JP2019155549A - ピッキングシステムおよびロボットアームのエンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】物品を推定する際の検出データのマッチング範囲を狭めることを可能とするピッキングシステムおよびロボットアームのエンドエフェクタを提供する。【解決手段】エンドエフェクタは、物品をピッキングするロボットアームのアーム先端部に取り付けられ、物品を解放可能に把持する把持機構と、物品と把持機構との境界もしくはその近傍に配置され、照射した入射光に対する反射光の光学的特性に基づいて対象物までの距離を検出する距離検出器から入射光が照射される被検出部と、を備え、被検出部は、距離検出器によって検出される被検出部までの距離の検出結果を示す検出値群が距離検出器によって検出される物品までの距離を示す検出値群とは異なる光学的特性を持つ。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、各種のマニピュレータ（ロボットアーム）で物品をピッキングするピッキングシステム、および該ピッキングシステムで使用されるロボットアームのエンドエフェクタに関する。

ロボットアームは、用途に応じたエンドエフェクタをアーム先端部に備えている。エンドエフェクタは、ピッキング時に物品を把持する機構（把持機構）として、例えばエアによって物品の吸着と解放を行う吸着機構などを有している。なお、把持は、吸着のみならず、挟持なども含む物品の保持態様全般を包含する概念である。したがって、把持機構は、複数の指（爪）によって物品の挟持と解放を行う挟持機構などとして構成される場合もある。

例えば、集積領域から物品をピッキングして所望の領域に移動させる場合、カメラやセンサなどの物品検出部によって検出された物品群の集積態様に基づいて、ピッキング対象の物品が選択される。選択された物品（以下、選択物品という）は、ロボットアームのエンドエフェクタで把持され、集積領域から所望の領域に移動される。

特開２０１１−２１２８１８号公報 特開２０１２−５１０８０号公報 特開２００９−５６５１３号公報

ここで、物品群が多種多様な物品を含んでいる場合、エンドエフェクタには、様々な物品が把持される。また、実際に把持されている物品（以下、把持物品という）が選択物品ではないおそれもある。

このため、物品が把持された後の次工程においては、把持物品を適正な場所へ移動させたり、適正な高さで解放させたりするべく、把持物品の推定が行われる。把持物品を推定するためには、例えば把持物品の表面形状や大きさなどを検出し、その検出データを物品群に含まれる物品のマスタデータと比較（マッチング）する。マスタデータは、物品群に含まれる物品の表面形状や大きさなどを予め検出したデータの集合である。したがって、より迅速かつ効率よく把持物品の推定を行うには、検出データとマスタデータとのマッチング範囲（探索範囲）は狭い方がよい。

そこで、把持された物品を推定する際の検出データのマッチング範囲を狭める（絞り込む）ことを可能とするピッキングシステムおよびロボットアームのエンドエフェクタを提供する。

実施形態のエンドエフェクタは、物品をピッキングするロボットアームのアーム先端部に取り付けられ、物品を解放可能に把持する把持機構と、物品と把持機構との境界もしくはその近傍に配置され、照射した入射光に対する反射光の光学的特性に基づいて対象物までの距離を検出する距離検出器から入射光が照射される被検出部と、を備え、被検出部は、距離検出器によって検出される被検出部までの距離の検出結果を示す検出値群が距離検出器によって検出される物品までの距離を示す検出値群とは異なる光学的特性を持つ。

実施形態のピッキングシステムの構成を示す模式図。 実施形態のピッキングシステムの構成を示すブロック図。 実施形態のピッキングシステムにおけるアーム制御部および検出器制御部の制御フロー図。 実施形態のピッキングシステムにおけるエンドエフェクタの構成と、距離検出器による距離データの検出態様の一例を示す模式図。 実施形態のピッキングシステムにおいて、図４に示す入射光（レーザー光）の反射態様に応じた距離検出器における距離データの取得結果（距離データ値の時間遷移）を示す図。 比較例のピッキングシステムにおけるエンドエフェクタの構成と、距離検出器による距離データの検出態様の一例を示す模式図。 比較例のピッキングシステムにおいて、図６に示す入射光（レーザー光）の反射態様に応じた距離検出器における距離データの取得結果（距離データ値の時間遷移）を示す図。 実施形態の第１の変形例のピッキングシステムにおけるエンドエフェクタの構成と、距離検出器による距離データの検出態様を示す模式図。 第１の変形例のピッキングシステムにおいて、図８に示す入射光（レーザー光）の反射態様に応じた距離検出器における距離データの取得結果（距離データ値の時間遷移）を示す図。 実施形態の第２の変形例のピッキングシステムにおけるエンドエフェクタの構成と、距離検出器による距離データの検出態様を示す模式図。 第２の変形例のピッキングシステムにおいて、図１０に示す入射光（レーザー光）の反射態様に応じた距離検出器における距離データの取得結果（距離データ値の時間遷移）を示す図。

以下、実施形態に係る物品のピッキングシステム、および該ピッキングシステムで使用されるマニピュレータ（以下、ロボットアームという）のエンドエフェクタについて、図１から図１１を参照して説明する。

図１および図２には、本実施形態のピッキングシステム１の構成を示す。図１は、ピッキングシステム１の模式図である。図２は、ピッキングシステム１のブロック図である。図示するように、ピッキングシステム１は、ピッキングロボット１１と、距離検出装置１２とを備えて構成されている。ピッキングロボット１１は、物品２をピッキングするロボットであり、ロボットアーム３と、アーム制御部４を備えて構成されている。距離検出装置１２は、ピッキングロボット１１にピッキングされた物品２を含む対象物２１までの距離データを取得して解析する装置であり、距離検出器５と、検出器制御部６を備えて構成されている。本実施形態においては、ピッキングロボット１１と距離検出装置１２をそれぞれ別体構成としているが、これらは一元化して構成してもよい。

ロボットアーム３は、集積領域２０に集積された物品２をピッキングし、ピッキングした物品２を集積領域２０から所望の領域（以下、移動先領域という）に移動させる。物品２は、宅配物、小包、郵便物等を含む荷物、各種の部品や製品など、ピッキングの対象となり得る有形物である。物品２の形態（大きさ、形状、重量、梱包状態など）は、一律ではなく多種多様である場合を想定する。

図１に示すように、ロボットアーム３は、基台部３１と、アーム部３２と、エンドエフェクタ３３とを備えて構成されている。
基台部３１は、設置面７に設置されている。本実施形態では、基台部３１は、集積領域２０と同一の床面を設置面７として位置決め固定されている。なお、基台部３１は、このように位置決め固定されることなく、床面に対して移動可能となっていてもよい。例えば、床面に敷設したガイドレールなどに沿って基台部３１をスライド可能に支持する構成としてもよい。これにより、ロボットアーム３を床面に対して移動させることが可能となる。

アーム部３２は、基台部３１との接続部位である基端から先端まで、複数の関節部３４で連結されて伸長している。アーム部３２は、関節部３４によって複数に細分されている。各部分３２ａ〜３２ｅは、基台部３１から順次所定の関節部３４ａ〜３４ｅで連結され、それぞれ所定の軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動可能とされている。本実施形態では、アーム部３２は、５つの部分３２ａ〜３２ｅが５つの関節部３４ａ〜３４ｅで連結され、７つの軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動する。ただし、アーム部３２の構成は、これに限定されない。

エンドエフェクタ３３は、アーム部３２の先端（アーム先端部３６）に着脱自在に取り付けられており、アーム部３２の部分（第５の部分）３２ｅとともに軸３５ｇまわりに回動可能とされている。また、エンドエフェクタ３３は、アーム先端部３６に対して着脱自在に構成されており、ピッキングする物品２に応じて、大きさや形状などが異なる各種のタイプが適用される。エンドエフェクタ３３の詳細構成については、後述する。

アーム部３２およびエンドエフェクタ３３は、制御モータ（図示省略）によって各軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動する。これにより、アーム部３２は、基台部３１に対して所望の姿勢とされ、所定範囲内において自由に変位（動作）する。所定範囲（つまり、可動範囲）には、物品２の集積領域２０および移動先領域が含まれている。したがって、アーム部３２およびエンドエフェクタ３３を軸３５ａ〜３５ｇまわりに回動させることで、これらを集積領域２０や移動先領域に対して変位させることが可能となる。

なお、ロボットアーム３は、本実施形態のように７つの軸３５ａ〜３５ｇまわりに動作制御される構成には限定されず、６軸以下あるいは８軸以上の軸まわりに動作制御される構成であってもよい。

アーム制御部４は、ロボットアーム３を制御する。アーム制御部４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路、タイマなどを備えて構成されている。アーム制御部４は、各種データを入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいた制御を行う。本実施形態において、アーム制御部４は、エンドエフェクタ３３を含むロボットアーム３と有線もしくは無線で接続され、これらとの間で各種データや演算結果などを送受信している。これにより、アーム制御部４は、例えば集積領域２０における物品群２ｓの集積状況の検出データを入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいてロボットアーム３およびエンドエフェクタ３３の動作を制御する。なお、本実施形態においては、アーム制御部４を検出器制御部６とは独立した構成としているが、これらは一元化して構成してもよい。

距離検出器５は、ロボットアーム３がピッキングした物品２を含む対象物２１までの距離をそれぞれ検出（計測）する。本実施形態では、距離検出器５の検出媒体として光を適用する。したがって、距離検出器５は、対象物２１に向けて入射光５０を照射し、該入射光５０に対する対象物２１からの反射光を受光（感知）するまでの時間に基づいて、距離検出器５から対象物２１までの距離を計測する。

対象物２１は、距離検出器５からの入射光５０を受け得る物体であり、ピッキングされた物品２の他、エンドエフェクタ３３（後述する把持機構８）、後述する被検出部９、および空気を含む。一例として、距離検出器５には、レーザー光を発振、照射するとともに、対象物２１からはね返ったレーザー光を感知するレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ：Laser Range Finder）を適用する。入射光５０であるレーザー光は、赤外線レーザー光であればよいが、可視光線、紫外線、Ｘ線などのレーザー光でもよい。

距離検出器５は、ロボットアーム３がピッキングした物品２のピッキング後の移動軌跡上で、対象物２１までの距離を検出（計測）する。本実施形態では一例として、距離検出器５は、前述した移動軌跡上のいずれかの箇所を通過する対象物２１と、レーザー光の照射感知部５１とが対向可能な任意の位置（一例として図１に示す位置Ｐ１、以下、基準位置Ｐ１という）に固定されている。すなわち、距離検出器５は、移動軌跡上の定点である距離検出位置（一例として図１に示す位置Ｐ２、以下、距離検出位置Ｐ２という）を対象物２１が通過するタイミングで該対象物２１までの距離を検出する。

その際、距離検出器５は、対象物２１の移動方向と交差する直線上の所定長さに亘って入射光５０を照射する。本実施形態では一例として、距離検出器５は、対象物２１の移動方向（鉛直方向）と直交する水平面上の一方向に沿って直線状に入射光５０を照射する。そして、対象物２１が移動軌跡上を移動することで、距離検出器５は、対象物２１の表面を所定範囲に亘って面状に走査（距離検出）する。このように本実施形態では、距離検出器５を基準位置Ｐ１に位置決め固定し、対象物２１を移動させているが、距離検出器５を移動させるとともに対象物２１を静止させて、対象物２１までの距離を検出してもよい。あるいは、距離検出器５および対象物２１の双方を移動させてもよい。そして、距離検出器５は、照射した入射光５０に対する反射光の光学的特性に基づいて、対象物２１までの距離を検出する。

検出器制御部６は、距離検出器５を制御する。検出器制御部６は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路、タイマなどを備えて構成されている。検出器制御部６は、各種データを入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいた制御を行う。本実施形態において、検出器制御部６は、距離検出器５と有線もしくは無線で接続され、距離検出器５との間で各種データや演算結果などを送受信している。

検出器制御部６は、距離検出器５を動作させるともに、距離検出器５に検出された検出値を、後述する被検出部９の検出値群に基づいて、物品２の検出値群とそれ以外の検出値群とに区分する。検出値群は、所定の検出時間内に取得された検出値の時系列の集合である。かかる処理を実行するため、検出器制御部６は、データ解析部６１と、データ推定部６２とを含んで構成されている。データ解析部６１およびデータ推定部６２は、例えばプログラムとしてメモリに格納されている。本実施形態において、検出器制御部６は、距離検出器５の検出値（距離データ）を入出力回路により読み込み、メモリから読み出したプログラム（データ解析部およびデータ推定部）を用いてＣＰＵで演算し、演算結果に基づいて後述する検出値の解析と推定を実行する。

データ解析部６１は、距離検出器５が検出した検出値を解析して、複数の検出値群に区分する。検出値は、対象物２１までの距離データの値である。例えば、データ解析部６１は、距離検出器５に検出された検出値の時系列上の一連性（以下、検出値の連続性という）の有無により、距離データを複数の距離データ群に区分する。

かかる区分にあたって、データ解析部６１は、距離検出器５に検出された検出値の変動が所定の閾値（以下、基準値という）を跨いで（超えてもしくは下回って）変動した場合、検出値の連続性がないと判定する。すなわち、データ解析部は、検出値が基準値を超える前後で検出値群を区分（分離）する。あるいは、データ解析部６１は、距離検出器５に検出された検出値の変動が所定の変動率（以下、基準変動率という）を超えて変動した場合、連続性がないと判定する。すなわち、データ解析部６１は、検出値の変動率が基準変動率を超える前後で検出値群を区分（分離）する。検出値の変動率は、直前の検出値に対する現在の検出値の変動の割合を示す指標である。基準値および基準変動率は、後述する被検出部９の光学的特性に応じて予め設定され、記憶装置（不揮発メモリ）に格納されている。これらの値は、検出値を複数の検出値群に区分する際、解析パラメータとしてデータ解析部６１によって読み出される。

データ推定部６２は、データ解析部６１によって判定された区分に基づいて、複数の検出値群から物品２の検出値群を推定する。換言すれば、データ推定部６２は、物品２の検出値群とそれ以外の対象物２１の検出値群とに検出値群を推定により区分する。ここでの物品２は、ロボットアームに実際にピッキングされている物品２（一例として、図１に示す物品２ａ）である。検出値群は、対象物２１までの距離データの集合（距離データ群）である。すなわち、データ推定部６２は、かかる区分に応じて、マスタデータとのマッチング範囲（探索範囲）となる物品２を示す距離データ群を推定する。マスタデータは、ピッキングされた物品２が移動軌跡上の距離検出位置Ｐ２を通過した際に、基準位置Ｐ１に固定した距離検出器５で該物品２までの距離を検出した場合に得られる距離データを、集積領域２０の物品群２ｓに含まれるすべての物品２について予め取得した基準検出値群（基準距離データ群）である。なお、本実施形態において、データ推定部６２は、検出値群とマスタデータとのマッチングは行わないものとするが、マッチングを行うことも可能である。

データ解析部６１による距離データの区分およびデータ推定部６２による物品２を示す距離データ群の推定を容易にするため、エンドエフェクタ３３は、次のような構成を備える。図１に示すように、エンドエフェクタ３３は、把持機構８と、被検出部９とを備えて構成されている。

把持機構８は、物品２を解放可能に把持する。把持とは、例えば吸着、挟持など、物品２の保持態様全般を包含する概念として規定される。本実施形態では一例として、エンドエフェクタ３３は、エアによって物品２の吸着と解放を行う。したがって、把持機構８は、ベース部、吸着部、真空発生器、コンプレッサ、電磁弁、圧力センサ（いずれも図示省略）などを備えて構成される。ベース部は、ロボットアーム３のアーム先端部３６に取り付けられる。吸着部は、ベース部のアーム先端部３６との取付側とは反対側に配置され、真空発生器によって内部が真空とされて物品２を吸着し、真空破壊（大気開放）されて物品２を解放する。真空発生器は、電磁弁を介してコンプレッサに接続され、吸着部の内部へのエアの吸い込みと吹き出しを行う。電磁弁は、真空発生器によるエアの吸い込みと吹き出しを弁の開閉によって制御している。圧力センサは、吸着部と真空発生器との間に設けられ、吸着部の内圧（物品２の吸着圧）を測定する。真空発生器、コンプレッサ、電磁弁、圧力センサはいずれも、アーム制御部４から受信した制御信号によって動作が制御される。

被検出部９は、距離検出器５から入射光５０が照射される、端的には距離検出器５によって距離が検出（計測）される対象物２１の一つであり、物品２と把持機構８との境界もしくはその近傍に配置されている。被検出部９は、距離検出器５によって検出される被検出部９までの距離の検出結果を示す検出値群が距離検出器５によって検出される物品２までの距離を示す検出値群とは異なる光学的特性を持つ。このような光学的特性には、距離検出器５によって検出可能な光学的特性と、距離検出器５では検出不可能な（換言すれば、異常値が検出される）光学的特性の双方を含む。例えば、光学的特性は、遠方（無限遠）、吸収、変動のいずれかである。この場合、被検出部９の検出値群は、遠方、吸収、変動のいずれかの光学的特性を示す値となる。また、光学的特性としては、例えば入射光（レーザー光）５０の被検出部９での反射光の反射率が、入射光（レーザー光）５０の物品２での反射光の反射率と比べて極めて高い場合や極めて低い場合、該反射率の変動周期が短い場合や変動幅が大きい場合などが挙げられる。例えば、反射光の反射率が所定の上限値よりも高ければ、該反射率が極めて高い光学的特性を持つ被検出部９に該当する。また、反射光の反射率が所定の下限値よりも低ければ、該反射率が極めて低い光学的特性を持つ被検出部９に該当する。これらの上限値および下限値は、物品２での反射光の反射率に応じて、これと容易に区別可能な値となるように設定すればよい。

被検出部９は、このような光学的特性を持った部材であれば何でもよく、例えば鏡、黒色体、表面形状が物品２の表面形状とは異なる部材（以下、異形体という）などにより構成される。異形体は、例えば表面が所定周期で凹凸形状をなす部材などである。被検出部９を鏡とした場合、距離検出器５による距離の検出値群は、遠方を示す値と近似する。この場合、鏡における入射光（レーザー光）５０の反射は、空中への照射と類似するため、鏡までの距離の検出値群は、空中の検出値群である遠方を示す値と近似する。被検出部９を黒色体とした場合、距離検出器５による距離の検出値群は、吸収を示す値（距離検出が不能な異常値）となる。この場合、距離検出器５からの入射光（レーザー光）５０はほぼ反射せずに被検出部９で吸収されるため、距離検出が不能となる。つまり、光量が飽和する状態、または距離検出器５からの入射光（レーザー光）５０による反射光が得られない状態となり、得られる値は非数となる。被検出部９を異形体とした場合、距離検出器５による距離の検出値群は、例えば短周期での変動を示す値や変動幅が大きな値となる。

これらの被検出部９は、物品群２ｓに含まれる物品２の形態に応じて選択して適用すればよい。例えば、物品群２ｓに表面色（包装色や塗装色なども含む）が黒色の物品が含まれている場合、黒色体ではなく、鏡や異形体を被検出部９として適用する。あるいは、物品群２ｓに表面形状（包装紙の表面形状なども含む）が凹凸形状である物品が含まれている場合、異形体ではなく、鏡や黒色体を被検出部９として適用する。

距離検出器５による対象物２１（把持機構８、被検出部９、物品２、空気）までの距離の検出時におけるロボットアーム３および距離検出器５の動作と作用について、アーム制御部４および検出器制御部６の制御フローに従って説明する。図３には、ロボットアーム３に対するアーム制御部４および距離検出器５に対する検出器制御部６の制御フロー、つまり物品２を示す距離データ群の推定処理を示す。

まず、ロボットアーム３は、集積領域２０から物品２（図１では物品２ａ）をピッキングする。このため、アーム制御部４は、ロボットアーム３のアーム部３２を動作させ、物品２を把持させる（Ｓ１０１）。本実施形態では、アーム制御部４にエンドエフェクタ３３が動作制御され、把持機構８が物品２を吸着する。その際には、集積領域２０に集積されている物品群２ｓから把持機構８（吸着部）に吸着させる物品２が選択される。そして、アーム制御部４は、アーム部３２を動作させて把持機構８（吸着部）を選択された物品２に向けて下降させるとともに真空発生器、コンプレッサ、電磁弁を動作させ、吸着部に物品２を吸着させる。

把持機構８（吸着部）に物品２を吸着させた後、アーム制御部４は、物品２を含む各対象物２１が距離検出位置Ｐ２をそれぞれ通過するようにアーム部３２を動作させる（Ｓ１０２）。本実施形態では一例として、アーム部３２は、物品２を集積領域２０から所定高さまで鉛直方向に引き上げる。この場合、距離検出位置Ｐ２は、集積領域２０の上方で、所定高さに至るまでの任意の位置に設定されている（図１参照）。把持機構８（吸着部）に物品２が吸着されているか否かは、例えば圧力センサによって測定された吸着部の内圧（物品２の吸着圧）に基づいてアーム制御部４が判定する。

対象物２１が距離検出位置Ｐ２を通過する際、検出器制御部６は、距離検出器５を動作させ、物品２を含む各対象物２１までの距離を検出（計測）させる（Ｓ１０３）。この場合、対象物２１は、把持機構８、被検出部９、物品２、空気（空中）の順に距離検出位置Ｐ２を通過（上昇）する。したがって、距離検出器５は、把持機構８、被検出部９、物品２、空気（空中）までの各距離を順に計測する。

図４には、距離検出器５による距離データの検出態様の一例を示す。この場合、距離検出器５は、領域Ｒ１、領域ＲＭ、領域Ｒ２、領域Ｒ３の順に距離データを取得する。領域Ｒ１は把持機構８、領域ＲＭは被検出部９、領域Ｒ２は物品２（２ａ）、領域Ｒ３は空気（空中）における入射光（レーザー光）の受光領域にそれぞれ相当する。なお、被検出部９には、一例として鏡が適用されている。物品２ａを含む各対象物２１が矢印ＵＰに示すように上昇する際、距離検出器５から照射されたレーザー光は、領域Ｒ１では矢印Ａ１、領域ＲＭでは矢印ＡＭ、領域Ｒ２では矢印Ａ２、領域Ｒ３では矢印Ａ３で示すようにそれぞれ反射する。距離検出器５は、各矢印Ａ１，ＡＭ，Ａ２，Ａ３で示すようなレーザー光の反射態様に基づいて、各領域Ｒ１，ＲＭ，Ｒ２，Ｒ３内における距離データをそれぞれ取得する。

距離検出器５による距離データの取得後、検出器制御部６は、距離データを解析する。本実施形態では、データ解析部６１が距離データ（距離検出器５が検出した検出値）を解析し、複数の距離データ群に区分（分離）する（Ｓ１０４）。

図５には、図４に示すレーザー光の反射態様に応じた距離検出器５における距離データの取得結果（距離データの時間遷移）を示す。図５に示すように、各領域Ｒ１，ＲＭ，Ｒ２，Ｒ３内における距離データは、時系列上の一連性、つまり連続性を有している。これに対し、領域間における距離データは、連続性が断ち切られている。すなわち、領域Ｒ１と領域ＲＭの間では、距離データ値がＤ１からＤＭに、基準値ＤＸを超えて急激に上昇している。また、領域ＲＭと領域Ｒ２の間では、距離データ値がＤＭからＤ２に、基準値ＤＸを下回って急激に低下している。そして、領域Ｒ２と領域Ｒ３の間では、距離データ値がＤ２からＤ３に、基準値ＤＸを超えて急激に上昇している。なお、距離データ値Ｄ１，ＤＭ，Ｄ２，Ｄ３は、領域Ｒ１，ＲＭ，Ｒ２，Ｒ３内における距離データの代表値であり、各領域における距離データは、該代表値付近の値となっている。

したがって、データ解析部６１は、基準値ＤＸに基づいた変動態様により、距離検出器５によって取得された距離データを、領域Ｒ１，ＲＭ，Ｒ２，Ｒ３における各距離データ群Ｇ１，ＧＭ，Ｇ２，Ｇ３に区分（分離）する。なおこの場合、データ解析部６１は、基準変動率に基づいた変動態様によって距離データを区分してもよい。

データ解析部６１によって、距離データが各距離データ群Ｇ１，ＧＭ，Ｇ２，Ｇ３に区分された後、検出器制御部６は、これらの距離データ群Ｇ１，ＧＭ，Ｇ２，Ｇ３から物品２（２ａ）の距離データ群を推定する（Ｓ１０５）。本実施形態では一例として、かかる区分に応じて、データ推定部６２が物品２ａの距離データ群Ｇ２と、それ以外の対象物２１の距離データ群Ｇ１，ＧＭ，Ｇ３とに距離データを区分（分離）する。距離検出器５による距離データは、領域Ｒ１、領域ＲＭ、領域Ｒ２、領域Ｒ３の順に取得されており、物品２ａの距離データは、領域Ｒ２に対応している。したがって、データ推定部６２は、距離データのうち領域ＲＭおよび領域Ｒ３の距離データ群ＧＭ，Ｇ３にそれぞれ挟まれ、これらと区分された領域Ｒ２の距離データ群Ｇ２を、物品２ａを示す距離データ群として推定する。すなわちこれにより、領域Ｒ２の距離データ群Ｇ２は、マスタデータとのマッチング範囲となる物品２ａを示す距離データ群として推定される。

物品２ａを示す距離データ群を推定すると、データ推定部６２は、該推定処理を終了する。そして、例えば把持されていた物品２ａが解放され、集積領域２０から別の物品２がピッキングされる際、アーム制御部４および検出器制御部６は、Ｓ１０１からＳ１０５までの制御を再び行う。

このように、本実施形態のピッキングシステム１によれば、ロボットアーム３のエンドエフェクタ３３が被検出部９を備えているため、図６に示す比較例と比べ、次のような効果を奏する。
図６には、比較例に係るロボットアーム３のエンドエフェクタ３３ａの構成、および該エンドエフェクタ３３ａによって物品２（２ａ）が吸着された状態を示す。図６に示すように、比較例のエンドエフェクタ３３ａには、被検出部９（図４参照）が備えられていない。ただし、被検出部９を除いた比較例におけるその他の構成は、本実施形態と同様である。このため、本実施形態（図４）と同様の構成については、図面上で同一符号を付す。

比較例において、距離検出器５は、把持機構８、物品２ａ、空気（空中）までの各距離を順に検出（計測）する。図６に示す距離データの検出態様において、距離検出器５は、領域Ｒ１（把持機構８）、領域Ｒ２（物品２ａ）、領域Ｒ３（空気）の順に距離データを取得する。図７には、図６に示すレーザー光の反射態様に応じた距離検出器５における距離データの取得結果（距離データの時間遷移）を示す。図７に示すように、各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３内における距離データは、時系列上の一連性、つまり連続性を有している。また、領域Ｒ２と領域Ｒ３の間における距離データは、連続性が断ち切られている。しかしながら、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間における距離データは、多少の変動はあるものの、時系列上の一連性、つまり連続性を有している。

比較例においても上述した本実施形態と同様に、距離検出器５による距離データは、領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３の順に取得されており、物品２ａの距離データは、領域Ｒ２に対応している。しかしながら、比較例においては、被検出部９が備えられていないため、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間で距離データ値が基準値ＤＸを超えて急激に上昇することもなく、これら領域間における距離データの連続性は断ち切られていない。

したがって、距離検出器５によって取得された距離データは、領域Ｒ１，Ｒ２における距離データ群Ｇ１２と領域Ｒ３における距離データ群Ｇ３とに区分されるにとどまる。すなわち、距離データを領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３における各距離データ群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３に区分することができない。結果として、物品２を示す距離データ群とそれ以外の対象物２１を示す距離データ群とに、距離データを区分（分離）することができない。

これに対し、本実施形態においては、上述したようにエンドエフェクタ３３が被検出部９を備えているため、領域Ｒ１（把持機構８）における距離データ群Ｇ１と領域Ｒ２（物品２ａ）における距離データ群Ｇ２との間に領域ＲＭ（被検出部９）における距離データ群ＧＭを介在させることができる。これにより、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間における距離データの連続性を断ち切ることができる。

したがって本実施形態によれば、物品２を示す距離データ群とそれ以外の対象物２１を示す距離データ群とに、距離データを区分（分離）することができる。これにより、例えば次工程において、距離データをマスタデータと比較（マッチング）する際、物品２を示す距離データ群（一例として、物品２ａを示す距離データ群Ｇ２）が推定されているため、マッチング範囲（探索範囲）を狭める（絞り込む）ことができる。この結果、より迅速かつ効率よくマッチングを行うことができ、ひいては物品２の推定（特定）もより迅速かつ効率的に行うことが可能となる。

本実施形態では、マッチングは行っていないため、物品２は特定されないが、物品２を示す距離データ群は推定されている。したがって、かかる距離データ群を解析することで、ピッキングされた物品２（一例として、図１に示す物品２ａ）の形状や大きさを推定することは可能である。したがって、例えばピッキングした物品２を解放する際、推定した形状や大きさなどに基づいて、最適な場所や高さで物品２を解放することが可能となる。これにより、解放時における物品２の破損などの防止を図ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

本実施形態においては、被検出部９として鏡を適用しているが、上述したように被検出部９は、黒色体や異形体であってもよい。以下、黒色体を適用した実施形態を第１の変形例（図８および図９）、異形体を適用した実施形態を第２の変形例（図１０および図１１）として、これらの変形例について説明する。

図８には、被検出部９ａを黒色体とした場合における距離検出器５による距離データの検出態様の一例を示す。図９には、図８に示すレーザー光の反射態様に応じた距離検出器５における距離データの取得結果を示す。同様に、図１０には、被検出部９ｂを異形体とした場合における距離データの検出態様の一例を示す。図１１には、図１０に示すレーザー光の反射態様に応じた距離データの取得結果を示す。なお、第１の変形例および第２の変形例における被検出部９ａ，９ｂを除くその他の構成については、本実施形態と同様である。このため、本実施形態（図４）と同様の構成については、図面上で同一符号を付す。

図８および図９に示すように、被検出部９ａを黒色体とした場合、距離検出器５から照射されたレーザー光は、領域ＲＢ（黒色体）では矢印ＡＢで示すように反射せず、ほぼ吸収される。したがって、領域ＲＢにおける距離データは、距離検出が不能な異常値（ほぼゼロ）となる。この場合、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間で距離データ値が基準値ＤＸを下回って急激に低下するため、これら領域間における距離データの連続性を断ち切ることができる。これにより、領域Ｒ２（物品２ａ）の距離データ群Ｇ２と領域Ｒ１（把持機構８）の距離データ群Ｇ１とを区分（分離）することができる。

また、図１０および図１１に示すように、被検出部９ｂを異形体とした場合、距離検出器５から照射されたレーザー光は、領域ＲＩ（異形体）では矢印ＡＩで示すように反射する。したがって、領域ＲＩにおける距離データ値は、一定の短周期で細かに変動する値となる。この場合、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間で距離データ値が基準値ＤＸを跨いで急激に変動することはなく、これら領域間における距離データの連続性は断ち切られない。しかしながら、領域ＲＩ（異形体）における距離データ群ＧＩは、領域Ｒ２（物品２ａ）における距離データ群Ｇ２とは明らかに異なる態様で検出されている。このため、領域Ｒ１と領域Ｒ２の間に領域ＲＩの距離データ群ＧＩが介在することにより、領域Ｒ２（物品２ａ）の距離データ群Ｇ２と領域Ｒ１（把持機構８）の距離データ群Ｇ１とを区分（分離）することができる。

なお、上述した本実施形態、第１の変形例および第２の変形例では、エンドエフェクタ３３（把持機構８）に被検出部９，９ａ，９ｂを設けているが、これらを設ける代わりに、例えば把持機構８（ベース部や吸着部など）の表面を鏡張りとしたり、該表面を黒色に塗装したりしてもよい。この場合、鏡張り部分や黒色塗装部分が被検出部に相当する。

また、上述した本実施形態、第１の変形例および第２の変形例においては、エンドエフェクタ３３の把持機構８を吸着機構としているが、例えば複数の指（爪）によって物品２の挟持と解放を行う挟持機構としてもよい。この場合、物品２を挟持する指（爪）の先端近傍に被検出部として鏡、黒色体、異形体などを配置すればよい。

なお、上述した本実施形態、第１の変形例および第２の変形例においては、物品２を含む対象物２１までの距離を検出（計測）し、距離データを複数の距離データ群に区分している。これに代えて、例えば距離データから各対象物２１の表面形状を検出し、該表面形状のデータを複数の表面形状データ群に区分してもよい。

１…ピッキングシステム、２，２ａ…物品、２ｓ…物品群、３…ロボットアーム、４…アーム制御部、５…距離検出器、６…検出器制御部、７…設置面、８…把持機構、９，９ａ，９ｂ…被検出部、１１…ピッキングロボット、１２…距離検出装置、２０…集積領域、２１…対象物、３１…基台部、３２（３２ａ〜３２ｅ）…アーム部、３３，３３ａ…エンドエフェクタ、３４（３４ａ〜３４ｅ）…関節部、３５ａ〜３５ｇ…軸、３６…アーム先端部、５０…入射光（レーザー光）、５１…レーザー光の照射感知部、６１…データ解析部、６２…データ推定部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，ＤＭ…距離データ値、ＤＸ…基準値、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ１２，ＧＩ，ＧＭ…距離データ群、Ｐ１…基準位置、Ｐ２…距離検出位置。

Claims (10)

1. 物品をピッキングするロボットアームのアーム先端部に取り付けられ、前記物品を解放可能に把持する把持機構と、
   前記物品と前記把持機構との境界もしくはその近傍に配置され、照射した入射光に対する反射光の光学的特性に基づいて対象物までの距離を検出する距離検出器から前記入射光が照射される被検出部と、を備え、
   前記被検出部は、前記距離検出器によって検出される前記被検出部までの距離の検出結果を示す検出値群が前記距離検出器によって検出される前記物品までの距離を示す検出値群とは異なる前記光学的特性を持つ
   ロボットアームのエンドエフェクタ。
2. 前記被検出部の検出値群は、遠方、吸収、変動のいずれかの前記光学的特性を示す値である
   請求項１に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
3. 前記被検出部は、鏡、黒色体、表面形状が前記物品の表面形状とは異なる部材のいずれかである
   請求項１に記載のロボットアームのエンドエフェクタ。
4. アーム先端部に取り付けられたエンドエフェクタで物品をピッキングするロボットアームと、
   前記ロボットアームの動作を制御するアーム制御部と、
   前記ロボットアームにピッキングされた前記物品のピッキング後の移動軌跡上で、照射した入射光に対する反射光の光学的特性に基づいて前記物品を含む対象物までの距離をそれぞれ検出する距離検出器と、
   前記距離検出器の動作を制御する検出器制御部と、を備え、
   前記エンドエフェクタは、
   前記物品を解放可能に把持する把持機構と、
   前記物品と前記把持機構との境界もしくはその近傍に配置され、前記距離検出器から前記入射光が照射される被検出部と、を備え、
   前記被検出部は、前記距離検出器によって検出される前記被検出部までの距離の検出結果を示す検出値群が前記距離検出器によって検出される前記物品までの距離を示す検出値群とは異なる前記光学的特性を持ち、
   前記検出器制御部は、前記距離検出器に検出された検出値を、前記被検出部の検出値群に基づいて、前記物品の検出値群とそれ以外の検出値群とに区分する
   ピッキングシステム。
5. 前記検出器制御部は、
   前記検出値を解析して複数の検出値群に区分するデータ解析部と、
   前記データ解析部による区分に基づいて、前記複数の検出値群から前記物品の検出値群を推定するデータ推定部と、を備える
   請求項４に記載のピッキングシステム。
6. 前記データ解析部は、前記検出値をその連続性の有無により前記複数の検出値群に区分する
   請求項５に記載のピッキングシステム。
7. 前記データ解析部は、前記検出値の変動が所定の閾値を跨いで変動した場合、前記連続性がないと判定する
   請求項６に記載のピッキングシステム。
8. 前記データ解析部は、前記検出値の変動が所定の変動率を超えて変動した場合、前記連続性がないと判定する
   請求項６に記載のピッキングシステム。
9. 前記距離検出器は、レーザー光を発振して前記対象物に向けて照射するとともに、前記対象物からはね返った前記レーザー光を感知するレーザーレンジファインダである
   請求項４に記載のピッキングシステム。
10. 前記被検出部は、前記レーザーレンジファインダから照射される前記レーザー光の前記被検出部での反射光の反射率が、前記レーザー光の前記物品での反射光の反射率と比べて所定の上限値よりも高いもしくは所定の下限値よりも低い前記光学的特性を持つ
    請求項９に記載のピッキングシステム。

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