(57)【要約】  ロボットシステムが、異なるエンドエフェクタの使用を必要とすることなく、単一のタイプのエンドエフェクタを使用して拡大した品目をピッキングすることを可能にするアフォーダンスが提供される。特に、ロボットシステムによって把持される物品のためのアフォーダンスが提供され、ロボットシステムは、エンドエフェクタを備える。アフォーダンスは、第１の層及び第２の層を備える。第１の層は、エンドエフェクタによって把持されるように構成され、第２の層は、物品に付着するように構成される。アフォーダンスを備えるシステムと、アフォーダンスによって少なくとも１つの格納手段から少なくとも１つの物品を把持するように構成されたエンドエフェクタを備えるロボットシステムも提供される。また、少なくとも１つの物品を格納するように構成された格納手段と、システムとを備える注文履行システムが提供され、アフォーダンスによって格納手段からの少なくとも１つの物品を把持するように構成される。また、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持されるように構成された第１の層と、物品に付着するように構成された第２の層とを備えるアフォーダンスを物品に適用することと、ロボットシステムのエンドエフェクタによって、アフォーダンスによって物品を把持することとを行う方法が提供される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットシステムによって把持される物品のためのアフォーダンスであって、前記ロボットシステムは、エンドエフェクタを備え、前記アフォーダンスは、
前記エンドエフェクタによって把持されるように構成された第１の層と、
前記物品に付着するように構成された第２の層と
を備える、アフォーダンス。
【請求項２】
前記第１の層は、吸着カップエンドエフェクタによって把持されるように構成される、請求項１に記載のアフォーダンス。
【請求項３】
前記第１の層は、前記物品よりも平坦及び／又は平滑である、請求項１又は２に記載のアフォーダンス。
【請求項４】
前記第１の層は、平行ジョーエンドエフェクタによって把持されるように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項５】
前記第１の層は、少なくとも２つの実質的に平行な表面を有する構造を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項６】
前記第１の層は、少なくとも２つのジョー及び／又はフィンガーを備えるエンドエフェクタによって把持されるように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項７】
前記第１の層は、剛性及び／又は半剛性材料を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項８】
前記第２の層は、接着剤及び／又はフックファスナを備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項９】
前記第２の層は、１０秒以内で前記物品に付着するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項１０】
前記第２の層は、食品に安全である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項１１】
前記アフォーダンスは、生分解性である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項１２】
前記第１の層は、前記アフォーダンスによって前記物品を把持するよう前記ロボットシステムに示すために構成されたインジケータを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項１３】
前記アフォーダンスは、前記エンドエフェクタによって前記物品に適用されるように構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアフォーダンス。
【請求項１４】
システムであって、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアフォーダンスと、
前記アフォーダンスによって少なくとも１つの格納手段から少なくとも１つの物品を把持するように構成されたエンドエフェクタを備えるロボットシステムと
を備える、システム。
【請求項１５】
注文履行システムであって、
少なくとも１つの物品を格納するように構成された格納手段と、
請求項１４に記載のシステムと
を備え、前記ロボットシステムは、
前記アフォーダンスによって前記格納手段からの少なくとも１つの物品を把持するように構成される、
注文履行システム。
【請求項１６】
方法であって、
ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持されるように構成された第１の層と、物品に付着するように構成された第２の層とを備えるアフォーダンスを前記物品に適用することと、
前記ロボットシステムの前記エンドエフェクタによって、前記アフォーダンスによって前記物品を把持することと
を行うステップを備える、方法。
【請求項１７】
前記アフォーダンスは、前記ロボットシステムの前記エンドエフェクタによって前記物品に適用される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１８年１月１９日に出願された英国特許出願第１８００８６３．１号の優先権を主張し、この出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般にロボットピッキングの分野に関し、より詳細には、ロボットでピッキングされる物品に使用するアフォーダンスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボットピッキングの分野では、様々なサイズ及び重量の物品が、異なる機構のエンドエフェクタを有するロボットシステムによってピッキングされることが試みられている。２つの例示的な機構は、吸着カップエンドエフェクタ及び平行ジョーエンドエフェクタである。吸着カップエンドエフェクタは、吸着カップの口をピッキングされる物品に当て、次いで吸着カップの内部を真空に引くことによって機能する。したがって、大気圧は、ピッキングされる物品が吸着カップの口に付着したままであることを保証する。したがって、吸着カップエンドエフェクタを用いて物品をピッキングするには、物品をピッキングし移動させている間に重力及び慣性に耐えるのに十分な真空を提供するために、吸着カップの口の周りに十分な封止が必要である。
【０００４】
平行ジョーエンドエフェクタは、機械的に移動可能な少なくとも２つのジョーを備える。ジョーは、最大距離で離れて開始してもよく、最小距離まで離れた距離に減少するように構成される。したがって、物品をグリップするために、ジョーは、最大距離で離れて開始し、次いで、ジョーがグリップされる物品に接触するまで、各ジョー間の距離を（例えば、ねじ機構を使用して）機械的に減少させてもよい。それにより、各ジョーは、物品をグリップするために、ジョーと物品との間に力を提供する。理解されるように、正確に作業するためには、ジョーは実質的に平行な表面をグリップしなければならない。例えば、２つのジョーを有するエンドエフェクタ（a two jaw end effector）は、表面の接触が悪いために表面上でジョーが滑るので、円錐形の物品などの実質的に平行な表面を有さない物品の把持が不十分である。さらに、物品がジョー間の最大距離よりも大きい寸法を有する場合、平行ジョーエンドエフェクタは物品をグリップすることができない。
【０００５】
ある品目（range of items）がピッキングされるとき、いくつかの物品は、特定のエンドエフェクタでピッキングされることができない。例えば、スポンジと吸着エンドエフェクタとの間の真空封止が物品の把持を達成するのに十分ではないので、スポンジの重量が吸着カップエンドエフェクタの最大重量持上げ能力よりも小さい場合であっても、スポンジは通常、吸着カップエンドエフェクタによってピッキングされることができない。
【０００６】
したがって、吸着カップエンドエフェクタを使用してピッキングされる可能性がある物品は、必要な表面特徴を提供しないので、現在、このようにピッキングすることは考慮されていない。したがって、ロボットシステムがピッキングすることができる品目を制限する必要があり、それによって、ピッキングされることができるわずかな品目にその使用を制約している。
【０００７】
同様に、物品は平行ジョーエンドエフェクタがうまく把持するための実質的に平行な表面を特徴とせず、及び／又は物品の寸法が平行ジョーエンドエフェクタのジョー間の最大距離よりも大きいため、物品の重量が平行ジョーエンドエフェクタの最大持ち上げ能力未満であっても、平行ジョーエンドエフェクタによってピッキングされることができない物品が存在する。したがって、平行ジョーエンドエフェクタによってうまくピッキングされることができる物品を制限する必要がある。
【０００８】
したがって、物品の重量が特定のエンドエフェクタの重量持ち上げ能力の範囲内であっても、例示的なエンドエフェクタの各々によって、限定された品目がピッキングされ得る。
【発明の概要】
【０００９】
ロボットピッキングシステムにおける課題を鑑みて、本発明は、ロボットシステムが、異なるエンドエフェクタの使用を必要とすることなく、単一のタイプのエンドエフェクタを使用して拡大した品目をピッキングすることを可能にするアフォーダンスを提供することを目的とする。
【００１０】
一般論として、本発明は、特定のタイプのエンドエフェクタによってピッキングされるのに通常適していない物品に適用される人工アフォーダンスを導入する。人工アフォーダンスは、物品に適用されると、物品を特定のタイプのエンドエフェクタによるロボットピッキングに適した状態にする。
【００１１】
本発明によれば、ロボットシステムによって把持される物品のためのアフォーダンスが提供され、ロボットシステムは、エンドエフェクタを備える。アフォーダンスは、第１の層及び第２の層を備える。第１の層は、エンドエフェクタによって把持されるように構成され、第２の層は、物品に付着するように構成される。
【００１２】
本発明はまた、前述のアフォーダンスを備えるシステムと、アフォーダンスによって少なくとも１つの格納手段から少なくとも１つの物品を把持するように構成されたエンドエフェクタを備えるロボットシステムとを提供する。
【００１３】
本発明はまた、少なくとも１つの物品を格納するように構成された格納手段と、前述のシステムとを備える注文履行システム（order fulfilment system）を提供し、ロボットシステムは、アフォーダンスによって格納手段からの少なくとも１つの物品を把持するように構成される。
【００１４】
本発明はまた、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持されるように構成された第１の層と、物品に付着するように構成された第２の層とを備えるアフォーダンスを物品に適用することと、ロボットシステムのエンドエフェクタによって、アフォーダンスによって物品を把持することとを行うステップを備える方法を提供する。
【００１５】
本発明の実施形態は、ここで、添付の図面を参照して例としてのみ説明され、図面において、同様の参照番号は、同じ又は対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンスの１つの非限定的な例の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンスの別の非限定的な例の概略図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンスの別の非限定的な例の概略図である。
【図４】図４は、図１に示すアフォーダンスの第１の物品への付着を示す概略図である。
【図５】図５は、図２に示すアフォーダンスの第２の物品への付着を示す概略図である。
【図６】図６は、アフォーダンスを物品に貼り付け、次いで、その物品をロボットでピッキングするために実行される方法のステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンス１００の非限定的な例を示す。アフォーダンスは、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持される物品に適用されるのに適している。アフォーダンス１００は、２つの層を備える。
【００１８】
第１の層１０１は、エンドエフェクタによって把持されるように構成される。図１に示す例では、第１の層１０１は、吸着カップエンドエフェクタによる把持に適している。図示されるように、第１の層１０１は、吸着カップエンドエフェクタが、第１の層１０１をうまく把持するために適切な真空レベルが維持されることを保証するよう、第１の層１０１の表面上に十分な封止を生成及び維持できることを保証する表面を提供する。ロボットでピッキングされる物品が比較的剛性である場合、アフォーダンス（柔軟なアフォーダンスであってもよい）が単に適用され得、それによってロボットピッキングがうまく達成されることができる。しかしながら、物品が比較的可撓性である場合、第１の層１０１は、ロボットピッキングの成功を可能にするためにエンドエフェクタの作用下でその形状を十分に維持するように、半剛性又は剛性材料を含んでもよい。例えば、吸着カップエンドエフェクタの作用下で、第１の層１０１は、真空封止を破壊することによって物品の把持を達成することができなくなるほど、大きく変形しない。
【００１９】
図１に示すアフォーダンス１００は、吸着カップエンドエフェクタと共に使用するように特に構成されている。具体的には、第１の層１０１は、形状が円形の上面で表されることにより、吸着カップエンドエフェクタの端部の形状に一致する。さらに、第１の層１０１は、吸着カップエンドエフェクタよりも大きい半径を有し、それによって、吸着カップエンドエフェクタによる使用に適合された表面を提供する。しかしながら、アフォーダンス１００の形状は、三角形、正方形、長方形、五角形などの任意の形状であってもよいが、適切な真空封止を有する吸着カップエンドエフェクタの口を完全に収容する最小サイズを有する。言い換えれば、吸着カップエンドエフェクタの口全体が、アフォーダンス１００の第１の層１０１と接触していなければならない。
【００２０】
例えば、ピッキングされる物品が起伏を有する粗い表面を有する場合、真空封止を達成することは困難である。しかしながら、アフォーダンス１００を表面に適用することによって、真空シーリングのための好適な表面が提供される。これを達成するために、一例では、第１の層１０１は、ピッキングされる物品よりも平坦及び／又は平滑であり、言い換えれば、物品のさもなければ粗い表面を滑らかにする。このようにして、吸着カップエンドエフェクタの作用下で、アフォーダンス１００を使用する吸着カップエンドエフェクタによって、アフォーダンス１００を用いないものよりも良好な真空封止が達成される。
【００２１】
第２の層１０２は、物品に付着するように構成される。例えば、第２の層１０２は、接着剤及び／又はフープ及びループファスナ（例えば、ベルクロ（登録商標））を含んでもよい。このようにして、第２の層１０２は、物品全体ならびにアフォーダンス１００がロボットシステムによってうまくピッキングされ得ることを保証するのに十分な力で、ピッキングされる物品の表面にうまく取り付けられる。例えば、ピッキングされる物品が、スーパーマーケットでレモンを入れるために典型的に使用されるようなネット材料である場合、本発明者らは、ロボットピッキングを可能にするのに十分な力でネットに付着するのに有効である（ベルクロなどの）フック及びループファスナのフック部分を見出した。追加的に又は代替的に、物品がプラスチックで包まれた食品などのプラスチックの外層を有する場合、本発明者らは、付着材料が第２の層１０２での使用に好適であることを見出した。理解されるように、いくつかの異なる接着剤が第２の層１０２での使用に適しており、ロボットでピッキングされる物品の外側包装層に対して最良の付着性を有するように選択される。実際に、本発明者らは、多数の異なるアフォーダンス１００が、異なる組成の異なる外側包装コーティングにそれぞれ適した第２の層１０２の異なる接着剤で製造されてもよく、アフォーダンス１００が適切な付着力を有するそれぞれの物品に適用されてもよいことを想定している。このようにして、第２の層１０２は、ロボットシステムによる把持及び移動中に物品に加えられる重力及び慣性力よりも大きい付着力を提供する。
【００２２】
したがって、多孔質物品及び／又は粗い表面を有する物品などの、通常は吸着カップエンドエフェクタによってピッキングすることができなかった物品は、アフォーダンス１００によって吸着カップエンドエフェクタで把持されることができる。
【００２３】
好ましい実施形態では、第２の層１０２は食品に安全であり、言い換えれば、食料品をピッキングする場合、第２の層１０２は食品と接触し得るので、ヒト／動物／植物の生命に有毒な要素を含有しない。
【００２４】
好ましくは、第２の層１０２は、比較的短い時間、例えば１０秒以内で物品に付着する。このようにして、アフォーダンス１００の適用と、物品がロボットにピッキングされることができる時間との間の時間が最小化される。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンス２００の別の非限定的な例を示す。図２に示すように、アフォーダンス２００は、図１に関して開示した２つの層、すなわち、第１の層２０１及び第２の層２０２を備える。先に開示したように、第１の層２０１は、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持されるように構成され、第２の層は、物品に付着するように構成される。この例では、第１の層２０１は長方形の形状を有するように示されているが、これは一例であり、三角形、正方形、円形、五角形などの任意の数の異なる形状である。
【００２６】
この非限定的な例では、アフォーダンス２００は、平行ジョーエンドエフェクタによって把持されるように特に構成されている。これを達成するために、第１の層２０１は、平行ジョーエンドエフェクタによって把持されるように構成された構造２０３を備える。一例では、構造２０３は、２つの実質的に平行な表面を備える。特に、平行ジョーエンドエフェクタは、ジョー間で物品の実質的に平行な表面を把持することによって動作する。これは、物品が、球形の物品のような実質的に平行でない外面を有する場合、又は円錐のような変化する輪郭を有する不均一な物品を有する場合、達成することが困難であり得る。さらに、平行ジョーエンドエフェクタのジョー間の可能な最大距離よりも大きい寸法を有する物品の場合、平行ジョーエンドエフェクタは物品を把持することができない。
【００２７】
したがって、図２に示されるアフォーダンス２００は、平行ジョーエンドエフェクタのジョー間の最大距離未満の距離だけ離された、実質的に平行な少なくとも２つの表面を提供する構造２０３を備える。したがって、第１の層２０１は、平行ジョーエンドエフェクタによって容易に把持される構造２０３を提供する。さらに、構造２０３は、構造２０３の他の表面よりも比較的高い表面摩擦である少なくとも１つの表面２０４を備えることができる。このようにして、表面２０４は、平行ジョーエンドエフェクタによってグリップされ、他の表面よりも高いレベルの表面摩擦により、表面をより良好にグリップすることができる。例えば、実質的に平行な少なくとも２つの表面は、構造２０３の他の表面よりも表面摩擦が比較的高い材料を備えてもよい。このようにして、平行ジョーエンドエフェクタが表面２０４をグリップするとき、平行ジョーエンドエフェクタの滑りの可能性の低減が達成される。
【００２８】
有利には、構造２０３を含む第１の層２０１は、半剛性又は剛性材料で形成され得る。このようにして、構造２０３は、ロボットでピッキングされる物品が可撓性であるか否かに関わらず、平行ジョーエンドエフェクタによってうまくグリップされるのに十分なその形状を維持する。このようにして、構造２０３は、平行ジョーエンドエフェクタは、物品がロボットでピッキングされるのに十分なグリップ力を維持するように、平行ジョーエンドエフェクタの力の下で過度に変形しない。
【００２９】
図２に示す第２の層２０２に関して、この層は、第２の層２０２が第１の層２０１の長方形の形状に一致するように成形されることを除いて、前に説明した第２の層１０２と概ね同一である。より具体的には、第２の層２０２は、物品に付着するように構成される。典型的には、これは、好ましくは食品に安全な接着剤によって達成される。しかしながら、ネット材料に良好に付着する一連のフック（例えば、典型的なフック及びループファスナに用いられる）を利用するような他の付着技術も利用可能である。先に開示したように、好ましくは、第２の層２０２は、アフォーダンス２００の適用とロボットピッキングの開始との間の遅延を最小限に抑えることができるように、比較的短い時間、例えば１０秒で物品の表面に付着する。このようにして、図２に示されるアフォーダンス２００は、構造２０３が平行ジョーエンドエフェクタによって把持され得るように、物品に付着する。
【００３０】
アフォーダンス２００は、平行ジョーエンドエフェクタによって把持されるように構成されているが、本発明者らは、アフォーダンスが、吸着カップエンドエフェクタ及び平行ジョーエンドエフェクタの両方と同等に適合し得ることを想定している。これを達成するために、第１の層２０１は、十分な真空封止を保証するために吸着カップエンドエフェクタを完全に収容する十分な大きさになるように提供される。さらに、構造２０３は、吸着カップエンドエフェクタの口に入るのに十分に小さく、（真空を引くために使用される）空気通路を遮断しないように提供される一方で、平行ジョーエンドエフェクタによって効果的に把持されるのに十分に大きい。したがって、本発明者らは、アフォーダンス２００が、適切なサイズにされたときに、吸着カップ及び平行ジョーエンドエフェクタの両方と交換可能に動作することができるアフォーダンスであると想定している。
【００３１】
図３は、図２に示すアフォーダンス２００の別の例を示す。この例では、アフォーダンス２００は、図２に示すアフォーダンス２００と同じ参照符号で示されている。この特定のアフォーダンスは、アフォーダンス２００を吸着カップエンドエフェクタ及び平行ジョーエンドエフェクタの両方に適合させる特徴を強調するように示されている。特に、第１の層２０１は、吸着カップエンドエフェクタによってグリップされる領域を提供する、比較的大きく、平坦かつ滑らかな領域２０５を備える。さらに、平行ジョーエンドエフェクタによってグリップされ得る構造２０３が提供される。
【００３２】
したがって、第１の層２０１は、吸着カップエンドエフェクタ及び／又は平行ジョーエンドエフェクタの両方がアフォーダンス２００をうまくグリップすることを可能にする特徴を提供する。
【００３３】
さらに、構造２０３は、他の表面よりも高いレベルの表面摩擦を備える少なくとも１つの表面２０４を備え得る。このようにして、平行ジョーエンドエフェクタが少なくとも１つの表面２０４によって構造２０３をグリップするとき、より良好なグリップが達成され、平行ジョーエンドエフェクタのジョーにおける滑りのリスクがより低くなる。
【００３４】
図４は、図１に示すアフォーダンス１００を物品４０１に適用し、次いで、吸着カップエンドエフェクタ４０２によって物品４０１をロボットでピッキングする一例を示す。この例における物品４０１は、ロボットでピッキングされることが本発明者らによって想定される典型的な食料品であるレモンで満たされたネットバッグである。理解されるように、アフォーダンス１００の適用によってロボットでピッキングされ得る物品のタイプは、アフォーダンス１００なしのロボットピッキングに対して大幅に増加する。
【００３５】
より具体的には、吸着カップエンドエフェクタ４０２を利用するロボットシステムは、通常、物品が吸着カップエンドエフェクタ４０２による使用に適した表面を提供する限られた品目をピッキングすることのみに限定される。典型的には、表面は、典型的には比較的滑らかで比較的平坦な表面を必要とする真空封止を形成するために、吸着カップエンドエフェクタに適していなければならない。さらに、表面は、吸着カップエンドエフェクタ４０２の口の周りで真空封止が達成されることを保証するために、少なくとも吸着カップエンドエフェクタの半径と同じ大きさの最小半径を有していなければならない。７０％が比較的滑らかで比較的平坦な表面を提供する製品品目（range of products）を提供している会社にとっては、ロボットシステムにおいて吸着カップエンドエフェクタを選択することにより、その会社で使用される品目の大部分を容易にロボットでピッキングすることが自然であろう。しかしながら、物品４０１は、物品４０１の不均一な表面のために吸着カップエンドエフェクタが機能しない、その会社の３０％の物品にあたる。本発明者らは、ネットバッグにアフォーダンス１００を適用することによって、そうでなければ特定のエンドエフェクタによってロボットでピッキングされることができなかった物品を、ロボットでピッキングする手段を提供する。このようにして、ロボットでピッキングされる品目がうまく増大され得、それによって、これらの物品をピッキングするのに必要な時間、コスト、及び複雑さを低減することができる。
【００３６】
図４を参照すると、アフォーダンス１００は、第２の層１０２によって物品４０１に適用される。この例では、フックがネットバッグに付着するので、フック及びループファスナからの一連のフックが使用され得る。代替的に又は追加的に、物品４０１のネットにアフォーダンス１００を結合するために、接着剤が使用され得る。このようにして、アフォーダンス１００は、物品４０１の移動中に加えられる重力及び慣性力よりも大きい力で物品４０１の表面に付着する。
【００３７】
さらに、物品４０１の表面は比較的可撓性であり、したがって、可撓性アフォーダンス１００では、吸着カップエンドエフェクタ４０２との十分な真空封止を達成することが困難であることが判明し得る。したがって、好ましい実施形態では、アフォーダンス１００の第１の層１０１は、うまくロボットピッキングを可能にするために、エンドエフェクタの作用下でその形状を十分に維持するように、半剛性又は剛性材料を備え得る。
【００３８】
アフォーダンス１００が物品４０１に付着すると、吸着カップエンドエフェクタ４０２は、アフォーダンス１００の第１の層１０１上に真空封止を形成することができる。特に、第１の層１０１の表面は、第１の層１０１の表面が物品４０１のネットよりも平滑及び／又は平坦であるため、吸着カップエンドエフェクタ４０２が真空封止を形成することができるようなものである。したがって、吸着カップエンドエフェクタは、それによって物品４０１をロボットでピッキングすることができる。
【００３９】
図５は、図２に示すアフォーダンス２００を物品５０１に適用し、次いで、平行ジョーエンドエフェクタ５０２によって物品５０１をロボットでピッキングする別の例を示す。この例における物品５０１は、段ボール箱であり、その寸法は、全ての３つの寸法における平行ジョーエンドエフェクタのジョー間の最大距離を超える。理解されるように、アフォーダンス２００の適用によってロボットでピッキングされ得る物品のタイプは、アフォーダンス２００なしのロボットピッキングに対して大幅に増加する。
【００４０】
より具体的には、平行ジョーエンドエフェクタ５０２を利用するロボットシステムは、通常、物品が平行ジョーエンドエフェクタ５０２による使用に適した表面を提供する限られた品目をピッキングすることのみに限定される。典型的には、物品は、滑りを生じることなく物品上にグリップを形成するために、平行ジョーエンドエフェクタに対して実質的に平行な少なくとも２つの表面を提供しなければならない。さらに、物品は、２つの実質的に平行な表面の間の距離が、最大伸長時の平行ジョーエンドエフェクタの間の最大距離よりも小さい、少なくとも１つの寸法を備えなければならない。図５に示される例では、そのような寸法は存在せず、したがって、物品５０１は、平行ジョーエンドエフェクタ５０２によってピッキングされることができない。７０％が平行ジョーエンドエフェクタのジョーの間に適合する物品を提供しており、かつその表面が実質的に平行である製品品目を提供している会社にとって、ロボットシステムにおいて平行ジョーエンドエフェクタを選択することにより、その会社によって使用される大部分の品目を容易にロボットでピッキングすることが自然であろう。しかしながら、物品５０１は、平行ジョーエンドエフェクタによってピッキングされることができない、その会社の３０％の物品にあたる。本発明者らは、アフォーダンス２００を物品５０１に適用することによって、特定のエンドエフェクタによってロボットでさもなければピッキングされることができなかった物品をロボットでピッキングする手段を提供する。このようにして、ロボットでピッキングされる品目がうまく増大されることができ、それによって、これらの物品をピッキングするのに必要な時間、コスト、及び複雑さを低減することができる。
【００４１】
図５を参照すると、アフォーダンス２００は、第２の層２０２によって物品５０１に適用される。この例では、物品５０１の段ボールにアフォーダンス２００を結合するために、接着剤が使用され得る。このようにして、アフォーダンス２００は、物品５０１の移動中に加えられる重力及び慣性力よりも大きい力で物品５０１の表面に付着する。
【００４２】
アフォーダンス２００が物品５０１に付着すると、平行ジョーエンドエフェクタ５０２は、アフォーダンス２００の第１の層２０１上で構造２０３の把持を形成することができる。特に、第１の層２０１の構造２０３は、平行ジョーエンドエフェクタ５０２が構造２０３を把持することができるように、平行ジョーエンドエフェクタの最大距離よりも短い距離だけ離間した少なくとも２つの平行な表面を提供する。したがって、平行ジョーエンドエフェクタは、それによって物品５０１をロボットでピッキングすることができる。
【００４３】
アフォーダンス１００及び２００は、それによって、特定のエンドエフェクタによってロボットでピッキングされる物品の範囲を大幅に拡張する低コストで影響の少ない解決策を提供する。これにより、同じピッキング位置でより広い／拡大した品目がピッキングされることができる。
【００４４】
図６は、本発明の第１の実施形態によるアフォーダンスを使用する方法を示す。方法Ｓ６００は、適用ステップＳ６０１及び把持ステップＳ６０２の２つのステップを備える。
【００４５】
ステップＳ６０１において、前述のようにアフォーダンスが物品に適用される。この実施形態では、アフォーダンスは２つの層を備え、第１の層は、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持されるように構成され、第２の層は、物品に付着するように構成される。
【００４６】
前述のように、第１の層は、吸着カップエンドエフェクタ又は平行ジョーエンドエフェクタなどであるがこれらに限定されない多くの異なるタイプのエンドエフェクタによって把持されるように構成される。この目的のために、第１の層は、ロボットピッキングを可能にするために、エンドエフェクタが第１の層の十分な把持を達成することを保証するために必要な特徴を提供する。例えば、吸着カップエンドエフェクタに関して、これは、吸着カップエンドエフェクタの口の周りで十分な真空封止が達成されることを保証することを伴う。平行ジョーエンドエフェクタに関して、これは、平行ジョーエンドエフェクタによって容易に把持される（例えば、前述の構造を使用して）第１の層上に表面を提供することを伴う。
【００４７】
第２の層は、ロボットでピッキングされる物品の表面に付着するように構成される。この目的のために、第２の層は、第２の層とピッキングされる物品との間の十分な結合を達成するために、接着剤、フック、又は任意の他の手段を備えてもよい。この目的のために、本発明者らは、１０秒未満の第２の層の硬化時間（curing time）が、アフォーダンスの適用とアフォーダンスの把持との間の時間を最小化することを見出した。理想的には、第２の層は、食品と共に使用され得るように、食品に安全である。
【００４８】
適用ステップＳ６０１は、任意の数の方法で達成され得る。例えば、アフォーダンスは、作業者によって手動で適用されてもよい。あるいは、アフォーダンスは、ロボットでピッキングされる物品にアフォーダンスを適用するように構成された機械的手段によって適用されてもよい。
【００４９】
ステップＳ６０２において、アフォーダンスが適用された物品は、ロボットシステムのエンドエフェクタによって把持される。アフォーダンスを把持するために、ロボットシステムは、物品の表面上のアフォーダンスを識別する。これは、作業者がエンドエフェクタを手動で位置付けすることによって達成されてもよく、あるいは、視覚システムなどの自動手段がアフォーダンスを識別し、エンドエフェクタをアフォーダンスと自動的に位置合わせしてもよい。次に、エンドエフェクタをアフォーダンスと接触させ、最後に、エンドエフェクタにアフォーダンスを把持させる。把持が達成されると、ロボットシステムは、アフォーダンス及び物品と共にエンドエフェクタを必要な位置に移動させてもよい。
【００５０】
吸着カップエンドエフェクタの例では、把持は、大気圧が吸着カップに対して物品を維持するように、吸着カップにおいて真空に引くことによって達成される。平行ジョーエンドエフェクタの場合、ロボットピッキングを可能にするのに十分な力がアフォーダンスとジョーとの間に生成されるまで、ジョーをアフォーダンスの表面と接触させる。
【００５１】
このようにして、ロボットピッキングが達成され得る品目が増大する。
【００５２】
＜変形及び修正形態＞
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に対して多くの変形及び修正を行うことができる。
【００５３】
好ましい実施形態では、アフォーダンス１００及び２００は、使用されるアフォーダンスの環境への影響を低減するように、生分解性材料で形成される。
【００５４】
本説明は、エンドエフェクタの特定のサイズに限定されない。典型的には、エンドエフェクタのサイズが増大するにつれて、エンドエフェクタの重量持ち上げ能力も増大する。言い換えれば、本発明の実施形態は、集積回路などの非常に重量が小さい物品から自動車などの重量が大きい物品に適用する。先に開示されたアフォーダンスは、サイズ及び重量の範囲にわたって物品に等しく適用されてもよい。
【００５５】
上記の説明は、吸着カップエンドエフェクタ及び平行ジョーエンドエフェクタを開示しているが、本発明者らは、本発明の第１の実施形態に多数の他のエンドエフェクタが適用され得ることを想定している。例えば、平行ジョーエンドエフェクタは、典型的には、２つの平行ジョーを用いて説明されているが、このタイプのエンドエフェクタは、少なくとも２つのジョーを用いても同様に良好に機能する。例えば、３つのジョーが用いられ得る。加えて、ジョーの数が増加するにつれて、エンドエフェクタのグリップ力は、平行ジョーエンドエフェクタの重量持上げ能力の増加も増加するように、増加してもよい。この例では、各追加のジョーは、平行ジョーエンドエフェクタの少なくとも別のジョーに平行に含まれると仮定される。例えば、４つのジョーを有する平行ジョーエンドエフェクタ（a four jaw parallel jaw end effector）は、２つの同一平面上のジョーの第１のセットと、２つの同一平面上のジョーの第２のセットとを含み得るが、ジョーの第１のセットから離間される。このようにして、平行ジョーエンドエフェクタによって追加的な重量が持ち上げられ得る。さらに、構造２０３の実質的に平行な表面の数は、１組のジョー内のジョーの各々が同一平面上にあり、したがって、構造２０３の２つの実質的に平行な表面を依然としてうまくグリップすることができるため、増加する必要はない。さらなる例では、ジョーが使用される必要はなく、むしろ、典型的には平行ジョーエンドエフェクタのジョーよりも多関節であるフィンガーが用いられ得る。
【００５６】
本発明者らはまた、エンドエフェクタの別の例として同心ジョーエンドエフェクタを想定している。この例では、ジョーは、エンドエフェクタの中心点の周りに同心円状に構成される。例えば、３つのジョーを有する同心ジョーエンドエフェクタ（a three jaw concentric jaw end effector）は、同心ジョーエンドエフェクタの中心の周りに実質的に１２０度離間したジョーを有してもよい。そのようなエンドエフェクタは、余分なジョーを収容し、３つのジョーを有する同心ジョーエンドエフェクタによってうまく把持されることができる表面を依然として提供するために、構造２０３に対する修正を必要とし得る。例えば、構造２０３は、正三角形を形成するように、各々が互いに実質的に６０度の角度をなす３つの表面を有する三角形の輪郭を備えてもよい。ジョーの数が増加するにつれて、構造２０３上の表面の数も増加する。例えば、４つのジョーを用いて、構造２０３は、各表面が実質的に９０度離れて角度を付けられた正方形プロファイルで形成された４つの表面を備えてもよい。言い換えれば、構造２０３の表面は、同心ジョーエンドエフェクタのジョーが構造２０３をうまく把持するように角度が付けられている。さらなる例では、ジョーが使用される必要はなく、むしろ、典型的には平行ジョーエンドエフェクタのジョーよりも多関節であるフィンガーが用いられ得る。
【００５７】
同様に、少なくとも２つの吸着カップエンドエフェクタを備えるエンドエフェクタが用いられることにより、単一の吸着カップエンドエフェクタよりも多くの重量を持ち上げることができる。この目的のために、第１の層１０１及び２０１は、少なくとも２つの吸着カップの各吸着カップが真空封止を形成することができる表面を提供するように、より大きいエリア又は複数のより小さいエリアを備えてもよい。さらなる例では、ジョーが使用される必要はなく、むしろ、平行ジョーエンドエフェクタのジョーよりも典型的にはより多関節であるフィンガーが使用される必要がある。
【００５８】
別の非限定的な例では、エンドエフェクタは、静電気を利用して物品を把持するための静電エンドエフェクタなどの電気的付着手段を備えてもよい。この意味で、第１の層１０１及び２０１は、静電エンドエフェクタによって把持されるのに適した材料を備えることができる。プラスチック及び他の電気的非導電性材料などの材料は、静電エンドエフェクタで最もよく機能することができる。
【００５９】
別の非限定的な例では、エンドエフェクタは、物品を把持するために電磁気などの電磁手段を利用することができる。この意味で、第１の層１０１及び２０１は、電磁エンドエフェクタによって把持されるのに適した材料を備えてもよい。鉄金属、例えば、鉄、ニッケル、及びコバルトなどの材料は、電磁エンドエフェクタで最もよく機能し得る。
【００６０】
さらに、本発明者らは、接着剤及び／又はフックファスナ（典型的にはフックおよびループファスナに用いられる）を備える第１の層を想定している。このようにして、接着剤及び／又はフックファスナが作用することができる表面を備えるエンドエフェクタは、物品を把持することができる。例えば、第１の層１０１及び２０１に接着剤を用いるとき、エンドエフェクタは、接着剤が付着することが知られている表面を備え得る。同様に、フックファスナが第１の層１０１及び２０１に使用されるとき、エンドエフェクタは、フックアンドループファスナのループ部分を備え得る。このようにして、エンドエフェクタは、物品を把持してそれを移動させることができる。表面及び／又はループファスナを備えるエンドエフェクタから物品を取り外すために、プル／プッシュ機構は、エンドエフェクタから物品を押し出す（物品に押圧力を加えるエジェクタピンなど）か、又は例えばロボットハンドを使用して物品を引き出すために使用され得る。この例では、第１の層１０１及び２０１は、各々が同じタイプの接着剤を含み、それによって製品に及びエンドエフェクタの表面に付着することができるという点で、第２の層１０２及び２０２と同じ材料を含むことができる。同様に、第１の層及び第２の層の両方がフックファスナを備えてもよい。このようにして、フックは、物品のネット及びエンドエフェクタ上のループファスナに付着し得る。
【００６１】
典型的なロボットシステムでは、視覚システムは、ロボットでピッキングされる物品を識別し、物品を把持する把持点を識別するために使用される。典型的には、適切な把持点を識別することは困難である。したがって、本発明者らは、有利には、第１の層１０１及び２０１が、アフォーダンス１００及び２００によって物品を把持することを示す把持点をロボットシステムに示すように構成されたインジケータを備え得ることを見出した。
【００６２】
このようにして、アフォーダンス１００及び２００は、視覚システムに比較的容易なターゲットを提供し、それによってピッキング選択プロセスを簡略化する。視覚システムは、エンドエフェクタが物品を把持することを可能にするであろう、物品の表面上の第１の層１０１及び２０１を検索することができる。例えば、第１の層１０１及び２０１は、物品の把持点を示すものとして視覚システムによって検出される所定のパターンを備えることができる。
【００６３】
本発明者らはまた、アフォーダンス１００及び２００を各物品にどのように効果的に適用するかを検討した。例えば、アフォーダンスは、ロボットピッキングを利用する顧客に出荷される前に、物品の供給者によって適用され得る。同様に、顧客は、後にロボットでピッキングされる物品の受け取り時にアフォーダンス１００及び２００を適用することができる。これらの例の両方において、顧客は、少なくとも１つのアフォーダンスがロボットシステムに面したままである（例えば、ロボットシステムが上方向から物品をロボットでピッキングする場合、上方向に面している）ことを保証しなければならない。そうでなければ、アフォーダンスは、ロボットシステムがアフォーダンスを把持することができないロケーション、例えば、ロボットシステムによって到達不可能であり得る物品の下側に位置付けられてもよい。
【００６４】
したがって、本発明者らは、有利には、エンドエフェクタによって、例えば、その後、物品をロボットでピッキングするエンドエフェクタによってアフォーダンスを適用する手段を見出した。
【００６５】
より具体的には、吸着カップエンドエフェクタの例では、吸着カップエンドエフェクタは、第１の層１０１及び２０１によってまだ物品に付着されていないアフォーダンス１００及び２００を最初に把持することができる。次いで、吸着カップエンドエフェクタは、例えば、第２の層１０２及び２０２を物品の表面に付着させるために、アフォーダンス１００及び２００を好適な表面上に置き、アフォーダンス１００及び２００に十分な押圧力を加えることによって、アフォーダンス１００及び２００を物品の好適な表面に適用することができる。典型的には、この力は、１０秒間（例えば、他の硬化時間が可能であるが）だけ適用される必要があり、その後、第２の層１０２及び２０２は、ロボットピッキングを可能にするように表面に十分に付着される。その後、吸着カップエンドエフェクタは、次いで、物品に付着されたアフォーダンス１００及び２００を既に把持しているので、物品を移動させるだけでよい。
【００６６】
同様に、平行ジョーエンドエフェクタは、第１の層２０１上の構造２０３によってアフォーダンス２００として最初に把持することができる。次いで、平行ジョーエンドエフェクタは、例えば、アフォーダンス２００を好適な表面上に置き、第２の層２０２を物品の表面に付着させるのに十分な押圧力をアフォーダンス２００に適用することによって、アフォーダンス２００を物品の好適な表面に適用してもよい。典型的には、この力は、第２の層２０２がロボットピッキングを可能にするために表面に十分に付着された後、１０秒間だけ適用される必要がある。その後、平行ジョーエンドエフェクタは、次いで、物品に付着されたアフォーダンス２００を既に把持しているので、物品を移動させるだけでよい。
【００６７】
さらに、本発明者らは、上述したアフォーダンス１００及び２００の特定の実装位置を検討した。例えば、本発明者らは、アフォーダンスによって少なくとも１つの格納手段から少なくとも１つの物品を把持するように構成されたエンドエフェクタを備えるロボットシステムを備えるシステムを検討した。システムはまた、前述のようにアフォーダンス１００及び２００を備える。アフォーダンスは、物品に適用されてもよく、それは、次いで、ロボットシステムによってロボットでピッキングされてもよい。
【００６８】
本発明者らは、注文した物品を顧客に提供すること、例えば、顧客に配達するために注文の物品を梱包するための注文履行システムと共に、そのようなアフォーダンス１００及び２００の使用を特に検討した。理解されるように、物品は、広範囲のサイズ及び表面仕上げをカバーする。したがって、単一のタイプのエンドエフェクタの使用は、ピッキングされ得る品目を制限する。したがって、前述のようにアフォーダンス１００及び２００を適用することによって、特定のタイプのエンドエフェクタによってロボットでピッキングされることができる品目が増加され得る。一例では、注文履行システムは、食品がロボットシステムによってピッキングされる、顧客に食品を供給するように構成された食料品ショッピングシステムであり得る。別の例では、注文履行システムは、ロボットでピッキングされた物品を使用して顧客に注文自動車を提供するように構成された自動車組立設備であってもよい。
【００６９】
より具体的には、注文履行システムは、少なくとも１つの物品、例えば少なくとも１つの食品品目を格納するように構成された格納手段を備え得る。注文履行システムはまた、前述のようにアフォーダンス１００及び２００によって少なくとも１つの格納手段から少なくとも１つの物品を把持するように構成されたエンドエフェクタを備えたロボットシステムを備えるシステムを備えてもよい。注文履行システムはまた、前述のようにアフォーダンス１００及び２００を備える。アフォーダンスは、物品に適用されてもよく、それは、次いで、ロボットシステムによってロボットでピッキングされてもよい。
【００７０】
本発明の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。それは、網羅的であること、又は開示されたまさにその形態に本発明を限定することが意図されているわけではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、修正及び変更が行われ得る。
【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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【国際調査報告】
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