JP6486114B2

JP6486114B2 - 荷役装置

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Publication number: JP6486114B2
Application number: JP2015007004A
Authority: JP
Inventors: 春菜衛藤; 秀一中本; 小川　昭人; 昭人小川; 隆史園浦; 淳也田中; 渡部　一雄; 一雄渡部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: US20160207195A1; JP2016132521A; US9757858B2

Description

本発明の実施形態は、荷役装置に関する。

物品の荷役作業は重労働であり、近年では人材確保が難しくなっている。このため、デパレタイジングなどの荷下ろし作業の自動化が求められている。荷下ろし作業を行う従来の荷役装置では、一度に広範囲の情報を取得可能な画像センサなどの光学センサが荷下ろし対象の物品を認識するために使用される。しかしながら、物品が複雑な柄を持つ場合、隙間なくぴったりと接触して物品が配置されている場合、紐や張り紙などの障害物が物品のエッジを隠している場合などには、光学センサの特性上、正確な認識を行うことができない。不正確な認識結果に基づいて物品の把持を行うと、把持に失敗することがある。

特開平９−２３９６８２号公報特開２０１０−２４７９５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、物品をより確実に把持することができる荷役装置を提供することである。

一実施形態に係る荷役装置は、把持部、駆動部、物品認識部、把持認識部、判断部及び制御部を備える。把持部は、物品を把持する。駆動部は、前記把持部に接続され、前記把持部を移動させる。物品認識部は、保管領域に配置される前記物品の状態を認識する。把持認識部は、前記把持部の把持状態を認識する。判断部は、前記把持認識部の認識結果に基づいて、前記把持状態が安定か不安定かを判断する。制御部は、前記把持部及び前記駆動部を制御するものであって、前記物品認識部の認識結果に基づいて決定される把持位置で前記把持部が前記物品を把持する第１把持動作を制御し、前記把持状態が不安定と判断された場合に、把持位置を変更した上で前記把持部が前記物品を把持し直す第２把持動作を制御する。

第１の実施形態に係る荷役装置の機械構造を示す側面図。第１の実施形態に係る荷役装置の制御系を示すブロック図。積み山の上面を形成する物品を検出する方法例を示す図。図３に示した検出方法に利用する面選択方法例を示す図。物品認識部が出力する認識結果の一例を示す図。物品認識部が出力する認識結果の他の例を示す図。物品認識部が出力する認識結果のさらに他の例を示す図。把持部に４つの吸盤が設けられる場合において把持認識部が出力する認識結果の一例を示す図。把持部に４つの吸盤が設けられる場合において把持認識部が出力する認識結果の他の例を示す図。把持部に８つの吸盤が設けられる場合において把持認識部が出力する認識結果の一例を示す図。把持部に８つの吸盤が設けられる場合において把持認識部が出力する認識結果の他の例を示す図。第１の実施形態に係る荷役装置の処理手順例を示すフローチャート。第１の実施形態の変形例に係る荷役装置の処理手順例を示すフローチャート。保管領域の一例を示す図。把持部の把持面を示す図。第１の実施形態の変形例に係る第１把持動作の第１例を示すフローチャート。第１の実施形態の変形例に係る第１把持動作の第１例を示すフローチャート。第１の実施形態の変形例に係る第１把持動作の第２例を説明する図。第２の実施形態に係る荷役装置の機械構造を示す側面図。第２の実施形態に係る荷役装置の制御系を示すブロック図。第２の実施形態に係る把持部の把持状態が安定か不安定かを判断する方法例を説明する図。第２の実施形態に係る把持部の把持状態が安定か不安定かを判断する方法例を説明する図。第２の実施形態に係るに係る荷役装置の動作例を示すフローチャート。第３の実施形態に係る荷役装置の機械構造を示す側面図。第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら種々の実施形態を説明する。実施形態は、保管領域から荷下ろし領域に物品を移送する荷役装置に関する。以下の実施形態では、同一の番号を付した要素については同様の動作を行なうものとして、重ねての説明を省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る荷役装置１００の機械構造を概略的に示す側面図であり、図２は、第１の実施形態に係る荷役装置１００の制御系を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、物品１５１が保管領域としてのパレット１５０上に積み重ねられており、荷役装置１００は、上方からアプローチして物品１５１を１つずつ把持し、荷下ろし領域（図示せず）に移送する。荷下ろし領域は、例えば、作業台又はコンベア装置であり得る。パレット１５０上に積み重ねられた物品１５１全体を積み山（stack）とも称する。荷役装置１００は、物品１５１を把持する把持部１０７と、把持部１０７に接続され、把持部１０７を移動させる駆動部１０２と、を備える。

把持部１０７は、吸着により物品１５１を把持する。具体的には、把持部１０７は、図示しない真空ポンプに連結された複数の吸盤（吸着パッドとも称する）１０８を備える。把持部１０７は、吸盤１０８の姿勢を変更するために２つの回転関節を備える。駆動部１０２は、３軸直動機構である。具体的には、駆動部１０２は、ベース１０３と、第１方向に移動可能にベース１０３に支持された直動部１０４と、第２方向に移動可能に直動部１０４に支持された直動部１０５と、第３方向に移動可能に直動部１０５に支持された直動部１０６と、を備える。第１方向、第２方向及び第３方向は互いに直交する。把持部１０７は直動部１０６の端部に配置されている。

なお、図１に示される把持部１０７及び駆動部１０２の構造は一例であり、把持部１０７及び駆動部１０２は、図１に示される構造に限定されない。例えば、把持部１０７は、挟持により物品１５１を把持するものであってもよい。

荷役装置１００は、図２に示すように、物品認識部２０１、把持認識部２０２、判断部２０３及び制御部２０４をさらに備える。判断部２０３及び制御部２０４は、ＩＣ（integrated circuit）やＬＳＩ（large-scale integration）などで構成される演算装置を備えるコンピュータにより実現することができる。

物品認識部２０１は、物品１５１の状態を認識する。物品認識部２０１は、図１に示される画像センサ１１１を備える。画像センサ１１１は、パレット１５０の上方に配置され、図１の例では、駆動部１０２のベース１０３に取り付けられている。画像センサ１１１は、積み山を撮像して画像情報を生成する。画像センサ１１１は、距離センサを搭載し、画像情報とともに距離情報を取得する。物品認識部２０１は、画像センサ１１１によって生成された画像情報及び距離情報に基づいて、物品１５１の状態を認識する。

例えば、物品認識部２０１は、画像情報及び距離情報に基づいて、積み山の上面を形成する１つ又は複数の物品１５１を検出する。図３は、積み山の上面を形成する物品１５１を検出する方法例を示している。図３に示すように、物品認識部２０１は、全体画像（画像情報）から積み山の上面に対応するマスク画像を生成し、全体画像にマスク画像を適用し、その結果得られた画像から輪郭を検出する。マスク画像を生成する処理は、例えば、図４に示す面選択方法を用いて実行することができる。図４に示される面選択方法は、ある範囲の距離情報を抽出し、抽出結果を平均化し、その結果得られた面から所望の面を選択する。物品認識部２０１は、例えば、積み山の上面を形成する各物品１５１の中心位置（検出中心位置とも称する）を認識結果として出力する。認識結果は、積み山の上面を形成する各物品１５１の輪郭に関する情報を含んでいてもよい。検出された輪郭によって定められる面（物品の上面に対応する）を検出面と称する。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、想定される物品認識部２０１の認識結果の例を示す。積み山の上面は同じ形状の１２個の物品により形成されている。図５Ａは、理想的な条件下で画像情報が良好に得られた場合における認識結果を示している。この場合、物品間の境界が正しく認識され、全ての物品が正確に検出されている。点Ｔ１〜Ｔ１２は、積み山の上面を形成する物品の中心位置を示す。

図５Ｂは、物品上面にしわ、柄、汚れがある場合や、物品にコントラストの大きいラベルが貼り付けられている場合に得られる認識結果を示している。この場合、９つの物品が検出され、これらの物品は、実際より小さく、形が不揃いである。図５Ｃは、エッジが硬く尖っている物品が隙間なく並べられている場合に得られる認識結果を示している。この場合、実際の物品間の境界はほとんど認識できず、室内照明による他の無関係な物体の影などが物品間の境界として誤認識されることが想定される。このような誤った認識結果に基づき把持を行うと、物品の重心から離れた位置を持ち上げることになり得る。その場合、物品を持ち上げるにつれて物品の姿勢が傾き、他の積載物品の荷崩れを引き起こし、或いは、移送途中に物品を落下させる可能性がある。他にも、物品と物品の隙間上で吸着を試みたために吸着に失敗するなど、処理を中断せざるを得ない状況が発生しやすい。

なお、物品認識部２０１は、画像センサ１１１に限らず、物品に関する情報を取得可能な他のセンサを使用してもよい。画像センサは、大局的に対象の情報を取得できるため好ましい。

把持認識部２０２は、把持部１０７の把持状態を認識する。把持認識部２０２は、図１に示される複数の圧力センサ１１２を備える。各圧力センサ１１２は、対応する吸盤１０８内に又は対応する吸引系統内に設けられ、対応する吸盤１０８の内部圧力を検出する。把持認識部２０２は、例えば、複数の圧力センサ１１２によって検出された圧力値を認識結果として出力する。圧力センサ１１２は、吸盤１０８に作用する力を検出する力センサの一例である。例えば、圧力センサ１１２に替えて、３軸力センサ又は３つの１軸力センサが各吸盤１０８に設けられていてもよい。

判断部２０３は、把持認識部２０２の認識結果に基づいて、把持部１０７の把持状態が安定（良好）か不安定（不良）かを判断する。図６Ａ及び図６Ｂは、把持部１０７に４つの吸盤１０８が設けられる場合における把持認識部２０２の認識結果の例を示す。図７Ａ及び図７Ｂは、把持部１０７に８つの吸盤１０８が設けられる場合における把持認識部２０２の認識結果の例を示す。図６Ａ及び図７Ａに示される認識結果では、全ての吸盤１０８の圧力が小さい値になっている。図６Ｂ及び図７Ｂに示される認識結果では、圧力が大気圧に近い吸盤１０８と圧力が小さい吸盤１０８とが存在し、圧力値に勾配（空間的な偏り）が生じている。

本実施形態では、各吸盤１０８の圧力が閾値より小さい場合に、その吸盤１０８が吸着に成功していると見なし、各吸盤１０８の圧力が閾値以上である場合に、その吸盤１０８が吸着に失敗していると見なす。判断部２０３は、図６Ａ及び図７Ａに示すように、複数の吸盤１０８の圧力すべてが閾値より小さい場合に、把持状態が安定であると判断する。判断部２０３は、図６Ｂ及び図７Ｂに示すように、吸盤１０８の圧力に空間的な偏りが生じている場合に、把持状態が不安定であると判断する。

なお、把持状態が安定か不安定かを判断する方法は、上述した例に限定されない。例えば、把持状態が安定であると判断する条件は緩和されてもよい。具体的には、多数の（例えば８つの）吸盤１０８が設けられる場合には、一部の（例えば２つの）吸盤１０８の圧力が閾値以上であっても、大部分の（例えば６つの）吸盤１０８の圧力が閾値より小さければ、把持状態が安定であると判断してもよい。

また、必ずしも検出はアナログ値で行う必要はない。デジタル値での検出の場合、センサ数を３以上とするか、吸着試行回数を３回以上する必要がある。

制御部２０４は、駆動部１０２及び把持部１０７を制御する。制御部２０４は、物品認識部２０１の認識結果に基づいて初期把持位置を決定し、決定した初期把持位置で把持部１０７に物品１５１を把持させる。具体的には、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の基準位置（例えば把持面の中心位置）の目標値に設定し、把持部１０７の基準位置が検出中心位置に一致するよう把持部１０７を移動させ、把持部１０７の真空ポンプを作動する。本実施形態では、物品認識部２０１の認識結果に基づいた把持動作を第１把持動作と称する。このとき、把持部１０７の把持状態が安定か不安定かが判断部２０３によって判断される。

把持状態が安定と判断された場合、制御部２０４は、物品１５１の移送を継続する。把持状態が不安定と判断された場合、制御部２０４は、把持位置を変更した上で把持部１０７が物品１５１を把持し直す第２把持動作を制御する。具体的には、制御部２０４は、把持部１０７に物品１５１を解放させ、把持位置を変更した上で把持部１０７に物品１５１を再び把持させる。把持位置を変更する方法は、例えば、新たな把持位置をランダムに決定する方法、把持認識部２０２の認識結果に基づいて新たな把持位置を決定する方法などがある。前者は、計算量が少ないという利点を有する。後者としては、例えば、図６Ｂの矢印に示されるように、圧力が小さい吸盤１０８の方に把持位置をずらす方法が用いられる。ずらす量（オフセット量）は、予め定められていてもよく、検出面のサイズに基づいて決定されてもよい。把持認識部２０２の認識結果に基づいた決定方法は、把持状態を改善できる可能性が高い。第２把持動作は、把持状態が安定と判断されるまで繰り返し制御される。

本実施形態では、把持状態が不安定と判断された場合に把持位置を変更した上で物品を把持し直すことにより、物品の状態を正確に認識できない場合であっても、物品をうまく把持することができる。従って、物品把持の成功率が向上する。その結果、物品をより確実に移送することができる。また、本実施形態では、物品の情報（例えばサイズや形状）を予め登録する必要がない。

次に、本実施形態に係る荷役装置１００の動作について説明する。
図８は、荷役装置１００の処理手順例を概略的に示している。図８に示される処理手順は、積み山の上面を形成する１以上の物品１５１のうちのいずれか１つを把持する一連の処理に対応する。まず、試行回数が１に初期化される。

図８のステップＳ８０１では、物品認識部２０１は物品１５１の状態を認識する。ステップＳ８０２では、駆動部１０２及び把持部１０７は物品認識部２０１の認識結果に基づいて動作する。ステップＳ８０３では、把持部１０７は物品１５１を吸着する。ステップＳ８０４では、制御部２０４は、物品１５１を少し持ち上げるために、把持部１０７を上昇させる。ステップＳ８０５では、判断部２０３は、ｍ個の吸盤１０８の圧力に勾配（空間的な偏り）があるかどうかを判断する。ここで、ｍは２以上の整数である。勾配がない場合、制御部２０４は、物品１５１の移送を継続する。勾配がある場合、ステップＳ８０６に進む。

ステップＳ８０６では、制御部２０４は、ハンドサイズが物品サイズより充分小さいか否かを判定する。一例では、ハンドサイズは把持部１０７の把持面（吸盤１０８が設けられる面）の面積であり、物品サイズは検出面の面積である。他の例では、把持部１０７の把持面の縦と横の寸法が物品１５１の検出面の縦と横の寸法と比較されてもよい。

ハンドサイズが物品サイズと同程度又は大きい場合、把持位置の変更による状況の改善は期待できない。このため、制御部２０４は、把持位置を変更することなく、物品１５１の移送を試みる。具体的には、ステップＳ８１１では、制御部２０４は、物品１５１をもう少し持ち上げるために、把持部１０７を上昇させる。ステップＳ８１２では、制御部２０４は、ｍ個の吸盤１０８の圧力に大きな変化があるかどうかを判断する。圧力に大きな変化がない場合、把持状態が安定している、すなわち、把持成功と見なすことができる。この場合、物品１５１の移送が続けられる。圧力に大きな変化がある場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。

ステップＳ８０６においてハンドサイズが物品サイズより充分小さい場合、ステップＳ８０７に進む。この場合、制御部２０４は、把持位置を変更することが可能であると判断し、第２把持動作を制御する。ステップＳ８０７では、制御部２０４は、物品１５１を一旦置くように駆動部１０２及び把持部１０７を制御する。

ステップＳ８０８では、制御部２０４は、試行回数が予め定めた値Ｌより小さいかどうかを判断する。試行回数が値Ｌより小さい場合、ステップＳ８０９に進む。ステップＳ８０９では、駆動部１０２は、偏りがある方向に（具体的には圧力が小さい吸盤１０８の方へ）把持部１０７を移動させる。ステップＳ８１０では、制御部２０４は、試行回数を１だけインクリメントする。その後、処理手順はステップＳ８０３に戻る。ステップＳ８０８において試行回数が値Ｌに等しい場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。

以上のように、第１の実施形態に係る荷役装置は、把持部の把持状態を認識する把持認識部と、把持状態が安定か不安定かを判断する判断部と、を備え、把持状態が不安定である場合に把持位置を変更した上で物品を把持し直す。これにより、物品把持の成功率を向上することができ、物品をより確実に移送することができる。

［第１の実施形態の変形例］
図９から図１３を参照して、第１の実施形態の変形例に係る荷役装置を説明する。第１の実施形態の変形例に係る荷役装置は、図１及び図２に示される第１の実施形態に係る荷役装置１００と同様の構成を備える。第１の実施形態の変形例に係る荷役装置は、一部の動作が第１の実施形態に係る荷役装置１００と異なる。ここでは、第１の実施形態に係る荷役装置１００と異なる動作について主に説明する。

図９は、第１の実施形態の変形例に係る荷役装置の処理手順例を概略的に示している。図９に示される処理手順は、図８に示される処理手順にステップＳ９０１及びステップＳ９０２の処理を追加したものである。ステップＳ９０１及びステップＳ９０２の処理は、ステップＳ８０３の処理とステップＳ８０４の処理との間に追加される。ステップＳ８０１〜Ｓ８１２の処理は、図８を参照して上述したものと同じであるので、説明を省略する。

図９のステップＳ８０３では、把持部１０７が物品１５１を吸着する。ステップＳ９０１では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。この判定は、例えば、把持認識部２０２の認識結果に基づいて行う。従って、第１の実施形態の変形例に係る第１把持動作では、物品認識部２０１の認識結果とともに把持認識部２０２の認識結果も用いる。

把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、ステップＳ９０２に進む。ステップＳ９０２では、制御部２０４は、把持位置を変更し、把持部１０７を移動させる。その後に、処理手順はステップＳ８０３に戻る。
把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理手順はステップＳ８０４に進む。
ステップＳ９０１及びＳ９０２の処理によって、少なくとも１つの吸盤１０８が物品１５１を吸着する。その結果、物品１５１を持ち上げるステップＳ８０４の処理が失敗することが防止される。

ステップＳ８０３、ステップＳ９０１及びステップＳ９０２による一連の処理について２つの具体例を挙げて説明する。
第１例では、保管領域が３方向に設けられた壁面によって区切られている場合を想定する。具体的には、図１０に示すように、上方から見て「コ」字型の壁面によって規定される空間に物品が積み重ねられる。保管領域を４分割して得られる部分領域を部分領域１〜４とする。この場合、各物品の重心位置は、部分領域１〜４のいずれかに存在する。さらに、図１１に示すように、把持部１０７の把持面の縦と横の寸法をＡ、Ｂとし、吸盤１０８の直径をＤとし、物品１５１の検出面の縦と横の寸法をＥ、Ｆとする。図１１の例では、把持部１０７の把持面の四隅に４つの吸盤１０８が配置されている。図１１において、位置Ｘｃは把持面の中心位置を示し、位置Ｘｌは把持面の左側位置を示し、位置Ｘｒは把持面の右側位置を示し、位置Ｘｂは把持面の奥側位置を示し、位置Ｘ１〜Ｘ４は４つの吸盤１０８の位置を示す。位置Ｘｌは位置Ｘ１と位置Ｘ３との中間に設定されている。位置Ｘｒは位置Ｘ２と位置Ｘ４との中間に設定され、位置Ｘｂは位置Ｘ１と位置Ｘ２との中間に設定されている。制御部２０４は、把持部１０７の幅Ａ、長さＢと吸盤１０８の直径Ｄと物品１５１の幅Ｅ、長さＦとの関係に応じて把持位置を変更する。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、第１例に係るステップＳ８０３、ステップＳ９０１及びステップＳ９０２による一連の処理を示している。図１２ＡのステップＳ１２０１では、物品サイズ（Ｅ×Ｆ）がハンドサイズ（Ａ×Ｂ）より大きいか否かが判断される。物品サイズがハンドサイズより大きい場合、処理手順はステップＳ１２０２に進む。

ステップＳ１２０２では、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の中心位置Ｘｃの目標値に設定し、把持部１０７を移動させる。具体的には、制御部２０４は、把持部１０７の中心位置Ｘｃが検出中心位置に一致するように把持部１０７を移動させる。ステップＳ１２０３では、把持部１０７が物品１５１を把持する。ステップＳ１２０４では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理手順は、図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、ステップＳ１２０７に進む。ステップＳ１２０７では、把持部１０７は物品１５１を解放する。すなわち、制御部２０４が把持部１０７の真空ポンプを停止する。処理手順はステップＳ１２０８に進む。

ステップＳ１２０８では、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の位置Ｘｌの目標値に設定し、把持部１０７を移動させる。ステップＳ１２０９では、把持部１０７が物品１５１を把持する。ステップＳ１２１０では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理手順は、図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、処理手順はステップＳ１２１１に進む。ステップＳ１２１１では、把持部１０７は物品１５１を解放する。処理手順はステップＳ１２１２に進む。

ステップＳ１２１２では、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の位置Ｘｒの目標値に設定し、把持部１０７を移動させる。ステップＳ１２１３では、把持部１０７が物品１５１を把持する。ステップＳ１２１４では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理手順は、図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、処理手順はステップＳ１２１５に進む。ステップＳ１２１５では、把持部１０７は物品１５１を解放する。処理手順は図１２ＢのステップＳ１２１７に進む。

ステップＳ１２１７では、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の位置Ｘｂの目標値に設定し、把持部１０７を移動させる。ステップＳ１２１８では、把持部１０７が物品１５１を把持する。ステップＳ１２１９では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理手順は図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、処理手順はステップＳ１２２０に進む。ステップＳ１２２０では、把持部１０７は物品１５１を解放する。処理手順はステップＳ１２２２に進む。

ステップＳ１２２２では、制御部２０４は、検出中心位置が部分領域１〜４のいずれに存在するかを決定する。検出中心位置が位置する部分領域を部分領域ｋとする。ｋは１、２、３、４のいずれかである。ステップＳ１２２３では、制御部２０４は、検出中心位置を把持部１０７の位置Ｘｋの目標値に設定し、把持部１０７を移動させる。ステップＳ１２２４では、把持部１０７が物品１５１を把持する。ステップＳ１２２５では、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理が終了し、図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、処理手順はステップＳ１２２６に進む。ステップＳ１２２０では、把持部１０７は物品１５１を解放する。この場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。

図１２ＡのステップＳ１２０１において物品サイズがハンドサイズと同じ又はより小さい場合、処理手順はステップＳ１２０５に進む。物品サイズがハンドサイズと同じ又はより小さい場合、把持部１０７は、複数の吸盤１０８の一部を用いて物品１５１を把持する。

ステップＳ１２０５では、制御部２０４は、物品１５１の幅Ｅが把持部１０７の幅の半分より大きい（Ｅ＞Ａ／２）、かつ、物品１５１の長さＦが把持部１０７の長さＢより大きい（Ｆ＞Ｂ）か否かを判断する。Ｅ＞Ａ／２、かつ、Ｆ＞Ｂである場合、処理手順はステップＳ１２０７に進む。ステップＳ１２０７では、制御部２０４は、検出中心位置が保管領域の左側に位置するか否かを判断する。検出中心位置が保管領域の左側に位置する場合、ステップＳ１２０８に進む。この場合、ステップＳ１２０８の次のステップＳ１２０９では、把持部１０７は、左側に配置された２つの吸盤１０８を用いて物品１５１を把持する。検出中心位置が保管領域の右側に位置する場合、ステップＳ１２１２に進む。この場合、ステップＳ１２１２の次のステップＳ１２１３では、把持部１０７は、右側に配置された２つの吸盤１０８を用いて物品１５１を把持する。

ステップＳ１２０５においてＥ＞Ａ／２、かつ、Ｆ＞Ｂを満たさない場合、処理手順は図１２ＢのステップＳ１２１６に進む。ステップＳ１２１６では、制御部２０４は、物品１５１の幅Ｅが把持部１０７の幅より大きい（Ｅ＞Ａ）、かつ、物品１５１の長さＦが把持部１０７の長さＢの半分より大きい（Ｆ＞Ｂ／２）を満たすか否かを判断する。Ｅ＞Ａ、かつ、Ｆ＞Ｂ／２である場合、処理手順はステップＳ１２１７に進む。この場合、ステップＳ１２１７の次のステップＳ１２１８では、把持部１０７は、奥側に配置された２つの吸盤１０８を用いて物品１５１を把持する。Ｅ＞Ａ、かつ、Ｆ＞Ｂ／２を満たさない場合、処理手順はステップＳ１２２１に進む。

ステップＳ１２２１では、制御部２０４は、物品１５１の幅Ｅが吸盤１０８の直径Ｄより大きい（Ｅ＞Ｄ）、かつ、物品１５１の長さＦが吸盤１０８の直径Ｄより大きい（Ｆ＞Ｄ）か否かを判断する。Ｅ＞Ｄ、かつ、Ｆ＞Ｄである場合、処理手順はステップＳ１２２２に進む。この場合、ステップＳ１２２２に後続するステップＳ１２２４では、把持部１０７は、対応する１つの吸盤１０８を用いて物品１５１を把持する。Ｅ＞Ｄ、かつ、Ｆ＞Ｄを満たさない場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。
上述した第１例によれば、把持部１０７が壁面に衝突することを防止しながら、把持部１０７の１以上の吸盤１０８に物品を把持させることができる。

第２例では、物品認識部２０１の認識結果は、複数の把持位置候補を含む。図１３は、物品認識部２０１が複数の把持位置候補を生成する方法例を示している。図１３に示すように、物品認識部２０１は、画像センサ１１１によって得られた画像情報から物品の輪郭を検出する。物品認識部２０１は、検出した輪郭の中心を第１把持位置候補とする。物品認識部２０１は、検出した輪郭の短手方向に沿って輪郭を分割し、その結果得られる２つの領域の中心を第２把持位置候補及び第３把持位置候補とする。物品認識部２０１は、長手方向に沿って輪郭を分割し、その結果得られる２つの領域の中心を第５把持位置候補及び第６把持位置候補とする。物品認識部２０１は、さらなる把持位置候補を得るために、さらなる領域分割を行うことができる。

制御部２０４は、まず、把持部１０７に第１把持位置候補で物品１５１を把持させる。具体的には、制御部２０４は、第１把持位置候補を把持部１０７の基準位置の目標値に設定し、把持部１０７の基準位置が第１把持位置候補に一致するよう把持部１０７を移動させ、把持部１０７に物品１５１を把持させる。続いて、制御部２０４は、１以上の吸盤１０８が把持に成功したかどうかを判断する。把持に成功した吸盤１０８が１以上存在する場合、処理が終了し、図９のステップＳ８０４に進む。把持に成功した吸盤１０８が１つも存在しない場合、制御部２０４は、把持部１０７に第２把持位置候補で物品１５１を把持させる。このようにして、制御部２０４は、１以上の吸盤が把持に成功するまで把持位置を変更する。

ステップＳ８０３、ステップＳ９０１及びステップＳ９０２による一連の処理は、上述した第１例及び第２例を組み合わせて実行してもよい。

以上のように、第１の実施形態の変形例に係る荷役装置によれば、少なくとも１つの吸盤１０８が物品１５１を吸着する処理を追加することにより、物品把持の成功率をより向上することができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、把持部に設けられた圧力センサを用いて把持部の把持状態が安定か不安定かを判断する例を説明している。第２の実施形態では、画像センサを利用して把持部の把持状態が安定か不安定かを判断する例を説明する。

図１４は、第２の実施形態に係る荷役装置１４００の機械構造を概略的に示す側面図であり、図１５は、第２の実施形態に係る荷役装置１４００の制御系を概略的に示すブロック図である。荷役装置１４００は、図１４に示すように、物品を把持する把持部１０７と、把持部１０７を支持し、把持部１０７を移動させる駆動部１０２と、を備える。荷役装置１４００は、図１５に示すように、物品認識部１５０１、判断部１５０３及び制御部１５０４をさらに備える。

物品認識部１５０１は、物品の状態を認識する。物品認識部１５０１は、図１３に示される画像センサ１１１を備える。画像センサ１１１は、パレット１５０の上方に配置されている。画像センサ１１１は、積み山を撮像して画像情報を生成する。画像センサ１１１は、距離センサを搭載し、画像情報とともに距離情報を取得する。物品認識部１５０１は、画像センサ１１１によって生成された画像情報及び距離情報に基づいて、物品１５１の状態を認識する。物品認識部１５０１は、積み山の上面を形成する各物品の輪郭及び中心位置を認識結果として出力する。

画像センサ１１１は、把持部１０７が物品１５１の把持を試みて物品１５１を少し持ち上げた状態で積み山を再び撮像する。以下では、把持部１０７が物品１５１を把持する前に物品認識部１５０１が出力する認識結果を第１認識結果と称し、把持部１０７が物品１５１を持ち上げた状態で物品認識部１５０１が出力する認識結果を第２認識結果と称する。

判断部１５０３は、第１認識結果及び第２認識結果に基づいて、把持部１０７の把持状態が安定か不安定かを判断する。図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して、把持部１０７の把持状態が安定か不安定かを判断する方法例を説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、位置Ａ１は、第１認識結果に含まれる物品１５１の検出中心位置を示し、位置Ａ２は、第２認識結果に含まれる物品１５１の検出中心位置を示す。図１６Ａに示すように、判断部１５０３は、位置Ａ１と位置Ａ２との間の距離（位置Ａ１と位置Ａ２との差の絶対値）ｄが予め定めた閾値ｄ０より小さい場合に、把持状態が安定であると判断する。図１６Ｂに示すように、判断部１５０３は、距離ｄが閾値ｄ０以上である場合に、把持状態が不安定であると判断する。

制御部１５０４は、駆動部１０２及び把持部１０７を制御する。制御部１５０４は、物品認識部１５０１の第１認識結果に基づいて初期把持位置を決定し、決定した初期把持位置で把持部１０７に物品１５１を把持させる。具体的には、制御部１５０４は、検出中心位置を把持部１０７の基準位置の目標値に設定し、把持部１０７の基準位置が検出中心位置に一致するよう把持部１０７を移動させ、把持部１０７の真空ポンプを作動させる。本実施形態では、物品認識部１５０１の第１認識結果に基づいた把持処理を第１把持動作と称する。このとき、把持部１０７の把持状態が安定か不安定かが判断部１５０３によって判断される。把持状態が安定と判断された場合、制御部１５０４は、物品１５１の移送を継続する。把持状態が不安定と判断された場合、制御部１５０４は、把持部１０７に物品１５１を解放させ、把持位置を変更した上で把持部１０７に物品１５１を再び把持させる。このような第２把持動作は、把持状態が安定と判断されるまで繰り返される。

本実施形態では、把持状態が不安定と判断された場合に把持位置を変更した上で物品を把持し直すことにより、物品把持の成功率を向上することができる。さらに、本実施形態は、把持部１０７の把持状態を認識するために専用のセンサ（例えば第１の実施形態に係る圧力センサ）を設ける必要がなく、第１の実施形態よりも低コスト化を図ることができる。ただし、把持部１０７が物品１５１を把持した状態で取得した画像情報から物品１５１の状態を認識できるように、把持部１０７を物品１５１に対して充分小さくする必要がある。

次に、本実施形態に係る荷役装置１４００の動作について説明する。
図１７は、荷役装置１４００の処理手順例を概略的に示している。まず、試行回数が１に初期化される。図１７のステップＳ８０１では、物品認識部１５０１は、物品の状態を認識し、第１認識結果を出力する。ステップＳ１７０２では、駆動部１０２及び把持部１０７は第１認識結果に基づいて動作する。ステップＳ８０３では、把持部１０７は物品１５１を吸着する。ステップＳ８０４では、制御部１５０４は、物品１５１を少し持ち上げるために、把持部１０７を上昇させる。物品認識部１５０１は、物品１５１の状態を認識し、第２認識結果を出力する。ステップＳ１３０５では、判断部１５０３は、現在の目標位置と第２認識結果による物品１５１の中心位置との差分（具体的には上述した距離ｄ）が閾値以上であるかどうかを判断する。ここで、ｍは２以上の整数である。差分が閾値より小さい場合、制御部１５０４は、物品１５１の移送を継続する。差分が閾値以上である場合、ステップＳ８０６に進む。

ステップＳ８０６では、制御部１５０４は、ハンドサイズが物品サイズより充分小さいか否かを判定する。ハンドサイズが物品サイズと同程度又は大きい場合、ステップＳ８１１に進む。ステップＳ８１１では、制御部１５０４は、物品１５１をもう少し持ち上げるために、把持部１０７をさらに上昇させる。把持部１０７の上昇中に、物品認識部１５０１は、物品１５１の状態を随時に認識する。ステップＳ１７１２では、制御部１５０４は、第２認識結果に大きな変化があるかどうかを判断する。具体的には、制御部１５０４は、物品１５１の検出面が時間とともに大きく変化するかどうかを判断する。第２認識結果に大きな変化がある場合、制御部１５０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。第２認識結果に大きな変化がない場合、制御部１５０４は、物品１５１の移送を継続する。

ステップＳ８０６においてハンドサイズが物品サイズより充分小さい場合、ステップＳ８０７に進む。ステップＳ８０７では、制御部１５０４は、物品を一旦置くように把持部１０７及び駆動部１０２を制御する。

ステップＳ８０８では、制御部１５０４は、試行回数が予め定めた値Ｌより小さいかどうかを判断する。試行回数が値Ｌより小さい場合、ステップＳ１７０９に進む。ステップＳ１７０９では、制御部１５０４は、ステップＳ８０４の後に取得された第２認識結果に基づいて把持位置を決定し、把持部１０７に決定した把持位置で物品１５１を把持させる。具体的には、制御部１５０４は、第２検出結果に含まれる物品１５１の中心位置を目標位置に設定し、把持部１０７の基準位置が目標位置に一致するように、把持部１０７を移動させる。ステップＳ８１０では、制御部１５０４は、試行回数を１だけインクリメントする。その後、処理はステップＳ８０３に戻る。ステップＳ８０８において試行回数が値Ｌに等しい場合、制御部１５０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。

以上のように、第２の実施形態に係る荷役装置によれば、第１の実施形態に説明したものと同様の効果を得ることができる。さらに、把持部の把持状態を認識するために専用のセンサを設ける必要がなく、第１の実施形態よりも低コスト化を図ることができる。

なお、把持部の把持状態をより正確に認識するために、別の画像センサが把持部１０７に設けられてもよい。この場合、物品認識部１５０１は、把持部１０７が把持を試みる前は、パレット１５０の上方に設けられた画像センサ１１１で認識を行い、把持部１０７が物品１５１を把持した状態では、把持部１０７に設けられた画像センサで認識を行う。把持部１０７に設けられた画像センサで認識を行うことにより、近接して撮像することができ、高解像度の画像情報を得ることができる。

さらに、第２の実施形態に係る処理手順（図１７）に、第１の実施形態の変形例に関して説明した処理（具体的には、図９に示されるステップＳ９０１及びＳ９０２の処理）が追加されてもよい。

［第３の実施形態］
第１の実施形態及び第２の実施形態では、物品の上方から物品にアクセスする場合を説明している。第３の実施形態では、物品の側方から物品にアクセスする場合について説明する。

図１８は、第３の実施形態に係る荷役装置１８００の機械構造を概略的に示している。図１８に示すように、物品１５１が保管領域としてのパレット１５０上に積み重ねられており、荷役装置１８００は、側方からアプローチして物品１５１を１つずつ把持し、荷下ろし場所（図示せず）に移送する。

荷役装置１８００は、第１の実施形態に係る荷役装置１００（図１及び図２）と同様の構成を有する。すなわち、荷役装置１８００は、把持部１０７、駆動部１０２、画像センサ１１１を含む物品認識部２０１、圧力センサ１１２を含む把持認識部２０２、判断部２０３及び制御部２０４を備える。第３の実施形態では、把持部１０７が側方からのアクセスに適した形態に変更されていること、画像センサ１１１が積み山の側面を撮像可能な位置に配置されていることが、第１の実施形態と異なる。具体的には、本実施形態では、吸盤１０８が物品１５１の側面に向くように配置され、画像センサ１１１が駆動部１０２の直動部１０６に取り付けられている。

次に、本実施形態に係る荷役装置１８００の動作について説明する。
図１９は、荷役装置１８００の動作例を概略的に示している。まず、試行回数が１に初期化される。図１９のステップＳ８０１では、物品認識部２０１は、物品１５１の状態を認識する。ステップＳ８０２では、駆動部１０２及び把持部１０７は、物品認識部２０１の認識結果に基づいて動作する。ステップＳ８０３では、把持部１０７は物品１５１を吸着する。ステップＳ８０４では、制御部２０４は、物品１５１を少し引き出すために、把持部１０７を水平に移動させる。ステップＳ８０５では、判断部２０３は、ｍ個の吸盤１０８の圧力に勾配（空間的な偏り）があるかどうかを判断する。ここで、ｍは２以上の整数である。勾配がない場合、制御部２０４は、物品１５１の移送を継続する。勾配がある場合、ステップＳ８０６に進む。

ステップＳ８０６では、制御部２０４は、ハンドサイズが物品サイズより充分小さいか否かを判定する。ハンドサイズが物品サイズと同程度又は大きい場合、ステップＳ１９１１に進む。ステップＳ１９１１では、駆動部１０２は、物品１５１をもう少し引き出すために、把持部１０７を水平方向にさらに移動させる。ステップＳ８１２では、制御部２０４は、ｍ個の吸盤１０８の圧力に大きな変化があるかどうかを判断する。圧力に大きな変化がない場合、把持状態が安定している、すなわち、把持成功と見なすことができる。この場合、物品１５１の移送が続けられる。圧力に大きな変化がある場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品１５１の移送を終了する。

ステップＳ８０６において把持部１０７のサイズが物品のサイズより充分小さい場合、ステップＳ１９０７に進む。ステップＳ１９０７では、制御部２０４は、物品１５１を一旦押し戻すように駆動部１０２及び把持部１０７を制御する。なお、制御部２０４は、物品を単に解放するように駆動部１０２及び把持部１０７を制御してもよい。

ステップＳ８０８では、制御部２０４は、試行回数が予め定めた値Ｌより小さいかどうかを判断する。試行回数が値Ｌより小さい場合、ステップＳ８０９に進む。ステップＳ８０９では、制御部２０４は、偏りがある方向に把持部１０７を移動させる。ステップＳ８１０では、制御部２０４は、試行回数を１だけインクリメントする。その後、処理はステップＳ８０３に戻る。ステップＳ８０８において試行回数が値Ｌに等しい場合、制御部２０４は、把持失敗と判断し、物品の移送を終了する。

以上のように、第３の実施形態に係る荷役装置によれば、第１の実施形態に説明したものと同様の効果を得ることができる。

なお、第３の実施形態に係る処理手順（図１９）に、第１の実施形態の変形例に関して説明した処理（具体的には、図９に示されるステップＳ９０１及びＳ９０２の処理）が追加されてもよい。

また、物品の側方から物品にアクセスする実施形態においても、第２の実施形態のように、把持状態の判断に、圧力センサに代えて画像センサを利用してもよい。その場合、把持状態の判断に用いる画像センサは、画像センサ１１１であってもよく、画像センサ１１１と別の画像センサであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…荷役装置、１０２…駆動部、１０３…ベース、１０４，１０５，１０６…直動部、１０７…把持部、１０８…吸盤、１１１…画像センサ、１１２…圧力センサ、１５０…パレット、１５１…物品、２０１…物品認識部、２０２…把持認識部、２０３…判断部、２０４…制御部、１４００…荷役装置、１５０１…物品認識部、１５０３…判断部、１５０３…判断部、１８００…荷役装置。

Claims

物品を把持する把持部と、
前記把持部に接続され、前記把持部を移動させる駆動部と、
保管領域に配置される前記物品の状態を認識する物品認識部と、
前記把持部の把持状態を認識する把持認識部と、
前記把持認識部の認識結果に基づいて、前記把持状態が安定か不安定かを判断する判断部と、
前記把持部及び前記駆動部を制御する制御部であって、前記物品認識部の認識結果に基づいて決定される第１把持位置で前記把持部が前記物品を把持する第１把持動作を制御し、前記把持状態が不安定と判断された場合に、前記把持認識部の認識結果に基づいて第２把持位置を決定し、前記第２把持位置で前記把持部が前記物品を把持し直す第２把持動作を制御する制御部と、
を具備する荷役装置。
前記制御部は、前記把持状態が安定と判断されるまで、前記第２把持動作を繰り返し制御する、請求項１に記載の荷役装置。
前記把持部は、複数の吸盤を備え、
前記把持認識部は、前記複数の吸盤それぞれに作用する力を検出する複数の力センサを備え、
前記把持認識部の認識結果は、前記複数の力センサの出力値を含む、請求項１に記載の荷役装置。
物品を把持する把持部と、
前記把持部に接続され、前記把持部を移動させる駆動部と、
保管領域に配置される前記物品の状態を認識する物品認識部と、
前記把持部の把持状態を認識する把持認識部と、
前記把持認識部の認識結果に基づいて、前記把持状態が安定か不安定かを判断する判断部と、
前記把持部及び前記駆動部を制御する制御部であって、前記物品認識部の認識結果に基づいて決定される把持位置で前記把持部が前記物品を把持する第１把持動作を制御し、前記把持状態が不安定と判断された場合に、把持位置を変更した上で前記把持部が前記物品を把持し直す第２把持動作を制御する制御部と、
を具備し、
前記物品認識部の認識結果は、第１把持位置候補及び第２把持位置候補を含む複数の把持位置候補を含み、
前記把持部は、複数の吸盤を備え、
前記把持部が前記第１把持位置候補で前記物品を把持する際に前記複数の吸盤すべてが把持に失敗した場合、前記制御部は、前記把持部に前記第２把持位置候補で前記物品を把持させる、荷役装置。