JP6378232B2 - 複数の種類の物品を積み付けるための積み付けパターン計算装置および積み付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、物品の積み付けパターンを計算する積み付けパターン計算装置および物品を積み付ける積み付け装置に関する。

物品を搬送する工程においては、複数の物品を所定の収容領域に整列して配置する工程が存在する。たとえば、コンベヤにて１個ずつ搬送される物品をパレットに積み付ける工程が存在する。このような搬送装置にて搬送される物品を所定の場所に積み付けるシステムは、パレタイジングシステムとして知られている。

特開２０１３−７１７８５号公報においては、寸法が異なる複数種類の箱が混在する場合に、箱の大きさに基づいて箱の組合せを計算する積み付け装置が開示されている。この装置では、箱を箱収容手段の四隅に配置した後に四隅以外の部分に箱を配置することが開示されている。

特開２０１３−７１７８５号公報

物品の搬送工程では、単一の種類の物品を所定の場所に積み付ける場合がある。この場合には、積み付ける作業を実施する前にパレットに積み付ける領域を予め定めておくことができる。または、複数の種類の物品が搬送される順序が予め定められている場合には、積み付けるパターンを予め定めておくことができる。

一方で、物品の搬送工程では、積み付ける物品の種類の順序が決まっていない場合がある。例えば、コンベヤにより搬送される物品の種類が不規則な場合がある。従来の技術の積み付け装置においては、不規則に搬送されてくる複数の種類の物品を適切に積み付けることができなかった。

本発明の積み付けパターン計算装置は、複数の物品を予め定められた収容領域の内部に積み付けるパターンを計算する。複数の物品は、箱の形状を有し、寸法が互いに異なる複数の種類の物品が含まれている。積み付けパターン計算装置は、複数の物品を選定し、物品を積み付ける順序を設定する順序設定部を備える。積み付けパターン計算装置は、収容領域の寸法、複数の種類の物品の寸法、および順序設定部にて設定された積み付ける順序に基づいて、収容領域の内部に物品が配置された完成パターンを生成するパターン計算部を備える。積み付けパターン計算装置は、パターン計算部にて生成された完成パターンを記憶する記憶部を備える。順序設定部は、複数の順序を設定する。パターン計算部は、一つの順序にて複数の物品を収容領域の予め定められた配置方向に並べる制御と、配置方向において物品が収容領域から逸脱した場合に物品を上側に積み上げる制御とを実施する。更に、パターン計算部は、一つの順序にて物品を積み付けたときに収容領域の内部に物品が収容されるパターンを完成パターンに設定する制御を、複数の順序にて繰り返し実施する。

本発明の積み付け装置は、不規則な順序で複数の種類の物品を搬送する搬送装置と、搬送装置にて搬送される物品を予め定められた収容領域の内部に配置するロボットとを備える。積み付け装置は、搬送装置にて搬送される物品の種類を検出する検出装置と、収容領域の内部において、物品の位置を設定する制御装置とを備える。制御装置は、収容領域の内部に複数の物品が配置された完成パターンを記憶する記憶部を含む。制御装置は、検出装置にて検出される物品の種類および現在の収容領域に配置されている物品の情報に基づいて、搬送装置にて搬送される物品の積み付けが可能な完成パターンを、記憶部に記憶された完成パターンから選択する完成パターン選択部を含む。制御装置は、完成パターン選択部により選択された完成パターンに基づいて、収容領域の内部の物品を配置する位置を決定する位置決定部を含む。ロボットは、位置決定部にて決定された位置に物品を搬送する。

上記発明においては、積み付け装置は、物品を一時的に置くことができる仮置き部を備え、完成パターン選択部にて完成パターンが選択されない場合に、ロボットは、搬送装置にて搬送された物品を仮置き部に配置することができる。

上記発明においては、位置決定部は、物品の積み付けが可能な完成パターンが複数個存在する場合に、物品を収容領域に配置した時に物品の位置に対応する完成パターンの個数が最も多くなるように物品の位置を決定することができる。

本発明によれば、複数の種類の物品を適切に積み付ける配置パターンを計算する積み付けパターン計算装置および複数の種類の物品を適切に積み付ける積み付け装置を提供することができる。

実施の形態における積み付け装置の概略図である。 実施の形態における積み付け装置のブロック図である。 実施の形態における完成パターン生成部のブロック図である。 実施の形態における箱の種類および収容領域を説明する図である。 実施の形態における完成パターンを生成する制御のフローチャートである。 第１の積み付け順序と第１の完成パターンを説明する図である。 第２の積み付け順序と第２の完成パターンを説明する図である。 実施の形態における第１の積み付け制御のフローチャートである。 第１の積み付け制御を説明するための収容領域、コンベヤにて搬送された箱、および完成パターンの図である。 実施の形態における第２の積み付け制御のフローチャートである。 第２の積み付け制御を説明するための収容領域、コンベヤにて搬送された箱、および完成パターンの説明図である。 実施の形態における第３の積み付け制御のフローチャートである。 第３の積み付け制御を説明するための収容領域、コンベヤにて搬送された箱、および完成パターンの図である。 箱を収容領域に配置したときの第１の例を説明する図である。 箱を収容領域に配置したときの第２の例を説明する図である。

図１から図１５を参照して、実施の形態における積み付けパターン計算装置および積み付け装置について説明する。本実施の形態の積み付けパターン計算装置は、箱状の物品をパレットに積み付ける積み付け装置に備えられている。積み付けパターン計算装置は、予め定められた収容領域の内部の物品の配置のパターンを算出する。積み付け装置は、積み付けパターン計算装置にて生成された物品のパターンに基づいて、物品を収容領域に配置する。

図１は、本実施の形態における積み付け装置の概略図である。本実施の形態では、箱状の物品として直方体状の箱を例に取り上げて説明する。積み付け装置は、搬送の対象となる箱８１，８２，８３を把持するエンドエフェクタとしてのハンド４と、ハンド４を所望の位置および姿勢に配置するロボット１とを備える。積み付け装置は、ロボット１を制御する制御装置２を備える。

本実施の形態のロボット１は、アーム１１と複数の関節部１４とを含む多関節ロボットである。ロボット１は、アーム１１の手首部の位置および姿勢を自由に変化させることができる。ロボット１は、ハンド４により把持される箱８１，８２，８３を所望の位置および姿勢に配置することができる。

本実施の形態の積み付け装置は、搬送装置としてのコンベヤ３１を備える。積み付け装置は、コンベヤ３１にて搬送されてきた箱をパレット３２に積み付ける作業を行う。パレット３２の上面には、箱を積み付けることができる収容領域９１が予め設定されている。本実施の形態における収容領域９１は直方体の形状を有するが、この形態に限られず、任意の形状を採用することができる。

パレット３２に積み付ける箱は、寸法が異なる複数の種類の箱８１，８２，８３である。複数の種類の箱８１，８２，８３は、コンベヤ３１により不規則な順序にて搬送される。すなわち、コンベヤ３１が搬送する箱の種類の順序は定められておらずに、不規則な順序にて箱８１，８２，８３が搬送される。なお、搬送装置としては、コンベヤに限られず、物品を搬送できる任意の装置を採用することができる。

積み付け装置は、収容領域９１の内部において、箱８１，８２，８３を積み付ける位置を設定する。ロボット１は、収容領域９１の内部の設定された位置に箱を配置する。また、本実施の形態では、一時的に箱８１，８２，８３を置くための仮置き部としての仮置き台３３が配置されている。仮置き台３３は、箱８１，８２，８３の仮置き場所を提供する。

図２に、本実施の形態における積み付け装置のブロック図を示す。図１および図２を参照して、ロボット１は、それぞれの関節部１４を駆動するアーム駆動装置を含む。アーム駆動装置は、関節部１４に連結されているアーム駆動モータ１２を含む。アーム駆動モータ１２が駆動することにより、アーム１１を関節部１４にて所望の方向に向けることができる。ハンド４は、箱を把持する爪部を閉じたり開いたりするハンド駆動装置を備える。本実施の形態のハンド駆動装置は、空気圧によりハンド４を駆動するハンド駆動シリンダ１３を含む。なお、エンドエフェクタは、箱を保持したり解放したりすることができる任意の装置を採用することができる。

制御装置２は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置を含む。制御装置２は、ロボット１およびハンド４の動作指令を送出する動作制御部２１を含む。

動作制御部２１は、アーム駆動部２２にアーム駆動モータ１２を駆動する動作指令を送出する。アーム駆動部２２は、アーム駆動モータ１２を駆動する電気回路を含み、動作指令に基づいてアーム駆動モータ１２に電気を供給する。また、動作制御部２１は、ハンド駆動部２３にハンド駆動装置を駆動する動作指令を送出する。ハンド駆動部２３は、空気ポンプを駆動する電気回路を含み、動作指令に基づいてハンド駆動シリンダ１３に圧縮空気が供給される。ハンド駆動シリンダ１３に供給する空気の圧力を調整することによりハンド４の爪部が開閉する。

本実施の形態の積み付け装置は、コンベヤ３１にて搬送されてきた箱の種類を検出する検出装置を備える。本実施の形態の検出装置は、箱８１，８２，８３を撮影した画像に基づいて箱の種類を判別する。本実施の形態の検出装置は、ハンド４に固定されたカメラ１５を含む。カメラ１５としては、２次元カメラまたは３次元カメラ等の箱の種類を検出可能な任意のカメラを採用することができる。検出装置は、制御装置２に配置された画像処理部４９を含む。画像処理部４９は、カメラ１５が撮像した画像を解析することにより、コンベヤ３１にて搬送された箱の種類を判別する。なお、検出装置としては、この形態に限られず、搬送装置にて搬送された物品の種類を検出することができる任意の装置を採用することができる。

本実施の形態の制御装置２は、積み付けパターン計算装置として機能する。積み付けパターン計算装置は、完成パターンを生成する完成パターン生成部５１を備える。完成パターンは、収容領域９１の内部に箱の積み付けが完了した時のパターンである。完成パターンには、コンベヤ３１にて搬送される全ての箱が収容領域９１の内部に配置されたときの配置パターンが含まれる。完成パターン生成部５１は、積み付けの作業を行う前に完成パターンを生成する。

図３に、完成パターン生成部のブロック図を示す。完成パターン生成部５１には、今回の作業において積み付ける箱の種類およびそれぞれの種類の箱の個数を含む入力データ５４が入力される。入力データ５４には、収容領域９１の寸法、箱８１，８２，８３の形状および寸法が含まれる。入力データ５４は、制御装置２の記憶部４５に記憶される。

完成パターン生成部５１は、１つ以上の物品を選定し、物品を積み付ける順序を設定する順序設定部５２を備える。完成パターン生成部５１は、少なくとも一つの完成パターンを生成するパターン計算部５３を備える。パターン計算部５３は、順序設定部５２にて設定された積み付ける順序、収容領域９１の寸法、および複数の種類の物品の寸法に基づいて、完成パターンを生成する。

また、積み付けパターン計算装置は、パターン計算部５３にて生成された完成パターンを記憶する記憶部を備える。本実施の形態では、制御装置２の記憶部４５が積み付けパターン計算装置の記憶部として機能する。

図２を参照して、本実施の形態の積み付け装置は、積み付けパターン計算装置にて生成された完成パターンに基づいて、箱の位置を設定する。制御装置２は、収容領域９１の内部において、箱を配置する位置を設定する位置算出部４１を含む。

位置算出部４１は、完成パターンを記憶部４５から取得する。位置算出部４１には、今回の作業にて積み付ける箱の種類と、それぞれの種類の箱の個数とを含む入力データ５４が入力される。入力データ５４には、それぞれの箱の寸法が含まれる。また、位置算出部４１は、画像処理部４９にて検出された箱の種類を受信する。

位置算出部４１は、搬送装置にて搬送される物品の積み付けが可能な完成パターンを選択する完成パターン選択部４３を含む。完成パターン選択部４３は、記憶部４５に記憶された完成パターンの中から、積み付けが可能な完成パターンを選択する。完成パターン選択部４３は、検出装置にて検出される物品の種類および現在の収容領域に配置されている物品の情報に基づいて完成パターンを選択する。また、位置算出部４１は、完成パターン選択部４３により選択された完成パターンに基づいて、物品を配置する位置を決定する位置決定部４４を含む。

図４に、本実施の形態において説明に用いる箱の種類と収容領域の図を示す。本実施の形態においては、箱Ａとしての箱８１、箱Ｂとしての箱８２、および箱Ｃとしての箱８３を収容領域９１の内部に配置する。収容領域９１は、例えばパレット３２の上面において、箱を積むことができる底面積および高さに基づいて設定される。箱Ａ、箱Ｂおよび箱Ｃは、直方体の形状を有する。本実施の形態においては、長さは互いに同一であり、幅および高さが互いに異なる３種類の箱を例示して説明する。

図５に、本実施の形態における制御装置の完成パターン生成部の制御のフローチャートを示す。完成パターン生成部５１は、ロボット１にて、箱８１，８２，８３を搬送する作業を実施する前に完成パターンを生成する。

図３および図５を参照して、ステップ１１０において、完成パターン生成部５１は、記憶部４５に記憶された入力データ５４を取得する。完成パターン生成部５１は、箱の形状および寸法と、収容領域の形状および寸法とを取得する。

ステップ１１１において、完成パターン生成部５１は、記憶部４５に記憶される完成パターンの個数である記憶個数ＳＮを零に設定する。本実施の形態では、記憶個数ＳＮが予め定められた判定値に到達するまで完成パターンの生成が繰り返される。

ステップ１１２において、完成パターン生成部５１は、箱の総数ＴＮを１に設定する。本実施の形態では、始めに箱の総数ＴＮを設定し、箱の総数ＴＮに応じた完成パターンを生成する。ステップ１１３において、順序設定部５２は、箱の総数ＴＮに対応する全ての積み付け順序を作成する。箱の総数ＴＮが１個の場合には、積み付け順序は１通りである。そして、記憶部４５は、順序設定部５２が作成した積み付け順序を記憶する。

次に、ステップ１１４において、順序設定部５２は、作成した箱の積み付け順序から１つの積み付け順序を選定する。箱の総数ＴＮが１個の場合には、作成された積み付け順序を選定する。

次に、ステップ１１５において、パターン計算部５３は、収容領域９１の内部において配置される箱の完成パターンを生成する。パターン計算部５３は、収容領域９１の内部において、予め定められた手順により箱を積み付けて完成パターンを生成する。本実施の形態においては、後述するように収容領域９１の一方の側面に接するように箱を積み付ける。

次に、ステップ１１６において、パターン計算部５３は、今回生成した完成パターンが過去に生成した完成パターンと同じか否かを判定する。今回生成した完成パターンが過去に生成した完成パターンと異なる場合には、制御はステップ１１７に移行する。ステップ１１７において、制御装置２の記憶部４５は、完成パターンを記憶する。

ステップ１１８において、完成パターン生成部５１は、記憶個数ＳＮに１を加算する。このように、箱の総数ＴＮが１個の完成パターンを生成することができる。次に、箱の総数が２個以上の完成パターンを生成する。

ステップ１１９において、完成パターン生成部５１は、記憶個数ＳＮが判定値以上か否かを判別する。判定値は、完成パターンの生成が無限に繰り返されないように、計算を終了する為の個数である。この判定値は、予め作業者が設定しておくことができる。記憶個数ＳＮの判定値としては、例えば、収容領域９１に収容可能な全ての完成パターンが生成されるように、大きな値を定めておくことが好ましい。

ステップ１１９において、記憶個数ＳＮが判定値に到達している場合には、この制御を終了する。ステップ１１９において、記憶個数ＳＮが判定値未満である場合には、ステップ１２０に移行する。また、ステップ１１６において、今回生成した完成パターンが記憶部４５に記憶されている完成パターンと同一である場合に、記憶部４５は生成した完成パターンを記憶しない。そして、制御は、ステップ１２０に移行する。

ステップ１２０において、完成パターン生成部５１は、記憶部４５に記憶された全ての積み付け順序を選択したか否かを判別する。箱の総数ＴＮが１個の場合には、全ての積み付け順序を選択していることになる。ステップ１２０において、全ての積み付け順序を選択していない場合には、制御はステップ１１４に移行する。ステップ１１４においては、まだ選択されていない積み付け順序を選定する。

ステップ１２０において、全ての積み付け順序を選択した場合には、制御はステップ１２１に移行する。ステップ１２１においては、箱の総数ＴＮに１を加算する。そして、ステップ１１３からステップ１２０の制御により、完成パターンを生成する。本実施の形態では、箱の総数を１個ずつ増やして、箱の総数に応じた完成パターンを生成することができる。ここで、ステップ１２１において、箱の総数ＴＮが４個になった場合を例示して説明する。

図６に、箱の総数が４個の場合の第１の積み付け順序と、第１の完成パターンとの例を示す。図７に、箱の総数が４個の場合の第２の積み付け順序と、第２の完成パターンとの例を示す。図５から図７を参照して、ステップ１１３において、順序設定部５２は、箱の総数が４個の場合における全ての積み付け順序を生成する。順序設定部５２は、箱の種類および順序を設定する。順序設定部５２は、例えば図６に示す第１の積み付け順序および図７に示す第２の積み付け順序を生成する。

矢印９５に示す方向が積み付ける順序に対応する。第１の積み付け順序では、１番目に箱Ｂが選定され、２番目に箱Ａが選定され、３番目に箱Ｂが選定され、４番目に箱Ｃが選定されている。本実施の形態では、箱の種類は３種類である。このために、箱の総数が４個の場合には、３⁴個の積み付け順序が作成される。本実施の形態では、箱の種類ごとの個数は設定されていないが、この形態に限られず、それぞれの箱の種類ごとの上限の個数が定められていても構わない。

次に、ステップ１１４において、順序設定部５２は、複数の積み付け順序の中から１つの積み付け順序を選定する。例えば、順序設定部５２は、図６に示す第１の積み付け順序を選定する。

次に、ステップ１１５において、パターン計算部５３は、完成パターンを生成する。本実施の形態においては、積み付け順序および予め定められた規則に基づいて完成パターンを生成する。図６を参照して、パターン計算部５３は、一つの積み付け順序にて複数の箱を収容領域９１の予め定められた配置方向に並べる制御を実施する。そして、配置方向において箱が収容領域９１から逸脱した場合に、パターン計算部５３は箱を上側に積み上げる制御を実施する。本実施の形態では、収容領域９１の幅ｄの方向が配置方向に対応する。

パターン計算部５３は、箱を収容領域９１の一方の側面９１ａに向かって押し当てる様に箱を積み付ける。パターン計算部５３は、箱Ｂの側面が収容領域９１の側面９１ａに接触するように箱Ｂを配置する。次に、パターン計算部５３は、箱Ｂの隣に箱Ａを配置する。パターン計算部５３は、箱Ａを側面９１ａに向かって箱Ｂに押し当てるように箱Ａを配置する。このように、パターン計算部５３は、収容領域９１の幅の方向に箱を並べる制御を実施する。

次に、パターン計算部５３は、箱Ｂを箱Ａの隣に配置する。箱Ｂは、収容領域９１の幅ｄからはみ出している。このために、パターン計算部５３は、１段目の箱の配置が完了したと判断する。パターン計算部５３は、矢印９６に示すように、２段目に箱Ｂを積み上げる。この場合に、パターン計算部５３は、側面９１ａに向けて押し当てるように収容領域９１の隅に箱Ｂを積み上げる。１段目の箱Ｂの上面と２段目の箱Ｂの下面とが一致にするために、矢印９６に示す様に箱Ｂを配置することができる。

次に、箱Ａの横に箱Ｃを配置すると箱Ｃが収容領域９１から飛び出す。そこで、パターン計算部５３は、箱Ａおよび２段目の箱Ｂの上に箱Ｃを配置する。この時に、新たに積み上げられる箱Ｃの底面の全体と、既に積み上げられている複数の箱Ａ，Ｂの上面とが互いに接触する。このために、パターン計算部５３は、箱の積み上げが可能であると判断する。このように、第１の完成パターンを形成することができる。

図７を参照して、第２の積み付け順序についても同様の制御にて完成パターンを生成することができる。パターン計算部５３は、箱Ｃを収容領域９１の側面９１ａに接するように配置する。箱Ｃの隣に箱Ａを配置すると箱Ａが収容領域９１から逸脱する。このために、パターン計算部５３は、矢印９６に示す様に、箱Ａを箱Ｃの上に配置する。パターン計算部５３は、箱Ａを収容領域９１の側面９１ａに接するように配置する。次に、パターン計算部５３は、１番目の箱Ｂを箱Ｃの上側に配置する。次に、１番目の箱Ｂの上側に２番目の箱Ｂを配置しても、２番目の箱Ｂは収容領域９１の内部に配置される。このために、パターン計算部５３は、１番目の箱Ｂの上側に２番目の箱Ｂを配置する。このように、第２の完成パターンを形成することができる。

完成パターンは、予め定められた規則に従って生成することができる。本実施の形態では、パターン計算部５３は、積み付け順序に基づいて箱を順番に収容領域９１に配置する。パターン計算部５３は、収容領域９１の側面９１ａに向かうように詰めて箱を配置する。そして、パターン計算部５３は、積み付けた箱の幅が収容領域９１の幅を超えた時に、箱を上側に積み上げる制御を行う。

箱を上側に積み上げる制御において、既に積み付けられた箱の上面に対して、新たに積み付けられる箱の下面の全体が接触しない場合がある。この時に、パターン計算部５３は、箱の積み上げは不可能であると判断する。この場合には、新たな箱を積み付ける前のパターンが完成パターンになる。または、箱を上側に積み付ける時に、積み付けられた箱の高さが収容領域９１の高さを超えた場合に、パターン計算部５３は、箱の積み上げは不可能であると判断する。この場合にも、新たな箱を積み付ける前のパターンが完成パターンになる。

なお、完成パターンを生成する規則としては、任意の規則を採用することができる。例えば、本実施の形態においては、新に積み付ける箱の下面の全体が既に積み上げられた箱の上面と接触する必要がある。しかしながら、新に積み上げられる箱の下面の所定の割合の部分が、既に積み上げられた箱の上面と接触する場合に、パターン計算部５３は、積み付けが可能であると判断していても構わない。

なお、本実施の形態におけるパターン計算部は、順序設定部により設定された順序にて、収容領域の幅方向に箱を並べる制御を実施しているが、この形態に限られず、複数の物品を収容領域の予め定められた配置方向に並べる制御を実施することができる。たとえば、パターン計算部は、複数の箱を高さの方向に並べる制御と、物品が収容領域から逸脱した場合に物品を側方に積み上げる制御とを実施しても構わない。

図５を参照して、ステップ１１６において、今回に作成した完成パターンが過去に作成した完成パターンと同一である場合に、パターン計算部５３は、作成したパターンを廃棄してステップ１２０に移行する。ステップ１１６において、今回に作成した完成パターンが過去に作成した完成パターンと同一でない場合には、制御はステップ１１７に移行する。

ステップ１１７において、記憶部４５は、今回生成した完成パターンを記憶する。ステップ１１８において、完成パターン生成部５１は、記憶個数ＳＮに１を加算する。次に、ステップ１１９において、記憶個数ＳＮが判定値以上の場合には、この制御を終了する。ステップ１１９において、記憶個数ＳＮが判定値未満の場合には、制御はステップ１２０に移行する。

ステップ１２０においては、ステップ１１３にて生成した全ての積み付け順序を選択したか否かを判別する。全ての積み付け順序を選択していない場合には、制御は、ステップ１１４に移行して新たな積み付け順序を選定する。そして、選定した積み付け順序にて完成パターンを生成する制御を実施する。

ステップ１２０において、全ての積み付け順序を選択している場合には、ステップ１２１に移行して箱の総数ＴＮに１を加算する。そして、増加した箱の総数にて完成パターンの生成を繰り返す。

この様に、完成パターン生成部５１は、積み付ける箱の個数を１個から順に増加させて完成パターンを生成することができる。また、パターン計算部５３は、一つの積み付け順序にて箱を積み付けたときに、収容領域９１の内部に箱が収容されるパターンを完成パターンにする制御を、複数の積み付け順序にて繰り返す。そして、記憶部４５に記憶された完成パターンの記憶個数ＳＮが判定値以上になった場合には、この制御を終了する。生成された全ての完成パターンは、記憶部４５に記憶される。

本実施の形態の積み付けパターン計算装置は、収容領域の内部に物品を配置できるパターンを算出することができる。なお、パターン計算部は、上記のパターンを生成する制御に限られず、任意の方法で完成パターンを生成することができる。例えば、パターン計算部は、収容領域に不規則に箱を配置することにより完成パターンを生成しても構わない。パターン計算部は、作成したパターンから収容領域の内部に配置されるパターンを選定して、完成パターンに設定することができる。

次に、本実施の形態の物品の積み付け装置について説明する。積み付け装置は、予め生成された完成パターンに基づいてコンベヤ３１にて搬送された箱を収容領域９１の内部に配置する。

図８に、本実施の形態における積み付け装置の第１の積み付け制御のフローチャートを示す。本実施の形態においては、コンベヤにて搬送される箱の種類ごとの個数は予め定められている。このために、積み付ける箱の総数も予め定められている。そして、複数の箱は、不規則な順序にて搬送される。

図１、図２および図８を参照して、ステップ１３１において、制御装置２の位置算出部４１は、コンベヤ３１にて搬送される箱の種類ごとの個数を入力データ５４から取得する。

次に、ステップ１３２において、完成パターン抽出部４２は、箱の種類ごとの個数に対応する完成パターンを抽出する。本実施の形態では、図６および図７に示したように、複数の箱は、１個の箱Ａ、２個の箱Ｂ、および１個の箱Ｃにて構成される例を説明する。完成パターン抽出部４２は、１個の箱Ａと、２個の箱Ｂと、１個の箱Ｃとにて構成される全ての完成パターンを抽出する。

ステップ１３３において、コンベヤ３１は、１つの箱を搬送する。カメラ１５は、コンベヤ３１にて搬送された箱を撮影する。制御装置２の画像処理部４９は、カメラ１５にて撮影した画像に基づいて、箱の種類を判定する。記憶部４５は、コンベヤ３１にて搬送された箱の種類を記憶する。この時には、ロボット１は、箱を把持する動作を実施せずに待機している。

次に、ステップ１３４において、完成パターン選択部４３は、ステップ１３２にて抽出された完成パターンのうち、箱の積み付けが可能な完成パターンを選択する。完成パターン選択部４３は、現在の収容領域９１に配置されている箱の情報と、積み付ける箱の種類とに基づいて、箱の積み付けが可能な完成パターンを選択する。完成パターン選択部４３は、記憶部４５に記憶された完成パターンから１つ以上の完成パターンを選択する。

図９に、第１の積み付け制御を説明する収容領域および箱の斜視図を示す。この例では、現在の収容領域９１は、箱が配置されていない状態である。そして、コンベヤ３１にて、箱Ａが搬送されている。完成パターン抽出部４２にて抽出された完成パターンには、第１の完成パターンと第２の完成パターンとが含まれている。現在の収容領域９１には箱が配置されていないために、箱Ａは収容領域９１の底面の上に配置される。このために、第１の完成パターンを形成することができるが、第２の完成パターンを形成することはできない。完成パターン選択部４３は、第１の完成パターンが箱の積み付けが可能な完成パターンとして選択する。完成パターン選択部４３は、第２の完成パターンを選択しない。また、完成パターン選択部４３は、積み付けが可能な完成パターンが複数個存在する場合には、積み付けが可能な全ての完成パターンを選択する。

ステップ１３５において、完成パターン選択部４３は、全ての完成パターンの判定が終了した後に、箱の積み付けが可能な完成パターンが有るか否かを判別する。ステップ１３５において、箱の積み付けが可能な完成パターンがない場合には、この制御を終了する。この場合に、制御装置２は、例えば、表示部に箱の積み付けが不可能である警告を表示して、作業者に通知する。ステップ１３５において、箱の積み付けが可能な完成パターンが有る場合に、制御はステップ１３６に移行する。

ステップ１３６において、位置決定部４４は、収容領域９１における箱の位置を設定する。箱の積み付けが可能な複数の完成パターンがある場合に、位置決定部４４は、任意の完成パターンを選択することができる。ここでは、ステップ１３４において、始めに選択された完成パターンを採用する。図９を参照して、位置決定部４４は、例えば、第１の完成パターンを選択する。そして、位置決定部４４は、収容領域９１の他方の側面９１ｂに接するように箱Ａを配置することを決定する。

ステップ１３７において、位置算出部４１は、位置決定部４４にて設定された位置を動作制御部２１に送出する。動作制御部２１は、指定された位置に箱Ａを置くように、ロボット１およびハンド４を制御する。このように、ロボット１が箱Ａを収容領域に配置する。また、記憶部４５は、収容領域９１において箱Ａを置いた位置を記憶する。記憶部４５には、現在までに収容領域９１に配置した箱の種類と箱の位置とを含む情報が記憶されている。

次に、ステップ１３８において、位置算出部４１は、記憶部４５に記憶された収容領域９１の内部の箱の種類および個数に基づいて、全ての箱を収容領域９１に配置したか否かを判別する。ステップ１３８において、全ての箱を収容領域９１に配置していない場合には、制御はステップ１３３に戻る。そして、ステップ１３３からステップ１３７の制御により、コンベヤ３１にて搬送される箱を配置する。ステップ１３８において、全ての箱を収容領域９１に配置した場合には、この制御を終了する。

このように、本実施の形態の物品の積み付け装置は、新たに積み付ける箱の種類、現在の収容領域９１の箱の種類および個数、および完成パターン選択部４３により選択された完成パターンに基づいて、箱を配置する位置を決定する。この制御を実施することにより、コンベヤにて搬送される物品の種類が不規則であっても、収容領域に箱を積み付けることができる。

上記の実施の形態においては、コンベヤ３１にて搬送される箱の種類ごとの個数が予め定められている。積み付け装置の制御としては、この形態に限られず、箱の総数が予め定められており、それぞれの箱の種類ごとの個数が定められていない場合にも、本発明を適用することができる。

この場合には、ステップ１３２において、完成パターン抽出部４２は、箱の総数が一致する全ての完成パターンを抽出することができる。ステップ１３４において、完成パターン選択部４３は、箱の積み付けが可能な完成パターンを選択する。そして、ステップ１３５において、位置決定部４４は、箱を積み付ける位置を設定することができる。

更に、コンベヤ３１にて搬送される箱の種類および箱の総数が定められていない場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、ステップ１３２において、完成パターン抽出部４２は、完成パターン生成部５１により生成された全ての完成パターンを抽出することができる。そして、ステップ１３５において、位置決定部４４は、箱を積み付ける位置を設定することができる。ステップ１３８においては、カメラ１５がコンベヤ３１における予め定められた位置を撮像する。画像に箱が写っていない場合に、位置算出部４１は、全ての箱を収容領域９１に配置したと判別することができる。

図１０に、本実施の形態における積み付け装置の第２の積み付け制御のフローチャートを示す。第２の積み付け制御においては、対応する完成パターンが存在せずに箱の積み付けが不可能であると判別される場合に、箱を一時的に仮置き台３３に配置する制御を実施する。ステップ１３１からステップ１３５までの制御は、第１の積み付け制御と同様である。

図１１に、第２の積み付け制御を説明する収容領域、コンベヤにて搬送される箱、および完成パターンの図を示す。この例では、現在の収容領域９１に、１個の箱Ａが配置されている。コンベヤ３１は、箱Ｃを搬送している。そして、完成パターン抽出部４２が、第１の完成パターンおよび第２の完成パターンを抽出した例を説明する。

図２、図１０および図１１を参照して、第１の完成パターンを生成するためには、箱Ｃを積む前に、箱Ｂを２個積む必要がある。また、第２の完成パターンを生成するためには、箱Ｃを収容領域９１の底部に配置する必要がある。このために、ステップ１３４において、完成パターン選択部４３は、全ての完成パターンを選択しない。ステップ１３５において、完成パターン選択部４３は、箱の積み付けが可能な完成パターンがないと判別する。制御は、ステップ１４１に移行する。

ステップ１４１において、位置算出部４１は、収容領域９１への配置を検討していない他の箱が、仮置き台３３に配置されているか否かを判別する。ロボット１が仮置き台３３に箱を配置する時に、既に仮置き台３３に箱が配置されている場合がある。ステップ１４１において、仮置き台３３に他の箱が配置されていない場合には、制御はステップ１４２に移行する。すなわち、仮置き台３３に全く箱が配置されていない場合、および仮置き台３３に配置されている全ての箱が収容領域９１に配置できない場合には、制御はステップ１４２に移行する。

ステップ１４２において、位置決定部４４は、仮置き台３３に箱Ｃを配置することを決定する。位置決定部４４は、現在の仮置き台３３の上に配置されている箱の種類および箱の個数に基づいて、仮置き台３３における箱Ｃの位置を設定する。位置決定部４４は、仮置き台３３に既に箱が配置されている場合には、この箱の位置を避けた位置を設定する。

ステップ１４３において、位置算出部４１は、設定された位置を動作制御部２１に送出する。ロボット１は、コンベヤ３１にて搬送された箱Ｃを把持する。ロボット１は、仮置き台３３の指定された位置に箱Ｃを配置する。この時に、記憶部４５は、仮置き台３３における箱Ｃの種類および位置を記憶する。このように、コンベヤ３１にて搬送された箱を収容領域９１に配置することができない場合に、箱を仮置き台３３に一時的に配置することができる。次に、制御は、ステップ１４４に移行する。

ステップ１４４において、位置算出部４１は、予め定められた全ての箱がコンベヤ３１にて搬送され、更にコンベヤ３１から取り出されたか否かを判別する。コンベヤ３１にて搬送された箱の種類と個数は、記憶部４５に記憶されている。全ての箱がコンベヤ３１にて搬送されていない場合、または、コンベヤ３１に箱が載置されている場合には、制御は、ステップ１３３に戻る。そして、制御装置２は、搬送される箱を配置する制御を繰り返す。ステップ１４４において、全ての箱がコンベヤ３１から取り出された場合には、制御はステップ１４５に移行する。

一方で、ステップ１４１において、収容領域９１への配置を検討していない他の箱が仮置き台３３に配置されている場合に、制御はステップ１４６に移行する。ステップ１４６において、位置算出部４１は、仮置き台３３に配置されている他の箱から１個の箱を選択する。制御は、ステップ１３４に戻り、完成パターン選択部４３は、選択された箱の積み付けが可能な完成パターンを選択する。すなわち、完成パターン選択部４３は、仮置き台３３に配置されている箱の積み付けが可能な完成パターンを選択する。

次に、ステップ１３５において、箱の積み付けが可能な完成パターンが有る場合に、制御はステップ１３６に移行する。位置決定部４４は、収容領域９１における箱の位置を決定する。次に、ステップ１３７において、ロボット１は、仮置き台３３に配置された箱を収容領域９１の指定された位置に配置する。次に、ステップ１４４において、位置算出部４１は、一部の箱がコンベヤ３１から取り出されていないと判定する。制御はステップ１３４に戻り、コンベヤ３１にて搬送された箱の配置の検討が実施される。

ステップ１３５において、他の箱の積み付けが可能な完成パターンが無い場合には、制御は、ステップ１４１に移行する。そして、位置算出部４１は、収容領域９１への配置を検討していない他の箱が仮置き台３３に配置されているか否かの判定を実施する。そして、ステップ１４１において、他の箱がある場合に、ステップ１４６において他の箱を選択し、他の箱の積み付けを検討する。

このように、位置算出部４１は、コンベヤ３１にて搬送された箱が収容領域９１に配置できない場合に、仮置き台３３に配置されている全ての箱について、収容領域９１に配置できるか否かを判別する。仮置き台３３に配置されている箱が収容領域９１に配置できる場合には、その箱を収容領域９１に配置する。次に、制御はステップ１３３に戻って、コンベヤ３１にて搬送された箱が収容領域９１に配置できるか否かの判定を実施する。

ステップ１４５において、位置算出部４１は、仮置き台３３に箱が残存しているか否かを判別する。ステップ１４５において、仮置き台３３に箱が配置されている場合には、ステップ１４６に移行する。そして、ステップ１４６において、仮置き台３３に配置されている１つの箱を選択した後に、制御はステップ１３４に移行する。このように、全ての箱がコンベヤから取り出された後に、仮置き台３３に配置されている箱を収容領域９１に配置することができる。

ステップ１４５において、仮置き台３３に配置されている箱がない場合には、全ての箱が収容領域９１に配置されたと判別することができる。この場合には、制御を終了する。

第２の積み付け制御においては、完成パターン選択部４３にて完成パターンが選択されない場合に、ロボット１は箱を仮置き台３３に配置することができる。すなわち、箱の積み付けが可能な完成パターンが存在しないと判定された場合に、ロボット１は箱を仮置き台３３に配置することができる。この制御を実施することにより、箱を完全に積み付けることができる可能性が向上する。本実施の形態では、仮置き台３３は、全ての複数の箱を仮置き台３３に配置できるように大きく形成されている。このために、仮置き台３３に箱を一時的に配置することにより、確実に完成パターンを生成することができる。

図１２に、本実施の形態における第３の積み付け制御のフローチャートを示す。第３の積み付け制御においては、箱の積み付けが可能な完成パターンが複数存在する場合に、最適な完成パターンを選定する制御を実施する。ステップ１３１からステップ１３５までの制御およびステップ１４１からステップ１４６までの制御は、第２の積み付け制御と同様である。第３の積み付け制御では、ステップ１３５において、箱の積み付けが可能な完成パターンが有る場合に、制御はステップ１５１に移行する。

ステップ１５１において、位置決定部４４は、箱の積み付けが可能な複数の完成パターンが有るか否かを判別する。ステップ１５１において、複数の完成パターンが無い場合には、制御はステップ１５２に移行する。この場合には、箱の積み付けが可能な完成パターンは１個である。ステップ１５２において、位置決定部４４は、完成パターンに基づいて収容領域９１における箱の位置を設定する。

ステップ１５１において、箱の積み付けが可能な複数の完成パターンが有る場合には、制御はステップ１５３に移行する。ステップ１５３において、位置決定部４４は、複数の完成パターンに基づいて箱を配置する位置を選定する。第３の積み付け制御では、位置決定部４４は、箱を収容領域９１に配置した時に、箱の位置に対応する完成パターンの個数が最も多くなるように箱の位置を決定する。

図１３に、第３の積み付け制御を説明する収容領域、コンベヤにて搬送された箱、および完成パターンの図を示す。この例では、現在の収容領域９１には、箱が配置されていない状態である。そして、コンベヤ３１は、箱Ａを搬送している。完成パターンとしては、完成パターン選択部４３により第３の完成パターンおよび第４の完成パターンが選択されている。この例では、両方の完成パターンについて、箱Ａを積み付けることが可能である。

図１４に、収容領域に箱を配置したときの第１の斜視図を示す。図１５に、収容領域に箱を配置したときの第２の斜視図を示す。図１４に示すように、箱Ａは、収容領域９１の一方の側面９１ａに接触するように配置することができる。または、図１５に示すように、箱Ａは、他方の側面９１ｂに接触するように配置することができる。

図１４に示すように箱Ａを配置した場合には、第３の完成パターンおよび第４の完成パターンが箱Ａの位置に対応する。すなわち、２個の完成パターンが対応する。一方で、図１５を示すように箱Ａを配置した場合には、第３の完成パターンが箱Ａの位置に対応する。すなわち、１個の完成パターンが対応する。

図１２を参照して、位置決定部４４は、箱Ａの位置に対応する完成パターンの数が多くなるように、図１４に示される位置を設定する。そして、ステップ１３７において、ロボット１は、設定された位置に箱Ａを配置する。

第３の積み付け制御においては、完成パターンの数が最も多くなるように箱の位置を選定するために、箱を積み付けることができなくなる可能性を抑制することができる。または、仮置き台３３を使用する回数を削減することができて、箱を積み付ける時間を短くすることができる。なお、仮置き台３３に配置されている箱を収容領域９１に積み付ける場合にも同様の制御を実施することができる。

本実施の形態では、制御装置が積み付けパターン計算装置として機能するが、この形態に限られず、積み付けパターン計算装置は、制御装置とは別の演算処理装置にて構成されていても構わない。この場合に、積み付けパターン計算装置にて生成された完成パターンは、通信装置を介して制御装置に送信することができる。または、作業者が完成パターンを制御装置に入力しても構わない。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ロボット
２ 制御装置
１５ カメラ
２１ 動作制御部
３１ コンベヤ
３２ パレット
３３ 仮置き台
４１ 位置算出部
４３ 完成パターン選択部
４４ 位置決定部
４５ 記憶部
４９ 画像処理部
５１ 完成パターン生成部
５２ 順序設定部
５３ パターン計算部
５４ 入力データ
８１，８２，８３ 箱
９１ 収容領域

Claims (4)

1. 複数の物品を予め定められた収容領域の内部に積み付けるパターンを計算する積み付けパターン計算装置であって、
   複数の物品は、箱の形状を有し、寸法が互いに異なる複数の種類の物品が含まれており、
   複数の物品を選定し、物品を積み付ける順序を設定する順序設定部と、
   収容領域の寸法、複数の種類の物品の寸法、および順序設定部にて設定された積み付ける前記順序に基づいて、収容領域の内部に物品が配置された完成パターンを生成するパターン計算部と、
   パターン計算部にて生成された完成パターンを記憶する記憶部とを備え、
   順序設定部は、複数の前記順序を設定し、
   パターン計算部は、一つの前記順序にて複数の物品を収容領域の予め定められた配置方向に並べる制御と、前記配置方向において物品が収容領域から逸脱した場合に物品を上側に積み上げる制御とを実施し、更に、一つの前記順序にて物品を積み付けたときに収容領域の内部に物品が収容されるパターンを完成パターンに設定する制御を、複数の前記順序にて繰り返し実施することを特徴とする、積み付けパターン計算装置。
2. 不規則な順序で複数の種類の物品を搬送する搬送装置と、
   搬送装置にて搬送される物品を予め定められた収容領域の内部に配置するロボットと、
   搬送装置にて搬送される物品の種類を検出する検出装置と、
   収容領域の内部において、物品の位置を設定する制御装置とを備え、
   制御装置は、収容領域の内部に複数の物品が配置された完成パターンを記憶する記憶部と、
   検出装置にて検出される物品の種類および現在の収容領域に配置されている物品の情報に基づいて、搬送装置にて搬送される物品の積み付けが可能な完成パターンを、記憶部に記憶された完成パターンから選択する完成パターン選択部と、
   完成パターン選択部により選択された完成パターンに基づいて、収容領域の内部の物品を配置する位置を決定する位置決定部とを含み、
   ロボットは、位置決定部にて決定された位置に物品を搬送することを特徴とする、積み付け装置。
3. 物品を一時的に置くことができる仮置き部を備え、
   完成パターン選択部にて完成パターンが選択されない場合に、ロボットは、搬送装置にて搬送された物品を前記仮置き部に配置する、請求項２に記載の積み付け装置。
4. 位置決定部は、物品の積み付けが可能な完成パターンが複数個存在する場合に、物品を収容領域に配置した時に物品の位置に対応する完成パターンの個数が最も多くなるように物品の位置を決定する、請求項２または３に記載の積み付け装置。

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