(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一形状の物品がランダムに収容されたコンテナから当該物品を一つずつ上空から摘まみ上げるピッキング装置であって、
コンテナ中の物品群の３次元情報を取得する視覚センサと、
視覚センサにより取得された物品群の３次元情報に基づいて、円、球、楕円体、正方形、長方形、立方体、直方体、その他のサンプル図形の一つにより、物品を強制的に照合してそれぞれの中心位置を算出する照合算出手段と、
先端にそれぞれ触覚センサを有し、間隔が狭まることにより物品を把持する少なくとも２本のアームからなる把持ユニットと、
把持ユニットをいずれかの中心位置の上空から降下させ、触覚センサによる物品への接触検知に基づき、アーム間隔を狭めて物品を把持し上昇する動作制御をおこなう把持制御手段と、
を具備したことを特徴とするピッキング装置。
【請求項２】
触覚センサは物品を面接触して把持する扁平なパッド体としてアーム先端の取付面に取り付けられており、
取付面の法線方向は、アーム基端と取付面とを結ぶ線に対して７５°〜５５°であることを特徴とする請求項１に記載のピッキング装置。
【請求項３】
いずれかの触覚センサが物品への接触を検知したのちに、他のアームの触覚センサが当該物品への接触を検知するまで当該他のアーム側に把持ユニットを移動させる移動制御手段と、
移動制御手段による把持ユニットの移動距離に基づき中心位置を補正する補正手段と、
を具備し、
把持制御手段は、補正手段により補正された中心位置から当該物品を把持する動作制御をおこなうことを特徴とする請求項１または２に記載のピッキング装置。
【請求項４】
触覚センサは、降下方向の前方側と後方側との少なくとも二カ所における、接触に由来する変位値または圧力値をそれぞれ出力し、
触覚センサからの出力値を入力し、前方側の出力値が一定値以上であり、かつ、後方側の出力値が前方側の出力値に漸近して所定範囲内に収まったか、未だ収まっていないかを判定する判定手段を具備し、
把持制御手段は、アーム間隔を狭め、判定手段により収まっていないと判定されたら、アーム間隔を広げて把持ユニットを下降させて再びアーム間隔を狭める動作を、判定手段により収まったと判定されるまで繰り返し、アーム間隔を狭め、判定手段により収まったと判定されたら、把持ユニットを上昇させる動作制御をおこなうことを特徴とする請求項１、２または３に記載のピッキング装置。
【請求項５】
先端に触覚センサを有する回転対称に配されたアームが均等に間隔を狭めて把持対象である物品を把持して持ち上げる把持ユニットと、物品群の３次元情報を取得する視覚センサと、をもちいて、
同一形状の物品がランダムに収容されたコンテナから当該物品を一つずつ上空から摘まみ上げるピッキング方法であって、
所定の楕円体形状、直方体形状、その他のサンプル図形を視覚センサにより取得された物品群の３次元情報に当てはめて、物品を強制的に照合してそれぞれの中心位置を算出し、
持ち上げる物品を決定して、当該物品の中心位置の上空から把持ユニットを降下させ、いずれかの触覚センサが物品への接触を検知した場合に、他のアームの触覚センサが当該物品への接触を検知するまで当該他のアーム側に把持ユニットを移動させ、把持ユニットの移動距離に基づき中心位置を補正して、当該補正された中心位置の鉛直線上から当該物品を把持して持ち上げることを特徴とするピッキング方法。
【請求項６】
触覚センサは、降下方向の前方側と後方側との少なくとも二カ所において接触圧を出力するものであって、
前方側の接触圧が所定値以上であり、後方側の接触圧が前方側の接触圧に漸近して所定範囲内に収まるまで、アームを開いては把持ユニット降下させてアームを閉じる動作を繰り返してから、物品を持ち上げることを特徴とする請求項５に記載のピッキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンテナにばら積みされた部品をコンベア等に載置する際に使用するピッキング装置（ピックアップ装置）に関し、特に、視覚情報と触覚情報とに基づき簡便なピッキングを実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンテナに多数ばら積みされた同一形状の部品を取り出し、ベルトコンベア等に載置するピッキングロボットが知られている。ここで、部品の姿勢は一様でなく深さ方向にも積み重なっているので、従来のピッキングロボットは、部品の正確な形状データを入力しておき、高精度視覚センサによって物品群をステレオ撮像し、輪郭マッチングや点群マッチングなどによりデータ照合し、物品の把持位置の決定をおこなっていた。換言すれば、把持動作に移る前に総ての計算をおえ、毎回の動作は異なるものの、物品へのアプローチや把持の際の動きはあらかじめ個別に決定されたものであった。
したがって、視覚センサは、複数の光学系を用いて高精細に情報取得するなど高性能モデルを用いる必要があり、導入費用が極めて高くなるという問題点があった。
また、物品の正確な形状データは一般的にはＣＡＤデータが採用されるが、対象物品が変わる毎に個々にデータを入力する必要があり、また、これと視覚センサからの大量な情報とを照合するため、高性能な処理系（ＰＣ等）が必要となり、いずれにせよ費用がかかるという問題点があった。
加えて把持位置の決定には部品の種類がかわると毎回チューニングが必要であり、稼働までに場合によっては数ヶ月以上の時間を要するという問題点もあった。
すなわち、従来の技術では、事前に高精細な処理をしてピッキングをおこない、別途緻密なチューニングが必要であって、システムが極めて高価となり、稼働にも時間がかかるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２３６８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８４３０８号公報
【特許文献３】特開２０１１−０００６８５号公報
【特許文献４】特開２０１１−１８３５３７号公報
【特許文献５】特開２０１３−２１２５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、汎用性が高く安価に導入可能であって稼働も速やかにおこなうことのできるピッキング技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載のピッキング装置は、同一形状の物品がランダムに収容されたコンテナから当該物品を一つずつ上空から摘まみ上げるピッキング装置であって、コンテナ中の物品群の３次元情報を取得する視覚センサと、視覚センサにより取得された物品群の３次元情報に基づいて、円、球、楕円体、正方形、長方形、立方体、直方体、その他のサンプル図形の一つにより、物品を強制的に照合してそれぞれの中心位置を算出する照合算出手段と、先端にそれぞれ触覚センサを有し、間隔が狭まることにより物品を把持する少なくとも２本のアームからなる把持ユニットと、把持ユニットをいずれかの中心位置の上空から降下させ、触覚センサによる物品への接触検知に基づき、アーム間隔を狭めて物品を把持し上昇する動作制御をおこなう把持制御手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、請求項１にかかる発明は、強制照合によるばら積み物品の大まかな位置把握と触覚センサによる現場補正に基づく位置把握とを組み合わせることにより、高スペックなセンサや処理系が不要となる。これにより、汎用性が高く安価に導入可能なシステムを構築できる。現場補正ないし現場対応をおこなうので時間をかけたチューニングを不要とし、速やかな稼働も実現可能である。
【０００７】
上空から摘まみ上げる動作は、鉛直線上の上下が一般的であるが、角度がついた進入、ピックアップ態様であることを妨げない。
３次元情報とは、物品群の表面の位置情報をいう。すなわち、深さ（奥行き）情報も含めた情報である。解像度の高い画像情報のように高細密である必要はなく、おおよそ物品の形状が把握できるように適宜メッシュ化ないしドット化された３次元情報であればよい。これによりデータ数を少なくし、視覚センサおよび処理系を高スペックとせずに済む。なお、視覚センサはデプスセンサと称されることもある。また、三次元情報の測定方式に限定はなく、たとえば、Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｔｅｒｅｏ法、Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法、Ｃｏｄｅｄ  Ｌｉｇｈｔ法などを挙げることができる。
サンプル図形は、利用者側で設定してもよく、視覚センサからの３次元情報に基づき自動的に最適候補が選定されるようにしてもよい。単純なサンプル図形を採用でき処理負担が少なくてすむ。３次元情報の処理や照合処理は、ＰｏｉｎｔＣｌｏｕｄＬｉｂｒａｒｙ（ＰＣＬ）のような大規模点群処理ライブラリを利用してもよい。照合に先立ち、設定されたサンプル図形を物品に近づけるように拡大縮小する前処理を施すこともできる。照合に際しては、図形と、対象の輪郭との重なりが最も大きくなることをもって判定してもよいし、それぞれの表面の法線方向との一致度を比較して判定する例を挙げることができる。図形を回転させて試行評価するのはもちろんのこと、深さ方向の情報に基づき、設定図形の大きさを上記前処理とは別に調整してもよい。
照合により算出する中心位置は、図形の中心や重心であるほか、物品によっては、所定のルールに従ってずらした位置とすることもできる。
少なくとも２本のアームからなる、とは、２本の場合には触覚センサが対向するように向かい合わせればよく、このほか、３本による把持、４本による把持も妨げないことを意味する。３本であれば１２０°回転対称、４本であれば９０°回転対称とするのが好ましい。
触覚センサとは、物体への接触の有無の検知に加え、接触の程度を適宜数値化して出力するセンサである。いわゆる圧力センサは一点の数値もしくは平均値としての一つの数値を出力するのに対し、触覚センサは、荷重がかかる方向に概ね垂直な面内の複数箇所にてたとえば圧力値をそれぞれ出力し、接触の程度ないし様相（ピンポイントで圧力がかかっている、右に傾いて接触している、脈動している、など）を評価可能とするセンサである（この意味において圧力センサをある程度近接した範囲内で複数組み合わせてそれぞれの出力値を用いることにより触覚センサとすることもできる）。
触覚センサ部分そのものが物品に面接触してピックアップする態様が好ましい。リアルタイムに把持圧力をモニタリングして、物品が落ちそうになったことを検知でき把持圧力を強められるからである。なお、表面はゴム等、摩擦力の大きな素材とすることが好ましい。
ピックアップ順は、３次元データに基づき物品の高さ順とするのが好ましい。
触覚センサによる物品への接触検知に基づき物品を把持する、とは、接触後そのまま単に狭めるだけでなく、たとえば、更に１ｍｍ把持ユニットを降下させてから狭めるような動作制御も含まれていてもよいものとする。
アーム間隔を狭める態様は、アームの取付位置などそれぞれの基端側を中心として先端の間隔が狭まるように回転する態様であっても、アームの基端間隔が狭まることにより先端が狭まる態様であってもよく（この場合はアームは互いに平行であることが好ましい）、これらの複合的な動作であってもよい。
【０００８】
請求項２に記載のピッキング装置は、請求項１に記載のピッキング装置において、触覚センサは物品を面接触して把持する扁平なパッド体としてアーム先端の取付面に取り付けられており、取付面の法線方向は、アーム基端と取付面とを結ぶ線に対して７５°〜５５°であることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、請求項２にかかる発明は、把持ユニット先端が広がる構成として、進入ミスを緩和し、深い位置での安定的な把持を実現する。
【００１０】
パッド体は、対向する位置関係（アームが３本以上である場合は、降下方向を軸として内側に対称的に配された位置関係）とすることはいうまでもない。
なお、７５°〜５５°とは、アーム先端がそれまでのアーム部分に対して１５°〜３５°角度がついて開いていることを意味する。７５°を超えると角度をつける効果が十分に発揮されず、５５°に満たないと広がりすぎてかえって把持安定性が発揮されない。
【００１１】
請求項３に記載のピッキング装置は、請求項１または２に記載のピッキング装置において、いずれかの触覚センサが物品への接触を検知したのちに、他のアームの触覚センサが当該物品への接触を検知するまで当該他のアーム側に把持ユニットを移動させる移動制御手段と、移動制御手段による把持ユニットの移動距離に基づき中心位置を補正する補正手段と、具備し、把持制御手段は、補正手段により補正された中心位置から当該物品を把持する動作制御をおこなうことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、請求項３にかかる発明は、触覚センサによる現場補正に基づくより正確な位置把握を実現する。
【００１３】
補正された中心位置から当該物品を把持する動作制御とは、把持ユニットを水平移動して、新たな中心位置からそのままアームの間隔を狭める態様であってもよく、新たな中心位置に至ってから再び下降し（仕様の態様によっては上昇してから下降させてもよい）、接触検知して再度２回目の中心だし（更に三回目の中心だし・・）をしてから挟持を開始するようにしてもよい。補正は修正と言い換えることもできる。
なお、他のアームの触覚センサが当該物品への接触を検知するまで当該他のアーム側に把持ユニットを移動させる際に、はじめに接触を検知した触覚センサは、その姿勢を保持したままでもよく（この場合は把持ユニットの移動により物品から離れる）、把持ユニットの移動に伴い接触を保つように制御してもよい。
【００１４】
請求項４に記載のピッキング装置は、請求項１、２または３に記載のピッキング装置において、触覚センサは、降下方向の前方側と後方側との少なくとも二カ所における、接触に由来する変位値または圧力値をそれぞれ出力し、触覚センサからの出力値を入力し、前方側の出力値が一定値以上であり、かつ、後方側の出力値が前方側の出力値に漸近して所定範囲内に収まったか、未だ収まっていないかを判定する判定手段を具備し、把持制御手段は、アーム間隔を狭め、判定手段により収まっていないと判定されたら、アーム間隔を広げて把持ユニットを下降させて再びアーム間隔を狭める動作を、判定手段により収まったと判定されるまで繰り返し、アーム間隔を狭め、判定手段により収まったと判定されたら、把持ユニットを上昇させる動作制御をおこなうことを特徴とする。
【００１５】
すなわち、請求項４にかかる発明は、いわゆる探り動作をおこない、ある程度深い位置までアームを進入させ、安定的な面接触把持を実現する。請求項３に従属する態様においては、より安定的かつミスのないピックアップを実現する。
【００１６】
降下方向の前側と後側は、アームの延伸方向の先側と基側と表現することもできる。
触覚センサは、前後２カ所でだけでなく、左右２カ所も加えて、４カ所のデータを出力するようにしてもよい。また、触覚センサは各アーム先端にあるので、各触覚センサの前後２カ所のそれぞれの出力値を用いて判定してもよい。軽く挟んだときに、各触覚センサの偏りを確認し、均等でなければ中心位置の再設定をおこなうようにしてもよい。
変位値は、触覚センサの構成によるが、たとえば、パッドの沈み込み量でもよく、パッド内の光の透過度もしくは透過度に基づき換算される変位量を採用することもできる。
広げる量や下降量は適宜設定できるが、それぞれ数ミリとする例を挙げることができる。アーム２本の場合は、両方のセンサの前方側がほぼ同時に接触検出限界となる位置に中心をずらしながら、再度１ｍｍ降下して判定をおこなうような、なぞり進入とでもいうべき補正ないし駆動をおこなうこともできる（アームが３本以上でも同様である）。
【００１７】
請求項５に記載のピッキング方法は、先端に触覚センサを有する回転対称に配されたアームが均等に間隔を狭めて把持対象である物品を把持して持ち上げる把持ユニットと、物品群の３次元情報を取得する視覚センサと、をもちいて、同一形状の物品がランダムに収容されたコンテナから当該物品を一つずつ上空から摘まみ上げるピッキング方法であって、所定の楕円体形状、直方体形状、その他のサンプル図形を視覚センサにより取得された物品群の３次元情報に当てはめて、物品を強制的に照合してそれぞれの中心位置を算出し、持ち上げる物品を決定して、当該物品の中心位置の上空から把持ユニットを降下させ、いずれかの触覚センサが物品への接触を検知した場合に、他のアームの触覚センサが当該物品への接触を検知するまで当該他のアーム側に把持ユニットを移動させ、把持ユニットの移動距離に基づき中心位置を補正して、当該補正された中心位置の鉛直線上から当該物品を把持して持ち上げることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、請求項５にかかる発明は、強制照合によるばら積み物品の大まかな位置把握と触覚センサによる現場補正に基づく正確な位置把握とを組み合わせることにより、高スペックなセンサや処理系が不要となる。これにより、汎用性が高く安価に導入可能なシステムを構築できる。現場補正をおこなうので時間をかけたチューニングを不要とし、速やかな稼働も実現可能である。
【００１９】
請求項６に記載のピッキング方法は、請求項５に記載のピッキング方法において、触覚センサは、降下方向の前方側と後方側との少なくとも二カ所において接触圧を出力するものであって、前方側の接触圧が所定値以上であり、後方側の接触圧が前方側の接触圧に漸近して所定範囲内に収まるまで、アームを開いては把持ユニット降下させてアームを閉じる動作を繰り返してから、物品を持ち上げることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項６にかかる発明は、いわゆる探り動作をおこない、ある程度深い位置までアームを進入させ、安定的でミスのないピックアップを実現する。
【００２１】
接触圧とは接触に由来する変位値または圧力値をいう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、汎用性が高く安価に導入可能であって稼働も速やかにおこなうことのできるピッキング技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ピッキング装置１の外観模式図である。
【図２】高さ約７７ｍｍのスタンフォードバニーと、それを視覚センサで撮影して得られる３次元情報の再構築画像の例である。
【図３】把持ユニット２１の外観構成を示した模式図である。
【図４】触覚センサ２７の構造を示した説明図である。
【図５】処理装置３０の機能的構成を示したブロック図である。
【図６】コンテナにのったスタンフォードバニーを視覚センサで撮像した様子と、その３次元情報を用いて球形にて強制的に照合した例を示した写真である。
【図７】人によるつまみあげ動作のセンサ変位量の解析結果を示した図である。
【図８】ピッキング処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、２アームによるばら積み部品のピックアップをする例について説明する。
【００２５】
図１は、本発明のピッキング装置の外観模式図である。なお、説明の便宜上、各図において各構成の縮尺は必ずしも同一とはしていない。
ピッキング装置１は、コンテナＣ内にばら積み収容された同一形状の物品を一つずつピックアップして、ベルトコンベア（図示せず）に載置する装置である。なお、以降では、主としてピックアップするところまでを詳述し、その後、どのようにコンベアに載置するかの記載は省略する。ただし、汎用技術を用いて整列載置等することは容易である。
【００２６】
従来のピッキング装置は、物品のＣＡＤデータをあらかじめ入力しておき、高精細・高解像度で撮影された３次元情報（３次元データ）ないしデプスデータに基づいて完全照合をおこない、物品の位置や姿勢を総て把握してから把持動作を精密に決定し、当該物品をピックアップするものである。
一方、本発明は、以下説明するように、物品の位置や姿勢を大まかに把握し、現場対応にて把持動作を決定していく点が大きく異なる。
【００２７】
ピッキング装置１は、主として、視覚センサ１０と、多関節ロボット２０と、処理装置３０と、により構成される。
【００２８】
視覚センサ１０は、コンテナＣの載置面の上空からコンテナＣを含む領域を撮影し、物品群の３次元情報を取得する。より具体的には、物品がどのように重なっているかを含めた物品群の凹凸情報を取得する。撮影の方式は特に限定されないが、ここでは、Ｃｏｄｅｄ  Ｌｉｇｈｔ（ＩＲ）方式を採用する。このような視覚センサの例としては、インテル社ＲｅａｌＳｅｎｓｅ（登録商標）ＳＲ３００を挙げることができる。赤外プロジェクタと、赤外カメラとＲＧＢカメラを備え、安価であって、簡便に３次元情報を取得できる。
図２は、高さ約７７ｍｍのスタンフォードバニーと、それを視覚センサで撮影して得られる３次元情報の再構築画像の例である。
再構築画像のドット間隔は解像度以下で任意に設定できるが、扱う部品の大きさおよび形状により、１ｍｍ〜５ｍｍとすることができる。換言すれば、数百〜数千ドットで物品を再構築して後述の照合用図形と照合させるため、視覚センサ１０も処理装置３０も高スペックとする必要がなく低廉に導入することができる。
【００２９】
多関節ロボット２０は、把持ユニット２１と、把持ユニット２１を自在に移動・配向させる多関節部２２と、により構成される。多関節部２２により、把持ユニット２１にピックアップのための進入−後退動作をさせ、ピックアップ後には移送動作、コンベアへの載置動作をさせることができる。なお、本実施の形態では、進入動作、後退動作は、鉛直線上でおこなわれ、把持ユニット２１の延伸方向（配向方向）も鉛直線上であるものとする。
把持ユニット２１は、２本のアーム２５と、アーム２５を取り付けかつ開閉する基端駆動部２６と、により構成される。図３は、把持ユニット２１の外観構成を示した模式図である。
アーム２５は、２５ｍｍ×１５０ｍｍ×６ｍｍの板体であって、向かい合っており、いずれも先端３０ｍｍ部分がそれまでの部分と２５°の角度で外側に広げてある。このようにアーム２５を外側に拡径させると、ちょうど人が人差指と親指でものを摘まむときに指の腹が傾いていて好適なつまみが実現されるのと同様に、安定的な把持を実現する。
また、当該先端部分内側には、外形が扁平な円柱パッド（直径１８ｍｍ高さ７ｍｍ）である触覚センサ２７が取り付けられている。表面素材はゴムであり、パッド表面にて物品を面接触して把持する。
触覚センサ２７は、周縁内側の０時方向、３時方向、６時方向、９時方向の４カ所で荷重のかかり方を知得する。図４は、触覚センサ２７の構造を示した説明図である。図４ａは外観構成であり、図４ｂは、センサの内部構造を示した平面模式図であり、図４ｃは、荷重がかかった際の、光の透過の様子を示した説明図である。
図示したように、パッド内部はスポンジでできており、パッドへの荷重に応じて大きくなったスポンジ密度を、内部の光透過量の変化として数値化し、圧力値に換算して出力する。これを４カ所でおこなうことにより、荷重のかかり方が把握できる。
特に、触覚センサ２７では、０時方向をアーム２５の先端側（前側）、９時方向を基端駆動部２６側（後側）に向きを揃えてアーム２５に取り付けている。後述するように、少なくとも前後２カ所で荷重のかかり具合（物品への面接触具合）を知得することで、十全な把持を実現する。
以上説明した触覚センサ２７の例としては、タッチエンス社のショッカクポットＰＯＴＵ−００１−１を挙げることができ、低廉に導入することが可能である。
【００３０】
次に、処理装置３０について説明する。
処理装置３０は、いわゆるパーソナルコンピュータを利用することができ、ＣＰＵやメモリ、ストレージ、モニタ等は汎用品を採用できるので、ここでは、ハードウェアの詳細な説明は省略する。
処理装置３０の具体的な機能的構成としては、３次元情報入力部３１と、サンプル図形設定部３２と、照合部３３と、中心算出・補正部３４と、多関節制御部３５と、触覚情報入力部３６と、判定部３７と、開閉制御部３８と、を有する。図５は、処理装置３０の機能的構成を示したブロック図である。多関節制御部３５と開閉制御部３８とが主として請求項にいう把持制御を担う。これらの機能部は、処理装置３０にインストールされた処理プログラムやＯＳといったソフトウェア、および、各ハードウェアとの共働により実現される。
【００３１】
３次元情報入力部３１は、視覚センサ１０により取得される物品群の３次元情報を逐次入力する。必要に応じてＲＡＭやハードディスクに格納する制御もおこなう。
サンプル図形設定部３２は、円、球、楕円体、正方形、長方形、立方体、直方体といった単純図形と、３次元情報入力部３１から入力された３次元情報と、に基づいて照合用図形を設定する。
３次元情報から物品群の表面凹凸がわかり、奥行き方向の値に大きな差がある部分の情報に基づき、ランダム配置ながらも上層にある物品それぞれの輪郭が大まかに判定できる（特に高い位置における輪郭を用いるのが好適である）。その情報に基づき、照合用図形を選定する。本実施の形態では、球形により照合をおこなうものとする。また、球の半径は適宜調整されたあとのものが照合に用いられる。このほか、３軸長さを調整した回転楕円体を用いたり、３辺長さを調整した直方体を用いたりすることもできる。
【００３２】
照合部３３は、３次元情報に基づいて、照合用図形である球形を強制的に物品に一致させる。上層にある物品は輪郭にほとんど断絶が生じないため、断絶率の小さなものから照合する（そしてピックアップする）。なお、物品の薄い部分であって下の部品との間に大きな段差がない場合であっても、他の物品は向きがランダムであって当該部分に大きな段差が生じているものもあるため、そのようなデータで薄い部分を補完すればよい。断絶部分も同様に補完できる。
照合の手法は特に限定されないが、最尤推定、たとえば、輪郭を含めて、対象とする物品の表面形状、各点の法線方向といった特徴量に基づき、球を少しずつ動かして、体積重複率が最も高くなる位置を算出し、それが所定値以上であれば照合された（両図形は一致する）と判定する例を挙げることができる。
なお、３次元情報は順次入力されてくるので、ピックアップ後は奥にあった物品が表出した３次元情報となり、次の照合に際しては、この更新された３次元情報を用いる。
図６は、コンテナにのったスタンフォードバニーを視覚センサで撮像した様子（図６ａ）と、その３次元情報を用いて球形にて強制的に照合した例を示した写真である（図６ｂ）。
【００３３】
中心算出・補正部３４は、照合部３３により照合された球に基づき、その球の中心座標を物品の中心に設定する。
また、中心算出・補正部３４は、後述のファーストコンタクトとセカンドコンタクトに基づく把持ユニット２１の移動距離から、物品の中心を補正する。
【００３４】
多関節制御部３５は、多関節部２２を制御して、中心算出・補正部３４により設定されたもしくは再設定された、把持すべき物品に対する中心座標の座標値の鉛直上空に把持ユニット２１を移動させる。このとき把持ユニット２１の姿勢は、その中心線が鉛直下方に向くように姿勢制御する。
そして、多関節制御部３５は、把持ユニット２１を降下させ、物品を把持後再び上昇する（ピックアップする）。なお、その後はコンベア等に適宜物品を載置し、再びコンテナＣ上空に戻りピッキングを繰り返す。
また、多関節制御部３５は、判定部３７が初めての接触（ファーストコンタクト）を検知した場合に、他方のアーム２５側に把持ユニット２１を移動させる（判定部３７が二回目の接触（セカンドコンタクト）を検知するまで移動を続ける）。
更に、多関節制御部３５は、判定部３７により所定範囲に収まったと判定されたら（辺底部３７が、深く安定的な位置までアーム２５が進入し物品を把持していると判定したら）、把持ユニット２１を上昇させる動作制御をおこなう。
【００３５】
触覚情報入力部３６は、二つの触覚センサ２７の計８カ所から、逐次圧力値を入力する。
【００３６】
判定部３７は、多関節制御部３５の制御に基づく把持ユニット２１の降下にともない、どちらかの触覚センサ２７が物品への接触を検知したか否かを判定する（ファーストコンタクトを判定する）。
また、判定部３７は、多関節制御部３５による、反対側のアーム２５の触覚センサ２７が物品への接触を検知したか否かを判定する（セカンドコンタクトを判定する）。
更に、判定部３７は、触覚センサ２７の先側からと後側からの圧力値の推移に基づき、前側の圧力値が一定値以上であり、かつ、後側の圧力値と前側の圧力値との差が所定範囲内に収まったか、未だ収まっていないかを判定する（順次繰り返しおこなうことで、後側の圧力値が前側の圧力値に漸近して所定範囲内に収まったかを判定する）。
【００３７】
この判定は、本願発明者が触覚センサ２７を人差指と親指のそれぞれの腹に取り付けて物品を把持する事前実験に基づく。図７は、人によるつまみあげ動作のセンサ変位量の解析結果を示した図である。図示したように、指が物品に当たってから摘まみ上げるときには、先に探り動作として、指を深く入れる動作と広げる動作が繰り返され（図では、前側の変位量の３つのピークとして表れている）、深く入って安定な挟持として判断して摘まみ上げる（図では、後側の変位量が前側の変位量と同程度になっている）。ピッキング装置１では、この動作を現場対応としておこなわせている。
【００３８】
開閉制御部３８は、把持ユニット２１の中心線に対して対称にアーム２５の間隔を狭める（最終的には物品を挟持する）、または、広げる動作をおこなう。
特に、判定部３７と共働して、物品のある程度深い位置まで進入して安定的な把持をおこなう。すなわち、開閉制御部３８は、アーム２５の間隔を狭めた際、判定部３７により後側の圧力値が十分でないと判定されたら、アーム２５間隔をわずかに広げ、把持ユニット２１のわずかな降下後に再びアーム２５間隔を狭める動作を、判定部３７により圧力値が所定範囲に収まったと判定されるまで繰り返す。
なお、把持ユニット２１の降下開始前のアーム２５の広げ間隔は、３次元情報に基づき適宜設定しておく。ただし、誤差があるにしても、概ね、物品の把持すべき部分の形状は３次元情報であらかじめわかっているので、たとえば、当該把持予定部分の物品間隔の５ｍｍずつ増しでアーム２５を広げておき、把持予定位置の上空１０ｍｍの高さにあるとき、アーム２５を狭めていき、ファーストコンタクトを探るなどしてもよい。
【００３９】
次に、一部重複するが、ピッキング装置１によるピッキング方法の流れについて説明する。図８は、ピッキング処理の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
ばら積み収容された同一形状の物品が入ったコンテナＣを、ピッキング装置１の視野内に載置する（ステップＳ１）。
視覚センサ１０が、その物品群を撮影し３次元情報として所定時間間隔（たとえば０．１秒間隔）で処理装置３０に出力する（ステップＳ２）。
処理装置３０では、入力された３次元情報から輪郭抽出をおこない、大きさを調整した照合用図形を決定する（ステップＳ３）。
処理装置３０は、さらに、照合用図形を用いて、物品群から物品をそれぞれ強制的に照合していき照合用図形の中心を物品の中心位置として算出する（ステップＳ４）。
持ち上げる物品を決定し、当該物品の中心位置の上空から把持ユニット２１を降下させる（ステップＳ５）。
【００４１】
いずれかの触覚センサ２７が物品への接触を検知したかを判定し、すなわちファーストコンタクトがあったかを検知し（ステップＳ６）、検知した場合に（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、他方のアーム２５の触覚センサ２７が当該物品への接触を検知するまで（セカンドコンタクトを検知するまで）当該他方のアーム２５側に把持ユニット２１を移動させる（ステップＳ７）。
把持ユニット２１の移動距離を算出し、移動距離に基づき中心位置を修正する（ステップＳ８）。
修正された中心位置の鉛直線上から把持ユニット２１を下降させ、片側のアーム２５の前側の接触圧が所定値Ａ以上であって、後側の接触圧が前側の接触圧に比して所定範囲Ｂ内にあるかを判定する（ステップＳ９）。所定範囲内にない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、アーム２５間隔を２ｍｍ広げ、把持ユニット２１を２ｍｍ降下させ、再びアーム２５間隔を狭める。すなわち探り動作をおこなう（ステップＳ１０）。このとき、少なくとも、二つの前側の接触圧が所定値Ａになるまで間隔を狭める。再び、後側の接触圧と前側の接触圧との差が所定範囲Ｂ内となったかを判定する（ステップＳ９）。これを、二つの後側の接触圧が満たすようになるまで、間隔微少広げ→微小降下→前側接触圧Ａ以上となるまで間隔狭め→・・との判定および駆動を繰り返す。探りながら、安定的な把持が可能となる、ある程度深い位置まで、しっかりとした把持となるまでアーム２５を進入させる動作である。
【００４２】
所定範囲Ｂ内となったら（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、把持ユニット２１を上昇させ、コンベアに載置し（ステップＳ１１）、スタートに戻る。
【００４３】
以上説明したように、ピッキング装置１およびそのピッキング方法は、汎用性が高く安価なシステム導入を可能とするものであって、現場対応をおこなうことでチューニング等も不要であり速やかな稼働を実現する。
【００４４】
なお、本発明は上記の態様に限定されない。たとえば、物品が極めて軽い場合や、弾性率が高いものである場合には、通常稼働であるとファーストコンタクトにて、物品がはじかれてしまう可能性がある。このような場合には、接触センサに近接検知機能を加え、接触速度をおとようにしてもよい。また、近接をもって接触と判定し、セカンドコンタクトを探るよう把持ユニットを移動させるようにしてもよい（その後の降下、探り動作等は、通常どおり、ただし、ピックアップまでの各種の動きの速度はおとすのが好ましい）。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、視覚と触覚による汎用的な産業用ロボットのランダムピッキングを安価に実現し、中小企業における導入を促進できる。
【符号の説明】
【００４６】
１        ピッキング装置
１０     視覚センサ
２０     多関節ロボット
２１     把持ユニット
２２     多関節部
２５     アーム
２６     基端駆動部
２７     触覚センサ
３０     処理装置
３１     ３次元情報入力部
３２     サンプル図形設定部
３３     照合部
３４     中心算出・補正部
３５     多関節制御部
３６     触覚情報入力部
３７     判定部
３８     開閉制御部
【要約】
【課題】汎用性が高く安価に導入可能であって稼働も速やかにおこなうことのできるピッキング技術を提供すること。
【解決手段】  同一形状の物品がランダムに収容されたコンテナＣから当該物品を一つずつ上空から摘まみ上げるピッキング装置１であって、物品群の３次元情報を取得する視覚センサ１０と、取得された物品群の３次元情報に基づいて、球、楕円体、立方体、直方体、その他のサンプル図形の一つにより、物品を強制的に照合してそれぞれの中心位置を算出する照合部３３と、先端にそれぞれ触覚センサ２７を有し、間隔が狭まることにより物品を把持する少なくとも２本のアーム２５からなる把持ユニット２１と、把持ユニット２１をいずれかの中心位置の上空から降下させ、触覚センサ２７による物品への接触検知に基づき、アーム２５の間隔を狭めて物品を把持し上昇する動作制御をおこなう開閉制御部３８と、を具備したピッキング装置１。
【選択図】図１【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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