(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）ワーク全体の３次元形状データを複数の位置から分割して計測し、
（Ｂ２）前記計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送し、
さらに、前記ワークを加工する加工装置と、前記ワークを複数収容するバッファ装置とを備え、前記搬送先はバッファ装置であり、
前記（Ｃ）を前記（Ｂ２）と並行しかつこれより優先して実行し、
かつ前記加工装置による加工終了時に、前記（Ｄ）に優先して、
（Ｆ）加工装置から加工済みのワークを把持して搬出先に搬送し、かつ
（Ｇ）バッファ装置からワークを把持して加工装置内に搬入する、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置。
【請求項２】
３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ワークは、その一部に円筒形又は楕円柱の把持内面を有しており、
前記ハンドは、ハンド本体に上端が片持ち支持された単一の固定爪と、
該固定爪に対して開位置と閉位置の間で平行に開閉駆動される平行移動部材と、
該平行移動部材に上端が片持ち支持され、固定爪に対して平行に位置し、互いに間隔を隔てた１対の可動爪とからなり、
平行移動部材を閉位置に移動して、固定爪と可動爪をワークの前記把持内面内に挿入し、次いで固定爪が前記把持内面に近接するようにハンドを移動させながら、平行移動部材を開方向に移動し、ワークを把持内面で把持し、
前記距離センサは、前記ハンドの開動作又は閉動作により固定爪および可動爪と係合して、距離センサとハンドの相対的な位置と姿勢を位置決めする着脱機構を備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送する、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置。
【請求項３】
前記固定爪と可動爪は、開方向に開口し幅方向に延びるＶ溝を有しており、
前記着脱機構は、前記固定爪と可動爪の開動作により前記Ｖ溝に嵌合してＶ溝を位置決めする開閉位置決めローラと、前記固定爪と可動爪の幅方向端面と係合して幅方向を位置決めする幅位置決めローラとを有する、ことを特徴とする請求項２に記載のバラ積みピッキング装置。
【請求項４】
３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを前記ハンドで計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）ワーク全体の３次元形状データを複数の位置から分割して計測し、
（Ｂ２）前記計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送し、
さらに、前記ワークを加工する加工装置と、前記ワークを複数収容するバッファ装置とを備え、前記搬送先はバッファ装置であり、
前記（Ｃ）を前記（Ｂ２）と並行しかつこれより優先して実行し、
かつ前記加工装置による加工終了時に、前記（Ｄ）に優先して、
（Ｆ）加工装置から加工済みのワークを把持して搬出先に搬送し、かつ
（Ｇ）バッファ装置からワークを把持して加工装置内に搬入する、ことを特徴とするバラ積みピッキング方法。
【請求項５】
前記（Ｂ２）において、ハンドで把持可能なワークが選択されない場合、ワーク全体に対する距離センサの向きを変更して、前記（Ｂ１）を再実行する、ことを特徴とする請求項４に記載のバラ積みピッキング方法。
【請求項６】
タッチパネルを有し３次元形状データを立体表示する３次元表示装置を備え、
（Ｅ）前記３次元形状データから立体表示用データを作成して３次元表示装置により立体表示し、
前記タッチパネルにより、ハンドで把持可能なワーク又はその把持の順を選択する、ことを特徴とする請求項４に記載のバラ積みピッキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バラ積みされた状態の複数のワークから、ワークを１つずつ取り出すバラ積みピッキング装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、鋳物素形材などのワークは、メッシュボックス等の容器に乱雑にバラ積みされた状態で工場内或いは業者間で搬送される。このように複数のワークがバラ積みされた状態から、ワークを１つずつ取り出すことを、「バラ積みピッキング」または単に「ピッキング」と呼ぶ。
従来、メッシュボックス等の容器にバラ積みされた複数のワークからワークピッキングする場合、作業者による手作業によるか、自動化されていても、ある程度ワークを整列させておく必要があり、いずれの場合も人による重量物のハンドリング作業が発生する。
【０００３】
そこで、このような人による重量物のハンドリング作業をなくすために、例えば特許文献１が開示されている。
【０００４】
また、バラ積みピッキング装置に関連して、物体の位置と姿勢を認識する手段として、特許文献２〜５が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６９５４２号明細書、「バラ積みピッキング装置におけるワークピッキング方法」
【特許文献２】特許第３９０４６０５号公報、「複合センサーロボットシステム」
【特許文献３】特開２００９−１２８１９２号明細書、「物体認識装置およびロボット装置」
【特許文献４】特開２００９−２１６４８０号明細書、「三次元位置姿勢計測方法および装置」
【特許文献５】特開２００９−２１６５０３号明細書、「三次元位置姿勢計測方法および装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メッシュボックス等の容器にバラ積みされたワークをロボットを用いてピッキングする場合、個々のワークの位置と姿勢を三次元計測する必要があり、そのセンサとして、カメラ等の撮像装置又はレーザレーダ等の距離センサが用いられる。
【０００７】
しかし、カメラ等の撮像装置を用いる場合、撮影された二次元画像から三次元データを得る必要があり、その演算処理が複雑であり、計算負荷が大きく、処理速度が遅い問題点があった。
【０００８】
一方、レーザレーダ等の距離センサを用いる場合、直接三次元データが得られるが、高い位置精度を得るためには、ワークに近接する必要があり、メッシュボックス等の容器内の一部しか計測できない問題点があった。
また、レーザレーダ等の距離センサは、カメラ等と比較して大型であり、ロボットのハンド近傍に取り付けると、ピッキング動作の際に、距離センサが容器やワークと干渉して把持できない場合が多く、ピッキングできるワークの個数が少ないという問題点があった。
【０００９】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、メッシュボックス等の容器にバラ積みされた複数のワークから、人による重量物のハンドリング作業なしにワークをピッキングすることができ、かつ容器内のワーク全体を高い位置精度で計測することができ、距離センサと容器及びワークとの干渉を無くすことができ、これによりピッキング時間を短縮し、ピッキングできるワークの個数を増やすことができるバラ積みピッキング装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）ワーク全体の３次元形状データを複数の位置から分割して計測し、
（Ｂ２）前記計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送し、
さらに、前記ワークを加工する加工装置と、前記ワークを複数収容するバッファ装置とを備え、前記搬送先はバッファ装置であり、
前記（Ｃ）を前記（Ｂ２）と並行しかつこれより優先して実行し、
かつ前記加工装置による加工終了時に、前記（Ｄ）に優先して、
（Ｆ）加工装置から加工済みのワークを把持して搬出先に搬送し、かつ
（Ｇ）バッファ装置からワークを把持して加工装置内に搬入する、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置が提供される。
【００１１】
また本発明によれば、３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを前記ハンドで計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
前記（Ｂ）において、
（Ｂ１）ワーク全体の３次元形状データを複数の位置から分割して計測し、
（Ｂ２）前記計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送し、
さらに、前記ワークを加工する加工装置と、前記ワークを複数収容するバッファ装置とを備え、前記搬送先はバッファ装置であり、
前記（Ｃ）を前記（Ｂ２）と並行しかつこれより優先して実行し、
かつ前記加工装置による加工終了時に、前記（Ｄ）に優先して、
（Ｆ）加工装置から加工済みのワークを把持して搬出先に搬送し、かつ
（Ｇ）バッファ装置からワークを把持して加工装置内に搬入する、ことを特徴とするバラ積みピッキング方法が提供される。
【００１４】
前記加工装置内に前記ワークを２つ格納できる（例えばダブルステージ）の場合には、前記（Ｇ）の後に、前記（Ｆ）を実施する。
【００１５】
前記ロボットに前記ハンドを２つ以上有する（例えばダブルハンド）場合には、前記（Ｆ）と前記（Ｇ）を並行して実施する。
【００１６】
また本発明によれば、３次元の作動空間内で手先部の位置と姿勢を制御可能なロボットと、
前記ロボットの手先部に取り付けられワークを把持可能なハンドと、
前記ハンドにより該ハンドに着脱可能でありワークの３次元形状データを取得可能な距離センサと、
前記３次元形状データから把持可能なワークの位置と姿勢を認識する物体認識装置と、
前記ロボットとハンドを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ワークは、その一部に円筒形又は楕円柱の把持内面を有しており、
前記ハンドは、ハンド本体に上端が片持ち支持された単一の固定爪と、
該固定爪に対して開位置と閉位置の間で平行に開閉駆動される平行移動部材と、
該平行移動部材に上端が片持ち支持され、固定爪に対して平行に位置し、互いに間隔を隔てた１対の可動爪とからなり、
平行移動部材を閉位置に移動して、固定爪と可動爪をワークの前記把持内面内に挿入し、次いで固定爪が前記把持内面に近接するようにハンドを移動させながら、平行移動部材を開方向に移動し、ワークを把持内面で把持し、
前記距離センサは、前記ハンドの開動作又は閉動作により固定爪および可動爪と係合して、距離センサとハンドの相対的な位置と姿勢を位置決めする着脱機構を備え、
（Ａ）前記ハンドにより該ハンドに距離センサを取り付け、
（Ｂ）前記ハンドを移動して、前記距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データを計測し、かつ計測した前記３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、
（Ｃ）前記ハンドにより該ハンドから前記距離センサを取り外し、
（Ｄ）前記ハンドにより前記把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送する、ことを特徴とするバラ積みピッキング装置が提供される。
【００１８】
前記固定爪と可動爪は、開方向に開口し幅方向に延びるＶ溝を有しており、
前記着脱機構は、前記固定爪と可動爪の開動作により前記Ｖ溝に嵌合してＶ溝を位置決めする開閉位置決めローラと、前記固定爪と可動爪の幅方向端面と係合して幅方向を位置決めする幅位置決めローラとを有する、ことが好ましい。
【００１９】
また、前記（Ｂ２）において、ハンドで把持可能なワークが選択されない場合、ワーク全体に対する距離センサの向きを変更して、前記（Ｂ１）を再実行する。
【００２０】
また、タッチパネルを有し３次元形状データを立体表示する３次元表示装置を備え、
（Ｅ）前記３次元形状データから立体表示用データを作成して３次元表示装置により立体表示し、
前記タッチパネルにより、ハンドで把持可能なワーク又はその把持の順を選択する、ことが好ましい。
タッチパネルは、マウス、トラックボール、ジョイスティック等のポインティングデバイスであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
上記本発明の装置および方法によれば、ハンドに距離センサを取り付け、ハンドを移動して距離センサによりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンドで計測し、物体認識装置により計測した３次元形状データからハンドで把持可能なワークの位置と姿勢を認識し、ハンドにより把持可能なワークを順に把持して搬送先（例えばバッファ装置）に搬送するので、メッシュボックス等の容器に乱雑にバラ積みされたワークを、人による重量物のハンドリング作業なしにピッキングすることができる。
【００２２】
また、ハンドを移動して、ワーク全体の３次元形状データを前記位置精度で複数の位置から分割して計測し、計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成するので、メッシュボックス等の容器内のワーク全体をハンドで計測することができる。
【００２３】
また、ハンドにより該ハンドから距離センサを取り外して、ハンドにより把持可能なワークを順に把持して搬送先に搬送するので、距離センサと容器及びワークとの干渉を本質的に無くすことができる。
【００２４】
従って、本発明の装置および方法により、ピッキング時間を短縮し、ピッキングできるワークの個数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のバラ積みピッキング装置の全体構成図である。
【図２】ハンドとワークの構成図である。
【図３】着脱機構の構成図である。
【図４】本発明によるバラ積みピッキング方法の全体フロー図である。
【図５】３次元表示装置に表示された３次元形状データの説明図である。
【図６】加工装置の作動を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２７】
図１は、本発明のバラ積みピッキング装置の全体構成図である。
【００２８】
本発明のバラ積みピッキング装置１０は、ロボット１２、ハンド１４、距離センサ１６、物体認識装置１８、およびロボット制御装置２０を備える。
【００２９】
ロボット１２は、３次元の作動空間内で手先部１１の位置と姿勢を制御可能な３次元ロボットである。この３次元の作動空間は、手先部１１が移動可能なワーキングエリアである。
以下、ロボット１２が作動する３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを「ロボット座標系」と呼ぶ。ロボット座標系の原点は、グローバル座標系における任意の点、例えばロボットの原点に設定される。
この例において、ロボット１２は多関節型ロボットである。しかし、本発明はこれに限定されず、３次元の作動空間内、すなわちロボット座標系内で手先部１１の位置と姿勢を数値制御で移動できる限りで、その他の形式のロボットであってもよい。
また、ロボット１２は車輪、台車等で走行可能なロボットであってもよい。
【００３０】
ハンド１４は、ロボット１２の手先部１１に取り付けられワーク１を把持可能に構成されている。以下、ハンド１４を基準とする３次元座標系ｘ−ｙ−ｚを「ローカル座標系」と呼ぶ。ローカル座標系の原点は、手先部１１又はハンド１４の任意の点（例えばＴＣＰ）に設定される。
ローカル座標系の原点位置は、ロボット制御装置２０によりロボット座標系において制御される。
【００３１】
図２は、ハンド１４とワーク１の構成図である。この図において、（Ａ）はハンド１４の構成図、（Ｂ）（Ｃ）はワーク把持動作の説明図である。
【００３２】
図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、この例で、ワーク１は、その一部に円筒形又は楕円柱の把持内面２を有している。ワーク１は、例えば鋳物素形材である。
【００３３】
また、図２（Ａ）に示すように、この例で、ハンド１４は、ハンド本体１４ａ、単一の固定爪１４ｂ、平行移動部材１４ｃ、および１対の可動爪１４ｄからなる。
単一の固定爪１４ｂは、ハンド本体１４ａにこの図で上端が片持ち支持されている。
平行移動部材１４ｃは、固定爪１４ｂに対して開位置Ｏと閉位置Ｃの間で図示しない開閉駆動装置（例えばエアーシリンダ）により平行に開閉駆動される。
１対の可動爪１４ｄは、平行移動部材１４ｃに図で上端が片持ち支持され、固定爪１４ｂに対して平行に位置し、開閉方向に直交する向きに互いに中心間隔Ｄを隔てている。
【００３４】
図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄは、この例では円筒形部材である。
また、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄの先端部（図で下端）は、中空円筒形であり、その内部にリミットスイッチ（図示せず）を内蔵し、それぞれの先端部が他の部材と接触又は衝突したことを検出するようになっている。
さらに、ハンド１４は、可動爪１４ｄの開位置Ｏと閉位置Ｃを検出するリミットスイッチ（図示せず）を内蔵している。
【００３５】
上述した構成のハンド１４により、図２（Ｂ）に示すように、平行移動部材１４ｃにより可動爪１４ｄを閉位置Ｃに移動して、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄをワーク１の把持内面２内に挿入し、次いで図２（Ｃ）に示すように、固定爪１４ｂが把持内面２に近接するようにハンド１４全体を移動させながら、平行移動部材１４ｃを開方向に移動し、ワーク１を把持内面２で把持することができる。ワーク１の把持は、例えば開閉駆動装置の負荷により検出することができる。
またこの状態でワーク１を把持して搬送先に搬送し、次いで上記の逆動作により、ワーク１を把持した可動爪１４ｄを閉位置Ｃに移動させながら、固定爪１４ｂが把持内面２から離れるようにハンド１４全体を移動させて、ワーク１の把持を解除し、ワーク１を残してハンド１４を移動することができる。
【００３６】
図１において、距離センサ１６は、例えばレーザレーダであり、レーザ光を２次元的にスキャンすることで、ワーク１の３次元形状データを取得するようになっている。なお、本発明において、距離センサ１６はレーザレーダに限定されず、レーザを用いたその他のレーザセンサ、或いはＣＣＤカメラ等の撮像装置であってもよい。
また、この距離センサ１６は、バラ積みされた複数のワークからなるワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で計測するようになっている。
【００３７】
「ハンド１４で把持可能な位置精度」は、例えば±３ｍｍの３次元精度であり、「この位置精度が得られる位置」は、例えばワークから５００〜１０００ｍｍの位置である。従って、例えば、メッシュボックス等の容器にバラ積みされたワークに対し、容器の底面から１ｍの高さから下向きに計測することにより、ワーク全体を上記位置精度で計測することができる。また、この場合に同一位置から距離センサ１６で計測できる範囲は、例えば幅４００ｍｍ×長さ４００ｍｍである。
なお、本発明はこれらの精度及び位置に限定されず、対象とするワーク１、及び使用する距離センサ１６により適宜変更することができる。
【００３８】
距離センサ１６は、ロボット１２の作動空間内に設けられたセンサ台１６ａに一定の姿勢で着脱自在に静置されている。「一定の姿勢」は、この例では距離センサ１６の計測方向が下向きとなる姿勢である。しかし、この姿勢は任意であり、斜め下向きでも横向きでもよい。
また、センサ台１６ａは、この例では、作動空間内に固定されているが、移動可能に構成してもよい。
【００３９】
距離センサ１６は、フレキシブルな信号線１６ｂにより物体認識装置１８に接続されており、距離センサ１６により計測された３次元形状データは信号線１６ｂを介して物体認識装置１８に入力される。
また、この距離センサ１６はその上部に、ハンド１４によりハンド１４に着脱可能な着脱機構１７を備える。
【００４０】
図３は、着脱機構１７の構成図である。
この図において、（Ａ）は距離センサ１６にハンド１４を取り付ける直前の図であり、（Ｂ）は取り付け直後の図である。
この例において、着脱機構１７は、ハンド１４の開動作により固定爪１４ｂおよび可動爪１４ｄと係合して、距離センサ１６とハンド１４の相対的な位置と姿勢を位置決めするようになっている。なお、開動作の代わりに閉動作により位置決めしてもよい。
【００４１】
図３（Ａ）に示すように、ハンド１４の固定爪１４ｂと可動爪１４ｄは、開方向に開口し、幅方向に延びるＶ溝１５を有している。
また、図３（Ｂ）に示すように、着脱機構１７は、開閉位置決めローラ１７ａと幅位置決めローラ１７ｂとを有する。
この例において、開閉位置決めローラ１７ａは、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄに対向してそれぞれ幅方向に１対ずつ（合計４つ）が設けられている。またこの例において、幅位置決めローラ１７ｂは、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄに対向してそれぞれ幅方向に１対ずつ（合計４つ）が設けられている。
また、開閉位置決めローラ１７ａと幅位置決めローラ１７ｂは、距離センサ１６の上部に固定された連結金具１７ｃに回転可能に固定されている。
【００４２】
各開閉位置決めローラ１７ａは、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄの開動作によりそれぞれのＶ溝１５に嵌合してＶ溝１５の開閉方向位置と図で高さ方向位置を位置決めするようになっている。また、各幅位置決めローラ１７ｂは、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄの幅方向端面と係合して幅方向を位置決めするようになっている。
【００４３】
上述した構成の着脱機構１７により、図３（Ａ）に示すように、平行移動部材１４ｃを閉位置Ｃに移動して、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄを開閉位置決めローラ１７ａと幅位置決めローラ１７ｂの間に挿入し、次いで図３（Ｂ）に示すように、固定爪１４ｂが開閉位置決めローラ１７ａの一方に近接するようにハンド１４全体を移動させながら、平行移動部材１４ｃを開方向に移動することにより、距離センサ１６とハンド１４の相対的な位置と姿勢を位置決めすることができる。
すなわち、開閉位置決めローラ１７ａを固定爪１４ｂと可動爪１４ｄのＶ溝１５に嵌合させてＶ溝１５の開閉方向位置と図で高さ方向位置を位置決めし、同時に幅位置決めローラ１７ｂを固定爪１４ｂと可動爪１４ｄの幅方向端面に係合させて幅方向を位置決めすることができる。
【００４４】
従ってこの構成により、ハンド１４の把持動作により距離センサ１６をハンド１４に着脱可能であり、かつ距離センサ１６とハンド１４の相対的な位置と姿勢を正確に位置決めすることができる。
【００４５】
図１において、物体認識装置１８は、例えばプログラムを内蔵したコンピュータであり、距離センサ１６により計測した３次元形状データからハンド１４で把持可能なワーク１を選択する。
また、距離センサ１６によりワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で複数の位置から分割して計測した場合、計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成し、これからハンド１４で把持可能なワーク１を選択する。
【００４６】
すなわち、物体認識装置１８は、距離センサ１６により計測した複数の３次元形状データを基に、以下の処理を実行する。
（１）複数の３次元形状データの重複部分を統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成する。
（２）ワーク単体の３次元データを記憶し、この３次元データの特徴点（例えば円形や頂点）と３次元形状データのパターンマッチングにより、３次元形状データ内の複数のワーク１の位置と姿勢を検出する。
（３）検出された各ワーク１の位置関係から、（ア）メッシュボックス等の容器３とハンド１４及びロボット１２、（イ）ロボット１２とハンド１４、（ウ）ワーク１とハンド１４及びロボット１２、及び（エ）ワーク１とワーク１との干渉のチェックをそれぞれ行い、ハンド１４により干渉なしで把持し取り出せるワーク１を選択する。
（４）選択したワーク１を色、記号、又は立体表示で表示する。
【００４７】
なお、距離センサ１６により計測した３次元形状データが単一である場合、すなわち、ワーク全体の３次元形状データを単一の位置から前記位置精度で計測できる場合には、上記（１）の統合処理を省略することができる。
【００４８】
ロボット制御装置２０は、例えばプログラムを内蔵したコンピュータであり、ロボット１２とハンド１４を制御し、以下の各動作を実行する。
（１）ハンド１４を移動し、ハンド１４によりハンド１４に距離センサ１６を取り付ける。
（２）ハンド１４を移動し、距離センサ１６によりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で計測する。
この際、ワーク全体の３次元形状データを単一の位置から前記位置精度で計測できない場合は、複数の位置から分割して計測する。
（３）ハンド１４を移動し、ハンド１４によりハンド１４から距離センサ１６を取り外す。
（４）ハンド１４により把持可能なワーク１を順に把持して搬送先に搬送する。
【００４９】
図１において、本発明のバラ積みピッキング装置１０は、さらに、３次元表示装置１９、加工装置２２、及びバッファ装置２４を備える。
【００５０】
３次元表示装置１９は、表示画面にタッチパネルを有しており、３次元形状データから立体表示用データを作成して立体表示する。立体表示する３次元形状データは、距離センサ１６により計測した３次元形状データ、及び物体認識装置１８で処理した３次元形状データのいずれでもよい。
また、この３次元表示装置１９は、タッチパネルにより、ハンド１４で把持可能なワーク１、又は把持可能なワーク１の把持の順を選択するようになっている。
このような３次元表示装置１９を備えることにより、物体認識装置１８により作成された３次元形状データを立体表示された画像から目視で正確に判断することができる。また、タッチパネルにより、距離センサ１６により計測した３次元形状データから、ハンド１４で把持可能なワーク１、又は把持可能なワーク１の把持の順を選択することにより、物体認識装置１８による演算処理の負荷を軽減することができる。
【００５１】
加工装置２２は、ワーク１を加工する装置である。なお、加工装置２２による加工は、機械加工に限定されず、ワークを１つずつ取り扱う処理であれば、計測、塗装、組立、ラベリング、梱包、等であってもよい。
【００５２】
バッファ装置２４は、ワーク１を複数収容する。バッファ装置２４は、複数のワーク１を順に整列して一定の姿勢で収容することが好ましい。しかし本発明はこれに限定されず、例えばパレット又はトレイ上に複数のワーク１を整列させてもよい。
【００５３】
なお、バッファ装置２４がワーク１を整列して一定の姿勢で収容するように構成することにより、容器３からワーク１を取り出すときに、ハンド１４がワーク１を把持する位置にずれがある場合であっても、ワーク１をバッファ装置２４へ搬送することで、バッファ装置２４からのワーク１の取り出しを一定の姿勢にすることができる。
【００５４】
図４は、本発明によるバラ積みピッキング方法の全体フロー図である。
この図において、本発明のバラ積みピッキング方法は、Ｓ１〜Ｓ８の各ステップ（工程）からなる。
【００５５】
Ｓ１（センサ取付けステップＡ）では、ロボット制御装置２０によりハンド１４を位置制御し、ハンド１４により着脱機構１７を介してハンド１４に距離センサ１６を取り付ける。この取り付けにより、距離センサ１６とハンド１４の相対的な位置と姿勢が正確に位置決めされる。
【００５６】
Ｓ２（計測ステップＢ１）では、ロボット制御装置２０によりハンド１４を移動して、ハンド１４に取り付けられた距離センサ１６によりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で計測する。
この際、ワーク全体の３次元形状データを複数の位置から分割して計測するのがよい。
【００５７】
Ｓ３（センサ取外しステップＣ）では、ロボット制御装置２０によりハンド１４を位置制御し、距離センサ１６をセンサ台１６ａの取外し位置に移動し、ハンド１４によりハンド１４から距離センサ１６を取り外す。取り外した距離センサ１６はセンサ台１６ａに一定の姿勢（例えば下向き）で静置される。
【００５８】
Ｓ４（認識処理ステップＢ２）では、Ｓ２で計測した３次元形状データからハンド１４で把持可能なワーク１を選択する。また、Ｓ２でワーク全体の３次元形状データを前記位置精度で複数の位置から分割して計測している場合は、計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成した後、ハンド１４で把持可能なワーク１を選択する。
Ｓ２で計測された３次元形状データはローカル座標系であるが、Ｓ４では、これをロボット座標系における３次元形状データに変換する。また、上述したように、（１）重複部分を統合した単一の３次元形状データを作成し、（２）パターンマッチングにより、３次元形状データ内の複数のワークの位置と姿勢を検出し、（３）ハンド１４により干渉なしで把持し取り出せるものを選択し、（４）選択したワーク１を色、記号、又は立体表示で表示する。
【００５９】
なお、Ｓ４のステップには、３次元形状データの大きさにより、１０秒以上の時間を必要とする場合がある。そのため、上述したＳ３のステップをＳ４、Ｓ５のステップと並行しかつこれらより優先して実行するのが好ましい。
【００６０】
Ｓ２、Ｓ４で得られたロボット座標系における３次元形状データは、Ｓ５（画像表示ステップＥ）において、３次元形状データから立体表示用データを作成して３次元表示装置１９により立体表示される。
また、この３次元表示装置１９のタッチパネルにより、ハンド１４で把持可能なワーク１、又は把持可能なワーク１の把持の順を選択してもよい。
【００６１】
図５は、３次元表示装置１９に表示された３次元形状データの説明図である。この図において、（Ａ）は、Ｓ２において９分割した１画面（図で左上）の計測が完了した状態、（Ｂ）は、Ｓ４において複数（９枚）の３次元形状データを統合して単一の３次元形状データを作成した状態、（Ｃ）は、Ｓ４においてハンド１４で把持可能なワーク１を選択した状態を示している。
【００６２】
図５（Ａ）に示すように、本発明では、ハンド１４を移動して、距離センサ１６によりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度（例えば±３ｍｍ）で計測することができる。
また、図５（Ｂ）に示すように、本発明では、計測した複数（例えば９個）の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成するので、メッシュボックス等の容器内のワーク全体をハンド１４で把持可能な位置精度で計測することができる。
さらに、図５（Ｃ）に示すように、本発明では、ハンド１４で把持可能なワーク１を選択し、色、記号、或いは３次元表示により、把持可能なワーク１を表示するので、目視により選択の成否を容易に判断でき、ピッキングの成功率と装置の稼働率を高めることができる。
【００６３】
また、本発明では、認識ステップＳ４（図４参照）において、ハンド１４で把持可能なワーク１が選択されない場合、次回の計測ステップＳ２において、複数のワーク全体に対する距離センサ１６の向きを変更してＳ２の計測を再実行する。
この距離センサ１６の向きは、例えば最初は下向き（Ｚ方向）であり、次いで、下向き（Ｚ方向）に対し一定の角度で傾斜した向きに再設定する。この傾斜方向は、任意の１方向（例えば、Ｘ方向）でも、順に２方向以上を実施してもよい。また、「一定の角度」は、例えば１５度であるが、任意に設定することができる。
【００６４】
このように、把持可能なワーク１が選択されない場合に、距離センサ１６の向きを変更して、Ｓ２〜Ｓ４の計測、選択を再実行することにより、ワーク１の向きによらず、把持可能なワークの検出率を高め、ピッキングの成功率と装置の稼働率を高めることができる。
【００６５】
図４において、Ｓ６（ピッキングステップＤ）では、ロボット制御装置２０によりハンド１４を移動して、ハンド１４により把持可能なワーク１を順に把持して搬送先に搬送する。
Ｓ６は、Ｓ７において選択された把持可能なワーク１が無くなるまで繰返し実行する。
【００６６】
ピッキングステップＳ６において、ピッキングが失敗する場合は、容器３又はワーク１とハンド１４の干渉（衝突）と空振りとがある。
干渉（衝突）の場合は、ロボット１２又はハンド１４の駆動装置の負荷、又はロボット１２又はハンド１４に内蔵されたタッチセンサ、力覚センサで検出することができる。
また、空振りの場合は、ハンド１４が把持動作（この例では開動作）を実施し、ワーク１の把持が検出されず、開位置Ｏを検出するリミットスイッチが作動することで検出することができる。
本発明では、ピッキングが失敗（干渉又は空振り）した場合には、再度ピッキングをリトライするようになっている。干渉の場合、このリトライの際に、干渉を避ける方向にハンド１４をシフトすることが好ましい。
【００６７】
図４のＳ８において、残りのワーク１の有無を判断する。残りのワーク１がある場合には、Ｓ１に戻り、Ｓ１〜Ｓ７を再度実行する。また、残りのワーク１がない場合には、本発明のバラ積みピッキング方法を終了する。
【００６８】
図６は、加工装置２２の作動を示すフロー図である。
この図において、加工装置２２の作動は、Ｓ１１〜Ｓ１３の各ステップ（工程）からなる。なお、上述したように、加工装置２２による加工は、機械加工に限定されず、ワークを１つずつ取り扱う工程であれば、計測、塗装、組立、ラベリング、梱包、等であってもよい。
【００６９】
Ｓ１１（ワーク搬出ステップＦ）では、加工装置２２から加工済みのワーク１を把持して搬出先（例えば搬出コンベアの上）に搬送する。
Ｓ１２（ワーク搬入ステップＧ）では、バッファ装置２４からワーク１を把持して加工装置２２内に搬入する。この搬入の際に、ワーク１を位置決めする。
Ｓ１３（加工ステップ）では、加工装置２２により位置決めされたワーク１を加工する。
【００７０】
上述した本発明のバラ積みピッキング方法では、上述したピッキングステップＳ６において、ハンド１４によりワーク１を順に把持してバッファ装置２４に搬送する。
また、加工装置２２による加工終了時に、ピッキングステップＳ６に優先して、（Ｆ）加工装置２２から加工済みのワーク１を把持して搬出先（例えば搬出コンベア）に搬送し（Ｓ１３）、かつ（Ｇ）バッファ装置２４からワーク１を把持して加工装置２２内に搬入する（Ｓ１１）。
【００７１】
この方法により、加工装置２２の作動（Ｓ１１〜Ｓ１３）の待機時間をなくして加工装置２２の稼働率を高め、かつ単一のロボットにより、ピッキング作業と加工装置２２への搬入・搬出作業を実行することができる。
【００７２】
上述した本発明の装置および方法によれば、ハンド１４に距離センサ１６を取り付け、ハンド１４を移動して距離センサ１６によりバラ積みされたワーク全体の３次元形状データをハンド１４で把持可能な位置精度で計測し、物体認識装置１８により計測した３次元形状データからハンド１４で把持可能なワーク１を選択し、ハンド１４により把持可能なワーク１を順に把持して搬送先（例えばバッファ装置）に搬送するので、メッシュボックス等の容器に乱雑にバラ積みされたワーク１を、人による重量物のハンドリング作業なしにピッキングすることができる。
【００７３】
また、ハンド１４を移動して、ワーク全体の３次元形状データを前記位置精度で複数の位置から分割して計測し、計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成するので、メッシュボックス等の容器内のワーク全体をハンド１４で把持可能な位置精度で計測することができる。
【００７４】
また、ハンド１４により該ハンドから距離センサ１６を取り外して、ハンド１４により把持可能なワーク１を順に把持して搬送先に搬送するので、距離センサ１６と容器３及びワーク１との干渉を本質的に無くすことができる。
【００７５】
従って、本発明の装置および方法により、ピッキング時間を短縮し、ピッキングできるワークの個数を増やすことができる。
【００７６】
さらに、本発明により、以下の効果が得られる。
（１）距離センサ１６でバラ積みされた複数のワーク全体を離れた位置から単一の視野で計測する場合に比べて、ワーク１に近接した位置からワーク全体を分割してハンド１４で把持可能な位置精度で計測するので、ワーク全体を高い精度で計測することができる。
（２）計測した複数の３次元形状データを統合してワーク全体の単一の３次元形状データを作成することで、複数回の計測であってもワーク全体のデータサイズを一定に収めることができる。
（３）ハンド１４が固定爪１４ｂと可動爪１４ｄからなるので、ハンド１４の可動部分を可動爪１４ｄのみにすることができ、これによりハンド１４を小型化し、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄの剛性を高めて重量物のハンドリングを可能にできる。
（４）また、ハンド１４の可動爪１４ｄを閉位置Ｃに移動して、固定爪１４ｂと可動爪１４ｄをワーク１の把持内面２内に挿入し、次いで固定爪１４ｂが把持内面２に近接するようにハンド１４全体を移動させながら、平行移動部材１４ｃを開方向に移動し、ワーク１を把持内面２で把持するので、ワークの把持時（及び開放時）におけるワークの移動を低減できる。
（５）ハンド１４の開閉動作のみで、着脱機構１７により、距離センサ１６とハンド１４の相対的な位置と姿勢を正確に位置決めすることができる。
（６）３次元表示装置１９を備えることにより、物体認識装置１８により作成された３次元形状データを立体表示された画像から目視で正確に判断することができる。また、タッチパネルにより、距離センサ１６により計測した３次元形状データから、ハンド１４で把持可能なワーク１、又は把持可能なワーク１の把持の順を選択することにより、物体認識装置１８による演算処理の負荷を軽減することができる。
（７）把持可能なワーク１が選択されない場合に、距離センサ１６の向きを変更して、Ｓ２〜Ｓ４の計測、選択を再実行することにより、ワーク１の向きによらず、把持可能なワークの検出率を高め、ピッキングできるワークの個数を増やすことができる。
（８）容器３又はワーク１とハンド１４の干渉（衝突）と空振りを検出することができ、再度ピッキングをリトライすることができる。
（９）加工装置２２による加工終了時に、ピッキングステップＳ６に優先して、加工装置２２から加工済みのワーク１を把持して搬出先（例えば搬出コンベア）に搬送し（Ｓ１３）、かつバッファ装置２４からワーク１を把持して加工装置２２内に搬入する（Ｓ１１）ので、加工装置２２の待機時間を減らして加工装置２２の稼働率を高め、かつ単一のロボットにより、ピッキング作業と加工装置２２への搬入・搬出作業を実行することができる。
（１０）容器３からワーク１を取り出すときに、ハンド１４がワーク１を把持する位置にずれがある場合であっても、ワーク１をバッファ装置２４へ搬送することで、バッファ装置２４はワーク１を整列して一定の姿勢で収容するので、バッファ装置２４からのワーク１の取り出しを一定の姿勢にすることができる。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
例えば、単一のロボットがハンドを２つ以上有する場合には、ハンドの数を上限として同時に把持して搬送先に搬送することができる。
すなわち、本発明は「ワークを１つずつ取り出す」ことに限定されず、２つ以上を同時に取り出してもよい。また、「２つ以上のハンドの把持」は、同時に限定されず、ロボットは同時に稼動しているが、交互に動くことや、相互に協調しあう動作であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１  ワーク、２  把持内面、３  容器、
１０  バラ積みピッキング装置、
１１  手先部、１２  ロボット、
１４  ハンド、１４ａ  ハンド本体、
１４ｂ  固定爪、１４ｃ  平行移動部材、１４ｄ  可動爪、
１５  Ｖ溝、１６  距離センサ（レーザレーダ）、
１６ａ  センサ台、１６ｂ  信号線、
１７  着脱機構、１７ａ  開閉位置決めローラ、
１７ｂ  幅位置決めローラ、１７ｃ  連結金具、
１８  物体認識装置、１９  ３次元表示装置、
２０  ロボット制御装置、
２２  加工装置、２４  バッファ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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