JP2023115274A - 取出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した搬送を実現しつつ装置を小型化することができる。【解決手段】本開示の一実施形態に係る取出装置は、把持部と、搬送部とを含む。把持部は、少なくとも2箇所に吸着することにより対象物を把持する。搬送部は、前記把持部により把持された前記対象物に向かって移動可能であり、前記対象物を搬送する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、取出装置に関する。
物流分野においてサプライチェーンのグローバル化および労働人材の高齢化に伴い、物流量の増加に対して労働力が不足している傾向にある。よって、物品のピッキングなどの物品の荷役作業を迅速かつ効率よく行うため、直交機構型ロボットおよび多関節アーム型ロボットが普及している。
しかしながら、直交機構型ロボットおよび多関節アーム型ロボットは、装置が大型化する傾向にある。例えば、直交機構型ロボットにより上方から物品を把持する場合は、上下方向に関して長いアームが必要となるので、天井が低いなど空間が狭い場合は、直交機構型ロボットを配置できないという問題がある。
また、多関節アーム型ロボットについても、上方から物品を把持する場合は、既存の敷設物を回避するために冗長性を備える関節数が必要となる。さらに、物品が積載される領域が直方体形状の領域で、中間棚が存在する場合に、領域内の中間棚から物品を取り出す際には、さらに冗長性を有する関節数が必要となり、ロボットが大型化してしまう問題がある。
また、多関節アーム型ロボットについても、上方から物品を把持する場合は、既存の敷設物を回避するために冗長性を備える関節数が必要となる。さらに、物品が積載される領域が直方体形状の領域で、中間棚が存在する場合に、領域内の中間棚から物品を取り出す際には、さらに冗長性を有する関節数が必要となり、ロボットが大型化してしまう問題がある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、安定した搬送を実現しつつ装置を小型化することができる取出装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る取出装置は、把持部と、搬送部とを含む。把持部は、少なくとも2箇所に吸着することにより対象物を把持する。搬送部は、前記把持部により把持された前記対象物に向かって移動可能であり、前記対象物を搬送する。
以下、図面を参照しながら本開示の一実施形態に係る取出装置および方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行なうものとして、重ねての説明を省略する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る取出装置について図1を参照して説明する。
第1の実施形態に係る取出装置100は、第1垂直部材101、第2垂直部材102、第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105、第6垂直部材106、第1水平部材107、第2水平部材108、第3水平部材109、第4水平部材110、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115、第2の垂直方向移動機構116、第2の奥行き方向移動機構117および搬送部118を含む。
第1の実施形態に係る取出装置について図1を参照して説明する。
第1の実施形態に係る取出装置100は、第1垂直部材101、第2垂直部材102、第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105、第6垂直部材106、第1水平部材107、第2水平部材108、第3水平部材109、第4水平部材110、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115、第2の垂直方向移動機構116、第2の奥行き方向移動機構117および搬送部118を含む。
第1の垂直方向移動機構111は、第1移動機構とも呼び、水平方向移動機構112および第1奥行き方向移動機構113を合わせて第2移動機構とも呼ぶ。また、第2の垂直方向移動機構116を第3移動機構とも呼び、第2の奥行き方向移動機構117を第4移動機構とも呼ぶ。
第1垂直部材101、第2垂直部材102、第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105、第6垂直部材106、第1水平部材107、第2水平部材108、第3水平部材109および第4水平部材110は、取出装置100の骨格を形成する支持体であり、これらの部材を合わせてベースとも呼ぶ。
本実施形態に係るベースは、以下のように形成される。第1垂直部材101、第3垂直部材103および第5垂直部材105のそれぞれの一端が、床面に接地する状態で起立し、第1垂直部材101、第3垂直部材103および第5垂直部材105のそれぞれの他端に、第1水平部材107が水平に接合される。同様に、第2垂直部材102、第4垂直部材104および第6垂直部材106のそれぞれの一端が、床面に接地する状態で起立し、第2垂直部材102、第4垂直部材104および第6垂直部材106のそれぞれの他端に、第2水平部材108が水平に接合される。第3水平部材109の一端は、第1水平部材107と第3垂直部材103とが接合される位置付近に水平に接合され、第3水平部材109の他端は、第2水平部材108と第4垂直部材104とが接合される位置付近に水平に接合される。同様に、第4水平部材110の一端は、第1水平部材107と第5垂直部材105とが接合される位置付近で水平に接合され、第4水平部材110の他端は、第2水平部材108と第6垂直部材106とが接合される位置付近で水平に接合される。
本実施形態に係るベースは、以下のように形成される。第1垂直部材101、第3垂直部材103および第5垂直部材105のそれぞれの一端が、床面に接地する状態で起立し、第1垂直部材101、第3垂直部材103および第5垂直部材105のそれぞれの他端に、第1水平部材107が水平に接合される。同様に、第2垂直部材102、第4垂直部材104および第6垂直部材106のそれぞれの一端が、床面に接地する状態で起立し、第2垂直部材102、第4垂直部材104および第6垂直部材106のそれぞれの他端に、第2水平部材108が水平に接合される。第3水平部材109の一端は、第1水平部材107と第3垂直部材103とが接合される位置付近に水平に接合され、第3水平部材109の他端は、第2水平部材108と第4垂直部材104とが接合される位置付近に水平に接合される。同様に、第4水平部材110の一端は、第1水平部材107と第5垂直部材105とが接合される位置付近で水平に接合され、第4水平部材110の他端は、第2水平部材108と第6垂直部材106とが接合される位置付近で水平に接合される。
なお、上述した本実施形態のベースの形状に限らず、ベースが、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115、第2の垂直方向移動機構116、第2の奥行き方向移動機構117および搬送部118を支持できる大きさとなるように、各部材が接合されればよい。
第1の垂直方向移動機構111は、ベースの第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105および第6垂直部材106に、垂直方向(y軸方向)に移動可能に接続される。例えば、ベースの第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105および第6垂直部材106の垂直方向に沿ってガイドレールが取り付けられており、第1の垂直方向移動機構111は、このガイドレールに沿って垂直方向に移動する。
水平方向移動機構112は、水平方向(x軸方向)に移動可能となるように第1の垂直方向移動機構111に接続される。例えば、第1の垂直方向移動機構111の水平方向に沿ってガイドレールが取り付けられており、水平方向移動機構112は、このガイドレールに沿って水平方向に移動する。
第1の奥行き方向移動機構113は、奥行き方向(z軸方向)に移動可能となるように水平方向移動機構112に接続される。例えば、水平方向移動機構112の奥行き方向に沿ってガイドレールが取り付けられており、第1の奥行き方向移動機構113は、このガイドレールに沿って前後方向に移動する。
把持部移動機構114は、奥行き方向に移動可能となるように第1の奥行き方向移動機構113に接続される。例えば、第1の奥行き方向移動機構113の奥行き方向に沿って下面側にガイドレールを有し、把持部115が第1の奥行き方向移動機構113の奥行き方向に移動可能とする。本実施形態では、把持部115は、第1の奥行き方向移動機構113の両端まで移動可能となるので、ベース内において第1の奥行き方向移動機構113の可動範囲よりも把持部115の可動範囲を大きくすることができる。
把持部115は、第1の奥行き方向移動機構113に接続され、取り出し対象の物品(以下、対象物という)を把持する。また、把持部115は、どのような対象物の把持にも対応できるよう回転自在としてもよい。把持部115は、例えば吸着パッドを用い、コンプレッサなどの吸引源と電磁弁などの開閉制御が可能な開放弁とを有し、開放弁を介して吸着パッドが対象物を吸引することで対象物を把持し、吸引を停止することで対象物を放すように切り替え制御する。対象物に吸着することで対象物を把持する。把持部115を複数配置して所望の搬送力を得てもよい。また、蛇腹状の柔軟材料のパッド、およびバネにより支持されたパッドにより対象物と把持部115との接触距離が許容できるようにすることが望ましい。なお、吸着パットに限らず、対象物を両側から挟持する構成でもよく、対象物を移動させることができればよい。
第2の垂直方向移動機構116は、第1の垂直方向移動機構111よりも下方に位置し、ベースの第3垂直部材103、第4垂直部材104、第5垂直部材105および第6垂直部材106に、垂直方向に移動可能に接続される。第2の垂直方向移動機構116は、第1の垂直方向移動機構111と同様に、ベースのガイドレールに沿って垂直に移動する。
第2の奥行き方向移動機構117は、奥行き方向に移動可能となるように第2の垂直方向移動機構116に接続される。例えば、第2の垂直方向移動機構116の奥行き方向に沿ってガイドレールを有し、第2の垂直方向移動機構116の奥行き方向に移動可能とする。
第2の奥行き方向移動機構117は、奥行き方向に移動可能となるように第2の垂直方向移動機構116に接続される。例えば、第2の垂直方向移動機構116の奥行き方向に沿ってガイドレールを有し、第2の垂直方向移動機構116の奥行き方向に移動可能とする。
搬送部118は、例えばベルトコンベア、ローラコンベアなどのコンベアであり、第2の奥行き方向移動機構117に接続される。搬送部118は、モータなどにより回転力をローラに付与し、ローラが回転することで積載された対象物を搬送させることができる。
次に、第1の実施形態に係る取出装置100の取り出し処理について図2から図7までを参照して説明する。
積載ボックス201に積載された箱を対象物202および203として取り出し、対象物202および203を作業台205に移動させる場合を想定し、図2から図7までの例では、対象物202を取り出す場合について説明する。
積載ボックス201に積載された箱を対象物202および203として取り出し、対象物202および203を作業台205に移動させる場合を想定し、図2から図7までの例では、対象物202を取り出す場合について説明する。
積載ボックス201は、格子状の囲いなどで形成される台であり、底面に車輪を有する。これによって、物品を積載した状態でも積載ボックス201を移動させることができる。本実施形態では、ベースは積載ボックス201を内包して固定できる形状であり、取り出し処理を行う場合は、積載ボックス201がベースに固定される。なお、ベースが積載ボックス201を内包する形状でなくともよく、積載ボックス201が固定できれば、取出装置100と積載ボックス201とが隣接して配置されてもよい。
作業台205は、積載ボックス201からの対象物の搬送先となる台であり、対象物を一時保管するといった静的な台であるか、または、ベルトコンベアにより対象物を他の場所へ搬送するといった動的な台である。本実施形態では、動的な台を想定し、積載ボックス201に積載される対象物を作業台205に移動させることで、対象物が次々に他の場所へ搬送される。
作業台205は、積載ボックス201からの対象物の搬送先となる台であり、対象物を一時保管するといった静的な台であるか、または、ベルトコンベアにより対象物を他の場所へ搬送するといった動的な台である。本実施形態では、動的な台を想定し、積載ボックス201に積載される対象物を作業台205に移動させることで、対象物が次々に他の場所へ搬送される。
なお、ここでは、積載ボックス201に対象物が積載される位置および対象物の取り出し順が予め定められている場合を想定し、制御部(図示せず)が、対象物を把持し、搬送部118に積載できる位置まで取出装置100の各移動機構を規定距離だけ移動するように制御する。制御方式としては、一般的に、ステップモータにより指定パルスで規定量の移動が可能な開ループ制御方式や、位置センサにより目標値との誤差を小さくするような制御により指定位置へ移動可能な開ループ方式がある。
図2は、対象物の取り出し処理を行う前の初期状態であり、積載ボックス201が取出装置100にセットされた状態を示す。また、搬送部118から作業台205に対象物を移動できるように、取出装置100の搬送部118の搬送先である作業台205に近接して配置される。
図3は、対象物202を把持する状態を示す。第1の垂直方向移動機構111が、対象物202を把持可能な位置まで下方向(y軸の負の方向)に移動する。なお、ここでは、第2の垂直方向移動機構116の位置が予め対象物202を搬送部118に積載可能な高さに存在すると仮定する。なお、搬送部118の位置が対象物202を積載できない位置にあれば、第2の垂直方向移動機構116が、対象物202を搬送部118に積載できるように対象物202の下面の位置まで、垂直方向に移動すればよい。
さらに、第1の奥行き方向移動機構113が、対象物202を把持可能な位置まで奥行き方向(z軸の負の方向)に移動し、把持部115が対象物202を吸着して把持する。ここでは、対象物202の前面側と上部側との2ヶ所に吸着することで対象物202を把持する。また、対象物202の位置に応じて、水平方向移動機構112が水平方向(x軸方向)に移動してもよい。第2の奥行き方向移動機構117は、第1の奥行き方向移動機構113と同様に、奥行き方向(z軸の負の方向)へ対象物202の前面下部まで移動する。このとき、搬送部118の縁は、対象物202の前面下部付近に位置していればよく、対象物202の前面下部よりも若干高い位置でもよいが、対象物202の前面下部より低い位置である方が望ましい。こうすることで、搬送部118に対象物202を安定して積載することができる。
さらに、第1の奥行き方向移動機構113が、対象物202を把持可能な位置まで奥行き方向(z軸の負の方向)に移動し、把持部115が対象物202を吸着して把持する。ここでは、対象物202の前面側と上部側との2ヶ所に吸着することで対象物202を把持する。また、対象物202の位置に応じて、水平方向移動機構112が水平方向(x軸方向)に移動してもよい。第2の奥行き方向移動機構117は、第1の奥行き方向移動機構113と同様に、奥行き方向(z軸の負の方向)へ対象物202の前面下部まで移動する。このとき、搬送部118の縁は、対象物202の前面下部付近に位置していればよく、対象物202の前面下部よりも若干高い位置でもよいが、対象物202の前面下部より低い位置である方が望ましい。こうすることで、搬送部118に対象物202を安定して積載することができる。
図4は、対象物202を搬送部118に積載する状態を示す。把持部115が対象物202を把持したまま、第2の奥行き方向移動機構117がz軸の正の方向に移動する。さらに、搬送部118であるベルトコンベアがz軸方向に回転することで、把持部115と搬送部118とにより対象物202を挟み込む状態、すなわち対象物202の上下両面に搬送力を作用させる状態となるので、対象物202を搬送部118に積載しやすくなる。この際、対象物202の転倒を防ぐため、第2の奥行き方向移動機構117の移動速度と、搬送部118であるベルトコンベアの回転速度とが等しくなるようにすることが望ましい。
対象物202が搬送部118の所定の搬送位置に到達した場合、第2の奥行き方向移動機構117の移動および搬送部118の回転を停止する。これにより、対象物202の搬送部118への積載が完了する。なお、対象物202が軽量である場合は、搬送部118が空転可能となるようにモータを励磁しない状態とし、把持部115により対象物202を把持した状態で搬送部118上を移動させることで、対象物202を搬送位置に到達させてもよい。
図5は、把持部115が対象物202の移動を妨げないように退避する状態を示す。
把持部115は、吸引を停止して対象物202の把持を中止し、第1の垂直方向移動機構111が垂直上方向に移動して対象物202から離れる。このときの第1の垂直方向移動機構111の移動量は、搬送部が対象物を搬送する際に、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第2の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114および把持部115が衝突しない移動量であればよい。
把持部115は、吸引を停止して対象物202の把持を中止し、第1の垂直方向移動機構111が垂直上方向に移動して対象物202から離れる。このときの第1の垂直方向移動機構111の移動量は、搬送部が対象物を搬送する際に、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第2の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114および把持部115が衝突しない移動量であればよい。
図6は、搬送部118を作業台205に横付けする状態を示す。
第2の奥行き方向移動機構117が作業台205の方向へ移動し、第2の垂直方向移動機構116が、搬送部118の縁と対向する作業台205の縁とが近接し、対象物202を衝撃無く作業台205に移動できる位置に、垂直方向に移動する。具体的には、第2の垂直方向移動機構116は、作業台205の縁よりも搬送部118の縁が若干高くなるような位置に移動する。この際、搬送部118は、対象物202が移動しないように停止した状態でもよいし、第2の奥行き方向移動機構117が移動している間に、対象物202が転倒しない速度でコンベアが回転していてもよい。
第2の奥行き方向移動機構117が作業台205の方向へ移動し、第2の垂直方向移動機構116が、搬送部118の縁と対向する作業台205の縁とが近接し、対象物202を衝撃無く作業台205に移動できる位置に、垂直方向に移動する。具体的には、第2の垂直方向移動機構116は、作業台205の縁よりも搬送部118の縁が若干高くなるような位置に移動する。この際、搬送部118は、対象物202が移動しないように停止した状態でもよいし、第2の奥行き方向移動機構117が移動している間に、対象物202が転倒しない速度でコンベアが回転していてもよい。
図7は、搬送部118から作業台205に対象物202を合流させる状態を示す。
搬送部118は、対象物を作業台205に合流させるために、コンベアを回転させる。作業台205の回転速度を考慮し、対象物202が合流した場合に転倒しない速度となるように、搬送部118のベルトコンベアを回転させる。以上で取出装置100の対象物の取り出し処理を終了する。
搬送部118は、対象物を作業台205に合流させるために、コンベアを回転させる。作業台205の回転速度を考慮し、対象物202が合流した場合に転倒しない速度となるように、搬送部118のベルトコンベアを回転させる。以上で取出装置100の対象物の取り出し処理を終了する。
次に、第1の実施形態に係る取出装置100の取り出し処理の別例について図8から図11までを参照して説明する。
積載ボックス201は、多量の対象物を積載することを想定しているため、積載された状態では下方の対象物ほど荷重が加わることになる。よって、荷重が加わることにより対象物が変形および破損することが考えられるので、対象物の積載を分散させるために積載ボックスに中間棚を設け、中間棚に対象物が積載される場合がある。図8から図11では、積載ボックス201に中間棚801が存在し、中間棚から対象物802を取り出す場合を想定する。
積載ボックス201は、多量の対象物を積載することを想定しているため、積載された状態では下方の対象物ほど荷重が加わることになる。よって、荷重が加わることにより対象物が変形および破損することが考えられるので、対象物の積載を分散させるために積載ボックスに中間棚を設け、中間棚に対象物が積載される場合がある。図8から図11では、積載ボックス201に中間棚801が存在し、中間棚から対象物802を取り出す場合を想定する。
図8は、中間棚801に対する初期位置の状態を示す。第1の垂直方向移動機構111が中間棚801にある対象物802を把持可能な位置となるように、垂直上方向(y軸の正の方向)移動する。なお、第1の垂直方向移動機構111が垂直上方向に移動する際に、第1の奥行き方向移動機構113と把持部115とが中間棚に衝突しないよう、積載ボックス201の外に位置するように移動する。具体的には、第1の奥行き方向移動機構113と把持部115とを、z軸の正の方向に移動する。その後、第1の垂直方向移動機構が垂直上方向に移動すればよい。
第2の奥行き方向移動機構117および搬送部118も同様に、中間棚に衝突しないようz軸の正の方向に移動したのち、第2の垂直方向移動機構116が、中間棚801の上面付近に位置するように移動する。具体的には、中間棚801の縁と搬送部118の縁とが等しい高さとなるか、搬送部118の縁が中間棚801の縁よりも低くなるような位置に移動すればよい。
図9は、中間棚801から対象物802を取り出す状態を示す。第1の奥行き方向移動機構113が中間棚801にある対象物802に向かって移動する。その後、把持部115が対象物802を吸着して把持する。
図10は、対象物802を搬送部118に積載する状態を示す。把持部115が対象物802を把持したまま、z軸の正の方向に移動する。ここでの把持部115と搬送部118との動作は、図4で説明した処理と同様である。
図11は、搬送部118を作業台205に横付けする状態を示す。第2の垂直方向移動機構116が、作業台205の縁と搬送部118の縁とが等しい高さとなるように垂直下方向に移動する。ここでは、対象物802を作業台205に移動させる際に把持部115が干渉しないため、把持部115を退避させなくともよい。搬送部118から作業台205に対象物802を搬送する動作は、図7と同様であるのでここでの説明を省略する。以上により、中間棚801に積載される対象物802の取り出し処理を終了する。
以上に示した第1の実施形態によれば、ベース内で垂直方向および奥行き方向に移動する把持部および搬送部により、積載ボックスから対象物の取り出しを行うことで、把持部および搬送部の可動域とほぼ同様の大きさで取出装置を実現することができ、装置の小型化を実現することができる。また、把持部と搬送部とが独立して垂直方向および前後方向に移動することができるため、既存の搬送用ベルトコンベアおよび中間棚を有する既存の積載ボックスに対しても適用することができる。さらに、把持部と搬送部とが協調して動作し、対象物を取り出す際には、搬送部が近接することで把持部のみで対象物の重量を支える時間を短くし、搬送部が移動先である作業台の高さに合わせて移動して対象物を移動することで、スムーズに対象物を移動させることができる。よって、例えば高所における対象物の搬送、または重い対象物の搬送の場合にも、安定した対象物の取り出しおよび搬送を行うことができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、積載ボックスなどに対象物が積載されている位置、対象物の数および対象物の取り出し順が予め規定されている場合であり、一定の駆動量および順序を制御することで対象物の取り出し処理を行うことができる場合を想定する。第2の実施形態では、画像センサにより積載される対象物の位置を検出して、取り出し処理を行う点が第1の実施形態とは異なる。このようにすることで、どのように配置および積載された対象物に対しても取り出し処理を行うことができ、より汎用性を高めることができる。
第1の実施形態では、積載ボックスなどに対象物が積載されている位置、対象物の数および対象物の取り出し順が予め規定されている場合であり、一定の駆動量および順序を制御することで対象物の取り出し処理を行うことができる場合を想定する。第2の実施形態では、画像センサにより積載される対象物の位置を検出して、取り出し処理を行う点が第1の実施形態とは異なる。このようにすることで、どのように配置および積載された対象物に対しても取り出し処理を行うことができ、より汎用性を高めることができる。
第2の実施形態に係る取出装置のブロック図について図12を参照して説明する。
第2の実施形態に係る取出装置1200は、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115、第2の垂直方向移動機構116、第2の奥行き方向移動機構117、搬送部118、画像センサ1201、形状検出部1202および制御部1203を含む。
第2の実施形態に係る取出装置1200は、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115、第2の垂直方向移動機構116、第2の奥行き方向移動機構117、搬送部118、画像センサ1201、形状検出部1202および制御部1203を含む。
画像センサ1201は、例えば、3次元の位置情報を取得可能なレーザレンジファインダなどの距離画像センサまたはステレオカメラセンサであり、対象物の画像または映像を撮像し、画像データを生成する。
形状検出部1202は、画像センサ1201から画像データを受け取り、画像データに基づいて対象物の上部位置および対象物の下部位置を検出する。形状検出部1202は、対象物の上部位置と上部位置までの距離および対象物の下部位置と下部位置までの距離を含む位置情報を生成する。
制御部1203は、形状検出部1202から位置情報を受け取り、位置情報に基づいて、把持部115が上部位置に向かう方向に第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112および第1の奥行き方向移動機構113を駆動させ、搬送部118が下部位置に向かう方向に第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117を駆動させる。
駆動制御の例としては、制御部1203は、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117のそれぞれの駆動量を示す駆動信号を生成する。また、制御部1203は、把持部115における把持動作を制御する把持制御信号、および、搬送部118における搬送動作を制御する搬送制御信号を生成する。
駆動制御の例としては、制御部1203は、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117のそれぞれの駆動量を示す駆動信号を生成する。また、制御部1203は、把持部115における把持動作を制御する把持制御信号、および、搬送部118における搬送動作を制御する搬送制御信号を生成する。
第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117はそれぞれ、制御部1203から駆動信号を受け取り、駆動信号に示される駆動量となるように駆動する。
把持部115は、制御部1203から把持制御信号を受け取り、制御信号に基づいて把持動作の開始および停止を行う。
搬送部118は、制御部1203から搬送制御信号を受けとり、搬送制御信号に基づいてコンベアの回転の開始、停止および回転速度の調整を制御する。
なお、第2の実施形態に係る取出装置1200の形状の具体例は、第1の実施形態に係る取出装置100と同様であるので、ここでの説明を省略する。なお、画像センサ1201は、積載ボックスにある対象物を撮像できる位置に固定されればよい。形状検出部1202および制御部1203は、ベースに制御盤として配置されてもよいし、無線または有線を介して画像データを受け取って処理し、駆動信号、把持制御信号および搬送制御信号を取出装置100に送信できる取出装置100から離れた位置でもよい。
次に、形状検出部1202における位置情報生成処理の一例について図13を参照して説明する。
図13は、画像センサにより取得される、2つの箱が積載された積載ボックス201の側面の開放側からみた場合の画像データである。座標軸は、図2と同様である。ここでは、積載ボックス201の最下面を規準とする。
図13は、画像センサにより取得される、2つの箱が積載された積載ボックス201の側面の開放側からみた場合の画像データである。座標軸は、図2と同様である。ここでは、積載ボックス201の最下面を規準とする。
形状検出部1202は、画像データの画像認識処理を行い、3次元位置情報またはRGB画像情報を抽出して、対象物の形状認識を行う。図13の例では2つの矩形1301および矩形1302が認識され、垂直方向(y軸方向)の最大値であり、かつ奥行き方向(z軸方向)の最小値である矩形を対象物として決定する。すなわち、最も手前に積載された箱の上段から順に箱を取り出すこととなり、ここでは、矩形1301が対象物として決定される。形状検出部1202は、決定された対象物から上部位置1303を抽出し、上部位置1303の座標および上部位置1303までの距離を算出する。さらに、形状検出部1202は、決定された対象物から下部位置1304を抽出し、下部位置1304の座標および下部位置1304までの距離を算出する。結果として、形状検出部1202は、上部位置1303の座標および上部位置1303までの距離、下部位置1304の座標および下部位置1304までの距離に関する情報を位置情報として得る。ここで、上部位置1303の座標とは、対象物における垂直方向(y軸方向)の最も高い点の座標(少なくともy軸成分)を含む。また、下部位置1304の座標とは、対象物における垂直方向(y軸方向)の最も低い点の座標(少なくともy軸成分)を含む。対象物が矩形の場合には、矩形1301の上辺の座標を上部位置1303の座標、下辺の座標を下部位置1304の座標としてもよい。
次に、第2の実施形態に係る取出装置1200の取り出し処理について図14Aおよび図14Bのフローチャートを参照して説明する。
ステップS1401では、画像センサ1201が、積載ボックス内の画像を撮像し、画像データを得る。
ステップS1402では、形状検出部1202が、画像データの画像認識処理を行い、形状を検出して、対象物を決定する。
ステップS1403では、形状検出部1202が、形状を認識した対象物について、上部位置および下部位置を算出する。第2の実施形態では、箱を対象物として取り出し処理を行うことを想定しているので、垂直方向の最上かつ奥行き方向の最前に位置する対象物に対して、上部位置および下部位置を算出する。
ステップS1401では、画像センサ1201が、積載ボックス内の画像を撮像し、画像データを得る。
ステップS1402では、形状検出部1202が、画像データの画像認識処理を行い、形状を検出して、対象物を決定する。
ステップS1403では、形状検出部1202が、形状を認識した対象物について、上部位置および下部位置を算出する。第2の実施形態では、箱を対象物として取り出し処理を行うことを想定しているので、垂直方向の最上かつ奥行き方向の最前に位置する対象物に対して、上部位置および下部位置を算出する。
ステップS1404では、制御部1203が、対象物が中間棚よりも上に位置しているかどうかを判定する。対象物が中間棚よりも上に位置しているかどうかの判定は、例えば、ステップS1403で算出した上部位置および下部位置が、予め与えられる中間棚の位置よりも高いかどうかにより判定すればよい。また、画像データから中間棚の位置が解析できるのであれば、形状検出部1202または制御部1203が、画像データに基づいて対象物の位置が中間棚の位置よりも高いかどうかを判定してもよい。対象物の位置が中間棚よりも高ければ、ステップS1413に進み、対象物の位置が中間棚よりも低ければ、ステップS1405に進む。
ステップS1405では、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113および把持部移動機構114が、制御部1203からの上部位置に移動するための駆動量を示す駆動信号に応じて、把持部115を対象物の上部位置に移動させる。
ステップS1406では、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの下部位置に移動するための駆動量を示す駆動信号に応じて、搬送部118を対象物の下部位置に移動させる。
ステップS1407では、把持部115が、制御部1203からの吸引開始を示す把持制御信号に応じて、対象物を把持する。
ステップS1406では、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの下部位置に移動するための駆動量を示す駆動信号に応じて、搬送部118を対象物の下部位置に移動させる。
ステップS1407では、把持部115が、制御部1203からの吸引開始を示す把持制御信号に応じて、対象物を把持する。
ステップS1408では、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115および搬送部118が、制御部1203からの駆動信号、把持制御信号および搬送制御信号に応じて、それぞれ協働して対象物を搬送部118の規定位置まで移動させて搬送部118に積載する。
ステップS1409では、把持部115が、対象物が搬送部118の規定位置に積載されたのち、制御部1203からの吸引停止を示す把持制御信号に応じて、把持を解放する。
ステップS1410では、第1の垂直方向移動機構111が、制御部1203からの駆動信号に応じて、第1の垂直方向移動機構が対象物の移動経路の障害とならないように、退避する。
ステップS1409では、把持部115が、対象物が搬送部118の規定位置に積載されたのち、制御部1203からの吸引停止を示す把持制御信号に応じて、把持を解放する。
ステップS1410では、第1の垂直方向移動機構111が、制御部1203からの駆動信号に応じて、第1の垂直方向移動機構が対象物の移動経路の障害とならないように、退避する。
ステップS1411では、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの駆動信号に応じて、対象物を作業台に搬送可能な位置に、搬送部118を移動させる。
ステップS1412では、搬送部118が、制御部1203からの搬送制御信号に応じて、対象物を作業台に搬送する。ここでは、ローラを回転してベルトコンベアを回転させることにより、安定した状態を維持しつつ作業台に搬送できる。
ステップS1412では、搬送部118が、制御部1203からの搬送制御信号に応じて、対象物を作業台に搬送する。ここでは、ローラを回転してベルトコンベアを回転させることにより、安定した状態を維持しつつ作業台に搬送できる。
ステップS1413では、第1の奥行き方向移動機構113が、制御部1203からの駆動信号に応じて、退避する。
ステップS1414では、第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの駆動信号に応じて、退避する。
ステップS1415では、第1の垂直方向移動機構111が、制御部1203からの駆動信号に応じて、ベースの最上位置に移動する。
ステップS1414では、第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの駆動信号に応じて、退避する。
ステップS1415では、第1の垂直方向移動機構111が、制御部1203からの駆動信号に応じて、ベースの最上位置に移動する。
ステップS1416では、第2の垂直方向移動機構116が、制御部1203からの駆動信号に応じて、搬送部118を中間棚にある対象物の下部位置、または中間棚に対象物が1つだけであれば中間棚の縁の位置に移動させる。
ステップS1417では、第1の垂直方向移動機構111、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113および把持部移動機構114が、制御部1203からの上部位置に移動するための駆動量を示す駆動信号に応じて、把持部115を対象物の上部位置に移動させる。
ステップS1418では、把持部115が、制御部1203からの吸引開始を示す把持制御信号に応じて、対象物を把持する。
ステップS1419では、水平方向移動機構112、第1の奥行き方向移動機構113、把持部移動機構114、把持部115および搬送部118が、制御部1203からの駆動信号、把持制御信号および搬送制御信号に応じて、それぞれ協働して対象物を搬送部118の規定位置まで移動させて搬送部118に積載する。
ステップS1420では、把持部115が、対象物が搬送部118の規定位置に積載されたのち、制御部1203からの吸引停止を示す把持制御信号に応じて、把持を解放する。
ステップS1421では、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの駆動信号に応じて、対象物を作業台に搬送可能な位置に、搬送部118を移動させる。
ステップS1422では、搬送部118が、制御部1203からの搬送制御信号に応じて、対象物を作業台に搬送する。以上で取出装置1200の取り出し処理を終了する。
ステップS1420では、把持部115が、対象物が搬送部118の規定位置に積載されたのち、制御部1203からの吸引停止を示す把持制御信号に応じて、把持を解放する。
ステップS1421では、第2の垂直方向移動機構116および第2の奥行き方向移動機構117が、制御部1203からの駆動信号に応じて、対象物を作業台に搬送可能な位置に、搬送部118を移動させる。
ステップS1422では、搬送部118が、制御部1203からの搬送制御信号に応じて、対象物を作業台に搬送する。以上で取出装置1200の取り出し処理を終了する。
本実施形態における取り出し処理において、積載ボックスが空となれば、対象物が積載される次の積載ボックスに入れ替えて、同様に取り出し処理を行えばよい。積載ボックスを入れ替える場合は、手動でもよいし、空となった積載ボックスを押し出し、次の積載ボックスをベースに内包するように制御してもよい。例えば、画像センサを用いない場合は、所定回数取り出し処理を終えたら積載ボックスが空であるとして、ボックス駆動部(図示せず)が積載ボックスを押し出して、新たな積載ボックスを内包すればよい。また、画像センサを用いる場合は、制御部が画像データから対象物が存在するかどうかを判定し、画像データに対象物が存在しないと判定すれば、ボックス駆動部が積載ボックスを押し出し、新たな積載ボックスを内包すればよい。
以上に示した第2の実施形態によれば、画像センサを用いて画像データから対象物を検出することで、予め定められた対象物および配置に限らず、どのように配置および積載された対象物に対しても取り出し処理を行うことができ、より汎用性を高めることができる。
なお、上述の実施形態では、ベースが垂直方向(y軸方向)に直立し、第1の垂直方向移動機構111および第2の垂直方向移動機構116が垂直方向に移動することを想定するが、ベースの形状によっては、ベースが鉛直方向に直立した状態から傾いている場合もある。このような場合は、ベースの傾きに沿って第1の垂直方向移動機構111(第1移動機構)および第2の垂直方向移動機構116(第3移動機構)が上下方向(第1方向ともいう)に移動すればよい。この際、左右方向移動機構112および第1の奥行き方向移動機構113(第2移動機構)が、第1方向と交差するxz平面(第1水平面)上で移動可能であればよい。また、第3移動機構に接続される第2の奥行き方向移動機構117(第4移動機構)が、第1水平面と対向するxz平面(第2水平面)上で移動可能であればよい。なお、第1水平面と第2水平面とは、厳密に平行に対向した平面でなくともよく、垂直方向または第1方向に対しての移動も許容するような範囲であってもよい。
さらに、上述した実施形態では、各移動機構が移動することにより、把持部115および搬送部118が移動することを想定しているが、把持部115および搬送部118だけで移動可能であってもよい。例えば、ベースに接続され、第1移動機構および第2移動機構と同じ可動域で伸縮可能かつ3軸方向に移動自在なアームの先端に取り付けられた把持部115と、ベースに接続され、第3移動機構および第4移動機構と同じ可動域の搬送部118とを含む取出装置であってもよい。これによって、同様に安定した搬送を実現しつつ装置を小型化することができる。
さらに、上述した実施形態では、各移動機構が移動することにより、把持部115および搬送部118が移動することを想定しているが、把持部115および搬送部118だけで移動可能であってもよい。例えば、ベースに接続され、第1移動機構および第2移動機構と同じ可動域で伸縮可能かつ3軸方向に移動自在なアームの先端に取り付けられた把持部115と、ベースに接続され、第3移動機構および第4移動機構と同じ可動域の搬送部118とを含む取出装置であってもよい。これによって、同様に安定した搬送を実現しつつ装置を小型化することができる。
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、変更を行なうことができる。これら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。
以下に、本願原出願の特許査定時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
ベースと、
前記ベースに設けられ、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動可能であり、対象物を把持する把持部と、
前記把持部よりも下方に位置し、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動可能であり、前記対象物を搬送する搬送部と、を具備する取出装置。
[2]
前記対象物の位置情報を取得するセンサと、
前記位置情報に基づいて前記対象物の上部位置および該対象物の下部位置の少なくともどちらか一方を検出する検出部と、
前記上部位置が検出された場合、前記上部位置に向かう方向に前記把持部を駆動させ、前記下部位置が検出された場合、前記下部位置に向かう方向に前記搬送部を駆動させる制御部と、をさらに具備する[1]に記載の取出装置。
[3]
前記センサは、前記対象物までの距離に関する情報を含む位置情報を取得し、
前記制御部は、前記位置情報に基づいて、前記把持部から前記上部位置までの第1距離および前記搬送部から前記下部位置までの第2距離の少なくともどちらか一方を算出し、前記第1距離を算出した場合、該第1距離に応じて前記把持部を駆動させ、前記第2距離を算出した場合、該第2距離に応じて前記搬送部を駆動させる[2]に記載の取出装置。[4]
前記把持部は、前記搬送部が前記対象物を搬送する際に衝突しないように移動する[1]から[3]のいずれか1つに記載の取出装置。
[5]
前記制御部は、前記対象物が積載される台に中間棚が存在しかつ該中間棚から該対象物を取り出す場合、前記搬送部の一端が前記対象物の前記下部位置に位置するように、または、該搬送部の一端が該中間棚の該搬送部側の下端に位置するように前記搬送部を駆動させる[2]に記載の取出装置。
[6]
前記対象物が積載される台を内包可能な領域を有する、[1]から[5]のいずれか1つに記載の取出装置。
[7]
前記対象物の搬送先となる作業台をさらに具備する、[1]から[6]のいずれか1つに記載の取出装置。
[8]
第1方向および前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動可能であり、対象物を把持する把持部と、
前記把持部よりも下方に位置し、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動可能であり、前記対象物を搬送する搬送部と、を具備する取出装置。
[9]
ベースに設けられた把持部が、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動して対象物を把持し、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部が、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動して前記対象物を搬送する取出方法。
[10]
コンピュータに、
ベースに設けられた把持部が、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動して対象物を把持する機能と、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部が、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動して前記対象物を搬送する機能と、
を実現させるための取出プログラム。
[11]
ベースに設けられた把持部を、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動させて対象物を把持させ、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部を、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動させて前記対象物を搬送させる制御を行う、制御装置。
[12]
前記対象物の位置情報に基づいて前記対象物の上部位置および該対象物の下部位置の少なくともどちらか一方を検出し、
前記上部位置が検出された場合、前記上部位置に向かう方向に前記把持部を駆動させ、前記下部位置が検出された場合、前記下部位置に向かう方向に前記搬送部を駆動させる制御を行う、[11]に記載の制御装置。
[13]
前記位置情報は、前記対象物までの距離に関する情報を含み、
前記位置情報に基づいて、前記把持部から前記上部位置までの第1距離および前記搬送部から前記下部位置までの第2距離の少なくともどちらか一方を算出し、前記第1距離を算出した場合、該第1距離に応じて前記把持部を駆動させ、前記第2距離を算出した場合、該第2距離に応じて前記搬送部を駆動させる、[12]に記載の制御装置。
[14]
前記把持部を、前記搬送部が前記対象物を搬送する際に衝突させないように移動させる制御を行う、[11]から[13]のいずれか1項に記載の制御装置。
[15]
前記対象物が積載される台に中間棚が存在しかつ該中間棚から該対象物を取り出す場合、前記搬送部の一端が前記対象物の前記下部位置に位置するように、または、該搬送部の一端が該中間棚の該搬送部側の下端に位置するように前記搬送部を駆動させる制御を行う、[12]に記載の制御装置。
[1]
ベースと、
前記ベースに設けられ、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動可能であり、対象物を把持する把持部と、
前記把持部よりも下方に位置し、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動可能であり、前記対象物を搬送する搬送部と、を具備する取出装置。
[2]
前記対象物の位置情報を取得するセンサと、
前記位置情報に基づいて前記対象物の上部位置および該対象物の下部位置の少なくともどちらか一方を検出する検出部と、
前記上部位置が検出された場合、前記上部位置に向かう方向に前記把持部を駆動させ、前記下部位置が検出された場合、前記下部位置に向かう方向に前記搬送部を駆動させる制御部と、をさらに具備する[1]に記載の取出装置。
[3]
前記センサは、前記対象物までの距離に関する情報を含む位置情報を取得し、
前記制御部は、前記位置情報に基づいて、前記把持部から前記上部位置までの第1距離および前記搬送部から前記下部位置までの第2距離の少なくともどちらか一方を算出し、前記第1距離を算出した場合、該第1距離に応じて前記把持部を駆動させ、前記第2距離を算出した場合、該第2距離に応じて前記搬送部を駆動させる[2]に記載の取出装置。[4]
前記把持部は、前記搬送部が前記対象物を搬送する際に衝突しないように移動する[1]から[3]のいずれか1つに記載の取出装置。
[5]
前記制御部は、前記対象物が積載される台に中間棚が存在しかつ該中間棚から該対象物を取り出す場合、前記搬送部の一端が前記対象物の前記下部位置に位置するように、または、該搬送部の一端が該中間棚の該搬送部側の下端に位置するように前記搬送部を駆動させる[2]に記載の取出装置。
[6]
前記対象物が積載される台を内包可能な領域を有する、[1]から[5]のいずれか1つに記載の取出装置。
[7]
前記対象物の搬送先となる作業台をさらに具備する、[1]から[6]のいずれか1つに記載の取出装置。
[8]
第1方向および前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動可能であり、対象物を把持する把持部と、
前記把持部よりも下方に位置し、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動可能であり、前記対象物を搬送する搬送部と、を具備する取出装置。
[9]
ベースに設けられた把持部が、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動して対象物を把持し、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部が、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動して前記対象物を搬送する取出方法。
[10]
コンピュータに、
ベースに設けられた把持部が、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動して対象物を把持する機能と、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部が、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動して前記対象物を搬送する機能と、
を実現させるための取出プログラム。
[11]
ベースに設けられた把持部を、第1方向、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ移動させて対象物を把持させ、
前記把持部よりも下方に位置する搬送部を、前記第1方向および前記第2方向にそれぞれ移動させて前記対象物を搬送させる制御を行う、制御装置。
[12]
前記対象物の位置情報に基づいて前記対象物の上部位置および該対象物の下部位置の少なくともどちらか一方を検出し、
前記上部位置が検出された場合、前記上部位置に向かう方向に前記把持部を駆動させ、前記下部位置が検出された場合、前記下部位置に向かう方向に前記搬送部を駆動させる制御を行う、[11]に記載の制御装置。
[13]
前記位置情報は、前記対象物までの距離に関する情報を含み、
前記位置情報に基づいて、前記把持部から前記上部位置までの第1距離および前記搬送部から前記下部位置までの第2距離の少なくともどちらか一方を算出し、前記第1距離を算出した場合、該第1距離に応じて前記把持部を駆動させ、前記第2距離を算出した場合、該第2距離に応じて前記搬送部を駆動させる、[12]に記載の制御装置。
[14]
前記把持部を、前記搬送部が前記対象物を搬送する際に衝突させないように移動させる制御を行う、[11]から[13]のいずれか1項に記載の制御装置。
[15]
前記対象物が積載される台に中間棚が存在しかつ該中間棚から該対象物を取り出す場合、前記搬送部の一端が前記対象物の前記下部位置に位置するように、または、該搬送部の一端が該中間棚の該搬送部側の下端に位置するように前記搬送部を駆動させる制御を行う、[12]に記載の制御装置。
100,1200…取出装置、101…第1垂直部材、102…第2垂直部材、103…第3垂直部材、104…第4垂直部材、105…第5垂直部材、106…第6垂直部材、107…垂直部材、107…第1水平部材、108…第2水平部材、109…第3水平部材、110…第4水平部材、111…第1の垂直方向移動機構、112…水平方向移動機構、113…第1の奥行き方向移動機構、114…把持部移動機構、115…把持部、116…第2の垂直方向移動機構、117…第2の奥行き方向移動機構、118…搬送部、201…積載ボックス、202,203,802…対象物、205…作業台、801…中間棚、1201…画像センサ、1202…形状検出部、1203…制御部、1301,1302…矩形、1303…上部位置、1304…下部位置。
Claims (1)
- 少なくとも2箇所に吸着することにより対象物を把持する把持部と、
前記把持部により把持された前記対象物に向かって移動可能であり、前記対象物を搬送する搬送部と、
を具備する取出装置。
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