JP7261069B2 - ロボットハンド、ロボット及びロボットシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ロボットハンド、ロボット及びロボットシステムに関する。
従来から、物品を移載する移載ロボットが知られている。例えば、特許文献1は、段ボールケース等の直方体の物品を移載する移載ロボット用のロボットハンドを開示している。このロボットハンドは、水平な下爪と、下爪に対向し上下に移動する水平な上爪と、下爪上を水平に移動する押出部材とを有する。ロボットハンドは、下爪と上爪との間で物品を挟持した状態でロボットアームにより所定の位置近傍に移動され、押出部材により物品を押し出して、物品を所定の位置に移載するように構成されている。
特開平10-25029号公報
例えば、隣接して配置された複数の物品が、搬出のために移載される場合がある。これら物品は、物品間の隙間がない又は小さい状態で配置される場合がある。さらに、直方体状の物品の場合、物品の6面のうち隣接する2面又は3面しか露出していない場合が多い。このような物品を、特許文献1のロボットハンドを用いて取り出すことは困難である。
そこで、本発明は、隣接して配置された物品の容易な取り出しを可能にするロボットハンド、ロボット及びロボットシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るロボットハンドは、物品を把持するロボットハンドであって、第一爪部を有する第一把持部と、前記第一爪部と共に物品を挟持することで前記物品を把持する第二把持部と、前記第一爪部と前記第二把持部とを接近させる又は離す第一方向に、前記第一爪部及び前記第二把持部の少なくとも一方を移動させる第一駆動装置とを備え、前記第一爪部は、隣り合って配置された前記物品間の隙間に挿入可能である形状を有する。
本発明の一態様に係るロボットは、本発明の一態様に係るロボットハンドと、前記ロボットハンドと接続されたロボットアームと、前記ロボットハンド及び前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備える。
本発明の一態様に係るロボットシステムは、本発明の一態様に係るロボットと、前記ロボットを操作するための操作装置とを備える。
本発明によれば、隣接して配置された物品を容易に取り出すことが可能になる。
実施の形態に係るロボットシステムの構成の一例を示す図 実施の形態に係るロボットの構成の一例を示す斜視図 実施の形態に係るロボットハンドの構成の一例を示す側面図 実施の形態に係るロボットハンドの第一把持部の構成の一例を示す側面図 実施の形態に係るロボットハンドの第二把持部の構成の一例を示す側面図 実施の形態に係る制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係る制御装置及び各駆動装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第一の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図 変形例1に係るロボットハンドの構成の一例を示す側面図 変形例1に係るロボットハンドの構成の一例を示す上面図 変形例2に係るロボットハンドの構成の一例を示す側面図 変形例2に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図 変形例2に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図 変形例2に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図 変形例2に係るロボットシステムの第二の動作の1つを示す側面図
以下において、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
<ロボットシステム1>
図1は、実施の形態に係るロボットシステム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態では、ロボットシステム1は、ロボット100を用いて物品Aを搬送するシステムである。例えば、ロボット100は、搬送装置等によって搬送されてきた物品Aを所定の場所に載置し積み上げることができる。また、ロボット100は、所定の場所に積み上げられた物品Aの山から物品Aを取り出し、他の装置等に載置する。以下において、ロボット100が搬送する物品Aは、直方体状の段ボールケースであるとして説明するが、これに限定されない。搬送対象の物品は、後述するロボットハンド120が把持することができる物体であればよく、例えば、所定の形状を有する他の物体であってもよく、岩石等の所定の形状を有しない物体であってもよい。
ロボットシステム1は、ロボット100と、ロボット100を操作するための操作装置210とを備える。操作装置210は、ロボット100から離れて配置され、オペレータPは、操作装置210への入力を行うことによって、ロボット100を遠隔操作することができる。さらに、ロボットシステム1は、ロボット100の動作状態を撮像する撮像装置220と、撮像装置220で撮像された情報を出力する出力装置230とを備える。さらに、ロボットシステム1は、ロボット100のロボットアーム110が固定される搬送車240を備える。これに限定されないが、本実施の形態では、搬送車240は、電力を動力源とし、搬送車240を駆動するサーボモータを有する。例えば、搬送車240はAGV(無人搬送車:Automated Guided Vehicle)であってもよい。
また、ロボットシステム1は、搬送車240にコンベヤロボット250を備える。コンベヤロボット250は、ロボット100によって搬送ベルト面上に載置された物品Aをベルトコンベヤ300等の他の装置に搬送する。また、コンベヤロボット250は、他の装置から物品Aを受け取り、ロボット100に搬送する。コンベヤロボット250は、ベルトコンベヤであるコンベヤ251と、搬送車240上でコンベヤ251を支持するアーム252とを備え、アーム252を用いて、コンベヤ251を任意の位置及び姿勢にすることができる。これに限定されないが、本実施の形態では、コンベヤ251及びアーム252はそれぞれ、電力を動力源とし、これらを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。なお、ロボットシステム1の上記の構成要素の全てが必須ではない。
<ロボット100>
図1に示すように、ロボット100は、ロボットアーム110と、ロボットアーム110の先端に取り付けられるロボットハンド120と、ロボットアーム110及びロボットハンド120の動作を制御する制御装置130とを備える。本実施の形態では、ロボット100は、垂直多関節型ロボットとして構成されるが、これに限定されない。
<操作装置210>
図1に示すように、操作装置210は、オペレータPによって入力される指令に基づきロボット100、搬送車240及びコンベヤロボット250を遠隔操作する。操作装置210の具体的な構成は特に限定されないが、操作装置210はオペレータPによる入力を受け付ける入力装置を備える。入力装置の例は、ハンドル、レバー、ペダル、ボタン、タッチパネル、マイク及びカメラ等であるが、これらに限定されない。操作装置210は、入力装置を介して入力された操作に対応する指令を制御装置130に出力する。操作装置210は、有線通信又は無線通信を介して制御装置130と接続される。有線通信及び無線通信の形式はいかなる形式であってもよい。
操作装置210は、オペレータPによって入力される手動操作の各操作に対応する指令を制御装置130に出力してもよい。又は、操作装置210は、オペレータPによって入力される自動操作の操作内容に対応する指令を制御装置130に出力してもよい。例えば、操作装置210は、入力される指令として、ハンドル又はレバー等の変位、方向、速度及び操作力等を受け付けてもよく、ボタンの押し下げを受け付けてもよく、タッチパネルの画面への接触、接触軌跡及び接触圧等を受け付けてもよく、スピーカによって集音される音声信号を受け付けてよく、カメラによって撮像されたオペレータPの画像の解析結果を受け付けてもよい。操作力は、オペレータPによってハンドル又はレバー等に加えられる力である。接触圧は、タッチパネルへの指等の押し付け力である。オペレータPの画像の解析結果は、オペレータPのジェスチャ等が示す指令を含む。
<撮像装置220>
図1に示すように、撮像装置220は、ロボット100、搬送車240及びコンベヤロボット250の動作状態を撮像し、撮像した画像の信号を出力装置230に出力する。撮像装置220によって撮像される画像は、静止画であってもよく動画であってもよい。撮像装置220の例は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラである。撮像装置220は、有線通信又は無線通信を介して操作装置210及び出力装置230と接続される。撮像装置220は、操作装置210に入力される指令に従って、撮像の実行及び停止、並びに、撮像方向の変更等の動作を行ってもよい。
<出力装置230>
図1に示すように、出力装置230は、撮像装置220から取得される画像の信号を画像として出力しオペレータPに表示する表示装置である。出力装置230の例は、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)及び有機又は無機ELディスプレイ(Electro-Luminescence Display)であるが、これらに限定されない。出力装置230は、制御装置130によって出力される操作等のための画像を表示してもよい。
<ロボット100の詳細な構成>
[ロボットアーム110の構成]
ロボット100のロボットアーム110の詳細な構成を説明する。図2は、実施の形態に係るロボット100の構成の一例を示す斜視図である。図2に示すように、ロボット100のロボットアーム110は、その基端部で搬送車240に固定されている。ロボットアーム110の先端部には、ロボットハンド120が接続されている。多関節型のロボットアーム110は、6つの関節軸JT1~JT6と、これらの関節軸によって順次連結される6つのリンク110a~110fとを有する。さらに、ロボットアーム110は、関節軸JT1~JT6それぞれを回転駆動するアーム駆動装置AM1~AM6を有している。アーム駆動装置AM1~AM6の動作は、制御装置130によって制御される。これに限定されないが、本実施の形態では、アーム駆動装置AM1~AM6はそれぞれ、電力を動力源とし、これらを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。なお、ロボットアーム110の関節軸の数量は、6つに限定されず、7つ以上であってもよく、1つ以上5つ以下であってもよい。
関節軸JT1は、搬送車240の基台241の上面とリンク110aの基端部とを、当該上面に垂直である鉛直方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT2は、リンク110aの先端部とリンク110bの基端部とを、水平方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT3は、リンク110bの先端部とリンク110cの基端部とを、水平方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT4は、リンク110cの先端部とリンク110dの基端部とを、リンク110cの長手方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT5は、リンク110dの先端部とリンク110eの基端部とを、リンク110dの長手方向と直交する方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT6は、リンク110eの先端部とリンク110fの基端部とを、リンク110eに対する捻れ回転可能に連結する。リンク110fの先端部にロボットハンド120が取り付けられる。
[ロボットハンド120の構成]
ロボット100のロボットハンド120の詳細な構成を説明する。図3は、実施の形態に係るロボットハンド120の構成の一例を示す側面図である。図4は、実施の形態に係るロボットハンド120の第一把持部121の構成の一例を示す側面図である。図5は、実施の形態に係るロボットハンド120の第二把持部122の構成の一例を示す側面図である。
図3に示すように、ロボットハンド120は、第一把持部121と、第二把持部122と、ベース123とを備える。ベース123は、ロボットアーム110のリンク110fの先端部に取り付けられる。第一把持部121及び第二把持部122は、ベース123に取り付けられ、ベース123によって支持される。なお、リンク110fは、後述するように第一方向D1に移動可能である第一把持部材121aと干渉しないように、第一把持部材121aに対して第二方向D2にずらした状態でベース123と接続されることが好ましい。
図3及び図4に示すように、第一把持部121は第一把持部材121aと第一駆動装置121bとを有する。第一把持部材121aは、第一方向D1a及びD1bに移動可能に設けられ、ベース123によって支持される。第一把持部材121aは、ベース123から第一方向D1aに延びる第一本体部121aaと、第一本体部121aaの先端から第一方向D1aと交差する第三方向D3aに延びる第一爪部121abとを一体的に含む。
第一方向D1a及びD1bは、互いに反対の方向である。方向D1aはベース123から離れる方向であり、方向D1bはベース123に接近する方向である。第一方向D1a及びD1bを区別しない場合「第一方向D1」と呼ぶこともある。第三方向D3a及びD3bは、互いに反対の方向である。方向D3aは、第一本体部121aaから離れる方向であり、方向D3bは、第一本体部121aaに接近する方向である。第三方向D3a及びD3bを区別しない場合「第三方向D3」と呼ぶこともある。本実施の形態では、第一方向D1a及びD1bと第三方向D3a及びD3bとは略垂直であるが、これに限定されない。
第一爪部121abは、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能な形状を有する。本実施の形態では、第一本体部121aa及び第一爪部121abは、板状の外形を有し、例えば、板で構成されてもよく、当該外形を形成する枠で構成されてもよい。第一爪部121abは、その先端に向かって先細になるテーパ形状を有する。例えば、第一方向D1での第一爪部121abの厚さが先細になる。また、第一方向D1及び第三方向D3と垂直な奥行方向での第一爪部121abの幅は略一定であるが先細になってもよい。
また、第一本体部121aaは、第一方向D1に延びる帯状の凸部121acを含み、凸部121acは、ベース123に設けられたガイド部123aの溝と第一方向D1にスライド可能に係合している。第一把持部材121aは、凸部121ac及びガイド部123aを介して、ベース123によって支持され且つ第一方向D1の移動の案内を受ける。
第一駆動装置121bは、第一アクチュエータ121cと第一駆動機構121dとを有する。第一駆動装置121bは、第一アクチュエータ121cが発生する駆動力によって、第一把持部材121aを第一方向D1に移動させる。これに限定されないが、本実施の形態では、第一アクチュエータ121cは、電力を動力源とし、これを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。第一アクチュエータ121cは、ロボット100、ロボット100の電力供給源又はその他の電力供給源等から電力の供給を受けてもよい。第一駆動機構121dは、第一アクチュエータ121cの回転駆動力を直線駆動力に変換し第一把持部材121aに伝達する。第一駆動機構121dは、ねじ軸121daと、ナット121dbと、減速機121dcと、プーリ121dd及び121deと、無端ベルト121dfとを含む。
ねじ軸121daは、第一本体部121aaに固定され且つ第一方向D1に延びる。ねじ軸121da及びナット121dbはボールねじを構成し、ナット121dbのねじ穴のねじ溝は、ねじ軸121daの外周面のねじ溝とボール(図示せず)を介して螺合する。ナット121dbは、ねじ軸121daの軸心周りに回転可能であるが第一方向D1に移動しないように、ベース123に固定されている。プーリ121deは、ナット121dbと一体に回転するようにナット121dbと連結されている。無端ベルト121dfは、プーリ121dd及び121deに掛け渡される。プーリ121dd及び121de、並びにナット121dbは、第一方向D1の軸周りに回転する。
減速機121dcは、第一アクチュエータ121cの回転駆動力の回転速度を減速して当該回転駆動力をナット121dbに伝達する。具体的には、減速機121dcは、第三方向D3の軸周りの第一アクチュエータ121cの回転駆動力を、第一方向D1の軸周りの回転駆動力に変えて、プーリ121ddに伝達する。
上記構成により、第一アクチュエータ121cが発生する一方向の回転駆動力は、ナット121dbを一方向に回転させ、それにより、ねじ軸121da及び第一把持部材121aを一緒に第一方向D1aに移動させる。第一アクチュエータ121cが発生する反対方向の回転駆動力は、ナット121dbを反対方向に回転させ、それにより、ねじ軸121da及び第一把持部材121aを一緒に第一方向D1bに移動させる。
なお、第一駆動装置121bの構成は、第一把持部材121aを第一方向D1に移動できればよく、上記構成に限定されない。例えば、第一駆動機構121dが設けられず、第一アクチュエータ121cが直接的に第一把持部材121aを移動させてもよい。このような第一アクチュエータ121cの例はリニアアクチュエータ等である。
図3及び図5に示すように、第二把持部122は第二把持部材122aと第二駆動装置122bとを有する。第二把持部材122aは、第二方向D2a及びD2bに移動可能に設けられ、ベース123によって支持される。第二把持部材122aは、ベース123から第二方向D2aに延びる第二本体部122aaと、第二本体部122aaの先端から第二方向D2aと交差する第四方向D4aに延びる第二爪部122abとを一体的に含む。
第二方向D2a及びD2bは、互いに反対の方向である。方向D2aはベース123から離れる方向であり、方向D3aと同様の方向である。方向D2bは、ベース123に接近する方向であり、方向D3bと同様の方向である。第二方向D2a及びD2bを区別しない場合「第二方向D2」と呼ぶこともある。第四方向D4a及びD4bは、互いに反対の方向である。方向D4aは、第二本体部122aaから離れる方向であり、方向D1aと同様の方向である。方向D4bは、第二本体部122aaに接近する方向であり、方向D1bと同様の方向である。第四方向D4a及びD4bを区別しない場合「第四方向D4」と呼ぶこともある。
また、本実施の形態では、第二方向D2a及びD2bと第四方向D4a及びD4bとは略垂直であるが、これに限定されない。さらに、第二方向D2a及びD2bは第三方向D3a及びD3bと略平行であり、第四方向D4a及びD4bは第一方向D1a及びD1bと略平行であるが、これに限定されない。
第二爪部122abは、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能な形状を有する。本実施の形態では、第二本体部122aa及び第二爪部122abは、板状の外形を有し、例えば、板で構成されてもよく、当該外形を形成する枠で構成されてもよい。第二爪部122abは、その先端に向かって先細になるテーパ形状を有する。例えば、第二方向D2での第二爪部122abの厚さが先細になる。また、第二方向D2及び第四方向D4と垂直な奥行方向での第二爪部122abの幅は略一定であるが先細になってもよい。
また、第二本体部122aaは、第二方向D2に延びる帯状の凸部122acを含み、凸部122acは、ベース123に設けられたガイド部123bの溝と第二方向D2にスライド可能に係合している。第二把持部材122aは、凸部122ac及びガイド部123bを介して、ベース123によって支持され且つ第二方向D2の移動の案内を受ける。
第二駆動装置122bは、第二アクチュエータ122cと第二駆動機構122dとを有する。第二駆動装置122bは、第二アクチュエータ122cが発生する駆動力によって、第二把持部材122aを第二方向D2に移動させる。これに限定されないが、本実施の形態では、第二アクチュエータ122cは、電力を動力源とし、これを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。第二アクチュエータ122cは、ロボット100、ロボット100の電力供給源又はその他の電力供給源等から電力の供給を受けてもよい。第二駆動機構122dは、第二アクチュエータ122cの回転駆動力を直線駆動力に変換し第二把持部材122aに伝達する。第二駆動機構122dは、ねじ軸122daと、ナット122dbと、減速機122dcと、プーリ122dd及び122deと、無端ベルト122dfとを含む。
ねじ軸122daは、第二把持部材122aに固定され且つ第二方向D2に延びる。ねじ軸122da及びナット122dbはボールねじを構成する。ナット122dbは、ねじ軸122daの軸心周りに回転可能であるが第二方向D2に移動しないように、ベース123に固定されている。プーリ122deは、ナット122dbと一体に回転するようにナット122dbと連結されている。無端ベルト122dfは、プーリ122dd及び122deに掛け渡される。プーリ122dd及び122de、並びにナット122dbは、第二方向D2の軸周りに回転する。
減速機122dcは、第二アクチュエータ122cの回転駆動力の回転速度を減速して当該回転駆動力をナット122dbに伝達する。具体的には、減速機122dcは、第二方向D2の軸周りの回転駆動力を、プーリ122ddに伝達する。
上記構成により、第二アクチュエータ122cが発生する一方向の回転駆動力は、ナット122dbを一方向に回転させ、それにより、ねじ軸122da及び第二把持部材122aを一緒に第二方向D2aに移動させる。第二アクチュエータ122cが発生する反対方向の回転駆動力は、ナット122dbを反対方向に回転させ、それにより、ねじ軸122da及び第二把持部材122aを一緒に第二方向D2bに移動させる。
なお、第二駆動装置122bの構成は、第二把持部材122aを第二方向D2に移動できればよく、上記構成に限定されない。例えば、第二駆動機構122dが設けられず、第二アクチュエータ122cが直接的に第二把持部材122aを移動させてもよい。
上述のようなロボットハンド120は、第二把持部材122a及びベース123と第一爪部121abとにより第一方向D1で物品Aを挟持し、第一把持部材121a及びベース123と第二爪部122abとにより第二方向D2で物品Aを挟持することで、物品Aを把持する。第一方向D1は、第一爪部121abと第二把持部材122aとを接近させる又は離す方向である。第二方向D2は、第一爪部121abと第二把持部材122aとにより挟持される物品Aに第二爪部122abを接近させる又は離す方向である。
<制御装置130>
制御装置130の構成を説明する。制御装置130は、操作装置210から受け取る操作の指令等に基づき、予め記憶部(図示せず)に格納されるプログラムに従って、ロボットアーム110、ロボットハンド120、搬送車240及びコンベヤロボット250の動作を制御する。制御装置130は、ロボットアーム110、ロボットハンド120、搬送車240及びコンベヤロボット250の動作を個別に制御するのではなく互いにリンクさせて制御を行い、互いに連携させた動作を実現する。例えば、制御装置130は、ロボットアーム110、ロボットハンド120、搬送車240及びコンベヤロボット250の1つの制御に、他の3つから取得される情報を反映させる。
図6は、実施の形態に係る制御装置130の機能的な構成の一例を示すブロック図である。制御装置130は、操作情報処理部130aと、第一把持部制御部130bと、第二把持部制御部130cと、爪位置検出部130dと、アーム制御部130eと、アーム位置検出部130fと、搬送車制御部130gと、搬送車位置検出部130hと、コンベヤ制御部130iと、情報出力部130jと、記憶部130kとを機能的な構成要素として含む。これらの機能的な構成要素は、他の構成要素が出力する情報を使用し、他の構成要素の動作とリンクした動作を行う。なお、上記機能的な構成要素の全てが必須ではない。
操作情報処理部130a、第一把持部制御部130b、第二把持部制御部130c、爪位置検出部130d、アーム制御部130e、アーム位置検出部130f、搬送車制御部130g、搬送車位置検出部130h、コンベヤ制御部130i及び情報出力部130jの各構成要素の機能は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、RAM(Random Access Memory)などの揮発性メモリ及びROM(Read-Only Memory)などの不揮発性メモリ等からなるコンピュータシステム(図示せず)により実現されてもよい。上記構成要素の一部又は全部の機能は、CPUがRAMをワークエリアとして用いてROMに記録されたプログラムを実行することによって実現されてもよい。なお、上記構成要素の一部又は全部の機能は、上記コンピュータシステムにより実現されてもよく、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路により実現されてもよく、コンピュータシステム及びハードウェア回路の組み合わせにより実現されてもよい。
記憶部130kは、種々の情報の格納することができ、且つ、格納した情報の読み出しを可能にする。記憶部130kは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリなどの半導体メモリ、ハードディスク及びSSD(Solid State Drive)等の記憶装置によって実現される。記憶部130kは、各構成要素が用いるパラメータ及び閾値等を格納する。記憶部130kは、各構成要素が実行するプログラムを格納してもよい。
操作情報処理部130aは、操作装置210から取得される操作の指令を、制御装置130の各構成要素に出力する。各構成要素は、当該指令に対応するプログラムに従って動作する。
第一把持部制御部130bは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、第一把持部121の第一駆動装置121bの動作を制御する。第一把持部制御部130bは、爪位置検出部130dから取得される第一爪部121abの位置等に基づき、第一駆動装置121bに動作させる。第一把持部制御部130bは、第一駆動装置121bから第一アクチュエータ121cの出力電流の信号を取得することで負荷を検出し、この負荷が閾値以上である場合、第一把持部材121aによる物品Aの把持を検出してもよい。なお、物品Aの存在を検知する光電センサ(「ビームセンサ」とも呼ばれる)、レーザセンサ及びリミットスイッチ等のセンサが第一把持部材121a等に配置され、第一把持部制御部130bは、当該センサの出力信号から物品Aの把持を検出してもよい。
第二把持部制御部130cは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、第二把持部122の第二駆動装置122bの動作を制御する。第二把持部制御部130cは、爪位置検出部130dから取得される第二爪部122abの位置等に基づき、第二駆動装置122bに動作させる。第二把持部制御部130cは、第二駆動装置122bから第二アクチュエータ122cの出力電流の信号を取得することで負荷を検出し、この負荷が閾値以上である場合、第二把持部材122aによる物品Aの把持を検出してもよい。なお、物品Aの存在を検知する光電センサ、レーザセンサ及びリミットスイッチ等のセンサが第二把持部材122a等に配置され、第二把持部制御部130cは、当該センサの出力信号から物品Aの把持を検出してもよい。
爪位置検出部130d及び制御装置130は検出装置の一例である。爪位置検出部130dは、物品Aに対する第一爪部121ab及び第二爪部122abの位置を検出する。具体的には、爪位置検出部130dは、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6それぞれから出力電流の信号を取得することで、各アーム駆動装置AM1~AM6に発生している出力負荷を検出する。さらに、爪位置検出部130dは、各アーム駆動装置AM1~AM6に発生させる入力負荷の情報をアーム制御部130eから取得する。爪位置検出部130dは、各アーム駆動装置AM1~AM6の出力負荷と入力負荷との差異に基づき、第一爪部121ab及び/又は第二爪部122abの先端が物品Aと接触しているか否かを検出する。例えば、爪位置検出部130dは、アーム駆動装置AM1~AM6での負荷の差異が閾値以上である場合、爪部の先端が物品Aと接触していることを検出してもよい。
ここで、アーム駆動装置AM1~AM6の出力電流、入力負荷及び出力負荷は、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報の一例である。なお、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報は、関節軸JT1~JT6及びリンク110a~110fのひずみ量等を含んでもよい。このようなひずみ量を用いて爪部の先端と物品Aとの接触の有無を検出することも可能である。
さらに、爪位置検出部130dは、アーム位置検出部130fからロボットハンド120の位置、姿勢、移動方向及び移動速度等の情報を取得し、当該情報を用いて、第一爪部121ab及び第二爪部122abの位置を検出する。例えば、爪位置検出部130dは、第一爪部121ab及び/又は第二爪部122abが物品Aに接触しつつ、その突出方向と交差する、具体的には直交する方向に移動していることを検出している最中に、当該爪部の非接触を検出すると、当該爪部が、隣り合って配置された物品A間の隙間に対応する位置に位置することを検出する。例えば、隙間に対応する位置は、当該隙間の鉛直方向上方の位置であってもよく、当該隙間の水平方向側方の位置であってもよい。
アーム制御部130eは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、アーム駆動装置AM1~AM6の動作を制御することで、ロボットアーム110に対応する動作をさせる。アーム制御部130eは、アーム位置検出部130fから取得されるロボットアーム110の各リンク110a~110fの位置、姿勢、移動方向及び移動速度等に基づき、ロボットアーム110に動作させる。
アーム位置検出部130fは、ロボットアーム110の各リンク110a~110fの位置及び姿勢を検出する。具体的には、アーム位置検出部130fは、アーム駆動装置AM1~AM6から回転量等の動作量の情報を取得し、当該動作量に基づき、各リンク110a~110fの位置及び姿勢を検出する。さらに、アーム位置検出部130fは、各リンク110a~110fの位置及び姿勢の変化から、各リンク110a~110fの移動方向及び移動速度を検出する。また、アーム位置検出部130fは、リンク110fの位置、姿勢、移動方向及び移動速度から、ロボットハンド120の位置、姿勢、移動方向及び移動速度を検出する。
搬送車制御部130gは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、搬送車240の搬送駆動装置240aの動作を制御することで、搬送車240に対応する動作をさせる。搬送車制御部130gは、搬送車位置検出部130hから取得される搬送車240の位置及び向き等に基づき、搬送車240に動作させる。
搬送車位置検出部130hは、搬送車240の位置及び向きを検出する。具体的には、搬送車位置検出部130hは、搬送駆動装置240aからそのサーボモータの回転量等の動作量の情報を取得し、当該動作量に基づき、搬送車240の位置及び向きを検出する。なお、搬送車240は、GPS(Global Positioning System)受信機及びIMU(慣性計測装置:Inertial Measurement Unit)等の位置計測装置を備えてもよい。搬送車位置検出部130hは、GPS受信機の受信信号又はIMUによって計測された加速度及び角速度等を用いて、搬送車240の位置及び向きを検出してもよい。搬送車位置検出部130hは、例えば、床面に埋設された電線から微弱な誘導電流を検出し、この検出値に基づき搬送車240の位置及び向きを検出してもよい。
コンベヤ制御部130iは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、コンベヤロボット250のコンベヤ251及びアーム252の動作を制御することで、コンベヤロボット250に対応する動作をさせる。
情報出力部130jは、制御装置130の各構成要素の動作結果及び検出結果等の出力情報を、操作装置210及び/又は出力装置230に出力する。情報出力部130jは、ロボット100の操作用の画面を操作装置210及び/又は出力装置230に出力する。
また、制御装置130と各駆動装置との関係の一例を説明する。図7は、実施の形態に係る制御装置130及び各駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。図7に示すように、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6のサーボモータ、第一駆動装置121bのサーボモータ、第二駆動装置122bのサーボモータ、搬送駆動装置240aのサーボモータ、及びコンベヤロボット250のサーボモータに対して、情報及び指令を入出力するように構成されている。制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6、第一駆動装置121b、第二駆動装置122b、搬送駆動装置240a及びコンベヤロボット250の全てのサーボモータの動作を制御する。
各サーボモータは、電気モータと、電気モータの回転子の回転角を検出するエンコーダとを備えている。各サーボモータは、制御装置130から出力される指令及び情報に従って、電気モータを動作させ、エンコーダの検出値を制御装置130に出力する。制御装置130は、各サーボモータからフィードバックされたエンコーダの検出値に基づき、当該サーボモータの回転子の回転量及び回転速度等を検出し、検出結果を用いて当該サーボモータの回転開始、回転停止、回転速度及び回転トルクを制御する。これにより、制御装置130は、各サーボモータを任意の回転位置で停止させることができ、任意の回転速度で回転させることができ、任意の回転トルクで動作させることができる。よって、制御装置130は、ロボットアーム110、ロボットハンド120、搬送車240及びコンベヤロボット250の全てを多様に且つ緻密に動作させることができる。
<ロボットシステム1の第一の動作>
ロボットシステム1の第一の動作を説明する。第一の動作は、上下に積み上げられた物品Aのうちの最上段の物品A1を、ロボットハンド120を用いて搬出する動作である。第一の動作は、オペレータPが操作装置210を用いて、ロボット100及び搬送車240に各動作を行わせる、マスタースレーブ方式の動作であるとする。この場合、例えば、操作装置210は、オペレータPの手元にあるマスターアームを構成し、ロボット100は、遠隔のスレーブアームを構成してもよい。そして、オペレータPによって与えられるマスターアームの動作を、スレーブアームがトレースするように構成される。これにより、オペレータPが所望する動作をスレーブアームに正確に実現させることが容易である。また、オペレータPは、マスターアームを介して、スレーブアームの動作を容易に知覚することができる。
図8~図13はそれぞれ、実施の形態に係るロボットシステム1の第一の動作の1つを示す側面図である。図1に示すように、まず、ロボット移動ステップにおいて、オペレータPは、操作装置210に指令を入力することで、搬出対象の物品A1を含む物品Aの山へ搬送車240を移動させる。このとき、オペレータPが目的地の位置の情報を操作装置210に入力し、制御装置130が当該情報に従って搬送車240を自動で走行させてもよい。又は、オペレータPが、出力装置230に表示される画面等を介して視認しつつ操作装置210を操作して搬送車240を走行させてもよい。
次いで、図8のハンド移動ステップに示すように、搬送車240が物品A1の前に到着した後、オペレータPは、出力装置230の画面等を介して視認しつつ操作装置210を操作することでロボットアーム110を動作させ、ロボットハンド120を物品A1の上方に移動させる。制御装置130は、ロボットハンド120の姿勢の情報を操作装置210等に出力し、オペレータPは、当該姿勢の情報に基づき、第一把持部材121aの第一本体部121aaが水平になるようにロボットハンド120の姿勢を調節する。
次いで、図9の爪接触ステップに示すように、オペレータPは、ロボットハンド120を下降させ、第一把持部材121aの第一爪部121abの下向きの先端を上方から物品A1に接触させる。さらに、オペレータPは、第一爪部121abを接触させた状態でロボットハンド120を物品A1の奥行き方向である第一方向D1aに移動させる。制御装置130は、第一爪部121abと物品A1との接触の有無を示す情報を操作装置210等に出力する。なお、第二把持部材122aの第二爪部122abが物品A1と接触しないように、第一把持部材121aは第一方向D1aに予め引き出されている。
次いで、図10の爪挿入ステップに示すように、オペレータPは、第一爪部121abと物品A1とが非接触状態になると、第一方向D1aへのロボットハンド120の移動を停止させる。このとき、第一爪部121abは、物品A1とその隣の物品Aとの隙間の上方に位置する。なお、制御装置130が上記非接触状態を検出すると、ロボットハンド120の移動を自動的に停止させてもよい。
さらに、オペレータPは、ロボットハンド120を下方である第二方向D2aに移動させる。これにより、第一爪部121abは、物品A1とその隣の物品Aとの隙間に挿入される。制御装置130は、第一爪部121abが隙間に完全に挿入されたことを検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。制御装置130は、ロボットアーム110の各アーム駆動装置AM1~AM6に発生する負荷に基づき、第一把持部材121a又はベース123と物品A1との当接を検出すると、第一爪部121abの完全挿入を判定してもよい。
図11の第一把持ステップに示すように、第一爪部121abの挿入後、オペレータPは、ロボットハンド120の第一駆動装置121bを動作させ、第一把持部材121aを第一方向D1bに引き寄せるように移動させる。これにより、第一把持部材121aは、第一爪部121abを用いて物品A1を水平方向である第一方向D1bに引き出す。制御装置130は、物品A1の引き出しの完了を検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。制御装置130は、第一駆動装置121bに発生する負荷に基づき、物品A1と第二把持部材122a又はベース123との当接を検出すると、引き出し完了を判定してもよい。引き出し完了後、オペレータPが第一駆動装置121bを停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。
図12の第二把持ステップに示すように、物品A1の引き出し完了後、オペレータPは、ロボットハンド120の第二駆動装置122bを動作させ、第二把持部材122aを上方向である第二方向D2bに引き寄せるように移動させる。制御装置130は、第二把持部材122aの移動の完了を検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。制御装置130は、第二駆動装置122bに発生する負荷に基づき、第二爪部122abと物品A1との当接を検出すると、移動完了を判定してもよい。移動完了後、オペレータPが第二駆動装置122bを停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。
移動完了時、ロボットハンド120は、第一爪部121abと第二把持部材122a又はベース123との間で水平方向に物品A1を把持し、第二爪部122abと第一把持部材121a又はベース123との間で鉛直方向に物品A1を把持する。
次いで、図13の搬出ステップに示すように、第二把持部材122aの移動完了後、オペレータPは、ロボットアーム110を動作させ、ロボットハンド120で把持している物品A1を物品Aの山から搬出し、搬出先に移動する。
上記において、各ステップの動作の少なくとも1つ、及び/又は、移動ステップ~搬出ステップの一連の動作の少なくとも一部が、制御装置130によって自動で行われてもよい。
<ロボットシステム1の第二の動作>
ロボットシステム1の第二の動作を説明する。第二の動作は、床面に載置された物品A1を、ロボットハンド120を用いて搬出する動作である。第二の動作も、マスタースレーブ方式の動作であるとする。図14及び図15はそれぞれ、実施の形態に係るロボットシステム1の第二の動作の1つを示す側面図である。第二の動作におけるロボット移動ステップ、ハンド移動ステップ及び爪接触ステップは、第一の動作と同様である。
図14の爪挿入ステップに示すように、オペレータPは、第一爪部121abと物品A1との状態が接触状態から非接触状態になると、ロボットハンド120を下降させ、第一爪部121abを物品A1とその隣の物品Aとの隙間に挿入させる。第二方向D2aへのロボットハンド120の下降中、制御装置130は、第二把持部材122aの第二爪部122abと床面との接触の有無を検出し、この検出結果を操作装置210等に出力する。
第二爪部122abと床面とが接触すると、オペレータPは、第二駆動装置122bを動作させる。第二駆動装置122bは、第二把持部材122aを第二方向D2bに移動させる。これにより、第一把持部材121aが下降し、第一爪部121abがさらに隙間に挿入される。制御装置130は、第二把持部材122aの移動の完了を検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。制御装置130は、第二駆動装置122bに発生する負荷に基づき、第一把持部材121a又はベース123と物品A1との当接を検出すると、移動完了を判定してもよい。移動完了後、オペレータPがロボットハンド120の下降動作及び第二駆動装置122bの動作を停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。
次いで、図15の把持ステップに示すように、動作停止後、オペレータPは、第一の動作の第一把持ステップと同様に、第一駆動装置121bを動作させ、第一把持部材121aを第一方向D1bに移動させる。このとき、第一爪部121abが物品A1を第一方向D1bに引き出す、又は、第二把持部材122aが第一方向D1aに移動し、それにより、第二爪部122abが物品A1と床面との間に挿入される。制御装置130は、物品A1と第二把持部材122a又はベース123との当接を検出すると把持の完了を判定し、判定結果を操作装置210等に出力する。
把持完了時、ロボットハンド120は、第一爪部121abと第二把持部材122a又はベース123との間で水平方向に物品A1を把持し、第二爪部122abと第一把持部材121a又はベース123との間で鉛直方向に物品A1を把持する。
次いで、搬出ステップにおいて、オペレータPは、ロボットハンド120で把持している物品A1を持ち上げ、搬出先に移動させる。
上記において、各ステップの動作の少なくとも1つ、及び/又は、移動ステップ~搬出ステップの一連の動作の少なくとも一部が、制御装置130によって自動で行われてもよい。
<効果等>
上述したように、実施の形態に係るロボットハンド120は、第一爪部121abを有する第一把持部121と、第一爪部121abと共に物品を挟持することで当該物品を把持する第二把持部122と、第一爪部121abと第二把持部122とを接近させる又は離す第一方向D1に、第一爪部121abを移動させる第一駆動装置121bとを備える。第一爪部121abは、隣り合って配置された物品間の隙間に挿入可能である形状を有する。
上記構成によると、ロボットハンド120は、第一爪部121abを物品間の隙間に挿入し、第一爪部121abを第一方向D1に移動させることで、第一爪部121ab及び第二把持部122によって物品を把持することができる。よって、ロボットハンド120は隣接して配置された物品を容易に取り出すことができる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120は、第二把持部122が有する第二爪部122abを第二方向D2に移動させる第二駆動装置122bを備えてもよい。第二方向D2は、第一方向D1と交差する方向であり、且つ第一爪部121abと第二把持部122とにより挟持される物品に第二爪部122abを接近させる又は離す方向であってもよい。上記構成によると、ロボットハンド120は、第一爪部121abと第二把持部122とにより第一方向D1で把持する物品を、第二爪部122abを用いて第二方向D2からも把持することができる。よって、物品の確実な把持が可能になる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、第二爪部122abは、隣り合って配置された物品間の隙間に挿入可能である形状を有してもよい。上記構成によると、第二爪部122abは、物品間の隙間及び物品と床面との隙間に挿入することができる。よって、ロボットハンド120は、第二爪部122abを上記隙間に挿入して物品を把持することができる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bは、駆動力を発生するアクチュエータ121c及び122cを有してもよい。さらに、アクチュエータ121c及び122cは、電力を動力源としてもよい。上記構成によると、ロボットハンド120は、電力を動力源として第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bを駆動させ、物品を把持する。このため、第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bは、空気圧又は液体圧等を駆動源とする場合に必要となる配管を要しない。さらに、第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bは、ロボット100等の電源から電力供給を受けることができる。よって、ロボットハンド120の設置及び移動の自由度が向上する。
また、実施の形態に係るロボットハンド120は、第一爪部121abが隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する検出装置としての制御装置130を備えてもよい。上記構成によると、第一爪部121abを物品間の隙間に確実に挿入することが可能になる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120は、サーボモータを有するアーム駆動装置AM1~AM6によって駆動される複数の関節を有するロボットアーム110と接続され、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報を取得し、当該情報を用いて、第一爪部121abが、隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出してもよい。上記構成によると、第一爪部121abが物品間の隙間に対応する位置にあることを検出するための専用の装置が不要である。よって、ロボットハンド120の構成の簡略化が可能になる。
また、実施の形態に係るロボット100は、ロボットハンド120と、ロボットハンド120と接続されたロボットアーム110と、ロボットハンド120及びロボットアーム110の動作を制御する制御装置130とを備える。上記構成によると、実施の形態に係るロボットハンド120と同様の効果が得られる。
また、実施の形態に係るロボット100において、ロボットアーム110は、サーボモータを有するアーム駆動装置AM1~AM6によって駆動される複数の関節を有し、ロボットハンド120の第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bは、サーボモータを有するアクチュエータ121c及び122cを有してもよい。さらに、制御装置130は、アクチュエータ121c及び122cのサーボモータの動作と、アーム駆動装置AM1~AM6のサーボモータの動作とを制御してもよい。上記構成によると、サーボモータは、任意の回転位置で回転子を停止させることができ、任意の回転速度で回転子を回転駆動させることができ、任意の回転トルクを発生することができる。よって、ロボットハンド120及びロボットアーム110は多様且つ緻密な動作をすることができる。
また、実施の形態に係るロボットシステム1は、ロボット100と、ロボット100を操作するための操作装置210とを備える。上記構成によると、実施の形態に係るロボットハンド120と同様の効果が得られる。
(変形例1)
実施の形態の変形例1に係るロボットハンド120Aを説明する。変形例1に係るロボットハンド120Aは、物体を検出するセンサを第一把持部121A及び第二把持部122Aに備える点で、実施の形態と異なる。以下、変形例1について、実施の形態と異なる点を中心に説明し、実施の形態と同様の点の説明を適宜省略する。
図16は、変形例1に係るロボットハンド120Aの構成の一例を示す側面図である。図17は、変形例1に係るロボットハンド120Aの構成の一例を示す上面図である。図16及び図17に示すように、ロボットハンド120Aは、第一把持部121Aの第一把持部材121aに、センサ124、125及び126a~126cを備え、第二把持部122Aの第二把持部材122aに、センサ127を備える。センサ124、125、126a~126c及び127は、物体の検知、及び/又は、当該物体までの距離の検知を行うセンサである。センサ124、125、126a~126c及び127はそれぞれ、その検知信号を制御装置130に出力する。
センサ124及び127は、接触式センサであってもよく、非接触式センサであってもよい。センサ125及び126a~126cは、非接触式センサである。例えば、接触式センサは、バンパーセンサ、感圧センサ及び接触式変位センサ等の接触した物体からの反力を検知するセンサであってもよい。非接触式センサは、光電センサ、レーザセンサ、レーザライダ(Lidar)及び超音波センサ等の物体の接近又は物体までの距離を検知するセンサであってもよい。
第一センサ124は、第一爪部121abの第一方向D1aに向いた側面に配置され、前方である第一方向D1aの領域を検知対象とする。第一センサ124は、第一方向D1aでの物体との接触、物体の接近、及び/又は、物体までの距離を検知する。
第二センサ125は、第一把持部材121aの第一本体部121aaの第二方向D2aに向いた下面に配置され、下方である第二方向D2aの領域を検知対象とする。第二センサ125は、第一爪部121abの近傍又は隣接して配置される。第二センサ125は、第二方向D2aでの第一爪部121abへの物体の接近、及び/又は、物体までの距離を検知する。
第三センサ126a~126cは、第一本体部121aaの第二方向D2bに向いた上面に配置され、上方である第二方向D2bの領域を検知対象とする。第三センサ126a~126cはそれぞれ、第二方向D2bでの物体の接近、及び/又は、物体までの距離を検知する。第三センサ126a~126cの少なくとも2つは、第一方向D1aでずらした位置に配置されている。さらに、第三センサ126a~126cの少なくとも2つは、第五方向D5でずらした位置に配置されている。第五方向D5は、第一方向D1a及びD1bに垂直であり且つ第一本体部121aaの上面に平行である方向である。本変形例では、第三センサ126a~126cの全ての位置が、方向D1a及びD5でずれている。
第四センサ127は、第二爪部122abの第二方向D2aに向いた底面に配置され、下方である第二方向D2aの領域を検知対象とする。第四センサ127は、第二方向D2aでの物体との接触、物体の接近、及び/又は、物体までの距離を検知する。
制御装置130は、第一センサ124の検知信号に基づき、第一爪部121abに対する物体の接触及び/又は接近を検出する。制御装置130は、第四センサ127の検知信号に基づき、第二爪部122abに対する物体の接触及び/又は接近を検出する。例えば、制御装置130は、閾値である距離L1以内に存在する物体を検出すると、物体の接近を判定してもよい。距離L1は、例えば、100mm等であってもよい。制御装置130は、物体の接触を検出すると、ロボットハンド120Aの移動を停止させる又は移動速度を低下させてもよい。制御装置130は、物体の接近を検出すると、ロボットハンド120Aの移動を停止させる又は移動速度を低下させてもよく、物体の接近及び/又は当該物体までの距離を操作装置210等に通知してもよい。これにより、ロボットハンド120Aが物品A又は床面等に衝突することが抑えられる。
制御装置130は、第二センサ125の検知信号に基づき、隣り合う物品A間の隙間を検出する。例えば、制御装置130は、第一方向D1a又はD1bでのロボットハンド120Aの移動中、第二方向D2aに存在する物品Aを検出している状態から非検出の状態に変化する、又は、第二方向D2aでの物品Aまでの距離が急に増加すると、物品A間の隙間が存在することを検出してもよい。制御装置130は、当該隙間を検出すると、ロボットハンド120Aの移動を停止させてもよく、隙間の検出及び/又は隙間までの距離を操作装置210等に通知してもよい。これにより、第一爪部121abが物品A間の隙間に対応する位置に位置決めされる。
また、制御装置130は、第三センサ126a~126cの検知信号に基づき、第一本体部121aaに対する物体の接触及び/又は接近を検出する。さらに、制御装置130は、第一本体部121aaの姿勢を制御することでロボットハンド120Aの姿勢を制御する。例えば、制御装置130は、第三センサ126a~126cの少なくとも1つが閾値である距離L2以内に存在する物体を検知すると、物体の接近を判定してもよい。距離L2は、例えば、100mm等であってもよい。
また、制御装置130は、第三センサ126a~126cが検知する天井までの距離を用いて、ロボットハンド120Aの位置及び姿勢を検出することができる。天井は、物品Aが収容される収容スペースの天井であり、例えば、収容室の天井、車両の荷室の天井、及びコンテナの天井等であってもよい。制御装置130は、第三センサ126b及び126cの検知距離から、第一方向D1aの軸を中心とする、第一本体部121aa及びロボットハンド120Aのローリング角を検出することができる。制御装置130は、第三センサ126a及び126cの検知距離から、方向D5の軸を中心とする、第一本体部121aa及びロボットハンド120Aのピッチング角を検出することができる。制御装置130は、第三センサ126a~126cの検知距離から、天井に対する第一本体部121aaの位置を検出することができる。
制御装置130は、天井の接近、天井までの距離、ロボットハンド120Aのローリング角及びピッチング角等を操作装置210等に通知してもよい。制御装置130は、ローリング角及びピッチング角に基づき、第一本体部121aaの上面が天井に対して平行である水平近傍になるようにロボットハンド120Aの姿勢を制御してもよく、ロボットハンド120Aが天井に接近すると、ロボットハンド120Aの移動を停止させる又は移動速度を低下させてもよい。これにより、ロボットハンド120Aが天井に衝突することが抑えられる。また、第一本体部121aaが水平近傍の姿勢に保持されるため、ロボットハンド120Aによる物品Aの把持が容易になる。
上述のような変形例1に係るロボットハンド120Aによれば、実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、変形例1に係るロボットハンド120Aは、センサ124、125、126a~126c及び127を備えることで、周囲の物体との衝突を抑えることができる。また、ロボットハンド120Aは、第三センサ126a~126cを備えることで、その姿勢制御を容易にする。
(変形例2)
実施の形態の変形例2に係るロボットハンド120Bを説明する。変形例2に係るロボットハンド120Bは、第三把持部128を備える点で、実施の形態及び変形例1と異なる。以下、変形例2について、実施の形態及び変形例1と異なる点を中心に説明し、実施の形態及び変形例1と同様の点の説明を適宜省略する。
<ロボットハンド120Bの構成>
図18は、変形例2に係るロボットハンド120Bの構成の一例を示す側面図である。図18に示すように、ロボットハンド120Bは、第三把持部128を備え、第三把持部128は、ベース123に取り付けられ支持される。本変形例では、第三把持部128は、第一把持部材121aと第二把持部材122aとの間に配置される。第三把持部128は、制御装置130の制御に従って、第一把持部121及び第二把持部122から独立して動作する。
第三把持部128は、第三把持部材128aと第三駆動装置128bとを有する。第三把持部材128aは、第一方向D1a及びD1bに移動可能に設けられる。第三把持部材128aは、第一方向D1aに延びる軸部128aaと、軸部128aaの先端の押圧部128abと、押圧部128abの表面の摩擦材128acとを含む。押圧部128abは、軸部128aaよりも径方向に大きい表面を有する。摩擦材128acは、押圧部128abの表面よりも高い摩擦係数を有する部材である。摩擦材128acの構成材料は、特に限定されないが、樹脂又はゴム等であってもよい。又は、摩擦材128acは、粗面加工等の表面処理を受けた材料であってもよい。又は、摩擦材128acを用いずに、押圧部128abの表面が粗面加工等の表面処理を受けていてもよい。第三把持部材128aは、摩擦材128ac及び押圧部128abが第一爪部121abの側面と第一方向D1で対向するように配置されている。なお、摩擦材128ac及び押圧部128abの表面処理は必須でない。
第三駆動装置128bは、ベース123に固定され、軸部128aaを第一方向D1a及びD1bに伸縮させる。第三駆動装置128bの例は、電動のリニアアクチュエータ、及び空気圧式又は液圧式のシリンダ等である。なお、第三駆動装置128bは、第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bのように回転駆動力を直線駆動力に変換するように構成されてもよい。第三駆動装置128bは、軸部128aaを伸長させることによって、第三把持部材128aに、第三把持部材128aと第一爪部121abとの間において第一方向D1で物品Aを把持させる。このとき、摩擦材128acは、物品Aとの間の摩擦力によって、第三把持部材128aに対する物品Aの下降を抑制する。
<ロボットシステム1の動作>
本変形例に係るロボットシステム1の動作を説明する。具体的には、第二の動作を説明する。図19~図22はそれぞれ、変形例2に係るロボットシステム1の第二の動作の1つを示す側面図である。本変形例におけるロボット移動ステップ、ハンド移動ステップ及び爪接触ステップは、実施の形態の第二の動作と同様である。
図19の爪挿入ステップに示すように、オペレータPは、第一爪部121abと物品A1との接触状態が非接触状態に変わると、ロボットハンド120Bを下降させつつ、第二駆動装置122bを動作させる。これにより、第一爪部121abが物品A1とその隣の物品Aとの隙間に挿入されつつ、第二把持部材122aが第二方向D2bに移動される。なお、図19~図22において、図14及び図15と同様であるため、物品Aの図示は省略されている。制御装置130は、物品A1と第一把持部材121a又はベース123との当接を検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。当接後、オペレータPがロボットハンド120Bの下降及び第二駆動装置122bを停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。次いで、オペレータPは、第三把持部128の第三駆動装置128bを動作させる。第三把持部128は、第三把持部材128aを伸長させ物品A1に押し付ける。これにより、物品A1は、第一爪部121ab及び第三把持部材128aによって把持される。
次いで、図20の傾斜ステップに示すように、オペレータPは、ロボットハンド120Bを水平状態から傾斜させ、第二爪部122abを床面から浮き上がらせる。これにより、物品A1は傾斜し、物品A1の第一爪部121ab側の底部が床面に接地するが、第二爪部122ab側の底部が床面から浮き上がる。
次いで、図21の把持ステップに示すように、オペレータPは、第一駆動装置121b及び第三駆動装置128bを動作させる。第一駆動装置121bは、第一把持部材121aを第一方向D1bに移動させ、並行して、第三駆動装置128bは、第三把持部材128aを第一方向D1bに収縮させる。制御装置130は、第一爪部121abと第三把持部材128aとの距離が略一定に維持されるように、第一駆動装置121bと第三駆動装置128bとを連携させて動作させる。
これにより、ロボットハンド120Bは、第一爪部121ab及び第三把持部材128aによって物品A1を把持しつつ、ベース123及び第二把持部材122aを第一方向D1aに移動させ、第二爪部122abを物品A1の下に挿入する。制御装置130は、第二把持部材122a又はベース123と物品A1との当接を検出すると、検出結果を操作装置210等に出力する。挿入完了後、オペレータPが第一駆動装置121b及び第三駆動装置128bを停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。
次いで、オペレータPは、第二駆動装置122bを動作させる。第二駆動装置122bは、第二把持部材122aを第二方向D2bに移動させる。制御装置130は、第二爪部122abと物品A1との当接を検出すると、検出結果を把持の完了報告として操作装置210等に出力する。把持完了後、オペレータPが第二駆動装置122bを停止させるが、制御装置130が自動的に停止させてもよい。なお、オペレータP又は制御装置130は、第一駆動装置121b及び第三駆動装置128bを用いた把持動作と、第二駆動装置122bを用いた把持動作とを並行して行ってもよい。
把持完了時、ロボットハンド120Bは、第一爪部121abと第二把持部材122a又はベース123との間で第一方向D1で物品A1を把持し、第二爪部122abと第一把持部材121a又はベース123との間で第二方向D2で物品A1を把持する。
次いで、図22の搬出ステップに示すように、オペレータPは、ロボットアーム110を用いて、第一把持部材121aの上面が水平になるようにロボットハンド120Bの姿勢を調節しつつ、物品A1を持ち上げ、搬出先に移動する。
上記において、各ステップの動作の少なくとも1つ、及び/又は、移動ステップ~搬出ステップの一連の動作の少なくとも一部が、制御装置130によって自動で行われてもよい。
また、第三把持部128は、ロボットハンド120Bに把持されている物品A1を、第二爪部122ab上から降ろすためにも用いることができる。例えば、ロボットハンド120Bは、第二爪部122abを床面に接触させ且つ物品A1を把持している状態で、第一把持部材121aを第一方向D1aに移動させ且つ第三把持部材128aを伸長させることで、物品A1を押圧し第二爪部122abから床面上に降ろす。
また、第三把持部128が第二爪部122abから物品A1を降ろすためにのみに用いられる場合、押圧部128abは、第一爪部121abと対向していなくてもよい。この場合、例えば、第三把持部128は、第二把持部材122aに設けられてもよい。
上述のような変形例2に係るロボットハンド120Bによれば、実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、変形例2に係るロボットハンド120Bは、第三把持部128を備えることで、床面上に載置された物品A1を把持し持ち上げることを容易に且つ確実に行うことができる。
(その他の実施の形態)
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されない。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。例えば、各種変形を実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、実施の形態及び変形例において、ロボットハンド120の第一爪部121ab及び第二爪部122abの形状は、その先端に向かって先細になる形状であったが、これに限定されない。第一爪部121ab及び第二爪部122abの形状は、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能な形状であればよい。例えば、第一爪部121ab及び第二爪部122abの形状は、その先端に向かって厚さが略一定である形状であってもよく、その先端に向かって厚さがより大きい形状であってもよい。また、第一爪部121ab及び第二爪部122abの形状は、その先端に向かって幅がより大きい形状であってもよい。
また、実施の形態及び変形例において、制御装置130は、物品に対する第一爪部121ab及び第二爪部122abの位置及び接触を、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6の負荷の変化、又は第二センサ125の検知信号に基づき検出していたが、これに限定されない。例えば、ロボットアーム110のリンク110f等のリンク110a~110fに、力の大きさ及び方向を検知する力センサが設けられてもよい。そして、制御装置130は、力センサの検知信号に基づき、第一爪部121ab及び第二爪部122abの位置及び接触を検出してもよい。
又は、制御装置130は、ロボットハンド120の第一駆動装置121b又は第二駆動装置122bの負荷の変化に基づき、第一爪部121ab及び第二爪部122abの位置及び接触を検出してもよい。又は、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6の負荷の変化と第一駆動装置121b又は第二駆動装置122bの負荷の変化との組み合わせに基づき検出してもよい。
又は、第二爪部122ab又はその近傍に、光電センサ、レーザセンサ、レーザライダ及び超音波センサ等の非接触センサが設けられてもよい。制御装置130は、非接触センサの検知信号に基づき、第二爪部122abの位置及び接触を検出してもよい。
又は、第一爪部121ab及び第二爪部122abに、当該爪部の先端を撮像する撮像装置が設けられてもよい。撮像装置の例はデジタルカメラ及びデジタルビデオカメラである。撮像装置は、第一爪部121ab及び第二爪部122abの先端と当該先端に接近する物品とを含む画像を撮像することができるように配置されてもよい。制御装置130は、撮像装置によって撮像された画像を解析することで、物品を検出し、第一爪部121ab及び第二爪部122abと物品との距離等の位置関係を検出してもよい。
また、実施の形態及び変形例において、制御装置130は、ロボットハンドの各構成要素と物品との当接の有無を、第一駆動装置121b又は第二駆動装置122bの負荷の変化に基づき検出していたが、これに限定されない。例えば、制御装置130は、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6の負荷、及び、ロボットアーム110に設けられた力センサの検知信号等を、第一駆動装置121b及び第二駆動装置122bの負荷と併用して、又は、代替として用いてもよい。
また、実施の形態及び変形例に係るロボットハンドにおいて、第一把持部材121aがベース123に対して第一方向D1に移動し、第二把持部材122aがベース123に対して第二方向D2に移動するように構成されたが、これに限定されない。例えば、第一把持部材121aがベース123に対して第二方向D2に移動し、第二把持部材122aがベース123に対して第一方向D1に移動するように構成されてもよい。又は、第一把持部材121a及び第二把持部材122aの少なくとも一方が、第一方向D1及び第二方向D2の両方向に移動するように構成されてもよい。
また、実施の形態及び変形例に係るロボットハンドにおいて、第一駆動装置121bが第一把持部材121aを移動し、第二駆動装置122bが第二把持部材122aを移動するように構成されたが、これに限定されない。例えば、1つの駆動装置が、第一把持部材121a及び第二把持部材122aを移動するように構成されてもよい。このような駆動装置は、第一把持部材121a及び第二把持部材122aを同時に移動させるように構成されてもよく、一方を選択的に移動させるように構成されてもよい。
また、実施の形態及び変形例において、ロボット100は、垂直多関節型ロボットであったが、これに限定されない。例えば、ロボット100は、極座標型ロボット、円筒座標型ロボット、直角座標型ロボット、水平多関節型ロボット、又はその他のロボットとして構成されてもよい。
また、実施の形態及び変形例において、ロボット100は、搬送車240に搭載され移動可能であったが、これに限定されず、床面等に固定されてもよい。また、搬送車240は、ロボット100及びコンベヤロボット250を搭載していたが、ロボット100のみを搭載してもよい。
また、実施の形態及び変形例において、ロボットシステム1は、撮像装置220及び出力装置230を備えていたが、これに限定されない。例えば、ロボットシステム1は、撮像装置220及び出力装置230を備えず、オペレータPが直接視認するように構成されてもよい。
また、実施の形態及び変形例において、ロボットシステム1は、オペレータPが操作装置210を用いてマスタースレーブ方式でロボット100、搬送車240及びコンベヤロボット250を動作させるように構成されていたが、これに限定されない。例えば、ロボットシステム1は、全自動でロボット100、搬送車240及びコンベヤロボット250を動作させるように構成されてもよい。この場合、例えば、オペレータPが操作装置210に作業内容等を示す指令を入力するだけで、ロボット100、搬送車240及びコンベヤロボット250が自動的に動作してもよい。このような全自動のロボットシステムにおいて、例えば、制御装置は、ロボットアーム先端に設けられた近接センサの検知信号、及び、ロボットアームの先端に設けられたカメラの画像の解析値等に基づき、ロボットアーム及びロボットハンドそれぞれの動作を制御してもよい。
1 ロボットシステム
100 ロボット
110 ロボットアーム
120,120A,120B ロボットハンド
121,121A 第一把持部
121ab 第一爪部
121b 第一駆動装置
121c,122c アクチュエータ
122,122A 第二把持部
122ab 第二爪部
122b 第二駆動装置
130 制御装置(検出装置)
210 操作装置
AM1~AM6 アーム駆動装置

Claims (12)

  1. 物品を把持するロボットハンドであって、
    第一方向に延びる第一本体部と、前記第一本体部から前記第一方向と交差する方向に延 びる第一爪部を有する第一把持部と、
    前記第一爪部と共に物品を挟持することで前記物品を把持する第二把持部と、
    前記第一方向に前記第一本体部を移動させる第一駆動装置とを備え、
    前記第一方向は、前記第一爪部と前記第二把持部とを接近させる又は離す方向であり、
    前記第一爪部は、隣り合って配置された前記物品間の隙間に挿入可能である形状を有する
    ロボットハンド。
  2. 前記第二把持部が有する第二爪部を第二方向に移動させる第二駆動装置をさらに備え、
    前記第二方向は、前記第一方向と交差する方向であり、且つ前記第一爪部と前記第二把持部とにより挟持される前記物品に前記第二爪部を接近させる又は離す方向である
    請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 物品を把持するロボットハンドであって、
    第一爪部を有する第一把持部と、
    前記第一爪部と共に物品を挟持することで前記物品を把持する第二把持部と、
    前記第一爪部と前記第二把持部とを接近させる又は離す第一方向に、前記第一爪部及び 前記第二把持部の少なくとも一方を移動させる第一駆動装置と
    前記第二把持部が有する第二爪部を第二方向に移動させる第二駆動装置とを備え、
    前記第二方向は、前記第一方向と交差する方向であり、且つ前記第一爪部と前記第二把 持部とにより挟持される前記物品に前記第二爪部を接近させる又は離す方向であり、
    前記第一爪部は、隣り合って配置された前記物品間の隙間に挿入可能である形状を有す
    ロボットハンド。
  4. 前記第二爪部は、隣り合って配置された前記物品間の隙間に挿入可能である形状を有する
    請求項2または3に記載のロボットハンド。
  5. 前記第一爪部が、隣り合って配置された前記物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する検出装置をさらに備える
    請求項1~4のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  6. 前記ロボットハンドは、サーボモータを有するアーム駆動装置によって駆動される複数の関節を有するロボットアームと接続され、
    前記検出装置は、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を取得し、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を用いて、前記第一爪部が、隣り合って配置された前記物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する
    請求項に記載のロボットハンド。
  7. 物品を把持するロボットハンドであって、
    第一爪部を有する第一把持部と、
    前記第一爪部と共に物品を挟持することで前記物品を把持する第二把持部と、
    前記第一爪部と前記第二把持部とを接近させる又は離す第一方向に、前記第一爪部及び 前記第二把持部の少なくとも一方を移動させる第一駆動装置と
    前記第一爪部が、隣り合って配置された前記物品間の隙間に対応する位置にあることを 検出する検出装置とを備え、
    前記第一爪部は、隣り合って配置された前記物品間の隙間に挿入可能である形状を有し
    前記ロボットハンドは、サーボモータを有するアーム駆動装置によって駆動される複数 の関節を有するロボットアームと接続され、
    前記検出装置は、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を取得し、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を用いて、前記第一爪部が、隣り合って配置さ れた前記物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する
    ロボットハンド。
  8. 前記ロボットハンドの前記駆動装置は、駆動力を発生するアクチュエータを有する
    請求項1~7のいずれか一項に記載のロボットハンド。
  9. 前記アクチュエータは、電力を動力源とする
    請求項に記載のロボットハンド。
  10. 請求項1~のいずれか一項に記載のロボットハンドと、
    前記ロボットハンドと接続されたロボットアームと、
    前記ロボットハンド及び前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備える
    ロボット。
  11. 前記ロボットアームは、サーボモータを有するアーム駆動装置によって駆動される複数の関節を有し、
    前記ロボットハンドの前記駆動装置は、駆動力を発生するアクチュエータとしてサーボモータを有し、
    前記制御装置は、前記ロボットハンドの前記駆動装置の前記サーボモータの動作と、前記アーム駆動装置の前記サーボモータの動作とを制御する
    請求項10に記載のロボット。
  12. 請求項10または11に記載のロボットと、
    前記ロボットを操作するための操作装置とを備える
    ロボットシステム。
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