JP2022094721A - ハンド、ロボット装置、及びロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの中に封入された物品を所定位置に移送するロボット技術を提供する。【解決手段】ハンド１１は、ワークまでの距離を測定する距離センサ１４と、測定距離に応じた深度でワークを切断する切断ツール１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット技術に関し、特にワーク内に封入された物品を所定位置に移送するためのハンド、ロボット装置、及びロボットシステムに関する。

食物、医薬品、化粧品、セメント等の多くの原料は、粉粒体、液体等の流体で構成されている。これら原料は封袋物等の内袋に封入され、内袋はさらに段ボール等の外箱に収容されて供給されることが多い。これら原料を別容器等に移し替える作業は、外箱や内袋の開封、別容器への原料の投入、外箱や内袋の廃棄等があるが、多品種の原料についてこれら作業を人手で行うと労力が多大になる。また原料の品種を切替える際は、混入対策（コンタミネーション対策）として洗浄、交換等の作業も必要になる。原料の付着箇所が多いと、洗浄箇所が増大し、品種の切替えに時間を要してしまう。そこで、産業用ロボット等の機械を用いて原料の移し替え作業の自動化が図られている。

ところで、産業用ロボット等でワークを切断して開封する場合、カッタ、電動鋸等を用いた機械式切断ツールの他、ガス切断ツール、プラズマ切断ツール、レーザ切断ツール等を備えたハンドを用いることがある。しかし、原料を収容するワークの場合、ワーク表面に凹凸があることが多く、既存のハンドでは凹凸に沿ってワークを開封するのは困難である。一方、原料の移し替え作業は、開封したワークを傾けて別容器に原料を投入するため、開封したワークを確実に保持するハンドも望まれている。本願に関連する技術としては後述のものが公知である。

特許文献１には、収容容器内に収納された複数の物品をピックアンドプレイスするピックアンドプレイス装置が開示されている。ピックアンドプレイス装置は、収容容器の上面開口部の画像を撮像する撮像装置と、画像に基づいて物品の位置情報を取得するロボットと、収容容器内で最上位にある物品の鉛直方向の位置情報を取得する距離センサと、位置情報に基づいて収容容器内で最上位にある物品と撮像装置との鉛直方向の距離を一定に保持する昇降手段と、を備えている。

特許文献２には、粉体を封入した袋を受入れ、開封し粉体を取出し、空になった袋を処理する粉体取出装置が開示されている。粉体取出装置は、把持ハンドを有する垂直多関節ロボットと、袋の耳を把持ハンドで把持した状態で袋を収容するカセットと、カセット内の袋の耳を切断する切断ユニットと、切断した耳を収容する耳収容器と、袋の粉体を吸引ノズルによって取出す粉体取出ユニットと、カセット内の空袋を収容する空袋収容器と、を備えている。

特開２０１９－１８１６００号公報 実用新案登録第３１６１４０２号公報

本発明は、従来の問題点に鑑み、ワーク内に封入された物品を所定位置に移送するロボット技術を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、ワークまでの距離を測定する距離センサと、測定距離に応じた深度でワークを切断する切断ツールと、を備える、ハンドを提供する。
本開示の他の態様は、前記一態様のハンドが取付けられた第一ロボットと、第一ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第一制御装置と、を備え、第一制御装置は測定距離に基づいて切断ツールの深度を制御する、ロボット装置を提供する。
本開示の別の態様は、ワークを取出すハンド部と、ワークに突き刺す棒状体と、を備えるハンドを提供する。
本開示のさらに他の態様は、前記別の態様のハンドが取付けられた第二ロボットと、第二ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第二制御装置と、を備え、第二制御装置は棒状体をワークに突き刺した状態でワークを傾けるように第二ロボットを制御する、ロボット装置を提供する。
本開示のさらに別の態様は、ワークまでの距離を測定する距離センサ及び測定距離に応じた深度でワークを切断する切断ツールを備えたハンドが取付けられた第一ロボットと、第一ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第一制御装置と、ワークを取出すハンド部及びワークに突き刺す棒状体を備えたハンドが取付けられた第二ロボットと、第二ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第二制御装置と、を備えたロボットシステムを提供する。

本開示の態様によれば、ワーク内に封入された物品を所定位置に移送するロボット技術を提供できる。

一実施形態のロボットシステムの概略構成図である。 一実施形態のハンドの構成図である。 ハンドの位置制御例を示すワークの切断面図である。 切断ツールの深度制御例を示すワークの切断面図である。 切断ツールの深度制御の変形例を示すワークの切断面図である。 ハンドの姿勢制御例を示すハンドの平面図である。 ワークのサイズ計測例を示す第一ロボットの斜視図である。 ワークの傾き計測例を示すハンドの平面図である。 ワークの傾き計測例を示すワークの幾何学図である。 置き直したワークの平面図である。 一実施形態のハンドの構成図である。 棒状体の一例を示すハンドの側面図である。 外容器と内容器の一例を示すワークの正面斜視図である。 分離ツールの一例を示す斜視図である。 仮置きツールの一例を示す斜視図である。 仮置きツールを使用してワークを切断する第一ロボットの斜視図である。 折畳みツールの一例を示す斜視図である。 折畳みツールを使用してワークを折畳む第二ロボットの斜視図である。 視覚センサの一例を示す斜視図である。 正常な切断ツールの一例を示す画像図である。 故障した切断ツールの一例を示す画像図である。 ロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。

図１は一実施形態のロボットシステム１の構成図である。ロボットシステム１はワークＷの中に封入された物品Ａを所定位置３２に移送するロボットシステムである。ワークＷは種々の物品Ａを封入する容器である。ワークＷは後述の切断ツールで切断して開封可能な容器であればよい。またワークＷは外容器と内容器を備えていてもよい。外容器は例えば段ボール等の箱状容器であり、内容器は例えばビニール袋等の袋状容器である。物品Ａは例えば内容器に封入されている。物品Ａは、限定されないが、粉粒体、液体等の流体である。例えば物品Ａは、食物、医薬品、化粧品、セメント等の原料である。物品Ａが移送される所定位置３２は、限定されないが、種々の原料を投入する投入容器である。

ロボットシステム１はワークＷの計測、切断等を行うロボット装置１０を備えている。さらにロボットシステム１はワークＷの検出、取出、搬送、廃棄、ワークＷの中に封入された物品Ａの移送等を行うロボット装置２０を備えているとよい。例えばロボット装置２０は、パレット３０上のワークＷを検出し、ワークＷをパレット３０から取出し、ワークＷを切断台３１に搬送する。一方、ロボット装置１０は切断台３１に配置されたワークＷを切断して開封する。ワークＷが外容器と内容器を備えている場合は、ロボット装置１０が外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を纏めて切断して開封してもよい。またロボット装置２０は開封されたワークＷを傾けてワークＷの中に封入された物品Ａを所定位置３２に移送する。物品Ａの移送後、ロボット装置１０は空になったワークＷをさらに切断して完全開封し、ロボット装置２０は完全開封されたワークＷを折畳む。ロボット装置２０は折畳んだワークＷを廃棄場所に廃棄する。ワークＷが外容器と内容器を備えている場合、ロボット装置２０は空になったワークＷを外容器と内容器を分離し、別個の廃棄場所３３、３４に分別するとよい。

ロボット装置１０は、ワークＷの計測、切断等を行うハンド１１と、ハンド１１が取付けられた第一ロボット１２と、第一ロボット１２を制御する第一制御装置１３と、を備えている。ロボット装置２０は、ワークＷの検出、取出、払出等を行うハンド２１と、ハンド２１が取付けられた第二ロボット２２と、第二ロボット２２を制御する第二制御装置２３と、を備えている。第一ロボット１２及び第二ロボット２２は、例えば垂直多関節ロボットであるが、水平多関節ロボットやパラレルリンク型ロボット等の他の産業用ロボットでもよい。或いは、第一ロボット１２及び第二ロボット２２はヒューマノイド等の他の形態のロボットでもよい。

第一制御装置１３及び第二制御装置２３は、例えばプロセッサ、メモリ、入出力部等を備えたコンピュータ装置である。プロセッサは例えばプログラムを実行するＣＰＵ（central processing unit）又はＭＰＵ（micro-processing unit）でよい。またメモリは例えばＲＡＭ（random access memory）又はＲＯＭ（read only memory）でよく、プロセッサで実行されるプログラムやプロセッサで利用又は生成される各種データを記憶する。入出力部はプロセッサで利用又は生成される各種データを入力又は出力する。

図２は一実施形態のハンド１１の構成図である。ハンド１１は、ワークまでの距離を測定する距離センサ１４と、測定距離に応じた深度でワークを切断する切断ツール１５と、を備えている。さらにハンド１１は距離センサ１４と切断ツール１５を支持するベース部１６を備えているとよい。ベース部１６は第一ロボット１２の先端部に連結される。なお、本書において用語「深度」とは距離センサ１４の測定方向における切断先端位置を意味することに留意されたい。

距離センサ１４は例えばＴＯＦ（time of flight）センサ等の光学式センサであるが、電波式センサ、超音波センサ等の他の方式の距離センサでもよい。例えばワークが暗褐色や透明な物質である場合は、電波式センサや超音波センサを使用してもよい。例えばＴＯＦセンサの場合、距離センサ１４は、強度変調した参照光Ｒをワークに照射し、ワークからの反射光を受光し、参照光と反射光の位相差に基づいてワークまでの距離を測定する。測定距離は第一制御装置１３（図１参照）に送出される。第一制御装置１３は測定距離に基づいて切断ツール１５の深度を制御する。

切断ツール１５は例えばカッタ、ノコギリ等の機械式切断ツールであるが、レーザ式切断ツール、ガス式切断ツール、プラズマ式切断ツール等の他の方式の切断ツールを使用してもよい。例えばワークＷが金属の場合は、レーザ式切断ツール、ガス式切断ツール、プラズマ式切断ツール等を使用してもよい。例えばカッタの場合、切断ツール１５は第一制御装置１３によってカッタ刃先端位置（深度）を制御される。

距離センサ１４と切断ツール１５はワークの切断方向ＸでオフセットＯｘだけ離間している。距離センサ１４はワークの切断方向Ｘで切断ツール１５よりもオフセットＯｘだけ前方に配置されているとよい。これにより、距離センサ１４はワークの切断前にワーク表面の凹凸を測定できる。つまりワーク表面に凹凸があってもワークの切断前に切断ツール１５の深度を制御し、凹凸に沿ってワークを切断できる。

また距離センサ１４と切断ツール１５は距離センサ１４の測定方向でオフセットＯｚだけ離間している。距離センサ１４は切断ツール１５よりもオフセットＯｚだけ後方に配置されているとよい。これにより、ワーク表面に凹凸があっても距離センサ１４がワークに干渉し難くなる。

図３Ａはハンド１１の位置制御例を示すワークＷの切断面図である。第一制御装置１３は、距離センサ１４の測定距離Ｍに基づき、ハンド１１の位置、即ち切断ツール１５の深度Ｄを調整する。図面において、切断ツール１５の切断可能長さをＬとし、ワークＷの切断深さをＤｃとし、距離センサ１４と切断ツール１５との間のＸ方向オフセットをＯｘとし、Ｚ方向オフセットをＯｚとする。

切断ツール１５の切断深さＤｃはユーザが指定してもよい。この場合、第一制御装置１３は切断深さＤｃを指定する切断深さ指定部（図示せず）を備えているとよい。切断深さ指定部は例えばタッチパネル、キーボード等のユーザインタフェイス（ＵＩ）であるが、第一制御装置１３が有線又は無線を介して外部装置から切断深さＤｃを受信する場合は外部装置と通信可能な通信部でもよい。切断深さＤｃは、例えば一定値である目標切断深さ２０ｍｍを指定してもよいし、又は例えば範囲値である目標切断範囲１０ｍｍ～３０ｍｍを指定してもよい。後者の場合、例えば中央値である目標切断深さ２０ｍｍを自動設定するとよい。

例えば第一制御装置１３は、測定距離Ｍ、切断可能長さＬ、指定切断深さＤｃ、オフセットＯｘ、Ｏｚ等に基づいて切断ツール１５の深度Ｄを調整する。第一制御装置１３は、ワークの切断方向ＸでオフセットＯｘ先の測定距離Ｍに基づき、切断ツール１５の深度をリアルタイム制御してもよいし又は所定の更新間隔Ｕで制御してもよい。これにより、ワーク表面に凹凸があってもワーク表面の凹凸に沿ってワークを切断できる。

深度Ｄの更新間隔Ｕは、例えば距離間隔であるが、時間間隔でもよい。オフセットＯｘ先までの測定距離Ｍしか分からないため、更新間隔Ｕが距離間隔の場合は、更新間隔ＵがオフセットＯｘ以下の値に設定される。更新間隔Ｕが時間間隔の場合は、更新間隔ＵがオフセットＯｘ／切断速度以下の値に設定される。また深度Ｄの更新間隔Ｕはユーザが指定してもよい。この場合、第一制御装置１３は深度Ｄの更新間隔Ｕを指定する更新間隔指定部（図示せず）をさらに備えているとよい。更新間隔指定部は例えばタッチパネル、キーボード等のＵＩでよいが、第一制御装置１３が有線又は無線を介して外部装置から深度Ｄの更新間隔Ｕを受信する場合は外部装置と通信可能な通信部でもよい。ワーク表面に凹凸が多い場合は深度Ｄの更新間隔Ｕを細かく指定し、ワーク表面に凹凸が多い場合は深度Ｄの更新間隔Ｕを広く指定するとよい。これにより、ワーク表面の凹凸量に応じて切断ツール１５の深度を精密に又は粗密に調整できる。なお、深度Ｄの更新間隔Ｕを０に指定した場合はリアルタイム制御になり、切断ツール１５がワーク表面の凹凸に沿って滑らかに移動する。

図３Ｂは切断ツール１５の深度制御例を示すワークＷの切断面図である。本例では、切断ツール１５の切断可能長さＬは４０ｍｍであり、距離センサ１４と切断ツール１５との間のＸ方向オフセットＯｘが３０ｍｍ、Ｚ方向オフセットＯｚが１０ｍｍに設計されている。また深度Ｄの更新間隔ＵはオフセットＯｘと同じ３０ｍｍに設定され、指定切断深さが１０ｍｍ～３０ｍｍに設定され、目標切断深さが２０ｍｍに設定されているものとする。

現在位置の切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍであるとき、深度Ｄの更新間隔Ｕは３０ｍｍであるため、切断ツール１５が切断方向へ３０ｍｍ進む間は（つまり更新間隔中は）、第一制御装置１３が切断ツール１５の深度Ｄを一定に維持する。図３Ｂに示すようにワーク表面が凸状である場合、切断ツール１５が切断方向へ３０ｍｍ進む間に、切断深さＤｃが徐々に大きくなる。

現在位置において３０ｍｍ先の測定距離Ｍが２０ｍｍであった場合、現在位置から３０ｍｍ先において切断深さＤｃが３０ｍｍになる（３０ｍｍ先の切断深さＤｃ＝Ｌ＋Ｏｚ－Ｍ＝４０ｍｍ＋１０ｍｍ－２０ｍｍ＝３０ｍｍ）。つまり３０ｍｍ先では切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍより１０ｍｍ大きくなってしまうため、第一制御装置１３は３０ｍｍ先で切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍになるように切断ツール１５の深度Ｄを１０ｍｍ減少させる（Ｄ＝Ｄ－１０ｍｍ）。本例では、第一制御装置１３が常に３０ｍｍ先の深度Ｄをメモリに記憶すればよい。

図３Ｃは切断ツール１５の深度制御の変形例を示すワークＷの切断面図である。本例では、深度Ｄの更新間隔Ｕが１０ｍｍに設定される。他の設定は前述のものと同じであることに留意されたい。現在位置において３０ｍｍ先の測定距離Ｍが２０ｍｍであった場合、前述の計算例と同じく、第一制御装置１３は現在位置から３０ｍｍ先の切断ツール１５の深度Ｄ₃を１０ｍｍ減少させる（Ｄ₃＝Ｄ₃－１０ｍｍ）。

また現在位置から１０ｍｍ前で測定した測定距離Ｍが２２ｍｍであった場合、１０ｍｍ前から３０ｍｍ先（つまり現在位置から２０ｍｍ先）において切断深さＤｃが２８ｍｍになる（２０ｍｍ先の切断深さＤｃ＝Ｌ＋Ｏｚ－Ｍ＝４０ｍｍ＋１０ｍｍ－２２ｍｍ＝２８ｍｍ）。つまり２０ｍｍ先では切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍより８ｍｍ大きくなってしまうため、第一制御装置１３は２０ｍｍ先で切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍになるように切断ツール１５の深度Ｄ₂を８ｍｍ減少させる（Ｄ₂＝Ｄ₂－８ｍｍ）。

さらに現在位置から２０ｍｍ前に測定した測定距離Ｍが２１ｍｍであった場合、２０ｍｍ前から３０ｍｍ先（つまり現在位置から１０ｍｍ先）において切断深さＤｃが２９ｍｍになる（１０ｍｍ先の切断深さＤｃ＝Ｌ＋Ｏｚ－Ｍ＝４０ｍｍ＋１０ｍｍ－２１ｍｍ＝２９ｍｍ）。つまり１０ｍｍ先では切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍより９ｍｍ大きくなってしまうため、第一制御装置１３は１０ｍｍ先で切断深さＤｃが目標切断深さ２０ｍｍになるように切断ツール１５の深度Ｄ₁を９ｍｍ減少させる（Ｄ₁＝Ｄ₁－９ｍｍ）。

このように本例では、第一制御装置１３が、３０ｍｍ先の深度Ｄ₃だけでなく、２０ｍｍ先の深度Ｄ₂、及び１０ｍｍ先の深度Ｄ₁といった三つの深度をメモリに記憶させておけばよい。つまり第一制御装置１３は更新間隔Ｕに応じて一つ又は複数の深度Ｄをメモリに記憶させる。

図４はハンド１１の姿勢制御例を示すハンド１１の平面図である。第一制御装置１３は、距離センサ１４の測定距離Ｍに基づき、ハンド１１の姿勢、即ち切断ツール１５の姿勢Ａを制御してもよい。なお、本書において用語「姿勢」とは距離センサ１４の測定方向と同じ方向を意味することに留意されたい。

一般にワークの切断では、切断ツール１５の切断始点と切断終点を第一ロボット１２に予め教示するが、切断ツール１５が切断終点付近に接近すると、距離センサ１４はワークＷの切断面の終端を越えて大きな測定距離Ｍを出力する。このように距離センサ１４の測定距離Ｍが閾値以上である場合は、第一制御装置１３は、ハンド１１がワークＷの切断面の終端に到達したと判定し、切断ツール１５の姿勢Ａを所定角度回転してもよい。例えばワークＷが箱状容器の場合は、第一制御装置１３が切断ツール１５の姿勢Ａを９０°回転させればよい。ワークＷの形状が不明の場合は、切断ツール１５の姿勢Ａを１０°回転したら測定距離Ｍが閾値以上であるか否かを判定する制御を繰返してもよい。図面では切断ツール１５の姿勢Ａを９０°回転した様子が描かれている。

測定距離Ｍの閾値はユーザが指定してもよい。この場合、第一制御装置１３は測定距離Ｍの閾値を指定する閾値指定部（図示せず）をさらに備えているとよい。閾値指定部は、例えばタッチパネル、キーボード等のＵＩでよいが、第一制御装置１３が有線又は無線を介して外部装置から測定距離Ｍの閾値を受信する場合は外部装置と通信可能な通信部でもよい。これにより、ワークのサイズが異なる場合でも切断始点から切断終点までの距離センサ１４の情報のみでワークを切断できる。また距離センサ１４を使用してワークＷのサイズを計測してもよい。つまり切断始点と切断終点を距離センサ１４の情報に基づき自動設定してもよい。この場合、第一ロボット１２の教示自体も不要になる。

図５はワークＷのサイズ計測例を示す第一ロボット１２の斜視図である。第一ロボット１２は距離センサ１４のオン及びオフに基づいてワークＷのサイズを計測してもよい。例えばワークＷが直方体である場合、第一ロボット１２をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動させ、そのときの距離センサ１４のオン及びオフに基づいてワークＷの三辺の長さ（Ｘ方向サイズ、Ｙ方向サイズ、及びＺ方向サイズ）を計測するとよい。またワークＷのサイズを計測した後、ワークＷのサイズに基づいて切断始点Ｓと切断終点Ｅを自動設定するとよい。距離センサ１４の測定距離Ｍに基づいて切断ツール１５の姿勢を制御することにより、第一ロボット１２は切断始点Ｓから切断終点Ｅまでの切断経路（例えば点Ｓから点Ｅまでの矢印経路）を自動探索できる。なお、第一ロボット１２の移動方向（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向）に対してワークＷが傾いていた場合は、ワークＷの傾きをさらに計測するとよい。

図６はワークＷの傾き計測例を示すハンド１１の平面図であり、図７はワークの傾き計測例を示すワークの幾何学図である。第一ロボット１２は距離センサ１４のオン時及びオフ時の測定距離Ｍに基づいてワークＷの傾きを計測するとよい。例えば図６に示すようにワークＷの端点Ｗ_AからＷ_BまでのＸ方向サイズＳ_x（例えば４００ｍｍ）を計測したときに、距離センサ１４のオン時の測定距離Ｍが１８０ｍｍであり、距離センサ１４のオフ時の測定距離Ｍが２００ｍｍであったとする。この場合、図７に示すように距離センサ１４のオン時とオフ時の測定距離Ｍの差が２０ｍｍであるため、Ｙ軸回りのワークＷの傾き角θ_Y＝arctan（２０ｍｍ／４００ｍｍ）≒３°であることが分かる。同様の算出方法により、Ｘ軸回りのワークＷの傾き角θ_XやＺ軸回りのワークＷの傾き角θ_Zも算出するとよい。

図８は置き直したワークＷの平面図である。第二ロボット２２（図１参照）はワークＷの傾きに基づいてワークＷを置き直すとよい。これにより、ワークＷの向きがロボット座標系に整列する。また切断ツール１５はワークＷの切断面に対して面直になるため、ワークＷを深く切断できるようになる。なお、第二ロボット２２を使用してワークＷを置き直すのではなく、ロボット座標系をワークＷの傾きに整列させてもよい。

図９は一実施形態のハンド２１の構成図である。ハンド２１は、ワークＷを取出すハンド部２４と、ワークＷに突き刺す棒状体２５と、を備えている。またハンド２１はワークＷの検出等を行う視覚センサ２６を備えているとよい。視覚センサ２６は、例えば二次元画像を出力する二次元センサであるが、三次元画像を出力する三次元センサでもよい。さらにハンド２１は、ハンド部２４、棒状体２５、及び視覚センサ２６を支持するベース部２７を備えているとよい。ベース部２７は第二ロボット２２の先端部に連結される。

ハンド部２４は、例えば真空吸着式のハンド部であるが、多指把持式、磁気吸着式、ベルヌーイ式等の他の方式のハンド部でもよい。ハンド部２４が真空吸着式の場合、ハンド部２４は一つ又は複数の吸着パッド２４ａを備えている。

棒状体２５はワークＷに突き刺し可能な先鋭部を備えているとよい。図１０は棒状体２５の一例を示すハンド２１の側面図である。棒状体２５はワークＷの取出方向Ｙ（図９参照）に対して傾斜しているとよい。例えば棒状体２５は、シリンダ２５ａと、シリンダ２５ａ内で移動可能なピン２５ｂと、を備えている。ハンド部２４がワークＷを取出した後、ピン２５ｂをシリンダ２５ａから前進させ、ピン２５ｂをワークＷに突き刺す（移動後のピン２５ｂ’の位置を参照）。これにより、開封したワークＷを傾けてワークＷの中の物品を移送する場合でもワークＷを確実に保持できる。つまりワークＷの落下が防止される。

図１１は外容器Ｗ１と内容器Ｗ２の一例を示すワークＷの正面斜視図である。ワークＷが外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を備えている場合、棒状体２５を外容器Ｗ１と内容器Ｗ２に纏めて突き刺すとよい。これにより、外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を切断線Ｃに沿って切断して開封し、外容器Ｗ１を図面手前側へ傾けて内容器Ｗ２の中の物品を移送する場合でも内容器Ｗ２の落下を防止できる。

図１を再び参照すると、第二ロボット２２は、ハンド２１を使用してパレット３０からワークＷを取出す時に、又はワークＷを切断台３１まで搬送する間に、又は開封したワークＷを傾けてワークＷの中の物品Ａを移送する前に、棒状体２５をワークＷに突き刺すとよい。

空になったワークＷが外容器と内容器を備えている場合、第二ロボット２２は外容器と内容器を分離する。この際、ロボットシステム１はワークＷを外容器と内容器に分離する分離ツール４０をさらに備えているとよい。図１２は分離ツール４０の一例を示す斜視図である。分離ツール４０は、例えばＴ字形であるが、Ｌ字形でもよい。例えば分離ツール４０は切断台３１に連結されている。分離ツール４０は、内容器を引っ掛けるフック部４０ａと、フック部４０ａを支持する支持部４０ｂと、を備えている。例えばフック部４０ａは支持部４０ｂから両側に延在している。第二ロボット２２は、空になったワークを逆さまにし、ワークの開封口にフック部４０ａを挿入し、外容器から内容器を掻き出すようにワークを動かす。これにより、フック部４０ａが内容器に引っ掛かり、ワークを外容器と内容器に分離できる。

図１を再び参照すると、第二ロボット２２は空になったワークＷを廃棄場所に廃棄する。ワークＷが外容器と内容器を備えている場合、第二ロボット２２は外容器と内容器を別個の廃棄場所３３、３４に分別する。廃棄前に、第一ロボット１２が空になったワークをさらに切断して完全開封するとよい。完全開封の際、ロボットシステム１はワークを仮置きする仮置きツールをさらに備えているとよい。

図１３は仮置きツール４１の一例を示す斜視図である。仮置きツール４１は、例えばテーブル形状であるが、直方体形状でもよい。例えば仮置きツール４１は、自身とワークとの間に隙間を形成するスペーサ部４１ａと、スペーサ部４１ａを配置したテーブル部４１ｂと、テーブル部４１ｂを支持する支持部４１ｃと、を備えている。スペーサ部４１ａは、例えば複数のスペーサを備えているが、一つのスペーサのみを備えていてもよい。スペーサ部４１ａはワークを吸着する吸着パッドであるとよい。第二ロボット２２（図示せず）が空になったワークを逆さまにして仮置きツール４１に仮置きすると、スペーサ部４１ａによってワークとテーブル部４１ｂとの間に隙間が形成される。

図１４は仮置きツール４１を使用してワークＷを切断する第一ロボット１２の斜視図である。第一ロボット１２はハンド１１を使用して仮置きツール４１に仮置されたワークＷをさらに切断して完全開封する。この際、ワークＷとテーブル部４１ｂとの間に隙間が形成されるため、切断ツール１５が仮置きツール４１に干渉し難くなる。つまり切断ツール１５の損傷が抑制される。但し、切断ツール１５は故障する可能性があるため、切断ツール１５を定期的に検査するとよい。切断ツール１５の検査については後述する。

また廃棄前に、第二ロボット２２が完全開封されたワークＷを折畳むとよい。この際、ロボットシステム１はワークＷを折畳む折畳みツールをさらに備えているとよい。図１５は折畳みツール４２の一例を示す斜視図である。折畳みツール４２は、例えばＬ字形状であるが、Ｔ字形状でもよい。折畳みツール４２は、ワークを引っ掛けるフック部４２ａと、フック部４２ａを支持する支持部４２ｂと、を備えている。例えばフック部４２ａは支持部４２ｂから側方に延在する。なお、折畳みツール４２は外容器と内容器を分離する分離ツール４０の機能を兼ね備えていてもよい。

図１６は折畳みツール４２を使用してワークＷを折畳む第二ロボット２２の斜視図である。第二ロボット２２はハンド２１を使用して完全開封されたワークＷをフック部４２ａに引っ掛けることでワークＷを折畳む。そして、第二ロボット２２は折畳んだワークＷを廃棄場所（図１参照）に廃棄する。これにより、ワークＷの中に封入された物品の移送作業が完了する。

ロボットシステム１は移送作業の完了後又は移送作業の途中において切断ツール１５の故障を検査してもよい。図１７は視覚センサ２６の一例を示す斜視図である。切断ツール１５を検査する視覚センサは、ワークの検出等を行うためにハンド２１に設けられた視覚センサ２６を使用するとよい。或いは、ハンド２１とは別個の固定位置に設置した視覚センサを使用して切断ツール１５を検査してもよい。

図１８は正常な切断ツール１５の一例を示す画像図であり、図１９は故障した切断ツールの一例を示す画像図である。切断ツール１５の検査は公知の画像処理を使用して実施できる。例えば正常な切断ツール１５を撮像したテンプレート画像を予め用意しておき、マッチング処理を行うことで切断ツール１５の故障を検査するとよい。例えば取得画像に対して前処理、特徴抽出を行い、取得画像とテンプレート画像の間で類似度評価を行う。類似度が閾値より高い場合は切断ツール１５が正常であると判定し、類似度が閾値より低い場合は切断ツール１５が異常である（故障している）と判定する。

以下、ロボットシステム１の動作例について説明する。図２０はロボットシステム１の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートを実行するプログラムは例えば第一制御装置１３と第二制御装置２３のプロセッサで実行されることに留意されたい。

先ず、ロボット装置２０（以下、「Ｒ１」と称する）が視覚センサ２６を使用してパレット３０上のワークＷを検出する（ステップＳ１０）。Ｒ１は検出したワークＷをパレット３０から取出して切断台３１へ搬送する（ステップＳ１１）。次いで、ロボット装置１０（以下、「Ｒ２」と称する）が距離センサ１４を使用してワークＷのサイズや傾きを計測する（ステップＳ１２）。Ｒ２はワークＷのサイズや傾きに基づいてワークＷを切断して開封する（ステップＳ１３）。ワークＷが外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を備えている場合は、外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を纏めて切断するとよい。

続いて、Ｒ１は開封されたワークＷを傾けてワークＷの中の物品Ａを投入容器等の所定位置３２に移送する（ステップＳ１４）。この際、ワークＷが外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を備えている場合は、棒状体２５を外容器Ｗ１と内容器Ｗ２に纏めて突き刺しておくことで内容器Ｗ２の落下を防止できる。また物品Ａの移送後、Ｒ１は分離ツール４０を使用して空になったワークＷを外容器Ｗ１と内容器Ｗ２に分離するとよい（ステップＳ１５）。

Ｒ１は空になったワークＷを廃棄場所に廃棄する（ステップＳ１６）。ワークＷが外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を備えている場合は、外容器Ｗ１と内容器Ｗ２を別個の廃棄場所３３、３４に分別するとよい。また廃棄前に、Ｒ２が仮置きツールを使用してワークＷをさらに切断して完全開封し、Ｒ１が折畳みツールを使用してワークＷを折畳むとよい。さらにＲ１は視覚センサ２６を使用してＲ２の切断ツール１５が故障しているか否かを検査するとよい。

以上の実施形態におけるロボットシステムやハンドの構成及び動作は一例であり、他の構成を採用し得ることに留意されたい。例えば二つのハンド１１、２１は双方の機能を兼ね備えた一つのハンドで構成してもよい。これに伴い、二つのロボット装置１０、２０は双方の機能を兼ね備えた一台のロボット装置でもよい。つまりロボットシステム１は一台のロボット装置で構成してもよい。さらに第一制御装置１３と第二制御装置２３は、プログラムを実行するプロセッサを備える代わりに又はプログラムを実行するプロセッサに加えて、プログラムを実行しないＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等の半導体集積回路を備えていてもよい。

以上の実施形態におけるロボットシステム１によれば、ワーク内に封入された物品を所定位置に移送するロボット技術を提供できる。

前述したプロセッサ、他の半導体集積回路等で実行されるプログラム、又は前述したフローチャートを実行するプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばＣＤ－ＲＯＭ等に記録して提供してもよいし、或いは有線又は無線を介してＷＡＮ（wide area network）又はＬＡＮ（local area network）上のサーバ装置から配信して提供してもよい。

本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。

１ ロボットシステム
１０ ロボット装置
１１ ハンド
１２ 第一ロボット
１３ 第一制御装置
１４ 距離センサ
１５ 切断ツール
１６ ベース部
２０ ロボット装置
２１ ハンド
２２ 第二ロボット
２３ 第二制御装置
２４ ハンド部
２５ 棒状体
２５ａ シリンダ
２５ｂ、２５ｂ’ ピン
２６ 視覚センサ
３０ パレット
３１ 切断台
３２ 所定位置
３３、３４ 廃棄場所
４０ 分離ツール
４０ａ フック部
４０ｂ 支持部
４１ 仮置きツール
４１ａ スペーサ部
４１ｂ テーブル部
４１ｃ 支持部
４２ 折畳みツール
４２ａ フック部
４２ｂ 支持部
Ｒ 参照光
Ｍ 測定距離
Ｄ、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃ 深度
Ｌ 切断可能長さ
Ｄｃ 切断深さ
Ｏｘ Ｘ方向オフセット
Ｏｚ Ｚ方向オフセット
Ｕ 更新間隔
Ａ、Ａ’ 姿勢
Ｗ ワーク
Ｗ１ 外容器
Ｗ２ 内容器

Claims (20)

1. ワークまでの距離を測定する距離センサと、
   測定距離に応じた深度で前記ワークを切断する切断ツールと、
   を備える、ハンド。
2. 前記距離センサは前記ワークの切断方向で前記切断ツールよりも前方に配置されている、請求項１に記載のハンド。
3. 前記ワークは外容器と内容器を備え、前記切断ツールは前記外容器と前記内容器を纏めて切断する、請求項１又は２に記載のハンド。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のハンドが取付けられた第一ロボットと、
   前記第一ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第一制御装置と、
   を備え、
   前記第一制御装置は前記測定距離に基づいて前記切断ツールの深度を制御する、ロボット装置。
5. 前記第一制御装置は前記ワークの切断深さを指定する切断深さ指定部を備える、請求項４に記載のロボット装置。
6. 前記第一制御装置は前記深度を所定の更新間隔で更新する、請求項４又は５に記載のロボット装置。
7. 前記第一制御装置は前記深度の前記更新間隔を指定する更新間隔指定部を備える、請求項６に記載のロボット装置。
8. 前記第一制御装置は、前記更新間隔中は前記切断ツールの前記深度を一定に維持する、請求項６又は７に記載のロボット装置。
9. 前記測定距離が閾値以上ある場合、前記第一制御装置は、前記切断ツールが前記ワークの終端に到達したと判定し、前記切断ツールの前記姿勢を制御する、請求項４から８のいずれか一項に記載のロボット装置。
10. 前記第一制御装置は前記距離センサのオン及びオフに基づいて前記ワークのサイズを計測する、請求項４から９のいずれか一項に記載のロボット装置。
11. 前記第一制御装置は、前記ワークのサイズと、前記距離センサのオン時及びオフ時の前記測定距離とに基づいて前記ワークの切断方向に対する前記ワークの傾きを計測する、請求項１０に記載のロボット装置。
12. ワークを取出すハンド部と、
    前記ワークに突き刺す棒状体と、
    を備えるハンド。
13. 前記棒状体は前記ワークの取出方向に対して傾斜している、請求項１２に記載のハンド。
14. 前記ワークは外容器と内容器を備え、前記棒状体を前記外容器と前記内容器に纏めて突き刺す、請求項１２又は１３に記載のハンド。
15. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載のハンドが取付けられた第二ロボットと、
    前記第二ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第二制御装置と、
    を備え、
    前記第二制御装置は前記棒状体を前記ワークに突き刺した状態で前記ワークを傾けるように前記第二ロボットを制御する、ロボット装置。
16. ワークまでの距離を測定する距離センサ及び測定距離に応じた深度で前記ワークを切断する切断ツールを備えたハンドが取付けられた第一ロボットと、
    前記第一ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第一制御装置と、
    前記ワークを取出すハンド部及び前記ワークに突き刺す棒状体を備えたハンドが取付けられた第二ロボットと、
    前記第二ロボットの位置及び姿勢の少なくとも一方を制御する第二制御装置と、
    を備えたロボットシステム。
17. 前記ワークが外容器と内容器を備え、前記外容器と前記内容器を分離する分離ツールをさらに備える、請求項１６に記載のロボットシステム。
18. 前記ワークを仮置きする仮置きツールをさらに備え、前記仮置きツールは自身と前記ワークとの間に隙間を形成するスペーサ部を備える、請求項１６又は１７に記載のロボットシステム。
19. 前記ワークを折畳む折畳みツールをさらに備える、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
20. 前記切断ツールの故障を検査する視覚センサをさらに備える、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のロボットシステム。

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