JP2023167221A - ロボットアーム装置およびピッキングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】物体への損傷を確実に抑えるピッキングシステムを提供することを課題とする。【解決手段】本課題を解決するために、ピッキング対象である物品に対して、ピッキング作業を実行するピッキングシステムおいて、前記物品を把持し、空圧シリンダを有するハンドと、前記ハンドと接続するアームを有するロボットアーム装置と、制御を行うための情報を出力するピッキング制御装置を有し、前記ハンドを前記物品の把持位置へ移動させるロボットを有し、前記空圧シリンダ内の圧力を調整することにより、当該ハンドおよび前記ピッキング作業の実行を制御するピッキングシステムを提案する。【選択図】 図８

Description

本発明は、物品の移動、その中でも特に物品に対するピッキング作業を実行するための技術に関する。

物流現場や生産現場などでは、物流や生産の一工程として、物品の移動、搬送を行うことがなされている。例えば、近年、物流倉庫などの物流現場において、保管した多数の物品の中から、指定された特定の物品を取り出すピッキング作業を、ロボットを使用して自動化することが各種提案されている。

例えば特許文献１では、「エンドエフェクタは、物体に係合するための吸着カップアセンブリと、吸着カップアセンブリと物体との間の係合に関連する圧力を検出するための接触リミットセンサとを含み、接触リミットセンサは、圧力が接触しきい値を超えていることを検出すると、接触情報を送信する。コントローラは、受信された接触情報に基づいて、物体に向かうエンドエフェクタの移動を制限して、物体への損傷を防止するように、エンドエフェクタを制御するための動作を実行する」ロボットシステムが示されている。

特開２０２１-１３０１８８号公報

上述したように、特許文献１のロボットシステムは、吸着カップアッセンブリと物体（物品）との間に係る圧力をセンサで検知し、圧力が閾値を超えた場合に、物体に向かうエンドエフェクタの移動を制限することで、物体への損傷を防止している。

しかしながら、圧力を検知してからエンドエフェクタの移動を制限するまでの遅れがあり、物体への損傷を確実に抑えることが難しかった。さらに、物体への損傷を抑えるために、接触リミットセンサを備える必要があり、機構が複雑になるという課題があった。

そこで、本発明では、本課題を解決し、より簡便な構成で、ピッキング対象である物品への損傷を抑止することを目的とする。このために、本発明では、ピッキング作業を実行するアーム装置が有する接続されたハンドにおいて、空圧シリンダ内の圧力を調整することにより、ハンドやアームを用いたピッキング作業を制御する。

より具体的には、ピッキング対象である物品に対して、ピッキング作業を実行するロボットアーム装置において、前記物品を把持し、空圧シリンダを有するハンドと、前記ハンドと接続するアームを有し、前記ハンドを前記物品の把持位置へ移動させるロボットを有し、前記空圧シリンダ内の圧力を調整することにより、当該ハンドおよび前記ピッキング作業の実行を制御するロボットアーム装置である。また、本発明には、当該ロボットアーム装置と接続し、これを制御するピッキング制御装置やロボットアーム装置とピッキング制御装置を有するピッキングシステムも含まれる。

本発明によれば、より簡便な構成で、ピッキング対象である物品への損傷を抑止することが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態や各実施例の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態におけるピッキングシステム全体の概要構成を示す図である。 本発明の一実施形態におけるピッキング制御装置のブロック図。 本発明の一実施形態におけるピッキング制御装置をコンピュータで構成した場合のハードウェア構成を示す図である。 実施例１におけるハンドを示す図である。 実施例１における接触判定の仕組みを説明する図である。 実施例１における吸着判定の仕組みを説明する図である。 実施例１におけるピッキング制御装置の処理を示すフローチャートである。 実施例１における動作シーケンスを示す図である。 実施例１におけるピッキングシステムの動作例を示す図である。 実施例２におけるハンドの構成を示す図である。 実施例２における動作シーケンスを示す図である。 実施例３におけるハンドの斜視図である。 実施例４におけるハンドの構成を示す図である。 実施例５におけるハンドの構成を示す図である。 実施例６におけるピッキングシステムの動作例を説明するための図である。

＜本実施形態の概要＞
まず、本発明の一実施形態の概要について説明する。本実施形態では、物品の移動の一例としてピッキングシステムを用いたピッキング作業を説明する。そして、本実施形態では、物流倉庫における物品を対象とする。但し、ピッキング作業、ピッキングシステムは、本発明の一例であり、コンベア等の他の移動手段、装置に本発明を適用できる。また、本実施形態の物品とは、ピッキング対象の一例であり、ワーク、商品、製品、部品、包装物等の各種物体を含む概念である。

そして、本実施形態は、ピッキング対象である物品に対して、ピッキング作業を実行するロボットアーム装置において、前記物品を把持し、空圧シリンダを有するハンドと、
前記ハンドと接続するアームを有し、前記ハンドを前記物品の把持位置へ移動させるロボットを有し、前記空圧シリンダ内の圧力を調整することにより、当該ハンドおよび前記ピッキング作業の実行を制御するロボットアーム装置やこれを含むピッキングシステムについて開示する。以上で本実施形態の概要の説明を終わり、次にその構成を説明する。

＜ピッキングシステムの全体構成＞
図１は、本実施形態におけるピッキングシステムの全体構成の概略を示す図である。このピッキングシステムは、統合制御装置１－１０とピッキング制御装置１－２０とロボット１－３０とを備える。図１において、統合制御装置１－１０は、物流倉庫での物流全体を制御し、物流倉庫から物品の取り出しが必要になったとき、取り出す物品の商品番号の情報を、ピッキング制御装置１－２０に供給する。

また、ピッキング制御装置１－２０は、統合制御装置１－１０から商品番号の情報が供給されたとき、その商品番号に対応した情報を抽出して、当該商品を取り出すピッキング作業を行うように、ロボット１－３０に対して指示する。

また、ロボット１－３０は、所定の範囲内を自在に動くアーム１－３１を有し、ピッキング制御装置１－２０の制御により、アーム１－３１の先端のハンド１－３２を使って、搬送された商品を把持して取り出す。例えば、図１に示すように、多数の物品１－５１、１－５２、・・・（以下、単に物品１－５１）が収められた搬送用の箱１－５０が物流倉庫内で搬送ライン上を流れて来たとする。ここで、ピッキング制御装置１－２０には、物品１－５１の商品番号が指示されたとする。このとき、ロボット１－３０は、アーム１－３１の先端のハンド１－３２により、搬送用の箱１－５０から指示された物品１－５１を取り出して、所定のパレット１－６０などに取り出した物品１－５１を置く作業を行う。なお、本実施形態での把持とは、ピッキング対象を保持、確保することを示し、吸着したり、つまんだりして把持することが含まれる。また、本実施形態では、ハンド１－３２を有するアーム１－３１およびロボット１－３０を、ロボットアーム装置１－３００として扱うことができる。そして、本実施形態で説明するロボット１－３０の動作は、ロボットアーム装置１－３００の動作として置き換えることが可能である。

そして、ロボット１－３０の近傍には、カメラ１－４１が配置され、カメラ１－４１が搬送された物品などを撮影する。カメラ１－４１が撮影した画像は、ピッキング制御装置１－２０に供給される。なお、カメラ１－４１は、物品１－５１の位置や形状を計測できるセンサであればよい。このようなセンサは、ステレオカメラ、TOFセンサ、レーザセンサなど他のセンサでもよく、それらの組合せでもよい。

また、ピッキング制御装置１－２０は、ピッキング作業を行う物品１－５１の商品番号が供給されたとき、その商品番号に関連付けられた各種情報として、例えば、マスタ画像を取得する。ここで、商品番号は、物品１－５１を識別する情報であればよい。ここで、マスタ画像は、物品１－５１が収められた箱の表面の画像である。このため、ピッキング制御装置１－２０は、カメラ１－４１が撮影した画像とマスタ画像との比較により、箱１－５０内における物品１－５１の把持位置を判断する。

そして、ピッキング制御装置１－２０は、物品１－５１が収められた位置に基づき、物品１－５１が収められた位置にハンド１－３２を動かすためのロボット１－３０への軌道およびハンド１－３２を制御するための把持指令を生成する。そして、これらに応じて、ロボット１－３０およびハンド１－３２が制御される。このために、ピッキング制御装置１－２０の軌道計画部２－２５が、ハンド制御部２－２７に対する把持指令およびロボット制御部２－２６に対する軌道を作成する。そして、ハンド制御部２－２７が把持指令に応じた把持制御信号をハンド１－３２に出力する。また、ロボット制御部２－２６が、軌道に応じた軌道制御信号をロボット１－３０に出力する。この結果、ハンド１－３２やロボット１－３０が、把持指令や軌道に応じたピッキング作業を実行することになる。

なお、ハンド制御部２－２７およびロボット制御部２－２６は、ロボットアーム装置１－３００を制御するロボットアーム制御部として構成してもよい。つまり、ロボットアーム制御部は、軌道計画部２－２５から把持指令や軌道を含むピッキング制御指令を受け付け、これに応じたピッキング制御信号を作成、出力する。

この結果、ロボット１－３０は、ピッキング制御装置１－２０からの軌道制御信号に基づいて、アーム１－３１の先端のハンド１－３２を使って、搬送用の箱１－５０から、指定された物品１－５１を取り出す。また、ロボット１－３０は、取り出した物品１－５１を、軌道制御信号で指示されるパレット１－６０などに載せる作業を行う。以上で、本実施形態のピッキングシステムの全体構成の説明を終わり、以下、ピッキング制御装置１－２０の構成について説明する。

＜ピッキング制御装置のブロック図＞
図２は、本実施形態におけるピッキング制御装置１－２０のブロック図である。図２に示すように、ピッキング制御装置１－２０は、マスタ情報データベース２－２２、マスタ情報管理部２－２３、ワーク認識部２－２４、軌道計画部２－２５、ロボット制御部２－２６、及びハンド制御部２－２７と、を備える。

まず、マスタ情報管理部２－２３は、統合制御装置１－１０から伝送される商品番号を受け付ける。この商品番号は、ピッキング対象となる物品１－５１を識別するもので、ピッキング作業指示に含まれることが望ましい。そして、マスタ情報管理部２－２３は、その商品番号に関連付けられたマスタ画像等のピッキングに必要なマスタ情報と物品１－５１を把持するための物理データを、マスタ情報データベース２－２２から抽出する。この物理データには、上述の空圧シリンダを伸長方向へ加圧する際の推奨圧力、指把持する際の推奨把持力などを用いることができる。

また、マスタ情報管理部２－２３は、抽出したマスタ画像を、ワーク認識部２－２４に出力し、同じく物理データを軌道計画部２－２５に出力する。

ここで、マスタ情報データベース２－２２には、本実施形態のピッキングシステムが設置された物流倉庫が扱う商品番号の一覧を示す商品リストと、商品リスト中の各商品番号に関連付けられたマスタ画像のデータが記憶されている。そして、このマスタ画像は、商品、つまり、物品１－５１を収めた箱（例えば、搬送用の箱１－５０）の画像や、物品１－５１そのものの画像である。物品１－５１を収めた箱の画像を用いる場合には、マスタ画像としてピッキングの際に認識が必要な特定の面の画像でもよいが、マスタ画像として箱の複数の面の画像を持つようにしてもよい。さらに、このような箱は四角い形状である必要はなく、袋などの形が一定でない形状であってもよい。

なお、ピッキングの際に認識が必要な特定の面は、例えば物品１－５１の製造会社、ブランド、種類など記載されている面、すなわち特徴量が多い面が好ましい。また、マスタ画像には、物品１－５１を収めた箱又は物品１－５１そのものの画像の代わりに、視差画像、点群画像でもよい。さらに、マスタ画像に箱又は物品の形状データ（三次元形状データなど）、吸着するための把持位置、指で把持する把持位置などの各種把持位置を示すデータを付加してもよい。

さらに、マスタ情報データベース２－２２は、マスタ情報として物品を吸着把持する際における、空圧シリンダの伸長方向へ加圧する際の推奨圧力、や指把持する際の推奨把持力を記憶する。

また、ワーク認識部２－２４は、上記マスタ画像およびカメラ１－４１で撮像した画像に基づいて、物品を認識し、ロボットアーム装置１－３００のハンド１－３２が把持する位置を算出する。また、ワーク認識部２－２４が算出した物品の把持位置のデータは、吸着位置および/または指把持位置などといった把持位置であり、軌道計画部２－２５に供給される。

また、軌道計画部２－２５は、物品の把持位置のデータおよび前記推奨圧力、前記推奨の指把持力等に基づいて、ロボット１－３０のアーム１－３１を移動させる軌道と、ハンド１－３２への把持指令を作成する。そして、軌道計画部２－２５は、軌道をロボット制御部２－２６に、該把持指令をハンド制御部２－２７に出力する。また、ロボット制御部２－２６は、軌道計画部２－２５から送られた軌道のデータに基づいて、アーム１－３１を移動させる制御を行うと共に、ハンド制御部２－２７は、ハンド１－３２を制御し、物品を吸着および/または指把持する。

なお、図２では図示を省略しているが、ピッキング制御装置１－２０は、図３に示すように表示部３－２０ｇや入力部３－２０ｆを備えることが望ましい。このような構成により、ピッキング作業状態の表示や作業員に対する告知の表示を行うとともに、作業員からの操作入力も可能にしている。例えば、表示部３－２０ｇにおける表示に対して、入力部３－２０ｆにおける作業員からの操作入力を受付けて、作業員が商品番号とマスタ画像や把持に関連する情報との関連付けの登録作業を行うことを可能にしている。あるいは、ピッキング制御装置１－２０と通信が可能な別の端末装置で、作業員が商品番号とマスタ画像との関連付けの登録作業を行う。そして、その登録作業のデータをピッキング制御装置１－２０が取得して、マスタ情報データベース２－２２に登録させるようにしてもよい。以上で、ピッキング制御装置１－２０のブロック図の説明を終わる。次に、ピッキング制御装置１－２０の機能を実現するための一実装例について説明する。

＜ピッキング制御装置のハードウェア構成の例＞
以上説明したピッキング制御装置１－２０は、例えばコンピュータで実現することができる。図３は、本実施形態におけるピッキング制御装置１－２０をコンピュータで構成した場合のハードウェア構成を示す図である。図３において、ピッキング制御装置１－２０として機能するコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理ユニット）３－２０ａと、ＲＯＭ（Read Only Memory）３－２０ｂと、ＲＡＭ（Random Access Memory）３－２０ｃを備える。そして、これらはバスを介して互いに接続される。さらに、ピッキング制御装置１－２０は、不揮発性ストレージ３－２０ｄと、ネットワークインタフェース３－２０ｅと、入力部３－２０ｆと、表示部３－２０ｇとを備える。

まず、ＣＰＵ３－２０ａは、マスタ情報管理部２－２３でのマスタ画像についての演算処理や、ワーク認識部２－２４や軌道計画部２－２５などでのロボット制御に関する演算処理を実行する演算処理部である。このために、ＲＯＭ３－２０ｂからソフトウェア（ピッキング作業プログラム）のプログラムコードを読み出して、上述の演算処理を実行する。つまり、ＲＯＭ３－２０ｂは、本実施形態におけるピッキング作業のためのピッキング作業プログラムが格納される。ＲＡＭ３－２０ｃには、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれる。

また、不揮発性ストレージ３－２０ｄには、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの大容量の情報記憶部が用いられる。不揮発性ストレージ３－２０ｄは、マスタ画像や商品リストなどのデータが格納されるマスタ情報データベース２－２２を構成する。なお、不揮発性ストレージ３－２０ｄが、ピッキング作業プログラムを格納してもよい。このように、ピッキング作業プログラムは、各種記憶媒体に格納することができる。

また、ネットワークインタフェース３－２０ｅには、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）などが用いられる。ネットワークインタフェース３－２０ｅは、例えば統合制御装置１－１０から伝送される商品番号のデータを受信する。また、ロボット１－３０やハンド１－３２に対して軌道制御信号や把持制御信号を、ネットワークインタフェース３－２０ｅを介して出力する。なお、軌道や把持指令は、ロボットアーム装置１－３００に対するピッキング制御信号であってもよい。また、ピッキング制御装置１－２０から、制御信号でなく制御指令を出力し、ロボットアーム装置１－３００（ロボット１－３０やハンド１－３２）で、制御信号を生成してもよい。このように、ピッキング制御装置１－２０から、制御を行うための情報がロボットアーム装置１－３００（ロボット１－３０やハンド１－３２）に出力され、これらでその情報に応じたピッキング作業が実行されればよい。

また、入力部３－２０ｆは、ピッキング制御装置１－２０としての処理を行う際に、ユーザからのマスタ画像の登録作業などの各種データの入力処理を行う。このために、入力部３－２０ｆは、キーボード等の入力デバイスで実現できる。

また、表示部３－２０ｇには、ピッキング制御装置１－２０の作動状況が表示される。また、表示部３－２０ｇは、マスタ画像の登録時に、候補画像の表示や、各種警告表示がされる
なお、ピッキング制御装置１－２０を図３に示すコンピュータで構成するのは一例であり、コンピュータ以外のその他の演算処理を行う装置で構成してもよい。例えば、ピッキング制御装置１－２０が行う機能の一部または全部を、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアによって実現してもよい。

また、ピッキング制御装置１－２０が入力部３－２０ｆや表示部３－２０ｇを備える構成とした点についても一例である。このため、ピッキング制御装置１－２０として、入力部３－２０ｆや表示部３－２０ｇのいずれか一方、又は双方を備えないコンピュータとして構成してもよい。例えば、入力部３－２０ｆや表示部３－２０ｇは、ピッキング制御装置１－２０とは別筐体の端末装置で実現できる。

以上、本実施形態の説明を終わり、以下、本実施形態のより具体的な態様を示す実施例について説明する。以下の実施例では。

実施例１は、ハンド１－３２が物品１－５１を吸着把持する例である。以下、その詳細を説明する。
＜実施例１におけるハンド１－３２の構成＞
図４は、実施例１におけるハンド１－３２を示す図である。図４に示すように、本実施例におけるハンド１－３２は、アーム１－３１に取り付けられる本体部４－２と、物品を吸着する吸着部４－３と、伸縮機構４－４と、を有している。

まず、伸縮機構４－４としては、空圧シリンダが用いられている。そして、伸縮機構４－４は、本体部４－２から垂直方向に伸縮する。この垂直方向とは、ハンド１－３２の延伸方向であり、図面上垂直方向を示している。そして、伸縮機構４－４の先端部には、物品１－５１を吸着する吸着部４－３が設置されている。そして、伸縮機構４－４は、吸着部４－３を伸縮可能に支持する。

ここで、吸着部４－３は、可撓性を有する部材により蛇腹状に形成されている。吸着部４－３には、不図示の負圧発生装置が接続されている。吸着部４－３が物品に接触し、負圧発生装置が駆動することで、吸着部４－３は物品１－５１を吸着する。

また、伸縮機構４－４における吸着部４－３に対応する箇所に揺動軸を設けてもよい。そして、揺動軸を中心に吸着部４－３を揺動させてもよい。また、伸縮機構４－４は、伸縮する軸に対して回転しないように図示しないガイド機構により回転が制限されており、吸着部４－３の回転を抑止するようにしている。

また、伸縮機構４－４を伸長させた際、吸着部４－３の下端は、アーム１－３１および本体部４－２より下方に向けて突出している。これにより、吸着部４－３による物品１－５１の吸着をアーム１－３１、本体部４－２が妨げることがなくなる。

＜接触判定＞
続いて、図５を用いてハンド１－３２が物品１－５１に接触したことを判定する仕組みについて説明する。ハンド１－３２は、本体部４－２、物品を吸着する吸着部４－３、伸縮機構４－４、空気配管５－１、位置センサ５－２、空気配管５－３ａおよび空気配管５－３ｂと、からなる。なお、本体部４－２は、アーム１－３１に取り付けられる。また、位置センサ５－２は、伸縮機構４－４の空圧シリンダの位置を検出する。ここで、図示したように、伸縮機構４－４は、空圧シリンダとピストン（含むピストン棒）で構成される。

また、空気配管５－３ａは、空圧シリンダを伸長方向（垂直方向）に加圧等の圧力を調整するための空気（気体）を吸排気するための配管である。空気配管５－３ｂは、空圧シリンダを収縮方向（垂直方向）に加圧等の圧力を調整するための空気（気体）を吸排気するための配管である。このように、空気配管５－３ａや空気配管５－３ｂは、空圧シリンダに加圧等の圧力を調整するための空気（気体）を吸排気するための配管である。

ここで、位置センサ５－２は、本実施形態ではシリンダの位置をＨＩ/ＬＯＷで判定するオートスイッチを例に説明する。図５に示すように、オートスイッチは空圧シリンダの最も下端に設置されている。したがって、吸着部４－３がワークに接触する前は、センサ信号はＨＩとなる。その状態で、図示しない１－３１のアームを制御し吸着部を物品１－５１に押しつけると、伸縮機構４－４のシリンダが移動し、その結果センサ信号がＬＯＷ状態となる。つまり、位置センサがＨＩであれば吸着部が物品に接していない、位置センサがＬＯＷであれば吸着部が物品１－５１に接触して空圧シリンダが動いていると判定することが可能である。なお、位置センサ５－２は、空圧シリンダの位置センサ５－２を検出するものであればよく、リニアエンコーダや、レーザセンサなどを用いてもよい。また、この接触判定は、接触間近、空圧シリンダが動いたら吸着部４－３と物品１－５１が接触すると判定することが含まれる。なお、この接触判定は、軌道計画部２－２５で実行できる。このために、軌道計画部２－２５は、位置センサ５－２から位置を取得できる。また、この接触判定は、ハンド制御部２－２７やロボット制御部２－２６などの他の部位で実行してもよい。

＜吸着判定＞
続いて、図６を用いてハンド１－３２が物品１－５１を吸着したかどうかを判定する仕組みについて説明する。ハンド１－３２は、図５と比較してさらに空圧センサ６－１を記載している。空圧センサ６－１は、吸着部４－３の近辺に設置しているが、図示しない負圧発生装置にそなえていてもよい。

そして、図示しない負圧発生装置で負圧を発生させ、吸着部４－３で物品１－５１を吸着すると空圧センサは図６左下図のように真空圧が発生する。一方で、吸着していない場合は、図６右下図のように圧力が立ち上がらない。この圧力差を用い、真空圧が所定値以上発生した場合には吸着成功、真空圧が所定値よりも発生しない場合は吸着失敗と判定することができる。上記吸着成功、失敗のしきい値は物品ごと、吸着部４－３で用いる吸着パッドごとに設定することが望ましい。なお、この吸着判定（含む負圧の発生）は、軌道計画部２－２５で実行できる。このために、軌道計画部２－２５は、空圧センサ６－１や負圧発生装置からと接続されることになる。また、この吸着判定は、ハンド制御部２－２７やロボット制御部２－２６などの他の部位で実行してもよい。以上のように、本実施形態のロボットアーム装置１－３００では、空圧シリンダ内の圧力を調整することで、ハンド１－３２やアーム１－３１によるピッキング作業を制御している。

＜ピッキング制御装置１－２０のフローチャート＞
次に、ピッキング制御装置１－２０の処理について説明する。図７は、実施例１におけるピッキング制御装置１－２０の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ７－１では、ワーク認識部２－２４が、前述したマスタ情報管理部より取得したマスタ画像とカメラ１－４１の撮像画像に基づき、ピッキング対象物（物品１－５１）の把持位置を算出する。ここで、把持位置は吸着部４－３の吸着位置である。ハンド１－３２に把持部を備えている場合は、把持部で物品１－５１を把持、つまり、掴む際の接触位置であってもよく、吸着位置と接触位置その両方であってもよい。

続いて、ステップＳ７－２では、軌道計画部２－２５が、予め決められた把持シーケンスに従い、伸縮機構４－４の空圧シリンダを伸長する方向に加圧するための把持指令をハンド制御部２－２７に出力する。この結果、ハンド制御部２－２７の制御により、伸縮機構４－４が伸長することになる。これにより、伸縮機構４－４に設置された吸着部４－３が移動する。

次に、ステップＳ７－３では、軌道計画部２－２５は、ハンド１－３２がピッキング対象物である物品１－５１に接触する前に、空圧シリンダを加圧状態から減圧するための把持指令を、ハンド制御部２－２７に出力する。このために、軌道計画部２－２５は、マスタ情報管理部２－２３より送信された、空圧シリンダを伸長方向へ加圧する際の推奨圧力のデータに基づき、空圧シリンダを減圧するための把持指令を作成する。この結果、空圧シリンダが、Ｓ７－２の加圧状態から減圧されることになる。ここで、減圧された結果である推奨圧力は、例えば壊れやすい物品であれば推奨圧力はゼロ（大気開放）となっている。一方で、例えば変形しやすく（壊れにくく）、重量が重いパウチ等では推奨圧力は所定圧力となっている。なお、空圧シリンダの減圧については、空圧シリンダの下室（ピストンの下部）に対する負圧で実現してもよい。

続いて、ステップＳ７－４では、軌道計画部２－２５が、前記把持位置に基づいてアームの軌道を作成する。そして、軌道計画部２－２５が、ロボット制御部２－２６に軌道を出力する。また、ロボット制御部２－２６が、軌道に応じた軌道制御信号によりアーム１－３１を制御して、前記把持位置にアーム１－３１の手先（ハンド１－３２）を移動させる。ここで、作成される軌道は周辺環境の障害物（物品を格納している箱）など衝突判定し、衝突しない軌道を示すことが望ましい。すなわち、物品１－５１が前記箱の隅にあるような場合は、アーム１－３１は、箱等と衝突しない範囲で手先を傾けながら、手先が把持位置に移動することになる。

次に、ステップＳ７－５では、予め決められた把持シーケンスに基づき、ハンド制御部２－２７が、図示しない負圧発生装置を制御し、吸着部４－３での物品１－５１に対する吸着を試みる。

続いて、ステップＳ７－６では、軌道計画部２－２５は、図６で示した吸着判定を行う。この結果、吸着成功した場合は（Ｙ）、ステップＳ７－７に進み、吸着していないと判定した場合は（Ｎ）、ステップＳ７－１１に進む。

また、ステップＳ７－７では、軌道計画部２－２５の把持指令に従って、ハンド制御部２－２７が、予め決められた把持シーケンスに従い伸縮機構４－４の空圧シリンダを短縮方向に加圧制御を行う。ここで、ステップＳ７－３で伸長方向の圧力が低圧状態である場合は、ハンド制御部２－２７は空圧シリンダで大気開放する制御を行う。

次に、軌道計画部２－２５の軌道に従って、ロボット制御部２－２６は、ステップＳ７－８でアーム１－３１をプレイス位置に制御する。また、ステップＳ７－９では、ロボット制御部２－２６は、把持シーケンスに従い吸着をOFFし、物品１－５１をプレイス位置に置く。また、ステップＳ７－１０では、ロボット制御部２－２６は、アーム１－３１を初期位置に戻す。そして、ピッキングする物品１－５１がなくなるまで、スタートからステップＳ７－１０を繰り返す。

続いて、ステップＳ７－６で吸着できなかった場合のリトライ処理について説明する。まず、ステップＳ７－１１では、軌道計画部２－２５が、図５で説明した接触判定を行う。この結果、接触すると判定した場合（Ｙ）、ステップＳ７－１１に進む。また、接触しないと判定した場合は（Ｎ）、ステップＳ７－１４に進む。

そして、ステップＳ７－１４では、軌道計画部２－２５が、認識誤差などでアーム１－３１の手先（ハンド１－３２）が物品に接触できていないと判断することになる。そして、軌道計画部２－２５は、アーム１－３１の手先を、物品１－５１に対して押し込み方向に移動させる軌道を作成する。この結果、ロボット制御部２－２６が、アーム１－３１の手先を押し込むよう制御を行う。このときの押し込み幅は、空圧シリンダのストロークのよりも小さくなるように設定する。こうすることで、空圧シリンダのストロークを超えて物品を押し込むことが無くなり、物品１－５１を傷つけないように、アーム１－３１の手先を接触することができる。

また、ステップＳ７－１２以降の処理では、接触している、すなわちアーム１－３１の手先が物品１－５１に接触しているが、アーム１－３１の手先の空圧が立ち上がっていない（吸着に失敗している）場合の処理を実行することになる。ステップＳ７－１２では、軌道計画部２－２５の把持指令に従って、ハンド制御部２－２７が、空圧シリンダの伸縮方向に向けて物品１－５１が破損しない範囲で加圧するように制御する。これにより、吸着部４－３が物品１－５１に接触する力が足りずに吸着できなかった場合は吸着することができる。また、ステップＳ７－１２では、アーム１－３１の手先の角度を変えるように制御してもよい。こうすることで、アーム１－３１の手先に接続される吸着部４－３と物品１－５１の吸着角度ずれによる空気漏れよって吸着できない原因を解消できる。

また、ステップＳ７－１３では、軌道計画部２－２５が、図６で示した吸着判定を再度行う。この結果、吸着成功したと判断した場合は（Ｙ）、ステップＳ７－７に進む。また、吸着できないと判断した場合は（Ｎ）、ステップＳ７－１に進み、ピッキング対象物の把持位置認識に進む。これは所定の把持位置に対して、吸着を試みてもうまくいかない場合に、別の把持点を再度計算しそちらを優先的に吸着することを意味する。このとき次に計算する把持点は、一度トライした物品と同一物品の別の把持点でもよいし、トライした物品とは別の物品の把持点でもよい。

以上のフローチャートのステップＳ７－７～Ｓ７－９、Ｓ７－１２～Ｓ７－１４においては、空圧シリンダ内の圧力を調整することで、ハンド１－３２やアーム１－３１によるピッキング作業を制御している。

なお、本手法を適用すると、複数の物品の密集した場合においては、物品同士の境界を認識できず、同一の物品として認識し、物品同士の境界を把持する場合がある。この場合、２つの物品を一緒に吸着することになるが、持ち上げた際に物品を落とすことになる。この場合、プレイス動作中にも図示しない吸着判定や接触判定を随時行っており、吸着が失敗した（途中で物品が離れてしまったなど吸着後に失敗）ことを判断し、再度ステップＳ７－１の処理に戻る。この場合、物品は、元の密集した状態から荷姿が変わっており、物品同士の認識がしやすくなる効果もある。

＜動作シーケンス＞
続いて、以上で説明した、実施例１におけるハンド１－３２およびロボットシステムの物品１－５１にハンドが接触する際の動作シーケンスを説明する。図８は、実施例１における動作シーケンスを示す図である。図８において、まず、（１）伸縮機構４－４の空圧シリンダの伸長方向に、図示しない空圧発生装置の圧力を供給し、吸着部４－１を押し出す。この際、空圧シリンダの短縮方向のエアは大気開放されている。

続いて、（２）吸着部４－１が物品１－５１に接触する前に、空圧シリンダの伸長方向のエアを前述の推奨圧力に従って減圧（または物品によっては大気開放）する。その後、（３）アームを制御して把持位置（吸着位置）にアーム１－３１の手先（吸着部４－１の先端）を移動させる。これにより吸着部４－１と物品１－５１が接触する。この際、空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧（または大気開放している）ため、吸着部４－１と物品１－５１の接触力によってシリンダが、接触力を逃がす方向に移動する。吸着部４－１と物品１－５１の接触力は、おおよそ空圧シリンダの荷重と、空圧シリンダの摩擦力と、伸長方向のエアの圧力（大気開放の場合はゼロ）により生じる力の和となる。すなわち、（２）で空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧することで、吸着部４－１と物品１－５１の過大な接触力を抑止でき、物品１－５１の傷を抑止しつつ接触することが可能となる。接触した後に、図示しない負圧発生装置から負圧を吸着部４－１に供給し、吸着部４－１は、物品１－５１を吸着する。吸着したと判断したら、（３）アーム１－３１が目標のプレイス位置に移動し、空圧シリンダの短縮方向のエアが加圧され、アーム１―３１の手先（ハンド１－３２）が縮まる。このアーム１－３１の移動動作と、手先を縮める動作はどちらが先でも、並行しての実行でもよい。

以上の説明では、減圧のタイミングを接触する前を例に説明したが、別のタイミングでもよい。たとえば、吸着部を押し出せば物品に手先が接触する位置にアーム１－３１を移動して置き、空圧シリンダの伸長方向にエアを加圧し吸着部４－１を押し出し、吸着部４－１が物品に接触する直前に減圧してもよい。他の動作シーケンスの例としては、空圧シリンダの伸長方向にエアを加圧し吸着部４－１を押し出す。その後、吸着指令を出しながらアーム１－３１を移動して把持位置に吸着部４－１を移動し、物品を吸着したことを検知した直後に、空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧してもよい。

＜動作例＞
次に、実施例１のピッキングシステムで物品１－５１をピッキングした際の動作例を説明する。図９は、実施例１におけるピッキングシステムの動作例を示す図である。図９(a)はいくつかの物が入れられた透明な袋、図９(b)は透明な窓の付いた箱を、それぞれピッキング対象とする例を示す。透明な袋、透明窓のついた箱を認識すると、図に示すように把持位置が物品の表面ではなく、中身の物品となる場合がある。また、図示しないが、透明でない箱の上に別の透明な箱がのっている場合、ワーク認識部が奥の透明でない箱を認識する場合がある。

これらの場合、従来技術では把持位置に手先を持っていくと過大な力が発生し物品を傷つける場合があった。但し、本実施形態の手法を適用することで吸着部４－１が物品１－５１に接触する前に空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧し、吸着部１０－３が物品１－５１に与える接触力を低減することができる。すなわち、物品を傷つけることなく吸着動作を行うことができる。

図９(c)は、袋の表面形状と中身の形状が異なる物品を吸着する例である。この場合、袋の表面形状と中身の形状が異なっているため、物品面に対して鉛直方向と中身の面の鉛直方向の角度ずれが大きく、吸着する際にエア漏れが発生する場合があった。このようなケースにおいても、本願を適用することで物品を傷つけることを抑止して押し込みながら物品を吸着することができる。このため、吸着の成功率を向上させることができる。

また、図９(d)は、液体が入ったパウチを吸着する例である。パウチのように変形する物品は、ある程度物品を押しつけながら吸着する必要がある。このような場合においても、本願は物品ごとに、空圧シリンダの伸長方向のエアを調整することができるため、物品への傷をつけることを抑止する範囲で必要な接触力を発生することができる。以上で、実施例１の説明を終わる。

次に、実施例２について説明する。実施例２では、ハンド１－３２が、実施例１と異なる。本実施例のハンド１－３２では、物品１－５１を吸着および把握する。ここで、把握とは、指先等で掴んだ、挟んだりすることを意味する。以下、ハンド機構の詳細を説明する。

＜実施例２におけるハンド機構＞
ここで、実施例２におけるハンド１－３２およびピッキングシステムを説明する。なお、以下では実施例１との相違点を中心に説明し、同様の部分は説明を省略する。図１０は、実施例２におけるハンド１－３２の構成を示す図である。

図１０（ａ）は、ハンド１-３２を示す正面図である。また、図１０（ｂ）は、後述するハンド１-３２の把持部が開いた状態を示す正面図であり、図１０（ｃ）は、後述するハンド１-３２の伸縮機構が伸長した状態を示す正面図である。

図１０（ａ）～図１０（ｃ）に示すように、ハンド１－３２は、アーム１－３１に取り付けられる本体部１０-２、物品１－５１を吸着する吸着部１０－３、伸縮機構１０－４、第１把持部１０－５Ａ、第２把持部１０－５Ｂおよび把持駆動部１０－７を有する。また、ハンド１－３２は、第１駆動力伝達機構１０－２０Ａおよび第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂを有する。なお、第１把持部１０－５Ａや第２把持部１０－５Ｂは、物品１－５１を把握することで、把持を実現している。つまり、これらは把握部を表現することもできる。

ここで、本体部１０－２は、略Ｔ字状の部材により構成されている。そして、本体部１０－２は、アーム１－３１に取り付けられる基部１０－２ａおよび基部１０－２ａの先端部に設けられた支持部１０－２ｂを有する。ここで、基部１０－２ａは、支持部１０－２ｂの中間部に接続されている。また、本体部１０－２には、伸縮機構１０－４が設置されている。

また、伸縮機構１０－４として、空圧シリンダが適用される。そして、伸縮機構１０－４は、本体部１０－２の基部１０－２ａが延在する方向である長手方向に沿って伸縮し、本体部１０－２の支持部１０－２ｂの中間部から基部１０－２ａとは反対方向に向けて突出する。また、伸縮機構１０－４の先端部には、吸着部１０－３が設置されている。そして、伸縮機構１０－４は、吸着部１０－３を伸縮可能に支持する。

また、吸着部１０－３は、可撓性を有する部材により蛇腹状に形成されている。吸着部１０－３には、不図示の負圧発生装置が接続されている。吸着部１０－３が物品１－５１に接触し、負圧発生装置が駆動することで、吸着部１０－３は、物品を吸着する。

また、伸縮機構１０－４における吸着部１０－３が設置される箇所に揺動軸を設けてもよい。そして、揺動軸を中心に吸着部１０－３を揺動させてもよい。また、伸縮機構１０－４は、伸縮する軸に対して回転しないように図示しないガイド機構により回転が制限されており、吸着部１０－３が回転しないようにしている。

次に、把持駆動部１０－７と、第１駆動力伝達機構１０－２０Ａ及び第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂの構成について説明する。

まず、支持部１０－２ｂの一端部には、把持駆動部１０－７が設置されている。把持駆動部１０－７としては、例えば減速機付きのモータである。把持駆動部１０－７の駆動軸には、主駆動力伝達部１０－８Ａが設けられている。主駆動力伝達部１０－８Ａは、例えば、歯車により構成されている。そして、主駆動力伝達部１０－８Ａは、後述する第１駆動力伝達部１０－８Ｂと噛み合っており、把持駆動部１０－７の駆動力を第１駆動力伝達部１０－８Ｂに伝達する。

第１駆動力伝達機構１０－２０Ａは、支持部１０－２ｂの一端部側に配置され、第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂは、支持部１０－２ｂの他端部側に配置されている。第１駆動力伝達機構１０－２０Ａと第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂの間には、吸着部１０－３が配置される。第１駆動力伝達機構１０－２０Ａには、第１把持部１０－５Ａが設けられており、第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂには、第２把持部１０－５Ｂが設けられている。そして、第１把持部５Ａと第２把持部１０－５Ｂは、第１駆動力伝達機構１０－２０Ａ及び第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂに支持されて、互いに対向して配置される。

第１駆動力伝達機構１０－２０Ａは、第１リンク１０－６Ａと、第２リンク１０－６Ｃと、第３リンク１０－６Ｂと、第１駆動力伝達部１０－８Ｂと、を有している。第１駆動力伝達部１０－８Ｂは、支持部１０－２ｂの一端部に回転可能に支持されている。第１駆動力伝達部１０－８Ｂは、主駆動力伝達部１０－８Ａと同様に、歯車により構成されている。そして、第１駆動力伝達部１０－８Ｂは、主駆動力伝達部１０－８Ａと、後述する第２駆動力伝達部１０－８Ｃと噛み合っている。

第１リンク１０－６Ａの一端部であるリンク節１０－９Ａは、第１駆動力伝達部１０－８Ｂに固定されている。そして、第１駆動力伝達部１０－８Ｂが回転することで、第１リンク１０－６Ａは、リンク節１０－９Ａを中心に揺動する。

第２リンク１０－６Ｃの一端部であるリンク節１０－９Ｄは、支持部１０－２ｂの一端部側に回転可能に支持されている。そして、第１リンク１０－６Ａと第２リンク１０－６Ｃは、互いに平行に配置されている。第１リンク１０－６Ａの他端部であるリンク節１０－９Ｂと、第２リンク１０－６Ｃの他端部であるリンク節１０－９Ｃは、第３リンク１０－６Ｂに回転可能に接続されている。第３リンク１０－６Ｂには、第１把持部１０－５Ａが設けられている。第１駆動力伝達部１０－８Ｂが回転すると、リンク節１０－９Ａ、１０－９Ｂ、１０－９Ｃ、１０－９Ｄを結ぶ四角形が平行四辺形を保った状態で揺動し、第３リンク１０－６Ｂに設けた第１把持部５Ａが移動する。

第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂは、第１駆動力伝達機構１０－２０Ａと同様に、第１リンク１０－６Ｄと、第２リンク１０－６Ｆと、第３リンク１０－６Ｅと、第２駆動力伝達部１０－８Ｃと、を有している。第２駆動力伝達部１０－８Ｃは、支持部１０－２ｂの他端部に回転可能に支持されている。第２駆動力伝達部１０－８Ｃは、主駆動力伝達部１０－８Ａ及び第１駆動力伝達部１０－８Ｂと同様に、歯車により構成されている。そして、第２駆動力伝達部１０－８Ｃは、第１駆動力伝達部１０－８Ｂと噛み合っており、第１駆動力伝達部１０－８Ｂが回転することで、共に回転する。なお、主駆動力伝達部１０－８Ａ、第１駆動力伝達部１０－８Ｂ及び第２駆動力伝達部１０－８Ｃを歯車により構成する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プーリとベルトやチェーン等のその他各種の伝達機構を適用してもよい。

第１リンク１０－６Ｄの一端部であるリンク節１０－９Ｅは、第２駆動力伝達部１０－８Ｃに固定されている。そして、第２駆動力伝達部１０－８Ｃが回転することで、第１リンク１０－６Ｄは、リンク節１０－９Ｅを中心に揺動する。

第２リンク１０－６Ｆの一端部であるリンク節１０－９Ｈは、支持部１０－２ｂの他端部側に回転可能に支持されている。そして、第１リンク１０－６Ｄと第２リンク１０－６Ｆは、互いに平行に配置されている。第１リンク１０－６Ｄの他端部であるリンク節１０－９Ｆと、第２リンク１０－６Ｆの他端部であるリンク節１０－９Ｇは、第３リンク１０－６Ｅに回転可能に接続されている。第３リンク１０－６Ｅには、第２把持部１０－５Ｂが設けられている。第２駆動力伝達部１０－８Ｃが回転すると、リンク節１０－９Ｅ、１０－９Ｆ、１０－９Ｇ、１０－９Ｈを結ぶ四角形が平行四辺形を保った状態で揺動し、第３リンク１０－６Ｅに設けた第２把持部５Ｂが移動する。

図１０（ａ）に示す例では、第１駆動力伝達部１０－８Ｂが時計回りに回転すると、第２駆動力伝達部１０－８Ｃは反時計周りに回転する。そのため、第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂは、互いに接近する方向に移動する。そして、第１把持部１０－５Ａと第２把持部１０－５Ｂは、閉じられる。

これに対して、第１駆動力伝達部１０－８Ｂが反時計回りに回転すると、第２駆動力伝達部１０－８Ｃは、時計回りに回転する。そのため、第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂは、図１０－Ｃに示すように、互いに離れる方向に移動する。そして、第１把持部１０－５Ａと第２把持部１０－５Ｂが開かれる。このように、本例のハンド１－３２によれば、把持駆動部１０－７が駆動することで、第１駆動力伝達機構１０－２０Ａ及び第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂにより第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂが開閉する。なお、第１把持部１０－５Ａと第２把持部１０－５Ｂが同じ速度で開閉移動するように、第１駆動力伝達部１０－８Ｂと第２駆動力伝達部１０－８Ｃは、同じ歯数の歯車により構成されている。

なお、本例の第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂは、平行リンクからなる第１駆動力伝達機構１０－２０Ａと第２駆動力伝達機構１０－２０Ｂにより移動可能に支持されている。そのため、第１把持部１０－５Ａと第２把持部１０－５Ｂにおける互いに対向する面である把持接触部１０－１１Ａ、１０－１１Ｂは、互いに平行に移動する。すなわち、駆動力伝達機構１０－２０Ａ、１０－２０Ｂは、把持部１０－５Ａ～Ｂの把持面である把持接触部１０－１１Ａ～Ｂを常に同じ姿勢で、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂを移動させる。これにより、物品に対して略鉛直な方向から把持接触部１０－１１Ａ、１０－１１Ｂを、押し当てることができる。

また、駆動力伝達機構１０－２０Ａ、１０－２０Ｂを構成する第１リンク１０－６Ａ、１０－６Ｄのリンク節１０－９Ａ、１０－９Ｅを第１駆動力伝達部１０－８Ｂ又は第２駆動力伝達部１０－８Ｃに直接接続している。これにより、第１駆動力伝達部１０－８Ｂ及び第２駆動力伝達部１０－８Ｃを介して、把持駆動部１０－７からの駆動力を直接第１リンク１０－６Ａ、１０－６Ｄに伝達することができる。その結果、把持駆動部１０－７からの駆動力を第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂに確実に伝達することができ、物品を十分に把持する力を確保することができる。

なお、把持駆動部１０－７の一例である減速機付きモータの減速比は、主駆動力伝達部１０－８Ａと第１駆動力伝達部１０－８Ｂの減速比より十分に大きくしている。これにより主駆動力伝達部１０－８Ａ、第１駆動力伝達部１０－８Ｂ及び第２駆動力伝達部１０－８Ｃの寸法を小さくできる。

ここで、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、伸縮機構１０－４を収縮時に、吸着部２－３の下端が第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂよりも上方に位置している。これにより、図１０-aに示すように、第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂを閉じる際に、第１把持部１０－５Ａ及び第２把持部１０－５Ｂが吸着部１０－３に接触することを防ぐことができる。なお、取り扱う物品が吸着部１０－３の吸着面の幅以上の厚さであることが予めわかっている場合には、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂを図２のように閉じる必要がない。そのため、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂを吸着部３の幅以上に開いていても良いため、伸縮機構１０－４を収縮時に吸着部１０－３の下端が把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂより上方になくてもよい。

また、図１０（ｃ）に示すように、伸縮機構１０－４を伸長させた際、吸着部１０－３の下端は、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂの下端よりも下方に向けて突出している。これにより、吸着部１０－３による物品の吸着を把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂが妨げることがなくなる。なお、伸縮機構１０－４を伸長時には、伸縮機構１０－４と把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂが接触することを防ぐために、図１０（ｃ）に示すように、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂは、吸着部１０－３の幅以上に開かれる。

図１０で説明した実施例２におけるハンド１－３２は、３つの把持制御モードを有する。一つは、吸着部１０－３で物品を吸着した後、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂで物品を挟み込み把持する第１の制御モードである。二つ目は、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂで物品を挟み込み把持する（吸着部１０－３は使わない）第２の制御モードである。三つ目は、吸着部１０－３のみ物品を吸着する（把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂで挟み込まない）第３の制御モードである。本実施形態における重要部分である、吸着部１０－３が物品に接触する前に、空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧する制御は、上記第１と第３の制御モードに適用される。なお、本実施例でも、ハンド１－３２は、実施例１と同様に、ハンド制御部２－２７により制御される。

＜実施例２における動作シーケンス＞
次に、図１１は、実施例２における動作シーケンスを示す図である。以下では、第１の制御モードを例にハンド１－３２が物品に接触する直前の動作シーケンスを図１１に示し、その内容を説明する。

まず、（１）で把持部１０―５Ａ、１０―５Ｂを開く。その後、（２）で伸縮機構１０－４の空圧シリンダの伸長方向に、図示しない負圧発生装置の圧力を供給し、吸着部１０－３を押し出す。この際、空圧シリンダの短縮方向のエアは大気開放されている。続いて、（３）吸着部１０－３が物品に接触する前に、空圧シリンダの伸長方向のエアを前述の推奨圧力に従って減圧（または物品によっては大気開放）される。

その後、（４）アーム１－３１を制御して把持位置（吸着位置）に手先（吸着部１０－３の先端）を移動させる。これにより吸着部１０－３と物品１－５１が接触する。この際、空圧シリンダの伸長方向のエアが減圧される（または大気開放している）。このため、吸着部１０－３と物品１－５１の接触力によって空圧シリンダが、接触力を逃がす方向に移動する。ここで、吸着部１０－３と物品１－５１接触力は、おおよそ空圧シリンダの荷重と、空圧シリンダの摩擦力と、伸長方向のエアの圧力（大気開放の場合はゼロ）により生じる力の和となる。すなわち、（３）で空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧することで、吸着部１０－３と物品１－５１の接触力が過大に発生せず、物品を傷つけることを抑止して接触することが可能となる。

そして、接触した後に、図示しない負圧発生装置から負圧を吸着部４－１に供給し、物品１－５１を吸着部４－３が吸着する。吸着したと判断された場合、（５）でアーム１－３１を目標のプレイス位置に動かすと共に、空圧シリンダの短縮方向のエアを加圧し、手先を縮める。このアームを動かす動作と、手先を縮める動作はどちらが先でも、同時でもよい。次に、（６）で把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂを閉じて、物品１－５１を把持する。把持部で把持することでワークを安定的に把持することができ、アームで高速に搬送することが可能となる。なお、図面を使用した説明は割愛するが、第３の制御モードにおいても空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧する制御は適用可能であり、物品に対する傷を抑止しながら把持することが可能となる。

以上説明した実施例２におけるハンド１－３２およびピッキングシステムでは、実施例１と同様に、図９(a)の透明な袋、図９(b)の透明な窓の付いた箱に対して、内容物を認識し把持位置がずれたとしても、把持することができる。これは、吸着部１０－３が物品１－５１に接触する前に、空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧することで、吸着部１０－３が物品１－５１に与える接触力を低減することができる。この結果、物品１－５１への傷を抑止して吸着動作を行うことができる。なお、伸縮機構１０－４の先に把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂを設けてもよい。この場合、物品１－５１に把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂに接触する前に空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧することで、把持部１０－５Ａ、１０－５Ｂが物品１－５１に与える接触力を低減することができる。

また、図９(c)のように、袋の表面形状と中身の形状が異なる物品を吸着する場合においても、袋の表面形状と内容物の角度ずれを吸収し、物品を傷つける心配なく押し込みながら物品を吸着することができる。この結果、吸着の成功率を向上させることができる。さらに、図９(d)のように液体が入ったパウチを吸着する例においても、物品１－５１ごとに、空圧シリンダの伸長方向のエアを調整することができる。このため、物品１－５１への傷を抑止しつつ必要な接触力を発生し、安定的に吸着することができる。さらに、実施例２のハンド１－３２では、上記に加えて把持部で把持することで物品１－５１を安定的に把持することができ、アーム１－３１で高速に搬送することが可能となる利点も有している。以上のように、本実施例では、物品１－５１への把持を、各把持部で例示される把握機構で実現している。これで、実施例２の説明を終わる。

次に、実施例３について説明する。実施例３は、ハンド１－３２が、実施例１や２と異なる。但し、これらは把握部を用いることは実施例２と共通する。

＜実施例３におけるハンド機構＞
まず、実施例３におけるハンド１－３２を説明する。この際、実施例２によるハンド１－３２について、実施例２と異なる点を主に説明する。

図１２は、実施例３におけるハンド１－３２の斜視図である。実施形態３のハンド１－３２は、図１２に示すように、実施例２によるハンド１―３２の吸着部１０－３が１つではなく、袋物用吸着パッド１２－１３Ａ、１２－１３Ｂ、重量物用吸着パッド１２－１４の３つ搭載した構成である。

図１２に示すように、ハンド１－３２の袋物用吸着パッド１２－１３Ａ、１２－１３Ｂ、重量物用吸着パッド１２－１４は、指部１２－６３Ａ、１２－６３Ｂの駆動方向(図１２の矢印１２－α１方向)と略垂直または略直角となるように、一列に配置されている。袋物用吸着パッド１３Ａ、１３Ｂおよび重量物用吸着パッド１４は、真空圧を用いて物品を吸着し、把持する。物品の種類に応じて二種類の吸着パッド１２－１３Ａ、１２－１３Ｂ、１２－１４を独立に空圧制御することで、様々な物品を安定的に搬送することができる。例えば、袋物を吸着する場合は袋物用吸着パッド１２－１３Ａ、１２－１３Ｂを使って吸着する。重量物を吸着する場合は重量物用吸着パッド１４を使って吸着する。ただし、吸着パッドの使い方は上記に限定するものではなく、吸着する対象物の形状、重さ、材質などによって変更することが望ましい。

以上の実施例３におけるハンド１－３２およびピッキングシステムは、実施例１と同様に、図９(a)の透明な袋、図９(b)の透明な窓の付いた箱がピッキングされる際、吸着パッド１２－１３Ａ～Ｃが物品１－５１に接触する前に空圧シリンダ内が減圧される。こうすることで、物品の表面ではなく内容物を認識し把持位置がずれたとしても、吸着部１０－３が物品１－５１に与える接触力を低減することができ、物品１－５１への傷を抑止するように吸着動作を行うことができる。また、図９(c)のように、袋の表面形状と中身の形状が異なる物品を吸着する場合においても、袋の表面形状と内容物の角度ずれを吸収する。このため、物品への傷を抑止するように押し込みながら物品を吸着することができ、吸着の成功率を向上させることができる。また、図９(d)のように液体が入ったパウチを吸着する例においても、物品ごとに、空圧シリンダの伸長方向のエアを調整することができる。このため、物品の傷を抑止する範囲で必要な接触力を発生し、安定的に吸着することができる。さらに、実施例３のハンド１－３２では、上記に加えて把持部で把持することで物品１－５１を安定的に把持することができ、複数のアーム１－３１で高速に搬送することが可能となる利点も有している。さらに、複数の吸着パッドを有するため、ピックアップ対象の種類によって複数の吸着パッドを組み合わせて吸着することで、袋物や重量物など多様な物品を吸着することが可能である。以上のように、本実施例では、物品１－５１への把持を、各把持部で例示される吸着部および把握部鴎外で実現している。また、実施例１～３に示すように、ハンド１－３２は様々な形態が想定される。つまり、ハンド１－３２での把持を、吸着部および把握部の少なくとも１つを用いて実現できる。

次に、実施例４について説明する。実施例４は、ハンド１－３２が、実施例１～３と異なる。本実施例のハンド１－３２では、１つの物品１－５１に対して、複数のハンド１－３２を用いている。以下、その詳細を説明する。

＜実施例４におけるハンド機構＞
以下、実施例４におけるハンド１－３２を、実施例１のハンド１－３２との差分を中心に説明する。図１３は、実施例４におけるハンド１－３２の構成を示す図である。図１３において、ハンド１－３２は、アーム１－３１に取り付けられる本体部１３－２、物品を吸着する吸着パッド１３－３Ａ～Ｄ、伸縮機構１３－４、角度調整部１３－５およびリンク部１３－６を有する。

まず、伸縮機構１３－４としては、空圧シリンダが適用される。そして、伸縮機構１３－４は、本体部１３―２から垂直方向に伸縮する。伸縮機構１３－４の先端部には、角度調整部１３－５が接続されており、角度調整部１３－５に接続されているリンク部１３－６の角度を調整することができる。図１３に示すように、前記リンク部１３－６はＸ字の様に構成されており、その先端に複数の吸着パッド１３－３Ａ～Ｄのそれぞれが設置されている。

そして、伸縮機構１３－４を伸縮することで、前記複数の吸着部を伸縮できる。また、物品の種類に応じて複数の吸着パッド１３－３Ａ、１３－３Ｂ、１３－３Ｃ、１３－３Ｄを独立に空圧制御することで、様々な物品を安定的に搬送することができる。

以上の実施例４におけるハンド１－３２およびピッキングシステムは、図９(a)の透明な袋、図９(b)の透明な窓の付いた箱をピッキングする際、吸着パッド１３－３Ａ～Ｄが物品１－５１に接触する前に空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧する。このことは、実施例１と同様である。こうすることで、物品１－５１の表面ではなく内容物を認識し把持位置がずれたとしても、吸着パッド１３－３Ａ～Ｄが物品１－５１に与える接触力を低減することができる。このため、物品１－５１への傷を抑止しつつ吸着動作を行うことができる。

また、図９(c)のように、袋の表面形状と中身の形状が異なる物品を吸着する場合においても、袋の表面形状と内容物の角度ずれを吸収し、物品への傷を抑止しつつ押し込みながら物品を吸着することができる。このため、吸着の成功率を向上させることができる。図９(d)のように液体が入ったパウチを吸着する例においても、物品ごとに、空圧シリンダの伸長方向のエアを調整することができる。このため、物品に対する傷を抑止する範囲で必要な接触力を発生し、安定的に吸着することができる。さらに、実施例４のハンド１－３２では、上記に加えて吸着パッド間の距離がとれるため、モーメントバランスが安定するため、広い物品を安定的に搬送することが可能となる利点も有している。

次に、実施例５について説明する。実施例５は、ハンド１－３２が、実施例１～４と異なる。特に、実施例４と似た構成であるが、複数の吸着部１４－３Ａ～Ｄが独立に伸縮する点で、実施例４と異なる。

＜実施例５におけるハンド機構＞
以下、実施例５におけるハンド１－３２を、実施例４のハンド１－３２との差分を中心に説明する。図１４は、実施例５におけるハンドの構成を示す図である。図１４のように、実施例５のハンド１－３２は、本体部１４－２、物品１－５１を吸着する吸着部１４－３Ａ～Ｄ、伸縮機構１４－４Ａ～Ｄ、角度調整部１４－５およびリンク部１４－６を有する。ここで、本体部１４－２は、アーム１－３１に取り付けられる。また、伸縮機構１４－４Ａ～Ｄは、複数の吸着部１４－３Ａ～Ｄを独立に伸縮する。

実施例のハンドとの違いは、伸縮機構１４－４Ａ、１４－４Ｂ、１４－４Ｃ、１４－４Ｄをリンク部１４－６の下に複数設けている点であり、独立に複数吸着パッドを伸縮できる点である。

実施例５のハンド１－３２およびピッキングシステムは、実施例１と同様に、図９(a)袋や図９(b)の箱をピッキングする際、吸着部１４－３Ａ～Ｄが物品１－５１に接触する前に、それぞれの空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧する。そうすることで、物品の表面ではなく内容物を認識し把持位置がずれたとしても、吸着部１４－３Ａ～Ｄが物品１－５１に与える接触力を低減することができる。このため、物品１－５１への傷を抑止しつつ吸着動作を行うことができる。

また、図９(c)のように、袋の表面形状と中身の形状が異なる物品を吸着する場合においても、袋の表面形状と内容物の角度ずれを吸収し、物品を傷つける心配なく押し込みながら物品を吸着することができる。このため、吸着の成功率を向上させることができる。図９(d)のように液体が入ったパウチを吸着する例においても、物品ごとに、空圧シリンダの伸長方向のエアを調整することができる。このため、物品に対する傷を抑止する範囲で必要な接触力を発生し、安定的に吸着することができる。さらに、実施例５のハンド１－３２では、上記に加えて複数の吸着パッドのストロークを独立に調整することができる。このため、表面形状が凸凹な物品に対してストロークを調整することができ、安定して吸着することが可能である。

次に、実施例６について説明する。実施例６は、実施例１～５とはピッキング作業の仕方、つまり、その動作が異なる。以下、その詳細を説明する。

＜実施例６における動作例＞
図１５は、実施例６におけるピッキングシステムの動作例を説明するための図である。以下、図１６を用いて、本実施例を、実施例１のハンド１－３２およびピッキングシステムとの差分を中心に説明する。実施例６では、ピッキング対象物である物品１－５１に透明な部分を含む例えば透明瓶を認識する場合を想定する。この場合、カメラ１－４１で撮影するＲＧＢ画像は比較的良好に撮像できるが、点群画像は点群抜け等が発生してノイズが多い。このため、ワーク認識部２－２４で物品の把持点の２次元位置（画像平面上における位置）は認識できるが、奥行方向の位置を検出することが非常に困難となる。

これは、カメラ１－４１と画像平面上の対象物の把持点を結ぶベクトル上のどこかに実際の把持点があることを意味する。そこで、図１５に示すように、上記ベクトルに沿って、真空圧を吸着パッドにかけ、ハンド制御部２－２７が吸着するまで手先を物品方向に押し込む制御をする。

また、図１５に示すような対象物の把持位置の２次元の把持位置しか認識できない（方向ベクトルしか分からない）場合においても、ハンド制御部２－２７が、吸着部４－１が物品１－５１に接触する前に空圧シリンダの伸長方向のエアを減圧する。このことで、吸着部１０－３が物品１－５１に与える接触力を低減することができる。すなわち、物品１－５１への傷を抑止しつつ吸着動作を行うことができる。また、以上の各実施例によれば、空圧シリンダを減圧することで機構的に接触力が過大に生じないようにしており、機構を複雑にすることなく、確実に物品と手先との接触力を低減できる。

なお、上述した各実施形は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

さらに、上述した実施形態および各実施例において、本発明の主旨を変えない範囲内で、装置またはシステム構成の変更や、一部の処理手順の省略や入れ替えを行ってもよい。例えば、上述の実施形態および各実施例は、カメラ１－４１での認識を行っているが、これを省略することもできる。この場合、コンベアで流れてくる場合のように、固定的に配置される物品１－５１についてのピッキング作業に適用できる。

また、ピッキング処理を行うプログラム等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。

１－１０…統合制御装置 、１－２０…ピッキング制御装置、１－３０…ロボット、１－３１…アーム、１－３２…ハンド、１－３００…ロボットアーム装置、１－４１…カメラ、１－５０…箱、１－５１、５２…物品、１－６０…パレット、２－２２…マスタ情報データベース、２－２３…マスタ情報管理部、２－２４…ワーク認識部、２－２５…軌道計画部、２－２６…ロボット制御部、２－２７…ハンド制御部、３－２０ａ…中央処理ユニット（ＣＰＵ）、３－２０ｂ…ＲＯＭ、３－２０ｃ…ＲＡＭ、３－２０ｄ…不揮発性ストレージ、３－２０ｅ…ネットワークインタフェース、３－２０ｆ…入力部、３－２０ｇ…表示部、４－２…本体部、４－３…吸着部、４－４…伸縮機構、５－１…空気配管、５－２…位置センサ、５－３a…空圧シリンダを伸長方向に加圧する空気配管、５－３b…空圧シリンダを収縮方向に加圧するための空気配管、６－１…空圧センサ、１０－２…本体部、１０－３…吸着部、１０－４…伸縮機構、１０－５Ａ、５Ｂ…把持部、１０－６Ａ、１０－６Ｄ…第１リンク、１０－６Ｂ…第３リンク、１０－６Ｅ…第３リンク、１０－６Ｃ、６Ｆ…第２リンク、１０－７…把持駆動部、１０－８Ａ…主駆動力伝達部、１０－８Ｂ、８Ｃ…駆動力伝達部、１０－９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ、９Ｇ、９Ｈ…リンク節、１０－１０Ａ、１０Ｂ…ベース、１０－１０ａ…第１面部、１０－１０ｂ…第２面部、１０－１１Ａ、１１Ｂ…把持接触部、１０－１１Ｃ…突起、１０－２０Ａ、２０Ｂ…駆動力伝達機構、１１－１…吸着部に真空圧を供給する空気配管, １１－１a…空圧シリンダを伸長方向に加圧する空気配管, １１－１b…空圧シリンダを収縮方向に加圧するための空気配管、１２－１３Ａ、１３Ｂ…袋物用吸着パッド、１２－１４…重量物用吸着パッド、１２－６２…指起動部(指駆動部)、１２－６３Ａ、６３Ｂ…指部、１２－６３Ａ１、６３Ｂ１…指歯車部(指駆動部)、１２－６３Ａ２、６３Ａ３、６３Ａ４、６３Ｂ２、６３Ｂ３、６３Ｂ４…指リンク部(指駆動部)、１２－６４…吸着伸縮部、１３－２…本体部、１３－３Ａ、Ｂ，Ｃ、Ｄ…吸着部、１３－４…伸縮機構、１３－５…角度調整部、１３－６…リンク部、１４－２…本体部、１４－３Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…吸着部、１４－４Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…伸縮機構、１４－５…角度調整部、１４－６…リンク部

Claims (8)

1. ピッキング対象である物品に対して、ピッキング作業を実行するロボットアーム装置において、
   前記物品を把持し、空圧シリンダを有するハンドと、
   前記ハンドと接続するアームを有し、前記ハンドを前記物品の把持位置へ移動させるロボットを有し、
   前記空圧シリンダ内の圧力を調整することにより、当該ハンドおよび前記ピッキング作業の実行を制御するロボットアーム装置。
2. 請求項１に記載のロボットアーム装置において、
   前記空圧シリンダは、前記物品に接触する前に、当該空圧シリンダの伸長方向について加圧状態から減圧するロボットアーム装置。
3. 請求項２に記載のロボットアーム装置において、
   前記ハンドは、前記物品を吸着して把持する吸着部を有するロボットアーム装置。
4. 請求項３に記載のロボットアーム装置において、
   前記ハンドは、複数の前記吸着部を有するロボットアーム装置。
5. 請求項３に記載のロボットアーム装置において、
   前記物品が吸着部に吸着された場合、前記空圧シリンダの短縮方向について加圧するロボットアーム装置。
6. 請求項２に記載のロボットアーム装置において、
   前記ハンドは、前記物品を把握して把持する把握部を有するロボットアーム装置。
7. 請求項１に記載のロボットアーム装置において、
   前記ロボットは、カメラで撮影された撮影画像に基づいて算出された前記把持位置に移動するロボットアーム装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載のロボットアーム装置と、
   前記ロボットアーム装置に、制御を行うための情報を出力するピッキング制御装置を有するピッキングシステム。

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