(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器が搬入される箇所の上方に設けられ、容器に収納された荷物との距離を取得する距離取得手段と、
前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させる昇降手段と、
前記荷物をピッキングするピッキング手段と、
前記距離取得手段によって取得される前記距離が所定範囲内となるように前記昇降手段を制御すると共に、前記距離取得手段によって測定される前記距離が所定範囲内となった状態で前記ピッキング手段に前記容器内の荷物をピッキングさせる制御手段と、
を有し、
前記昇降手段は、前記荷物を収納した前記容器の全体を昇降させることで、前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させるものであり、
前記所定範囲は、前記距離取得手段から適正位置までの距離である適正距離に対して所定の誤差を含む範囲であり、
前記適正位置は、前記距離取得手段が前記容器の上面全体の距離を取得でき、かつ前記距離取得手段から前記容器の最上部の荷物までの距離が最短となる位置である、
ピッキング装置。
【請求項２】
前記昇降手段は、前記荷物を収納した前記容器の底板を、前記容器のフレームに沿って昇降させることで、前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させる
請求項１記載のピッキング装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ピッキング手段が前記荷物をピッキングする度に、前記昇降手段を制御して前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させる
請求項１又は請求項２に記載のピッキング装置。
【請求項４】
前記距離取得手段は、前記容器に収納された複数の荷物の各々までの距離を取得し、
前記制御手段は、前記距離取得手段によって取得された前記複数の荷物の各々までの距離に基づき、前記容器内の最上部の荷物の領域を認識し、認識した前記領域に基づき、前記容器内の最上部の荷物をピッキングするよう前記ピッキング手段を制御する
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のピッキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ピッキング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パレットの上に積み上げられた荷物をステレオカメラなどの測距センサによって撮影し、撮影された荷物の画像に基づいて最上部に位置する荷物を特定し、特定した荷物をロボットアームによってピッキングするピッキング装置が知られている。
【０００３】
従来のピッキング装置では、パレット上の荷物を全て撮影できるように、ステレオカメラと荷物との間の距離を十分長くする必要がある。しかしながら、ステレオカメラから荷物までの距離が長いと、ステレオカメラの距離に関する分解能が低下して、荷物との距離を正確に認識することが難しくなり、ロボットアームによるピッキング動作を正確に行えない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９９７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、荷物のピッキング動作を正確に行うことができるピッキング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のピッキング装置は、距離取得手段と、昇降手段と、ピッキング手段と、制御手段とを持つ。前記距離取得手段は、容器が搬入される箇所の上方に設けられ、容器に収納された荷物との距離を取得する。前記昇降手段は、前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させる。前記ピッキング手段は、前記荷物をピッキングする。前記制御手段は、前記距離取得手段によって取得される前記距離が所定範囲内となるように前記昇降手段を制御すると共に、前記距離取得手段によって測定される前記距離が所定範囲内となった状態で前記ピッキング手段に前記容器内の荷物をピッキングさせる。前記昇降手段は、前記荷物を収納した前記容器の全体を昇降させることで、前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させるものである。前記所定範囲は、前記距離取得手段から適正位置までの距離である適正距離に対して所定の誤差を含む範囲である。前記適正位置は、前記距離取得手段が前記容器の上面全体の距離を取得でき、かつ前記距離取得手段から前記容器の最上部の荷物までの距離が最短となる位置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るコンテナの概略図。
【図２】第１の実施形態に係るピッキング装置の概略図。
【図３】ピッキング装置の機能構成を示すブロック図。
【図４】距離画像センサからコンテナ内の最上部の荷物までの距離が、適正距離より長い場合を示す図。
【図５】距離画像センサからコンテナ内の最上部の荷物までの距離が、適正距離より短い場合を示す図。
【図６】第１の実施形態に係るピッキング処理を示すフローチャート。
【図７】第１の実施形態に係る昇降部の制御を示すフローチャート。
【図８】第２の実施形態に係るピッキング装置の概略図。
【図９】第２の実施形態に係るコンテナの概略図。
【図１０】第３の実施形態に係るピッキング装置の概略図。
【図１１】第３の実施形態に係る昇降部の制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態のピッキング装置を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るコンテナの概略図である。コンテナ１０は、例えば金属フレームと布で構成され、複数の荷物Ｐを収納する容器である。荷物Ｐは、段ボールのような矩形形状をしていてもよいし、ビニール袋や紙袋によって梱包された不定形な形状をしていてもよい。
【００１０】
図１に示されるように、コンテナ１０は、底板１１と、ばね１２とを備える。底板１１は、金属フレームに沿って鉛直方向にスライド可能に設けられている。コンテナ１０内の荷物Ｐが少なくなり、荷物Ｐの総重量が軽くなると、ばね１２の復元力により底板１１が上昇する。底板１１が上昇することで、作業員によるピックアップ作業の負荷を軽減できる。
【００１１】
図２は、第１の実施形態に係るピッキング装置の概略図である。ピッキング装置１００は、制御部１１０、距離画像センサ１２０、昇降部１３０、ロボットアーム１４０、支持台１６０、および支持部１９０を備える。制御部１１０、距離画像センサ１２０、およびロボットアーム１４０は、ピッキング装置１００の枠組みである支持部１９０に固定されている。制御部１１０は、コンピュータなどの演算装置であり、距離画像センサ１２０、昇降部１３０、およびロボットアーム１４０に接続されている。
【００１２】
距離画像センサ１２０は、コンテナ１０に収納された荷物Ｐとの距離を測定する。距離画像センサ１２０は、例えば、自身から（或いは自身の高さと一致する水平面から）荷物Ｐまでの距離の値を、画素ごとに保持する距離画像の形式で、荷物Ｐとの距離を取得する。距離画像センサ１２０は、例えばステレオカメラ、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離画像センサ、パターン照射方式の距離画像センサ、或いはこれらの組み合わせである。
【００１３】
ロボットアーム１４０の先端には、荷物Ｐを把持するためのロボットハンドが設けられている。制御部１１０は、距離画像センサ１２０から受信した距離画像に基づき、距離画像センサ１２０から最も近い荷物Ｐ（コンテナ１０内の最上部の荷物Ｐ）を把持するように、ロボットアーム１４０を制御する。ロボットアーム１４０は、把持した荷物Ｐを不図示のベルトコンベアに置く。ピッキング装置１００は、この動作を繰り返し、コンテナ１０内の荷物Ｐを１つずつピッキングする。
【００１４】
なお、ロボットアーム１４０の先端には、ロボットハンドに代えて、荷物Ｐを吸着するための吸着部が設けられてもよい。ロボットアーム１４０は、吸着部を用いてコンテナ１０内の荷物Ｐをピッキングしてもよい。
【００１５】
支持台１６０は、コンテナ１０を支持する台である。昇降部１３０は、支持台を昇降させることで、複数の荷物Ｐを収納したコンテナ１０の全体を昇降させる。詳細は後述するが、制御部１１０は、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が適正範囲（所定範囲）内となるように昇降部１３０を制御する。これによって、地面から支持台１６０までの距離Ｄ２が、制御部１１０によって制御される。
【００１６】
図３は、ピッキング装置の機能構成を示すブロック図である。制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部１５０に記憶されたプログラムを実行することで実現される。なお、制御部１１０は、プロセッサがプログラムを実行するのと同様の機能を有するＬＳＩ（Large Scale Integration）、およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアにより実現されてもよい。記憶部１５０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等の記憶装置である。
【００１７】
距離画像センサ１２０は、コンテナ１０に収納された複数の荷物Ｐとの距離画像を取得する。距離画像センサ１２０は、取得した距離画像を制御部１１０に送信する。制御部１１０は、距離画像センサ１２０から受信した距離画像に基づき、昇降部１３０を制御するための第１の制御信号を昇降部１３０に送信する。昇降部１３０は、制御部１１０から受信した第１の制御信号に基づき、支持台１６０を昇降させる。
【００１８】
また、制御部１１０は、距離画像センサ１２０から受信した距離画像に基づき、ロボットアーム１４０を制御するための第２の制御信号をロボットアーム１４０に送信する。ロボットアーム１４０は、制御部１１０から受信した第２の制御信号に基づき、アームおよびロボットハンドを駆動する。
【００１９】
図４は、距離画像センサからコンテナ内の最上部の荷物までの距離が、適正距離より長い場合を示す図である。図４において、破線Ａはコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐの位置を示し、破線Ｂはコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐの適正な位置を示す。
【００２０】
距離画像センサ１２０の分解能は、距離画像センサ１２０から撮影対象物までの距離により変化する。例えば、距離画像センサ１２０から撮影対象物までの距離が短いほど分解能は高くなり、長いほど分解能は低くなる。距離画像センサ１２０の分解能が低下すると、制御部１１０は、距離画像センサ１２０から受信した距離画像に基づき、最上部に位置する荷物Ｐの領域を認識することが困難となり、ロボットアーム１４０を正常に制御できなくなる場合がある。
【００２１】
例えば、図４に示されるように、コンテナ１０内の荷物Ｐの総重量が重い場合、バネ１２が縮むため、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が長くなる。この場合、距離画像センサ１２０の分解能が低下してしまう。
【００２２】
このため、制御部１１０は、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が適正範囲内となるように、昇降部１３０を制御して支持台１６０を上昇させる。適正範囲とは、例えば、距離画像センサ１２０から適正位置Ｂまでの距離である適正距離Ｄ０に対して±ΔＤの誤差を含む範囲である。なお、適正位置Ｂとは、距離画像センサ１２０がコンテナ１０の上面全体の距離を取得でき、かつ距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離が最短となる位置である。
【００２３】
図５は、距離画像センサからコンテナ内の最上部の荷物までの距離が、適正距離より短い場合を示す図である。例えば、図５に示されるように、コンテナ１０内の荷物Ｐの総重量が軽い場合、バネ１２が伸びるため、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が短くなる。この場合、距離画像センサ１２０に死角が発生し、距離画像センサ１２０がコンテナ１０の上面全体の距離を取得できない場合がある。距離画像センサ１２０に死角が発生すると、死角に位置する荷物Ｐまでの距離を取得することができず、この荷物Ｐをピッキングできないという問題がある。
【００２４】
このため、制御部１１０は、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が適正範囲内となるように、昇降部１３０を制御して支持台１６０を下降させる。以上の処理によって、本実施形態のピッキング装置は、距離画像センサ１２０の分解能が低下することを防止することができるとともに、距離画像センサ１２０に死角が発生するのを防止することができる。
【００２５】
図６は、第１の実施形態に係るピッキング処理を示すフローチャートである。まず、距離画像センサ１２０は、コンテナ１０に収納された複数の荷物Ｐの画像の撮影を開始する（Ｓ１１）。次に、制御部１１０は、距離画像センサ１２０から荷物Ｐまでの距離Ｄ１が、適正範囲内（Ｄ０±ΔＤ）となるように、昇降部１３０の制御を行う（Ｓ１２）。Ｓ１２の処理の詳細は、図７を用いて後述する。その後、制御部１１０は、コンテナ１０内の最上部の荷物Ｐをピッキングするよう、ロボットアーム１４０を制御する（Ｓ１３）。
【００２６】
制御部１１０は、ピッキングされた荷物Ｐが不図示のベルトコンベアに置かれると、距離画像センサ１２０から受信した距離画像に基づき、コンテナ１０内に荷物Ｐが存在しないか否かを判定する（Ｓ１４）。制御部１１０は、コンテナ１０内に荷物Ｐが存在すると判定した場合、前述のＳ１２の処理に戻る。一方、制御部１１０は、コンテナ１０内に荷物Ｐが存在しないと判定した場合、距離画像センサ１２０による画像の撮影を終了し、本フローチャートによる処理を終了する。
【００２７】
図７は、第１の実施形態に係る昇降部の制御を示すフローチャートである。まず、制御部１１０は、距離画像センサ１２０から距離画像を取得する（Ｓ２１）。次に、制御部１１０は、取得した距離画像に基づき、距離画像センサ１２０と荷物との間の最短距離（距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１）を取得する（Ｓ２２）。
【００２８】
その後、制御部１１０は、Ｓ２２において取得した最短距離Ｄ１が適正範囲内（Ｄ０±ΔＤ）か否かを判定する（Ｓ２３）。制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正範囲内にあると判定した場合、昇降部１３０を停止し（Ｓ２４）、前述した図６のＳ１３の処理に進む。
【００２９】
一方、制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正範囲内にないと判定した場合、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長いか否かを判定する（Ｓ２５）。制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長いと判定した場合、昇降部１３０を制御してコンテナ１０を上昇させ（Ｓ２６）、前述のＳ２１の処理に戻る。これによって、最短距離Ｄ１を短くすることができ、距離画像センサ１２０の分解能を向上させることができる。
【００３０】
一方、制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長くないと判定した場合、昇降部１３０を制御してコンテナ１０を下降させ（Ｓ２７）、前述のＳ２１の処理に戻る。これによって、最短距離Ｄ１を長くすることができ、距離画像センサ１２０に死角が発生するのを防止することができる。
【００３１】
以上説明したように、第１の実施形態の制御部１１０は、距離画像センサ１２０によって取得された距離Ｄ１が適正範囲内（Ｄ０±ΔＤ）となるように昇降部１３０を制御すると共に、距離画像センサ１２０によって測定される距離Ｄ１が所定範囲内（Ｄ０±ΔＤ）となった状態でロボットアーム１４０にコンテナ１０内の荷物をピッキングさせる。これによって、第１の実施形態のピッキング装置１００は、荷物のピッキング動作を正確に行うことができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態において、昇降部１３０は、複数の荷物Ｐを収納したコンテナ１０の全体を昇降させることで、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させることとした。これに対し、第２の実施形態において、昇降部１３０は、複数の荷物Ｐを収納したコンテナ１０の底板１１を、コンテナ１０のフレームに沿って昇降させることで、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させる。
【００３３】
図８は、第２の実施形態に係るピッキング装置の概略図である。図８において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図８に示されるように、昇降部１３０は、支持台１６０を昇降させるのではなく、コンテナ１０の底板１１をコンテナ１０のフレームに沿って昇降させる。このように、第２の実施形態においては、支持台１６０をピッキング装置１００に設ける必要が無いため、ピッキング装置１００を低コスト化できる。
【００３４】
図９は、第２の実施形態に係るコンテナの概略図である。図９に示されるように、第２の実施形態のコンテナ１０は、底板１１を押し上げるためのばね１２を有しない。また、昇降部１３０は、コンテナ１０の底板１１の底面に取り付けられる。このように、第２の実施形態においては、ばね１２をコンテナ１０に設ける必要が無いので、コンテナ１０を低コスト化できる。
【００３５】
以上説明したように、第２の実施形態のピッキング装置１００は、支持台１６０をピッキング装置１００に設ける必要が無く、ばね１２をコンテナ１０に設ける必要が無いので、ピッキング装置１００およびコンテナ１０を低コスト化できる。
【００３６】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。第１の実施形態および第２の実施形態において、昇降部１３０は、コンテナ１０の全体またはコンテナ１０の底板１１を昇降させることとした。これに対し、第３の実施形態のピッキング装置１００は、距離画像センサ１２０を昇降させることで、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させる昇降部１７０を備える。
【００３７】
図１０は、第３の実施形態に係るピッキング装置の概略図である。図１０に示されるように、第３の実施形態のピッキング装置１００は、昇降部１３０に代えて、支持部１９０と距離画像センサ１２０との間に設けられた昇降部１７０を備える。昇降部１７０は、距離画像センサ１２０を昇降させることで、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させる。
【００３８】
制御部１１０は、距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１が適正範囲（所定範囲）内となるように昇降部１７０を制御する。これによって、支持部１９０から距離画像センサ１２０までの距離Ｄ３が、制御部１１０によって制御される。
【００３９】
第３の実施形態におけるピッキング処理のフローチャートは、図６と同様であるため説明を省略する。一方、第３の実施形態における昇降部の制御は、図７と異なるため以下詳細に説明する。
【００４０】
図１１は、第３の実施形態に係る昇降部の制御を示すフローチャートである。まず、制御部１１０は、距離画像センサ１２０から距離画像を取得する（Ｓ３１）。次に、制御部１１０は、取得した距離画像に基づき、距離画像センサ１２０と荷物との間の最短距離（距離画像センサ１２０からコンテナ１０内の最上部の荷物Ｐまでの距離Ｄ１）を取得する（Ｓ３２）。
【００４１】
その後、制御部１１０は、Ｓ３２において取得した最短距離Ｄ１が適正範囲内か否かを判定する（Ｓ３３）。制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正範囲内にあると判定した場合、昇降部１７０を停止し（Ｓ３４）、前述した図６のＳ１３の処理に進む。
【００４２】
一方、制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正範囲内にないと判定した場合、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長いか否かを判定する（Ｓ３５）。制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長いと判定した場合、昇降部１７０を制御して距離画像センサ１２０を下降させ（Ｓ３６）、前述のＳ３１の処理に戻る。これによって、最短距離Ｄ１を短くすることができ、距離画像センサ１２０の分解能を向上させることができる。
【００４３】
一方、制御部１１０は、最短距離Ｄ１が適正距離Ｄ０よりも長くないと判定した場合、昇降部１７０を制御して距離画像センサ１２０を上昇させ（Ｓ３７）、前述のＳ３１の処理に戻る。これによって、最短距離Ｄ１を長くすることができ、距離画像センサ１２０に死角が発生するのを防止することができる。
【００４４】
以上説明したように、第３の実施形態の制御部１１０は、距離画像センサ１２０によって取得された距離Ｄ１が適正範囲内となるように昇降部１７０を制御し、コンテナ１０内の最上部の荷物Ｐをピッキングするようロボットアーム１４０を制御する。これによって、第１の実施形態のピッキング装置１００は、荷物のピッキング動作を正確に行うことができる。
【００４５】
また、第３の実施形態において、昇降部１７０は比較的重量の軽い距離画像センサ１２０を昇降させるため、第１の実施形態や第２の実施形態と比較して、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させるための消費電力を低減できる。
【００４６】
なお、上記第１の実施形態から第３の実施形態において、距離画像センサ１２０は、荷物Ｐの距離画像を取得することとしたが、これに限られない。例えば、距離画像センサ１２０に代えて、荷物Ｐの画像を取得する光学式のカメラと、荷物Ｐまでの距離を測定する距離センサを、支持部１９０に別々に設けてもよい。
【００４７】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ピッキング装置１００は、制御部１１０と、距離画像センサ１２０と、昇降部１３０と、ロボットアーム１４０とを持つ。距離画像センサ１２０は、コンテナ１０が搬入される箇所の上方に設けられ、コンテナ１０に収納された荷物との距離を取得する。昇降部１３０は、コンテナ１０内の荷物Ｐと距離画像センサ１２０とを相対的に移動させる。ロボットアーム１４０は、荷物をピッキングする。制御部１１０は、距離画像センサ１２０によって取得される距離が所定範囲内となるように昇降部１３０を制御すると共に、距離画像センサ１２０によって測定される距離が所定範囲内となった状態でロボットアーム１４０にコンテナ１０内の荷物をピッキングさせる。これによって、実施形態のピッキング装置１００は、荷物のピッキング動作を正確に行うことができる。
【００４８】
上記実施形態は、以下のように表現することができる。
容器が搬入される箇所の上方に設けられ、容器に収納された荷物との距離を光学的手法により取得する距離取得手段と、
前記容器内の荷物と前記距離取得手段とを相対的に移動させる昇降手段と、
前記荷物をピッキングするピッキング手段と、
前記距離取得手段によって取得される前記距離が所定範囲内となるように前記昇降手段を制御すると共に、前記距離取得手段によって測定される前記距離が所定範囲内となった状態で前記ピッキング部に前記容器内の荷物をピッキングさせる制御部と、
を有するピッキング装置。
【００４９】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０…コンテナ、１１…底板、１２…バネ、１００…ピッキング装置、１１０…制御部、１２０…距離画像センサ、１３０…昇降部、１４０…ロボットアーム、１５０…記憶部、１６０…支持台、１７０…昇降部、１９０…支持部、Ｐ…荷物
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0006721388.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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