JP7062843B1 - 搬送ロボット、搬送方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】重力方向におけるワークの位置をより正確に認識するための技術を提供する。【解決手段】トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットは、物体を把持可能に構成されるアーム機構と、アーム機構に取り付けられているカメラと、位置認識用の第１タグが設けられている治具と、アーム機構の駆動を制御するための制御部とを備える。制御部は、複数のワークの内の第１ワークに置かれている治具をカメラに撮影させ、第１タグを写す第１画像をカメラから取得する処理と、第１画像に基づいて、重力方向における第１タグの位置を認識する処理と、重力方向における第１タグの位置に基づいて、複数のワークの内の第２ワークについて重力方向の位置を認識する処理と、重力方向における第２ワークの位置を用いて、アーム機構に第２ワークを把持させる処理とを実行する。【選択図】図３

Description

本開示は、搬送ロボット、搬送方法、および制御プログラムに関する。

工場などの生産システムにおいて、無人化が望まれている。無人化を実現するために、搬送ロボットの開発が進められている。搬送ロボットは、加工前のワークや工具などを各工作機械に搬送したり、各工作機械で加工が完了したワークや使用済の工具などを回収したりする。

特開２０１６－２２１６２２号公報（特許文献１）は、工作機械にワークを自動で供給するロボットを開示している。当該ロボットには、カメラが設けられている。当該ロボットは、カメラを用いて、工作機械に設けられている視覚ターゲットを撮影し、ロボットと工作機械との相対的な位置関係を認識する。その後、当該ロボットは、当該位置関係に基づいて、ロボットの作業姿勢を補正し、工作機械に対してワークの供給および排出を行う。

特開２０１６－２２１６２２号公報

加工対象のワークは、たとえば、トレイなどに置かれている。ワークがトレイに置かれている場合、トレイはワークの重さによりたわむ。そのため、重力方向におけるワークの位置は、ワークの重さに応じて変化する。

特許文献１に開示されるロボットは、ロボットと工作機械との相対的な位置関係を認識するだけであるので、トレイがたわんでいる場合にはワークの位置を正確に認識できない。したがって、重力方向におけるワークの位置をより正確に認識するための技術が望まれている。

本開示の一例では、トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットが提供される。上記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じである。上記搬送ロボットは、物体を把持可能に構成されるアーム機構と、上記アーム機構に取り付けられているカメラと、位置認識用の第１タグが設けられている治具と、上記アーム機構の駆動を制御するための制御部とを備える。上記制御部は、上記複数のワークの内の第１ワークに置かれている上記治具を上記カメラに撮影させ、上記第１タグを写す第１画像を上記カメラから取得する処理と、上記第１画像に基づいて、上記重力方向における上記第１タグの位置を認識する処理と、上記重力方向における上記第１タグの位置に基づいて、上記複数のワークの内の第２ワークについて上記重力方向の位置を認識する処理と、上記重力方向における上記第２ワークの位置を用いて、上記アーム機構に上記第２ワークを把持させる処理とを実行する。

本開示の一例では、上記搬送ロボットは、さらに、走行可能に構成されている走行本体を備える。上記アーム機構は、上記走行本体上に設けられている。

本開示の一例では、上記トレイには、位置認識用の第２タグが設けられている。上記制御部は、さらに、上記第２タグを写す第２画像を上記カメラから取得する処理と、上記第２画像に写っている上記第２タグに基づいて、上記重力方向に直交する水平面上における上記第２ワークの位置を認識する処理とを実行する。

本開示の一例では、上記走行本体には、上記治具の置き場が設けられている。上記制御部は、上記第１画像を取得する処理を実行する前に、上記置き場に置かれている上記治具を上記第１ワークに載せるように上記アーム機構を駆動する処理を実行する。

本開示の一例では、上記搬送ロボットは、地面に固定されている。

本開示の他の例では、トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットの制御方法が提供される。上記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じである。上記搬送ロボットは、物体を把持可能に構成されるアーム機構と、上記アーム機構に取り付けられているカメラと、位置認識用のタグが設けられている治具とを備える。上記制御方法は、上記複数のワークの内の第１ワークに置かれている上記治具を上記カメラに撮影させ、上記タグを写す第１画像を上記カメラから取得するステップと、上記第１画像に基づいて、上記重力方向における上記タグの位置を認識するステップと、上記重力方向における上記タグの位置に基づいて、上記複数のワークの内の第２ワークについて上記重力方向の位置を認識するステップと、上記重力方向における上記第２ワークの位置を用いて、上記アーム機構に上記第２ワークを把持させるステップとを備える。

本開示の他の例では、トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットの制御プログラムが提供される。上記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じである。上記搬送ロボットは、物体を把持可能に構成されるアーム機構と、上記アーム機構に取り付けられているカメラと、位置認識用のタグが設けられている治具とを備える。上記制御プログラムは、上記搬送ロボットに、上記複数のワークの内の第１ワークに置かれている上記治具を上記カメラに撮影させ、上記タグを写す第１画像を上記カメラから取得するステップと、上記第１画像に基づいて、上記重力方向における上記タグの位置を認識するステップと、上記重力方向における上記タグの位置に基づいて、上記複数のワークの内の第２ワークについて上記重力方向の位置を認識するステップと、上記重力方向における上記第２ワークの位置を用いて、上記アーム機構に上記第２ワークを把持させるステップとを実行させる。

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

搬送ロボットの外観を示す図である。 カメラが治具を撮影している様子を示す図である。 治具とトレイとワークとのＸＺ平面方向における断面図を示す図である。 走行本体の内部構造の概略を示す図である。 搬送ロボットのハードウェア構成の一例を示す図である。 搬送ロボットの機能構成の一例を示す図である。 一例としての３次元マップを示す図である。 図２に示されるトレイをＺ方向から表した図である。 タグを撮影して得られた画像から各ワークのＸＹ座標を認識する過程を概略的に示す図である。 図２に示されるトレイをＺ方向から表した図である。 タグを撮影して得られた画像から各ワークのＺ座標を認識する過程を概略的に示す図である。 搬送ロボットがワークを搬送する際の制御処理を示すフローチャートである。 変形例１に従う搬送ロボットを示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

＜Ａ．搬送ロボット１００＞
まず、図１を参照して、搬送ロボット１００について説明する。図１は、搬送ロボット１００の外観を示す図である。

搬送ロボット１００は、ワークや工具などの搬送対象物を、工作機械などの所定の場所に搬送する。また、搬送ロボット１００は、工作機械などの所定の場所から搬送対象物を搬出する。

工作機械は、ワークを加工する機能を備えた種々の装置を包含する概念である。工作機械は、横形のマシニングセンタであってもよいし、立形のマシニングセンタであってもよい。あるいは、工作機械は、旋盤であってもよいし、付加加工機であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。

図１に示されるように、搬送ロボット１００は、車輪駆動の走行本体１０と、アームロボット１３とを含む。走行本体１０は、カバー１１０を含む。

カバー１１０の内部には、レーザセンサ１０５が設けられる。レーザセンサ１０５は、レーザ光を回転させながら照射し、当該レーザ光の反射光を受光するように構成される。これにより、レーザセンサ１０５は、周囲にある物体までの距離を測定する。搬送ロボット１００は、レーザセンサ１０５の測定結果に基づいて、前進方向Ｒ、後進方向Ｂ、右折方向、および左折方向などの走行本体１０の走行を制御する。

アームロボット１３（アーム機構）は、たとえば、走行本体１０上に設けられている。アームロボット１３は、アームＡＲ１～ＡＲ４と、エンドエフェクタ１２５とで構成されている。

アームＡＲ１の一端は、走行本体１０に連結されている。アームＡＲ１の他端は、アームＡＲ２の一端と連結されている。アームＡＲ２の他端は、アームＡＲ３の一端と連結されている。アームＡＲ３の他端は、アームＡＲ４の一端と連結されている。アームＡＲ４の他端には、エンドエフェクタ１２５が設けられている。エンドエフェクタ１２５は、ワークや工具を把持可能に構成される。

アームＡＲ２は、アームＡＲ１との連結軸を回転中心としてモータによって回転可能に構成される。アームＡＲ３は、アームＡＲ２との連結軸を回転中心としてモータによって回転可能に構成される。アームＡＲ４は、アームＡＲ３との連結軸を回転中心としてモータによって回転可能に構成される。

また、アームロボット１３には、カメラ１０７が設けられている。図１の例では、カメラ１０７は、アームロボット１３の先端部であるエンドエフェクタ１２５に設けられている。カメラ１０７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであってもよいし、赤外線カメラ（サーモグラフィ）であってもよいし、その他の種類のカメラであってもよい。

なお、カメラ１０７は、必ずしもアームロボット１３に設けられる必要はない。カメラ１０７は、たとえば、走行本体１０のカバー１１０に設けられてもよい。

また、走行本体１０上には、治具置き場５１が設けられている。治具置き場５１は、治具５０の設置場所として設けられている。治具５０の詳細については後述する。

さらに、走行本体１０上には、搬送対象物の仮置き場１０９が設けられている。図１の例では、搬送対象物として、ワークＷが示されている。アームロボット１３は、仮置き場１０９上のワークＷを把持し、指定された場所に当該ワークＷを移動する。あるいは、アームロボット１３は、指定された場所からワークＷを取り出し、当該ワークＷを仮置き場１０９に置く。

なお、図１には、アームロボット１３が走行本体１０上に設けられている例について説明を行ったが、搬送対象物を搬送することが可能な種々の搬送装置が走行本体１０上に設けられ得る。一例として、当該搬送装置は、オートローダであってもよい。

＜Ｂ．ワークの位置認識処理の概要＞
次に、図２および図３を参照して、治具５０を用いたワークの位置認識処理について説明する。図２は、カメラ１０７が治具５０を撮影している様子を示す図である。

以下では、説明の便宜のために、水平面上の一方向をＸ方向とも称する。また、Ｘ方向に直交する水平面上の一方向をＹ方向とも称する。また、Ｘ方向およびＹ方向の両方に直交する方向（すなわち、重力方向）をＺ方向とも称する。

図２には、ワークのトレイ７０が示されている。トレイ７０は、複数のワークを載置可能に構成される。図２の例では、トレイ７０においてワークＷ１～Ｗ７が置かれている。ワークＷ１～Ｗ７の各々の重力方向における高さは、同じである。ここでいう高さとはワークの上面上の代表点から下面までの重力方向における距離に相当する。当該代表点は、たとえば、ワーク上面の中心点である。

以下では、ワークＷ１～Ｗ７を特に区別しない場合には、ワークＷ１～Ｗ７をワークＷとも称する。ワークＷがトレイ７０に置かれている場合、トレイ７０はワークＷの重みによりたわむ。その結果、Ｚ方向におけるワークＷの位置が変化する。

そこで、搬送ロボット１００は、治具５０を基準としてＺ方向におけるワークＷの位置を認識する。治具５０には、位置認識用のタグＴＺが設けられている。タグＴＺは、たとえば、ＡｐｒｉｌＴａｇなどのＡＲ（Augmented Reality）マーカーである。タグＴＺには、２次元バーコードが付されている。２次元バーコード上には、白または黒で色塗られた正方形がマトリクス状に配置される。図２の例では、黒色の正方形に対してハッチングが付されている。タグＴＺは、Ｚ方向におけるワークＷの位置を認識するために用いられる。

治具５０は、トレイ７０上のワークＷ１～Ｗ７のいずれかに置かれる。図２の例では、治具５０は、ワークＷ１に置かれている。治具５０は、作業者によって手動でワークＷに置かれてもよいし、後述の例のように搬送ロボット１００によって自動でワークＷに置かれてもよい。

治具５０の形状は、ワークに載置可能な形状であれば任意である。一例として、治具５０は、円筒状の縁を有する蓋形状を有する。これにより、治具５０がワークＷから落下することが防止される。

図３を参照して、位置認識処理の具体例について説明する。図３は、治具５０とトレイ７０とワークＷ１，Ｗ２とのＸＺ平面方向における断面図を示す図である。

搬送ロボット１００は、ワークＷ１（第１ワーク）に置かれている治具５０をカメラ１０７に撮影させ、タグＴＺ（第１タグ）を写す画像をカメラ１０７から取得する。次に、搬送ロボット１００は、当該画像に基づいて、Ｚ方向（すなわち、重力方向）におけるタグＴＺの位置を認識する。図３の例では、位置Ｚ１'が認識されている。

その後、搬送ロボット１００は、ワークＷ１の位置Ｚ１'に基づいて、Ｚ方向におけるワークＷ１の位置Ｚ１を認識する。位置Ｚ１は、ワークＷ１の上面の位置に相当する。一例として、搬送ロボット１００は、位置Ｚ１'から所定値ΔＺを引き、ワークＷ１の位置Ｚ１を算出する。所定値ΔＺは、Ｚ方向における治具５０の厚みと、Ｚ方向におけるタグＴＺの厚みとに応じて予め決められている。なお、タグＴＺが紙である場合には、タグＴＺの厚みは無視されてもよい。

同様に、搬送ロボット１００は、ワークＷ１の位置Ｚ１'に基づいて、Ｚ方向におけるワークＷ２の位置Ｚ２を認識する。位置Ｚ２は、ワークＷ２の上面の位置に相当する。Ｚ方向におけるワークＷ２の位置Ｚ２は、Ｚ方向におけるワークＷ１の位置Ｚ１と同じである。

その後、搬送ロボット１００は、ワークＷ１から治具５０を外した上で、認識した位置Ｚ１を用いて、アームロボット１３にワークＷ１を把持させる。把持されたワークＷ１は、たとえば、搬送ロボット１００の仮置き場１０９（図１参照）上に置かれる。

同様に、搬送ロボット１００は、認識した位置Ｚ２を用いて、アームロボット１３にワークＷ２を把持させる。把持されたワークＷ２は、たとえば、搬送ロボット１００の仮置き場１０９（図１参照）上に置かれる。

以上のように、搬送ロボット１００は、タグＴＺを用いてＺ方向におけるワークＷ１，Ｗ２の位置を認識する。これにより、トレイ７０がたわんでいる場合でも、Ｚ方向におけるワークＷ１，Ｗ２の位置が正確に認識され、搬送ロボット１００は、ワークＷ１，Ｗ２をしっかりと把持することができる。

また、搬送ロボット１００は、ワークＷ１について認識したＺ方向における位置Ｚ１を他のワークＷ２にも適用する。これにより、搬送ロボット１００は、治具５０をワークＷ２に載せることなくワークＷ２の位置Ｚ２を認識することができ、効率的に搬送作業を行うことができる。

なお、上述では、ワークＷ２，Ｗ１の位置Ｚ１，Ｚ２が認識される例について説明を行ったが、Ｚ方向における他のワーク（たとえば、ワークＷ３～Ｗ７）の位置がさらに認識されてもよい。

また、図２および図３には、円柱状のワークＷが示されているが、ワークＷの形状は任意である。一例として、ワークＷの形状は、直方体形状であっておよいし、中空形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、ワークＷの上面は、必ずしも水平面と平行である必要はなく、水平面に対して傾いていてもよい。

＜Ｃ．走行本体１０の構成＞
次に、図４を参照して、図１に示され走行本体１０について説明する。図４は、走行本体１０の内部構造の概略を示す図である。

図４に示されるように、走行本体１０は、フレーム１１と、前輪として機能する第１車輪部１５と、後輪として機能する第２車輪部３５とを備える。

フレーム１１は、必要な構造物を配設可能なように、平面から見て適宜切り欠いた空間を有するとともに、軽量化を図るために、内側が中空になった構造を有する。

第１車輪部１５および第２車輪部３５は、前進方向Ｒまたは後進方向Ｂに沿って所定間隔を空けてフレーム１１に接続されている。

第１車輪部１５は、搬送ロボット１００の背面から見て左側に設けられた第１左側車輪部１６と、搬送ロボット１００の背面から見て右側に設けられた右側前輪部２５とで構成される。

第１左側車輪部１６は、フレーム１１の左側の側面に設けられた第１左側支持アーム１７と、左側前輪１９と、左側駆動輪２１とを備える。左側前輪１９および左側駆動輪２１は、搬送ロボット１００の走行方向と直交する水平な回転軸２０，２２を中心として回転可能に第１左側支持アーム１７の両端部に支持されている。

右側前輪部２５は、フレーム１１の右側の側面に設けられた第１右側支持アーム２６と、右側前輪２８と、右側駆動輪３０とを備える。右側前輪２８および右側駆動輪３０は、搬送ロボット１００の走行方向と直交する水平な回転軸２９，３１を中心として回転可能に第１右側支持アーム２６の両端に支持されている。

第１右側支持アーム２６は、フレーム１１の右側面に設けられた支持軸２７によって支持され、搬送ロボット１００の走行方向に沿った垂直平面内で揺動可能になっている。同様に、第１左側支持アーム１７はフレーム１１の左側面に設けられた支持軸１８によって支持され、搬送ロボット１００の走行方向に沿った垂直平面内で揺動可能になっている。

なお、本例では、搬送ロボット１００の走行方向に向かって左側前輪１９および右側前輪２８が従動輪となっており、左側駆動輪２１および右側駆動輪３０が駆動輪となっている。そして、左側駆動輪２１には、第１左側支持アーム１７に設けられた減速機２４を介してモータ２３が接続され、左側駆動輪２１は、モータ２３により駆動されて回転する。同様に、右側駆動輪３０には、第１右側支持アーム２６に設けられた減速機３３を介してモータ３２が接続され、右側駆動輪３０は、モータ３２により駆動されて回転する。

第２車輪部３５は、搬送ロボット１００の走行方向に向かってフレーム１１の後側に設けられた第２支持アーム３６を備える。第２支持アーム３６は、フレーム１１の後側の側面に設けられた支持軸３７によって支持され、搬送ロボット１００の走行方向と直交する垂直平面内で揺動可能になっている。また、第２支持アーム３６は、その両端部に、搬送ロボット１００の走行方向と直交する水平な回転軸３９，４１を中心として回転可能に支持された左側後輪３８および右側後輪４０をそれぞれ備える。このように、第２車輪部３５は、搬送ロボット１００の走行方向と直交する平面内で揺動可能に構成される一対の車輪（左側後輪３８および右側後輪４０）を有する。なお、左側後輪３８および右側後輪４０は、従動輪となっている。

左側前輪１９、右側前輪２８、左側後輪３８、および右側後輪４０は、同じ構成を有し、たとえば、オムニホイールから構成される。この場合、左側前輪１９は、回転軸２０を中心として回転することによりその回転方向に進むことができるとともに、回転軸２０と回転方向と交差する水平方向にスライドすることができるようになっている。

＜Ｄ．搬送ロボット１００のハードウェア構成＞
次に、図５を参照して、搬送ロボット１００のハードウェア構成について説明する。図５は、搬送ロボット１００のハードウェア構成の一例を示す図である。

搬送ロボット１００は、制御装置１０１（制御部）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、通信インターフェイス１０４と、レーザセンサ１０５と、モータ駆動装置１０６，１０８と、記憶装置１２０とを含む。これらのコンポーネントは、バスＢＳに接続される。

制御装置１０１は、たとえば、少なくとも１つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも１つのＣＰＵ（Central Processing Unit）、少なくとも１つのＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。一例として、制御装置１０１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）である。

制御装置１０１は、制御プログラム１２２やオペレーティングシステムなどの各種プログラムを実行することで搬送ロボット１００の動作を制御する。制御装置１０１は、制御プログラム１２２の実行命令を受け付けたことに基づいて、記憶装置１２０またはＲＯＭ１０２からＲＡＭ１０３に制御プログラム１２２を読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラム１２２の実行に必要な各種データを一時的に格納する。

通信インターフェイス１０４には、ＬＡＮ（Local Area Network）やアンテナなどが接続される。搬送ロボット１００は、通信インターフェイス１０４を介して外部機器との無線通信または有線通信を実現する。当該外部機器は、たとえば、サーバー（図示しない）、搬送ロボット１００を操作するためのユーザ端末（図示しない）などを含む。当該ユーザ端末は、たとえば、タブレット端末やスマートフォンなどである。ユーザは、当該ユーザ端末を介して搬送ロボット１００の走行を制御することができる。

レーザセンサ１０５は、レーザ光を回転させながら照射し、当該レーザ光の反射光を受光するように構成される。これにより、レーザセンサ１０５は、周囲にある物体までの距離を角度別に表わした２次元距離データを出力する。

より具体的には、レーザセンサ１０５は、照射部と、ミラーと、受光部とで構成される。当該照射部は、当該ミラーに向けてレーザ光を照射する。当該ミラーは、モータによって回転可能にされており、レーザ光を各方向に反射する。これにより、レーザセンサ１０５は、レーザ光を各方向に照射する。物体がレーザセンサ１０５の周囲にある場合には、レーザ光は、当該物体に反射され、レーザセンサ１０５に戻る。レーザセンサ１０５は、当該反射光を受光部で受ける。

レーザセンサ１０５は、物体からの反射光を受けて、当該物体までの距離を算出する。一例として、レーザセンサ１０５は、レーザ光を照射してから、当該レーザ光の反射光を受光するまでの時間に基づいて、レーザセンサ１０５から物体までの距離を算出する。典型的には、レーザセンサ１０５は、光の速度に当該時間を掛けることで物体までの距離を算出する。レーザセンサ１０５は、当該距離をレーザ光の照射角度に対応付けることで、角度別に距離を表わした２次元距離データを出力する。

好ましくは、レーザセンサ１０５は、レーザ光の照射面が水平面に対して傾くように走行本体１０に設けられる。これにより、搬送ロボット１００は、移動しながらスキャンすることで周囲の３次元形状を測定することができる。

モータ駆動装置１０６は、制御装置１０１からの制御指令に従って、上述のモータ２３，３２（図４参照）の回転を制御する。当該制御指令は、たとえば、モータ２３，３２の正転指令、モータ２３，３２の逆転指令、モータ２３，３２の回転速度などを含む。モータ２３，３２には、たとえば、ステッピングモータまたはサーボモータなどが採用される。

モータ駆動装置１０８は、制御装置１０１からの制御指令に従って、アームロボット１３に設けられている各モータの回転を制御する。当該モータは、アームロボット１３の各関節に設けられている。当該モータは、たとえば、サーボモータである。サーボモータの回転軸にはエンコーダが設けられている。当該エンコーダは、サーボモータの位置、サーボモータの回転速度、サーボモータの累積回転数などを、モータ駆動装置１０８にフィードバックする。モータ駆動装置１０８は、エンコーダの出力値に基づいて、アームロボット１３の位置姿勢を制御する。

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。記憶装置１２０は、搬送ロボット１００の走行を制御するための制御プログラム１２２、および、搬送ロボット１００の走行経路を規定する３次元マップ１２４、搬送ロボット１００の駆動に係る制御パラメータ１２６などを格納する。制御プログラム１２２、３次元マップ１２４、および制御パラメータ１２６の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュメモリなど）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。

また、制御プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、制御プログラム１２２による搬送ロボット１００の制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う制御プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、制御プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが制御プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で搬送ロボット１００が構成されてもよい。

＜Ｅ．搬送ロボット１００の機能構成＞
図６～図１１を参照して、搬送ロボット１００の機能について説明する。図６は、搬送ロボット１００の機能構成の一例を示す図である。

図６に示されるように、搬送ロボット１００の制御装置１０１は、機能構成の一例として、マップ生成部１５２と、駆動制御部１５３と、ワーク認識部１５６とを含む。駆動制御部１５３は、走行制御部１５４と、ロボット制御部１５５とを含む。

以下では、マップ生成部１５２、走行制御部１５４、ロボット制御部１５５、およびワーク認識部１５６の機能について順に説明する。

（Ｅ１．マップ生成部１５２）
マップ生成部１５２は、搬送ロボット１００の駆動中にレーザセンサ１０５から順次取得される２次元距離データＤに基づいて、搬送ロボット１００の周囲の空間を表わす３次元マップ１２４を生成する。

３次元マップ１２４は、たとえば、ＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術により生成される。３次元マップ１２４は、搬送ロボット１００の位置を特定するために生成される情報であり、かつ、搬送ロボット１００の走行場所における静止物の位置を示す情報である。当該静止物は、たとえば、壁、棚、工作機械などである。

３次元マップ１２４は、たとえば、ユーザがユーザ端末を用いて搬送ロボット１００を手動で操作することにより生成される。この場合、ユーザ操作に応じた操作信号が通信インターフェイス１０４を介して制御装置１０１に送信されることで、制御装置１０１は、操作信号に応じてモータ駆動装置１０６に指令を出力し、搬送ロボット１００の走行を制御する。このとき、制御装置１０１は、レーザセンサ１０５から入力される２次元距離データＤと、搬送ロボット１００の位置とに基づいて、搬送ロボット１００の周囲にある物体の位置を３次元マップ１２４にマッピングする。搬送ロボット１００の位置は、たとえば、モータ駆動装置１０６の駆動情報に基づいて特定される。これにより、３次元マップ１２４において、物体の有無を示す情報が３次元の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の各々に関連付けられる。また、３次元マップ１２４において、物体の種類が関連付けられてもよい。

図７は、一例としての３次元マップ１２４を示す図である。説明の便宜のために、図７には、３次元マップ１２４が２次元のマップで示されている。

３次元マップ１２４は、たとえば、工場内のマップを示す。一例として、３次元マップ１２４には、ワークのトレイ７０の位置と、工作機械２００の位置と、障害物２３０Ａ，２３０Ｂの位置と、搬送ロボット１００の走行ルート２４０とが規定されている。

搬送ロボット１００は、たとえば、走行ルート２４０に従って第１位置ＰＡと第２位置ＰＢとの間の移動を繰り返すことによって、ワークの搬送作業を継続して行う。一例として、搬送ロボット１００は、第１位置ＰＡにおいて、トレイ７０から搬送ロボット１００へのワークのピックアップ作業を行い、第２位置ＰＢにおいて、搬送ロボット１００から工作機械２００へのワークの供給作業を行う。

なお、上述では、搬送ロボット１００が第１位置ＰＡおよび第２位置ＰＢとの間でワークの搬送作業を行う例について説明を行ったが、搬送ロボット１００が行う作業内容は、特に限定されない。一例として、搬送ロボット１００は、ワークではなく工具を搬送してもよい。

また、上述では、トレイ７０が工作機械２００から離れた場所に置かれている例について説明を行ったが、トレイ７０は、工作機械２００の近くに置かれていてもよい。

また、上述では、１つのトレイ７０が３次元マップ１２４に規定されている例について説明を行ったが、複数のトレイ７０が３次元マップ１２４に規定されてもよい。

同様に、上述では、１つの工作機械２００が３次元マップ１２４に規定されている例について説明を行ったが、複数の工作機械２００が３次元マップ１２４に規定されてもよい。

（Ｅ２．走行制御部１５４）
次に、図６に示される走行制御部１５４の機能について説明する。走行制御部１５４は、搬送ロボット１００の走行を制御するための機能モジュールである。

走行制御部１５４は、レーザセンサ１０５から入力される２次元距離データＤと、３次元マップ１２４とを比較することにより、搬送ロボット１００の現在位置を特定する。制御装置１０１は、現在位置を特定することで、３次元マップ１２４上の予め定められた経路に沿って搬送ロボット１００を走行させる。

さらに、走行制御部１５４は、搬送ロボット１００の駆動中にレーザセンサ１０５から順次取得される２次元距離データＤに基づいて、搬送ロボット１００の周囲にある障害物を検出し、当該障害物との衝突を避けるように搬送ロボット１００の走行を制御する。当該障害物は、たとえば、人物や他の搬送ロボット１００などの移動体と、壁や棚などの静止体とを含む。

走行制御部１５４は、障害物が検出されていない間、３次元マップ１２４上の予め定められた経路を走行するように搬送ロボット１００の走行を制御する。一方で、走行制御部１５４は、障害物が検出された場合には、当該障害物との衝突を避けるように搬送ロボット１００の走行を制御する。

一例として、障害物までの距離が所定距離以上である場合には、走行制御部１５４は、当該障害物を避けるように搬送ロボット１００の走行を制御する。一方で、障害物までの距離が所定距離未満である場合には、走行制御部１５４は、搬送ロボット１００の走行を停止する。

（Ｅ３．ロボット制御部１５５）
次に、図６に示されるロボット制御部１５５の機能について説明する。ロボット制御部１５５は、アームロボット１３の駆動を制御するための機能モジュールである。

ロボット制御部１５５は、搬送ロボット１００が３次元マップ１２４上の予め設定されている位置に移動した後において、制御プログラム１２２に従ってアームロボット１３の位置姿勢を制御する。ロボット制御部１５５による駆動対象としては、たとえば、アームロボット１３のアームＡＲ１～ＡＲ４、およびアームロボット１３のエンドエフェクタ１２５などが挙げられる。

ロボット制御部１５５は、アームロボット１３の駆動を制御することで、トレイ７０に置かれているワークを走行本体１０上の仮置き場１０９（図１参照）に置く。あるいは、ロボット制御部１５５は、アームロボット１３の駆動を制御することで、工作機械からワークを搬出し、当該ワークを走行本体１０上の仮置き場１０９に置く。

（Ｅ４．ワーク認識部１５６）
次に、図８～図１１を参照して、図６に示されるワーク認識部１５６の機能について説明する。ワーク認識部１５６は、トレイ７０に置かれているワークの位置を認識するための機能モジュールである。

図８は、図２に示されるトレイ７０をＺ方向から表した図である。図８に示されるように、トレイ７０上におけるワークＷの設置面には、タグＴＸＹが設けられている。タグＴＸＹは、たとえば、ＡｐｒｉｌＴａｇなどのＡＲ（Augmented Reality）マーカーである。タグＴＸＹには、２次元バーコードが付されている。２次元バーコード上には、白または黒で色塗られた正方形がマトリクス状に配置される。図８の例では、黒色の正方形に対してハッチングが付されている。タグＴＸＹは、ＸＹ平面上におけるワークＷの位置（すなわち、ＸＹ座標）を認識するために用いられる。

ワーク認識部１５６は、作業開始前などの所定のタイミングにおいて、トレイ７０の前に走行本体１０を移動する。このときの移動先は、３次元マップ１２４上に予め設定されている。次に、ワーク認識部１５６は、予め定められた姿勢をアームロボット１３に取らせ、カメラ１０７の撮影視野にタグＴＸＹを含ませる。その後、ワーク認識部１５６は、タグＴＸＹがカメラ１０７の撮影視野に含まれている間にカメラ１０７に撮影指示を出力し、タグＴＸＹを写す画像をカメラ１０７から取得する。

図９は、タグＴＸＹを撮影して得られた画像ＩＭ１から各ワークのＸＹ座標を認識する過程を概略的に示す図である。ワーク認識部１５６は、ＡＲＴｏｏｌＫｉｔ（Augmented Reality Toolkit）やＯｐｅｎＣＶなどの既存の画像処理ライブラリを用いて、画像ＩＭ１内におけるタグＴＸＹの位置姿勢を認識する。当該位置姿勢は、タグＴＸＹの位置とタグＴＸＹの角度との少なくとも一方で定義される。

画像ＩＭ１からタグＴＸＹを検索する際の基準画像は、予め登録されている。次に、ワーク認識部１５６は、所定の座標変換式に基づいて、カメラ座標系で示される画像ＩＭ１内のタグＴＸＹの位置姿勢を、ワールド座標系で示されるタグＴＸＹの位置姿勢に変換する。当該所定の座標変換式は、カメラ１０７の位置姿勢と画像内におけるタグＴＸＹの位置とに基づいて推定される。その後、ワーク認識部１５６は、ワールド座標系で示されるタグＴＸＹの位置姿勢と、タグＴＸＹに対する各ワークの相対的な位置関係とに基づいて、各ワークのＸＹ座標を認識する。タグＴＸＹに対する各ワークの相対的な位置関係は、たとえば、予め規定されている。

次に、ワーク認識部１５６は、アームロボット１３に上述の治具５０を把持させる。治具５０の位置は、たとえば、上述の制御パラメータ１２６などに予め規定されている。

次に、ワーク認識部１５６は、認識したワークのＸＹ座標に基づいて、把持した治具５０をワークＷのいずれかに置く。図１０は、図２に示されるトレイ７０をＺ方向から表した図である。図１０の例では、治具５０がワークＷ１に置かれている。

上述のように、治具５０には、Ｚ方向におけるワークの位置を認識するためのタグＴＺが設けられている。タグＴＺに付されている２次元バーコードの配列は、タグＴＸＹに付されている２次元バーコードの配列とは異なる。

ワーク認識部１５６は、治具５０をワークＷ１に載せた後、予め定められた姿勢をアームロボット１３に取らせ、カメラ１０７の撮影視野にタグＴＺを含ませる。その後、ワーク認識部１５６は、タグＴＺがカメラ１０７の撮影視野に含まれている間にカメラ１０７に撮影指示を出力し、タグＴＺを写す画像をカメラ１０７から取得する。

図１１は、タグＴＺを撮影して得られた画像ＩＭ２から各ワークのＺ座標を認識する過程を概略的に示す図である。ワーク認識部１５６は、ＡＲＴｏｏｌＫｉｔ（Augmented Reality Toolkit）やＯｐｅｎＣＶなどの既存の画像処理ライブラリを用いて、画像ＩＭ２内におけるタグＴＺの位置姿勢を認識する。当該位置姿勢は、タグＴＺの位置とタグＴＺの角度との少なくとも一方で定義される。

画像ＩＭ２からタグＴＺを検索する際の基準画像は、予め登録されている。次に、ワーク認識部１５６は、所定の座標変換式に基づいて、カメラ座標系で示される画像ＩＭ２内のタグＴＺの位置姿勢を、ワールド座標系（タグ座標系）で示されるタグＴＺの位置姿勢に変換する。当該所定の座標変換式は、カメラ１０７の位置姿勢と画像内におけるタグＴＺの位置とに基づいて推定される。その後、ワーク認識部１５６は、ワールド座標系で示されるタグＴＺの位置姿勢からＺ方向におけるタグＴＺのＺ座標を取得する。その後、ワーク認識部１５６は、タグＴＺのＺ座標を基準として、Ｚ方向におけるワークＷ１のＺ座標を認識する。タグＴＺに対するワークＷ１の相対的な位置関係は、予め規定されている。当該位置関係は、上述の所定値ΔＺ（図３参照）に相当する。

好ましくは、ワーク認識部１５６は、ワークＷ１のＺ座標を他のワーク（たとえば、ワークＷ２など）の座標としても用いる。これにより、ワーク認識部１５６は、治具５０を他のワークに載せることなく当該ワークＷ２の位置Ｚ２を認識することができ、効率的に搬送作業を行うことができる。

＜Ｆ．フローチャート＞
次に、図１２を参照して、搬送ロボット１００の制御フローについて説明する。図１２は、搬送ロボット１００がワークを搬送する際の制御処理を示すフローチャートである。

図１２に示される処理は、搬送ロボット１００の制御装置１０１が上述の制御プログラム１２２を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

ステップＳ１１０において、制御装置１０１は、ワークＷの搬送指令を受け付けたか否かを判断する。当該搬送指令は、たとえば、制御プログラム１２２に規定されている搬送命令が実行されたことに基づいて発せられる。一例として、当該搬送命令は、トレイ７０から工作機械２００にワークを搬送する際に実行される。他の例として、当該搬送命令は、トレイ７０から他のトレイにワークを搬送する際に実行される。

制御装置１０１は、ワークＷの搬送指令を受け付けたと判断した場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１１０の処理を再び実行する。

ステップＳ１１２において、制御装置１０１は、上述の走行制御部１５４として機能し、トレイ７０の前に走行本体１０を移動する。トレイ７０の位置は、たとえば、上述の３次元マップ１２４に規定されている。

ステップＳ１１４において、制御装置１０１は、上述のロボット制御部１５５として機能し、トレイ７０の前に走行本体１０を移動したことに基づいて、予め設定されている姿勢をアームロボット１３に取らせる。当該予め設定されている姿勢は、たとえば、上述の制御パラメータ１２６に規定されている。当該姿勢は、たとえば、アームロボット１３の各アームの角度で定義される。アームロボット１３が予め設定されている姿勢を取ることで、トレイ７０上に付されているタグＴＸＹは、カメラ１０７の撮影視野に含まれる。

ステップＳ１１６において、制御装置１０１は、上述のワーク認識部１５６として機能し、タグＴＸＹを用いてＸＹ平面上における各ワークの位置（以下、「ＸＹ座標」ともいう。）を認識する。

より具体的には、制御装置１０１は、タグＴＸＹがカメラ１０７の撮影視野に含まれている間にカメラ１０７に撮影指示を出力し、カメラ１０７からタグＴＸＹを写す画像ＩＭ１を取得する。次に、制御装置１０１は、画像ＩＭ１内においてタグＴＸＹを検索し、当該タグＴＸＹの位置姿勢を認識する。画像ＩＭ１からタグＴＸＹを検索する際の基準画像は、記憶装置１２０などに予め格納されている。次に、制御装置１０１は、所定の座標変換式に基づいて、カメラ座標系で示されるタグＴＸＹの位置姿勢を、ワールド座標系で示されるＴＸＹの位置姿勢に変換する。当該所定の座標変換式は、カメラ１０７の位置姿勢と画像内におけるタグＴＸＹの位置とに基づいて推定される。カメラ１０７の位置姿勢は、たとえば、アームロボット１３の制御プログラム１２２（図５参照）から特定される。その後、制御装置１０１は、ワールド座標系で示されるタグＴＸＹのＸＹ平面上の位置に基づいて、各ワークのＸＹ座標を認識する。タグＴＸＹに対する各ワークの相対的な位置関係は、予め規定されている。

ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、走行本体１０上の治具置き場５１（図１参照）に置かれている治具５０をいずれかのワークに載せるようにアームロボット１３を駆動する。

ステップＳ１２２において、制御装置１０１は、上述のワーク認識部１５６として機能し、タグＴＺを用いてＺ方向上における各ワークの位置（以下、「Ｚ座標」ともいう。）を認識する。

より具体的には、制御装置１０１は、治具５０がカメラ１０７の撮影視野に含まれている間にカメラ１０７に撮影指示を出力し、カメラ１０７からタグＴＺを写す画像ＩＭ２を取得する。次に、制御装置１０１は、画像ＩＭ２内においてタグＴＺを検索し、当該タグＴＺの位置姿勢を認識する。画像ＩＭ２からタグＴＺを検索する際の基準画像は、記憶装置１２０などに予め格納されている。次に、制御装置１０１は、所定の座標変換式に基づいて、カメラ座標系で示されるタグＴＺの位置姿勢を、ワールド座標系で示されるＴＺの位置姿勢に変換する。当該所定の座標変換式は、カメラ１０７の位置姿勢と画像内におけるタグＴＺの位置とに基づいて推定される。カメラ１０７の位置姿勢は、たとえば、アームロボット１３の制御プログラム１２２（図５参照）から特定される。その後、制御装置１０１は、ワールド座標系で示されるタグＴＺのＺ方向における位置に基づいて、各ワークのＺ座標を認識する。タグＴＺに対する各ワークの相対的な位置関係は、予め規定されている。

ステップＳ１２４において、制御装置１０１は、ステップＳ１２０で治具５０が置かれたワークから当該治具５０を外すようにアームロボット１３を駆動する。当該外された治具５０は、搬送ロボット１００の治具置き場５１（図１参照）に置かれる。

ステップＳ１２６において、制御装置１０１は、ステップＳ１１６で認識した各ワークのＸＹ座標と、ステップＳ１２２で認識した各ワークのＺ座標とに基づいて、トレイ７０から走行本体１０の仮置き場１０９（図１参照）に各ワークを移動する。その後、制御装置１０１は、走行本体１０を制御し、指定された工作機械２００にワークを搬送する。

＜Ｇ．変形例１＞
次に、図１３を参照して、変形例１に従う搬送ロボット１００Ａについて説明する。図１３は、変形例１に従う搬送ロボット１００Ａを示す図である。

上述の図１に示される搬送ロボット１００は、走行本体１０を備えていた。これに対して、本変形例に従う搬送ロボット１００Ａは、走行本体１０の代わりに支持体１０Ａを備える。搬送ロボット１００のその他の構成は、上述の搬送ロボット１００Ａと同じであるので、以下ではその他の説明については繰り返さない。

図１３に示されるように、搬送ロボット１００Ａは、支持体１０Ａと、アームロボット１３とを含む。

支持体１０Ａは、地面に対して固定されている。すなわち、支持体１０Ａは、自走機能を有さず、不動である。支持体１０Ａ上には、アームロボット１３と、治具５０の治具置き場５１と、ワークの仮置き場１０９とが設けられている。

本変形例においては、上述のトレイ７０および上述の工作機械２００は、アームロボット１３の作業範囲内に設置される。作業内容の一例として、アームロボット１３は、トレイ７０に置かれているワークを工作機械２００に搬入する。作業内容の他の例として、アームロボット１３は、搬送対象物を工作機械からトレイ７０に搬出する。

上述の治具５０を用いたワークの位置認識機能は、このような地面に固定されている搬送ロボット１００Ａに対しても適用され得る。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 走行本体、１０Ａ 支持体、１１ フレーム、１３ アームロボット、１５ 第１車輪部、１６ 第１左側車輪部、１７ 第１左側支持アーム、１８ 支持軸、１９ 左側前輪、２０ 回転軸、２１ 左側駆動輪、２２ 回転軸、２３ モータ、２４ 減速機、２５ 右側前輪部、２６ 第１右側支持アーム、２７ 支持軸、２８ 右側前輪、２９ 回転軸、３０ 右側駆動輪、３１ 回転軸、３２ モータ、３３ 減速機、３５ 第２車輪部、３６ 第２支持アーム、３７ 支持軸、３８ 左側後輪、３９ 回転軸、４０ 右側後輪、４１ 回転軸、５０ 治具、５１ 治具置き場、７０ トレイ、１００ 搬送ロボット、１００Ａ 搬送ロボット、１０１ 制御装置、１０２ ＲＯＭ、１０３ ＲＡＭ、１０４ 通信インターフェイス、１０５ レーザセンサ、１０６ モータ駆動装置、１０７ カメラ、１０８ モータ駆動装置、１０９ 仮置き場、１１０ カバー、１２０ 記憶装置、１２２ 制御プログラム、１２４ ３次元マップ、１２５ エンドエフェクタ、１２６ 制御パラメータ、１５２ マップ生成部、１５３ 駆動制御部、１５４ 走行制御部、１５５ ロボット制御部、１５６ ワーク認識部、２００ 工作機械、２３０Ａ 障害物、２３０Ｂ 障害物、２４０ 走行ルート。

Claims (7)

1. トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットであって、
   前記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じであり、
   物体を把持可能に構成されるアーム機構と、
   前記アーム機構に取り付けられているカメラと、
   位置認識用の第１タグが設けられている治具と、
   前記アーム機構の駆動を制御するための制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記複数のワークの内の第１ワークに置かれている前記治具を前記カメラに撮影させ、前記第１タグを写す第１画像を前記カメラから取得する処理と、
   前記第１画像に基づいて、前記重力方向における前記第１タグの位置を認識する処理と、
   前記重力方向における前記第１タグの位置に基づいて、前記複数のワークの内の第２ワークについて前記重力方向の位置を認識する処理と、
   前記重力方向における前記第２ワークの位置を用いて、前記アーム機構に前記第２ワークを把持させる処理とを実行する、搬送ロボット。
2. 前記搬送ロボットは、さらに、走行可能に構成されている走行本体を備え、
   前記アーム機構は、前記走行本体上に設けられている、請求項１に記載の搬送ロボット。
3. 前記トレイには、位置認識用の第２タグが設けられており、
   前記制御部は、さらに、
   前記第２タグを写す第２画像を前記カメラから取得する処理と、
   前記第２画像に写っている前記第２タグに基づいて、前記重力方向に直交する水平面上における前記第２ワークの位置を認識する処理とを実行する、請求項２に記載の搬送ロボット。
4. 前記走行本体には、前記治具の置き場が設けられており、
   前記制御部は、前記第１画像を取得する処理を実行する前に、前記置き場に置かれている前記治具を前記第１ワークに載せるように前記アーム機構を駆動する処理を実行する、請求項２または３に記載の搬送ロボット。
5. 前記搬送ロボットは、地面に固定されている、請求項１に記載の搬送ロボット。
6. トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットの制御方法であって、
   前記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じであり、
   前記搬送ロボットは、
   物体を把持可能に構成されるアーム機構と、
   前記アーム機構に取り付けられているカメラと、
   位置認識用のタグが設けられている治具とを備え、
   前記制御方法は、
   前記複数のワークの内の第１ワークに置かれている前記治具を前記カメラに撮影させ、前記タグを写す第１画像を前記カメラから取得するステップと、
   前記第１画像に基づいて、前記重力方向における前記タグの位置を認識するステップと、
   前記重力方向における前記タグの位置に基づいて、前記複数のワークの内の第２ワークについて前記重力方向の位置を認識するステップと、
   前記重力方向における前記第２ワークの位置を用いて、前記アーム機構に前記第２ワークを把持させるステップとを備える、搬送方法。
7. トレイに置かれている複数のワークに対して搬送作業を行うことが可能な搬送ロボットの制御プログラムであって、
   前記複数のワークの各々の重力方向における高さは、同じであり、
   前記搬送ロボットは、
   物体を把持可能に構成されるアーム機構と、
   前記アーム機構に取り付けられているカメラと、
   位置認識用のタグが設けられている治具とを備え、
   前記制御プログラムは、前記搬送ロボットに、
   前記複数のワークの内の第１ワークに置かれている前記治具を前記カメラに撮影させ、前記タグを写す第１画像を前記カメラから取得するステップと、
   前記第１画像に基づいて、前記重力方向における前記タグの位置を認識するステップと、
   前記重力方向における前記タグの位置に基づいて、前記複数のワークの内の第２ワークについて前記重力方向の位置を認識するステップと、
   前記重力方向における前記第２ワークの位置を用いて、前記アーム機構に前記第２ワークを把持させるステップとを実行させる、制御プログラム。

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