JP7042703B2 - 情報処理装置、情報処理装置を備える荷降しシステム、及び情報処理プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、情報処理装置、情報処理装置を備える荷降しシステム、及び情報処理プログラムに関する。

物流倉庫などの現場において、収納された商品等の荷物を搬送用コンベア等に荷降しする場合に、荷降し装置が用いられることがある。例えば、ロボットアーム、及びロボットアームの先端に設けられる、物品を把持する把持部を有する荷降し装置が知られている。

このような荷降し装置において、ロボットアームが把持する物品の高さを検出するには、把持する物体の上面の位置、及び距離を検出する三次元カメラ等のセンサに加えて、把持する物体の側面を検出するための別の三次元カメラ等のセンサを設ける必要がある。しかしながら、該別のセンサを設けるためのコストが増加する問題や、該センサから得られる画像情報を処理するための処理時間が増加する問題がある。

特開２０１０－１２５６７号公報

本発明は、上記の課題を解決するために、三次元カメラ等の高価なセンサを用いずにロボットアームが把持している物品の高さを導出できる情報処理装置、情報処理装置を備える荷降しシステム、及び情報処理プログラムを提供することを目的とする。

実施形態によれば、情報処理装置は、物品を把持して移動させるロボットアームの位置姿勢を示す情報を取得する第１インタフェースと、センサが配置されたセンサ高さにおける、前記センサから前記ロボットアームが把持している物品までの距離を測定するセンサの出力情報を取得する第２インタフェースと、前記第２インタフェースにより取得する前記センサの出力情報に基づいて前記物品が前記ロボットアームにより前記センサ高さを超えたことを検出した場合、前記第１インタフェースにより前記ロボットアームの位置姿勢を示す情報を取得し、取得した位置姿勢と、前記センサ高さと、前記物品が前記センサ高さを超えたことを検出してから前記位置姿勢を取得するまでの時間及び前記ロボットアームの移動速度とに基づいて前記物品の高さを導出する制御部と、を有する。

図１は、荷降しシステムの一例を概略的に示す模式図である。 図２は、荷降しシステムの構成の一例を示すブロック図である。 図３は、物品引き抜き検知及び物品高さ測定の一例を示すフローチャートである。 図４Ａは、荷降しシステムの動作の一例を示す図である。 図４Ｂは、荷降しシステムの動作の一例を示す図である。 図４Ｃは、荷降しシステムの動作の一例を示す図である。 図４Ｄは、荷降しシステムの動作の一例を示す図である。 図４Ｅは、荷降しシステムの動作の一例を示す図である。 図５は、物品高さ測定の第１の方法を説明するための図である。 図６Ａは、物品高さ測定の第２の方法を説明するための図であって、荷降しシステムの動作の一例を示す模式図である。 図６Ｂは、物品高さ測定の第２の方法を説明するための図であって、ＬＲＦによる物品検出における距離と時間との関係の一例を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の説明では、荷降しシステムにおけるレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ）を用いた荷物の抜き取り検知及び荷物の高さ測定の手法を提案する。

図１は、実施形態に係る荷降しシステム１の一例を概略的に示す模式図である。図１に示されるように、Ｘ方向とＹ方向（水平方向）、及びＺ方向（鉛直方向又は上下方向）を定義する。

荷降しシステム１は、物流現場などで用いられる、ロボットによる荷降しを行うシステムである。荷降しシステム１は、ロボットアーム１０と、第１距離センサ２と、第２距離センサ３と、第２距離センサ昇降機構４と、制御システム２０とを有している。荷降しシステム１は、例えば荷降し対象の荷物である物品５１を搬送用コンベア４０に搬送するシステムである。搬送用コンベア４０は、荷降し後の物品５１を搬送する搬送機構である。

ロボットアーム１０は、物品を移動させる装置である。本実施形態では、ロボットアーム１０は、物品群５０の荷降しに用いられる。ここで、物品群５０とは、１以上の物品を含み、例えば、複数の物品が鉛直方向（Ｚ方向）に積み重ねられた段が水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向、又はその両方）に複数並べられたもの（物品のスタック）を指す。ロボットアーム１０は、ネットワーク３０を介して、制御システム２０と通信する。ロボットアーム１０は、制御システム２０の後述するロボット制御装置６０（図２参照）により動作を制御される。ロボットアーム１０は、アーム機構１１と、アーム機構１１の先端に設けられた把持部１２とを有している。

アーム機構１１は、例えば、複数のアームと、アーム間を連結している複数の関節機構とを有している。関節機構は、ロボット制御装置６０の制御により動作し、連結している２つのアームの相対的な角度を変化させる。すなわち、関節機構の動作によってアームが移動する。

把持部１２は、物品を把持する。例えば、把持部１２は、物品に吸着する吸着パッドを含む。吸着パッドの数は、１つでもよいし、複数であってもよい。吸着パッドが物品の表面に接した状態で、ロボット制御装置６０の制御により吸着パッド内が負圧にされると、吸着パッドは、物品の表面に吸着（真空吸着）する。吸着パッド内の負圧が解除されると、吸着パッドは物品をリリースする。このように、把持部１２は、例えば吸着によって物品を把持する。

あるいは、把持部１２は、物品を把持するグリッパを含むものであってよい。グリッパは、例えば、複数の指と、複数の指を連結している複数の関節機構とを備える。関節機構は、ロボット制御装置６０の制御により動作し、関節機構の動作に連動して指が動作するように構成されてよい。グリッパは、例えば、複数の指による２点以上の接点で、対向する複数の方向から物品に対して力を加える。これにより、把持部１２は、指と物品との間に生じる摩擦によって物品を把持する。

把持部１２として、吸着による把持機構である吸着パッド、挟持による把持機構であるグリッパを挙げたが、把持部１２はこれに限定されない。物品群５０の物品を把持可能な種々の把持機構を採用してよい。

第１距離センサ２は、物品群５０の各物品までの距離を計測するセンサである。第１距離センサ２は、ネットワーク３０を介して、制御システム２０と通信する。第１距離センサ２は、ロボット制御装置６０により動作を制御される。第１距離センサ２は、図１に示されるように、荷降し対象の物品群５０の上方に配置される。第１距離センサ２は、例えば、異なる２点から物品を撮像した際の視差に基づいて物品までの距離を計測するステレオカメラである。第１距離センサ２は、物品群５０のなかからロボットアーム１０が把持する把持対象物品を決定するために用いられる。

第２距離センサ３は、例えばレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ）である。以下、第２距離センサ３をＬＲＦ３、第２距離センサ昇降機構４をＬＲＦ昇降機構４として説明する。また、第１距離センサ２を単に距離センサ２と称する。ＬＲＦ３は、物品群５０の近傍に配置される。ＬＲＦ３は、ネットワーク３０を介して、制御システム２０と通信する。ＬＲＦ３は、制御システム２０の後述する情報処理装置７０（図２参照）により動作を制御される。ＬＲＦ３は、例えば半導体レーザーからレーザー光を発振して照射し、例えば物品群５０の物品である対象物までの距離を測定する。測定された距離の値に基づいて、物品の有無が判断される。例えばＬＲＦ３により有効な値が検出された場合に、物品が存在すると判断される。有効な値とは、測定された距離の値が、対象物である把持する物品が存在し得る範囲の値である。ＬＲＦ３は、物品群５０が設置されている範囲全体を測定範囲（ＬＲＦ監視範囲）とする。ＬＲＦ監視範囲は、例えば図１にＬＲＦ３を始点とする所定の角度範囲のドット領域で示されている。なお、ＬＲＦ３以外の距離センサ、あるいは物品の有無を検知可能な他の一次元センサを採用してもよい。

ＬＲＦ昇降機構４は、ＬＲＦ３を上下方向に移動させるリフト機構である。ＬＲＦ昇降機構４は、例えば、鉛直方向に延びた支柱５と、支柱に鉛直方向に形成されたスリット６と、スリット６に嵌め込まれて上下移動可能な台座７とを有している。台座７の上にＬＲＦ３が載置されている。ＬＲＦ昇降機構４は、ネットワーク３０を介して、制御システム２０と通信する。ＬＲＦ昇降機構４は、情報処理装置７０により動作を制御される。例えば、ＬＲＦ昇降機構４の不図示のモータが、情報処理装置７０の制御により駆動され、台座７及びその上のＬＲＦ３を上昇又は降下させる。つまり、ＬＲＦ昇降機構４の動作により、ＬＲＦ３はＬＲＦ測定位置であるセンサ高さを変更可能である。

荷降し対象である物品は、図１に示されるように、物品群５０として搬送用コンベア４０の近傍に配置されている。物品群５０は、サイズの異なる種々の物品を含んでよいし、あるいは、同一サイズの複数の物品を含んでよい。

搬送用コンベア４０は、物流現場で用いられる一般的なベルトコンベアである。荷降し後の物品が搬送用コンベア４０で搬送される。

図２は、荷降しシステム１の構成の一例を示すブロック図である。制御システム２０は、例えば、ロボット制御装置６０と、情報処理装置７０とを含む。

ロボット制御装置６０は、通信インタフェース６１と、プロセッサ６２と、メモリ６３と、ストレージ６４とを有している。これらは、バスライン６５を介して通信可能である。

通信インタフェース６１は、外部機器との通信に用いるインタフェースである。通信インタフェース６１は、例えばロボットアーム１０及び距離センサ２と通信するための通信規格などに対応した端子及び回路を備える。通信インタフェース６１は、プロセッサ６２の制御に基づいて、ロボットアーム１０及び距離センサ２と通信する。

プロセッサ６２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成される。メモリ６３は、読み出し専用のデータメモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）又はデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ストレージ６４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）などの大容量ストレージであってよい。メモリ６３又はストレージ６４は、荷降しシステム１の各機器の制御プログラムや各種データを記憶している。プロセッサ６２は、メモリ６３又はストレージ６４に記憶されているプログラム等に基づいて種々の処理を行う。つまり、プロセッサ６２は、ソフトウェア機能部として各種プログラムを実行する。プロセッサ６２に代わって、ハードウェア機能部としてのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などが用いられてもよい。

情報処理装置７０は、通信インタフェース７１と、プロセッサ７２と、メモリ７３と、ストレージ７４とを有している。これらは、バスライン７５を介して通信可能である。

通信インタフェース７１は、外部機器との通信に用いるインタフェースである。通信インタフェース７１は、例えばＬＲＦ３及びＬＲＦ昇降機構４と通信するための通信規格などに対応した端子及び回路を備える。通信インタフェース７１は、プロセッサ７２の制御に基づいて、ＬＲＦ３及びＬＲＦ昇降機構４と通信する。

プロセッサ７２は、例えば、ＣＰＵにより構成される。メモリ７３は、読み出し専用のデータメモリであるＲＯＭ又はデータを一時的に記憶するＲＡＭを含む。ストレージ７４は、ＨＤＤ又はＳＳＤなどの大容量ストレージであってよい。メモリ７３又はストレージ７４は、荷降しシステム１の各機器の制御プログラムや各種データを記憶している。プロセッサ７２は、メモリ７３又はストレージ７４に記憶されているプログラム等に基づいて種々の処理を行う。つまり、プロセッサ７２は、ソフトウェア機能部として各種プログラムを実行する。プロセッサ７２に代わって、ハードウェア機能部としてのＡＳＩＣ又はＦＰＧＡなどが用いられてもよい。

なお、制御システム２０において、ロボット制御装置６０と情報処理装置７０とが通信可能である。ロボット制御装置６０と情報処理装置７０とは、通信インタフェース６１、７１により通信する。

制御システム２０は、図示しない操作端末を有している。操作端末は、例えば、画面表示と制御システム２０（ロボット制御装置６０と情報処理装置７０との少なくとも一方）への指示入力とに用いられるタッチパネルであってよい。操作端末は、タッチパネルに代わって、ディスプレイなどの表示装置とキーボード又はマウスなどの入力装置とを有してもよい。

制御システム２０は、ロボットアーム１０及び距離センサ２の動作を制御する第１制御部としてのロボット制御装置６０と、ＬＲＦ３及びＬＲＦ昇降機構４の動作を制御する第２制御部としての情報処理装置７０とを含むとして説明しているが、制御システム２０に含まれる制御部の数はこれに限定されない。１つの制御装置、又は互いに通信可能な複数の制御部がそれぞれの機器の制御を実行してもよい。

図３及び図４Ａ乃至図４Ｅを参照して、荷降しシステム１の荷降し動作における物品引き抜き検知及び物品高さ測定の一例について説明する。荷降しシステム１では、例えば、制御システム２０の情報処理装置７０が、ロボットアーム１０の荷降し動作における物品群５０からの物品引き抜きを検知して、ロボットアーム１０の位置姿勢に基づいて、引き抜いた物品の高さを導出する。なお、図４Ａ乃至図４Ｅでは、ＬＲＦ昇降機構４及びロボットアーム１０を簡略化して図示している。

図３は、制御システム２０による物品引き抜き検知及び物品高さ測定の一例を示すフローチャートである。例えば、ユーザーが不図示の操作端末から荷降し開始指示を入力することにより、制御システム２０による荷降し動作が開始される。

ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理は、情報処理装置７０による、ＬＲＦ３を物品群５０のうち最も高い位置の物品の上面の高さよりも所定量高い高さに合わせる高さ合わせ処理である。

ステップＳ１１において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がＬＲＦ測定位置（センサ高さ）で測定した、ＬＲＦ３から物品群５０の物品までの距離に基づいて、ＬＲＦ測定位置における物品の有無を判定する。ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合には（ステップＳ１１－Ｎｏ）、処理はステップＳ１２に進む。ここで、ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合とは、ＬＲＦ３が物品群５０のうち最も高い位置の物品の上面の高さよりも高い位置に位置している場合である。

ステップＳ１２において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ昇降機構４を動作させて、ＬＲＦ３を所定量下降させる。

次いで、ステップＳ１３において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がＬＲＦ測定位置（センサ高さ）で測定した、ＬＲＦ３から物品群５０の物品までの距離に基づいて、ＬＲＦ測定位置における物品の有無を再度判定する。ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合には（ステップＳ１３－Ｎｏ）、処理はステップＳ１２に戻る。ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合には（ステップＳ１３－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１１においてＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合（ステップＳ１１－Ｙｅｓ）、あるいは、ステップＳ１３においてＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合（ステップＳ１３－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４に進む。ここで、ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合とは、ＬＲＦ３が物品群５０のうち最も高い位置の物品の上面の高さ以下の位置に位置している場合である。

ステップＳ１４において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ昇降機構４を動作させて、ＬＲＦ３を所定量上昇させる。例えば図４Ａに示されるように、ＬＲＦ昇降機構４により、ＬＲＦ３が矢印Ａ１で示される鉛直方向に移動される。

次いで、ステップＳ１５において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がＬＲＦ測定位置（センサ高さ）で測定した、ＬＲＦ３から物品群５０の物品までの距離に基づいて、ＬＲＦ測定位置における物品の有無を再度判定する。ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合には（ステップＳ１５－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４に戻る。ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合には（ステップＳ１５－Ｎｏ）、処理はステップＳ１６に進む。

以上のステップＳ１１からステップＳ１５により、ＬＲＦ３の測定位置（ＬＲＦ測定位置）、すなわちセンサ高さが、物品群５０のうち最も高い位置の物品の上面の高さよりも所定量高い高さに合わせられる。例えば図４Ａでは、ＬＲＦ３は、高さＨ１に高さ合わせされている。

ステップＳ１６からステップＳ１９までの処理は、ロボット制御装置６０及び情報処理装置７０による、ロボットアーム１０が物品群５０のうち最も高い物品を把持して引き抜く際の物品の引き抜きを検知する処理である。本実施形態では、ＬＲＦ３が上述のようにして所定の高さに位置決めされるのを待ってから、ロボット制御装置６０がロボットアーム１０を動作させる。つまり、ロボット制御装置６０は、ステップＳ１５までの処理を完了した旨を情報処理装置７０から受けた後にステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６において、ロボット制御装置６０は、制御プログラムにしたがってロボットアーム１０を動作させて、物品群５０のうち最も高い位置にある物品を引き上げる。以下、ロボット制御装置６０による、物品群５０のうち最も高い位置にある物品の特定の一例について説明する。

ロボット制御装置６０は、距離センサ２を動作させる。例えばステレオカメラである距離センサ２が、異なる２点から撮像した際の視差に基づいて距離センサ２と物品群５０の各物品との距離を計測する。ロボット制御装置６０は、距離センサ２が計測した距離情報を取得することにより、物品群５０の各物品の位置を検知する。すなわち、ロボット制御装置６０は、３次元空間における物品の位置情報を表す物品位置情報を取得する。

そして、ロボット制御装置６０は、取得した物品位置情報に基づいて、ロボットアーム１０で把持する物品として、上面位置が最も高い物品をロボットアーム１０の把持対象物品と決定する。把持対象物品は１つに限定されず、複数であってもよい。

ロボット制御装置６０は、かくして決定した把持対象物品をロボットアーム１０の把持部１２で把持して鉛直方向へ引き上げる動作をロボットアームに行わせる。例えば図４Ａに示されるように、把持部１２の吸着バッドが、物品群５０のうち上面が最も高い位置にある物品５１の上面に接触する。そして、例えば図４Ｂに示されるように、吸着パッドが物品５１を吸着した状態で、物品５１が鉛直方向（矢印Ａ２で示される方向）に引き上げられる。

ステップＳ１７において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がＬＲＦ測定位置（センサ高さ）で測定した、ＬＲＦ３から物品群５０の物品までの距離に基づいて、ＬＲＦ測定位置における物品の有無を判定する。ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合には（ステップＳ１７－Ｎｏ）、処理はステップＳ１６に戻る。ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合には（ステップＳ１７－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１８に進む。ここで、ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合とは、ロボットアーム１０の把持部１２が把持対象物品を把持して引き上げ始めている状態を表す。これは、例えば図４Ｂに示される状態である。

ステップＳ１８において、ロボット制御装置６０は、制御プログラムにしたがってロボットアーム１０を動作させて、例えば図４Ｃに示されるように、把持部１２で把持している物品５１を鉛直方向（矢印Ａ３に示される方向）にさらに引き上げる。

ステップＳ１９において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がＬＲＦ測定位置（センサ高さ）で測定した、ＬＲＦ３から物品群５０の物品までの距離に基づいて、ＬＲＦ測定位置における物品の有無を判定する。ＬＲＦ測定位置に物品があると判定された場合には（ステップＳ１９－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１８に戻る。ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合には（ステップＳ１９－Ｎｏ）、処理はステップＳ２０に進む。ここで、ＬＲＦ測定位置に物品がないと判定された場合とは、ロボットアーム１０の把持部１２が物品を引き上げ切った、すなわち引き抜き完了状態を表す。これは、例えば図４Ｃに示される状態である。

ステップＳ１９までの処理で、物品群５０の物品のうち上面の高さが最も高い物品の引き抜きが完了しているため、物品群５０の物品のうち上面の高さが最も高い物品は、物品５１から物品５２に変わっている。したがって、ＬＲＦ測定位置が再度物品群５０の物品のうち上面の高さが最も高い物品に合わせられる必要がある。しかしながら、ＬＲＦ３がＬＲＦ昇降機構４によって下げられる下端位置に既に達している場合には、ＬＲＦ３をこれ以上下げることができず、所望のＬＲＦ測定位置に高さ合わせできない可能性がある。

そこで、ステップＳ２０において、情報処理装置７０は、ＬＲＦ３がまだ下げられるか否かを判定する。つまり、ＬＲＦ３がＬＲＦ昇降機構４によって下げられる下端位置に達しているか否かが判定される。まだ下げられると判定された場合には（ステップＳ２０－Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２以後、ＬＲＦ３のＬＲＦ測定位置が物品群５０の最も高い位置にある物品の上面の高さよりも幾分高い高さに合わせられて、再度の物品引き抜き検知が行われる。例えば図４Ｄに示されるように、ＬＲＦ３がＬＲＦ昇降機構４の動作により矢印Ａ４で示されるように下降されて新たな高さＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）に高さ合わせされて、物品群５０の物品５２の引き抜き、及び引き抜き検知が行われる。

一方、ステップＳ２０において、ＬＲＦ３がこれ以上下げられないと判定された場合には（ステップＳ２０－Ｎｏ）、処理はステップＳ１６に進む。この場合には、ステップＳ１６以後、ＬＲＦ３が下端位置に位置している状態で、すなわち、ＬＲＦ３が下端位置に固定された状態で、再度の物品引き抜き検知が行われる。例えば図４Ｅに示されるように、ＬＲＦ３が下端位置の高さＨ３に固定されて、物品群５０の物品５３の引き抜き、及び引き抜き検知が行われる。

ステップＳ１９における物品引き抜き検知の後、ステップＳ２０とともにステップＳ２１の処理が行われる。ステップＳ２１からステップＳ２３までの処理は、物品引き抜き検知後に、ロボットアーム１０の把持部１２が把持している物品の高さを導出する処理である。

ステップＳ２１において、情報処理装置７０は、引き抜き検知に伴い、ロボットアーム１０の位置姿勢を算出する指令を出す。例えば、情報処理装置７０が、引き抜き検知（ステップＳ１９－Ｙｅｓ）により時刻Ｔに物品の引き抜きを検知して、ロボット制御装置６０にロボットアーム１０の位置姿勢を算出する指令を送信する。ロボット制御装置６０は、情報処理装置７０からの指令を受けてロボットアーム１０の位置姿勢を算出する。

ステップＳ２２において、情報処理装置７０は、ロボット制御装置６０が算出したロボットアーム１０の位置姿勢を取得する。ここで、ロボット制御装置６０が算出したロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍは、時刻Ｔ＋ｄＴにおけるロボットアーム１０の位置姿勢である。ここで、ｄＴは、処理時間、通信時間、又はその両方による遅延を表す。取得される位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍは、物品の引き抜きを検知した時刻Ｔでのロボットアーム１０の位置姿勢ではなく、ロボット制御装置６０による処理時間又はロボット制御装置６０及び情報処理装置７０の通信時間等に由来する遅延ｄＴ後の時刻Ｔ＋ｄＴのロボットアーム１０の位置姿勢である。

ステップＳ２３において、情報処理装置７０は、ステップＳ２２で取得したロボットアーム１０の位置姿勢に基づいて、ロボットアーム１０の把持部１２が把持している物品の高さを導出する。例えば、情報処理装置７０が、ステップＳ２２で取得したロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍに基づいて、ロボットアーム１０が把持している物品５１の高さｈ＿ｉｔｅｍを求める。ここで、位置姿勢ベクトルＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍは、地面に対する把持部１２の座標と吸着面を示す単位ベクトル（各ベクトルの角度）を表す。

図５を参照して、ステップＳ２３における物品高さ測定の第１の方法について説明する。

物品５１の引き抜きが検知された時刻ｔ＝ＴにおけるＬＲＦ３の高さをｈ＿ｌｒｆとする。その後、時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴにおけるロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍが取得される。ここで、ロボットアームの位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍは、時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴでのロボットアーム１０のアーム機構１１の例えばハンド高さ位置をｈ＿ｈａｎｄにおける位置姿勢ベクトルである。なお、ハンドはアーム機構１１の先端と同義である。

ロボットアーム１０が速度Ｖｚで高速移動している場合、遅延ｄＴの間にもロボットアーム１０は動き続けている。このため、ロボットアーム１０の位置姿勢ベクトルが算出された時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴでは、ロボットアーム１０が把持している物品５１の下端高さは、図５に示されるようにアーム行き過ぎ距離Ｌ＝Ｖｚ・ｄＴの分だけ上方に移動している。したがって、時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴにおける物品５１の下端高さをｈ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍ＝ｈ＿ｌｒｆ＋Ｌとする。

ロボットアーム１０の把持部１２で物品を把持する際に、ロボット制御装置６０は、把持対象物品の上面の情報を距離センサ２から取得している。ロボット制御装置６０は、把持対象物品の上面のどの位置を把持部１２が把持するのか認識しているため、ロボット制御装置６０では、把持部１２の中心軸から把持対象物品の上面の四隅までの距離が算出可能である。把持部１２の吸着部の厚さを一定とすれば、ロボット制御装置６０は、把持対象物品の上面の四隅の座標を算出することができ、また、把持部１２の角度から、最も下端にある１点の座標を特定可能である。

ロボットアーム１０の把持部１２の吸着面の頂点のうち、上述のようにして特定された、最も下端にある１点から、ロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍと、これと逆方向に延びるベクトルＶＥＣＴＯＲ＿ｖｅｒｔｅｘとが求まる。また、物品５１の下端高さの水平面をＰｌａｎｅ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍとする。ロボットアーム１０の位置姿勢の逆ベクトルＶＥＣＴＯＲ＿ｖｅｒｔｅｘと、物品５１の下端高さの水平面Ｐｌａｎｅ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍとの交点を求めることで、物品高さｈ＿ｉｔｅｍを導出可能である。例えば、ロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍの座標を上記最も下端にある１点の座標に平行移動し、ロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍが有するベクトル成分のうち、吸着面の法線ベクトルに相当する成分の延長線と、物品５１の下端高さの水平面Ｐｌａｎｅ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍとの交点を求めることで、物品高さｈ＿ｉｔｅｍを導出可能である。

以上のことから、制御システム２０は、情報処理装置７０により時刻ｔ＝Ｔで物品５１の引き抜きを検知して、引き抜き検知を受けてロボット制御装置６０によりロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍを算出する。ここで算出されるロボットアーム１０の位置姿勢ＶＥＣＴＯＲ＿ａｒｍは、処理時間や通信時間による遅延ｄＴのため、時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴにおける位置姿勢のベクトルである。また、情報処理装置７０は、例えばロボット制御装置６０がもつロボットアーム１０の制御情報から、ロボットアーム１０の把持部１２の吸着面の頂点のうち、最も下端にある１点の三次元位置座標を取得する。また、情報処理装置７０は、時刻ｔ＝ＴでのＬＲＦ３の高さｈ＿ｌｒｆに、遅延ｄＴにおけるアーム行き過ぎ距離Ｌ、すなわちアーム移動速度Ｖｚと遅延ｄＴとの積を加えることで、時刻ｔ＝Ｔ＋ｄＴでの物品５１の下端高さにある平面Ｐｌａｎｅ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍを特定する。そして、情報処理装置７０は、上述のような法線ベクトル成分の延長線と平面Ｐｌａｎｅ＿ｉｔｅｍ＿ｂｏｔｔｏｍとの交点を算出することで、物品５１の高さｈ＿ｉｔｅｍを算出する。

つまり、情報処理装置７０は、アーム行き過ぎ距離Ｌを用いて物品高さを補正することで、遅延ｄＴによる物品高さへの影響を打ち消して物品高さを精度よく算出する。

例えば、第１の方法では、情報処理装置７０は、物品を把持して移動させるロボットアームの位置姿勢を示す情報を取得する第１インタフェースと、ＬＲＦ３が配置されたＬＲＦ測定位置（センサ高さ）における、ＬＲＦ３からロボットアーム１０が把持している物品までの距離を測定するＬＲＦ３の出力情報を取得する第２インタフェースとを備える。第１インタフェース及び第２インタフェースは、例えば、情報処理装置７０の通信インタフェース７１である。また、情報処理装置７０のプロセッサ７２は、第２インタフェースにより取得するＬＲＦ３の出力情報に基づいて物品がロボットアーム１０によりＬＲＦ測定位置（センサ高さ）を超えたことを検出した場合、第１インタフェースによりロボットアーム１０の位置姿勢を示す情報を取得し、取得した位置姿勢と、ＬＲＦ測定位置と、物品がＬＲＦ測定位置を超えたことを検出してから位置姿勢を取得するまでの時間及びロボットアーム１０の移動速度とに基づいて物品の高さを導出する。

本実施形態によれば、情報処理装置７０は、ロボットアーム１０で把持して引き抜いた物品の高さを導出する。情報処理装置７０は、ロボットアーム１０で把持している物品の引き抜きを検知してからロボットアーム１０の位置姿勢を取得するまでにロボットアーム１０が移動した距離を、ロボットアーム１０の移動速度Ｖｚ及び処理時間又は通信時間由来の遅延ｄＴから算出し、算出した距離に基づく補正を物品高さに与えることで、物品高さを導出することが可能となる。したがって、ロボットアーム１０が高速移動していても物品高さを精度よく求めることが可能となる。

第１の方法では、アーム行き過ぎ距離Ｌ＝Ｖｚ・ｄＴを算出する際のロボットアーム１０の移動速度Ｖｚの値の持つ誤差が小さく、ｄＴも比較的小さい値であるため、導出される物品高さに誤差が生じにくい。

本実施形態では、物品の引き抜き検知のためにロボットアーム１０とＬＲＦ３とを組み合わせたことにより、引き抜き動作の無駄を削減してロボットアーム１０の動作経路計画の最適化を図ることができる。例えば、距離センサ２は、物品群５０のなかからロボットアーム１０が把持する把持対象物品として決定するために用いることはできるものの、情報から撮像される画像情報のみを物品の引き抜きの検出に用いることは難しい。本実施形態では、物品までの距離を測定するセンサ、例えばＬＲＦ３を用いることで、ＬＲＦ監視範囲における物品の有無に基づいて引き抜き動作を確認することが可能である。

例えば物品群５０の物品の側面を検出可能な三次元カメラ等のセンサを用いれば、物品群５０の物品の引き抜きの検出及び高さの測定は可能である。しかしながら、そのようなセンサは高価であり、物流現場での使用は実際的でない。また、そのようなセンサでの画像認識に要する処理時間を考えると、高速移動するロボットアーム１０で把持している物品の引き抜きや高さ測定に用いることは実用的でない。本実施形態では、比較的安価な一次元センサ、例えば物品までの距離を測定するＬＲＦ３を用いることで、ロボットアーム１０が把持している物品の高さを導出することができる。本実施形態では、画像認識に要する処理時間の問題も生じない。

また、本実施形態では、ＬＲＦ３はＬＲＦ昇降機構４により上下方向に移動する。ＬＲＦ３のＬＲＦ測定位置を物品群５０のうち最も高い物品の上面の高さに合わせて順次移動させていくことで、ロボットアーム１０による引き抜き動作の無駄を削減することができる。

図６Ａ及び図６Ｂを参照して、物品高さ測定の第２の方法について説明する。第２の方法では、情報処理装置７０は、図３に示されるステップＳ２１からステップＳ２３に代わって、ＬＲＦ３が物品を検出した検出開始時刻（ステップＳ１７－Ｙｅｓ）から物品を検出しなくなった検出終了時刻（ステップＳ１９－Ｎｏ）までの所要時間と物品の移動速度とに基づいて、物品の高さを導出する。

図６Ａに示されるように、物品５４を把持しているロボットアーム１０が上方に速度Ｖｚで高速移動している場合に物品５４の高さｈ＿ｉｔｅｍを求めることを考える。図６Ｂには、ＬＲＦ３による物品検出における距離Ｓと時間ｔとの関係の一例が示される。

例えば、ＬＲＦ３からの距離Ｓ＝ｓ１にロボットアーム１０の把持対象物品である物品５４が存在するとする。ロボットアーム１０が物品５４を鉛直方向に引き上げているとき、情報処理装置７０は、例えば図６Ｂに示されるように、ＬＲＦ監視範囲にある距離ｓ１の点において、時刻ｔ＝ｔ１から時刻ｔ＝ｔ２まで物品５４を検出する。検出開始時刻ｔ１は、引き抜き開始時刻とみなされ、検出終了時刻ｔ２は、引き抜き終了時刻とみなされる。引き抜き終了時刻と引き抜き開始時刻との差であるｔ２－ｔ１が、物品５４の引き抜きに要した時間である。したがって、例えば鉛直方向に速度Ｖｚでまっすぐ引き抜かれた物品５４の高さは、ｈ＿ｉｔｅｍ＝Ｖｚ・（ｔ２－ｔ１）で算出される。

第２の方法では、情報処理装置７０は、物品を把持して移動させるロボットアームの移動速度を取得する第１インタフェースと、ＬＲＦ３が配置されたＬＲＦ測定位置における、ＬＲＦ３からロボットアーム１０が把持している物品までの距離を測定するＬＲＦ３の出力情報を取得する第２インタフェースと、を備える。第１インタフェース及び第２インタフェースは、例えば、情報処理装置７０の通信インタフェース７１である。情報処理装置７０のプロセッサ７２は、第２インタフェースにより取得するＬＲＦ３の出力情報に基づいてＬＲＦ３が物品を検出した検出開始時刻から物品を検出しなくなった検出終了時刻までの所要時間を特定し、特定した所要時間と当該所要時間におけるロボットアーム１０の移動速度とに基づいて物品の高さを導出する。

つまり、第２の方法では、ロボットアーム１０による物品の引き抜き前後のＬＲＦ３の検出時間と、ロボットアーム１０の移動速度Ｖｚとから、物品の高さを求めることができる。情報処理装置７０は、ＬＲＦ３の検出結果に基づく物品通過の所要時間と、ロボット制御装置６０から取得されるロボットアーム１０の移動速度とから、物品高さを算出する。特に、第２の方法では、ロボットアーム１０の位置姿勢を示す情報を取得することなく、簡便な手法で物品の高さが求められる。

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。

１…荷降しシステム、２…距離センサ、３…レーザーレンジファインダ（ＬＲＦ）、４…ＬＲＦ昇降機構、１０…ロボットアーム、１１…アーム機構、１２…把持部、２０…制御システム、３０…ネットワーク、４０…搬送用コンベア、５０…物品群、５１，５２，５３，５４…物品、６０…ロボット制御装置、７０…情報処理装置。

Claims (6)

1. 物品を把持して移動させるロボットアームの位置姿勢を示す情報を取得する第１インタフェースと、
   センサが配置されたセンサ高さにおける、前記センサから前記ロボットアームが把持している物品までの距離を測定するセンサの出力情報を取得する第２インタフェースと、
   前記第２インタフェースにより取得する前記センサの出力情報に基づいて前記物品が前記ロボットアームにより前記センサ高さを超えたことを検出した場合、前記第１インタフェースにより前記ロボットアームの位置姿勢を示す情報を取得し、取得した位置姿勢と、前記センサ高さと、前記物品が前記センサ高さを超えたことを検出してから前記位置姿勢を取得するまでの時間及び前記ロボットアームの移動速度とに基づいて前記物品の高さを導出する制御部と、
   を具備する情報処理装置。
2. 物品を把持して移動させるロボットアームの移動速度を取得する第１インタフェースと、
   センサが配置されたセンサ高さにおける、前記センサから前記ロボットアームが把持している物品までの距離を測定するセンサの出力情報を取得する第２インタフェースと、
   前記第２インタフェースにより取得する前記センサの出力情報に基づいて前記センサが前記物品を検出した検出開始時刻から前記物品を検出しなくなった検出終了時刻までの所要時間を特定し、前記所要時間と前記所要時間における前記ロボットアームの移動速度とに基づいて前記物品の高さを導出する制御部と、
   を具備する情報処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の情報処理装置と、
   前記物品を把持する把持部を有する、前記ロボットアームと、
   前記センサと、
   前記ロボットアームの動作を制御するロボット制御装置と、
   前記センサの動作を制御するセンサ制御装置と、
   を具備する、荷降しシステム。
4. 前記センサを昇降させるセンサ昇降機構をさらに具備し、
   前記センサ制御装置は、前記センサ昇降機構を動作させて、前記センサ高さを前記物品の上面の高さに基づいて変更させる、請求項３に記載の荷降しシステム。
5. 物品を把持して移動させるロボットアームが引き上げている物品の高さを導出することをコンピュータに実行させるプログラムであって、
   センサが配置されたセンサ高さにおける、前記センサから前記ロボットアームが把持している物品までの距離を測定するセンサの出力情報に基づいて、前記物品が前記ロボットアームにより前記センサ高さを超えたことを検出し、
   前記ロボットアームの位置姿勢を取得し、
   取得した位置姿勢と、前記センサ高さと、前記物品が前記センサ高さを超えたことを検出してから前記位置姿勢を取得するまでの時間及び前記ロボットアームの移動速度とに基づいて前記物品の高さを導出する、プログラム。
6. 物品を把持して移動させるロボットアームが引き上げている物品の高さを導出することをコンピュータに実行させるプログラムであって、
   センサが配置されたセンサ高さにおける、前記センサから前記ロボットアームが把持している物品までの距離を測定するセンサの出力情報を取得し、
   取得した出力情報に基づいて前記センサが前記物品を検出した検出開始時刻から前記物品を検出しなくなった検出終了時刻までの所要時間を特定し、
   前記所要時間と前記所要時間における前記ロボットアームの移動速度とに基づいて前記物品の高さを導出する、プログラム。

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