用した例を示す。

本実施形態において、検出装置２は、検出部２１と解析部２２を有する。
検出部２１は、集積領域１１における物品群５ｓの集積態様を検出する。物品群５ｓは、集積領域１１に集積されている物品５の集合体であるが、集積されている物品５が一つのみである場合も含めて規定される。集積されている物品５が一つのみである場合には、例えば集積された物品５が当初から一つのみである場合のほか、複数の物品５が一つずつ集積領域１１から移動先領域１２に順次移動され、最終的に一つになっている（移動されていない物品５が一つだけ残っている）場合などが含まれる。

物品群５ｓの集積態様は、例えば集積された各物品５の位置、輪郭、大きさ、向き、姿勢、重なり、境界、材質などの態様である。これらの集積態様を検出するべく、本実施形態では、検出部２１としてＲＧＢカメラを適用している。ＲＧＢカメラは、集積領域１１に集積された物品群５ｓのカラー画像を撮像する。したがって、ＲＧＢカメラは、集積領域１１が画角内に収まり、ピントを合わせられる所定位置に配置されている。例えば、集積領域１１を区画するフレームや物流センタの建屋の天井や壁面、あるいは荷役ロボット３、後述する物品把持機構６の本体部６１などの任意の位置に、ＲＧＢカメラは配置可能である。これにより、ＲＧＢカメラは、物品群５ｓの集積態様を色覚的に捉え、鮮明に物品群５ｓの集積態様を把握可能とされている。ただし、検出部２１には、ＲＧＢカメラに代えてもしくは加えて、３Ｄカメラ、複数の２Ｄカメラ、分光カメラ、光学センサなどを適用してもよい。検出部２１は、検出結果、一例としてＲＧＢカメラが撮像した画像のデータを解析部２２に付与する。

解析部２２は、検出部２１の検出結果（一例として画像データ）を解析し、物品群５ｓの集積態様を解析する。具体的には、物品群５ｓの集積態様を示す画像データを解析し、集積された各物品５の位置、輪郭、大きさ、向き、姿勢、重なり、境界、材質などをそれぞれ特定するための情報（解析データ）を出力する。

画像データの解析方法としては、例えばＲＧＢ各色の強さ、色相、彩度、明度などの値を閾値判定し、その境界線（エッジ）がなす形状に基づいて物品５の輪郭や境界を判定する手法などが適用可能である。物品群５ｓにおける物品５の切り分け（後述する選択物品の特定）手法としては、例えばエッジが閉曲線をなす場合、その閉曲線の内部を一つの物品５とする手法などが適用可能である。また、切り分けた物品５の形状、位置、姿勢の解析（判定）手法としては、閉曲線内の画像をデータベース（マスタデータ）内の物品データと照合する手法などが適用可能である。また、例えば検出部２１として３Ｄカメラを適用した場合、取得した点群データを解析することで、物品群５ｓにおける物品５の切り分けと、切り分けた物品５の形状、位置、姿勢を判定することが可能である。

解析部２２は、出力した解析データを制御装置４に付与する。制御装置４は、付与された物品群５ｓの集積態様の解析データに基づいて、物品群５ｓの中から把持する物品５を選択する（詳細は後述）。なお、解析部２２は、検出装置２ではなく、制御装置４の構成要素の一つに含まれていてもよい。

荷役ロボット３は、荷役装置１において物品５を移動させる装置であり、集積領域１１から物品５をピッキングし、移動先領域１２に移動させる。図１に示すように、荷役ロボット３は、基台部３１と、アーム部３２と、ツール（エンドエフェクタなどとも呼ばれる）３３とを備え、アーム部３２が基台部３１に対して変位するいわゆるピッキングロボット（以下、ロボットアーム３という）である。ただし、荷役ロボットは、スカラロボット（水平多関節ロボット）、ＸＹＺステージ、直動アクチュエータ、あるいはこれらとの組み合わせなどとすることも可能であり、物品５の移動範囲に応じた可動範囲を有する荷役ロボットを適用すればよい。

基台部３１は、例えば物流センタの建屋の床面に位置決め固定される。ただし、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、リニアステージや自走台車に載置した構成などとしてもよい。これにより、ロボットアーム３を床面に対して必要に応じ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、複数の関節部で連結されて伸長している。アーム部３２は、関節部によって複数に細分され、各部分が関節部において所定の軸（関節軸）まわりに回動する。これにより、アーム部３２は、基台部３１に対して所望の姿勢とされ、所定範囲内において自由に変位（動作）する。所定範囲（つまり、可動範囲）には、物品５の集積領域１１および物品５の移動先である移動先領域１２が含まれる。したがって、アーム部３２の各部分を軸まわりに任意の角速度や角加速度で回動させることで、アーム部３２を集積領域１１および移動先領域１２に対して変位させることが可能となる。なお、関節部および軸の数は、アーム部３２に要求される動作精度や可動範囲などに応じて任意に設定すればよい。

ツール３３は、アーム部３２の先端（アーム先端部３２ａ）に着脱自在に取り付けられており、物品５を解放可能に把持する物品把持機構６を備える。把持は、例えば吸着、挟持など、物品５の保持態様全般を包含する概念として規定される。本実施形態では一例として、ツール３３は、エアによって物品５の吸着と解放を行う。これにより、ツール３３は、集積領域１１から物品５を物品把持機構６で吸着し、吸着した物品５を移動先領域１２で解放することで、物品５を集積領域１１から移動先領域１２へ移動させることが可能とされている。

図３には、物品把持機構６の概略的な構成を水平方向（一例として物流センタの建屋の床面と平行な方向）から示す。図３は、後述する初期状態における物品把持機構６の態様を概略的に示す図である。

図２および図３に示すように、物品把持機構６は、本体部６１、吸着部６２、真空発生器６３、コンプレッサ６４、電磁弁６５、圧力センサ６６、第１の配管６７、第２の配管６８、および継手６９などを含んで構成される。これにより、ロボットアーム３は、集積領域１１から物品５を物品把持機構６で把持（具体的には吸着部６２で吸着）し、把持した物品５を移動先領域１２で解放することで、物品５を集積領域１１から移動先領域１２へ移動させることが可能とされている。

本体部６１は、アーム先端部３２ａに取り付けられ、物品把持機構６の各構成部材を支持する。本体部６１の形態は、アーム部３２の動作に支障がなければ特に限定されず、箱体や枠体などであればよい。本体部６１は、物品把持機構６の各構成部材を支持可能な剛性を有する金属製であればよいが、必要な剛性を有していれば樹脂製などでも構わない。

吸着部（以下、吸着パッドという）６２は、容易に変形可能な素材、例えばシリコーンやポリ塩化ビニルなどの低硬度のゴム素材で形成されている。一例として、吸着パッド６２の剛性は、箱物よりも低く、柔軟物よりも高ければよいが、柔軟物より低くてもよい。吸着パッド６２は、例えば筒体６２ａとリップ６２ｂを含んで構成され、リップ６２ｂで物品５を吸着させて把持する。物品５が把持された状態では、筒体６２ａとリップ６２ｂと物品５の被吸着面とにより外部から閉ざされる系（端的には吸着パッド６２の内部）の内圧が低下した状態とされている。物品５の被吸着面は、吸着パッド６２に物品５を吸着させる際、リップ６２ｂが物品５に接触する面である。

吸着パッド６２の形態は、特に限定されない。例えば、筒体６２ａは、蛇腹構造（段数は問わない）の変態部を有する形態とすることが可能である。リップ６２ｂは、平坦状の形態、柔軟物の吸着性を高めるリブを設けた形態、吸着面をスポンジとした形態などとすることが可能である。筒体６２ａおよびリップ６２ｂの外径寸法や筒軸方向の寸法（高さ）なども特に限定されない。

また、吸着パッド６２の数も、特に限定されない。本実施形態では一例として、吸着パッド６２が一つである場合を想定するが、複数であっても構わない。複数の吸着パッド６２は、これらと同数もしくはそれよりも少数の後述する真空圧調整系統に接続される。例えば、真空圧調整系統が二系統である場合、半数の吸着パッド６２が一の真空圧調整系統に接続され、残り半数の吸着パッド６２が他の真空圧調整系統に接続される構成であってもよい。

真空発生器６３は、吸着パッド６２の内部を負圧もしくは大気開放（真空破壊）する。真空発生器６３は、例えばエジェクタであり、圧縮空気が供給されることで真空を発生させる。これに代えて、真空発生器６３は、真空ポンプや真空ブロアなどであってもよい。コンプレッサ６４は、圧縮空気を真空発生器６３に供給する。コンプレッサ６４は、第１の配管６７、電磁弁６５を介して真空発生器６３に接続されている。第１の配管６７は、継手６９で中継されてコンプレッサ６４と真空発生器６３とを接続している。継手６９は、本体部６１の外部と内部との間で第１の配管６７を中継する。真空発生器６３は、第２の配管６８を介して吸着パッド６２に接続されている。第１の配管６７および第２の配管６８は、例えばゴム製のチューブ、樹脂製あるいは金属製の配管部材などである。これらの配管経路は特に限定されず、任意に配管可能である。

電磁弁６５は、開閉することでコンプレッサ６４から真空発生器６３への圧縮空気の供給状態と供給停止状態とを切り換える。具体的には、電磁弁６５が開いた状態では、コンプレッサ６４から第１の配管６７を介して真空発生器６３に圧縮空気が供給される。これにより、真空発生器６３が第２の配管６８を介して吸着パッド６２を真空引きし、第２の配管６８および吸着パッド６２の内部が負圧とされる。一方、電磁弁６５が閉じた状態では、コンプレッサ６４から真空発生器６３への圧縮空気の供給が停止する。これにより、真空発生器６３が吸着パッド６２を真空破壊し、第２の配管６８および吸着パッド６２の内部が大気開放される。本実施形態では一例として、電磁弁６５の開閉制御は、制御装置４が行う。なお、電磁弁６５は、物品把持機構６ではなく、ロボットアーム３の配管構造の一部として構成されていてもよい。

また、電磁弁６５の切り換えは、上述したような開閉の二つの状態に限定されない。電磁弁６５は、例えば真空発生器６３への圧縮空気の供給状態、第２の配管６８への圧縮空気の直接供給状態、これらの圧縮空気の供給停止状態の三つの状態に切り換え可能であってもよい。これにより、物品５を解放する際に、吸着パッド６２をより高速に真空破壊させることができる。このような三つの状態への切り換えは、三位置電磁弁を用いてもよいし、複数の二位置電磁弁を組み合わせて実現してもよい。

圧力センサ６６は、第２の配管６８に接続され、吸着パッド６２の内部の圧力（内圧）を測定し、測定値を出力する。吸着パッド６２の内圧の測定値（内圧値）は、吸着パッド６２で物品５を吸着する際の吸着圧であり、リップ６２ｂが適切に物品５に密着しているか否かを示す指標（真空圧値）となる。圧力センサ６６が出力した内圧値は、制御装置４に与えられる。制御装置４は、付与された吸着パッド６２の内圧値に基づいて、リップ６２ｂが適切に物品５に密着しているか否かを判定する（詳細は後述）。

本実施形態では、コンプレッサ６４から吸着パッド６２に至る配管系統が一系統である場合を想定する。かかる配管系統は、物品把持機構６において物品５を吸着するための吸着圧（真空圧）の調整系統（吸着圧調整系統）、つまり吸着パッド６２の内圧の調整系統（以下、真空圧調整系統という）である。ただし、真空圧調整系統は、複数であってもよい。この場合、電磁弁６５は、コンプレッサ６４から真空発生器６３への圧縮空気の供給状態と供給停止状態とを真空圧調整系統ごとに切り換える。圧力センサ６６は、真空圧調整系統ごとに吸着パッド６２の内圧を測定し、測定値を出力する。各真空圧調整系統における吸着パッド６２の数は、特に限定されず、一つであってもよいし複数であってもよい。このような複数系統の実施形態については後述する。

なお、圧力センサ６６に代えてもしくは加えて、第１の配管６７内の圧縮空気の流量を測定する流量センサを第１の配管６７に接続してもよい。流量センサを用いることで、圧力センサ６６と比べて測定の応答性を高めることができる。また、これらに代えてもしくは加えて、物品把持機構６は対象物までの距離を測定可能な光学センサを含んでいてもよい。例えば、吸着パッド６２が物品５を吸着する方向（吸着パッド６２の軸芯方向）へ向け、本体部６１に光学センサを配置し、かかる方向の物品５との離間距離を光学センサで測定してもよい。これにより、光学センサで測定された物品５との離間距離に基づいてリップ６２ｂが適切に物品５に密着しているか否かの判定を補足できる。例えば、測定された離間距離が通常形状の吸着パッド６２の軸芯方向の長さ以下であれば、リップ６２ｂが適切に物品５に密着していると判定可能である。また、真空発生器６３、電磁弁６５、圧力センサ６６は、本体部６１に収容されていなくともよく、例えば本体部６１の外側、ロボットアーム３の基台部３１、ロボットアーム３を囲む防護柵などに配置されていてもよい。

図２に示すように、制御装置４は、検出装置２、ロボットアーム３、物品把持機構６の動作を制御し、荷役装置１の運転管理を行う。制御装置４は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置（不揮発メモリ）、入出力回路、タイマなどを含み、所定の演算処理を実行する。例えば、制御装置４は、各種データを入出力回路により読み込み、記憶装置からメモリに読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算処理し、処理結果に基づいて検出装置２、ロボットアーム３、物品把持機構６の動作制御を行う。制御装置４は、検出装置２、ロボットアーム３、および物品把持機構６と有線もしくは無線で接続され、動作制御にあたって、これらとの間で各種データや演算結果などを送受信している。

制御装置４は、検出装置２、ロボットアーム３、物品把持機構６を具体的な動作内容に従って制御するための制御部４１を備える。制御部４１は、例えば記憶装置に格納されてＣＰＵで実行可能なプログラムであればよいが、制御基板に組み込まれたファームウェア、あるいはこれらの組み合わせなどであってもよい。本実施形態において、制御部４１は、計画部４１１と、動作制御部４１２とを有する。ただし、制御部４１は、以下に説明するような計画部４１１および動作制御部４１２がそれぞれ実現する機能をまとめて実現する一つのプログラムなどであってもよい。

計画部４１１は、検出装置２を動作制御して物品５の集積態様を検出させ、その検出結果の解析データに基づいてロボットアーム３の動作計画を策定する。また、計画部４１１は、ロボットアーム３の動作計画に基づいて、物品把持機構６（真空発生器６３、コンプレッサ６４、電磁弁６５、圧力センサ６６）の動作計画を策定する。計画部４１１は、策定したこれらの動作計画の情報（動作指令）を動作制御部４１２に付与する。

動作制御部４１２は、付与された動作指令に基づいて、ロボットアーム３、物品把持機構６の動作を制御する。具体的には、動作制御部４１２は、ロボットアーム３の動作指令に基づいてロボットアーム３を動作させ、物品５を集積領域１１から移動先領域１２に移動させる。また、動作制御部４１２は、物品把持機構６の動作指令に基づいて、真空発生器６３、コンプレッサ６４、電磁弁６５、圧力センサ６６を動作制御するとともに、圧力センサ６６が測定した吸着パッド６２の内圧値に応じてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいて吸着パッド６２に物品５を把持（吸着）させる。

なお、本実施形態では一例として、計画部４１１はロボットアーム３および物品把持機構６の動作計画を策定しているが、制御装置４はこれらの動作計画を個別に策定する複数の計画部を有していてもよい。また、動作制御部４１２は、ロボットアーム３および物品把持機構６の動作を制御しているが、制御装置４はこれらの動作を個別に制御する複数の制御部を有していてもよい。あるいは、計画部４１１の機能を果たす制御装置と、動作制御部４１２の機能を果たす制御装置とを物理的に分離させてもよい。

このような構成をなす荷役装置１の動作、具体的には物品５を集積領域１１から移動先領域１２に移動させる処理（以下、物品移動処理という）について、検出装置２、ロボットアーム３、および物品把持機構６に対する制御装置４の制御フローに従って説明する。図４Ａおよび図４Ｂには、物品移動処理における検出装置２、ロボットアーム３、および物品把持機構６に対する制御装置４の制御フローを示す。

物品移動処理を開始する場合、ロボットアーム３および物品把持機構６は、それぞれ初期状態とされている。ロボットアーム３の初期状態は、アーム部３２が基準位置に位置付けられた状態である。基準位置は、例えば集積領域１１および移動先領域１２のいずれともアーム部３２が干渉しない位置である。物品把持機構６の初期状態は、吸着パッド６２の内部が大気開放（真空破壊）された状態である。このため、初期状態では、電磁弁６５が閉じているとともに、真空発生器６３およびコンプレッサ６４は、いずれも停止している。

物品５を集積領域１１から移動先領域１２に移動させるにあたって、制御装置４は、集積領域１１における物品群５ｓの集積態様を検出装置２に検出させる（Ｓ１０１）。具体的には、計画部４１１に動作制御されて、検出部２１（一例としてＲＧＢカメラ）は、集積領域１１における物品群５ｓの集積態様を示す画像を撮像する。検出部２１は、検出結果（撮像した画像のデータ）を解析部２２に付与する。撮像画像の枚数は任意であり、一枚であってもよいし、焦点距離や画角を適宜変更した複数枚であってもよい。

解析部２２は、検出部２１から付与された検出結果（画像データ）を解析する（Ｓ１０２）。解析により、解析部２２は、集積領域１１に集積された物品群５ｓの各物品５の位置、輪郭、大きさ、向き、姿勢、重なり、境界、材質などの態様をそれぞれ特定するための情報（解析データ）を出力し、計画部４１１に付与する。

計画部４１１は、付与された解析データに基づいて、物品存否条件を判定する（Ｓ１０３）。物品存否条件は、集積領域１１に物品５が集積されているか否かを判定するための条件である。例えば、解析データとして、物品５の態様を具体的に示す何らかのデータが付与されている場合、計画部４１１は、集積領域１１には少なくとも一つ以上の物品５が存在しており、物品存否条件が成立すると判定する。これに対し、解析データとして、物品５の態様を具体的に示す何らのデータも付与されていない場合、計画部４１１は、集積領域１１には、物品５が存在しておらず、物品存否条件が成立しないと判定する。この場合、計画部４１１には、例えば集積領域１１である作業台などの画像の解析データのみが付与されている。

物品存否条件が成立しない場合、計画部４１１は、ロボットアーム３および物品把持機構６の動作計画を策定することなく、物品移動処理を終了する。
一方、物品存否条件が成立する場合、計画部４１１は、集積領域１１から移動させる物品５（以下、選択物品という）を物品群５ｓの中から選択する（Ｓ１０４）。計画部４１１は、解析データに対応する所定の選択基準に基づいて物品群５ｓの中から選択物品を特定する。選択基準は、例えば物品群５ｓにおける高さ位置、ロボットアーム３からの距離、他の物品５との隙間、集積領域１１における位置、物品５の材質（梱包状態や包装状態を含む）などである。具体的には、物品群５ｓの中で最も高い位置にあるもの、ロボットアーム３から最も近い位置にあるもの、他の物品５から最も離れているもの、集積領域１１の中央付近にあるもの、把持（吸着）しやすい物品５として予め規定された材質を有するものなどを、計画部４１１は選択物品として特定する。あるいは、これらを複合的な選択基準として、計画部４１１は選択物品を特定してもよい。また、計画部４１１は、解析データに基づいて選択物品の位置、輪郭、大きさ、向き、姿勢、重なり、境界、材質（梱包状態や包装状態を含む）などの属性情報（属性データ）をそれぞれ特定する。

選択物品を特定すると、計画部４１１は、選択物品の目標把持位置を設定する（Ｓ１０５）。目標把持位置は、吸着パッド６２で選択物品を吸着させる際、吸着パッド６２が選択物品を安定して吸着可能な位置であり、選択物品上でリップ６２ｂを接触させる位置である。例えば、選択物品上における軸芯Ａとの交点（仮想点）が目標把持位置に当たる。具体的には、吸着パッド６２の軸芯Ａを選択物品の重心を通るように位置付けたとき、該軸芯Ａと選択物品の表面との交点が目標把持位置として設定される。目標把持位置が設定される選択物品の表面（被吸着面）は、水平面（一例として物流センタの建屋の床面）と平行であればよいが、これに限らず、水平面に垂直な面や斜めの面なども含む。このため、選択物品は、集積態様にかかわらず、鉛直上方、水平方向、それ以外の方向のいずれからでも吸着パッド６２で吸着され得る。したがって、集積態様に応じた最適な方向から吸着パッド６２で選択物品が吸着可能とされている。

目標把持位置を設定すると、計画部４１１は、ロボットアーム３および物品把持機構６の把持動作計画を策定する。ロボットアーム３の把持動作計画の策定にあたって、計画部４１１は、把持経路存否条件を判定する（Ｓ１０６）。把持経路存否条件は、吸着パッド６２の把持基準位置が目標把持位置と一致するように現在位置（一例として、基準位置）からアーム部３２を動作させる経路が存在するか否かを判定するための条件である。

ここで、経路について説明する。図５には、物品Ｐがある座標から別の座標へ到達するまでの経路を模式的に示す。図５に示すように、経路は、ある座標から別の座標まで、経由する点（以下、経由点という）ＷＰ１～ＷＰ５の間を順につないだデカルト座標系（直交座標系）における軌跡である。図５に示す例では、経由点ＷＰ１が経路の始点、経由点ＷＰ５が経路の終点であり、経由点ＷＰ２，ＷＰ３，ＷＰ４が経路の各中間点である。例えば、図５に実線で示す軌跡が経路に相当し、経路は障害物Ｍ１を適宜避けるように設定される。経路は、このように障害物Ｍ１を避けるなど所定のルールに基づいて経由点を設定することで、自動生成すればよい。あるいは、予め定義された一部またはすべての経由点を辿るように生成されてもよいし、経由点をランダム探索するようなアルゴリズムによって経路が生成されてもよい。把持経路は、基準位置から目標把持位置までロボットアーム３を動作させるべく、経由点間をつないだ軌跡として規定される。

把持経路存否条件は、基準位置から目標把持位置に到達するまで、経由点を設定できるか否かによって判定される。経由点の設定可否は、例えば想定される把持経路上をアーム部３２が動作した場合、支障となる別の物品５や他の障害物が存在するか否か、支障となる別の物品５などを回避可能か否かなどに応じて判定される。基準位置から目標把持位置に到達するまでの経路点を設定できる場合、つまり把持経路が確保できる場合、計画部４１１は把持経路存否条件が成立すると判定する。これに対し、基準位置から目標把持位置に到達するまでの経由点を設定できない場合、つまり把持経路が確保できない場合、計画部４１１は把持経路存否条件が成立しないと判定する。

把持経路存否条件が成立しない場合、計画部４１１は、選択物品の選択を再び行う（Ｓ１０４）。この場合、計画部４１１は、一旦特定した選択物品以外の物品５の中から別の選択物品を特定する。
一方、把持経路存否条件が成立する場合、計画部４１１は、確保可能な把持経路に基づいてロボットアーム３の把持動作計画を策定し、ロボットアーム３の把持動作計画に基づいて物品把持機構６の把持動作計画を策定する（Ｓ１０７）。また、計画部４１１は、策定したこれらの把持動作計画の情報（動作指令）を動作制御部４１２に付与する。把持動作計画は、物品５を把持するための動作計画である。

ロボットアーム３の把持動作計画は、確保された把持経路上の隣り合う経由点間を、アーム部３２の関節部の動作負荷ができるだけ小さくなる（動作負荷を最小限にとどめる）ように順につないだ軌跡（軌道）を設定することである。例えば、図５に実線で示す軌跡や破線で示す軌跡が軌道に相当する。すなわち、軌道は、経路と一致する場合もあれば異なる場合もある。かかる軌道は、逆運動学に基づいてアーム部３２の関節座標系で設定される。把持動作計画では、基準位置から目標把持位置までの軌道（以下、把持軌道という）が設定される。

ロボットアーム３および物品把持機構６の把持動作計画が付与されると、動作制御部４１２は、これらの把持動作計画に基づいて、ロボットアーム３および物品把持機構６を動作制御する。ここでは、動作制御部４１２は吸着パッド６２の内圧を負圧とする（Ｓ１０８）。吸着パッド６２の内圧を負圧とするにあたって、動作制御部４１２は、電磁弁６５を開くとともに、コンプレッサ６４、真空発生器６３、および圧力センサを作動させる。これにより、動作制御部４１２は、コンプレッサ６４から真空発生器６３に圧縮空気を供給させ、吸着パッド６２の内部を真空引きして負圧にさせる。その際、圧力センサ６６は、吸着パッド６２の内圧を測定し、測定値を動作制御部４１２に付与する。

吸着パッド６２の内圧が負圧とされた状態で、動作制御部４１２は、アーム部３２を動作させて吸着パッド６２に選択物品を把持（吸着）させる。以下、このようなアーム部３２の動作を把持動作という。

把持動作において、動作制御部４１２は、計画部４１１が策定した把持動作計画に従って、目標把持位置へ向けてアーム部３２を把持軌道に沿って動作させる（Ｓ１０９）。その間、動作制御部４１２は、例えば吸着パッド６２を選択物品の上方まで位置付けた後、リップ６２ｂを選択物品に向けさせる。続けて、動作制御部４１２は、吸着パッド６２の把持基準位置が目標把持位置と重なるようにアーム部３２を下降させる。

次いで、動作制御部４１２は、把持適否条件を判定する（Ｓ１１０）。把持適否条件は、吸着パッド６２で選択物品が適切に把持されているか否かを判定するための条件である。把持適否条件の判定にあたって、動作制御部４１２は、圧力センサ６６から付与された吸着パッド６２の内圧値を所定の閾値（以下、把持適正値という）と比較する。把持適正値は、例えば選択物品の大きさや重量、周囲環境などに応じて設定されており、記憶装置に保持され、把持適否条件の判定時にパラメータとしてメモリに読み出される。特に限定されないが、把持適正値の目安は、ゲージ圧が－２０ｋＰａから－４０ｋＰａ程度の範囲内の値であればよい。また、把持適正値は、一定値であっても、選択物品の大きさや重量に応じて設定された変動値であってもよい。

本実施形態では一例として、内圧値が把持適正値以下である（吸着パッド６２内が高真空状態である）場合、動作制御部４１２は、吸着パッド６２で選択物品が適切に把持されており、把持適否条件が成立すると判定する。把持適否条件が成立する場合、アーム部３２が把持軌道に沿って動作して、吸着パッド６２の把持基準位置が目標把持位置とほぼ一致した状態となっている。この状態は、後述する目標把持位置到達条件が成立した状態であり、この状態で把持適否条件が成立していれば、把持動作は適正に完了する。これに対し、内圧値が把持適正値を超えている（吸着パッド６２内が低真空状態である）場合、動作制御部４１２は、吸着パッド６２で選択物品が適切に把持されておらず、把持適否条件が成立しないと判定する。ただし、内圧値が把持適正値である場合における把持適否条件の成否は、上記とは逆であってもよい。

把持適否条件が成立しない場合、動作制御部４１２は、目標把持位置到達条件を判定する（Ｓ１１１）。目標把持位置到達条件は、アーム部３２が把持軌道に沿って動作して、吸着パッド６２の把持基準位置が目標把持位置とほぼ一致しているか否かを判定するための条件である。目標把持位置到達条件の判定にあたって、動作制御部４１２は、アーム部３２に動作経過に基づいて把持基準位置の現在位置を取得する。現在位置が目標把持位置と一致していれば、動作制御部４１２は、把持基準位置が目標把持位置に達したとして、目標把持位置到達条件が成立すると判定する。例えば、アーム部３２が把持動作計画の最終軌道の最終経由点まで動作していれば、把持基準位置の現在位置は目標把持位置と一致している。これに対し、現在位置が目標把持位置と一致していなければ、動作制御部４１２は、目標把持位置到達条件が成立しないと判定する。

目標把持位置到達条件が成立する場合、把持基準位置が目標把持位置に達しているにも関わらず、吸着パッド６２で選択物品が適切に把持されていない状態（エラー状態）となっている。したがって、動作制御部４１２は、物品移動処理を最初からやり直すべく、集積領域１１における物品群５ｓの集積態様を検出装置２に検出させる（Ｓ１０１）。以降、所定の処理がＳ１０２から順次実行される。なおこの場合、動作制御部４１２は、物品移動処理をやり直すのではなく、エラー状態であるとして処理を終了させてもよい。その際、動作制御部４１２は、所定の異常処理を実行してもよい。例えば、警告灯の点灯（点滅）、警告音の鳴動、警告メッセージの表示などを行うことで、把持動作時に生じたエラー状態の周知徹底を図ることが可能となる。

一方、目標把持位置到達条件が成立しない場合、吸着パッド６２の把持基準位置が目標把持位置まで達しておらず、吸着パッド６２で選択物品がまだ把持されていない状態となっている。すなわち、この状態では把持動作がまだ完了していない。したがって、動作制御部４１２は、アーム部３２の把持動作を継続させるべく、目標把持位置へ向けてアーム部３２を把持軌道に沿ってさらに動作させる（Ｓ１０９）。

Ｓ１１０において把持適否条件が成立する場合、計画部４１１は、把持動作が適正に完了したものとして、選択物品の目標解放位置を設定する（Ｓ１１２）。目標解放位置は、吸着パッド６２に把持された選択物品を解放する際、吸着パッド６２から選択物品を適切に解放可能な位置であり、例えば移動先領域１２の載置面の鉛直上方の任意の位置である。目標解放位置は、一定位置であっても、選択物品の大きさや重量に応じて設定された変動位置であってもよい。また、目標解放位置は、選択物品の荷下ろし、荷積み、箱詰めなどの目的に応じて任意のアルゴリズムによって設定可能である。

目標解放位置を設定すると、計画部４１１は、ロボットアーム３および物品把持機構６の解放動作計画を策定する。ロボットアーム３の解放動作計画の策定にあたって、計画部４１１は、解放経路存否条件を判定する（Ｓ１１３）。解放経路存否条件は、吸着パッド６２の把持基準位置が目標解放位置と一致するように現在位置（一例として、目標把持位置）からアーム部３２を動作させる経路が存在するか否かを判定するための条件である。

解放経路存否条件は、目標把持位置から目標解放位置に到達するまで、経由点を設定できるか否かによって判定される。経由点の設定可否は、例えば想定される解放経路上をアーム部３２が動作した場合、支障となる別の物品５や他の障害物が存在するか否か、支障となる別の物品５などを回避可能か否かなどに応じて判定される。目標把持位置から目標解放位置に到達するまでの経路点を設定できる場合、つまり解放経路が確保できる場合、計画部４１１は解放経路存否条件が成立すると判定する。これに対し、目標把持位置から目標解放位置に到達するまでの経由点を設定できない場合、つまり解放経路が確保できない場合、計画部４１１は解放経路存否条件が成立しないと判定する。

解放経路存否条件が成立しない場合、計画部４１１は、目標解放位置の設定をやり直す（Ｓ１１２）。この場合、計画部４１１は、例えば一旦設定した目標解放位置とは異なる別の位置に目標解放位置を設定する。

解放経路存否条件が成立する場合、計画部４１１は、確保可能な解放経路に基づいてロボットアーム３の解放動作計画を策定し、ロボットアーム３の解放動作計画に基づいて物品把持機構６の解放動作計画を策定する（Ｓ１１４）。解放経路は、目標把持位置から目標解放位置までロボットアーム３を動作させるべく、経由点間をつないだ軌跡として規定される。また、計画部４１１は、策定したこれらの解放動作計画の情報（動作指令）を動作制御部４１２に付与する。

ロボットアーム３の解放動作計画は、確保された解放経路上の隣り合う経由点間を、アーム部３２の関節部の動作負荷ができるだけ小さくなる（動作負荷を最小限にとどめる）ように順につないだ軌跡（以下、解放軌道という）を設定することである。解放軌道は、逆運動学に基づいてアーム部３２の関節座標系で設定され、経路と一致する場合もあれば異なる場合もあることは、把持動作計画と同様である。解放動作計画では、目標把持位置から目標解放位置までの解放軌道が設定される。本実施形態では、目標解放位置（リリース点）も含めた経由点が０～ｎまでｎ＋１個ある場合、ｉ－１番目の経由点からｉ番目の経由点までをつなぐ解放軌道を軌道ｉとして規定する。この場合、目標把持位置を０番目の経由点として捉え、ｉは１からｎのいずれかの値（自然数）である。

ロボットアーム３および物品把持機構６の解放動作計画が付与されると、動作制御部４１２は、これらの解放動作計画に基づいて、ロボットアーム３および物品把持機構６を動作制御する。ただし、本実施形態では、ロボットアーム３および物品把持機構６の動作制御に際して、解放動作計画（具体的には解放軌道）が適宜修正される。

本実施形態においては、吸着パッド６２と選択物品により構成される系（以下、把持系という）の固有振動数ωに基づいて、解放動作計画を適宜修正する。解放動作計画の修正、具体的には解放軌道の修正について説明する前に、把持系における振動と真空圧との関係について説明する。図６および図７には、これらの関係を示す。図６は、物品把持機構６における吸着パッド６２および物品Ｐ（選択物品）により構成される把持系Ｘの振動態様を模式的に示す図である。図６に示す例では、物品Ｐは、直方体状の荷物（内容物）Ｐｂがビニールフィルム等Ｐｗで包装された柔軟物である。把持系Ｘの振動態様は、水平面（一例として物流センタの建屋の床面）に対する物品Ｐの傾きθ（物品角度）の変化で示される。図７は、物品把持機構６とともに動作制御されるロボットアーム３（具体的にはアーム部３２）の動作加速度（実線Ｌ１）、物品角度（破線Ｌ２）、把持系Ｘの真空圧（一点鎖線Ｌ３）について、それぞれの値の時間変動を示す図である。把持系Ｘの真空圧は、例えば吸着パッド６２の内圧として圧力センサ６６により測定される。

図７に示すような動作加速度、つまり一旦加速した後、一定速度（停止含む）でアーム部３２が動作制御された場合、図６に示すような態様で把持系Ｘが振動する。この場合、柔軟物である物品Ｐは、自重によってビニールフィルム等Ｐｗが引っ張られた状態となり、振り子と同様に扱うことが可能となる。すなわち、図８に示すような自由回転軸ＡｘとねじりばねＳｐで構成された振り子系Ｙとして捉えることができる。

このような振り子系Ｙにおいて、例えば振り子に相当する物品Ｐの自重が大きく、かつねじりばねＳｐが引っ張られる長さ（ねじりばねＳｐの余長）が大きい状態は、振り子系Ｙの固有振動数が低い状態に相当する。換言すれば、図６に示すような把持系Ｘにおいて、例えば物品Ｐの荷物Ｐｂの自重が大きく、かつビニールフィルム等Ｐｗが大きく引っ張られた状態は、固有振動数ωが低い状態として捉えられる。このため、把持系Ｘの固有振動数ωが低いほど、把持系Ｘにおける物品Ｐの把持力が不安定となり、把持系Ｘが振動しやすくなる。したがって、把持系Ｘの固有振動数ωを知ることができれば、ロボットアーム３の動作加速度、具体的にはアーム部３２の動作時における加速度もしくは減速度によって、把持系Ｘの振動、端的には把持された物品Ｐの振動を適切に制御可能となる。

図６に示す態様で把持系Ｘが振動する場合、図７に示すように、把持系Ｘにおいて、振動態様を示す物品角度と真空圧の時間変動とは所定の相関を有している。すなわち、物品角度周期（振動周期）Ｔ１での波形の振幅と、真空圧揺動周期Ｔ２での波形の振幅とはほぼ連動している。具体的には、把持系Ｘにおける物品角度周期（振動周期）Ｔ１は、真空圧揺動周期Ｔ２のほぼ２倍となっており、振動周期Ｔ１での波形の振幅が大きくなると、真空圧揺動周期Ｔ２での波形の振幅も大きくなる。この時、把持系Ｘの真空圧が低下、つまり吸着パッド６２の内圧が上昇する。これは、物品Ｐの傾きθ（物品角度）が増大するたびに、位置Ｐ１と位置Ｐ２から少しずつ隙間が生じて外気が流入し、真空圧が低下していく（低真空状態となる）ためである。位置Ｐ１，Ｐ２は、吸着パッド６２のリップ６２ｂの所定位置である。位置Ｐ１は、図６の矢印３Ａで示すアーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）の奥側（下流側）の位置であり、位置Ｐ２は、手前側（上流側）の位置である。

なお、図６に示す例では、吸着パッド６２に物品Ｐが一つだけ把持されている態様を示しており、本実施形態でも一例として、吸着パッド６２に物品５（選択物品）が一つだけ把持される場合を想定する。この場合、把持系Ｘの固有振動数ωは、ω＝１／Ｔ１≒１／（２×Ｔ２）で近似される。すなわち、把持系の固有振動数は、真空圧揺動の周波数、つまり吸着パッド６２における物品５の吸着圧の変動周波数の半分（１／２）程度の値となる。ただし、複数の物品５が同時に把持される場合も想定可能である。例えばこれら複数の物品５が同一の固有振動数を有する場合には、これらの物品５を含む把持系の物品角度と真空圧の時間変動は、図７に示すような相関があるものとして捉えることが可能である。一方、これら複数の物品５が異なる固有振動数を有する場合には、これらの固有振動数を避けて解放動作計画が修正される。

これを踏まえ、計画部４１１は、把持系の固有振動数ωが既知であるか否かを判定する（Ｓ１１５）。
計画部４１１は、例えば記憶装置に格納されたデータベース（テーブル）に把持系の固有振動数ωの値が記録されたレコードが存在していれば、固有振動数ωが既知であると判定する。これに対し、かかるレコードが存在していなければ、計画部４１１は、固有振動数ωが既知ではない、つまり未知であると判定する。

把持系の固有振動数ωが既知である場合、計画部４１１は、固有振動数ωに基づいて解放軌道を修正し、解放動作計画を再び策定する（Ｓ１１６）。計画部４１１は、再策定した解放動作計画の情報（動作指令）を動作制御部４１２に付与する。これにより、動作制御部４１２は、把持系の振動制御を行う。振動制御は、吸着パッド６２で選択物品を把持した状態でアーム部３２を動作させた場合に、選択物品を含む把持系に慣性力によって生ずる振動（揺動）を抑制するための制御であり、任意の公知技術を適用して行うことができる。例えば、把持系の固有振動数ωと選択物品（把持された物品）の振動位相を用いてロボットアーム３（具体的にはアーム部３２）の加減速を行えばよい。

図９および図１０には、このような制振制御の態様を示す。図９は、物品の振動周期と同位相で加減速した場合の振動制御の態様の一例を示す図である。図１０は、物品の振動周期と逆位相で加減速した場合の振動制御の態様の一例を示す図である。図９および図１０において、実線Ｌ１はロボットアーム３（具体的にはアーム部３２）の動作加速度、破線Ｌ２は物品角度、一点鎖線Ｌ３は把持系の真空圧、二点鎖線Ｌ４はロボットアーム３（具体的にはアーム部３２）の速度の時間変動をそれぞれ示す。図９に示す振動制御の態様では、加減速時に物品の振動が助長されて物品の角度変化が増大する。この結果、把持系の真空圧が低下し、物品が吸着パッド６２から脱落（落下）してしまうおそれがある。これに対し、図１０に示す振動制御の態様では、物品の振動周期と逆位相でアーム部３２を加減速することで、減速時に物品の振動を相殺することができる。この結果、把持系の真空圧を低下させずに高圧の状態に維持され、物品の吸着パッド６２からの脱落（落下）を抑制できる。したがって、本実施形態では、振動制御として物品（選択物品）の振動周期と逆位相でアーム部３２を加減速することで、加減速時における物品の振動抑制を図っている。

その他の振動制御の方法として、例えばロボットアーム３のアーム部３２の各関節軸を駆動するサーボモータに対して、固有振動数ωを避けるような帯域制御（特定周期での制御を避ける制御）を設定してもよい。また例えば、クレーン制御などに適用されるノッチ制御を振動制御として適用してもよい。

解放動作計画が再策定されると、動作制御部４１２は、再策定された解放動作計画に従って、目標解放位置へ向けてアーム部３２を修正された解放軌道に沿って動作させる（Ｓ１１７）。これにより、アーム部３２は、次の解放軌道に遷移する。例えば、遷移前がｉ－１番目の経由点からｉ番目の経由点までをつなぐ軌道ｉであれば、アーム部３２は、ｉ番目の経由点からｉ＋１番目の経由点までをつなぐ軌道ｉ＋１に遷移する。

一方、Ｓ１１５において、固有振動数ωが既知ではない場合、動作制御部４１２は、圧力センサ６６に吸着パッド６２の内圧値の測定を開始させる（Ｓ１１８）。ここでは、固有振動数ωが既知ではないため、把持系の真空圧に基づいて固有振動数ωを算出するべく、現時点における吸着パッド６２の内圧値を圧力センサ６６が測定し始める。

例えば、初めて把持された選択物品を目標解放位置まで移動させる場合には、該選択物品を含む把持系の固有振動数ωは既知ではないことが想定される。なお、本実施形態では、物品移動処理の開始時には把持系の固有振動数ωが既知ではないものとして、Ｓ１１４において解放動作計画が策定されている。例えば、把持系の固有振動数（以下、想定固有振動数ω０という）が予め想定できる場合、想定固有振動数ω０の値を物品の属性情報の一つとして、その他の属性情報と紐付けて記憶装置などにテーブル化しておいてもよい。解放動作計画の策定時（Ｓ１１４）、計画部４１１は、テーブルから選択物品の属性情報を照会し、該選択物品を含む把持系の想定固有振動数ω０の値をレコードから読み出す。これにより、計画部４１１は、想定固有振動数ω０に基づいて、例えば想定固有振動数ω０を避けて解放動作計画を策定可能となる。

次いで、動作制御部４１２は、解放動作計画に従って、目標解放位置へ向けてアーム部３２を解放軌道に沿って動作させる（Ｓ１１９）。ここでの解放動作計画は、Ｓ１１４で策定された解放動作計画であり、Ｓ１１６で再策定される前の解放動作計画である。したがって、かかる解放動作計画における解放軌道は、Ｓ１１４で設定された軌道であり、Ｓ１１６で修正される前の軌道である。これにより、アーム部３２は、次の解放軌道に遷移し、該解放軌道に沿って動作する。解放軌道の遷移態様については、Ｓ１１７と同様である。なお、最初の解放軌道は、目標把持位置（０番目の経由点）から１番目の経由点までをつなぐ軌道１であり、アーム部３２は、まず軌道１に沿って動作する。

続けて、動作制御部４１２は、圧力センサ６６に吸着パッド６２の内圧値の測定を終了させる（Ｓ１２０）。これにより、圧力センサ６６は、アーム部３２が所定の解放軌道（例えば、軌道ｉ）に沿って動作している間もしくは直後の吸着パッド６２の内圧値を測定し、測定値を計画部４１１に付与する。ここでの測定値は、測定開始から測定終了までの時系列のデータ（内圧データ）である。

吸着パッド６２の内圧データが付与されると、計画部４１１は、その内圧データを周波数解析する（Ｓ１２１）。ここでは、把持系の固有振動数を算出するべく、計画部４１１は選択物品の吸着圧の測定値（具体的には周波数）の変動を解析する。周波数解析は、任意の方法で行うことが可能である。例えば、時系列の内圧データをフーリエ変換することで周波数解析すればよい。

なお、本実施形態では、周波数解析にあたって、アーム部３２が所定の解放軌道に沿って動作している間もしくは直後の吸着パッド６２の内圧値を測定しているが（Ｓ１１８，Ｓ１２０）、測定タイミングはこれに限定されない。例えば、アーム部３２が所定の解放軌道に沿って動作した直後に吸着パッド６２の内圧値を測定し、該測定値（内圧データ）を周波数解析してもよい。あるいは、アーム部３２が所定の解放軌道（軌道ｉ）に沿って動作した後、所定時間（例えば、０．１秒から２秒程度の任意の時間）経過後に吸着パッド６２の内圧値を測定し、該測定値（内圧データ）を周波数解析してもよい。

また、このような内圧データの測定をアーム部３２の解放軌道に沿った動作とは関係なく、常に繰り返し行い、後述するように固有振動数ωが算出された時点で、解放軌道の修正に反映し、解放動作計画が再策定されるようにしてもよい。さらに、周波数解析の方法はフーリエ変化に限定されない。例えば、時系列の内圧データについて、その増減を監視し、増加し始めた時点から減少に転じるまでの時間（Ｔ）の２倍の時間（２Ｔ）に基づいて、固有振動数ωを１／２Ｔとして算出してもよい。

内圧データを周波数解析すると、計画部４１１は、固有振動数算出条件を判定する（Ｓ１２２）。固有振動数算出条件は、内圧データの周波数解析結果に基づいて、把持系の固有振動数ωが算出可能であるか否かを判定するための条件である。固有振動数算出条件の判定にあたって、計画部４１１は、内圧データの周波数解析の結果、所定の周波数閾値以上でピークが得られた周波数の有無を判定する。所定の周波数閾値は、例えば０．２Ｈｚから１０Ｈｚの間の任意の値であり、記憶装置に保持され、固有振動数算出条件の判定時にパラメータとしてメモリに読み出される。計画部４１１は、かかる周波数が存在している場合には固有振動数算出条件が成立すると判定し、存在していない場合には固有振動数算出条件が成立しないと判定する。

固有振動数算出条件が成立する場合、計画部４１１は、周波数閾値以上でピークが得られた周波数を把持系の固有振動数ωとして算出し、その値を例えば記憶装置に保持する（Ｓ１２３）。保持された値（算出周波数）は、把持系の固有振動数ωが既知であるか否かの判定時に既知の固有振動数ωとして適用される。したがって、アーム部３２が所定の解放軌道以降の軌道（例えば軌道ｉ＋１以降）を変位する際、その解放動作計画には算出周波数が把持系の固有振動数ωとして反映される。ただし、周波数解析を常に繰り返し、得られた算出周波数の値を平均し、その平均値を固有振動数ωの値として算出してもよい。また、周波数解析を常に繰り返して得られた算出周波数のすべての値を避けるように、アーム部３２の各関節軸を駆動するサーボモータを帯域制御してもよい。
一方、固有振動数算出条件が成立しない場合、計画部４１１は固有振動数ωの算出を行わない。

計画部４１１は、把持系の固有振動数ωに基づいて解放動作計画（具体的には解放軌道）を適宜修正するための制御を、アーム部３２がすべての解放軌道（軌道１から軌道ｎまで）を遷移するまで繰り返す。したがって、計画部４１１は、最終軌道到達条件を判定する（Ｓ１２４）。最終軌道到達条件は、アーム部３２が最後の解放軌道である軌道ｎで動作しているか否かの判定条件である。計画部４１１は、アーム部３２が最後の解放軌道である軌道ｎで動作している場合には最終軌道到達条件が成立し、軌道ｎ以外で動作している場合には最終軌道到達条件が成立しないと判定する。

最終軌道到達条件が成立しない場合、計画部４１１は、Ｓ１１５以降の制御を順次行い、把持系の固有振動数ωに基づいて解放動作計画（具体的には解放軌道）を適宜修正する。すなわち、計画部４１１は、アーム部３２が所定の軌道（例えば軌道ｉ）に沿って動作している間に該軌道より先の軌道（例えば軌道ｉ＋１以降、軌道ｎまでの残りの軌道）を修正する。なお、このような軌道の修正は、アーム部３２が所定の軌道（例えば軌道ｉ）に沿って動作した後に実行されてもよい。

一方、最終軌道到達条件が成立する場合、アーム部３２がすべての解放軌道（軌道１から軌道ｎまで）を遷移し、吸着パッド６２の把持基準位置が目標解放位置と一致している状態となっている。
したがって、動作制御部４１２は、吸着パッド６２の内部を大気開放（真空破壊）する（Ｓ１２５）。吸着パッド６２の内部を大気開放するにあたって、動作制御部４１２は、電磁弁６５を閉じ、コンプレッサ６４から真空発生器６３への圧縮空気の供給を停止させる。これにより、吸着パッド６２の内部が真空破壊し、大気開放される。その際、圧力センサ６６は、吸着パッド６２の内圧を測定し、測定値を動作制御部４１２に付与する。

続けて、動作制御部４１２は、解放適否条件を判定する（Ｓ１２６）。解放適否条件は、吸着パッド６２から選択物品が適切に解放されているか否かを判定するための条件である。解放適否条件の判定にあたって、動作制御部４１２は、圧力センサ６６から付与された吸着パッド６２の内圧値を所定の閾値（以下、解放適正値という）と比較する。解放適正値は、例えば選択物品の大きさや重量、周囲環境などに応じて設定されており、記憶装置に保持され、把持適否条件の判定時にパラメータとしてメモリに読み出される。特に限定されないが、解放適正値の目安は、大気圧と同程度、例えばゲージ圧が０ｋＰａから－５ｋＰａ程度の範囲内の値であればよい。また、解放適正値は、一定値であっても、選択物品の大きさや重量に応じて設定された変動値であってもよい。

本実施形態では一例として、内圧値が解放適正値以上である（吸着パッド６２内が低真空状態である）場合、動作制御部４１２は、吸着パッド６２から選択物品が適切に解放されており、解放適否条件が成立すると判定する。これに対し、内圧値が解放適正値未満である（吸着パッド６２内が高真空状態である）場合、動作制御部４１２は、吸着パッド６２から選択物品が適切に解放されておらず、把持適否条件が成立しないと判定する。ただし、内圧値が解放適正値である場合おける解放適否条件の成否は、上記とは逆であってもよい。

解放適否条件が成立しない場合、動作制御部４１２は、アーム部３２を再び解放動作させる（Ｓ１２５）。なお、この場合、例えば所定時間経過後に物品移動処理を終了させるタイムアウト処理や、所定回数だけ解放動作を繰り返しても、解放適否条件が成立しない場合には物品移動処理を終了させるリトライ処理などを組み合わせてもよい。さらにまた、動作制御部４１２は、所定の異常処理を実行してもよい。例えば、警告灯の点灯（点滅）、警告音の鳴動、警告メッセージの表示などを行うことで、解放動作時に生じたエラーの周知徹底を図ることが可能となる。

一方、解放適否条件が成立する場合、動作制御部４１２は、解放した選択物品についての移動処理を完了させる（Ｓ１２７）。例えば、動作制御部４１２は、計画部４１１が策定したロボットアーム３および物品把持機構６の動作計画（把持動作計画および解放動作計画）における一連の制御（物品移動処理）が正常終了したことを示す信号を計画部４１１に送信する。その際、動作制御部４１２は、アーム部３２を基準位置に戻し、ロボットアーム３および物品把持機構６をそれぞれ初期状態に戻す。ただし、動作制御部４１２は、アーム部３２を基準位置に戻すことなく、移動先領域１２からそのまま集積領域１１に変位させてもよい。これらの動作（退避動作）にあたって、計画部４１１は所定の動作計画を策定し、所定の軌道（退避軌道）を設定する。なお、計画部４１１は、解放動作計画の策定時に解放起動とともにもしくはその一部として、退避軌道を設定してもよい。

そして、制御装置４は、次の物品５を集積領域１１から移動先領域１２に移動させるための物品移動処理（Ｓ１０１からＳ１２７）を引き続き行う。すなわち、制御装置４は、集積領域１１に物品５が集積されている間、つまりＳ１０３において物品存否条件が成立している間、所定の制御を繰り返す。そして、集積領域１１に集積された物品５がなくなると、つまりＳ１０３において物品存否条件が不成立となると、物品移動処理（Ｓ１０１からＳ１２７）を終了する。

このように本実施形態の制御装置４によれば、移動時における選択物品の振動をアーム部３２の加減速制御によって抑制できる。具体的には、物品５（選択物品）を移動先領域１２に移動させて解放させるまでの間、物品５を含む把持系の固有振動数ωに基づいて解放動作計画を適宜策定し直し、アーム部３２の解放軌道を修正している。これにより、物品５の振動と逆位相でアーム部３２を加減速可能となるように解放軌道を逐次修正することができる。このため、移動時における物品５の姿勢を安定させ、脱落を適切に抑止して、物品５を確実に移動先領域１２まで移動させることができる。

また、解放軌道の修正は、アーム部３２の動作を中断させることなく、物品５の移動中に適宜行われる。このため、ロボットアーム３のタクトタイム（動作周期）の短縮を図りながら、振動制御による物品５の姿勢の安定性を図ることができる。物品姿勢の安定性は、物品５を解放する際の静定待ち時間の短縮にも繋がり、ロボットアーム３の動作周期のさらなる短縮に寄与する。例えば、物品５が柔軟物である場合、移動時に生じる柔軟物自体の振動などによって吸着パッドでの吸着状態が箱物と比べて安定せず、移動中における柔軟物の姿勢が不安定となりやすい。しかしながら、本実施形態によれば、物品群５ｓに柔軟物が含まれていたとしても、ロボットアーム３の動作周期の短縮と移動中における柔軟物の吸着姿勢の安定とを両立させることができる。柔軟物と吸着パッド６２で構成される把持系としては、バネ－マス系（バネーマスーダンパ系）で捉えられる系であれば、ビニールフィルム等で包装された内容物の形状やビニールフィルム等の余り具合などによらず任意の系が適用可能である。

上述したとおり、本実施形態では、解放軌道の修正を把持系の固有振動数ωに基づいて行う。その際、固有振動数ωを把持系の真空圧に基づいて算出している。固有振動数ωは、例えば力覚センサを用いても算出可能であるが、アーム部３２の動作中における物品５を含む把持系の固有振動数ωを適切に算出することは容易ではない。しかしながら、本実施形態では把持系の真空圧に基づいて固有振動数ωを算出しているため、アーム部３２の動作中であっても力覚センサや光学センサを用いた場合と比べてより精度よく固有振動数ωを算出できる。また、既存の圧力センサ６６を流用できるため、より簡易な機構で固有振動数ωを算出できる。なお、このような把持系の真空圧に加えて、力覚センサや光学センサを併用して、ロボットアーム３やその固定部に起因する振動を検出して周波数解析を行い、固有振動数ωを算出してもよい。

加えて、本実施形態では、荷役ロボットが垂直多関節式のロボットアーム３である場合について説明したが、スカラロボット（水平多関節ロボット）、ＸＹＺステージ、直動アクチュエータ、あるいはこれらとの組み合わせなどであっても、動作周期（タクトタイム）の短縮と移動中における物品姿勢の安定とを両立させることが可能である。

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。

上述したように、本実施形態では、物品把持機構６において物品５の吸着圧（つまり吸着パッド６２の内圧）を調整する真空圧調整系統が一系統である場合を想定したが、かかる真空圧調整系統は複数であってもよい。例えば、図１１に示すように、真空圧調整系統を二系統とすることも可能である。図１１は、二つの真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２を備えた物品把持機構６０（物品把持機構６の変形例）を模式的に示す配管系統のブロック図である。なお、物品把持機構６０を含む荷役装置のその他の構成、つまり検出装置、ロボットアームおよび制御装置の構成は、図２に示す検出装置２、ロボットアーム３、および制御装置４と同様である。

図１１に示すように、物品把持機構６０の二つの真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２は、真空発生器６３ａ，６３ｂ、電磁弁６５ａ，６５ｂ、圧力センサ６６ａ，６６ｂ、第２の配管６８ａ，６８ｂをそれぞれ一つずつ備えている。コンプレッサ６４、第１の配管６７、継手６９は、二つの真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２で共用とされているが、真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２ごとに独立して備えられていてもよい。これらの各要素は、真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２ごとにそれぞれ独立して制御装置４に動作制御される。各真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２には、それぞれ複数の吸着パッド６２（以下、吸着パッド群６２１，６２２という）が接続されている。なお、一つの吸着パッド６２は一つの真空圧調整系統と接続されていればよいため、真空圧調整系統の最大数は、吸着パッド６２の総数となる。

解放動作計画の修正にあたっては、真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２における真空圧（各々の吸着パッド群６２１，６２２の内圧）が圧力センサ６６ａ，６６ｂでそれぞれ測定される。計画部４１１は、真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２ごとに測定された内圧データを周波数解析し、把持系Ｚの固有振動数ωを算出する。把持系Ｚは、物品把持機構６０における吸着パッド群６２１，６２２および物品Ｐ（選択物品）により構成される。そして、計画部４１１は、算出した固有振動数ωに基づいて解放動作計画（端的には解放軌道）を適宜修正する。

図１２は、把持系Ｚの振動態様を模式的に示す図である。図１２に示す例では、物品Ｐは、直方体状の荷物（内容物）Ｐｂがビニールフィルム等Ｐｗで包装された柔軟物である。把持系Ｚの振動態様は、水平面（一例として物流センタの建屋の床面）に対する物品Ｐの傾きθ（物品角度）の変化で示される。図１３は、物品把持機構６０とともに動作制御されるロボットアーム３（具体的にはアーム部３２）の動作加速度（実線Ｌ１）、物品角度（破線Ｌ２）、把持系Ｘの真空圧（一点鎖線Ｌ５、二点鎖線Ｌ６）について、それぞれの値の時間変動を示す図である。把持系Ｚの真空圧は、例えば吸着パッド群６２１，６２２の内圧として圧力センサ６６ａ，６６ｂにより測定される。一点鎖線Ｌ５は、圧力センサ６６ａの測定値、二点鎖線Ｌ６は圧力センサ６６ｂの測定値である。

図１２に示す例において、吸着パッド群６２１は、矢印３Ａで示すアーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）の奥側（下流側）に配置され、吸着パッド群６２２は、手前側（上流側）に配置されている。位置Ｐ３，Ｐ４は、吸着パッド群６２１，６２２の各リップ６２ｂの所定位置である。アーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）において、位置Ｐ３は吸着パッド群６２１の奥側（下流側）の位置であり、位置Ｐ４は吸着パッド群６２２の手前側（上流側）の位置である。

ここで、図１３に示すような動作加速度、つまり一旦加速した後、一定速度（停止含む）でアーム部３２が動作制御された場合、図１２に示すような態様で把持系Ｚが振動する。把持系Ｚは、二つの真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２を有しており、これらはアーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）の奥側（下流側）と手前側（上流側）に分かれて位置付けられている。物品Ｐの傾きθ（物品角度）が増大するたびに、位置Ｐ３と位置Ｐ４から少しずつ隙間が生じて圧縮空気が漏れていく。位置Ｐ３で隙間が生じると、吸着パッド群６２１は、内圧が上昇（真空圧が低下）していき、低真空状態となる。これに対し、位置Ｐ４で隙間が生じると、吸着パッド群６２２は、内圧が上昇（真空圧が低下）していき、低真空状態となる。すなわち、吸着パッド群６２１，６２２の内圧値は独立して変化する。これらの内圧値は圧力センサ６６ａ，６６ｂによってそれぞれ測定され、その検出精度が高められるため、結果として把持系Ｚの固有振動数ωの算出精度を高めることができる。

計画部４１１は、アーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）に応じた各真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２における真空圧（物品Ｐの吸着圧）の変動に基づいて把持系Ｚの固有振動数ωを算出する。

図１２に示す態様で把持系Ｚが振動する場合、図１３に示すように、把持系Ｚにおける物品角度周期（振動周期）Ｔ１は、真空圧揺動周期Ｔ２とほぼ等しくなる。この場合、把持系Ｚの固有振動数ωは、ω＝１／Ｔ１≒１／Ｔ２で近似される。すなわち、把持系の固有振動数は、真空圧揺動の周波数と同程度の値となる。なお、図１２において、アーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）が表裏方向のいずれかとなる場合、把持系Ｚの振動態様と、動作加速度、物品角度、真空圧の時間変動は、図６および図７に示す把持系Ｘとそれぞれほぼ同等となる。したがって、この場合、把持系Ｚにおける物品角度周期（振動周期）Ｔ１は、真空圧揺動周期Ｔ２のほぼ２倍となる。

また、アーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）が図１２に矢印で示す方向および図１２の表裏方向のいずれに対しても傾斜する斜め方向となる場合、物品角度周期（振動周期）Ｔ１は、真空圧揺動周期Ｔ２の１倍から２倍程度となる。この場合、Ｔ１およびＴ２は、アーム部３２の動作方向と真空圧調整系統Ｒ１，Ｒ２の分割方向（配列方向）との間の角度αを用いた関係式（Ｔ１＝ｆ(α)×Ｔ２）に基づいて算出可能である。例えば、ｆ(α)は、ｆ(０)＝１、ｆ(π／２)＝１を満たす任意の関数である。

このようにアーム部３２の動作方向（動作加速度の作用方向）に応じて把持系Ｚの固有振動数ωを算出することで、解放動作計画の修正精度を高めることができる。

１…荷役装置、２…検出装置、３…荷役ロボット（ロボットアーム）、４…制御装置、５，Ｐ…物品、５ｓ…物品群、６，６０…物品把持機構、１１…集積領域、１２…移動先領域、２１…検出部、２２…解析部、３１…基台部、３２…アーム部、３２ａ…アーム先端部、３３…ツール、４１…制御部、６１…本体部、６２…吸着部（吸着パッド）、６２ａ…筒体、６２ｂ…密着部（リップ）、６３，６３ａ，６３ｂ…真空発生器、６４…コンプレッサ、６５，６５ａ，６５ｂ…電磁弁、６６，６６ａ，６６ｂ…圧力センサ、６７…第１の配管、６８，６８ａ，６８ｂ…第２の配管、６９…継手、４１１…計画部、４１２…動作制御部、Ａ…軸芯、Ｒ１，Ｒ２…真空圧調整系統、Ｔ１…物品角度周期（振動周期）、Ｔ２…真空圧揺動周期、Ｘ，Ｚ…把持系。

Claims (10)

1. 物品を吸着する吸着部と前記吸着部における前記物品の吸着圧を測定する圧力センサとを有する物品把持機構と、
   前記吸着部に吸着された前記物品を集積領域から所望領域に移動させるアーム部と、を備えた前記物品の荷役ロボットの動作を制御する制御装置であって、
   前記圧力センサが測定した前記物品の吸着圧の測定値の変動を解析し、解析結果に基づいて前記吸着部と前記物品とにより構成される系の固有振動数を算出する制御部を有する
   制御装置。
2. 前記制御部は、前記吸着部が前記物品を吸着した状態で前記アーム部が動作する際に、算出した前記系の固有振動数に基づいて前記アーム部の動作時における加速度もしくは減速度を制御する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、前記系の固有振動数で規定される振動周期と逆位相で前記アーム部を加速もしくは減速する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御部は、前記アーム部が動作する際の経由点を設定するとともに、前記アーム部の動作負荷を最小限にとどめるように隣り合う経由点間をつなぐ軌道を設定し、前記軌道に沿って前記アーム部を動作させる動作計画を策定して前記アーム部を動作させる
   請求項２に記載の制御装置。
5. 前記制御部は、算出した前記系の固有振動数に基づいて前記軌道を修正し、前記動作計画を再策定する
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記物品把持機構は、前記物品の吸着圧を調整する吸着圧調整系統を一系統有し、
   前記制御部は、前記系の固有振動数を前記吸着圧調整系統における吸着圧の変動周波数の１／２に設定する
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記物品把持機構は、前記物品の吸着圧を調整する複数の吸着圧調整系統を有し、
   前記制御部は、前記アーム部の動作加速度の作用方向に応じた各吸着圧調整系統における吸着圧の変動に基づいて前記系の固有振動数を算出する
   請求項５に記載の制御装置。
8. 前記制御部は、前記アーム部が所定の前記軌道に沿って動作している間もしくは動作した後の前記物品の吸着圧の測定値を周波数解析して前記系の固有振動数を算出し、算出した固有振動数に基づいて前記所定の軌道より先の軌道を修正する
   請求項５に記載の制御装置。
9. 前記系の固有振動数の値を前記物品の属性情報の一つとしてその他の属性情報と紐付けて記憶する
   請求項１に記載の制御装置。
10. 前記制御部は、前記系の固有振動数の算出時に前記物品の属性情報と紐付けられた固有振動数が記憶されている場合、記憶されている固有振動数に基づいて前記系の固有振動数を算出する
    請求項９に記載の制御装置。

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