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JP7220116B2 - ロボットハンド、ロボット及びロボットシステム - Google Patents

ロボットハンド、ロボット及びロボットシステム Download PDF

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Description

本発明は、ロボットハンド、ロボット及びロボットシステムに関する。
従来から、物品を移載する移載ロボットが知られている。例えば、特許文献1は、ハンドの先端にベルトコンベヤを備える産業ロボットを開示している。特許文献1のロボットは、生産ライン等のコンベヤで移送されるワークを、ハンドの先端のベルトコンベヤに乗り移らせる。乗り移り完了後、ロボットは、ベルトコンベヤを移載場所に移動させ、ベルトコンベヤでワークを送り出しつつ当該ベルトコンベヤを後退移動させることで、ワークを移載する。
特開2002-167045号公報
特許文献1のロボットは、コンベヤ等で搬送されるワークをベルトコンベヤ上に載せることができるが、床面等の上に載置され静止したワークをベルトコンベヤ上に載せることができない。
そこで、本発明は、静止した物品をコンベヤ上に載せて移送することを可能にするロボットハンド、ロボット及びロボットシステムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るロボットハンドは、物品を移動するロボットハンドであって、物品を搬送する無端状のベルトを有するコンベヤと、前記コンベヤの搬送方向での前記コンベヤの端部に配置される挿入部とを備え、前記挿入部は、隣り合って配置された物品間の隙間に挿入可能である形状を有する。
本発明の一態様に係るロボットは、本発明の一態様に係るロボットハンドと、前記ロボットハンドと接続されたロボットアームと、前記ロボットハンド及び前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備える。
本発明の一態様に係るロボットシステムは、本発明の一態様に係るロボットと、前記ロボットを操作するための操作装置とを備える。
本発明によれば、静止した物品をロボットハンドのコンベヤ上に載せて移送することが可能になる。
実施の形態に係るロボットシステムの構成の一例を示す図 実施の形態に係るロボットの構成の一例を示す側面図 実施の形態に係るロボットハンドの構成の一例を示す側面図 実施の形態に係る制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係る制御装置及び各駆動装置の構成の一例を示すブロック図 実施の形態に係るロボットシステムの積み込み動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの積み込み動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの積み込み動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの積み込み動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの荷降ろし動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの荷降ろし動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットシステムの荷降ろし動作の1つを示す側面図 実施の形態に係るロボットハンドの変形例の構成の一例を示す側面図 実施の形態に係るロボットハンドの別の変形例の構成の一例を示す側面図
以下において、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
<ロボットシステム1>
図1は、実施の形態に係るロボットシステム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態では、ロボットシステム1は、ロボット100を用いて物品Aを搬送するシステムである。例えば、ロボット100は、搬送装置等によって搬送されてきた物品Aを所定の場所に載置し積み上げることができる。また、ロボット100は、所定の場所に積み上げられた物品Aの山から物品Aを取り出し、他の装置等に載置する。以下において、ロボット100が搬送する物品Aは、直方体状の段ボールケースであるとして説明するが、これに限定されない。搬送対象の物品は、後述するコンベヤ122上に載せることができる物体であればよく、例えば、所定の形状を有する他の物体であってもよく、岩石等の所定の形状を有しない物体であってもよい。
ロボットシステム1は、ロボット100と、ロボット100を操作するための操作装置210とを備える。操作装置210は、ロボット100から離れて配置され、オペレータPは、操作装置210への入力を行うことによって、ロボット100を遠隔操作することができる。さらに、ロボットシステム1は、ロボット100の動作状態を撮像する撮像装置220と、撮像装置220で撮像された情報を出力する出力装置230とを備える。さらに、ロボットシステム1は、ロボット100のロボットアーム110が固定される搬送車240を備える。これに限定されないが、本実施の形態では、搬送車240は、電力を動力源とし、搬送車240を駆動するサーボモータを有する。例えば、搬送車240はAGV(無人搬送車:Automated Guided Vehicle)であってもよい。なお、ロボットシステム1の上記の構成要素の全てが必須ではない。
<ロボット100>
図1に示すように、ロボット100は、ロボットアーム110と、ロボットアーム110の先端に取り付けられるロボットハンド120と、ロボットアーム110及びロボットハンド120の動作を制御する制御装置130とを備える。本実施の形態では、ロボット100は、垂直多関節型ロボットとして構成されるが、これに限定されない。
<操作装置210>
図1に示すように、操作装置210は、オペレータPによって入力される指令に基づきロボット100及び搬送車240を遠隔操作する。操作装置210の具体的な構成は特に限定されないが、操作装置210はオペレータPによる入力を受け付ける入力装置を備える。入力装置の例は、ハンドル、レバー、ペダル、ボタン、タッチパネル、マイク及びカメラ等であるが、これらに限定されない。操作装置210は、入力装置を介して入力された操作に対応する指令を制御装置130に出力する。操作装置210は、有線通信又は無線通信を介して制御装置130と接続される。有線通信及び無線通信の形式はいかなる形式であってもよい。
操作装置210は、オペレータPによって入力される手動操作の各操作に対応する指令を制御装置130に出力してもよい。又は、操作装置210は、オペレータPによって入力される自動操作の操作内容に対応する指令を制御装置130に出力してもよい。例えば、操作装置210は、入力される指令として、ハンドル又はレバー等の変位、方向、速度及び操作力等を受け付けてもよく、ボタンの押し下げを受け付けてもよく、タッチパネルの画面への接触、接触軌跡及び接触圧等を受け付けてもよく、スピーカによって集音される音声信号を受け付けてよく、カメラによって撮像されたオペレータPの画像の解析結果を受け付けてもよい。操作力は、オペレータPによってハンドル又はレバー等に加えられる力である。接触圧は、タッチパネルへの指等の押し付け力である。オペレータPの画像の解析結果は、オペレータPのジェスチャ等が示す指令を含む。
<撮像装置220>
図1に示すように、撮像装置220は、ロボット100及び搬送車240等の動作状態を撮像し、撮像した画像の信号を出力装置230に出力する。撮像装置220によって撮像される画像は、静止画であってもよく動画であってもよい。撮像装置220の例はデジタルカメラ及びデジタルビデオカメラである。撮像装置220は、有線通信又は無線通信を介して操作装置210及び出力装置230と接続される。撮像装置220は、操作装置210に入力される指令に従って、撮像の実行及び停止、並びに、撮像方向の変更等の動作を行ってもよい。
<出力装置230>
図1に示すように、出力装置230は、撮像装置220から取得される画像の信号を画像として出力しオペレータPに表示する表示装置である。出力装置230の例は、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)及び有機又は無機ELディスプレイ(Electro-Luminescence Display)であるが、これらに限定されない。出力装置230は、制御装置130によって出力される操作等のための画像を表示してもよい。
<ロボット100の詳細な構成>
[ロボットアーム110の構成]
ロボット100のロボットアーム110の詳細な構成を説明する。図2は、実施の形態に係るロボット100の構成の一例を示す側面図である。図2に示すように、ロボット100のロボットアーム110は、その基端部で搬送車240に固定されている。ロボットアーム110の先端部には、ロボットハンド120が接続されている。多関節型のロボットアーム110は、6つの関節軸JT1~JT6と、これらの関節軸によって順次連結される6つのリンク110a~110fとを有する。さらに、ロボットアーム110は、関節軸JT1~JT6それぞれを回転駆動するアーム駆動装置AM1~AM6を有している。アーム駆動装置AM1~AM6の動作は、制御装置130によって制御される。これに限定されないが、本実施の形態では、アーム駆動装置AM1~AM6はそれぞれ、電力を動力源とし、これらを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。なお、ロボットアーム110の関節軸の数量は、6つに限定されず、7つ以上であってもよく、1つ以上5つ以下であってもよい。
関節軸JT1は、搬送車240の基台241の上面とリンク110aの基端部とを、当該上面に垂直である鉛直方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT2は、リンク110aの先端部とリンク110bの基端部とを、水平方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT3は、リンク110bの先端部とリンク110cの基端部とを、水平方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT4は、リンク110cの先端部とリンク110dの基端部とを、リンク110cの長手方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT5は、リンク110dの先端部とリンク110eの基端部とを、リンク110dの長手方向と直交する方向の軸周りに回転可能に連結する。関節軸JT6は、リンク110eの先端部とリンク110fの基端部とを、リンク110eに対する捻れ回転可能に連結する。リンク110fの先端部にロボットハンド120が取り付けられる。
[ロボットハンド120の構成]
ロボット100のロボットハンド120の詳細な構成を説明する。図3は、実施の形態に係るロボットハンド120の構成の一例を示す側面図である。図3に示すように、ロボットハンド120は、ベース121と、コンベヤ122と、挿入部123と、センサ124とを備える。ベース121は、ロボットアーム110のリンク110fの先端部に取り付けられる。コンベヤ122及び挿入部123は、ベース121に取り付けられ、ベース121によって支持される。
ベース121は、その上面121aaに載せられたコンベヤ122を支持する板状の支持部121aと、支持部121aの端部121abのストッパ121bとを含む。ストッパ121bは、上面121aaから上方向である方向D1aに突出する板状の形状を有している。方向D1aは、上面121aaに垂直な方向であり、方向D1bは、方向D1aと反対方向である。ストッパ121bは、上面121aaに載せられたコンベヤ122よりも方向D1aに突出する。
コンベヤ122は、ベルトコンベヤとして構成される。コンベヤ122は、その上に載せられた物品Aを、互いに反対方向である方向D2a及びD2bに搬送することができる。方向D2a及びD2bは、コンベヤ122の搬送方向である。例えば、方向D2aは、コンベヤ122上に載せられた物品Aを降ろすときの搬送方向であり、方向D2bは、コンベヤ122上に物品Aを積み込むときの搬送方向である。コンベヤ122は、コンベヤ122の方向D2bの端部122fがストッパ121bと隣り合うように、支持部121aの上面121aaに配置され固定される。コンベヤ122は、ローラ122aと、複数のローラ122bと、支持枠122cと、搬送ベルト122dと、コンベヤ駆動装置122eとを備える。
複数のローラ122a及び122bは方向D2a又はD2bに配列され、ローラ122aは主動ローラであり、ローラ122bは従動ローラである。支持枠122cは、方向D2a又はD2bに延び、ローラ122aと複数のローラ122bとを支持する。搬送ベルト122dは、輪状の無端ベルトであり、ローラ122a及び122bの周りに掛け渡されている。コンベヤ駆動装置122eはローラ122aを回転駆動する。これに限定されないが、本実施の形態では、コンベヤ駆動装置122eは、電力を動力源とし、これを駆動する電気モータとしてサーボモータを有する。サーボモータは、コンベヤ駆動モータの一例である。コンベヤ駆動装置122e及びローラ122aは、コンベヤ122の端部122fに配置されている。コンベヤ駆動装置122eの動作は、制御装置130によって制御される。コンベヤ駆動装置122eは、ロボット100、ロボット100の電力供給源又はその他の電力供給源等から電力の供給を受けてもよい。
コンベヤ駆動装置122eがローラ122aを一方向に回転駆動すると、ローラ122aは、搬送ベルト122dにローラ122a及び122bの周りを一方向に周回させ、それにより、搬送ベルト122dの搬送面122daは、方向D2bつまりストッパ121bに向かって移動する。搬送面122daは、ローラ122a及び122bに対して方向D1aに位置する搬送ベルト122dの部分の外周面である。よって、コンベヤ122は、搬送面122da上に載せられた物品Aを方向D2bに搬送する。
コンベヤ駆動装置122eがローラ122aを反対方向に回転駆動すると、ローラ122aは、搬送ベルト122dに反対方向に周回させ、それにより、搬送面122daは、方向D2aつまりストッパ121bから離れる方向に移動する。よって、コンベヤ122は、搬送面122da上に載せられた物品Aを方向D2aに搬送する。
挿入部123は、端部121abと反対側の支持部121aの端部121acに配置されている。挿入部123とストッパ121bとの間にコンベヤ122が位置し、挿入部123はコンベヤ122の方向D2aの端部122gと隣接する。ストッパ121b、コンベヤ122及び挿入部123は、方向D2aでこの順で配列されている。つまり、挿入部123は、コンベヤ122の搬送方向D2aでのコンベヤ122の端部122gに配置される。
挿入部123は支持部121aと同じ材料で一体に形成されていてもよく、別部品の挿入部123が支持部121aに取り付けられていてもよい。挿入部123は、支持部121aの端部121acから方向D2aに延びる。挿入部123は、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能な形状を有する。本実施の形態では、挿入部123は、方向D1aに向いた傾斜上面123aを有し、傾斜上面123aは、コンベヤ122の搬送面122daに対して斜めに交差する方向に延びる。具体的には、傾斜上面123aは、方向D2aに向かうに従って方向D1bに向かうように傾斜している。
そして、挿入部123は、方向D2aの先端に向かって先細になるテーパ形状を有する。具体的には、方向D1a又はD1bでの挿入部123の厚さが、方向D2aに向かうに従って小さくなる。また、方向D3a又はD3b(図1参照)での挿入部123の幅は、略一定であるが、方向D2aに向かうに従って小さくなってもよい。方向D3a及びD3bは、互いに反対方向であり、方向D1a、D1b、D2a及びD2bに垂直である上面121aaに沿う方向である。なお、本実施の形態では、方向D1a及びD1bと、方向D2a及びD2bとは、略垂直であるが、これに限定されず、斜めに交差してもよい。
これに限定されないが、本実施の形態では、挿入部123は、支持部121aを基準として、方向D1aで搬送面122daよりも突出しない高さを有するように構成されている。つまり、傾斜上面123aが、方向D1aで搬送面122daよりも突出しないように構成されている。また、挿入部123の方向D1aでの高さは、コンベヤ122の方向D1aでの高さの1/2以上であってもよい。例えば、傾斜上面123aの最も高い部分の位置が、挿入部123に隣接するローラ122a又は122bの軸心の位置と同等以上の高さであってもよい。また、方向D3a又はD3bでの傾斜上面123aの幅は、搬送対象の物品Aを載せることができる幅であればよく、搬送面122daの幅よりも大きくても小さくてもよく、同一であってもよい。
本実施の形態では、上述のような挿入部123の形状は、楔のような三角柱状の形状であるとするが、これに限定されない。例えば、傾斜上面123aは、本実施の形態では平坦な面であるが、湾曲又は屈曲してもよい。例えば、傾斜上面123aは、方向D2bに向かうに従って、凸状又は凹状の弧又は折れ線を描くように湾曲又は屈曲してもよい。
センサ124は、センサ124への物品A等の物体の接近を検知するセンサであり、接近を示す検知信号を制御装置130に出力する。センサ124は、接触式センサであってもよく、非接触式センサであってもよい。例えば、接触式センサは、バンパーセンサ、感圧センサ及び接触式変位センサ等の物体との接触を検知することで、当該物体の接近を検知するセンサであってもよい。非接触式センサは、光電センサ(「ビームセンサ」とも呼ばれる)、レーザセンサ、レーザライダ(Lidar)及び超音波センサ等の物体の接近又は物体までの距離を検知することで、当該物体の接近を検知するセンサであってもよい。これに限定されないが、本実施の形態では、センサ124は非接触式センサであり、ストッパ121bに配置され、搬送ベルト122dの搬送面122daを検知対象領域とする。
上述のようなロボットハンド120は、コンベヤ122の搬送面122da上に物品Aを積み込むことができ、搬送面122da上の物品Aを降ろすことができる。例えば、挿入部123の傾斜上面123a上の物品Aの一部がコンベヤ122の搬送面122da上に載っている場合、コンベヤ122は、搬送面122daを方向D2bに移動するように駆動することで、搬送ベルト122dと物品Aとの間の摩擦力の作用によって、物品Aを方向D2bに引き込み、物品Aの全体を搬送面122da上に載せることができる。さらに、物品Aの全体が搬送面122da上に載った後、コンベヤ122が駆動し続けた場合でも、物品Aは、ストッパ121bに当接することによって方向D2bへの移動が制止され、搬送面122da上からの物品Aの落下が抑制される。
また、搬送面122da上に物品Aが載っている場合、コンベヤ122は、搬送面122daを方向D2aに移動するように駆動することで、物品Aを方向D2aに移動させ、さらに、搬送ベルト122dと物品Aとの間の摩擦力の作用によって、物品Aの全体を挿入部123の傾斜上面123a上に降ろすことができる。
<制御装置130>
制御装置130の構成を説明する。制御装置130は、操作装置210から受け取る操作の指令等に基づき、予め記憶部(図示せず)に格納されるプログラムに従って、ロボットアーム110、ロボットハンド120及び搬送車240の動作を制御する。制御装置130は、ロボットアーム110、ロボットハンド120及び搬送車240の動作を個別に制御するのではなく互いにリンクさせて制御を行い、互いに連携させた動作を実現する。例えば、制御装置130は、ロボットアーム110、ロボットハンド120及び搬送車240の1つの制御に、他の2つから取得される情報を反映させる。
図4は、実施の形態に係る制御装置130の機能的な構成の一例を示すブロック図である。制御装置130は、操作情報処理部130aと、コンベヤ制御部130bと、ハンド位置検出部130cと、アーム制御部130dと、アーム位置検出部130eと、搬送車制御部130fと、搬送車位置検出部130gと、情報出力部130hと、記憶部130iとを機能的な構成要素として含む。これらの機能的な構成要素は、他の構成要素が出力する情報を使用し、他の構成要素の動作とリンクした動作を行う。なお、上記機能的な構成要素の全てが必須ではない。
操作情報処理部130a、コンベヤ制御部130b、ハンド位置検出部130c、アーム制御部130d、アーム位置検出部130e、搬送車制御部130f、搬送車位置検出部130g及び情報出力部130hの各構成要素の機能は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、RAM(Random Access Memory)などの揮発性メモリ及びROM(Read-Only Memory)などの不揮発性メモリ等からなるコンピュータシステム(図示せず)により実現されてもよい。上記構成要素の一部又は全部の機能は、CPUがRAMをワークエリアとして用いてROMに記録されたプログラムを実行することによって実現されてもよい。なお、上記構成要素の一部又は全部の機能は、上記コンピュータシステムにより実現されてもよく、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路により実現されてもよく、コンピュータシステム及びハードウェア回路の組み合わせにより実現されてもよい。
記憶部130iは、種々の情報の格納することができ、且つ、格納した情報の読み出しを可能にする。記憶部130iは、揮発性メモリ及び不揮発性メモリなどの半導体メモリ、ハードディスク及びSSD(Solid State Drive)等の記憶装置によって実現される。記憶部130iは、各構成要素が用いるパラメータ及び閾値等を格納する。記憶部130iは、各構成要素が実行するプログラムを格納してもよい。
操作情報処理部130aは、操作装置210から取得される操作の指令を、制御装置130の各構成要素に出力する。各構成要素は、当該指令に対応するプログラムに従って動作する。
コンベヤ制御部130bは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、コンベヤ駆動装置122eの動作を制御する。具体的には、コンベヤ制御部130bは、搬送ベルト122dの搬送面122daを方向D2a又はD2bに移動させるためのコンベヤ駆動装置122eによるローラ122aの回転駆動動作を制御する。また、コンベヤ制御部130bは、センサ124への物体の接近を示す検知信号をセンサ124から受信すると、コンベヤ駆動装置122eを停止する。
ハンド位置検出部130c及び制御装置130は検出装置の一例である。ハンド位置検出部130cは、物品Aに対する挿入部123の位置を検出する。具体的には、ハンド位置検出部130cは、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6それぞれから出力電流の信号を取得することで、各アーム駆動装置AM1~AM6に発生している出力負荷を検出する。さらに、ハンド位置検出部130cは、各アーム駆動装置AM1~AM6に発生させる入力負荷の情報をアーム制御部130dから取得する。ハンド位置検出部130cは、各アーム駆動装置AM1~AM6の出力負荷と入力負荷との差異に基づき、挿入部123のテーパ状の先端が物品Aと接触しているか否かを検出する。例えば、ハンド位置検出部130cは、アーム駆動装置AM1~AM6での負荷の差異が閾値以上である場合、挿入部123の先端が物品Aと接触していることを検出してもよい。
ここで、アーム駆動装置AM1~AM6の出力電流、入力負荷及び出力負荷は、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報の一例である。なお、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報は、関節軸JT1~JT6及びリンク110a~110fのひずみ量等を含んでもよい。このようなひずみ量を用いて挿入部123の先端と物品Aとの接触の有無を検出することも可能である。
さらに、ハンド位置検出部130cは、アーム位置検出部130eからロボットアーム110のリンク110fの位置、姿勢、移動方向及び移動速度等の情報を取得し、当該情報を用いて、ロボットハンド120の位置、姿勢、移動方向及び移動速度等の情報を取得する。ハンド位置検出部130cは、上記情報を用いて、挿入部123の位置を検出する。例えば、ハンド位置検出部130cは、挿入部123が物品Aに接触しつつ、その突出方向と交差する、具体的には直交する方向に移動していることを検出している最中に、挿入部123の非接触を検出すると、挿入部123が、隣り合って配置された物品A間の隙間に対応する位置に位置することを検出する。例えば、隙間に対応する位置は、当該隙間の鉛直方向上方の位置であってもよく、当該隙間の水平方向側方の位置であってもよい。
アーム制御部130dは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、アーム駆動装置AM1~AM6の動作を制御することで、ロボットアーム110に対応する動作をさせる。アーム制御部130dは、アーム位置検出部130eから取得されるロボットアーム110の各リンク110a~110fの位置、姿勢、移動方向及び移動速度等に基づき、ロボットアーム110に動作させる。
アーム位置検出部130eは、ロボットアーム110の各リンク110a~110fの位置及び姿勢を検出する。具体的には、アーム位置検出部130eは、アーム駆動装置AM1~AM6から回転量等の動作量の情報を取得し、当該動作量に基づき、各リンク110a~110fの位置及び姿勢を検出する。さらに、アーム位置検出部130eは、各リンク110a~110fの位置及び姿勢の変化から、各リンク110a~110fの移動方向及び移動速度を検出する。
搬送車制御部130fは、操作情報処理部130aを介して取得される指令に従って、搬送車240の搬送駆動装置240aの動作を制御することで、搬送車240に対応する動作をさせる。搬送車制御部130fは、搬送車位置検出部130gから取得される搬送車240の位置及び向き等に基づき、搬送車240に動作させる。
搬送車位置検出部130gは、搬送車240の位置及び向きを検出する。具体的には、搬送車位置検出部130gは、搬送駆動装置240aからそのサーボモータの回転量等の動作量の情報を取得し、当該動作量に基づき、搬送車240の位置及び向きを検出する。なお、搬送車240は、GPS(Global Positioning System)受信機及びIMU(慣性計測装置:Inertial Measurement Unit)等の位置計測装置を備えてもよい。搬送車位置検出部130gは、GPS受信機の受信信号又はIMUによって計測された加速度及び角速度等を用いて、搬送車240の位置及び向きを検出してもよい。搬送車位置検出部130gは、例えば、床面に埋設された電線から微弱な誘導電流を検出し、この検出値に基づき、搬送車240の位置及び向きを検出してもよい。
情報出力部130hは、制御装置130の各構成要素の動作結果及び検出結果等の出力情報を、操作装置210及び/又は出力装置230に出力する。また、情報出力部130hは、ロボット100の操作用の画面を操作装置210及び/又は出力装置230に出力する。
また、制御装置130と各駆動装置との関係の一例を説明する。図5は、実施の形態に係る制御装置130及び各駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。図5に示すように、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6のサーボモータ、コンベヤ駆動装置122eのサーボモータ、及び搬送駆動装置240aのサーボモータに対して、情報及び指令を入出力するように構成されている。制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6、コンベヤ駆動装置122e及び搬送駆動装置240aの全てのサーボモータの動作を制御する。
各サーボモータは、電気モータと、電気モータの回転子の回転角を検出するエンコーダとを備えている。各サーボモータは、制御装置130から出力される指令及び情報に従って、電気モータを動作させ、エンコーダの検出値を制御装置130に出力する。制御装置130は、各サーボモータからフィードバックされたエンコーダの検出値に基づき、当該サーボモータの回転子の回転量及び回転速度等を検出し、検出結果を用いて当該サーボモータの回転開始、回転停止、回転速度及び回転トルクを制御する。これにより、制御装置130は、各サーボモータを任意の回転位置で停止させることができ、任意の回転速度で回転させることができ、任意の回転トルクで動作させることができる。よって、制御装置130は、ロボットアーム110、コンベヤ122及び搬送車240の全てを多様に且つ緻密に動作させることができる。
<ロボットシステム1の動作>
ロボットシステム1の動作の一例を説明する。まず、ロボット100が、上下に積み上げられた物品Aのうちの最上段の物品A1をロボットハンド120上に載せる積み込み動作の一例を説明する。本動作は、オペレータPが操作装置210を用いて、ロボット100及び搬送車240に各動作を行わせる、マスタースレーブ方式の動作であるとする。この場合、例えば、操作装置210は、オペレータPの手元にあるマスターアームを構成し、ロボット100は、遠隔のスレーブアームを構成してもよい。そして、オペレータPによって与えられるマスターアームの動作を、スレーブアームがトレースするように構成される。これにより、オペレータPが所望する動作をスレーブアームに正確に実現させることが容易である。また、オペレータPは、マスターアームを介して、スレーブアームの動作を容易に知覚することができる。
図6~図9はそれぞれ、実施の形態に係るロボットシステム1の積み込み動作の1つを示す側面図である。図1に示すように、まず、ロボット移動ステップにおいて、オペレータPは、操作装置210に指令を入力することで、搬出対象の物品A1を含む物品Aの山へ搬送車240を移動させる。このとき、オペレータPが目的地の位置の情報を操作装置210に入力し、制御装置130が当該情報に従って搬送車240を自動で走行させてもよい。又は、オペレータPが、出力装置230に表示される画面等を介して視認しつつ操作装置210を操作して搬送車240を走行させてもよい。
次いで、図6のハンド移動ステップに示すように、搬送車240が物品A1の前に到着した後、オペレータPは、出力装置230の画面等を介して視認しつつ操作装置210を操作することでロボットアーム110を動作させ、ロボットハンド120を物品A1の側方に移動させる。制御装置130は、ロボットハンド120の姿勢の情報を操作装置210等に出力し、オペレータPは、当該姿勢の情報に基づき、挿入部123の先端が物品A1の側面に対向し且つコンベヤ122の搬送面122daが水平になるようにロボットハンド120の姿勢を調節する。
次いで、図7の接触ステップに示すように、オペレータPは、ロボットハンド120を水平方向に移動させ、挿入部123の方向D2aの先端を側方から物品A1の側面に接触させる。さらに、オペレータPは、挿入部123を接触させた状態でロボットハンド120を下降させる。制御装置130は、挿入部123と物品A1との接触の有無を示す情報を操作装置210等に出力する。
次いで、図8の挿入ステップに示すように、オペレータPは、挿入部123と物品A1とが非接触状態になると、ロボットハンド120の下降を停止させる。このとき、挿入部123の先端は、物品A1とその下の物品Aとの隙間に水平方向で対向する。なお、制御装置130が上記非接触状態を検出すると、ロボットハンド120の下降を自動的に停止させてもよい。
さらに、オペレータPは、ロボットハンド120を水平方向である方向D2aに移動させる。これにより、挿入部123は、物品A1とその下の物品Aとの隙間に挿入される。オペレータPは、方向D2aへのロボットハンド120の移動開始と並行して、コンベヤ駆動装置122eを起動し、搬送面122daを方向D2bに移動させるようにコンベヤ122の搬送ベルト122dを周回させる。
これにより、物品A1は、まず挿入部123の傾斜上面123a上に載り斜めに持ち上げられ、傾斜上面123a上を方向D2bに移動する。物品A1は、コンベヤ122の端部122gにおいて搬送ベルト122dと接触すると、周回する搬送ベルト122dによって方向D2bに引き込まれ、物品A1全体が搬送面122da上に載せられる。搬送面122da上の物品A1は、搬送ベルト122dによって方向D2bに移送される。センサ124が物品A1の接近を示す検知信号を制御装置130に送信すると、制御装置130はコンベヤ駆動装置122eを停止する。搬送ベルト122dが、物品A1を安定して引き込むことができるように、搬送ベルト122dと物品A1との間の摩擦係数は、挿入部123の傾斜上面123aと物品A1との間の摩擦係数よりも大きいことが好ましい。
なお、方向D2aへのロボットハンド120の移動は、物品A1と搬送ベルト122dとの接触以降のいかなるタイミングで停止されてもよい。例えば、ロボットハンド120の移動停止のタイミングは、コンベヤ駆動装置122eが停止されるタイミングであってもよく、挿入部123の先端が奥行方向である方向D2aで物品A1と隣り合う物品Aと接触したタイミングであってもよい。ロボットハンド120の移動停止は、オペレータPによって操作装置210を介して行われてもよく、制御装置130によって自動的に行われてもよい。例えば、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6と同様に、コンベヤ駆動装置122eの出力負荷と入力負荷との差異に基づき、物品A1と搬送ベルト122dとの接触を検出してもよい。また、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6の出力負荷と入力負荷との差異に基づき、挿入部123と物品Aとの接触を検出してもよい。制御装置130は、上記検出結果を操作装置210等に出力してもよく、上記検出結果に基づきロボットハンド120の移動を停止してもよい。
次いで、図9の搬出ステップに示すように、搬送面122daへの物品A1の載置完了後、オペレータPは、ロボットアーム110を動作させ、ロボットハンド120上に載置されている物品A1を物品Aの山から搬出し、搬出先に移動する。
上記において、各ステップの動作の少なくとも1つ、又は、移動ステップ~搬出ステップの一連の動作の少なくとも一部が、制御装置130によって自動で行われてもよい。
次いで、ロボット100が、ロボットハンド120上の物品A1を床面上に降ろす荷降ろし動作の一例を説明する。図10~図12はそれぞれ、実施の形態に係るロボットシステム1の荷降ろし動作の1つを示す側面図である。
図10のハンド移動ステップに示すように、搬送車240及びロボット100が物品A1を降ろす場所に到着した後、オペレータPは、操作装置210を操作することでロボットハンド120を移動させ、挿入部123の先端を床面に接触させる又は床面の近傍に位置させる。制御装置130は、挿入部123と床面との接触の有無を示す情報を操作装置210等に出力し、オペレータPは、接触の有無の情報に基づき、ロボットハンド120の位置及び姿勢を調節する。
次いで、図11の送り出しステップに示すように、オペレータPは、挿入部123の位置決めが完了すると、ロボットハンド120の移動を停止し、コンベヤ駆動装置122eを起動する。コンベヤ駆動装置122eは、搬送面122daを方向D2aに移動させるように搬送ベルト122dを周回させる。これにより、物品A1は搬送面122daと共に方向D2aに移動し、挿入部123の傾斜上面123a上に載る。さらに、物品A1は、搬送ベルト122dによって移動され、床面に接触する。オペレータP又は制御装置130は、傾斜上面123aから床面への物品A1の移動を円滑にするために、搬送面122daが傾斜するようにロボットハンド120を傾斜させてもよい。なお、制御装置130は、床面への物品A1の接触をコンベヤ駆動装置122eの負荷に基づき検出し、検出結果を操作装置210等に出力してもよい。
次いで、図12の載置ステップに示すように、オペレータPは、床面への物品A1の接触後、ロボットハンド120を方向D2a又はD2bに向かう水平方向に移動させることで、物品A1の位置を調節する。物品A1が搬送ベルト122d上から取り除かれ、物品A1の位置決めが完了すると、オペレータPは、ロボットハンド120を方向D2bに向かう水平方向に移動させることで、挿入部123を物品A1と床面との間から引き抜く。これにより、物品A1が床面上に載置される。なお、制御装置130は、搬送ベルト122d上における物品A1の有無を、コンベヤ駆動装置122eの負荷に基づき検出し、検出結果を操作装置210等に出力してもよい。
上記において、各ステップの動作の少なくとも1つ、又は、移動ステップ~載置ステップの一連の動作の少なくとも一部が、制御装置130によって自動で行われてもよい。
<効果等>
上述したように、実施の形態に係るロボットハンド120は、物品を搬送する無端状の搬送ベルト122dを有するコンベヤ122と、コンベヤ122の搬送方向D2aでのコンベヤ122の端部122gに配置される挿入部123とを備え、挿入部123は、隣り合って配置された物品間の隙間に挿入可能である形状を有する。
上記構成によると、ロボットハンド120は、挿入部123を物品間の隙間に挿入することで、挿入部123の上に物品を載せて持ち上げ、持ち上げられた状態の物品をコンベヤ122の搬送ベルト122dに接触させることができる。さらに、ロボットハンド120は、コンベヤ122を駆動することで、物品と搬送ベルト122dとの間の摩擦力の作用によって搬送ベルト122d上に物品を引き込み、物品を搬送ベルト122d上に載せることができる。よって、ロボットハンド120は、静止した物品をコンベヤ122上に載せて移送することを可能にする。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、挿入部123は、搬送ベルト122dの搬送面122daに対して斜めに交差する方向に延びる傾斜上面123aを有してもよい。例えば、挿入部123は、搬送面122daに垂直な方向である方向D1a又はD1bの厚さが小さくなる先細の形状であってもよい。上記構成によると、ロボットハンド120は、挿入部123を物品間の隙間に挿入することで、傾斜上面123a上に物品を載せて斜めに持ち上げる。これにより、ロボットハンド120は、当該物品の少なくとも一部を搬送ベルト122d上に載せることができる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、挿入部123は、搬送ベルト122dの搬送面122daに垂直な方向である方向D1aで搬送面122daよりも突出しなくてもよい。上記構成によると、挿入部123が物品間の隙間に挿入されることで、挿入部123の上に載った物品が搬送ベルト122dと接触しやすくなる。これにより、コンベヤ122が物品を搬送ベルト122d上に引き込みやすくなる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、コンベヤ122は、搬送ベルト122dを駆動するコンベヤ駆動モータを有するコンベヤ駆動装置122eを備えてもよい。上記構成によると、ロボットハンド120は、電力を動力源としてコンベヤ122を駆動させる。このため、ロボットハンド120は、空気圧又は液体圧等を駆動源とする場合に必要となる配管を要しない。さらに、ロボットハンド120は、ロボット100の電力供給源から電力供給を受けることができる。よって、ロボットハンド120の設置及び移動の自由度が向上する。
また、実施の形態に係るロボットハンド120において、挿入部123が、隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する検出装置として制御装置130を備えてもよい。上記構成によると、挿入部123を物品間の隙間に確実に挿入することが可能になる。
また、実施の形態に係るロボットハンド120は、サーボモータを有するアーム駆動装置AM1~AM6によって駆動される複数の関節を有するロボットアーム110と接続され、制御装置130は、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報を取得し、アーム駆動装置AM1~AM6の動作に関する情報を用いて、挿入部123が、隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出してもよい。上記構成によると、挿入部123が物品間の隙間に対応する位置にあることを検出するための専用の装置が不要である。よって、ロボットハンド120の構成の簡略化が可能になる。
また、実施の形態に係るロボット100は、ロボットハンド120と、ロボットハンド120と接続されたロボットアーム110と、ロボットハンド120及びロボットアーム110の動作を制御する制御装置130とを備える。上記構成によると、実施の形態に係るロボットハンド120と同様の効果が得られる。
また、実施の形態に係るロボット100において、ロボットアーム110は、サーボモータを有するアーム駆動装置AM1~AM6によって駆動される複数の関節を有し、コンベヤ122は、搬送ベルト122dを駆動するコンベヤ駆動モータとしてサーボモータを有してもよい。さらに、制御装置130は、コンベヤ122のサーボモータの動作と、アーム駆動装置AM1~AM6のサーボモータの動作とを制御してもよい。上記構成によると、サーボモータは任意の回転位置で回転子を停止させることができ、任意の回転速度で回転子を回転駆動させることができ、任意の回転トルクを発生することができる。よって、コンベヤ122及びロボットアーム110は多様且つ緻密な動作をすることができる。
また、実施の形態に係るロボットシステム1は、ロボット100と、ロボット100を操作するための操作装置210とを備える。上記構成によると、実施の形態に係るロボットハンド120と同様の効果が得られる。
(その他の実施の形態)
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されない。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。例えば、各種変形を実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、実施の形態において、ロボットハンド120の挿入部123の形状は、その先端に向かって先細になる形状であったが、これに限定されない。挿入部123の形状は、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能な形状であればよい。例えば、挿入部123の形状は、その先端に向かって厚さが略一定である形状であってもよく、その先端に向かって厚さがより大きい形状であってもよい。また、挿入部123の形状は、その先端に向かって幅がより大きい形状であってもよい。例えば、以下のような挿入部が例示できる。
例えば、図13は、実施の形態に係るロボットハンドの変形例の構成の一例を示す側面図である。図13に示すロボットハンド120Aの挿入部123Aは、実施の形態の挿入部123の傾斜上面123aと同様の傾斜上面123Aaを有している。しかしながら、方向D1a又はD1bでの挿入部123Aの厚さは、方向D2aに向かって略一定である。つまり、挿入部123Aは、搬送ベルト122dの搬送面122daに対して傾斜した板状の形状を有する。このような挿入部123Aは、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能である。さらに、ロボットアーム110は、ロボットハンド120Aの姿勢を自在に変化させることができるため、挿入部123Aを上記隙間に挿入することができる。なお、挿入部123Aは、方向D2aに向かうに従って方向D1bへ傾斜しているが、方向D1aへ傾斜していてもよい。
また、図14は、実施の形態に係るロボットハンドの別の変形例の構成の一例を示す側面図である。図14に示すロボットハンド120Bの挿入部123Bは、図13の挿入部123Aと同様に、板状の形状を有する。しかしながら、挿入部123Bは、搬送ベルト122dの搬送面122daと略平行な上面123Baを有している。つまり、挿入部123Bは、搬送面122daに略平行な板状の形状を有する。このような挿入部123Bは、隣り合う物品間の隙間、及び/又は、物品と床面との隙間に挿入可能である。
また、実施の形態において、制御装置130は、物品に対する挿入部123の位置及び接触を、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6の負荷の変化に基づき検出していたが、これに限定されない。例えば、ロボットアーム110のリンク110f等のリンク110a~110fに、力の大きさ及び方向を検知する力センサが設けられてもよい。そして、制御装置130は、力センサの検知信号に基づき、挿入部123の位置及び接触を検出してもよい。
又は、挿入部123又はその近傍に、光電センサ、レーザセンサ、レーザライダ及び超音波センサ等の非接触センサが設けられてもよい。制御装置130は、非接触センサの検知信号に基づき、挿入部123の位置及び接触を検出してもよい。
又は、挿入部123又はその近傍に、挿入部123の先端を撮像する撮像装置が設けられてもよい。撮像装置の例はデジタルカメラ及びデジタルビデオカメラである。撮像装置は、挿入部123の先端と当該先端に接近する物品とを含む画像を撮像することができるように配置されてもよい。制御装置130は、撮像装置によって撮像された画像を解析することで、物品を検出し、挿入部123と物品との距離等の位置関係を検出してもよい。
また、実施の形態において、制御装置130は、搬送ベルト122dへの接触の有無を、コンベヤ駆動装置122eの負荷の変化に基づき検出していたが、これに限定されない。例えば、制御装置130は、ロボットアーム110のアーム駆動装置AM1~AM6の負荷、及び、ロボットアーム110に設けられた力センサの検知信号等を、コンベヤ駆動装置122eの負荷と併用して、又は、代替として用いてもよい。
また、実施の形態において、ロボット100は、垂直多関節型ロボットであったが、これに限定されない。例えば、ロボット100は、極座標型ロボット、円筒座標型ロボット、直角座標型ロボット、水平多関節型ロボット、又はその他のロボットとして構成されてもよい。
また、実施の形態において、ロボット100は、搬送車240に搭載され移動可能であったが、これに限定されず、床面等に固定されてもよい。
また、実施の形態において、ロボットシステム1は、撮像装置220及び出力装置230を備えていたが、これに限定されない。例えば、ロボットシステム1は、撮像装置220及び出力装置230を備えず、オペレータPが直接視認するように構成されてもよい。
また、実施の形態において、ロボットシステム1は、オペレータPが操作装置210を用いてマスタースレーブ方式でロボット100及び搬送車240を動作させるように構成されていたが、これに限定されない。例えば、ロボットシステム1は、全自動でロボット100及び搬送車240を動作させるように構成されてもよい。この場合、例えば、オペレータPが操作装置210に作業内容等を示す指令を入力するだけで、ロボット100及び搬送車240が自動的に動作してもよい。このような全自動のロボットシステムにおいて、例えば、制御装置は、ロボットアームの先端に設けられた近接センサの検知信号、及び、ロボットアームの先端に設けられたカメラの画像の解析値等に基づき、ロボットアーム及びロボットハンドそれぞれの動作を制御してもよい。
1 ロボットシステム
100 ロボット
110 ロボットアーム
120 ロボットハンド
122 コンベヤ
122d 搬送ベルト
122da 搬送面
122e コンベヤ駆動装置(コンベヤ駆動モータ)
122g 端部
123 挿入部
130 制御装置(検出装置)
210 操作装置
AM1~AM6 アーム駆動装置

Claims (6)

  1. 物品を移動するロボットハンドであって、
    物品を搬送する無端状のベルトを有するコンベヤと、
    前記コンベヤの搬送方向での前記コンベヤの一方の端部に配置される挿入部と、
    前記搬送方向での前記コンベヤの他方の端部及び前記ベルトに、前記搬送方向の下流側で隣り合って配置されるストッパであって、物品が載せられる前記ベルトの搬送面よりも突出するストッパと、
    前記搬送面上にある物品の前記ストッパへの接近を検知するセンサと
    コンベヤ制御装置とを備え、
    前記挿入部は、隣り合って配置された物品間の隙間に挿入可能である形状を有し、
    前記コンベヤは、前記ベルトを駆動するコンベヤ駆動モータを有し、
    前記コンベヤ制御装置は、
    前記コンベヤ駆動モータの動作を制御し、
    物品の接近を示す信号を前記センサから受け取ると前記コンベヤ駆動モータを停止する ロボットハンド。
  2. 前記挿入部が、隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する検出装置をさらに備える
    請求項1に記載のロボットハンド。
  3. 前記ロボットハンドは、サーボモータを有するアーム駆動装置によって駆動される複数の関節を有するロボットアームと接続され、
    前記検出装置は、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を取得し、
    前記アーム駆動装置の動作に関する情報を用いて、前記挿入部が、隣り合って配置された物品間の隙間に対応する位置にあることを検出する
    請求項に記載のロボットハンド。
  4. 請求項1~のいずれか一項に記載のロボットハンドと、
    前記ロボットハンドと接続されたロボットアームと、
    前記ロボットハンド及び前記ロボットアームの動作を制御する制御装置とを備える
    ロボット。
  5. 前記ロボットアームは、サーボモータを有するアーム駆動装置によって駆動される複数の関節を有し、
    前記コンベヤは、前記コンベヤ駆動モータとしてサーボモータを有し、
    前記制御装置は、前記コンベヤ制御装置として前記コンベヤの前記サーボモータの動作を制御し、且つ、前記アーム駆動装置の前記サーボモータの動作を制御する
    請求項に記載のロボット。
  6. 請求項またはに記載のロボットと、
    前記ロボットを操作するための操作装置とを備える
    ロボットシステム。
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