JP6818660B2 - 物体保持装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る物体保持装置(物体保持機構ともいう)11を用いたハンドリングロボットシステム1の一例を示す概略図である。図1に示すように、ハンドリングロボットシステム1は、飛行装置10、ロボット制御装置20、認識装置30、および搬送装置40を備える。
飛行装置10は、三次元空間上を自由に移動可能な飛行体である。飛行装置10には、物体91を保持するように構成された物体保持装置11が取り付けられている。物体保持装置11は、物体を保持可能な少なくとも1つの保持部を有する。物体保持装置11は、保持部が飛行装置10に対して外を向くように配置される。保持部は、例えば、吸着パッドを含み、吸着により物体を保持する。また、保持部は、電磁石が発生する磁力により物体を吸着するタイプであってもよい。物体保持装置11については、後に詳細に説明する。
認識装置30は、積載領域90に載置された複数の物体91を認識する。認識装置30は、画像センサ31、および画像センサ31に接続された計算機32を備える。画像センサ31は、例えば、積載領域90に載置された複数の物体91に対して斜め前方、上方、斜め後方に位置する。画像センサ31は、固定されていてもよく、移動可能であってもよい。画像センサ31として、距離画像センサまたは赤外線ドットパターン投影方式カメラなどの三次元位置計測可能なカメラを利用することができる。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、赤外線のドットパターンを対象物に投影し、その状態で積載領域90に載置された物体91の赤外線画像を撮影する。赤外線画像を解析することで物体91の3次元情報を得ることが可能である。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、カラー画像またはモノクロ画像を撮影することができてもよい。また、画像センサ31は、赤外線ドットパターン投影方式カメラに追加して、カラー画像またはモノクロ画像を取得するカメラなどの光学センサを含んでいてもよい。画像は、例えば、jpg、gif、pngやbmpなどの一般的に用いられている形式の画像データでもよい。
搬送装置40は、飛行装置10により物体91がその上に置かれて、この物体91を搬送する。搬送装置40は、例えば、ベルトコンベア41および搬送制御装置42を備える。ベルトコンベア41は、所定の方向に並べた複数のローラと、ローラに巻き付けたベルトと、を含む。ベルトコンベア41は、複数のローラを回転することによりベルトを駆動し、物体91を搬送する。搬送装置40は、ベルトコンベア41の代替として、ローラコンベアまたはソータを備えていてもよい。
飛行装置10が、物体97に向けて移動する。具体的には、飛行装置10は、物体97の上方に移動し、その後に下降する。物体保持装置11の近接覚センサ114が物体97の接近を検出すると、制御装置50は、物体97を素早く吸着するために、吸引装置52を予め駆動して吸着パッド113内部の真空引きを開始する。このとき、制御装置50は、近接覚センサ114により測定された物体97までの距離が距離閾値未満になったことに応答して、吸引装置52を駆動する。距離閾値は、例えば、物体97が吸着パッド113の吸着面に位置する直前に吸引装置52の駆動が開始されるように設定される。距離閾値は、固定であってもよく、可変であってもよい。例えば、距離閾値は、飛行装置10の移動速度、すなわち、吸着パッド113の移動速度に応じて調整される。具体的には、距離閾値は、飛行装置10の移動速度が速い場合には長くし、飛行装置10の移動速度が遅い場合には短くする。距離閾値は、移動速度に対して連続的に調整されてもよく、移動速度に対して段階的に調整されてもよい。飛行装置10の移動速度は、上位コントローラ70から取得してもよく、第4の実施形態で後述するように物体保持装置11内に設けられた加速度センサから出力されるセンサ信号に基づいて算出されてもよい。
制御装置50は、近接覚センサ114または接触覚センサ115からのセンサ信号に基づいて吸着パッド113への物体97の接触を検知し、吸着動作を継続するとともに、圧力をモニタリングする。制御装置50は、圧力が圧力閾値(予め設定された真空度)以下になった場合に、吸引装置52の駆動を停止してもよい。この制御は、省エネルギー化につながり、電源部55のバッテリーを節約することを可能にする。通気性のない物体を吸着する場合は、吸引装置52の駆動を停止しても吸着パッド113の真空度が維持される時間は長い。一方、通気性のある物体を吸着する場合は、吸引装置52の駆動を停止すると吸着パッド113内部に空気が進入し、吸着パッド113の真空度が維持される時間は短くなる。このため、制御装置50は、圧力をモニタリングしながら吸引装置52を断続的に駆動する。
制御装置50は、真空度をモニタリングして吸引装置52を断続的に駆動しながら、物体97を運搬するために飛行装置10の移動を制御する。例えば、飛行装置10は、上昇し、その後に横方向に移動する。制御装置50は、必要に応じて、近接覚センサ114、接触覚センサ115、および圧力センサ54から出力されるセンサ信号を含む情報を上位コントローラ70に送信する。上位コントローラ70は、物体保持装置11から受け取った情報に基づいて保持状態を確認する。上位コントローラ70は、移載作業全体のスケジュール管理や飛行装置10の動作管理などを行う。
飛行装置10が物体97を目的地(例えば図1に示した搬送装置40)まで運搬すると、制御装置50は、方向切替弁53を開き、大気と吸着パッド113を連通させる。これにより、吸着パッド113内の真空が破壊され、物体97は吸着パッド113から解放される。このとき、吸引装置52は停止している。
図7Aは、飛行装置10による物体への接近から物体の保持までの動作フローを示す。図7AのステップS101では、飛行装置10は、ロボット制御装置20の制御のもと、目標位置へ移動する。ロボット制御装置20は、認識装置30によって生成される物体の位置姿勢情報に基づいて、飛行装置10の移動を制御する。なお、作業者が、目視により物体を確認し、物体の位置姿勢情報を入力してもよい。
図9(a)、(b)は、第2の実施形態に係る物体保持装置12の外観を示す正面図、側面図である。図9(b)では、吸着パッド113を透視してセンサ配置を示している。図9(a)、(b)に示すように、近接覚センサ114および接触覚センサ115は、吸着パッド113の内部に配置されている。言い換えると、近接覚センサ114および接触覚センサ115は、吸着パッド113と物体とで形成されることになる密閉空間の内部に位置する。近接覚センサ114および接触覚センサ115は、センサ搭載部品116に搭載され、センサ搭載部品116を介して筐体111に固定されている。センサ搭載部品116は、例えば、リング状の部材である。近接覚センサ114および接触覚センサ115は、円周上に45度ずつ離れて交互に配置されている。
図10は、第1の実施形態の変形例に係る物体保持装置を示している。図10に示すように、第1の実施形態の変形例では、真空タンク59がチューブを介して方向切替弁53に接続されている。吸着パッド113が物体を吸着しないときに、吸引装置52が真空タンク59に連通され、真空タンク59内部を予め真空引きしておく。これにより、真空タンク59は真空度の高い状態を維持する。方向切替弁53は、弁を閉じる状態(すなわち、吸引装置52と吸着パッド113を接続する流路と大気との連通を切断する状態)、吸着パッド113を大気圧と連通させる状態(すなわち、前記流路と大気との連通を許容する状態)、吸着パッド113を真空タンク59と連通させる状態(すなわち、前記流路と真空タンク59との連通を許容する状態)の3状態を生成する。
(1)接近
制御装置50は、物体が吸着パッド113に接近したことを検出すると、物体を素早く吸着するために、真空タンク59と吸着パッド113を連通させる。
制御装置50は、物体との接触を検出すると、吸引装置52を駆動するとともに、圧力をモニタリングする。さらに、制御装置50は、方向切替弁53を駆動し、吸着パッド113と真空タンク59との接続状態から吸着パッド113と吸引装置52との接続状態に切り替える。具体的には、制御装置50は、方向切替弁53を、弁を閉じた状態にする。これにより、安定した吸着状態を生成可能となる。
制御装置50は、真空度をモニタリングし、吸引装置52を断続的に駆動し、ロボット制御装置20は、物体を運搬するように飛行装置10を制御する。制御装置50は、必要に応じて上位コントローラ70にデータを転送する。
制御装置50は、真空度をモニタリングし、方向切替弁53を駆動し、大気と吸着パッド113を連通させる。さらに、制御装置50は、吸引装置52の駆動を停止する。真空タンク59は、1つの物体保持装置ごとに備えても良いし、複数の物体保持装置で真空タンクを共有しても良い。
上述した変形例に係る機構は、第2の実施形態にも適用することが可能である。
図12は、第3の実施形態に係る物体保持装置を示している。図12に示されるように、近接覚センサ114および/または接触覚センサ115と制御装置50との間にマルチプレックス回路62が設けられている。図12に示される例では、近接覚センサ114および接触覚センサ115が1つずつ示されている。複数の近接覚センサ114および複数の接触覚センサ115が設けられていてもよい。
図13は、第4の実施形態に係る物体保持装置を示している。図13に示される物体保持装置では、加速度センサ118が制御装置50に接続されている。加速度センサ118とは、加速度の測定を目的とした慣性センサである。加速度センサ118は、振動センサと異なり、直流(DC)の加速度を検出することが可能であるため、重力を検出することも可能である。加速度センサ118によって測定された加速度を表す加速度信号に対して適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。これにより、飛行装置10の移動速度や加速状態をモニタリングすることが可能となるため、吸引装置52の駆動タイミングを飛行装置10の速度に応じて調整可能となる。より具体的には、加速状態により、近接覚センサ114または接触覚センサ115に関する閾値を変動させ、吸引装置52の駆動タイミングを調整する。例えば、飛行装置10が速く飛行しているときは、物体の接近を検出するための閾値(距離閾値)を長くすることで、物体が吸着パッド113に接触する直前に吸引装置52を駆動することが可能である。
20…ロボット制御装置、30…認識装置、31…画像センサ、32…計算機、
40…搬送装置、41…ベルトコンベア、42…搬送制御装置、50…制御装置、
51…チューブ、52…吸引装置、53…方向切替弁、54…圧力センサ、
55…電源部、56…DCDCコンバータ、57…方向切替弁ドライバ回路、
58…吸引装置ドライバ回路、59…真空タンク、60…入力部、
62…マルチプレックス回路、70…上位コントローラ、90…積載領域、
111…筐体、112…センサ搭載部品、113…吸着パッド、
114…近接覚センサ、115…接触覚センサ、116…センサ搭載部品、
118…加速度センサ、501…コマンド生成部、502…動作モード格納部、
503…目標値生成部、504…駆動制御部、505…判定部、
506…信号処理部、507…信号処理部、510…ドライバ。
Claims (12)
- 気体を吸引する吸引装置と、
前記吸引装置に接続され、前記吸引装置による吸引に基づいて物体を吸着する吸着パッドと、
前記吸着パッドと前記物体とで形成されることになる空間の外部に位置するように配置され、前記物体までの距離を測定する複数の近接覚センサと、
を備え、前記吸引装置は、前記複数の近接覚センサにより測定された距離に基づいて前記物体の前記吸着パッドで吸着する面を検出した検出結果に従って制御されるとともに、前記複数の近接覚センサにより測定された距離のいずれかが距離閾値未満になったことに応答して吸引を開始するように制御され、
前記距離閾値は、前記吸着パッドの移動速度が第1の速度であるときに第1の値に調整され、前記吸着パッドの前記移動速度が前記第1の速度より速い第2の速度であるときに前記第1の値より長い第2の値に調整される、物体保持装置。 - 気体を吸引する吸引装置と、
前記吸引装置に接続され、前記吸引装置による吸引に基づいて物体を吸着する吸着パッドと、
前記物体までの距離を測定する近接覚センサと、
を備え、
前記吸引装置は、前記距離が距離閾値以下であるときに吸引を行うように制御され、前記距離閾値は、前記吸着パッドの移動速度が第1の速度であるときに第1の値に調整され、前記吸着パッドの前記移動速度が前記第1の速度より速い第2の速度であるときに前記第1の値より長い第2の値に調整される、物体保持装置。 - 気体を吸引する吸引装置と、
前記吸引装置に接続され、前記吸引装置による吸引に基づいて物体を吸着する吸着パッドと、
前記物体が前記吸着パッドに接近したことを検出する近接覚センサと、
前記物体が前記吸着パッドに接触したことを検出する接触覚センサと、
を備え、前記吸引装置は、前記物体が前記吸着パッドに接近したことを前記近接覚センサが検出したときに吸引を行うように制御され、前記物体が前記吸着パッドに接触したことを前記接触覚センサが検出したときには、前記近接覚センサによる検出の結果にかかわらず吸引を行うように制御される、物体保持装置。 - 前記近接覚センサは、前記吸着パッドと前記物体とで形成されることになる空間の外部に位置するように配置される、請求項2または3に記載の物体保持装置。
- 前記近接覚センサは、前記吸着パッドと前記物体とで形成されることになる空間の内部に位置するように配置される、請求項2または3に記載の物体保持装置。
- 加速度センサをさらに備え、
前記吸着パッドの前記移動速度は、前記加速度センサから出力されるセンサ信号に基づいて算出される、請求項1または2に記載の物体保持装置。 - 前記物体が前記吸着パッドに接触したことを検出する接触覚センサをさらに備え、
前記吸引装置は、前記近接覚センサによる検出の結果にかかわらず、前記物体が前記吸着パッドに接触したことを前記接触覚センサが検出したときに吸引を行うように制御される、請求項1、2および6のいずれか一項に記載の物体保持装置。 - 気体を吸引する吸引装置と、
前記吸引装置に接続され、前記吸引装置による吸引に基づいて物体を吸着する吸着パッドと、
前記吸着パッドと前記物体とで形成されることになる空間の外部に位置するように配置され、前記物体までの距離を測定する複数の近接覚センサと、
前記物体が前記吸着パッドに接触したことを検出する接触覚センサと、
を備え、前記吸引装置は、前記複数の近接覚センサにより測定された距離に基づいて前記物体の前記吸着パッドで吸着する面を検出した検出結果に従って制御されるとともに、前記複数の近接覚センサにより測定された距離のいずれかが距離閾値未満になったことに応答して吸引を開始するように制御され、
前記吸引装置は、前記近接覚センサによる検出の結果にかかわらず、前記物体が前記吸着パッドに接触したことを前記接触覚センサが検出したときに吸引を行うように制御される、物体保持装置。 - 前記近接覚センサおよび前記接触覚センサから出力されるセンサ信号に基づいて前記吸引装置を制御する制御部をさらに備える請求項3、7および8のいずれか1項に記載の物体保持装置。
- 前記吸引装置と前記吸着パッドを接続する流路と大気との連通を許容する第1の状態、および前記流路と前記大気との連通を遮断する第2の状態とを切替可能な方向切替弁と、
前記方向切替弁を駆動する第1のドライバ回路と、
前記吸引装置を駆動する第2のドライバ回路と、
前記流路の内部の気体の圧力を検出する圧力センサと、
前記第1のドライバ回路、前記第2のドライバ回路、および前記圧力センサに電力を供給する電源部と、
をさらに備える、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の物体保持装置。 - 前記圧力センサによって検出された圧力が第1の圧力閾値を超えたときに前記吸引装置の駆動を停止し、前記圧力センサによって検出された圧力が第2の圧力閾値を下回ったときに前記吸引装置の駆動を開始する制御部をさらに備え、前記第2の圧力閾値は、前記第1の圧力閾値と等しいまたは前記第1の圧力閾値より小さい、請求項10に記載の物体保持装置。
- 前記方向切替弁を介して前記流路に接続される真空タンクをさらに備え、
前記方向切替弁は、前記第1の状態、前記第2の状態、および前記流路と前記真空タンクとの連通を許容する第3の状態を切替可能である、請求項10または11に記載の物体保持装置。
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