WO2022107351A1 - マニピュレータおよび移動ロボット - Google Patents

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WO2022107351A1
WO2022107351A1 PCT/JP2021/008898 JP2021008898W WO2022107351A1 WO 2022107351 A1 WO2022107351 A1 WO 2022107351A1 JP 2021008898 W JP2021008898 W JP 2021008898W WO 2022107351 A1 WO2022107351 A1 WO 2022107351A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gripping
unit
grip
gripping mechanism
manipulator
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/008898
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
禎介 樫
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Publication of WO2022107351A1 publication Critical patent/WO2022107351A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to a manipulator and a mobile robot.
  • Patent Document 1 a drive source is driven while the replacement tool (grip mechanism) is held by the tool stocker, and a part of a predetermined operation (for example, gripping the object) is performed on the object by the contact portion.
  • a robot system characterized by this is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a robot hand in which each of the plurality of drive units 8 adjusts the position of the corresponding grip portion 7 in a direction in which the position of the center of gravity approaches a predetermined axis based on the position of the center of gravity of the work (object). Has been done.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2019-202357
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2020-32507
  • the robot system described in Patent Document 1 requires a work of attaching a replacement tool to the robot arm main body for each gripping motion of the object.
  • the robot hand described in Patent Document 2 is a gripping mechanism capable of gripping an object independently, and does not switch to a different gripping mechanism depending on the object.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a manipulator capable of quickly switching a gripping mechanism according to an object.
  • the manipulator is a manipulator provided with an articulated robot arm, and is a grip portion provided at a movable end of the articulated robot arm to grip an object.
  • the gripping portion is provided with a plurality of gripping mechanisms capable of independently gripping an object, and any one of the plurality of gripping mechanisms is moved within the gripping portion to a gripping operation position where a gripping operation is performed. It is equipped with a switching unit.
  • the gripping mechanism can be quickly switched according to the object.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a mobile robot (mobile manipulator) 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an object 2 to be gripped by the mobile robot 1 and a shelf 3 on which the object 2 is placed.
  • the mobile robot 1 is a device for transporting an object (work) 2, and is configured to be movable.
  • the mobile robot 1 includes a manipulator 10 and an automatic guided vehicle 40.
  • the manipulator 10 includes an articulated robot arm 11 and a housing portion 15.
  • the manipulator 10 includes a control unit 20 and a communication unit 30 in the housing unit 15 (see FIG. 3).
  • the articulated robot arm 11 is a member that performs a gripping motion with respect to the object 2.
  • the movable end of the articulated robot arm 11 is provided with a grip portion 110 for gripping the object 2, a reading portion 13, and a camera 14.
  • the articulated robot arm 11 includes a joint portion 12 formed so as to be rotatable and flexible in any direction.
  • the articulated robot arm 11 may have one joint portion 12 or a plurality of joint portions 12. Further, the root portion of the articulated robot arm 11 is attached to the housing portion 15 in a rotatable and bendable state.
  • the grip portion 110 includes a plurality of grip mechanisms (first grip mechanism 111 and second grip mechanism 112 in FIGS. 4 and 5) capable of gripping the object 2 independently.
  • a gripping mechanism for example, a pinching mechanism having a pair of claws for gripping the object 2 (first gripping mechanism 111 in FIGS. 4 and 5), or a vacuum pad capable of vacuum suctioning the object 2 is used. Examples thereof include a suction mechanism (second gripping mechanism 112 in FIGS. 4 and 5) provided.
  • the housing portion 15 is provided with a vacuum pump that generates a negative pressure to realize the grip operation of the vacuum pad. Further, the articulated robot arm 11 is provided with an air pipe for connecting the vacuum pad and the vacuum pump.
  • the camera 14 includes a solid-state image sensor and a lens capable of three-dimensionally recognizing an image pickup target.
  • the solid-state image sensor for example, a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor or the like may be used.
  • a method of recognizing the image pickup object three-dimensionally for example, a method of measuring the length or the three-dimensional position (coordinates) of the image pickup object by using two cameras (stereo cameras) can be mentioned. With such a configuration, the spatial position of the object 2 to be transported can be accurately grasped.
  • the camera 14 is not limited to such an example, and may be configured by combining a two-dimensional camera provided with a solid-state image sensor and a lens capable of capturing only a two-dimensional image and a TOF (Time-of-flight) camera. good.
  • the camera 14 may include only a two-dimensional camera.
  • the object 2 is provided with a barcode 2a including identification information of the object 2 (for example, a lot ID of the object 2).
  • the shelf 3 on which the object 2 is placed is provided with a barcode 3a including the identification information of the shelf 3.
  • the object 2 may be provided with, for example, a two-dimensional code, an RFID tag, or the like instead of the barcodes 2a and 3a.
  • a barcode may be provided on at least one of the object 2 and the shelf 3 on which the object 2 is placed.
  • the reading unit 13 reads the identification information of the object 2 and the shelf 3 from the barcodes 2a and 3a, respectively.
  • the information read from the barcodes 2a and 3a by the reading unit 13 is transmitted to the control unit 20.
  • the reading unit 13 is, for example, a barcode reader that optically reads barcodes 2a and 3a.
  • the reading unit 13 is an RFID reader that communicates with an RFID tag provided instead of the barcodes 2a and 3a.
  • the reading unit 13 may read at least one of the barcodes 2a and 3a.
  • the manipulator 10 and the mobile robot 1 according to the present embodiment are provided with the switching unit 113 described later, so that it is not necessary to perform the conventional replacement work. Therefore, it is possible to quickly switch the gripping mechanism according to the object 2.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control system of the mobile robot 1.
  • the mobile robot 1 includes a manipulator 10 and an automatic guided vehicle 40.
  • the manipulator 10 includes an articulated robot arm 11, a control unit 20, and a communication unit 30.
  • the articulated robot arm 11 includes a reading unit 13, a camera 14, and a gripping unit 110.
  • Each component of the articulated robot arm 11 is controlled by an arm control unit 24 described later.
  • the position and direction of the reading unit 13 are adjusted by the arm control unit 24 so as to read the barcodes 2a and 3a.
  • the position and direction of the camera 14 are adjusted by the arm control unit 24 so as to capture the entire object or the barcodes 2a and 3a.
  • the grip unit 110 is controlled by the arm control unit 24 to switch the grip mechanism, grip operation, and the like so as to grip the object 2. A specific method for controlling switching of the gripping mechanism will be described later with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the communication unit 30 transmits the identification information of the object 2 and the shelf 3 read by the reading unit 13 or the camera 14 to the production progress management device 50 before the arm control unit 24 controls the arm. That is, the communication unit 30 notifies the production progress management device 50 of the lot ID of the object 2 and the position information of the shelf 3. As a result, the production progress management device 50 can accurately manage the lot ID of the object 2 and the position information of the shelf 3 at the time of performing arm control.
  • the communication unit 30 receives the product information of the object 2 stored in the production progress management device 50.
  • the product information of the object 2 is, for example, information on the shape and material according to the type of the object 2.
  • the control unit 20 includes an information acquisition unit 21, a selection unit 22, a specific unit 23, an arm control unit 24, and a transport vehicle control unit 25.
  • the control unit 20 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and controls each component.
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the information acquisition unit 21 acquires the identification information of the object 2 and the shelf 3 from the reading unit 13.
  • the information acquisition unit 21 outputs the identification information of the object 2 and the shelf 3 to the communication unit 30.
  • the information acquisition unit 21 may acquire image data of barcodes 2a and 3a from the camera 14 and generate identification information of the object 2 and the shelf 3 from the image data. In this case, since the barcode or the two-dimensional code can be read by the camera that acquires the image data, it is not necessary to separately provide the barcode reader or the two-dimensional code reader.
  • the selection unit 22 acquires the product information of the object 2 from the communication unit 30, and selects a gripping mechanism (hereinafter referred to as an optimum gripping mechanism) suitable for gripping the object 2 from the product information of the object 2. ..
  • the selection unit 22 has a table of a product information list and an optimum gripping mechanism, and selects the optimum gripping mechanism from the product information of the object 2.
  • the production progress management device 50 may have a table of a product information list and an optimum gripping mechanism. In this case, the selection unit 22 acquires information indicating the optimum gripping mechanism from the production progress management device 50 via the communication unit 30. The selection unit 22 outputs information indicating the optimum gripping mechanism to the specific unit 23.
  • the specific unit 23 includes an image recognition unit 231, a gripping motion determination unit 232, and a learned model storage unit 233.
  • the specific unit 23 uses the image data of the object 2 captured by the camera 14 and the information of the optimum grip mechanism selected by the selection unit 22 to obtain the optimum grip operation by the optimum grip mechanism (hereinafter referred to as the optimum grip operation). To identify.
  • the specific unit 23 outputs information indicating the optimum gripping mechanism and the optimum gripping operation to the arm control unit 24.
  • the image recognition unit 231 acquires the image data of the object 2 from the camera 14.
  • the image recognition unit 231 calculates the object state data indicating the arrangement state of the entire object 2 from the image data by using a known image recognition technique.
  • the image recognition unit 231 may calculate the object state data in consideration of the product information of the object 2 acquired from the communication unit 30. In this case, the accuracy of the image recognition process can be improved, and the time required for the image recognition process can be reduced.
  • the image recognition unit 231 outputs the calculated object state data to the gripping operation determination unit 232.
  • the image data input to the image recognition unit 231 is three-dimensional image data.
  • the image recognition unit 231 can recognize the three-dimensional arrangement state of the object 2.
  • the image data may be two-dimensional image data.
  • the image recognition unit 231 acquires the shape information of the object 2 based on the product information of the object 2 acquired from the communication unit 30, and combines the shape information with the two-dimensional image data to obtain the object 2. It is possible to recognize the three-dimensional arrangement state of.
  • the gripping motion determining unit 232 determines the optimum gripping motion based on the calculation result of the image recognition unit 231 and the information of the optimum gripping mechanism from the selection unit 22.
  • the gripping motion determining unit 232 outputs information on the optimum gripping mechanism and information indicating the optimum gripping motion to the arm control unit 24.
  • the gripping motion determining unit 232 may specify the optimum gripping motion from the object state data recognized by the image recognition unit 231 by the learned model stored in the trained model storage unit 233.
  • the trained model is a learning model trained by teacher data consisting of object state data and data indicating the optimum gripping motion by the optimum gripping mechanism. When the information of the optimum gripping mechanism and the object state data are input, the trained model outputs data indicating the optimum gripping operation.
  • a trained model can be realized by, for example, a neural network.
  • the arm control unit 24 acquires information on arm control from the specific unit 23 and controls the articulated robot arm 11. Specifically, the arm control unit 24 acquires information indicating the optimum gripping mechanism from the specific unit 23. The arm control unit 24 controls the grip unit 110 so as to use the optimum grip mechanism among the plurality of grip mechanisms. That is, the arm control unit 24 moves the optimum gripping mechanism to the gripping operation position P1 (see FIG. 5) where the gripping operation is performed by driving the switching unit 113. Further, the arm control unit 24 acquires information indicating the optimum gripping operation from the specific unit 23. The arm control unit 24 controls the gripping motion of the articulated robot arm 11 based on the information indicating the optimum gripping motion. Further, the arm control unit 24 adjusts the positions and directions of the camera 14 and the reading unit 13 included in the articulated robot arm 11.
  • the automatic guided vehicle control unit 25 controls the operation of the automatic guided vehicle 40 and moves the mobile robot 1 to a predetermined point.
  • the transport vehicle control unit 25 moves the mobile robot 1 to the front of the shelf 3 on which the object 2 is placed, for example, by the position information of the shelf 3 transmitted from the production progress management device 50.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing an example of the grip portion 110 of the mobile robot 1.
  • FIG. 5 is a bottom view schematically showing an example of the grip portion 110 of the mobile robot 1.
  • the movable end side of the grip portion 110 in FIGS. 4 and 5 will be described as downward, the upper side on the opposite side thereof, the arrow A direction as the left side, and the arrow B direction as the right side.
  • the grip portion 110 includes a switching portion 113 on the lower surface 110a of a substantially cylindrical main body portion.
  • the switching portion 113 is a translation member provided on the lower surface 110a so as to move in translation within the grip portion 110.
  • the switching unit 113 translates within the grip unit 110 by a known drive mechanism.
  • the switching unit 113 is driven by an actuator including a drive unit (motor, etc.) and a drive transmission unit (gears, belt, etc.).
  • the switching unit 113 is, for example, a substantially rectangular member.
  • the grip portion 110 includes a first grip mechanism 111 at the right end of the lower surface of the switching portion 113, and a second grip mechanism 112 at the left end.
  • the first gripping mechanism 111 is a gripping mechanism including a pair of claws for sandwiching and gripping the object 2.
  • the second gripping mechanism 112 is a gripping mechanism provided with a vacuum pad capable of vacuum suctioning the object 2.
  • the members of the first gripping mechanism 111 and the second gripping mechanism 112 other than the vacuum pad can be made of a material such as aluminum or resin to reduce the weight of the grip portion 110.
  • Reference numeral 4A in FIG. 4 and reference numeral 5A in FIG. 5 indicate a state in which the first gripping mechanism 111 operates as the optimum gripping mechanism.
  • Reference numeral 4B in FIG. 4 and reference numeral 5B in FIG. 5 indicate a state in which the grip portion 110 is stopped.
  • Reference numeral 4C in FIG. 4 and reference numeral 5C in FIG. 5 indicate a state in which the second gripping mechanism 112 operates as the optimum gripping mechanism.
  • the switching portion 113 is located at the central portion of the lower surface 110a when the grip portion 110 is stopped.
  • the arm control unit 24 controls the grip unit 110 so that the first grip mechanism 111 is used as the optimum grip mechanism
  • the arm control unit 24 moves the switching unit 113 in the left direction (arrow A direction).
  • the first gripping mechanism 111 moves to the gripping operation position P1.
  • the arm control unit 24 moves the switching unit 113 in the right direction (arrow B direction).
  • the second gripping mechanism 112 moves to the gripping operation position P1.
  • the present invention is not limited to such an example, and the grip portion 110 may be provided with three or more gripping mechanisms.
  • the gripping mechanism can be quickly switched according to the object 2.
  • the gripping operation position P1 is in the vicinity of the center of gravity axis of the gripping portion 110 in the operation stopped state.
  • the object 2 can be gripped in the vicinity of the center of gravity axis of the gripping portion 110 in the stopped operation state, so that the object 2 can be stably gripped.
  • the grip portion 110 provided with the switching portion 113 which is a translation member can shorten the moving distance of the grip mechanism by switching. Therefore, the grip portion 110 can shorten the built-in air pipe, power supply wiring, or the like as compared with the grip portion 210. That is, the articulated robot arm 11 can be configured in a simple manner.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the processing flow of the control unit 20 of the mobile robot 1.
  • an example of the gripping operation in the mobile robot 1 will be described with reference to FIG.
  • the information acquisition unit 21 acquires the identification information of the shelf 3 from the reading unit 13 (S1).
  • the information acquisition unit 21 acquires the identification information of the object 2 from the reading unit 13 (S2).
  • the information acquisition unit 21 may acquire the image data of the barcodes 2a and 3a from the camera 14 and acquire the identification information of the object 2 and the shelf 3 from the image data.
  • the information acquisition unit 21 transmits the identification information of the object 2 and the shelf 3 to the production progress management device 50 via the communication unit 30.
  • the selection unit 22 acquires the product information of the object 2 stored in the production progress management device 50 via the communication unit 30 (S3).
  • the selection unit 22 selects the optimum gripping mechanism from the product information (shape and material) of the object 2 (S4). For example, when the object has a shape that can be easily gripped by sandwiching it from both sides, the first gripping mechanism 111 is selected, and when the object has a shape having a smooth flat surface with a relatively large area, the second gripping mechanism 112 Is selected.
  • the selection unit 22 outputs information indicating the optimum gripping mechanism to the specific unit 23.
  • the image recognition unit 231 acquires the image data of the object 2 from the camera 14 (S5).
  • the image recognition unit 231 calculates the object state data indicating the arrangement state of the object 2 from the image data (S6).
  • the image recognition unit 231 outputs the object state data to the gripping operation determination unit 232.
  • the gripping motion determining unit 232 determines the optimum gripping motion based on the calculation result of the image recognition unit 231 and the information of the optimum gripping mechanism from the selection unit 22 (S7).
  • the optimum gripping motion is determined based on the trained model as described above.
  • the specific unit 23 outputs information indicating the optimum gripping mechanism and the optimum gripping operation to the arm control unit 24.
  • the arm control unit 24 acquires information indicating the optimum gripping mechanism and the optimum gripping operation from the specific unit 23.
  • the arm control unit 24 controls the grip unit 110 so as to use the optimum grip mechanism among the plurality of grip mechanisms (S8). Further, the arm control unit 24 controls the gripping motion of the articulated robot arm 11 based on the information indicating the optimum gripping motion (S9).
  • the gripping mechanism can be switched by the switching portion 113 provided in the gripping portion 110, it is not necessary to perform the conventional replacement work. Therefore, it is possible to quickly switch the gripping mechanism according to the object 2.
  • the gripping mechanism can be switched by moving the gripping mechanism in the gripping portion 110 provided at the movable end of the articulated robot arm 11, the space required for switching the gripping mechanism can be made compact. be able to. Therefore, it is possible to suppress the interference with the surrounding environment due to the switching of the gripping mechanism.
  • the gripping mechanism to be used can be arranged at the optimum position in the movable end portion of the articulated robot arm 11. Therefore, the gripping mechanism can be arranged and used at an optimum position for maintaining the rigidity and the stability of operation of the articulated robot arm 11.
  • FIG. 7 is a side view schematically showing an example of the grip portion 210 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a bottom view schematically showing an example of the grip portion 210 according to another embodiment of the present invention.
  • the grip portion 210 differs from the grip portion 110 in that the grip portion 210 is provided with the switching portion 213 instead of the switching portion 113.
  • the grip portion 210 includes a switching portion 213 on the lower surface 210 a of the main body portion having a substantially cylindrical shape.
  • the switching portion 213 is a rotating member provided on the lower surface 210a so as to rotate and move within the grip portion 210.
  • the switching unit 213 rotates about a predetermined axis perpendicular to the lower surface 210a.
  • the switching portion 213 is rotationally moved in the grip portion 210 by a known drive mechanism.
  • the switching unit 213 is driven by an actuator including a drive unit (motor, etc.) and a drive transmission unit (gears, belt, bearing, etc.).
  • the switching unit 213 is, for example, a substantially rectangular member.
  • Reference numeral 7A in FIG. 7 and reference numeral 8A in FIG. 8 indicate a state in which the first gripping mechanism 111 operates as the optimum gripping mechanism.
  • Reference numeral 7B in FIG. 7 and reference numeral 8B in FIG. 8 indicate a state in which the grip portion 110 is stopped.
  • Reference numeral 7C in FIG. 7 and reference numeral 8C in FIG. 8 indicate a state in which the second gripping mechanism 112 operates as the optimum gripping mechanism.
  • the grip portion 210 when the grip portion 210 is stopped, the grip portion 210 has the first grip mechanism 111 on the right end portion of the lower surface of the switching portion 213 and the left end portion. A second gripping mechanism 112 is provided in each portion.
  • the arm control unit 24 controls the grip unit 210 so that the first grip mechanism 111 is used as the optimum grip mechanism, the arm control unit 24 rotates the switching unit 213 counterclockwise (clockwise C) by 90 degrees.
  • the first gripping mechanism 111 moves to the gripping operation position P2.
  • the arm control unit 24 controls the grip unit 210 so that the second grip mechanism 112 is used as the optimum grip mechanism
  • the arm control unit 24 moves the switching unit 213 clockwise (arrow D) by 90 degrees.
  • the second gripping mechanism 112 moves to the gripping operation position P2.
  • the gripping mechanism can be quickly switched according to the object 2. Further, as compared with the grip portion 110 provided with the switching portion 113 which is a translation member, the switching portion 213 does not protrude from the main body portion of the grip portion 110. That is, the grip portion 210 can make the space required for switching the grip mechanism compact. Therefore, it is possible to suppress the interference with the surrounding environment due to the switching of the gripping mechanism.
  • the arm control unit 24 may control the articulated robot arm 11 so as to change the position control of the movable end portion according to the position of the optimum grip mechanism in the grip portion 210 in order to switch the grip mechanism. .. That is, the arm control unit 24 may rotate the articulated robot arm 11 itself to move the optimum gripping mechanism to a position where the object 2 can be gripped.
  • the control block of the manipulator 10 (particularly, the information acquisition unit 21, the selection unit 22, the specific unit 23, the arm control unit 24, and the transport vehicle control unit 25) is a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like. ) Or by software.
  • the manipulator 10 includes a computer that executes instructions of a program that is software that realizes each function.
  • the computer includes, for example, one or more processors and a computer-readable recording medium that stores the program. Then, in the computer, the processor reads the program from the recording medium and executes the program, thereby achieving the object of the present invention.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the recording medium a "non-temporary tangible medium", for example, a ROM (Read Only Memory) or the like, a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used.
  • a RAM Random Access Memory
  • the program may be supplied to the computer via any transmission medium (communication network, broadcast wave, etc.) capable of transmitting the program.
  • any transmission medium communication network, broadcast wave, etc.
  • one aspect of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the above program is embodied by electronic transmission. (summary)
  • the manipulator is a manipulator provided with an articulated robot arm, and is a grip portion provided at a movable end of the articulated robot arm to grip an object.
  • the gripping portion is provided with a plurality of gripping mechanisms capable of independently gripping an object, and any one of the plurality of gripping mechanisms is moved within the gripping portion to a gripping operation position where a gripping operation is performed. It is equipped with a switching unit.
  • the gripping mechanism can be switched by the switching portion provided in the manipulator, so that it is not necessary to perform the conventional replacement work. Therefore, it is possible to quickly replace the gripping mechanism according to the object.
  • the gripping mechanism can be switched by moving the gripping mechanism in the gripping portion provided at the movable end of the articulated robot arm, the space required for switching the gripping mechanism can be made compact. .. Therefore, it is possible to suppress the interference with the surrounding environment due to the switching of the gripping mechanism.
  • the gripping mechanism to be used can be arranged at the optimum position in the movable end portion of the articulated robot arm. Therefore, the gripping mechanism can be arranged and used at the optimum position for maintaining the rigidity and the stability of the operation of the articulated robot arm.
  • the manipulator has an information acquisition unit that acquires information on at least one of the object and a shelf on which the object is placed, and a plurality of gripping mechanisms based on the information acquired by the information acquisition unit.
  • a selection unit for selecting any one of them may be provided.
  • the manipulator can select a gripping mechanism suitable for the object from the information of at least one of the object and the shelf on which the object is placed. Therefore, it is possible to select the gripping mechanism without being instructed by the user.
  • the manipulator may include a camera that captures the object and a specific unit that specifies a gripping operation by the gripping mechanism selected by the selection unit from the image data of the object captured by the camera. good.
  • the gripping motion is specified by the specific portion provided in the manipulator, the optimum gripping motion according to the shape and orientation of the object can be realized without instruction by the user.
  • the specific unit may include a trained model machine-learned to specify the gripping operation by the gripping mechanism selected by the selection unit from the image data.
  • the gripping motion is specified using the trained model generated in advance by machine learning. Therefore, by training in advance using image data as teacher data to generate a trained model, it is based on a wide variety of image data without preparing a complicated algorithm for specifying the gripping motion.
  • the gripping motion can be specified.
  • the manipulator includes a reading unit for reading a barcode, a two-dimensional code, or an RFID tag provided on at least one of the object and the shelf on which the object is placed, and the information acquisition unit is provided. , At least one of the object and the shelf on which the object is placed may be acquired from the reading unit.
  • information about an object can be acquired by a relatively simple and inexpensive reading unit such as a barcode, a two-dimensional code, or an RFID tag.
  • the camera captures a barcode or a two-dimensional code provided on at least one of the object and the shelf on which the object is placed
  • the information acquisition unit captures the image taken by the camera.
  • Information on at least one of the object and the shelf on which the object is placed may be acquired from the image data of the bar code or the two-dimensional code.
  • the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the switching unit may be switched by translating the gripping mechanism.
  • the gripping mechanism can be quickly switched according to the object by the configuration in which the switching portion is translated and moved in the gripping portion and the optimum gripping mechanism is moved to the gripping operation position.
  • the grip portion provided with the switching portion which is a translation member can shorten the moving distance of the grip mechanism by switching. Therefore, the grip portion can shorten the built-in air pipe, power supply wiring, or the like. That is, the articulated robot arm can be configured in a simple manner.
  • the switching unit may be switched by rotating and moving the gripping mechanism.
  • the gripping mechanism can be quickly switched according to the object by the configuration in which the switching portion is rotationally moved within the gripping portion and the optimum gripping mechanism is moved to the gripping operation position.
  • the switching portion does not protrude from the main body portion of the grip portion as compared with the grip portion provided with the switching portion which is a translation member. That is, the grip portion can make the space required for switching the grip mechanism compact. Therefore, it is possible to suppress the interference with the surrounding environment due to the switching of the gripping mechanism.
  • the mobile robot includes the manipulator and an automatic guided vehicle on which the manipulator is loaded.

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Abstract

対象物に応じて、迅速に把持機構を切り替えることができるマニピュレータを提供する。マニピュレータ（１０）は、対象物を把持する把持部（１１０）を備え、把持部（１１０）は、それぞれ単独で対象物を把持可能な複数の把持機構（１１１、１１２）と、複数の把持機構（１１１、１１２）のうちいずれか１つを、把持動作を行う把持動作位置に把持部内で移動させる切替部（１１３）と、を備える。

Description

マニピュレータおよび移動ロボット
　本発明は、マニピュレータおよび移動ロボットに関する。
　従来、対象物を把持する多関節ロボットアームを備え、対象物に応じて把持機構を変更するマニピュレータが知られている。
　特許文献１には、交換ツール（把持機構）がツールストッカーに保持されている状態で、駆動源を駆動させ、接触部により対象物に所定の作業の一部（例えば対象物の把持）を行うことを特徴とするロボットシステムが開示されている。特許文献２には、複数の駆動部８の各々が、ワーク（対象物）の重心位置に基づき、対応する把持部７の位置を重心位置が所定の軸に近付く方向に調整するロボットハンドが開示されている。
日本国公開特許公報「特開２０１９－２０２３５７号公報」 日本国公開特許公報「特開２０２０－３２５０７号公報」
　しかしながら、特許文献１に記載のロボットシステムは、対象物の把持動作ごとに交換ツールをロボットアーム本体に装着する作業が必要である。また特許文献２に記載のロボットハンドは、単独で対象物を把持可能な把持機構であって、対象物に応じて異なる把持機構に切り替えるものではない。
　本発明の一態様は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、対象物に応じて、迅速に把持機構を切り替えることができるマニピュレータを提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマニピュレータは、多関節ロボットアームを備えるマニピュレータであって、前記多関節ロボットアームの可動端部に設けられる、対象物を把持する把持部を備え、前記把持部は、それぞれ単独で対象物を把持可能な複数の把持機構と、複数の前記把持機構のうちいずれか１つを、把持動作を行う把持動作位置に前記把持部内で移動させる切替部と、を備える。
　本発明の一態様によれば、対象物に応じて、迅速に把持機構を切り替えることができる。
本発明の一実施形態に係る移動ロボットの外観構成を示す斜視図である。 上記移動ロボットの把持対象である対象物および該対象物を載置する棚を示す図である。 上記移動ロボットの制御系統の構成を示すブロック図である。 上記移動ロボットの把持部の一例を模式的に示す側面図である。 上記移動ロボットの把持部の一例を模式的に示す下面図である。 上記移動ロボットの制御部の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る把持部の一例を模式的に示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係る把持部の一例を模式的に示す下面図である。
　〔実施形態１〕
　以下、本発明の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
　§１　適用例
　図１は、本実施形態に係る移動ロボット（モバイルマニピュレータ）１の外観構成を示す斜視図である。図２は、移動ロボット１の把持対象である対象物２および対象物２を載置する棚３を示す図である。
　図１に示すように、移動ロボット１は、対象物（ワーク）２を搬送するための装置であり、移動可能に構成される。移動ロボット１は、マニピュレータ１０および無人搬送車４０を備える。マニピュレータ１０は、多関節ロボットアーム１１および筐体部１５を備える。マニピュレータ１０は、筐体部１５において、制御部２０と通信部３０とを備える（図３参照）。
　多関節ロボットアーム１１は、対象物２に対する把持動作を行う部材である。多関節ロボットアーム１１の可動端部には、対象物２を把持する把持部１１０と、読取部１３と、カメラ１４とが設けられている。
　多関節ロボットアーム１１は、任意の方向に回転および屈曲可能に形成される関節部１２を備える。多関節ロボットアーム１１が備える関節部１２は、１つでもよく、複数でもよい。また、多関節ロボットアーム１１の根元部は、筐体部１５に、回転および屈曲可能な状態により取り付けられている。
　把持部１１０は、それぞれ単独で対象物２を把持可能な複数の把持機構（図４、５における第１把持機構１１１および第２把持機構１１２）を備える。把持機構としては、例えば対象物２を挟んで把持するための１対の爪部を備える挟み込み機構（図４、５における第１把持機構１１１）、または対象物２を真空吸着可能なバキュームパッドを備える吸着機構（図４、５における第２把持機構１１２）などが挙げられる。
　把持部１１０が吸着機構を備える場合、筐体部１５にはバキュームパッドの把持動作を実現する負圧を発生させる真空ポンプが設けられている。また、多関節ロボットアーム１１にはバキュームパッドと真空ポンプとを接続するエアー管が設けられている。
　カメラ１４は、撮像対象を３次元的に認識可能な固体撮像素子およびレンズを備える。上記固体撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が用いられてもよい。撮像対象を３次元的に認識する方法としては、例えば、２台のカメラ（ステレオカメラ）を用いて、撮像対象の長さ、あるいは３次元位置（座標）を計測する方法が挙げられる。このような構成によれば、搬送する対象物２の空間的位置を正確に把握することができる。なお、カメラ１４はこのような例に限られず、例えば、２次元画像の撮像のみ可能な固体撮像素子およびレンズを備える二次元カメラとＴＯＦ（Time-of-flight）カメラとを組み合わせて用いる構成でもよい。または、カメラ１４は二次元カメラのみを備えていてもよい。
　図２に示すように、対象物２には、対象物２の識別情報（例えば、対象物２のロットＩＤ）を含むバーコード２ａが設けられている。また、対象物２を載置する棚３には、棚３の識別情報を含むバーコード３ａが設けられている。なお、対象物２には、バーコード２ａ、３ａの代わりに、例えば２次元コード、ＲＦＩＤタグなどが設けられていてもよい。また、対象物２および対象物２を載置する棚３の少なくともいずれか一方にバーコードが設けられていればよい。
　読取部１３は、バーコード２ａ、３ａからそれぞれ対象物２および棚３の識別情報を読み取る。読取部１３によりバーコード２ａ、３ａから読み取られた情報は、制御部２０に送信される。読取部１３は、例えばバーコード２ａ、３ａを光学的に読み取るバーコードリーダである。または、読取部１３は、バーコード２ａ、３ａの代わりに設けられたＲＦＩＤタグと交信するＲＦＩＤリーダである。なお、読取部１３は、バーコード２ａ、３ａのうち少なくともいずれか一方を読み取ればよい。
　このようなマニピュレータおよび移動ロボットにおいて、対象物の形状によって、把持機構（吸着機構、挟み込み機構など）を適宜切り替える必要がある。従来は把持機構を取り換えるために、把持機構を取り換え場所に移動させ、取り換え作業を行う必要があった。すなわち、把持部に取り付けられている把持機構が対象物に適した把持機構と異なる場合、把持部に取り付けられている把持機構を取り外し、対象物に適した把持機構を取り付ける必要があった。
　本実施形態に係るマニピュレータ１０および移動ロボット１は、後述する切替部１１３を備えることにより、従来の取り換え作業を行う必要がない。従って、対象物２に応じて、迅速に把持機構を切り換えることが可能である。
　§２　構成例
　図３は、移動ロボット１の制御系統の構成を示すブロック図である。図３に示すように、移動ロボット１は、マニピュレータ１０および無人搬送車４０を備える。マニピュレータ１０は、多関節ロボットアーム１１と、制御部２０と、通信部３０と、を備える。
　（多関節ロボットアーム１１）
　多関節ロボットアーム１１は、読取部１３と、カメラ１４と、把持部１１０とを備える。多関節ロボットアーム１１の各構成要素は、後述するアーム制御部２４により制御される。具体的には、読取部１３は、バーコード２ａ、３ａを読み取るようにアーム制御部２４により位置および方向が調節される。カメラ１４は、対象物全体あるいはバーコード２ａ、３ａを撮像するようにアーム制御部２４により位置および方向が調節される。把持部１１０は、対象物２を把持するようにアーム制御部２４により把持機構の切り替え、把持動作等が制御される。なお、具体的な把持機構の切り替え制御方法については、図４、５を参照し、後述する。
　（通信部３０）
　通信部３０は、アーム制御部２４がアーム制御を行う前に、読取部１３あるいはカメラ１４によって読み取られた対象物２および棚３の識別情報を生産進捗管理装置５０に送信する。すなわち、通信部３０は、対象物２のロットＩＤおよび棚３の位置情報を生産進捗管理装置５０に通知する。これにより、生産進捗管理装置５０は、アーム制御を行う時点での対象物２のロットＩＤおよび棚３の位置情報を正確に管理することができる。
　通信部３０は、生産進捗管理装置５０に記憶されている対象物２の製品情報を受信する。対象物２の製品情報は、例えば対象物２の種類に応じた形状および材質に関する情報である。
　（制御部２０）
　制御部２０は、情報取得部２１、選択部２２、特定部２３、アーム制御部２４、および搬送車制御部２５を備える。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、各構成要素を制御する。
　情報取得部２１は、読取部１３から対象物２および棚３の識別情報を取得する。情報取得部２１は、対象物２および棚３の識別情報を通信部３０に出力する。なお、情報取得部２１は、カメラ１４からバーコード２ａ、３ａの画像データを取得し、当該画像データから対象物２および棚３の識別情報を生成してもよい。この場合、画像データを取得するカメラによりバーコードまたは二次元コードを読み取ることができるので、別途、バーコードリーダまたは二次元コードリーダを設ける必要がない。
　選択部２２は、通信部３０から対象物２の製品情報を取得し、対象物２の製品情報から対象物２を把持するのに適した把持機構（以下、最適把持機構と称する）を選択する。例えば、選択部２２は、製品情報リストと最適把持機構とのテーブルを有しており、対象物２の製品情報から最適把持機構を選択する。なお、生産進捗管理装置５０が製品情報リストと最適把持機構とのテーブルを有していてもよい。この場合、選択部２２は、通信部３０を介して、生産進捗管理装置５０から最適把持機構を示す情報を取得する。選択部２２は、最適把持機構を示す情報を特定部２３に出力する。
　特定部２３は、画像認識部２３１と把持動作決定部２３２と学習済みモデル記憶部２３３とを備える。特定部２３は、カメラ１４が撮像した対象物２の画像データ、および、選択部２２によって選択された最適把持機構の情報から、最適把持機構による最適な把持動作（以下、最適把持動作と称する）を特定する。特定部２３は、最適把持機構および最適把持動作を示す情報をアーム制御部２４に出力する。
　画像認識部２３１は、カメラ１４から対象物２の画像データを取得する。画像認識部２３１は、公知の画像認識技術を用いて、当該画像データから対象物２全体の配置状態を示す対象物状態データを算出する。この際に、画像認識部２３１は、通信部３０から取得した対象物２の製品情報も考慮して対象物状態データを算出してもよい。この場合、画像認識処理の精度を高めることができるとともに、画像認識処理にかかる時間も低減することができる。画像認識部２３１は、算出した対象物状態データを把持動作決定部２３２に出力する。
　なお、好ましくは、画像認識部２３１に入力される画像データは３次元画像データであるとよい。これにより、画像認識部２３１は、対象物２の３次元の配置状態を認識することができる。一方、画像データは２次元画像データであってもよい。この場合、画像認識部２３１は、通信部３０から取得した対象物２の製品情報に基づいて対象物２の形状情報を取得し、該形状情報と２次元画像データとを組み合わせることによって対象物２の３次元の配置状態を認識することができる。
　把持動作決定部２３２は、画像認識部２３１の算出結果および選択部２２からの最適把持機構の情報に基づいて、最適把持動作を決定する。把持動作決定部２３２は、最適把持機構の情報および最適把持動作を示す情報をアーム制御部２４に出力する。把持動作決定部２３２は、画像認識部２３１によって認識された対象物状態データから、学習済みモデル記憶部２３３に記憶されている学習済みモデルにより最適把持動作を特定してもよい。
　学習済みモデルは、対象物状態データと、最適把持機構による最適把持動作を示すデータとからなる教師データによって学習された学習モデルである。該学習済みモデルは、最適把持機構の情報および対象物状態データが入力されると、最適把持動作を示すデータを出力する。このような学習済みモデルは、例えばニューラルネットワークなどによって実現することが可能である。
　アーム制御部２４は、特定部２３からアーム制御に関する情報を取得し、多関節ロボットアーム１１を制御する。具体的には、アーム制御部２４は、特定部２３から最適把持機構を示す情報を取得する。アーム制御部２４は、複数の把持機構のうち最適把持機構を使用するように把持部１１０を制御する。すなわち、アーム制御部２４は、切替部１１３を駆動させることにより、把持動作を行う把持動作位置Ｐ１（図５参照）に最適把持機構を移動させる。また、アーム制御部２４は、特定部２３から最適把持動作を示す情報を取得する。アーム制御部２４は、最適把持動作を示す情報に基づき、多関節ロボットアーム１１の把持動作を制御する。また、アーム制御部２４は、多関節ロボットアーム１１が備えるカメラ１４および読取部１３の位置および方向を調整する。
　搬送車制御部２５は、無人搬送車４０の動作を制御し、移動ロボット１を所定の地点に移動させる。搬送車制御部２５は、例えば、生産進捗管理装置５０から送信される棚３の位置情報等によって、移動ロボット１を対象物２が載置されている棚３の前まで移動させる。
　（把持部１１０）
　図４は、移動ロボット１の把持部１１０の一例を模式的に示す側面図である。図５は、移動ロボット１の把持部１１０の一例を模式的に示す下面図である。以下、図４、５における把持部１１０の可動端部側を下方、その反対側の上方、矢印Ａ方向を左方、矢印Ｂ方向を右方として説明する。
　図４、５に示すように、把持部１１０は、略円柱形状の本体部の下面１１０ａに切替部１１３を備える。切替部１１３は、把持部１１０内で並進移動するように下面１１０ａに設けられている並進部材である。切替部１１３は、公知の駆動機構により把持部１１０内を並進移動する。例えば、切替部１１３は、駆動部（モータ等）および駆動伝達部（歯車、ベルト等）を備えるアクチュエータにより駆動される。切替部１１３は、例えば略方形の部材である。
　把持部１１０は、切替部１１３の下面の右端部に第１把持機構１１１を、左端部に第２把持機構１１２をそれぞれ備える。第１把持機構１１１は、対象物２を挟んで把持するための１対の爪部を備える把持機構である。第２把持機構１１２は、対象物２を真空吸着可能なバキュームパッドを備える把持機構である。第１把持機構１１１および第２把持機構１１２のバキュームパッドを除く部材は、例えばアルミ材または樹脂等の材質によって構成することにより、把持部１１０の軽量化を実現できる。
　図４の符号４Ａおよび図５の符号５Ａは、第１把持機構１１１が最適把持機構として動作する状態を示す。図４の符号４Ｂおよび図５の符号５Ｂは、把持部１１０が動作を停止している状態を示す。図４の符号４Ｃおよび図５の符号５Ｃは、第２把持機構１１２が最適把持機構として動作する状態を示す。
　図４の符号４Ｂおよび図５の符号５Ｂに示すように、把持部１１０が動作を停止しているとき、切替部１１３は下面１１０ａの中央部に位置する。ここで、アーム制御部２４は、第１把持機構１１１を最適把持機構として使用するように把持部１１０を制御する場合、切替部１１３を左方向（矢印Ａ方向）に移動させる。これにより、図４の符号４Ａおよび図５の符号５Ａに示すように、第１把持機構１１１が把持動作位置Ｐ１に移動する。また、アーム制御部２４は、第２把持機構１１２を最適把持機構として使用するように把持部１１０を制御する場合、切替部１１３を右方向（矢印Ｂ方向）に移動させる。これにより、図４の符号４Ｃおよび図５の符号５Ｃに示すように、第２把持機構１１２が把持動作位置Ｐ１に移動する。
　なお、本実施形態では把持部１１０が２つの把持機構を備える例を示したが、このような例に限られず、把持部１１０が３つ以上の把持機構を備えてもよい。
　把持部１１０内で切替部１１３を並進移動させ、最適把持機構を把持動作位置Ｐ１に移動させる上記構成により、対象物２に応じて迅速に把持機構を切り換えることが可能である。好ましくは、把持動作位置Ｐ１は、動作停止状態における把持部１１０の重心軸の近傍である。これにより、対象物２を動作停止状態における把持部１１０の重心軸の近傍で把持することができるので、対象物２を安定的に把持することができる。
　また、後述する回転部材である切替部２１３を備える把持部２１０と比較して、並進部材である切替部１１３を備える把持部１１０は、切り替えによる把持機構の移動距離を短くすることができる。そのため、把持部２１０と比較して把持部１１０は、内蔵するエアー管または電源配線等を短くすることができる。すなわち、多関節ロボットアーム１１を簡易的な構成にすることができる。
　§３　動作例
　（制御部２０の動作例）
　図６は、移動ロボット１の制御部２０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下では、図６を参照して、移動ロボット１における把持動作の一例について説明する。
　まず、情報取得部２１は、読取部１３から棚３の識別情報を取得する（Ｓ１）。次に、情報取得部２１は、読取部１３から対象物２の識別情報を取得する（Ｓ２）。なお、Ｓ１およびＳ２において、情報取得部２１は、カメラ１４からバーコード２ａ、３ａの画像データを取得し、当該画像データから対象物２および棚３の識別情報を取得してもよい。
　次に、情報取得部２１は、通信部３０を介して、生産進捗管理装置５０に対象物２および棚３の識別情報を送信する。選択部２２は、通信部３０を介して、生産進捗管理装置５０に記憶されている対象物２の製品情報を取得する（Ｓ３）。
　次に、選択部２２は、対象物２の製品情報（形状および材質）から最適把持機構を選択する（Ｓ４）。対象物が例えば、両側から挟み込むことによって把持を行いやすい形状の場合には、第１把持機構１１１が選択され、比較的広い面積の滑らかな平面を有する形状の場合には、第２把持機構１１２が選択される。選択部２２は、最適把持機構を示す情報を特定部２３に出力する。
　次に、画像認識部２３１は、カメラ１４から対象物２の画像データを取得する（Ｓ５）。次に、画像認識部２３１は、当該画像データから対象物２の配置状態を示す対象物状態データを算出する（Ｓ６）。画像認識部２３１は、当該対象物状態データを把持動作決定部２３２に出力する。
　次に、把持動作決定部２３２は、画像認識部２３１の算出結果および選択部２２からの最適把持機構の情報に基づいて、最適把持動作を決定する（Ｓ７）。最適把持動作は、前記したような学習済みモデルに基づいて決定する。特定部２３は、最適把持機構および最適把持動作を示す情報をアーム制御部２４に出力する。
　次に、アーム制御部２４は、特定部２３から最適把持機構および最適把持動作を示す情報を取得する。アーム制御部２４は、複数の把持機構のうち最適把持機構を使用するように把持部１１０を制御する（Ｓ８）。また、アーム制御部２４は、最適把持動作を示す情報に基づき、多関節ロボットアーム１１の把持動作を制御する（Ｓ９）。
　このように、把持部１１０に設けられた切替部１１３により把持機構を切り替えることができるので、従来の取り換え作業を行う必要がない。従って、対象物２に応じて、迅速に把持機構を切り換えることが可能である。
　また、多関節ロボットアーム１１の可動端部に設けられる把持部１１０内において把持機構を移動させることによって、把持機構の切り替えを実現できるので、把持機構の切り替えに必要とされるスペースをコンパクトにすることができる。よって、把持機構の切り替えに伴う周囲環境への干渉を抑制することができる。
　また、把持機構の切り替えは把持部１１０内での移動によって行われるので、多関節ロボットアーム１１の可動端部における最適な位置に使用する把持機構を配置することができる。よって、多関節ロボットアーム１１の剛性や動作の安定性を保つうえで最適な位置に把持機構を配置して使用することができる。
　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
　図７は、本発明の他の実施形態に係る把持部２１０の一例を模式的に示す側面図である。図８は、本発明の他の実施形態に係る把持部２１０の一例を模式的に示す下面図である。把持部２１０は、切替部１１３の代わりに切替部２１３を備える点で、把持部１１０と相違する。
　図７、８に示すように、把持部２１０は、略円柱形状の本体部の下面２１０ａに切替部２１３を備える。切替部２１３は、把持部２１０内で回転移動するように下面２１０ａに設けられている回転部材である。切替部２１３は、下面２１０ａに垂直な所定の軸回りに回転する。切替部２１３は、公知の駆動機構により把持部２１０内を回転移動する。例えば、切替部２１３は、駆動部（モータ等）および駆動伝達部（歯車、ベルト、ベアリング等）を備えるアクチュエータにより駆動される。切替部２１３は、例えば略方形の部材である。
　図７の符号７Ａおよび図８の符号８Ａは、第１把持機構１１１が最適把持機構として動作する状態を示す。図７の符号７Ｂおよび図８の符号８Ｂは、把持部１１０が動作を停止している状態を示す。図７の符号７Ｃおよび図８の符号８Ｃは、第２把持機構１１２が最適把持機構として動作する状態を示す。
　図７の符号７Ｂおよび図８の符号８Ｂに示すように、把持部２１０が動作を停止しているとき、把持部２１０は、切替部２１３の下面の右端部に第１把持機構１１１を、左端部に第２把持機構１１２をそれぞれ備える。ここで、アーム制御部２４は、第１把持機構１１１を最適把持機構として使用するように把持部２１０を制御する場合、切替部２１３を反時計回り（矢印Ｃ回り）に９０度回転させる。これにより、図７の符号７Ａおよび図８の符号８Ａに示すように、第１把持機構１１１が把持動作位置Ｐ２に移動する。また、アーム制御部２４は、第２把持機構１１２を最適把持機構として使用するように把持部２１０を制御する場合、切替部２１３を時計回り（矢印Ｄ回り）に９０度移動させる。これにより、図７の符号７Ｃおよび図８の符号８Ｃに示すように、第２把持機構１１２が把持動作位置Ｐ２に移動する。
　把持部２１０内で切替部２１３を回転移動させ、最適把持機構を把持動作位置Ｐ２に移動させる上記構成により、対象物２に応じて迅速に把持機構を切り換えることが可能である。また、並進部材である切替部１１３を備える把持部１１０と比較して、切替部２１３が把持部１１０の本体部からはみ出ることがない。すなわち、把持部２１０は、把持機構の切り替えに必要とされるスペースをコンパクトにすることができる。よって、把持機構の切り替えに伴う周囲環境への干渉を抑制することができる。
　なお、アーム制御部２４は、把持機構を切り替えるために、把持部２１０内の最適把持機構の位置に応じて可動端部の位置制御を変更させるように多関節ロボットアーム１１を制御してもよい。すなわち、アーム制御部２４は、多関節ロボットアーム１１自体を回転させ、最適把持機構を対象物２を把持することができる位置に移動させてもよい。
　〔ソフトウェアによる実現例〕
　マニピュレータ１０の制御ブロック（特に情報取得部２１、選択部２２、特定部２３、アーム制御部２４、および搬送車制御部２５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
　後者の場合、マニピュレータ１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
　（まとめ）
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマニピュレータは、多関節ロボットアームを備えるマニピュレータであって、前記多関節ロボットアームの可動端部に設けられる、対象物を把持する把持部を備え、前記把持部は、それぞれ単独で対象物を把持可能な複数の把持機構と、複数の前記把持機構のうちいずれか１つを、把持動作を行う把持動作位置に前記把持部内で移動させる切替部と、を備える。
　把持対象となる製品（対象物）の形状によって、把持機構（吸着機構、挟み込み機構など）を適宜切り替える必要がある。従来は把持機構を取り換えるために、把持機構を取り換え場所に移動させ、取り換え作業を行う必要があった。すなわち、把持部に取り付けられている把持機構が対象物に適した把持機構と異なる場合、把持部に取り付けられている把持機構を取り外し、対象物に適した把持機構を取り付ける必要があった。
　上記構成によれば、マニピュレータに設けられた切替部により把持機構を切り替えることができるので、従来の取り換え作業を行う必要がない。従って、対象物に応じて、迅速に把持機構を取り換えることが可能である。
　また、多関節ロボットアームの可動端部に設けられる把持部内において把持機構を移動させることによって、把持機構の切り替えを実現できるので、把持機構の切り替えに必要とされるスペースをコンパクトにすることができる。よって、把持機構の切り替えに伴う周囲環境への干渉を抑制することができる。
　また、把持機構の切り替えは把持部内での移動によって行われるので、多関節ロボットアームの可動端部における最適な位置に使用する把持機構を配置することができる。よって、多関節ロボットアームの剛性や動作の安定性を保つうえで最適な位置に把持機構を配置して使用することができる。
　また、前記マニピュレータは、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した情報に基づき、複数の前記把持機構のうちいずれか１つを選択する選択部と、を備えてもよい。
　上記構成によれば、マニピュレータは、対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報から、対象物に適した把持機構を選択することができる。よって、ユーザから指示されることなく把持機構を選択することが可能となる。
　また、前記マニピュレータは、前記対象物を撮像するカメラと、前記カメラが撮像した対象物の画像データから、前記選択部に選択された把持機構による把持動作を特定する特定部と、を備えてもよい。
　上記構成によれば、マニピュレータに設けられた特定部により把持動作が特定されるので、対象物の形状や向きに応じた最適な把持動作をユーザによる教示なしに実現することができる。
　また、前記特定部は、前記画像データから、前記選択部に選択された把持機構による把持動作を特定するように機械学習された学習済みモデルを備えてもよい。
　上記構成によれば、事前に機械学習により生成された学習済みモデルを用いて把持動作を特定する。よって、事前に教師データとしての画像データを用いて学習させて学習済みモデルを生成しておくことにより、把持動作特定のための複雑なアルゴリズムを用意することなく、広範な種類の画像データに基づいて把持動作を特定することができる。
　また、前記マニピュレータは、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方に設けられているバーコード、二次元コード、またはＲＦＩＤタグを読み取る読取部を備え、前記情報取得部は、前記読取部から前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得してもよい。
　上記構成によれば、バーコード、二次元コード、またはＲＦＩＤタグなどの比較的簡便かつ安価な読取部により、対象物に関する情報を取得することができる。
　また、前記カメラは、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方に設けられているバーコードまたは二次元コードを撮像し、前記情報取得部は、前記カメラが撮像した前記バーコードまたは前記二次元コードの画像データから、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得してもよい。
　上記構成によれば、画像データを取得するカメラによりバーコードまたは二次元コードを読み取ることができるので、別途、バーコードリーダまたは二次元コードリーダを設ける必要がない。よって、構成の簡素化、安価化を実現することができる。
　また、前記切替部は、前記把持機構を並進移動させることによって切替を行ってもよい。上記構成によれば、把持部内で切替部を並進移動させ、最適把持機構を把持動作位置に移動させるといった構成により、対象物に応じて迅速に把持機構を切り換えることが可能である。また、回転部材である切替部を備える把持部と比較して、並進部材である切替部を備える把持部は、切り替えによる把持機構の移動距離を短くすることができる。そのため、把持部は、内蔵するエアー管または電源配線等を短くすることができる。すなわち、多関節ロボットアームを簡易的な構成にすることができる。
　また、前記切替部は、前記把持機構を回転移動させることによって切替を行ってもよい。上記構成によれば、把持部内で切替部を回転移動させ、最適把持機構を把持動作位置に移動させるといった構成により、対象物に応じて迅速に把持機構を切り換えることが可能である。また、並進部材である切替部を備える把持部と比較して、切替部が把持部の本体部からはみ出ることがない。すなわち、把持部は、把持機構の切り替えに必要とされるスペースをコンパクトにすることができる。よって、把持機構の切り替えに伴う周囲環境への干渉を抑制することができる。
　また、本発明の一態様に係る移動ロボットは、前記マニピュレータと、前記マニピュレータを積載する無人搬送車と、を備える。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　移動ロボット
　２　対象物
　３　棚
　２ａ、３ａ　バーコード
　１０　マニピュレータ
　１１　多関節ロボットアーム
　１２　関節部
　１３　読取部
　１４　カメラ
　１５　筐体部
　２０　制御部
　２１　情報取得部
　２２　選択部
　２３　特定部
　２４　アーム制御部
　２５　搬送車制御部
　３０　通信部
　４０　無人搬送車
　５０　生産進捗管理装置
　１１０、２１０　把持部
　１１０ａ、２１０ａ　下面
　１１１　第１把持機構
　１１２　第２把持機構
　１１３、２１３　切替部
　２３１　画像認識部
　２３２　把持動作決定部
　２３３　学習済みモデル記憶部
　Ｐ１、Ｐ２　把持動作位置

Claims (9)

  1. 　多関節ロボットアームを備えるマニピュレータであって、
    　前記多関節ロボットアームの可動端部に設けられる、対象物を把持する把持部を備え、
    　前記把持部は、
    　　それぞれ単独で対象物を把持可能な複数の把持機構と、
    　　複数の前記把持機構のうちいずれか１つを、把持動作を行う把持動作位置に前記把持部内で移動させる切替部と、を備えるマニピュレータ。
  2. 　前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得する情報取得部と、
    　前記情報取得部が取得した情報に基づき、複数の前記把持機構のうちいずれか１つを選択する選択部と、を備える、請求項１に記載のマニピュレータ。
  3. 　前記対象物を撮像するカメラと、
    　前記カメラが撮像した対象物の画像データから、前記選択部に選択された把持機構による把持動作を特定する特定部と、を備える請求項２に記載のマニピュレータ。
  4. 　前記特定部は、前記画像データから、前記選択部に選択された把持機構による把持動作を特定するように機械学習された学習済みモデルを備える、請求項３に記載のマニピュレータ。
  5. 　前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方に設けられているバーコード、二次元コード、またはＲＦＩＤタグを読み取る読取部を備え、
    　前記情報取得部は、前記読取部から前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得する、請求項２から４のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
  6. 　前記カメラは、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方に設けられているバーコードまたは二次元コードを撮像し、
    　前記情報取得部は、前記カメラが撮像した前記バーコードまたは前記二次元コードの画像データから、前記対象物および該対象物を載置する棚の少なくともいずれか一方の情報を取得する、請求項３または４に記載のマニピュレータ。
  7. 　前記切替部は、前記把持機構を並進移動させることによって切替を行う、請求項１から６のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
  8. 　前記切替部は、前記把持機構を回転移動させることによって切替を行う、請求項１から６のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載のマニピュレータと、
    　前記マニピュレータを積載する無人搬送車と、を備える移動ロボット。
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