(57)【要約】【課題】ピッキング可能な吸着面を増加させる。【解決手段】物品群を撮像するカメラ１０２と、カメラ１０２と接続された制御装置１０１と、ピッキングロボット１０４とを備え、ピッキングロボット１０４は、複数のノズル１４１と、ノズルを全て包含する最小の領域である仮想領域をノズル１４１の位置関係を変更して拡縮する拡縮機構１４３とを備え、制御装置１０１は、カメラ１０２から取得した画像情報から対象物品の吸着面の特徴量を取得する特徴量取得部１２１と、決定された吸着面の大きさからノズル位置を決定するノズル位置決定部１１１と、決定されたノズル位置と画像情報とに基づき、他物品とノズル１４１とが干渉するかを判定する干渉有無判定部１１２とを有するピッキングシステム。【選択図】図２
2019005869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の領域内に配置された複数の物品である物品群から対象物品をピッキングするピッキングシステムであって、
物品群を撮像して画像情報を出力するカメラと、
前記カメラと接続された制御装置と、
前記制御装置によりピッキング動作が制御されるピッキングロボットとを備え、
前記ピッキングロボットは、
対象物品の所定の吸着面を吸着保持する複数のノズルと、
前記吸着面と平行な面において複数の前記ノズルを全て包含する最小の領域である仮想領域を前記ノズルの位置関係を変更して拡縮する拡縮機構とを備え、
前記制御装置は、
前記カメラから取得した画像情報から対象物品の吸着面の特徴量を取得する特徴量取得部と、
決定された吸着面の大きさからノズル位置を決定するノズル位置決定部と、
決定されたノズル位置と画像情報とに基づき、対象物品を吸着保持する際に対象物品以外の他物品と前記ノズルとが干渉するか否かを判定する干渉有無判定部とを有する
ピッキングシステム。
【請求項２】
前記ノズル位置決定部は、
前記干渉有無判定部が他物品とノズルとが干渉すると判定した場合に、先に決定されたノズル位置における仮想領域より狭い仮想領域となるノズル位置を再決定し、
前記干渉有無判定部は、
再決定されたノズル位置と画像情報に基づき、対象物品以外の他物品と前記ノズルとが干渉するか否かを判定する
請求項１に記載のピッキングシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、
複数の前記ノズルが対象物品を吸着するかしないかを独立して制御する吸着選択部を備える
請求項１または２に記載のピッキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、所定の領域内に乱雑に配置された物品からなる物品群から対象物品をピッキングするピッキングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
段積みされた複数の物品からなる物品群に対し、ピッキングロボットにより最上段から物品を一つずつピッキングするピッキングシステムが存在している（例えば特許文献１）。
【０００３】
このピッキングシステムでは、物品の位置ずれを検出し、ピッキングロボットが物品を保持する位置を前記位置ずれに基づき補正を行うシステムである。これにより、物品のピックアップミスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２７７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、所定の領域内に乱雑に配置された物品からなる物品群からピッキング対象となる対象物品を保持しようとする場合、対象物品の近傍に配置された他の物品とピッキングロボットの先端に設けられた保持部材とが干渉し対象物品が保持できない場合が発生する。
【０００６】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、対象物品の吸着面の大きさに応じて吸着ノズルの相互の位置関係を変更し、変更した状態で他の物品との干渉を判定するピッキングシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本願発明の１つであるピッキングシステムは、所定の領域内に配置された複数の物品である物品群から対象物品をピッキングするピッキングシステムであって、物品群を撮像して画像情報を出力するカメラと、前記カメラと接続された制御装置と、前記制御装置によりピッキング動作が制御されるピッキングロボットとを備え、前記ピッキングロボットは、対象物品の所定の吸着面を吸着保持する複数のノズルと、前記吸着面と平行な面において複数の前記ノズルを全て包含する最小の領域である仮想領域を前記ノズルの位置関係を変更して拡縮する拡縮機構とを備え、前記制御装置は、前記カメラから取得した画像情報から対象物品の吸着面の特徴量を取得する特徴量取得部と、決定された吸着面の大きさからノズル位置を決定するノズル位置決定部と、決定されたノズル位置と画像情報とに基づき、対象物品を吸着保持する際に対象物品以外の他物品と前記ノズルとが干渉するか否かを判定する干渉有無判定部とを有することを特徴とする。
【０００８】
これによれば、ノズル基台におけるノズル位置を加味して対象物品がピッキングできるか否かを判断することにより、ノズル位置を加味せずに他物品と干渉しない物品だけをピッキングするものと比べて吸着保持可能な対象物品の吸着面の数を増加させることができ、対象物品へノズルがアプローチする際の動線の選択肢を増やすことができる。これにより、ピッキング効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
また、前記制御装置は、複数の前記ノズルが対象物品を吸着するかしないかを独立して制御する吸着選択部を備えてもよい。
【００１０】
これによれば、対象物品にアプローチする際に全てのノズルが吸着面に位置するまで移動させることなく選択されたノズルだけで対象物品を吸着保持することができる。また、対象物品を吸着する際に、他の物品も同時に吸着してしまう状況でも、他の物品を吸着することなく対象物品だけを吸着保持することができる。
【００１１】
また、前記ノズル位置決定部は、前記干渉有無判定部が他物品とノズルとが干渉すると判定した場合に、先に決定されたノズル位置における仮想領域より狭い仮想領域となるノズル位置を再決定し、前記干渉有無判定部は、再決定されたノズル位置と画像情報に基づき、対象物品以外の他物品と前記ノズルとが干渉するか否かを判定してもよい。
【００１２】
これによれば、吸着保持可能な対象物品の吸着面をさらに増加させることができピッキング効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
なお、前記ピッキングシステムが含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本願発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本願発明の実施に該当する。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明のピッキングシステムによれば、ノズル基台に対するノズル位置を変更することでピッキング効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ピッキングシステムを示す斜視図である。
【図２】図２は、ノズル近傍を示す斜視図である。
【図３】図３は、制御装置の各処理部を機構部と共に示すブロック図である。
【図４】図４は、ピッキングシステムの動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、拡縮機構の別例１を示す斜視図である。
【図６】図６は、拡縮機構の別例２を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本願発明に係るピッキングシステムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係るピッキングシステムの一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００１７】
また、図面は、本願発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１８】
図１は、ピッキングシステムを示す斜視図である。
【００１９】
同図に示すように、ピッキングシステム１００は、所定の領域内で乱雑に配置された複数の物品からなる物品群２００から一つの対象物品２０１を取り出して他の場所に移動させるピッキング動作を自動的に行う事ができるシステムであって、制御装置１０１と、カメラ１０２と、ピッキングロボット１０４とを備えている。
【００２０】
ピッキングシステム１００のピッキング対象である物品は、特に限定されるものではないが、例えば、パッケージに収容された医薬品、日用品、食品などを例示することができる。物品の外観形状も特に限定されるものではないが、立方体を含む直方体を例示することができる。また、物品は、所定の領域を形成するケースに収容されるが、ケースの図示は省略している。
【００２１】
カメラ１０２は、物品が乱雑に配置された物品群２００の上面部分の画像を物品群２００の上方から撮像する装置である。カメラ１０２の種類は特に限定されるものではなく、例えば、可視光領域における像を画像信号として取得できるデジタルカメラを挙示できる。
【００２２】
なお、カメラ１０２は、赤外領域の像を取得できるものや、紫外領域の像を取得できるものなどでもよい。また、カメラ１０２は、ピッキングロボット１０４、専用の駆動機構などに取り付けられ、複数の視点から物品群２００を撮像し、撮像された画像に基づき物品群２００についての三次元的な情報を取得するものでも良く、複数の光学系と撮像素子とを備え、物品群２００を立体的に撮像できるものでも良い。また、カメラ１０２には、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、ＬＲＦ（Ｌａｓｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｆｉｎｄｅｒ）などの三次元センサも含まれる。
【００２３】
ピッキングロボット１０４は、物品群２００の中から対象物品２０１をピッキングすることができるロボットであり、対象物品２０１の一平面を吸着保持することのできる複数のノズル１４１と、複数のノズル１４１の相互の位置関係であるノズル位置を変更可能な拡縮機構１４３とを備えている。
【００２４】
本実施の形態の場合、ピッキングロボット１０４として多関節ロボットを例示しているが、ピッキングロボット１０４はこれに限定されるものではなく、パラレルリンクロボットや、複数の直動機構を組み合わされて構成される関節を備えないロボットなどであってもよい。また、ピッキングロボット１０４は、制御装置１０１によりノズル１４１の位置の変更を含むピッキング動作が制御されている。
【００２５】
図２は、ノズル近傍を示す斜視図である。
【００２６】
ノズル１４１は、柔軟性を有する環状の柔軟部材１４４を先端に備えた管状の部材であり、柔軟部材１４４の反対側は可撓性を有するチューブ（図示せず）を介して真空ポンプに接続されている。ピッキングロボット１０４が備えるノズル１４１の数は複数本であれば限定されるものではないが、本実施の形態の場合、ピッキングロボット１０４は、５本のノズル１４１を備えている。ノズル１４１の位置関係は、一本のノズル１４１が中心に配置され、他の四本のノズル１４１が中央のノズル１４１を中心とする円周上に均等に配置された位置関係となっている。中心に配置されるノズル１４１は、ピッキングロボット１０４に対して固定されている。他のノズル１４１は、拡縮機構１４３によりノズル位置を変更することができるものとなっている。
【００２７】
また、本実施の形態の場合、各ノズル１４１は、それぞれ電磁弁１４２（図３参照）を介して１つの真空ポンプに接続されており、電磁弁１４２を開閉することによりノズル１４１内を真空にするか否かをそれぞれ選択できるものとなっている。
【００２８】
拡縮機構１４３は、対象物品２０１の吸着面と平行な面（図中ＸＹ平面）において複数のノズル１４１を全て包含する最小の領域である仮想領域１４０を複数のノズル１４１の位置関係を変更して拡縮する機構である。
【００２９】
拡縮機構１４３はとくに限定されるものではないが、本実施の形態の場合、拡縮機構１４３は、テレスコピック機構であり、基端部がピッキングロボット１０４の本体に固定され、先端部に１本のノズル１４１が固定されている。また、拡縮機構１４３は、固定されているノズル１４１を中心として放射状均等に４箇所テレスコピック機構を備えており、制御装置１０１がテレスコピック機構の伸縮をそれぞれ制御することにより、ノズル１４１のピッキングロボット１０４本体に対する位置を変更して仮想領域１４０を拡縮できるものとなっている。また、拡縮機構１４３は、仮想領域１４０内に配置され、仮想領域１４０の最外周に配置されるノズル１４１よりも外側に突出しないものとなっている。これにより、拡縮機構１４３と他物品との干渉を回避することができる。
【００３０】
また本実施の形態の場合、拡縮機構１４３は、テレスコピック機構をそれぞれ独立して伸縮させることにより、仮想領域１４０の大きさばかりでなく、仮想領域１４０の形状を変化させることもできるものとなっている。
【００３１】
図３は、制御装置の各処理部を機構部と共に示すブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、制御装置１０１は、カメラ１０２と接続され、カメラ１０２から出力される画像情報に基づきピッキングロボット１０４を制御する装置であって、特徴量取得部１２１と、ノズル位置決定部１１１と、干渉有無判定部１１２とを備えている。本実施の形態の場合、制御装置１０１は、動線決定部１１３と、吸着選択部１３１をさらに備えている。
【００３３】
制御装置１０１は、具体的に例えば、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに含まれる命令に従って、プロセッサが動作することにより、各処理を実行する装置、および、各処理を実行するハードウェア回路の少なくとも一方を備えた装置である。また、ハードウェア回路は、デジタル回路、および、アナログ回路の少なくとも一方を備えた回路である。
【００３４】
特徴量取得部１２１は、カメラ１０２が撮像した物品群２００の上面全体が写された画像情報を取得し、取得した画像情報に基づき対象物品２０１の吸着面の特徴量を取得する処理部である。具体的に特徴量取得部１２１は、デジタル信号である画像情報を処理することで、対象物品２０１ばかりでなく、他物品の各面における形状、面積、重心、各面の位置などの特徴量を算出し出力する。また、特徴量取得部１２１は、撮像された物品に対し特徴量を算出すると共に、物品相互間の位置関係や、重なり状態も算出する。
【００３５】
ノズル位置決定部１１１は、特徴量取得部１２１で取得された対象物品２０１の吸着面の大きさからノズル位置を決定する処理部である。本実施の形態の場合、対象物品２０１は複数の吸着面がカメラ１０２によって撮像されており、ノズル位置決定部１１１は、各吸着面に対応する複数のノズル位置を決定する。
【００３６】
具体的に例えば、ノズル位置決定部１１１は、決定された対象物品２０１の吸着面の法線方向に沿ってノズル１４１を配置した場合に、全てのノズル１４１が吸着面を吸着でき、かつ、仮想領域１４０が最大となるようにノズル位置を決定する。
【００３７】
干渉有無判定部１１２は、ノズル位置決定部１１１により決定されたノズル位置とカメラ１０２から得られる画像情報とに基づき、対象物品２０１を吸着保持する際に対象物品以外の他物品とノズル１４１とが干渉するか否かを判定する処理部である。
【００３８】
具体的に例えば、干渉有無判定部１１２は、ノズル位置決定部１１１で決定されたノズル位置にノズル１４１を固定した状態を仮定して、対象物品２０１の吸着面の法線方向に沿って真っ直ぐにノズル１４１を吸着面に近づけた際に他物品がノズル１４１の動線上に存在するか否かにより干渉するか否かを判定する。また、対象物品２０１に吸着できる可能性のある吸着面が複数存在している場合、全ての吸着面に対して干渉の有無を判定する。
【００３９】
干渉有無判定部１１２はさらに、複数のノズル１４１の内のいくつかを用いることにより、現在のノズル位置で干渉することなく対象物品２０１の吸着面を保持できるか否かを判定してもよい。つまり、現在のノズル位置において、少なくとも１本のノズル１４１を吸着面から外すことにより、干渉することなく対象物品２０１を吸着保持できるか否かを判定してもよい。
【００４０】
吸着選択部１３１は、複数のノズルが対象物品２０１を吸着するかしないかを独立して制御する処理部である。本実施の形態の場合、吸着選択部１３１は、干渉有無判定部１１２が複数のノズル１４１の内のいくつかを用いることにより、対象物品２０１の吸着面を保持できると判定し、そのノズル１４１の組み合わせによりピッキングロボット１０４がノズル１４１を余分に移動させることがないと判断した場合、対応するノズル１４１のみ真空吸着できるように電磁弁１４２を制御する。
【００４１】
動線決定部１１３は、ノズル１４１が吸着面に当接して対象物品２０１を吸着保持するまで移動する動線を導出して決定する処理部である。また、動線決定部１１３は、対象物品２０１をノズル１４１によって吸着保持する際に、ノズル１４１が他物品に干渉することなく吸着できる吸着面が複数存在する場合、および、１つの吸着面に対して異なる本数のノズル１４１で対象物品２０１を吸着保持できる場合の少なくとも一方の場合が存在すると、それぞれの吸着面、および、異なる本数のノズル１４１で吸着する場合それぞれについてノズル１４１が移動する動線を導出し、最も効率よく対象物品２０１を吸着保持できる動線を決定する。本実施の形態の場合、最も効率よく対象物品２０１を吸着保持できる動線として動線決定部１１３は、ノズル１４１の移動距離が最短となる動線を決定する。
【００４２】
次に、ピッキングシステム１００の動作について説明する。
【００４３】
図４は、ピッキングシステムの動作の流れを示すフローチャートである。
【００４４】
まず、ピッキング位置に物品群２００が搬入される（Ｓ１０１）。搬入方法は特に限定されるものではないが、例えば、コンベアなどにより物品群２００が搬送されることによりピッキング位置に搬入される。
【００４５】
ピッキング位置に物品群２００が配置された状態で、カメラ１０２が物品群２００の全体を上方から撮像する（Ｓ１０２）。
【００４６】
次に、特徴量取得部１２１は、得られた画像情報から、対象物品２０１の全ての吸着面の特徴量を取得し、さらに、他物品の特徴量、および、対象物品２０１とその近傍に存在する他物品との重なり状態も取得する（Ｓ１０３）。
【００４７】
本実施の形態の場合、ここで干渉有無判定部１１２は、ノズル位置を変更することなく、吸着保持に寄与するノズル１４１の数を減少させて仮想吸着面を小さくすることにより、干他の物品と干渉することなく対象物品２０１を吸着保持できるか否かを判定する（Ｓ１０４）。
【００４８】
吸着保持に寄与するノズル１４１の本数を減少させても対象物品２０１が保持できると判断された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ノズル１４１の動線を決定する行程に移行する。ノズル１４１の本数を減少させても対象物品２０１を保持できないと判断された場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、次の行程に移行する。
【００４９】
ノズル位置決定部１１１は、特徴量取得部１２１で取得された対象物品２０１の全ての吸着面について、全てのノズル１４１が対象物品２０１の吸着面を吸着でき、かつ、仮想領域１４０が最大となるようにノズル位置を決定する（Ｓ１０５）。これにより、仮想領域１４０の大きさ（面積）、および、形状が決定される。
【００５０】
干渉有無判定部１１２は、対象物品２０１の全ての吸着面に対してノズル位置決定部１１１で決定されたノズル位置に基づき、ノズル１４１の吸着面に向かう動線上に他物品が存在するか否かを判断し干渉の有無を判定する（Ｓ１０６）。本実施の形態の場合、全ての吸着面の少なくとも１つに干渉があると判定した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ノズル位置決定部１１１は、干渉があると判定された吸着面について、先に決定されたノズル位置における仮想領域１４０より狭い仮想領域１４０となる次のノズル位置を再決定する（Ｓ１０５）。
【００５１】
次に干渉有無判定部１１２は、再決定された次のノズル位置と画像情報に基づき、他物品とノズル１４１とが干渉するか否かを判定する（Ｓ１０６）。
【００５２】
以上の、繰り返しを、全ての吸着面について、ノズル１４１が他物品と干渉しないか、または、干渉はするが拡縮機構１４３の構造的限界により仮想領域１４０を小さくすることができない場合は繰り返しを終了する（Ｓ１０６：Ｎｏ）。
【００５３】
次に、動線決定部１１３は、対象物品２０１を吸着保持するまでのノズル１４１の動線を導出する。吸着面が複数ある場合、複数の吸着面までのノズル１４１の動線をそれぞれ導出し、これらから最短の動線を決定する。また、動線決定部１１３は、吸着保持に寄与するノズル１４１の本数を減少させて対象物品２０１を吸着保持する場合、ノズル１４１の動線を導出する（Ｓ１０７）。
【００５４】
以上により決定された動線に基づいて、ピッキングロボット１０４が動作し対象物品２０１のピッキングを行う（Ｓ１０８）。ピッキング動作において対象物品２０１を吸着保持するノズル１４１が選択されている場合、吸着選択部１３１は電磁弁１４２を制御して吸着保持に寄与するノズル１４１を選択する。
【００５５】
以上により、物品群２００がピッキング位置に搬入されてから最初の対象物品２０１をピッキングする一連の動作が終了する。
【００５６】
この動作により、ノズル１４１の配置領域である仮想領域を可変とすることにより、ノズル１４１と他物品とが干渉することなく対象物品２０１を吸着保持することができる。さらに、吸着保持可能な吸着面の数を増加させることができる場合があり、この場合ノズル１４１を対象物品２０１に近づけるための動線の選択肢を増やすことができ、最も効率の良い動線を選択することが可能となる。以上により、ピッキング効率を向上させることができる。
【００５７】
吸着面が大きな対象物品２０１については、仮想領域１４０を広げることで、安定して対象物品２０１を吸着保持することができ。吸着面が小さな対象物品２０１についても柔軟に対応することができる。
【００５８】
さらに、ビニール、紙等の柔らかいシート状の対象物品２０１については、仮想領域１４０を拡大し、ノズル１４１の間隔を広げて吸着ポイントを分散させることで、真空圧力によって対象物品２０１が変形したり、シワがよったりする現象を抑制することができる。
【００５９】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００６０】
例えば、上記実施の形態では拡縮機構１４３は、テレスコピック機構を複数備え、テレスコピック機構の伸縮によりノズル１４１の仮想領域１４０を拡縮していたが、拡縮機構１４３は、図５に示すように、リンク機構を動作させてノズル１４１の平行状態を維持したままノズル１４１を回動させることにより仮想領域１４０を拡縮してもかまわない。
【００６１】
また、図６に示すように、拡縮機構１４３は、１つの外歯歯車１４５に内歯歯車の一部である部分内歯歯車１４６を複数個かみ合わせたものでもかまわない。この拡縮機構１４３によれば、ピッキングロボット１０４に対し固定的に取り付けられた外歯歯車１４５を回転させることによって、それぞれの部分内歯歯車１４６が回転し、部分内歯歯車１４６の先端に取り付けられたノズル１４１の位置を変更して仮想領域１４０を拡縮させることができる。
【００６２】
また、対象物品２０１の吸着保持に寄与するノズル１４１の数を減少させて吸着保持が可能か否かを判定する行程は、必須の行程ではなく、省略してもかまわない。
【００６３】
また、上記実施の形態では干渉有無判定部１１２は、吸着保持の可能性のある全ての吸着面に対して干渉の有無を判定する場合を説明したが、動線が短い順、吸着面積の大きい順などの所定の順序で干渉の有無を判断し、干渉がない吸着面が見つかった段階で終了させても良い。
【符号の説明】
【００６４】
１００  ピッキングシステム
１０１  制御装置
１０２  カメラ
１０４  ピッキングロボット
１１１  ノズル位置決定部
１１２  干渉有無判定部
１１３  動線決定部
１２１  特徴量取得部
１３１  吸着選択部
１４０  仮想領域
１４１  ノズル
１４２  電磁弁
１４３  拡縮機構
１４４  柔軟部材
１４５  外歯歯車
１４６  部分内歯歯車
２００  物品群
２０１  対象物品
【図１】
2019005869.tif 000003
【図２】
2019005869.tif 000004
【図３】
2019005869.tif 000005
【図４】
2019005869.tif 000006
【図５】
2019005869.tif 000007
【図６】
2019005869.tif 000008