JP6461712B2 - 荷役装置及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、荷役装置及びその動作方法に関する。

工場や物流倉庫などにおけ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、物品が積載されたパレットから物品を取り出す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。従来の荷役装置は、人間が試行錯誤しながら不定形の物品を積み重ねた場合のように、積み方が複雑な場合に、物品の荷下ろしに失敗することがある。

特開２０１３−１２９０３４号公報 特開平６−１４４５７５号公報

本発明が解決しようとする課題は、物品の積み方が複雑な場合にも物品の荷下ろしを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、支持部、センサ及び制御部を備える。把持部は物品を把持する。支持部は物品を下側から支持する。センサは複数の物品を認識して認識結果を生成する。制御部は、前記認識結果に基づいて、前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する第１の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第２の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、前記第２の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する。

第１の実施形態に係る荷役装置を示す側面図。 第１の実施形態に係る荷役装置を示すブロック図。 第１エッジ及び第２エッジを算出する方法例を説明する斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 第１エッジ及び第２エッジのパターンの例を示す斜視図。 図１に示した荷役装置が物品を移載する手順例を示すフローチャート。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 図１に示した荷役装置の動作例を説明する側面図。 物品の下端を検出する処理を説明する図。 第１エッジと第２エッジとの高低差が小さい場合の物品配置例を示す側面図。 図１に示した荷役装置が物品を移載する手順の他の例を示すフローチャート。 把持可能高さ及び差し込み可能高さを示す側面図。 （ａ）はオリジナルの認識データを示す図であり、（ｂ）は更新後の認識データを示す図。 ボックスパレットの中間棚の下にある物品を移載する様子を示す側面図。 ボックスパレットの中間棚の下にある物品を移載する場合における図１に示した荷役装置が物品を移載する手順例を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第２の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第２の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第２の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第２の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置を示す側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 第３の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図。 把持部の変形例を示す側面図。

以下、図面を参照しながら実施形態に係る荷役装置を説明する。実施形態に係る荷役装置は、例えば、物流の自動投入装置や工場の物品供給装置に適用することができる。なお、以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係る荷役装置１００を概略的に示す側面図及びブロック図である。図１に示される例では、荷役装置１００の前方にボックスパレット１５０が位置し、荷役装置１００の後方にベルトコンベア１６０が位置している。ボックスパレット１５０の底部１５１及び中間棚１５２に、様々な形状の物品１５３が積み重ねられている。ボックスパレット１５０は車輪１５４を有するロールボックスパレット（ＲＢＰ）であり、荷役装置１００及びベルトコンベア１６０は地面に固定されている。なお、荷役装置１００は移動可能であってもよい。例えば、荷役装置１００は、車輪を備えることができ、或いは、レールに沿って移動することができる。また、ボックスパレット１５０は積載領域の一例である。

荷役装置１００は、ボックスパレット１５０から物品１５３を取り出してベルトコンベア１６０に移載する（搬送する）。なお、荷役装置１００が物品１５３を移載する先（荷下ろし場所）は、ベルトコンベア１６０に限らず、例えば、台車、パレット、作業台などであってもよい。

荷役装置１００は、図１及び図２に示されるように、物品を把持する把持部１０２と、把持部１０２を移動させる駆動機構１０４と、物品を下側から支持する支持部１０６と、支持部１０６を移動させる駆動機構１０８と、把持部１０２の位置を検出する内部センサ１１６と、制御部１１２と、を備える。

把持部１０２は、駆動機構１０４に接続され、３軸方向に移動可能である。具体的には、駆動機構１０４は、鉛直方向、前後方向、横方向に把持部１０２を駆動する。説明のために、図１に示されるように、直交座標軸を設定する。ｚ軸は鉛直方向に対応し、ｘ軸は前後方向に対応し、ｙ軸は横方向に対応する。前後方向及び横方向は、水平方向、すなわち、荷役装置１００が設置された地平面と平行な方向である。典型的には、水平方向は、把持対象の物品の底面と平行である。把持部１０２はボックスパレット１５０の開口面へ向くように設置されている。把持部１０２は、図示しない真空ポンプに連結された複数の吸盤１０３を備え、吸着により物品を把持する。吸盤１０３は把持部１０２の下面に設けられている。

支持部１０６は、駆動機構１０８に接続され、１軸方向に移動可能である。具体的には、駆動機構１０８は、鉛直方向に支持部１０６を駆動する。支持部１０６は、例えば、物品を前後方向に搬送することができるベルトコンベアである。

なお、把持部１０２、駆動機構１０４、支持部１０６及び駆動機構１０８について上述した構造は一例に過ぎない。例えば、把持部１０２が物品を把持する方法は、挟持であってもよい。他の構造例について、第２の実施形態及び第３の実施形態において説明する。

把持部１０２には、センサ１１０が設けられている。センサ１１０は、積み重ねられた物品を水平方向に視野に入れて認識する。センサ１１０としては、赤外線ドットパターン投影方式カメラなどの三次元位置計測可能なカメラを利用することができる。以下では、センサ１１０が赤外線ドットパターン投影方式カメラであるとして説明を行う。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、赤外線のドットパターンを対象物体に投影し、この状態で対象物体の赤外線画像を撮影する。赤外線画像を解析することで対象物体の３次元情報を得ることが可能である。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、カラー画像又はモノクロ画像を撮影することができてもよい。或いは、センサ１１０は、赤外線ドットパターン投影方式カメラの他に、カラー画像又はモノクロ画像を取得するカメラなどの光学センサをさらに含んでいてもよい。なお、センサ１１０は、把持部１０２以外の場所に設けられてもよい。例えば、センサ１１０は支持部１０６に取り付けられてもよい。

センサ１１０は、把持部１０２に設けられるので、把持部１０２とともに移動する。このため、広範囲を認識することが可能である。認識を行う際には、例えば、センサ１１０は、積み重なった物品の最高部が認識範囲の上限よりやや下に入る位置に駆動され、支持部１０６は認識の邪魔にならない位置まで下降する。

制御部１１２は、センサ１１０から認識結果としての画像を受け取り、この画像に基づいて把持部１０２及び駆動機構１０４の移動目標位置を決定する。具体的には、制御部１１２は、受け取った画像に基づいて、積み重ねられた物品のうち最も高い所に位置する物品（第１の物品、対象物品とも呼ぶ）の位置を算出する。続いて、制御部１１２は、受け取った画像に基づいて、第１の物品の算出した位置に基づいて決定される領域において２番目に高い所に位置する物品（第２の物品とも呼ぶ）の位置を算出する。本実施形態では、制御部１１２が算出する物品の位置は、物品の上面と前面とにより形成される角（エッジ）の位置である。前面は、荷役装置１００に対向する側の物品の側面を指す。第１の物品の上面と前面とにより形成されるエッジを第１エッジと呼び、第２の物品の上面と前面とにより形成されるエッジを第２エッジと呼ぶ。制御部１１２は、算出した第１エッジの位置に基づいて把持部１０２の移動を制御し、算出した第２エッジの位置に基づいて支持部１０６の移動を制御する。例えば、把持部１０２は第１の物品にアクセスするために第１の物品の直上に移動し、支持部１０６は、第２エッジの位置と同じ高さに移動する。把持部１０２は、第１の物品を上から吸着把持し、支持部１０６へと第１の物品を運び下ろす。支持部１０６は、第１の物品をベルトコンベア１６０へと搬送する。
制御部１１２は、例えば、プロセッサ及びメモリを備えるコンピュータ又はＬＳＩ（large scale integration）などにより実装することができる。

一般的に、把持部で特定の物品を把持しようと試みる場合、近隣の物品に触れることなく正確に物品を把持し、さらに把持後も近隣の物品と接触しないように、把持機構を適切に動かして物品を引き抜く必要がある。これには、対象の物品の３次元的な位置及び姿勢をかなりの高精度で特定する必要がある。また、乱雑に積み重ねられた物品については、他の物品を崩さないような適切な把持位置及び物品を引き抜くべき方向が物品ごとに異なり、さらに、正確な把持ができなかった場合に、システムを停止することなくリトライできるようなフローを構築するとなると、システム全体のセンサ数や処理系統がかなり複雑化する。これは、コスト面においても管理面においても望ましくない。

本実施形態は、最も高い所に位置する物品を把持対象として選択し、物品を引き抜く方向を上方とすることを基本ルールとする。それにより、把持対象の物品の位置に数ｃｍオーダーの誤差が含まれていても、その誤差が把持部１０２に設けられたばねなどのバッファー機能で吸収可能な範囲内であれば、物品を引き抜くことができる。本実施形態によれば、どのような積載パターン（積み方）においても、安全かつ確実に荷物を把持し引き抜くことができ、またシステム構成が必要以上に煩雑になることもない。さらに、第２エッジの位置と同じ高さに支持部１０６を駆動し、引き抜かれた物品が支持部１０６に載せられるまで支持部１０６を待機させることを基本ルールに含めることができる。それにより、物品が把持され宙に浮いている時間を最小限に抑えることができ、安全な搬送が可能になる。

上述した構成を備える荷役装置１００では、物品のサイズや積載方法を予め登録する必要がない。すなわち、荷役装置１００は、不定形の物品が乱雑に積み重ねられた場合にも、荷下ろしを行うことができる。

なお、物品に関する情報がデータベース１１４に登録され、制御部１１２がこの情報に基づいて第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出してもよい。例えば、物品に関する情報は、物品のサイズ（形状）を示す情報を含む。物品に関する情報は、例えば、オペレータによって図示しない入力装置を用いて登録される。

図３を参照して、第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出する方法例について説明する。
第１エッジは、積み重なった物品のなかで最も高い水平面に存在する物品の角である。最も高い水平面に複数の物品が存在する場合には、これらの物品のうち最も手前の（すなわちボックスパレット１５０の開口面に最も近い）１つの物品の角である。第２エッジは、第１エッジと横幅を共有する領域において、第１エッジの次に高い位置に存在する物品の手前の角である。

センサ１１０が赤外線ドットパターン投影方式カメラなどの３次元センサである場合、センサ１１０で取得されたデータを３次元空間内の点群データに変換することで、エッジを算出することができる。図３において、センサ１１０は、図示されていないが、物品に対して−ｘ方向に位置する。第１エッジは、変換により得られた点群データからｚの値が最も小さく（すなわち最も高い位置にある）互いに近い複数の点で構成される点群を特定し、これら点群をｙの値で並び替え、ｙの任意の範囲においてｘの値が最小である点群を抽出することで得られる。第２エッジは、第１エッジが存在するｙの範囲において、第１エッジを算出する方法と同様にして算出される。ただし、第２エッジは、第１エッジに対応する点群と異なる点群から選らばれる。或いは、第１エッジの直下領域において画像処理から検出される横線が第２エッジとして検出されてもよい。このような方法によれば、少ない計算量で確実に第１エッジ及び第２エッジを抽出することができる。

なお、システム構成上、計算量の制約が少ない場合、統計的に平面を検出する数学アルゴリズムを用いて第１エッジ及び第２エッジの位置を算出することができる。ただし、統計モデルとの照合を行う場合、充分なデータ量が保証されている必要がある。

上記の方法を用いて算出される第１エッジ及び第２エッジのパターンを図４Ａから図Ｈに示す。図４Ａでは、物品４０１上に同じ形状の物品４０３、４０５が置かれており、物品４０３の角４０４の高さ（ｚ軸方向の位置）及び奥行き（ｘ軸方向の位置）は物品４０５の角４０６の高さ及び奥行きと同じである。この場合、第１エッジは、角４０４及び角４０６のいずれかである。この例では、角４０４が第１エッジとして検出される。そして、第１エッジの下方に位置する物品４０１の角４０２の部分が第２エッジとして検出される。

図４Ｂでは、物品４０７上に物品４０９、４１１が置かれており、物品４１１の角４１２の高さが物品４０９の角４１０の高さより高い。この場合、角４１２が第１エッジとして検出される。物品４０７、４０９、４１１の前面は同一面上に位置しているので、第１エッジより手前に物品の角が検出されない。この場合、例えば、カラー画像又はモノクロ画像を用いて、第１エッジに基づいて特定される領域において横線を検出し、検出した横線を第２エッジとして検出する。図４Ｂの例では、物品４０７の角４０８の一部が第２エッジとして検出される。

図４Ｃでは、物品４１３上に物品４１５、４１９が置かれており、物品４１５上に物品４１７が置かれている。物品４１５、４１７は、物品４１９より手前に位置し、物品４１９の角４２０は、物品４１７の角４１８より高い位置にある。この場合、角４２０が第１エッジとして検出され、角４１８の一部が第２エッジとして検出される。

図４Ｄでは、物品４２１上に物品４２３が置かれ、物品４２３上に物品４２５が置かれている。この場合、物品４２５の角４２６が第１エッジとして検出され、物品４２３の角４２４が第２エッジとして検出される。図４Ｅでは、物品４２７上に物品４２９、４３１が置かれており、物品４２９の角４３０の高さが物品４３１の角４３２の高さと同じである。この場合、角４３２が第１エッジとして検出され、角４２８の一部が第２エッジとして検出される。図４Ｆでは、物品４３３上に物品４３５、４３９が置かれており、物品４３５上に物品４３７が置かれている。物品４３５、４３７は物品４３９より手前に位置し、物品４３９の角４４０の高さは物品４３７の角４３８の高さと同じである。この場合、角４３８が第１エッジとして検出され、物品４３５の角４３６が第２エッジとして検出される。

図４Ａから図４Ｆに示される例では、第１エッジに基づいて決定される領域の横幅（ｙ方向の寸法）は第１エッジの横幅と同じである。第１エッジに基づいて決定される領域の横幅は動作中に変更可能であってもよい。図４Ｇ及び図４Ｈは、第１エッジに基づいて決定される領域の横幅を第１エッジの横幅より大きくした場合における第２エッジの検出を示している。図４Ｇに示される物品配置は、図４Ａに示される物品配置と同じである。図４Ｇでは、第１エッジと同じ高さに位置する角４０６の一部が第２エッジとして検出される。図４Ｈに示される物品配置は、図４Ｂに示される物品配置と同じである。図４Ｈでは、物品４１１に隣接する物品４０９の角４１０の一部が第２エッジとして検出される。

このように、第２エッジを検出するための領域の横幅を広く設定すると、隣接する物品の角が第２エッジとして検出され得る。これにより、把持部１０２が物品を把持し引き上げた直後に、何らかの障害物を避けるために把持部１０２を横方向に移動させなければならない場合に、把持した物品と隣接する物品との衝突を回避することができる。

次に、荷役装置１００の動作について説明する。
図５は、荷役装置１００の動作例を概略的に示している。図５のステップＳ５０１では、センサ１１０は、ボックスパレット１５０に積み重ねられた物品を認識し、これら物品の情報を取得する。例えば、図６Ａに示すように、センサ１１０及び支持部１０６が認識位置に移動し、センサ１１０がボックスパレット１５０の中間棚１５２上の物品を認識する。

ステップＳ５０２では、制御部１１２は、センサ１１０で取得された情報に基づいて、第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出する。ステップＳ５０３では、把持部１０２が第１エッジへと駆動される。ステップＳ５０４では、支持部１０６が第２エッジへと駆動される。ステップＳ５０４の処理は、ステップＳ５０３の処理と並行して実行されてもよく、ステップＳ５０３の処理の前に実行されてもよい。ステップＳ５０３の処理とステップＳ５０４の処理とを並行して実行する場合、時間短縮が可能である。例えば、図６Ｂに示すように、把持部１０２は前進して（＋ｘ方向に移動して）下降し、それにより吸盤１０３が対象物品の上面に接触する。さらに、支持部１０６は、支持部１０６の上面が第２エッジの高さと一致する位置まで上昇する。

ステップＳ５０５では、把持部１０２は把持動作を開始する。例えば、吸盤１０３と真空ポンプを接続する電磁弁が解放され、それにより対象物品が吸盤１０３によって吸着される。ステップＳ５０６では、把持部１０２が上昇する。把持部１０２の上昇中に、センサ１１０が連続的に画像を取得する。制御部１１２は、対象物品の下端を検出するまで把持部１０２の上昇を継続する（ステップＳ５０７）。制御部１１２は、第１エッジ直下で第２エッジの高さに相当する領域を算出し、その領域に物体がなくなることを検出すると、第２エッジの高さと対象物品の下端とが同等の高さになっていると判断する。図７に、認識データに基づく物品下端検出の一例を示す。図７に示されるように、第１エッジ直下の領域で第２エッジに相当する高さのデータが連続しているかどうかで、対象物品の下端は容易に検出することが可能である。制御部１１２は、対象物品の下端を検出すると、ステップ５０８において把持部１０２の上昇を停止する。例えば、図６Ｃに示すように、対象物品の下端が第２エッジの高さと同等の高さになるまで把持部１０２が上昇する。これにより、最小限の持ち上げ量で対象物品を取り出すことができる。

ステップＳ５０９では、把持部１０２は、物品解放位置まで後退する（積み重なった物品に対して−ｘ方向に移動する）。例えば、図６Ｄに示すように、対象物品が支持部１０６の上方に位置するように、把持部１０２が後退する。ステップＳ５１０では、把持部１０２が対象物品を解放する。例えば、吸盤１０３と真空ポンプを接続する電磁弁が閉じられる。それにより、図６Ｅに示すように、対象物品が支持部１０６上に載置される。

ステップＳ５１１では、支持部１０６が物品を搬送する。本実施形態では、上述したように、支持部１０６はベルトコンベアである。支持部１０６は、図６Ｆに示すように、ベルトコンベア１６０と同じ高さになるまで下降し、図６Ｇに示すように、対象物品をベルトコンベア１６０へと搬送するために回転駆動される。最終的に、図６Ｈに示すように、対象物品がベルトコンベア１６０に載置される。支持部１０６を用いることにより、把持部１０２で把持しにくい物品であっても、物品を落下させることなく、物品をベルトコンベア１６０まで搬送することができる。

このようにして、ボックスパレット１５０からベルトコンベア１６０に物品が移載される。他の物品を移載する処理を行う場合は、ステップＳ５０１に戻る。

なお、ステップＳ５０７の処理は削除されてもよい。この場合、例えば、把持部１０２が物品を把持した後に、所定の距離だけ把持部１０２を上昇させる方法を適用することができる。しかしながら、この方法は、物品のサイズの種類に限りがある場合にしか適用できず、汎用性に欠ける。より多種類の物品を安全かつ確実に搬送するためには、ステップＳ５０７の処理を利用することが望ましい。ステップＳ５０７の処理を実行することにより、物品の引き上げ量が最も小さくなる。その結果、物品が落下した場合に物品が破損する可能性を小さくすることができる。

ただし、ステップＳ５０６、Ｓ５０７の処理を行っても、対象物品の下端が検出されない場合がある。例えば、比較的高さのある物品を引き上げる場合や高い位置にある物品を引き上げる場合などにおいて、対象物品の下端が検出される前に把持部１０２の可動上限に達し、すなわち、把持部１０２の上昇が不可能になる。この場合、把持部１０２は、対象物品を元の位置に置き戻すために、把持動作開始位置まで下降し、対象物品を解放する。対象物品の元の位置とは、把持動作を行う直前における、物品が積み重ねられた状態での対象物品の位置を指す。

また、本実施形態では、把持部１０２及び支持部１０６は同じｚ軸上を動くので、第１エッジと第２エッジとの間の高低差ｄＥが小さい場合には、把持部１０２と支持部１０６とが衝突する可能性がある。高低差ｄＥが小さくなるのは、例えば、薄い物品を把持対象とする場合や図８に示されるような場合である。

図９は、荷役装置１００の動作の他の例を概略的に示している。図９に示される動作は、上述したエラーを回避する処理を含む。図９に示されるステップＳ５０１〜Ｓ５１１の処理は、図５を参照して上述したものと同じであるので、詳細な説明を省略する。

ステップＳ５０１では、センサ１１０は、ボックスパレット１５０に積み重ねられた物品を認識し、これら物品のデータを取得する。このデータは認識データＡとして保持される。ステップＳ５０２では、制御部１１２は、第１エッジ及び第２エッジを算出する。

ステップＳ９０１では、制御部１１２は、第１エッジと第２エッジとの間の高低差ｄＥが把持可能高さＨより大きいか否かを判定する。把持可能高さＨは、例えば、図１０に示すように設定される。すなわち、センサ１１０の下端から逃げ量Ｙａ［ｍｍ］下の位置を基準とし、この基準と吸盤１０３の下端との間の高低差を把持可能高さＨに設定する。

高低差ｄＥが把持可能高さＨより大きい場合、ステップＳ５０３に進み、そうでなければステップＳ９０２に進む。ステップＳ９０２では、制御部１１２は第２エッジの位置をｚ方向にＨだけ増大し、すなわち、支持部１０６の目標位置がＨだけ下方に設定し直される。これにより、把持部１０２と支持部１０６との衝突が回避される。

ステップＳ５０３では、把持部１０２が第１エッジへと駆動される。ステップＳ５０４では、支持部１０６が第２エッジへと駆動される。ステップＳ５０５では、把持部１０２は把持動作を開始する。ステップＳ５０６では、把持部１０２が上昇する。ステップＳ５０７では、制御部１１２は、対象物品の下端を検出したか否かを判定する。対象物品の下端が検出されない場合、ステップＳ９０３に進む。ステップＳ９０３では、把持部１０２の上昇を開始してから一定時間Ｎが経過したか、或いは、把持部１０２の可動限界に達したかが判定される。時間Ｎは、例えば、２〜１５秒の範囲内で設定される。把持部１０２の上昇を開始してから一定時間Ｎが経過した場合又は把持部１０２の可動限界に達した場合、ステップＳ９０４に進み、そうでなければステップＳ５０６に進む。

ステップＳ９０４では、把持部１０２は、把持開始位置へ戻って物品を解放する。すなわち、把持部１０２は物品を元の位置に置き戻す。ステップＳ９０５では、制御部１１２は、認識データＡから第１エッジに相当する領域のデータを削除して認識データＡを更新する。図１１（ａ）は、認識データＡを例示し、図１１（ｂ）は、更新後の認識データＡを例示する。図１１（ｂ）の認識データＡでは、図１１（ａ）の第１エッジに対応する部分が消去されている。その後、ステップＳ５０２において、制御部１１２は、更新した認識データＡに基づいて新たな第１エッジ及び第２エッジを得る。

これにより、認識位置に戻る動作をせずに、次に取り出すべき物品を決定することができる。このため、把持部１０２及び支持部１０６が認識位置に戻るなどの無駄な動きをすることなく、次の動作を生成可能となる。この動作を用いることで、１つのエラーで停止することなく、把持搬送可能な物品を次々に試すことが可能となる。その結果、搬送効率が向上する。

ステップＳ９０３に示される可動上限をチェックする処理は、物品の周囲環境によって適宜変更される。例えば、図１２に示すように、中間棚１５２の下に位置する物品を移載する場合、中間棚１５２の高さＭが把持部１０２の可動上限に設定される。中間棚１５２の高さＭは予め登録される。

図１３は、中間棚１５２の下に位置する物品を移載する場合における荷役装置１００の動作例を示している。図１３に示されるステップＳ１３０１以外の処理は、図５及び図９を参照して説明したので、説明を適宜省略する。

ステップＳ１３０１では、制御部１１２は、中間棚１５２と第１エッジとの高低差ｄＭが把持部１０２の差し込み可能高さＳより大きいかどうかを判定する。ｄＭ＞Ｓ場合、ステップＳ５０３に進み、ｄＭ≦Ｓ場合、ステップＳ９０４に進む。ｄＭ≦Ｓ場合、把持部１０２は中間棚１５２と対象物品との間に差し込むことができず、すなわち、対象物品を取り出すことができない。このため、ステップＳ９０４、Ｓ９０５及びステップＳ５０２の処理を通じて新たな第１エッジ及び第２エッジが取得される。

ステップＳ９０３の処理において、駆動機構１０４のｚ軸方向の可動範囲は、中間棚１５２の高さ未満に制限される。これにより、把持部１０２が中間棚１５２に衝突することが防止される。

このように、ステップＳ１３０１の処理を追加し、ステップＳ９０３の処理において把持部１０２の可動限界を適切に変更することで、中間棚を有する積載領域に関しても、システムの大幅な変更をすることなく対応可能である。

以上のように、第１の実施形態に係る荷役装置は、積み重ねられた物品のうち最も高い所に位置する第１の物品の位置を算出し、第１の物品の位置に基づいて決定される領域において２番目に高い所に位置する第２の物品の位置を算出し、第１の物品の位置に基づいて把持部の移動を制御し、第２の物品の位置に基づいて支持部の移動を制御する。これにより、物品の積み方が複雑な場合にも物品の荷下ろしをすることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、把持部は物品を上から把持する。第２の実施形態では、把持部は側方から物品を把持する。
図１４Ａから図１４Ｅを参照して、第２の実施形態に係る荷役装置の動作の一例を説明する。図１４Ａに示すように、把持部１４０２の側面に吸盤１０３が設けられている。まず、センサ１１０及び支持部１０６が認識位置に移動し、センサ１１０がボックスパレット１５０の中間棚１５２上の物品を認識する。制御部１１２がセンサ１１０の認識結果に基づいて第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出する。図１４Ｂに示すように、把持部１４０２は下降して前進し、それにより吸盤１０３が対象物品の前面に接触する。さらに、支持部１０６は、第２エッジと同じ高さまで上昇する。

図１４Ｃに示すように、制御部１１２によって対象物品の下端が検出されるまで、把持部１４０２が上昇する。図１４Ｄに示すように、対象物品が支持部１０６の上方に位置するように、把持部１４０２が後退する。図１４Ｅに示すように、把持部１４０２が対象物品を解放し、それにより対象物品が支持部１０６上に載置される。支持部１０６の動作は上述したものと同じであるので、説明を省略する。
第２の実施形態に係る荷役装置は、第１の実施形態と同様に、物品の積み方が複雑な場合にも物品の荷下ろしをすることができる。

（第３の実施形態）
図１５Ａは、第３の実施形態に係る荷役装置を概略的に示している。図１５Ａに示される荷役装置は、物品を把持する把持部１５０２と、把持部１５０２を移動させる駆動機構１５０４と、物品を下側から支持する支持部１０６と、支持部１０６を移動させる駆動機構１０８と、を備える。荷役装置は、図１５Ａに図示しないが、第１の実施形態で説明したセンサ１１０及び制御部１１２（図１）などをさらに含むことができる。例えば、センサ１１０は支持部１０６に設けられる。

駆動機構１５０４は、図示しない天井に固定されている。把持部１５０２は、駆動機構１５０４に接続され、鉛直方向に移動可能である。把持部１５０２の下面には複数の吸盤１０３が設けられている。駆動機構１０８は移動台１５２０の上に設けられている。移動台１５２０は１軸方向に（この例では前後方向に）移動可能である。支持部１０６は、駆動機構１０８に接続され、鉛直方向に移動可能である。移動台１５２０上に積載領域１５５０が設けられる。積載領域１５５０には、複数の物品１５５３が積み重ねられて置かれている。

図１５Ｂから図１５Ｊを参照して、第３の実施形態に係る荷役装置の動作の一例を説明する。まず、センサ１１０が積載領域１５５０上の物品を認識する。制御部１１２がセンサ１１０の認識結果に基づいて第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出する。図１５Ｂに示すように、把持部１５０２は下降し、それにより吸盤１０３が対象物品の上面に接触する。把持部１５０２は対象物品を吸着把持する。さらに、支持部１０６は、第２エッジと同じ高さまで上昇する。

図１５Ｃに示すように、制御部１１２によって対象物品の下端が検出されるまで、把持部１５０２が上昇する。図１５Ｄに示すように、移動台１５２０が前進し、それにより対象物品が支持部１０６の上方に位置する。図１５Ｅに示すように、把持部１５０２が対象物品を解放し、それにより対象物品が支持部１０６上に載置される。図１５Ｆに示すように、移動台１５２０が後退し、支持部１０６が第１の実施形態で説明したようなベルトコンベア１６０へと対象物品を搬送するように駆動される。

物品を移載する動作を続ける場合、再び、センサ１１０が積載領域１５５０上の物品を認識し、制御部１１２がセンサ１１０の認識結果に基づいて第１エッジの位置及び第２エッジの位置を算出する。図１５Ｇに示すように、把持部１５０２は、下降し、対象物品を吸着把持し、上昇する。図１５Ｈに示すように、移動台１５２０が前進し、図１５Ｉに示すように、把持部１５０２が対象物品を解放し、それにより対象物品が支持部１０６上に載置される。次に、移動台１５２０が後退し、支持部１０６が対象物品を搬送するために駆動される。
第３の実施形態に係る荷役装置は、第１の実施形態と同様に、物品の積み方が複雑な場合にも物品の荷下ろしをすることができる。

以上に示した構成及びフローは、その趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更又は組み合わせて実施することができる。例えば、把持部は、上からでも側方からでも物品を把持できるように設計されていてもよい。具体的には、図１６に示すように、把持部１６０２の側面及び下面に吸盤１０３が設けられていてもよい。

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…把持部、１０３…吸盤、１０４…駆動機構、１０６…支持部、１０８…駆動機構、１１０…センサ、１１２…制御部、１１４…データベース、１１６…内部センサ、１５０…ボックスパレット、１５１…底部、１５２…中間棚、１５３…物品、１５４…車輪、１６０…ベルトコンベア、１４０２…把持部、１５０２…把持部、１５０４…駆動機構、１５２０…移動台、１５５０…積載領域、１５５３…物品、１６０２…把持部。

Claims (14)

1. 物品を把持する把持部と、
   物品を下側から支持する支持部と、
   複数の物品を認識して認識結果を生成するセンサと、
   前記認識結果に基づいて、前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する第１の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第２の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、前記第２の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する制御部と、
   を具備する荷役装置。
2. 前記制御部は、前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている期間中に前記センサが認識した結果に基づいて前記第１の物品の下端を検出する処理を実行し、前記第１の物品の下端を検出した後に前記把持部の上昇を停止する請求項１に記載の荷役装置。
3. 前記制御部は、前記把持部の上昇を停止した後に前記把持部を前記複数の物品に対して水平方向へ移動させる、請求項２に記載の荷役装置。
4. 前記制御部は、前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている期間中に前記センサが認識した結果に基づいて前記第１の物品の下端を検出する処理を実行し、前記第１の物品の下端が検出される前に前記把持部が可動限界に達した場合に、前記第１の物品を元の位置に置き戻すように前記把持部を制御する、請求項１に記載の荷役装置。
5. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている途中で前記把持部が可動限界に達した場合、前記制御部は、前記第１の物品を除いた前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する物品である第３の物品の位置を算出し、前記第３の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第４の物品の位置を算出し、前記第３の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、前記第４の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の荷役装置。
6. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている途中で前記把持部が可動限界に達した場合、前記制御部は、前記把持部を前記センサが認識を行うときの認識位置に退避せずに、前記第１の物品と異なる物品を取り出すために前記把持部を制御する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の荷役装置。
7. 物品を把持する把持部と、
   物品を下側から支持する支持部と、
   複数の物品に関する情報が登録されるデータベースと、
   前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する第１の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第２の物品の位置を算出し、前記第１の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、前記第２の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する制御部と、
   を具備する荷役装置。
8. 物品を把持する把持部と、物品を下側から支持する支持部と、複数の物品を認識して認識結果を生成するセンサと、を備える荷役装置の動作方法であって、
   前記認識結果に基づいて、前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する第１の物品の位置を算出し、
   前記第１の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第２の物品の位置を算出し、
   前記第１の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、
   前記第２の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する、荷役装置の動作方法。
9. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている期間中に前記センサが認識した結果に基づいて前記第１の物品の下端を検出する処理を実行し、前記第１の物品の下端を検出した後に前記把持部の上昇を停止する、請求項８に記載の荷役装置の動作方法。
10. 前記把持部の上昇を停止した後に前記把持部を前記複数の物品に対して水平方向へ移動させる、請求項９に記載の荷役装置の動作方法。
11. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている期間中に前記センサが認識した結果に基づいて前記第１の物品の下端を検出する処理を実行し、前記第１の物品の下端が検出される前に前記把持部が可動限界に達した場合に、前記第１の物品を元の位置に置き戻すように前記把持部を制御する、請求項８に記載の荷役装置の動作方法。
12. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている途中で前記把持部が可動限界に達した場合、前記第１の物品を除いた前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する物品である第３の物品の位置を算出し、前記第３の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第４の物品の位置を算出し、前記第３の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、前記第４の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の荷役装置の動作方法。
13. 前記把持部を用いて前記第１の物品を引き上げている途中で前記把持部が可動限界に達した場合、前記把持部を前記センサが認識を行うときの認識位置に退避せずに、前記第１の物品と異なる物品を取り出すために前記把持部を制御する、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の荷役装置の動作方法。
14. 物品を把持する把持部と、物品を下側から支持する支持部と、複数の物品に関する情報が登録されるデータベースと、備える荷役装置の動作方法であって、
    前記複数の物品のうち最も高い位置に位置する第１の物品の位置を算出し、
    前記第１の物品の位置に基づいて特定される領域において２番目に高い位置に位置する第２の物品の位置を算出し、
    前記第１の物品の位置に基づいて前記把持部の移動を制御し、
    前記第２の物品の位置に基づいて前記支持部の移動を制御する、荷役装置の動作方法。