JP5331625B2 - 搬送ハンド及び搬送ロボット - Google Patents

Description

本発明は、画像認識によって得られた物品の３次元位置情報に基づいて、その物品を搬送する搬送ロボット及びこの搬送ロボットに用いられる搬送ハンドに関するものである。

物品搬送装置に用いられる搬送ロボットとしては、特許文献１に示すように、予め定められた動作手順により制御（ティーチング制御）されるものが主流である。

そして、近年では、例えば特許文献２に示すように、画像処理によって物品の３次元位置情報を取得し、その３次元位置情報に基づいて搬送ロボットを制御して、物品を挟持して搬送するものが考えられている。

しかしながら、画像認識により３次元位置情報を取得する場合には、一般に搬送ハンドが昇降移動するＺ軸方向（高さ方向）の位置精度が悪く、搬送ハンドにより物品を確実に挟持することができない、又は搬送ハンドが載置台に接触してしまい搬送ハンドが破損してしまうという問題がある。

また、画像認識後に物品が動く等により、画像認識により取得した位置情報と、実際の物品の位置とが異なる場合には、搬送ハンドと物品とが接触してしまい物品又は搬送ハンドが破損してしまうという問題もある。

さらに、例えば壁に立て掛けられた状態等のように傾いた状態の物品を挟持する場合には、搬送ハンドの指のいずれかが載置面又は壁の一方に先に接触してしまい、それ以上移動することができず、物品を挟持することができない又は物品の挟持が不十分になってしまうという問題がある。

特開２００５−５６０８号公報 特開２００６−１３０５８０号公報

そこで本発明は、画像認識によるＺ軸方向の位置情報に誤差がある場合であっても、搬送ハンド又は物品の損傷を防止するだけでなく、確実に物品を挟持することができ、搬送中に物品の姿勢を崩すことなく安全に搬送できる搬送ハンドを提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る搬送ハンドは、画像認識によって得られた物品の３次元位置情報に基づいてその物品を搬送する搬送ロボットに用いられ、ハンド本体に設けられた複数の挟持体の間隔を拡縮することによって物品を挟持又は解放する搬送ハンドであって、前記挟持体が、前記ハンド本体に設けられ、物品を挟持する挟持方向に沿ってスライド移動する挟持体本体と、前記挟持体本体に挟持方向に略直交する方向に沿ってスライド移動可能にがたつきをもって収容される可動部と、前記挟持体本体及び前記可動部の間に介在して設けられ、前記可動部を開放方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記物品を挟持した状態において、前記可動部が、がたつきにより前記挟持体本体に対して傾いて前記挟持体本体の挟持方向の内面と接触して前記挟持体本体に対して固定され、物品を開放した状態において、前記付勢部材が、前記可動部を前記収容部の挟持方向の内面から離間させることにより、前記挟持体本体に対する前記可動部の固定を解除するものであることを特徴とする。

このようなものであれば、挟持体が挟持体本体及び可動部を備えて伸縮するので、画像認識によるＺ軸方向の位置精度が悪く可動部が載置面に接触しても可動部が挟持体本体に対してスライド移動し、載置面との接触の衝撃を緩和して搬送ハンドの故障を防ぐことができる。また、画像認識の前後による物品の位置変化等により搬送ハンドが物品に接触しても可動部が挟持体本体に対してスライド移動するので、搬送ハンド及び物品を損傷することも防止することができる。さらに、挟持体本体が縮んだ状態で物品を挟持した際に可動部が挟持体本体に対して固定されているので、物品を挟持した後に可動部が挟持体本体に対してスライド移動して挟持した物品のバランスが崩れて落下してしまう等の問題も解決することができる。その上、可動部が挟持体本体に対してスライド移動するように構成されているので、画像認識によりＺ軸方向の位置精度が悪い場合であっても、画像認識により得られたＺ軸方向に所定値を加えた値に搬送ハンドを移動させるようにすれば、画像認識によるＺ軸方向の位置精度に関係なく物品を確実に挟持することができる。

挟持体本体に対する可動部の固定を一層確実にするためには、挟持体本体の挟持方向の内面に、前記可動部のスライド移動を防止するスライド防止構造が形成されていることが望ましい。このとき、スライド防止構造としては、例えば挟持方向の内面に形成された凹凸であっても良いし、粘着性を有する部材を設けることによって構成しても良い。

物品の解放後などにおいて、挟持体本体に対して可動部を押し出し易くするためには、前記可動部を前記挟持体本体の先端側に付勢する付勢部材をさらに備えていることが望ましい。

物品の解放後などにおいて、挟持体本体に対して可動部を押し出しやすくするとともに、構成の簡単化及び部品点数の削減を図るためには、前記付勢部材が、前記可動部を開放方向に付勢するとともに、前記挟持体本体の先端側に付勢するように配置されていることが望ましい。

付勢部材が挟持体本体の解放方向に付勢するものであり、物品を挟持していない状態では、可動部が挟持体本体の解放方向の内面に接触した状態となり得る。このとき、可動部を挟持体本体に対してスライド移動し易くするためには、前記挟持体本体の解放方向の内面に、前記可動部がスライド自在に接触するスライド許容構造が形成されていることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、挟持体本体及び可動部の間のがたつきを積極的に利用して、画像認識によるＺ軸方向の位置情報に誤差がある場合であっても、搬送ハンド及び物品の損傷を防止するだけでなく、確実に物品を挟持することができ、搬送中に物品の姿勢を崩すことなく安全に搬送できる搬送ハンドを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る物品搬送装置の構成を示す模式図である。 搬送ハンドの構成を示す模式図である。 物品を挟持した状態における図２中の左側の挟持体の模式的断面図である。 物品を挟持していない状態における図２中の左側の挟持体の模式的断面図である。 可動部の変形例を示す図である。 挟持体の変形例を示す図である。 挟持体の変形例を示す図である。

以下に本発明に係る物品搬送装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る物品搬送装置１００は、図１に示すように、例えば上部に開口を有する箱体Ｃに収容された複数の物品Ｗの画像を取得する撮像部２００と、当該撮像部２００により得られた画像データを処理して画像認識する画像認識部３００と、前記箱体Ｃに収容された物品Ｗを搬送するための搬送ロボット４００と、前記画像認識部３００により得られた画像認識データから物品の３次元位置情報を取得し、前記搬送ロボットを制御するＣＰＵ、メモリ等を有する制御部５００と、を備えている。なお、本実施形態の物品Ｗは、概略直方体形状をなすものであるが、これに限られない。

なお、画像認識方法としては、例えば撮像部２００が１つであって物品Ｗの形状が予め分かっている場合には透視ひずみ法が用いられる。その他、２つの撮像部２００を用いたステレオ法、又はレーザ切断法など種々の方法を用いることもできる。

本実施形態の搬送ロボット４００は多関節型搬送ロボットであり、少なくともＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に自由度を有する多関節を有する搬送アーム２と、当該搬送アーム２の先端に固定される搬送ハンド３と、を備えている。なお搬送ロボット４００は、直交ロボット又はスラカロボット等を用いても良い。この搬送アーム２は、制御部５００からの制御信号により、搬送ハンド３の中心軸Ｌと物品Ｗの上面の中心とが一致して、その上面の垂直方向に沿って昇降移動するように搬送ハンド３を移動させる。

しかして本実施形態の搬送ハンド３は、図２に示すように、ハンド本体４に設けられた複数の挟持体５の間隔を拡縮することによって物品Ｗを挟持又は解放するものである。

ハンド本体４は、概略直方体形状をなすものであり、その下面に複数の挟持体５が延設されており、その挟持体５を拡縮移動させるためのレール（不図示）と、当該レール上で挟持体５をスライド移動させるための駆動機構（不図示）と、を備えている。なお、本実施形態ではハンド本体４の上面に搬送アーム２が接続される。

挟持体５は、ハンド本体４の下面に設けられ、物品Ｗを挟持する挟持方向（図２の矢印Ａに示す内向き方向）に沿ってスライド移動する挟持体本体５１と、その挟持体本体５１に挟持方向に略直交する方向（Ｚ軸方向）に沿ってスライド移動可能にがたつきをもって収容される可動部５２と、挟持体本体５１及び可動部５２の間に介在して設けられ、可動部５２を解放方向（図２の矢印Ｂに示す外向き方向）に付勢する付勢部材５３と、を備えている。

挟持体本体５１は、ハンド本体４に垂直に延設された概略直方体形状をなす中空箱体であり、下部に開口を有しこの開口から可動部５２が下方に延設されている。また、挟持体本体５１の側壁には、後述する可動部５２の突起５２Ｐがスライドするスライド長孔５１Ｈが形成されている。このスライド長孔５１Ｈは、可動部５２の移動範囲を規定するものである。

可動部５２は、概略平板状をなし挟持面が平面状をなすものである。また、可動部５２は、挟持体本体５１内に収容されて当該挟持体本体５１の軸方向（挟持方向Ａに略直交する方向）に沿ってスライド移動する。この可動部５２は、挟持体本体５１内にがたつきをもって収容されており、物品Ｗを挟持した状態（図３参照）と、物品Ｗを挟持していない状態（図４参照）とで挟持体本体５１に対する姿勢が異なる。可動部５２の各状態については後述する。なお、可動部５２の側面には、図２に示すように、挟持体本体５１に形成されたスライド長孔５１Ｈに係合して可動部５２を案内するための突起５２Ｐが設けられている。この突起５２Ｐは、スライド長孔５１Ｈにがたつきをもって係合している。

付勢部材５３は、可動部５２に対して解放方向Ｂに弾性力を付勢するとともに、挟持体本体５１の先端側（図２等においてＺ軸方向下向き）に弾性力を付勢するように配置された弾性部材である。具体的には、弾性部材であるスプリング５３が、可動部５２のスライド方向（Ｚ軸方向）に対して傾斜して設けられており、その一端が、挟持体本体５１の下端部の解放方向側に接続され、他端が、可動部５２の突起５２Ｐに接続されている。

しかして本実施形態では、図３及び図４に示すように、挟持体本体５１の挟持方向の内面５１ａにはスライド防止構造５１１が設けられ、挟持体本体５１の解放方向の内面５１ｂにはスライド許容構造５１２が設けられている。

スライド防止構造５１１は、物品Ｗを挟持した状態において可動部５２の挟持体本体５１に対するＺ軸方向のスライド移動を防止するものであり、図３等に示すように、挟持体本体５１の挟持方向の内面５１ａに形成された凹凸である。詳細には、スライド防止構造５１１は断面概略鋸歯状をなす凹凸である。なお、スライド防止構造５１１としては、物品Ｗを挟持した際に物品Ｗから受ける鉛直方向の力、弾性部材５３から受ける鉛直方向の弾性力、及び可動部５２にかかる重力によって可動部５２がスライド移動しない程度の摩擦係数を有する構造であれば良い。スライド防止構造５１１としては、凹凸形状の他に、粘着性を有する部材を用いて構成しても良い。

スライド許容構造５１２は、物品Ｗを開放した状態（弾性部材５３により可動部５２が挟持体本体５１の解放方向内面５１ｂに接触した状態）において可動部５２の挟持体本体５１に対するＺ軸方向のスライド移動を許容するものであり、スライド防止構造５１１よりも摩擦係数が小さく、例えば表面処理によって滑り易くすることにより構成されている。なお、解放方向の内面５１ｂ上に回転自在に設けられた複数のローラによって構成しても良い。このとき各ローラの回転軸は、可動部５２のスライド方向に略直交するように設けられている。

図３に示すように物品Ｗを挟持した状態で、可動部５２は、物品Ｗから解放方向Ｂを向く力を受ける。これにより可動部５２は、挟持体本体５１内のがたつきにより所定位置を回転中心として回転し、可動部５２の挟持体本体５１に収容されている部分は、挟持方向Ａに向かって移動し、可動部５２は挟持体本体５１の中心軸Ｃに対して挟持方向側に傾く。これにより可動部５２の上端部は挟持体本体５１の挟持方向内面５１ａのスライド防止構造５１１に接触する。これにより、可動部５２が挟持体本体５１に対してスライド移動しないように固定される。

一方で、図４に示すように物品Ｗを挟持していない状態で、可動部５２の挟持体本体５１に収容されている部分は、弾性部材５３から解放方向Ｂを向く力を受ける。これにより可動部５２は、挟持体本体５１内のがたつきにより所定位置を回転中心として回転し、中心軸Ｃに対して解放方向側に傾く。これにより可動部５２の上端部は、スライド防止構造５１１から離間すると共に、スライド許容構造５１２に接触する。また、可動部５２は、弾性部材５３から挟持方向Ａに略直交する方向（鉛直方向下向き）を向く力を受け、可動部５２は挟持体本体５１から下方にスライド移動して延び出る。なお、可動部５２が伸び出る範囲は、前述したスライド長孔５１Ｈの下面に可動部５２に設けた突起５２Ｐが接触するまでである。

このように構成した物品搬送装置１００の動作について説明する。
制御部５００は、画像認識部３００により得られた物品Ｗの３次元位置情報と、搬送ハンド３の位置情報とを比較して、搬送ハンド３を物品Ｗまで移動するように搬送アーム２を制御する。このとき、物品Ｗ上面に垂直な高さ方向に関しては、物品Ｗと搬送ハンド３との高さ方向の距離に所定値を加えた値を移動距離として、搬送アーム２を制御する。ここで所定値とは、画像認識による高さ方向の位置情報の精度誤差の範囲であり、例えば１ｃｍ程度である。これにより画像認識による物品Ｗの高さ方向の位置に誤差が生じている場合であっても、確実に搬送ハンド３を高さ方向に対して物品Ｗまで移動させることができる。このように制御された搬送ハンド３は、物品Ｗの載置面に接触する。このとき搬送ハンド３の挟持体５は可動部５２により伸縮移動するので、載置面に接触しても搬送ハンド３が損傷することはない。また、物品Ｗに接触しても搬送ハンド３及び物品Ｗが損傷することが無い。

なお、挟持体本体５１内に接触センサ等を設け、可動部５２が挿入される上限を定めておき、搬送ハンド３を下げすぎた場合を検出するようにしても良い。これにより搬送ハンド３の故障を防止することができる。また、制御部５００は、接触センサからの検出信号を受信して、搬送ハンド３を下げすぎた場合には、エラーと判断して再度画像認識により３次元位置情報を取得し、搬送ロボット２を制御する。

上記のように移動された搬送ハンド３により物品Ｗを挟持すると、可動部５２が挟持体本体５１に対して傾き、スライド防止構造５１１により可動部５２が挟持体本体５１に対して固定される。これにより、挟持後搬送中に可動部５２が挟持体本体５１に対してスライドすることを防止し、物品Ｗが落下してしまうことを防止できる。搬送後物品Ｗを解放した後には、可動部５２はスプリング５３によりスライド防止構造５１１から離間して挟持体本体５１に対する固定が解除される。同時に、可動部５２はスライド許容構造５１２に接触すると共に、重力及びスプリング５３の弾性力によって挟持体本体５１の先端側に移動する。つまり可動部５２が挟持体本体５１から伸び出る。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る物品搬送装置１００によれば、挟持体５が挟持体本体５１及び可動部５２からなり伸縮するので、画像認識によるＺ軸方向の位置精度が悪く可動部５２が載置面に接触しても可動部５２が挟持体本体５１に対してスライド移動するので、載置面との接触の衝撃を緩和して搬送ハンド３の故障を防ぐことができる。

また、画像認識の前後による物品Ｗの位置変化により搬送ハンド３が物品Ｗに接触しても可動部５２が挟持体本体５１に対してスライド移動するので、搬送ハンド３及び物品Ｗを損傷することも防止することができる。

さらに、挟持体５が縮んだ状態で物品Ｗを挟持した場合においては、可動部５２が挟持体本体５１に対して固定されているので、搬送中に物品Ｗの姿勢が変化せず、物品Ｗを挟持した後に可動部５２が挟持体本体５１に対してスライド移動することを防止し、挟持した物品Ｗのバランスが崩れて落下してしまう等の問題も解決することができる。

その上、可動部５２が挟持体本体５１に対してスライド移動するように構成されているので、画像認識によりＺ軸方向の位置精度が悪い場合であっても、画像認識により得られたＺ軸方向に所定値を加えた値に搬送ハンド３を移動させるようにすれば、画像認識によるＺ軸方向の位置精度に関係なく物品Ｗを確実に挟持することができるだけでなく、挟持後において可動部５２が挟持体本体５１に固定されるので、物品Ｗの姿勢を変化させることなく搬送することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、図５に示すように、可動部５２の挟持面に複数の収容部５２１を設け、当該収容部５２１に挟持方向に沿って進退移動可能な複数の突起片５２２を設けるようにしても良い。この突起片５２２は、収容部５２１に対してがたつきをもって収容されており、その後端部はスプリング５２３により先端側に付勢されている。また、収容部５２１の上部内面には、前記実施形態と同様のスライド防止構造５２４が設けられており、収容部５２１の下部内面には、スライド許容構造５２５が設けられている。

物品Ｗを挟持した状態では、突起片５２２が物品Ｗから鉛直下向きに力を受けることにより、収容部５２１内の突起片５２２は上部に移動してスライド防止構造５２４に接触する。一方、物品Ｗを解放した状態では、スプリング５２３による復帰力により突起片５２２がスライド防止構造５２４から離間するとともに、スプリング５２３の弾性力により収容部５２１から最も伸び出た状態となる。

このように可動部５２に進退動可能な突起片５２２を設けることによって、傾いた姿勢の物品Ｗをそのままの状態で挟持することができるようになる。また、被挟持面が凹凸である等、平面状の挟持面では挟持しにくい物品Ｗであっても、突起片５２２が被挟持面の形状に合わせて移動して挟持するので、物品Ｗを確実に保持することができる。

また、前記実施形態のスプリング５３は、可動体５２に対して解放方向Ｂに弾性力を付勢すると共に挟持体本体５１の先端側に弾性力を付勢するように配置されているが、図６に示すように、可動体５２に対して解放方向Ｂに弾性力を付勢する第１スプリング５３ａと、可動体５２に対して挟持体本体５１の先端側に弾性力を付勢する第２スプリング５３ｂとを設けるようにしても良い。このとき第１スプリング５３ａは、解放方向Ｂに沿って（水平方向に沿って）配置され、第２スプリング５３ｂは、解放方向に略直交する方向に沿って（鉛直方向に沿って）配置される。

さらに、前記実施形態では挟持体５が左右２本のものであったが、３本以上有するものであっても良い。

その上、前記実施形態の挟持体本体は、可動部５２の周方向全体を収容するように構成されているが、図７に示すように、可動部５２の側面に直線状の突条部５２Ｔを設け、当該突条部５２Ｔを挟持体本体５１に設けた収容溝５１Ｍ内にがたつきをもって収容し案内するように構成しても良い。このとき、可動部５２は、第１スプリング５３ａにより解放方向に弾性力が付勢され、第２スプリングにより挟持体本体５１の先端側に弾性力が付勢される。

加えて、前記実施形態では、挟持方向内面５１ａにスライド防止構造を設けているが、物品を挟持した際に可動部の上端部が挟持体本体の挟持方向内面に押圧接触されることによりスライド移動が生じない場合には、スライド構造を設けなくても良い。

さらに加えて、前記実施形態の付勢部材は、スプリング等の弾性部材を用いているが、その他、付勢部材としてクラッチ付きモータを用いても同様の効果を得ることができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・物品搬送装置
２００・・・撮像部
３００・・・画像認識部
４００・・・搬送ロボット
５００・・・制御部
３ ・・・搬送ハンド
４ ・・・ハンド本体
５ ・・・挟持体
５１ ・・・挟持体本体
５１ａ・・・挟持体本体の挟持方向の内面
５１ｂ・・・挟持体本体の解放方向の内面
５１１・・・スライド防止構造
５１２・・・スライド許容構造
５２ ・・・可動部
５３ ・・・付勢部材

Claims (6)

1. 画像認識によって得られた物品の３次元位置情報に基づいてその物品を搬送する搬送ロボットに用いられ、ハンド本体に設けられた複数の挟持体の間隔を拡縮することによって物品を挟持又は解放する搬送ハンドであって、
   前記挟持体が、
   前記ハンド本体に設けられ、物品を挟持する挟持方向に沿ってスライド移動する挟持体本体と、
   前記挟持体本体に挟持方向に略直交する方向に沿ってスライド移動可能にがたつきをもって収容される可動部と、
   前記挟持体本体及び前記可動部の間に介在して設けられ、前記可動部を開放方向に付勢する付勢部材と、を備え、
   前記物品を挟持した状態において、前記可動部が、がたつきにより前記挟持体本体に対して傾いて前記挟持体本体の挟持方向の内面と接触し、前記挟持体本体に対して固定され、
   物品を開放した状態において、前記付勢部材が、前記可動部を前記挟持体本体の挟持方向の内面から離間させることにより、前記挟持体本体に対する前記可動部の固定を解除するものであることを特徴とする搬送ハンド。
2. 前記挟持体本体の挟持方向の内面に、前記可動部のスライド移動を防止するスライド防止構造が形成されている請求項１記載の搬送ハンド。
3. 前記可動部を前記挟持体本体の先端側に付勢する付勢部材をさらに備えている請求項１又は２記載の搬送ハンド。
4. 前記付勢部材が、前記可動部を開放方向に付勢するとともに、前記挟持体本体の先端側に付勢するように配置されている請求項１又は２記載の搬送ハンド。
5. 前記挟持体本体の解放方向の内面に、前記可動部がスライド自在に接触するスライド許容構造が形成されている請求項１、２、３又は４記載の搬送ハンド。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の搬送用ハンドを有する搬送ロボット。