JP7022036B2 - 物品取出システム - Google Patents

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Description

本発明は物品取出システムに関する。
従来、搬送装置によって搬送されている物品を検出する検出装置と、ロボットとを備え、ロボットがその先端部に設けられたツールを用いて搬送装置上の物品を取出す物品取出システムが知られている(例えば、特許文献1参照。)。当該物品取出システムは、搬送装置上で複数の物品が重なっている場合に、高い位置に存在している物品から取出す。
特開2018-111140号公報
搬送装置上の物品の重なりの態様は様々であり、当該態様は、搬送装置上の物品の量、物品の種類等によって変化する。また、搬送装置上の複数箇所に物品同士が重なっている物品の塊が存在している場合に、高い位置に存在している物品を優先して取出そうとすると、低い位置に存在し且つ下流側に存在している物品の取出しの優先順位が下がり得る。このため、効率的な取出しを行うために、現場では物品の量、物品の種類等に応じて頻繁に取出しの基準の調整を行う必要があるが、前記物品取出システムでは高い位置と下流側の何れをどの程度優先すべきかの設定が複雑である。
本発明は、前述の事情に鑑みてなされている。本発明の目的の一つは、複雑な設定を要することなく、移動手段によって移動している物品の取出の効率化を図ることができる物品取出システムの提供である。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様の物品取出システムは、移動手段によって移動している複数の物品の少なくとも位置の検出を行う検出部と、制御ユニットとを備え、前記制御ユニットが、前記複数の物品の各々について、その位置データを少なくとも有するワークデータを作成するワークデータ作成処理と、前記ワークデータ作成処理によって作成された複数の前記ワークデータを保存するワークデータ保存処理と、前記ワークデータ保存処理によって保存された複数の前記ワークデータのうち、注目すべき注目ワークデータの周辺に判定領域を決定する領域決定処理と、前記判定領域内の前記注目ワークデータおよび前記注目ワークデータの周辺の周辺ワークデータを用いて物品の取出順序を決定する順序決定処理と、を行う。
一例では、判定領域には、注目ワークデータと、当該注目ワークデータの位置データに対して所定の範囲内の位置データを有する周辺ワークデータとが含まれる。
他の例では、前記制御ユニットが、ワークデータ作成処理において、前記複数の物品の各々について、その水平方向位置データおよび高さ位置データを少なくとも有するワークデータを作成し、前記複数のワークデータのうち前記判定領域内にあり前記注目ワークデータよりも前記高さ位置データが大きいワークデータが存在する場合、当該ワークデータを再設定注目ワークデータとして設定し、前記再設定注目ワークデータと、複数の前記ワークデータのうち前記再設定注目ワークデータに対して水平方向位置が所定の範囲内である周辺ワークデータとを含む再設定判定領域を決定する処理を行い、前記順序決定処理では、前記再設定判定領域内の前記再設定注目ワークデータおよび前記周辺ワークデータを用いて物品の取出順序を決定する。
例えば、移動手段上で複数の物品が互いに重なっている場合、上に配置された物品から取出す必要がある。このため、取出順序は高さ方向の位置を示す高さ位置データが大きい順となる。しかし、移動手段上には互いに重なっている物品の塊が複数存在する。また、最も下流側の物品の塊ではなく上流側の物品の塊において、物品がより高く積まれている場合もある。この場合に、例えば検出部の撮像装置の画角内の全ての物品を対象にして取出順序を決定すると、最も下流側の物品の塊ではなく最も高い物品の塊から優先的に物品が取出されることになる。これでは、下流側に配置された物品の取り残しが多くなり好ましくない。
上記態様では、保存された複数のワークデータの周辺に判定領域が決定され、判定領域内で取出順序が決定される。例えば、注目ワークデータとして最も下流側の物品のワークデータを用いると、その周辺の物品を含む物品の塊のみが判定領域に含まれる。このため、前記所定の範囲を適宜設定することにより、注目する物品の塊ごとに取出順序を決定することが可能となる。当該態様は、他の物品の塊の高さ、位置等を考慮する複雑な処理を必ずしも行う必要は無く、設定が容易となり、効率的な物品の取出しに資する。また、判定領域内で元の注目ワークデータよりも高さ位置データが大きいワークデータが存在する場合、当該ワークデータを再設定注目ワークデータとして設定し、再設定注目ワークデータと、複数のワークデータのうち再設定注目ワークデータに対して水平方向位置が所定の範囲内である周辺ワークデータとを含む再設定判定領域を決定し、その周辺の物品を含む物品の塊のみが再設定判定領域に含まれる。これにより、複雑な処理を要することなく判定領域が適切に設定され、しかも、先に処理すべき物品の塊(例えば、最も下流側の物品の塊)において最も優先すべき物品(最も高い位置の物品)を中心とする判定領域が確実に設定される。
上記態様において、好ましくは、前記判定領域は物品の大きさ、種類、量、搬送装置上での状態等に応じて決定される。
上記態様において、好ましくは、前記位置データは高さ方向の位置を示す高さ位置データおよび前記高さ方向に直交する方向の位置を示す水平位置データを有し、前記判定領域には、前記注目ワークデータの前記水平位置データに対して前記所定の範囲内の前記水平位置データを有する前記周辺ワークデータが含まれる。
当該態様では、注目ワークデータの水平位置データに対し所定の範囲内の水平位置データを有するワークデータが判定領域に含まれる。このため、複雑な処理を要することなく判定領域を適切に設定することができる。
上記態様において、好ましくは、前記ワークデータが、前記物品に対する取出作業の難易度に関連する作業関連スコアを有する。
当該態様では、制御ユニットが順序決定処理を行う際に作業関連スコアに基づいた決定を行うことが可能となる。例えば、作業関連スコアが所定の基準よりも低く取出作業が難しい物品のワークデータに関して、取出順序を下げる処理、又は、取出を行わない決定をすることができ、これは、効率的な物品の取出しのために有利である。
上記態様において、好ましくは、前記制御ユニットが、前記ワークデータ作成処理において、前記作業関連スコアとは異なる他のスコアをさらに有する前記ワークデータを作成する。
物品の種類、取出作業の目的等に応じて、取出作業の難易度とは異なるスコアが優先される場合がある。例えば、物品が生鮮食品である場合、物品の質、種類等を示す質関連スコアを有するワークデータが作成される。これにより、制御ユニットが順序決定処理を行う際に質関連スコアに基づいた決定を行うことが可能となり、当該構成は目的に応じて柔軟に取出順序を決定する上で有利である。
上記態様において、好ましくは、前記制御ユニットが、前記順序決定処理において、前記注目ワークデータおよび前記周辺ワークデータの前記高さ位置データに基づき、高い位置から取出す順序決定を行う。
本発明によれば、複雑な設定を要することなく、移動手段によって移動している物品の取出の効率化を図ることができる。
本発明の一実施形態の物品取出システムの構成を示す図である。 本実施形態の物品取出システムの制御ユニットのブロック図である。 本実施形態の物品取出システムのワークキューの模式図である。 本実施形態の物品取出システムの搬送装置上の物品の様子を示す図である。 本実施形態の物品取出システムのワークキューの模式図である。 本実施形態の物品取出システムのワークキューの模式図である。 本実施形態の物品取出システムによって設定される判定領域を模式的に示す図である。
本発明の第1実施形態に係る物品取出システムについて、図面を用いながら以下説明する。
第1実施形態の物品取出システムは、一例では図1に示されるロボットシステムである。この物品取出システムは、搬送装置(移動手段)10と、検出装置(検出部)20と、ロボット30と、ロボット30を制御する制御ユニット40とを備えている。ロボット(作業機械)30は、搬送装置10によって移動される物品Oに対して取出作業を行う。ロボット30の先端部にはツールTが取付けられ、一例としてロボット30はツールTによって搬送装置10上の物品Oの取出作業を行う。本実施形態では、搬送装置10の搬送方向と図1の基準座標系201のX軸方向が一致しており、高さ方向と図1の基準座標系201のZ軸方向とが一致しており、図1の基準座標系201のY軸方向は搬送装置10の幅方向と一致するように取られている。制御ユニット40は、1台の制御装置から成るものでもよく、複数台の制御装置から成るものでもよい。
ロボット30は特定の種類のロボットに限定されないが、本実施形態のロボット30は、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ31(図2参照)を備える垂直多関節ロボットである。なお、複数の可動部によってロボット30のアーム30aが構成されている。各サーボモータ31はその作動位置を検出するための作動位置検出装置を有し、作動位置検出装置は一例としてエンコーダである。作動位置検出装置の検出値は制御ユニット40に送信される。ロボット30は、水平端関節ロボット、マルチリンクロボット等であってもよい。
制御ユニット40は、一例では、図2に示されるように、CPU等のプロセッサ41と、表示装置42と、不揮発性ストレージ、ROM、RAM等を有する記憶部43と、ロボット30のサーボモータ31にそれぞれ対応している複数のサーボ制御器44と、操作盤等の入力部45とを備えている。
記憶部43にはシステムプログラム43aが格納されており、システムプログラム43aは制御ユニット40の基本機能を担っている。また、記憶部43にはワークデータ作成プログラム43bと、ワークデータ保存プログラム43cと、領域決定プログラム43dと、順序決定プログラム43eとが格納されている。また、記憶部43には動作プログラムおよび追随制御プログラムも格納されており、各プログラムに基づきプロセッサ41がロボット30の各サーボモータ31およびツールTを制御し、これにより搬送装置10によって搬送されている物品Oの取出作業が行われる。
なお、検出装置20はロボット30の作業位置又はそれよりも前記搬送方向の上流側で下記検出を行う。
検出装置20は撮像装置20aを有し、撮像装置20aは二次元カメラ、三次元カメラ等である。撮像装置20aの代わりに三次元距離センサ等が用いられてもよく、物品Oの位置および姿勢を検出するためのデータを得ることができる他のセンサを用いることも可能である。本実施形態の撮像装置20aは三次元カメラ(ステレオカメラ)であり、撮像装置20aは搬送装置10の上方に図示しないフレーム等により支持されている。検出装置20は、その撮像位置を照明するために、例えば可視光を照射する照明装置20bを有し、照明装置20bは撮像装置20aによる撮像を行う時だけ光を照射する。
検出装置20は、プロセッサ21と、RAM22と、画像処理プログラム23aが格納されたメモリ23とを備えている。プロセッサ21は、画像処理プログラム23aに基づき、例えば、パターンマッチ処理、ブロブ処理、特徴点の位置に基づく姿勢検出処理等を行う。検出装置20で得られた検出データ(第1データ要素)は制御ユニット40に送信される。検出データには各物品OのX軸方向の位置データ(高さ位置データ)、Y軸方向の位置データ(水平位置データ)、およびZ軸方向の位置データ(水平位置データ)が少なくとも含まれており、各物品Oの姿勢データがさらに含まれていてもよい。
検出装置20は、画像処理プログラム23aに基づき、例えばパターンマッチ処理で検出された所定部位の形状と所定のモデル形状との合致度(作業関連スコア)を求める作業関連データ取得処理とを行う。所定部位がツールTによって把持される部分であれば、その形状によってツールTによる把持の難易度が異なる。このため、作業関連データ取得処理によって各物品Oに対して得られるスコアは、各物品Oに対する作業の難易度を示すものとなる。検出装置20で得られた作業関連スコア(指標)を含む作業関連データ(第2データ要素)は制御ユニット40に送信される。
なお、各物品OのY軸方向の位置に基づき各物品Oの作業関連スコアを求めることも可能である。例えば、Y軸方向においてロボット10から遠い側は作業が難しく、ロボット10から近い側は作業が容易である場合が多い。このため、各物品OのY軸方向の位置データに応じて作業関連スコアを決定すると、作業の正確性、確実性を向上することができる。
また、各物品Oの姿勢に基づき作業関連スコアを求めることも可能である。物品Oの形状、ロボット30のツールTの形状等のために、ロボット30による作業が難しい物品Oの姿勢が存在する場合がある。このような場合に、物品Oの姿勢に基づく作業関連スコアに基づいて作業関連スコアを決定すると、ロボット30による作業の正確性、確実性が向上する。
また、検出装置20のプロセッサ21が、検出された物品Oの形状と所定のモデル形状との合致度(質関連スコア)を求める質関連データ取得処理を行ってもよい。例えば物品Oが生鮮食品である場合、その鮮度、腐食の有無等によって、物品Oの形状が変化する。この場合、検出装置20は各物品Oの質に関する質関連スコアを得ると共に、得られた質関連スコアを含む質関連データ(第2データ要素)を制御ユニット40に送信する。
搬送装置10は、物品Oの移動量を検出することができるエンコーダ10aを有する。エンコーダ10aは例えば搬送装置10を駆動するモータ10b内に設けられている。
一例では、検出装置20は、エンコーダ10aによって所定の移動量が検出される度に物品Oの位置検出処理、姿勢検出処理、作業関連データ取得処理、および質関連データ取得処理を行う。
制御ユニット40のプロセッサ41は、ワークデータ作成プログラム43bに基づき、各物品Oに対して、各検出データ(第1データ要素)と、対応する作業関連データ(第2データ要素)および質関連データ(第2データ要素)とを有するワークデータを作成する。検出データは物品Oの前記位置データを有する。また、プロセッサ41は、ワークデータ保存プログラム43cに基づき、作成されたワークデータを記憶部43に保存する。一例では、ワークデータはワークキューに保存され、ワークキューでは複数のワークデータがその位置データに基づき並んでいる。より具体的には、ワークキューの中で複数のワークデータは搬送装置10の搬送方向の下流側から順に並んでいる(図3の模式図参照)。図3では各ワークデータは作業関連スコアのみを含むが、各ワークデータが質関連スコアを含んでいてもよい。
図4は、検出装置20の画角に搬送装置10上の複数の物品O~Oが存在している様子を示している。図4の例では、物品Oは物品Oおよび物品OにZ軸方向に重なっており、物品Oは物品Oおよび物品OにZ軸方向に重なっている。このため、OのZ軸方向の位置データ(高さ位置データ)は、物品Oおよび物品Oの高さ位置データよりも大きく、物品Oの高さ位置データも、物品Oおよび物品Oの高さ位置データよりも大きい。本実施形態では、物品Oおよび物品Oの高さ位置データは、物品O,O,O,O,O,Oよりも大きい。
制御ユニット40のプロセッサ41は、領域決定プログラム43dに基づき、図5に示すように判定領域を決定する。判定領域は、注目すべき注目ワークデータと、注目ワークデータの水平位置データに対して所定の範囲内の水平位置データを有する周辺ワークデータとから成る。水平位置データは、X軸方向およびY軸方向の位置データである。図5の例では、注目ワークデータは物品Oのワークデータである。注目ワークデータの基準は、最下流に位置するワークデータ、最もスコアが高いワークデータ、その組合せ等、適宜設定することができる。
本実施形態では、プロセッサ41は、前記判定領域において物品Oのワークデータ(注目ワークデータ)よりも高さ位置データが大きい物品Oのワークデータが存在する場合は、注目ワークデータを物品Oのワークデータに変更する(図6)。注目ワークデータを変更することにより、判定領域も、新たな注目ワークデータと、その水平位置データに対して所定の範囲内の水平位置データを有する周辺ワークデータとに変更される。このように注目ワークデータの変更を行った後に、さらに同様の方法で注目ワークデータの変更を行ってもよい。これにより、複雑な処理を要することなく判定領域が適切に設定され、しかも、先に処理すべき物品Oの塊(最も下流側の物品Oの塊)において最も優先すべき物品O(最も高い位置の物品O)を中心とする判定領域が確実に設定される。判定領域を模式的に書くと図7に示すようになる。
判定領域を物品の大きさ、搬送装置10の搬送速度、各物品Oの取出しに要する時間等に応じて適宜設定すると、例えば、下流側の物品Oの塊から順に物品Oを効率的に取出すことが可能となる。なお、ロボット30の下流側に他のロボットが設けられる場合は、他のロボットを考慮して取出順序が決定され、ロボット30が各塊において全ての物品Oを取出さないこともある。
続いて、プロセッサ41は、判定領域内の物品Oのワークデータ(注目ワークデータ)と、判定領域内の他のワークデータである物品Oおよび物品Oのワークデータ(周辺ワークデータ)とを用いて、判定領域内の物品O,O,Oの取出順序を決定する。取出順序を決定するための基準は、高さ位置データ、作業関連スコア、質関連スコア等である。本実施形態では、最も優先される基準は、高さ位置データが大きい順であり、次に優先される基準は、下流側に近い順であり、次に優先される基準は、スコアが高い順である。これらの基準や順序は適宜変更可能である。
プロセッサ41は、他の物品Oの塊についても上記の処理を順次行う。例えば、物品O,O,Oの塊について上記の処理を行った後、物品O,Oの塊について上記の処理を行う。
図7のように物品O,O,Oの近傍に他の積み重なった物品O,O,Oが存在するので、判定領域は物品Oの大きさに応じて適切に設定される。例えば、前記判定領域に物品O,O,Oのワークデータが含まれてしまうと、前記取出順序の決定において、物品Oが取出順序の2番目となり、好ましくない場合がある。制御ユニット40は判定領域の設定を入力部45、他のコンピュータ等から受付ける。このため、操作者は物品Oの種類、量、搬送装置10上での状態等に応じて、前記所定の範囲を適宜設定することができる。
なお、判定領域は円でも良く、また任意の形状や任意の形状を複数組み合わせたようなものでも良い。また、判定領域は、物品Oの大きさ、種類、量、搬送装置10上での状態等に応じて適宜決定され得る。
本実施形態では、保存された複数のワークデータのうち、注目すべき注目ワークデータと、注目ワークデータの位置データに対して所定の範囲内の位置データを有する少なくとも1つの周辺ワークデータとから成る判定領域が決定され、判定領域内で取出順序が決定される。例えば、注目ワークデータとして最も下流側の物品Oのワークデータを用いると、その周辺の物品O,O,Oの塊のみが判定領域に含まれる。このため、所定の範囲を適宜設定することにより、注目する物品Oの塊ごとに取出順序を決定することが可能となる。当該態様は、他の物品Oの塊の高さ、位置等を考慮する複雑な処理を必ずしも行う必要は無く、設定が容易となり、効率的な物品Oの取出しに資する。
また、本実施形態では、各ワークデータが有する位置データが高さ位置データおよび水平位置データを含み、判定領域には、注目ワークデータの水平位置データに対して所定の範囲内の水平位置データを有するワークデータが含まれる。このため、複雑な処理を要することなく判定領域を適切に設定することができる。
また、本実施形態では、ワークデータが、物品Oに対する取出作業の難易度に関連する作業関連スコアを有する。
当該構成では、制御ユニット40が順序決定処理を行う際に作業関連スコアに基づいた決定を行うことが可能となる。例えば、作業関連スコアが所定の基準よりも低く取出作業が難しい物品Oのワークデータに関して、取出順序を下げる処理、又は、取出を行わない決定をすることができ、これは、効率的な物品Oの取出しのために有利である。
また、本実施形態では、前記制御ユニット40が、ワークデータ作成の際に、作業関連スコアとは異なる他のスコアをさらに有するワークデータを作成する。
物品Oの種類、取出作業の目的等に応じて、取出作業の難易度とは異なるスコアが優先される場合がある。例えば、物品Oが生鮮食品である場合、物品Oの質、種類等を示す質関連スコアを有するワークデータが作成される。これにより、制御ユニット40が順序決定処理を行う際に質関連スコアに基づいた決定を行うことが可能となり、当該構成は目的に応じて柔軟に取出順序を決定する上で有利である。
なお、本実施形態において、エンコーダ10aの代わりにカメラを用いて物品Oの移動量の検出を行うことも可能である。例えば、カメラによって搬送装置10上のマーク、物品O等を検出することによって物品Oの移動量を検出することが可能である。その他の手段を用いて前記移動量の検出を行うことも可能である。
また、本実施形態において、搬送装置10の代わりに、他のロボット、AGV(Automated Guided Vehicle)が物品Oを移動させてもよい。この場合でも前述と同様の作用効果が達成され得る。さらに、物品Oが自動車、自動車のフレーム等の場合は、所定の作業が行われる物品Oがそのエンジン、車輪等によって移動してもよい。これらの場合、他のロボット、エンジン、車輪等が移動手段として機能する。
また、本実施形態において、検出装置20の画像処理プログラム23aに基づく機能が、制御ユニット40又は他のコンピュータによって実現されてもよい。
なお、本実施形態において、複数の物品Oが搬送装置10上でZ軸方向に重なっていない場合も、制御ユニット40のプロセッサ41は、領域決定プログラム43dに基づき、注目ワークデータと周辺ワークデータとから成る判定領域を決定し、判定領域内の物品Oの取出順序を決定することができる。
この場合、例えば、最も優先される基準は、下流側に近い順であり、次に優先される基準は、Y軸方向におけるロボット30の作業の難易度が低い位置に近い順である。当該作業の難易度を作業関連データとしてワークデータに加えることも可能である。
10 搬送装置
10a エンコーダ
10b モータ
20 検出装置(検出部)
20a 撮像装置
20b 照明装置
21 プロセッサ
22 RAM
23 メモリ
23a 画像処理プログラム
30 ロボット
30a アーム
31 サーボモータ
40 制御ユニット
41 プロセッサ
42 表示装置
43 記憶部
43a システムプログラム
43b ワークデータ作成プログラム
43c ワークデータ保存プログラム
43d 領域決定プログラム
43e 順序決定プログラム
44 サーボ制御器
45 入力部
201 基準座標系
O 物品

Claims (6)

  1. 移動手段によって移動している複数の物品の少なくとも位置の検出を行う検出部と、
    制御ユニットとを備え、前記制御ユニットが、
    前記複数の物品の各々について、その水平方向位置データおよび高さ位置データを少なくとも有するワークデータを作成するワークデータ作成処理と、
    前記ワークデータ作成処理によって作成された複数の前記ワークデータを保存するワークデータ保存処理と、
    前記ワークデータ保存処理によって保存された複数の前記ワークデータのうち、注目すべき注目ワークデータの周辺に判定領域を決定する領域決定処理と、
    複数の前記ワークデータのうち前記判定領域内にあり前記注目ワークデータよりも前記高さ位置データが大きいワークデータが存在する場合、当該ワークデータを再設定注目ワークデータとして設定し、前記再設定注目ワークデータと、複数の前記ワークデータのうち前記再設定注目ワークデータに対して水平方向位置が所定の範囲内である周辺ワークデータとを含む再設定判定領域を決定する処理と、
    前記再設定判定領域内の前記再設定注目ワークデータおよび前記周辺ワークデータを用いて物品の取出順序を決定する順序決定処理と、を行う物品取出システム。
  2. 前記判定領域は物品の大きさ、種類、量、搬送装置上での状態の少なくとも一つに応じて決定される、請求項1に記載の物品取出システム。
  3. 前記再設定判定領域には、前記再設定注目ワークデータの前記水平方向位置データに対して前記所定の範囲内の前記水平方向位置データを有する前記周辺ワークデータが含まれる、請求項1又は2に記載の物品取出システム。
  4. 前記ワークデータが、前記物品に対する取出作業の難易度に関連する作業関連スコアを有する、請求項1~3の何れかに記載の物品取出システム。
  5. 移動手段によって移動している複数の物品の少なくとも位置の検出を行う検出部と、
    制御ユニットとを備え、前記制御ユニットが、
    前記複数の物品の各々について、その位置データを少なくとも有するワークデータを作成するワークデータ作成処理と、
    前記ワークデータ作成処理によって作成された複数の前記ワークデータを保存するワークデータ保存処理と、
    前記ワークデータ保存処理によって保存された複数の前記ワークデータのうち、注目すべき注目ワークデータの周辺に判定領域を決定する領域決定処理と、
    前記判定領域内の前記注目ワークデータおよび前記注目ワークデータの周辺の周辺ワークデータを用いて物品の取出順序を決定する順序決定処理と、を行い、
    前記ワークデータが、前記物品に対する取出作業の難易度に関連する作業関連スコアを有し、
    前記制御ユニットが、前記ワークデータ作成処理において、前記作業関連スコアとは異なる他のスコアをさらに有する前記ワークデータを作成する、物品取出システム。
  6. 前記制御ユニットが、前記順序決定処理において、前記再設定注目ワークデータおよび前記周辺ワークデータの前記高さ位置データに基づき、高い位置から取出す順序決定を行う、請求項1又は3に記載の物品取出システム。
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