ピッキング方法およびハンド装置
【課題】箱体内の対象を、どのような形状であっても、またどのような姿勢であっても、ハンドによって確実にピッキングする。
【解決手段】ハンドによって４つのコーナーを有する箱体Ｂ内の対象Ｔをピッキングするピッキング方法において、ハンドは、略同一方向に延びて該同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動する４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えている。まず、ハンドの把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを開口を通じて箱体Ｂ内に進入させて、コーナーＣ１〜Ｃ４それぞれに配置する。その後、把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象Ｔに接触させることにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって対象Ｔを把持する。
【解決手段】ハンドによって４つのコーナーを有する箱体Ｂ内の対象Ｔをピッキングするピッキング方法において、ハンドは、略同一方向に延びて該同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動する４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えている。まず、ハンドの把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを開口を通じて箱体Ｂ内に進入させて、コーナーＣ１〜Ｃ４それぞれに配置する。その後、把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象Ｔに接触させることにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって対象Ｔを把持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の把持爪を備えるハンドによって対象をピッキングするピッキング方法およびハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば製造現場では、複数の把持爪を備えるハンドによる対象（ターゲット、例えば部品）のピッキング（対象を把持して移動させること）が実行されている。
【０００３】
このようなハンドとして、例えば、特許文献１に記載するハンドがある。このハンドは、クランクシャフトを支持する貫通孔を備える同一形状のコンロッドを同時に複数個ピッキングできるように構成されている。具体的には、ハンドは、複数のコンロッドの貫通孔に挿通される支持バーと、最前（支持バー先端側）に位置するコンロッドを把持する２本の把持爪とを有する。最前に位置するコンロッドが把持爪によって把持されることにより、他のコンロッドの支持バーからの抜け落ちが防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平２−２２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、実際には、特許文献１に記載のハンドがコンロッドのみをピッキングするように１種類の対象のみをピッキングするハンドだけではなく、形状が異なる複数種類の対象を把持可能な汎用性が高いハンドが使用されている。このような汎用性の高いハンドは、３本の把持爪を備えている。３本の把持爪が、好ましい姿勢（把持後に３本の把持爪の間から抜け落ちない姿勢）で待機している対象を把持することにより、対象が確実にピッキングされる。
【０００６】
しかしながら、３本の把持爪を備えるハンドであっても、対象の確実なピッキングが困難なことがある。
【０００７】
保護のために対象が箱体内に収容されている場合、対象が好ましい姿勢で待機していても、対象の形状によっては該対象が部分的に箱体の内面に接近しすぎてハンドの把持爪が箱体に干渉することがある。
【０００８】
この対処として、箱体を十分に大きくすることが考えられる。しかし、この場合、箱体内の対象が自由状態になり、箱体による対象の保護が十分に図れない。また、対象が自由状態であるため、該対象が好ましい姿勢で待機しているとは限らない。
【０００９】
そこで、本発明は、箱体に収容されている対象がどのような形状や姿勢であっても、ハンドによって該対象を確実に箱体の外にピッキングすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてハンドによりピッキングするピッキング方法であって、
ハンドが備える略同一方向に延びる４本の把持爪それぞれを、開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の工程と、
前記第１の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のピッキング方法において、
前記第１の工程は、
ハンドの４本の把持爪の先端のみを箱体内に進入させる第３の工程と、
前記第３の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれの距離を互いに拡大し続けることにより、まず各把持爪の先端をコーナー間の壁面に接触させ、続いて各把持爪の先端をコーナー間の壁面に沿って移動させて各コーナーに配置する第４の工程と、
前記第４の工程後に、ハンド全体を箱体に向かって移動させる第５の工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載のピッキング方法において、
ハンドは、４本の把持爪を、一体的に、前記平面方向に自由に移動可能に且つ前記同一方向に延びる回転中心線を中心として自由に回転可能に支持するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
加えて、請求項４に記載の発明は、
請求項１から３のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
ハンドの少なくとも１つの把持爪は、突起部を備えることを特徴とする。
【００１４】
加えてまた、請求項５に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記同一方向に重ねて収容されており、
前記第２の工程で、前記同一方向に重ねた状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とする。
【００１５】
さらに加えて、請求項６に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記平面方向に並んで収容されており、
前記第２の工程で、前記平面方向に並んだ状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とする。
【００１６】
さらに加えて、請求項７に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象の上に配置する第６の工程と、
前記第６の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第７の工程と、
前記第７の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第８の工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに加えて、請求項８に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象に前記平面方向に並んで配置する第９の工程と、
前記第９の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第１０の工程と、
前記第１０の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第１１の工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに加えて、請求項９に記載の発明は、
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてピッキングするハンド装置であって、
略同一方向に延びる４本の把持爪と、
前記同一方向および該同一方向と略直交する平面方向に４本の把持爪それぞれを相対的に移動させる爪移動手段と、
前記爪移動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記爪移動手段を制御することにより、４本の把持爪それぞれを開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の動作と、
前記第１の動作の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の動作とを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、略同一方向に延びて該同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動する４本の把持爪は、それぞれが箱体の４つのコーナーそれぞれに配置された後、互いに接近するように移動して対象に接触する。これにより、ハンドの４本の把持爪は、箱体に干渉することなく、対象を確実に把持することができる。
【００２０】
また、箱体内の対象は、どのような姿勢であっても、４本の把持爪によってフォームクロージャの状態で把持される。すなわち、対象は、４本の把持爪によって、概ね箱体の４つのコーナーそれぞれから該対象に向かう方向に把持されることにより、前記平面方向への移動が不可能にされつつ把持される。これにより、対象は、４本の把持爪によって確実に把持される。
【００２１】
その結果、対象は、４本の把持爪を備えるハンドによって確実に箱体の外にピッキングされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るハンドの構成を概略的に示した図である。
【図２】図１に示すハンドの駆動機構を概略的に示す図である。
【図３】本発明のピッキング方法に係る箱体とピッキングの対象とを示す図である。
【図４】本発明に係るピッキング方法を説明するための図である。
【図５】図１に示すハンドの改良形態の構成を概略的に示した図である。
【図６】４本の把持爪の４つのコーナーへの位置合わせ方法を説明するための図である。
【図７】別の４本の把持爪の４つのコーナーへの位置合わせ方法を説明するための図である。
【図８】複数の対象を同時にピッキングする方法を説明するための図である。
【図９】複数の対象を同時にピッキングする別の方法を説明するための図である。
【図１０】別の実施形態のハンドの把持爪を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るハンドを概略的に示している。図１に符号１０に示すハンドは、例えば、該ハンドを任意の位置に移動させ、且つ任意の姿勢にすることができるロボット（図示せず）の先端に設けられている（構成要素の１つとしてロボットに含まれている）。
【００２４】
ハンド１０は、対象を把持する４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えている。把持爪１２ａ〜１２ｄは、棒状であって略同一方向（図中Ｚ軸方向）に延びている。また、把持爪１２ａ〜１２ｄは、その外周が、すべり止めのために（ピッキングの対象との間に大きな摩擦力を発生させるために）、例えばゴム材料で覆われる、またはローレット加工されている。なお、把持爪１２ａ〜１２ｄは、棒状であればどのような形状であってもよいが、後述するように箱体と対象との間の隙間に進入するので、細く剛性があるものが好ましい。
【００２５】
さらに、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、Ｚ軸方向と略直交する平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に相対的に移動可能に構成されている。
【００２６】
具体的には、把持爪１２ａと１２ｂは、それぞれの一端がＹ軸方向に移動可能に可動支持部１４ａによって支持されている。また、把持爪１２ｃと１２ｄは、それぞれの一端がＹ軸方向に移動可能に可動支持部１４ｂによって支持されている。
【００２７】
２つの可動支持部１４ａ，１４ｂは、それぞれの一端がＸ軸方向に移動可能にベース部１６によって支持されている。
【００２８】
把持爪１２ａ〜１２ｄがＹ軸方向に移動可能に、また可動支持部１４ａ，１４ｂがＸ軸方向に移動可能に構成されていることにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、これらの間に存在する対象をＸ−Ｙ平面方向に把持することができる。
【００２９】
図２は、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄと２つの可動支持部１４ａ，１４ｂとを駆動する機構の一例を概略的に示している。
【００３０】
把持爪１２ａ，１２ｂは、その一端が、可動支持部１４ａ内のＹ軸方向に延びるボールねじ２０ａと螺合しているナット２２ａ，２２ｂに固定されている。ボールねじ２０ａの一端は、サーボモータ２４ａと駆動連結されている。このボールねじ２０ａがサーボモータ２４ａによって回転されることにより、把持爪１２ａと１２ｂとの間の距離が変更される。
【００３１】
同様に、把持爪１２ｃ，１２ｄは、その一端が、可動支持部１４ｂ内のＹ軸方向に延びるボールねじ２０ｂと螺合しているナット２２ｃ，２２ｄに固定されている。ボールねじ２０ｂの一端は、サーボモータ２４ｂと駆動連結されている。このボールねじ２０ｂがサーボモータ２４ｂによって回転されることにより、把持爪１２ｃと１２ｄとの間の距離が変更される。
【００３２】
可動支持部１４ａ，１４ｂは、その一端が、ベース部１６内のＸ軸方向に延びるボールねじ２０ｃと螺合しているナット２２ｅ，２２ｆに固定されている。ボールねじ２０ｃの一端は、サーボモータ２４ｃに駆動連結されている。このボールねじ２０ｃがサーボモータ２４ｃによって回転されることにより、可動支持部１４ａと１４ｂとの間の距離が変更される。
【００３３】
３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄをＸ−Ｙ平面方向に移動させるとともに、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの把持力を調整することができる。また、３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃの回転角に基づいて、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの位置関係を検出することができる（すなわち、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの位置を制御することができる）。
【００３４】
なお、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄをＹ軸方向に移動させる手段および２つの可動支持部１４ａ，１４ｂをＸ軸方向に移動させる手段は、ボールねじ２０ａ〜２０ｃやサーボモータ２４ａ〜２４ｃ以外であってもよい。ただし、ボールねじ２０ａ〜２０ｃやサーボモータ２４ａ〜２４ｃのように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間に存在する対象に対する把持力を制御でき、且つ把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの位置を制御できる手段が好ましい。
【００３５】
ここからは、上述のハンド１０を用いた、箱体内に収容された対象をピッキングする方法について説明する。
【００３６】
図３は、箱体Ｂ内に収容された状態のピッキングの対象（ターゲット）Ｔを示している。
【００３７】
なお、本明細書で言う「箱体」とは、対象Ｔが載置される四角形状の底壁ＢＷと、底壁ＢＷの各辺から垂直に立設して対象Ｔを囲み、且つ４つの隅（コーナー）Ｃ１〜Ｃ４を形成する４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４からなり、且つハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが進入する開口を備えるものである。
【００３８】
また、本明細書で言う「対象」とは、箱体Ｂ内に収容可能であって、収容時に４つのコーナーＣ１〜Ｃ４を占拠しない形状である。したがって、箱体Ｂ内に隙間なく入る形状の物体は、本明細書で言う「対象」に該当しない。
【００３９】
図１に示すハンド１０が箱体Ｂ内の対象Ｔをピッキングするとき、図４（Ａ）に示すように、まず、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に配置させる（位置合わせする）。このとき、把持爪１２ａ〜１２ｄを、側壁ＳＷ１〜ＳＷ４とほぼ平行にする。
【００４０】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせは、例えば、カメラが検出した箱体Ｂの位置および姿勢に基づいて、ハンド１０が取り付けられているロボットと、図２に示す３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃとを制御することにより実行される（ロボットとサーボモータ２４ａ〜２４ｃとが、特許請求の範囲に記載の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの爪移動手段の役割をしている）。
【００４１】
また、例えば、箱体Ｂの形状、位置、および姿勢が常に一定であるのであれば、すなわちコーナーＣ１〜Ｃ４の位置（座標）が決まっているのであれば、ロボットと３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃとをプログラムによって制御し、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に位置合わせしてもよい。
【００４２】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせが完了すると、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御し、把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを互いに接近するようにＸ−Ｙ平面方向に移動させる。そして、図４（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを対象Ｔに接触させる。これにより、対象Ｔが４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって把持される。
【００４３】
対象Ｔの形状と材質、および箱体Ｂ内での対象Ｔの姿勢が既知である場合、すなわち４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が既知である場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、対象Ｔに接触する直前の位置まで移動させる。その後、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを一定のトルクに制御しながら、対象Ｔに接触するまで移動させる。４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの対象Ｔへの接触は、サーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクが変化することによりわかる。
【００４４】
一方、対象Ｔが未知である場合、すなわち４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が未知である場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを一定のトルクに制御しながら、対象Ｔに接触するまで移動させる。
【００４５】
なお、４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が既知であって、且つ
高速で４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが対象Ｔに衝突しても問題がない場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、対象Ｔと確実に接触する位置まで移動させてもよい（トルクの変化に基づいて、把持爪１２ａ〜１２ｄと対象Ｔとの接触の確認を実行しない）。
【００４６】
図４（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄ全てが接触すると、対象Ｔは、フォームクロージャ（ｆｏｒｍ ｃｌｏｓｕｒｅ）の状態にされる。
【００４７】
ここで言う「フォームクロージャ」は、平面上に載置されている物体が、平面との接触点を除く４つの接触点で他の物体と接触され、それによりあらゆる運動が制限されて移動や姿勢変更がまったくできない様子を言う。
【００４８】
具体的に言うと、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれによって、概ね箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから該対象Ｔに向かう方向に把持されることにより、図１に示すＸ−Ｙ平面方向（４本の把持爪の移動方向）への移動が不可能にされる。これにより、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって確実に把持される。
【００４９】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによるフォームクロージャ状態での対象Ｔの把持が完了すると、ハンド１０が箱体Ｂから離れる。これにより、対象Ｔがハンド１０により箱体Ｂの外にピッキングされる。
【００５０】
本実施形態によれば、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、それぞれが箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれに配置（位置合わせ）された後、互いに接近するように移動して対象Ｔに接触する。これにより、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、箱体Ｂに干渉することなく、対象Ｔを確実に把持することができる。
【００５１】
また、箱体Ｂ内の対象Ｔは、どのような姿勢であっても、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによってフォームクロージャの状態で把持される。すなわち、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって、概ね箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから該対象Ｔに向かう方向に把持されることにより、Ｘ−Ｙ平面方向への移動が不可能にされつつ把持される。これにより、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって確実に把持される。
【００５２】
その結果、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えるハンド１０により、確実に箱体Ｂの外にピッキングされる。
【００５３】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００５４】
例えば、図１に示すハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、一体的に、把持爪１２ａ〜１２ｄが延びる方向（略Ｚ軸方向）と略直交する平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に自由に移動可能に、且つＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能にしてもよい。
【００５５】
この場合、例えば、図５に示すように、ハンド１０は、ベース部１６をＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能に支持する回転機構５０と、回転機構５０をＹ軸方向に自由に往復動可能に支持するリニアガイド５２と、リニアガイド５２をＸ軸方向に自由に往復動可能に支持するリニアガイド５４とを有する。
【００５６】
これによる利点は、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に位置合わせすることが容易になることである。
【００５７】
具体的に、図６を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、図６（Ａ）に示すように、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの概ね中央に位置合わせする。このとき、把持爪１２ａ〜１２ｄ全体を箱体Ｂ内に進入させるのではなく、先端のみを進入させる。すなわち、先端を、箱体Ｂ内に収容されている対象Ｔの上方に位置合わせする。なお、問題がない場合、把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の位置合わせは、箱体Ｂの概ね中央でなくてもよい。
【００５９】
ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の箱体Ｂの概ね中央位置への位置合わせが完了すると、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを他の把持爪から離れるように移動させる（例えば、把持爪間の距離が拡大するように、図２に示す３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御する）。そして、図６（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端を箱体Ｂの４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に接触させる。
【００６０】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端が箱体Ｂの４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に接触した後も、さらに続けて把持爪間の距離を拡大させると、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの先端が、接触している側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に沿ってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かって移動する。例えば、図６（Ｂ）に示すように、把持爪１２ａの先端が、側壁ＳＷ１に沿ってコーナーＣ１に向かって移動する。すなわち、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの先端が、側壁ＳＷ１〜ＳＷ４によってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かってガイドされる。そして、最終的には、図６（Ｃ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端は、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に配置される。配置が完了すると、保持爪間の距離の拡大を終了して位置合わせを完了する。
【００６１】
なお、４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の配置（位置合わせ）の完了は、例えば、図２に示すサーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクの変化からわかる（把持爪の先端がコーナーに入ると、先端はコーナーから移動できなくなり、サーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクが上がる）。
【００６２】
このことを可能にするのは、図５に示すように、ハンド１０が、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、一体的に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に自由に移動可能に、且つＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能に支持しているからである。すなわち、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）と順に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが把持爪間の距離が拡大するように移動することにより、ハンド１０全体の姿勢が変化できるからである。
【００６３】
これにより、例えばカメラで箱体Ｂの姿勢を確認し、その後、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に合わせて４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間の距離を制御する必要がない。すなわち、簡単に、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせを実行することができる。
【００６４】
なお、図５に示す、回転機構５０、リニアガイド５２、およびリニアガイド５４は、図６（Ａ）〜６（Ｃ）に示すような４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせ中に、箱体Ｂが動かない、または動かしてはならないことを前提にしている。図７（Ａ）〜７（Ｃ）に示すように、ハンド１０の姿勢が変わらず位置合わせ中に箱体Ｂが移動してもよいのであれば、図５に示す、回転機構５０、リニアガイド５２、およびリニアガイド５４は必要ない。
【００６５】
また、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端が箱体Ｂの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に沿ってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かって移動しやすくするために、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端を、Ｚ軸方向に延びる回転中心線を中心として回転するローラで構成してもよい。
【００６６】
加えて、図２に示すように、上述の実施形態の場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを３つの駆動源（サーボモータ２４ａ〜２４ｃ）によって駆動しているが、本発明はこれに限らない。
【００６７】
例えば、各把持爪を１つの駆動源によって駆動するようにしてもよい。この場合、４本の把持爪それぞれを独立して駆動することができ、例えば、対象の剛性が部分的に異なる場合は、接触する部分の剛性に対応して各把持爪を異なる速度で該部分に接触させることができる。また、例えば、１つの駆動源によって４本の把持爪を駆動するようにしてもよい。この場合、４本の把持爪の制御は、１つの駆動源を制御するのみですむ。
【００６８】
加えて、図３，４に示すように、上述の実施形態の場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えるハンド１０がピッキングする対象Ｔは１つであるが、本発明はこれに限らず、複数でも可能である。
【００６９】
例えば、図８に示すように、２つの対象Ｔ１，Ｔ２が箱体Ｂの底壁ＢＷ上に並んで配置されている場合でも、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって２つの対象Ｔ１，Ｔ２を同時にピッキングすることができる。
【００７０】
具体的には、対象Ｔ１，Ｔ２とが、少なくとも２点Ｐ１，Ｐ２で接触可能に箱体Ｂに収容されていることが前提である。これにより、対象Ｔ１を２本の把持爪１２ａ，１２ｃと対象Ｔ２との接触点Ｐ１，Ｐ２とにより、フォームクロージャの状態にすることができる。一方、同様に、対象Ｔ２も、２本の把持爪１２ｂ，１２ｄと対象Ｔ１との接触点Ｐ１，Ｐ２とにより、フォームクロージャの状態にすることができる。そして、その結果、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄにより、２つの対象Ｔ１，Ｔ２を同時にピッキングすることができる。
【００７１】
また、例えば、図９に示すように、２つの対象Ｔ３，Ｔ４が箱体Ｂ内に重ねて収容されている場合でも、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって２つの対象Ｔ３，Ｔ４を同時にピッキングすることができる。
【００７２】
具体的には、底壁ＢＷ側に位置する対象Ｔ４が、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによってフォームクロージャの状態で把持できることが前提である。すなわち、対象Ｔ４のフォームクロージャ状態での把持を、対象Ｔ４上の対象Ｔ３が妨害しないことが前提である。
【００７３】
図８，９に示すように、複数の対象を同時にピッキングできることにより、複数の対象を１つの目的の場所に短時間に移動させることができる。
【００７４】
例えば、第１の対象が第１の箱体内に収容され、第２の対象が第２の箱体内に収容されているとする。この場合、まず、ハンドによって第１の対象を第１の箱体からピッキングし、ピッキングした第１の対象を第２の対象が収容されている第２の箱体に投入する。これにより、図８，９に示すように、２つの対象が１つの箱体に収容された状態にする。そして、ハンドによって第２の箱体に収容されている第１および第２の対象を同時にピッキングする。
【００７５】
これは、ハンドによって第１の対象を第１の箱体から目的の場所に移動させた後、続いて該ハンドによって第２の対象を第２の箱体から該目的の場所に移動させる場合に比べて、当然ながらハンドの移動時間が短くなる。これにより、例えば、複数の部品を複数の場所から１つの場所に集めて製品を組み立てる組み立て時間を短縮することができる。
【００７６】
さらに加えて、ハンド１０の把持爪１２ａ〜１２ｄの少なくとも１つに、対象Ｔの４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間からの落下を確実に防止することができる突起部を備えてもよい。
【００７７】
例えば、図１０（Ａ）に示す把持爪１００は、球状の複数の突起部１０２を備えている。この突起部１０２が対象Ｔを部分的に下から支持することにより、対象Ｔの４本の把持爪１００の間からの落下をより確実に防止できる。ただし、突起部１０２が大きすぎると、対象Ｔの形状によっては、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に進入できない可能性がある。
【００７８】
この対処として、把持爪が箱体内に進入した後に箱体中央に向かって突起部が突出するようにしてもよい。すなわち、突起部を把持爪から箱体中央に向かって進退可能に構成してもよい。
【００７９】
例えば、進退可能な突起部として、図１０（Ｂ）に示す把持爪２００には、その先端に空気注入によって膨張するバルーン２０２が設けられている。このバルーン２０２は、把持爪２００の箱体への進入が完了すると膨張するように構成されている。
【００８０】
また別例として、図１０（Ｃ）に示す把持爪３００は、その先端３０２が一方向に曲がるように構成されている。この先端３０２は、把持爪３００の箱体への進入が完了すると、箱体の中央に向かって曲がるように構成されている。
【００８１】
なお、把持爪に形成される突起部の形状は、図１０に示すもの以外にも複数考えられるが、把持爪が箱体のコーナーに配置されたときに、少なくとも部分的に箱体中央に向かって突起する、すなわち対象に向かって突起する形状が好ましい。突起部が、箱体の側壁に向かっても突起する形状の場合、その突起部分が、コーナーへの把持爪の進入時に箱体と干渉する可能性がある。
【００８２】
最後に、補足および確認すると、本発明は、複数の把持爪を備えるハンドによってピッキングされる、箱体に収容される対象は、収容されているときに箱体の複数のコーナーを占拠しない形状であることが多いということに基づくものである（箱体内にほぼ隙間なく収容されている物体の場合、把持以外の方法で箱体外に取り出される）。
【符号の説明】
【００８３】
Ｂ 箱体
Ｃ１〜Ｃ４ コーナー
Ｔ 対象
１２ａ〜１２ｄ 把持爪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の把持爪を備えるハンドによって対象をピッキングするピッキング方法およびハンド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば製造現場では、複数の把持爪を備えるハンドによる対象（ターゲット、例えば部品）のピッキング（対象を把持して移動させること）が実行されている。
【０００３】
このようなハンドとして、例えば、特許文献１に記載するハンドがある。このハンドは、クランクシャフトを支持する貫通孔を備える同一形状のコンロッドを同時に複数個ピッキングできるように構成されている。具体的には、ハンドは、複数のコンロッドの貫通孔に挿通される支持バーと、最前（支持バー先端側）に位置するコンロッドを把持する２本の把持爪とを有する。最前に位置するコンロッドが把持爪によって把持されることにより、他のコンロッドの支持バーからの抜け落ちが防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平２−２２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、実際には、特許文献１に記載のハンドがコンロッドのみをピッキングするように１種類の対象のみをピッキングするハンドだけではなく、形状が異なる複数種類の対象を把持可能な汎用性が高いハンドが使用されている。このような汎用性の高いハンドは、３本の把持爪を備えている。３本の把持爪が、好ましい姿勢（把持後に３本の把持爪の間から抜け落ちない姿勢）で待機している対象を把持することにより、対象が確実にピッキングされる。
【０００６】
しかしながら、３本の把持爪を備えるハンドであっても、対象の確実なピッキングが困難なことがある。
【０００７】
保護のために対象が箱体内に収容されている場合、対象が好ましい姿勢で待機していても、対象の形状によっては該対象が部分的に箱体の内面に接近しすぎてハンドの把持爪が箱体に干渉することがある。
【０００８】
この対処として、箱体を十分に大きくすることが考えられる。しかし、この場合、箱体内の対象が自由状態になり、箱体による対象の保護が十分に図れない。また、対象が自由状態であるため、該対象が好ましい姿勢で待機しているとは限らない。
【０００９】
そこで、本発明は、箱体に収容されている対象がどのような形状や姿勢であっても、ハンドによって該対象を確実に箱体の外にピッキングすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてハンドによりピッキングするピッキング方法であって、
ハンドが備える略同一方向に延びる４本の把持爪それぞれを、開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の工程と、
前記第１の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のピッキング方法において、
前記第１の工程は、
ハンドの４本の把持爪の先端のみを箱体内に進入させる第３の工程と、
前記第３の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれの距離を互いに拡大し続けることにより、まず各把持爪の先端をコーナー間の壁面に接触させ、続いて各把持爪の先端をコーナー間の壁面に沿って移動させて各コーナーに配置する第４の工程と、
前記第４の工程後に、ハンド全体を箱体に向かって移動させる第５の工程とからなることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載のピッキング方法において、
ハンドは、４本の把持爪を、一体的に、前記平面方向に自由に移動可能に且つ前記同一方向に延びる回転中心線を中心として自由に回転可能に支持するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
加えて、請求項４に記載の発明は、
請求項１から３のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
ハンドの少なくとも１つの把持爪は、突起部を備えることを特徴とする。
【００１４】
加えてまた、請求項５に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記同一方向に重ねて収容されており、
前記第２の工程で、前記同一方向に重ねた状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とする。
【００１５】
さらに加えて、請求項６に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記平面方向に並んで収容されており、
前記第２の工程で、前記平面方向に並んだ状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とする。
【００１６】
さらに加えて、請求項７に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象の上に配置する第６の工程と、
前記第６の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第７の工程と、
前記第７の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第８の工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
さらに加えて、請求項８に記載の発明は、
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象に前記平面方向に並んで配置する第９の工程と、
前記第９の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第１０の工程と、
前記第１０の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第１１の工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに加えて、請求項９に記載の発明は、
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてピッキングするハンド装置であって、
略同一方向に延びる４本の把持爪と、
前記同一方向および該同一方向と略直交する平面方向に４本の把持爪それぞれを相対的に移動させる爪移動手段と、
前記爪移動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記爪移動手段を制御することにより、４本の把持爪それぞれを開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の動作と、
前記第１の動作の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の動作とを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、略同一方向に延びて該同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動する４本の把持爪は、それぞれが箱体の４つのコーナーそれぞれに配置された後、互いに接近するように移動して対象に接触する。これにより、ハンドの４本の把持爪は、箱体に干渉することなく、対象を確実に把持することができる。
【００２０】
また、箱体内の対象は、どのような姿勢であっても、４本の把持爪によってフォームクロージャの状態で把持される。すなわち、対象は、４本の把持爪によって、概ね箱体の４つのコーナーそれぞれから該対象に向かう方向に把持されることにより、前記平面方向への移動が不可能にされつつ把持される。これにより、対象は、４本の把持爪によって確実に把持される。
【００２１】
その結果、対象は、４本の把持爪を備えるハンドによって確実に箱体の外にピッキングされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るハンドの構成を概略的に示した図である。
【図２】図１に示すハンドの駆動機構を概略的に示す図である。
【図３】本発明のピッキング方法に係る箱体とピッキングの対象とを示す図である。
【図４】本発明に係るピッキング方法を説明するための図である。
【図５】図１に示すハンドの改良形態の構成を概略的に示した図である。
【図６】４本の把持爪の４つのコーナーへの位置合わせ方法を説明するための図である。
【図７】別の４本の把持爪の４つのコーナーへの位置合わせ方法を説明するための図である。
【図８】複数の対象を同時にピッキングする方法を説明するための図である。
【図９】複数の対象を同時にピッキングする別の方法を説明するための図である。
【図１０】別の実施形態のハンドの把持爪を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るハンドを概略的に示している。図１に符号１０に示すハンドは、例えば、該ハンドを任意の位置に移動させ、且つ任意の姿勢にすることができるロボット（図示せず）の先端に設けられている（構成要素の１つとしてロボットに含まれている）。
【００２４】
ハンド１０は、対象を把持する４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えている。把持爪１２ａ〜１２ｄは、棒状であって略同一方向（図中Ｚ軸方向）に延びている。また、把持爪１２ａ〜１２ｄは、その外周が、すべり止めのために（ピッキングの対象との間に大きな摩擦力を発生させるために）、例えばゴム材料で覆われる、またはローレット加工されている。なお、把持爪１２ａ〜１２ｄは、棒状であればどのような形状であってもよいが、後述するように箱体と対象との間の隙間に進入するので、細く剛性があるものが好ましい。
【００２５】
さらに、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、Ｚ軸方向と略直交する平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に相対的に移動可能に構成されている。
【００２６】
具体的には、把持爪１２ａと１２ｂは、それぞれの一端がＹ軸方向に移動可能に可動支持部１４ａによって支持されている。また、把持爪１２ｃと１２ｄは、それぞれの一端がＹ軸方向に移動可能に可動支持部１４ｂによって支持されている。
【００２７】
２つの可動支持部１４ａ，１４ｂは、それぞれの一端がＸ軸方向に移動可能にベース部１６によって支持されている。
【００２８】
把持爪１２ａ〜１２ｄがＹ軸方向に移動可能に、また可動支持部１４ａ，１４ｂがＸ軸方向に移動可能に構成されていることにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、これらの間に存在する対象をＸ−Ｙ平面方向に把持することができる。
【００２９】
図２は、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄと２つの可動支持部１４ａ，１４ｂとを駆動する機構の一例を概略的に示している。
【００３０】
把持爪１２ａ，１２ｂは、その一端が、可動支持部１４ａ内のＹ軸方向に延びるボールねじ２０ａと螺合しているナット２２ａ，２２ｂに固定されている。ボールねじ２０ａの一端は、サーボモータ２４ａと駆動連結されている。このボールねじ２０ａがサーボモータ２４ａによって回転されることにより、把持爪１２ａと１２ｂとの間の距離が変更される。
【００３１】
同様に、把持爪１２ｃ，１２ｄは、その一端が、可動支持部１４ｂ内のＹ軸方向に延びるボールねじ２０ｂと螺合しているナット２２ｃ，２２ｄに固定されている。ボールねじ２０ｂの一端は、サーボモータ２４ｂと駆動連結されている。このボールねじ２０ｂがサーボモータ２４ｂによって回転されることにより、把持爪１２ｃと１２ｄとの間の距離が変更される。
【００３２】
可動支持部１４ａ，１４ｂは、その一端が、ベース部１６内のＸ軸方向に延びるボールねじ２０ｃと螺合しているナット２２ｅ，２２ｆに固定されている。ボールねじ２０ｃの一端は、サーボモータ２４ｃに駆動連結されている。このボールねじ２０ｃがサーボモータ２４ｃによって回転されることにより、可動支持部１４ａと１４ｂとの間の距離が変更される。
【００３３】
３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄをＸ−Ｙ平面方向に移動させるとともに、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの把持力を調整することができる。また、３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃの回転角に基づいて、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの位置関係を検出することができる（すなわち、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの位置を制御することができる）。
【００３４】
なお、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄをＹ軸方向に移動させる手段および２つの可動支持部１４ａ，１４ｂをＸ軸方向に移動させる手段は、ボールねじ２０ａ〜２０ｃやサーボモータ２４ａ〜２４ｃ以外であってもよい。ただし、ボールねじ２０ａ〜２０ｃやサーボモータ２４ａ〜２４ｃのように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間に存在する対象に対する把持力を制御でき、且つ把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの位置を制御できる手段が好ましい。
【００３５】
ここからは、上述のハンド１０を用いた、箱体内に収容された対象をピッキングする方法について説明する。
【００３６】
図３は、箱体Ｂ内に収容された状態のピッキングの対象（ターゲット）Ｔを示している。
【００３７】
なお、本明細書で言う「箱体」とは、対象Ｔが載置される四角形状の底壁ＢＷと、底壁ＢＷの各辺から垂直に立設して対象Ｔを囲み、且つ４つの隅（コーナー）Ｃ１〜Ｃ４を形成する４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４からなり、且つハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが進入する開口を備えるものである。
【００３８】
また、本明細書で言う「対象」とは、箱体Ｂ内に収容可能であって、収容時に４つのコーナーＣ１〜Ｃ４を占拠しない形状である。したがって、箱体Ｂ内に隙間なく入る形状の物体は、本明細書で言う「対象」に該当しない。
【００３９】
図１に示すハンド１０が箱体Ｂ内の対象Ｔをピッキングするとき、図４（Ａ）に示すように、まず、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に配置させる（位置合わせする）。このとき、把持爪１２ａ〜１２ｄを、側壁ＳＷ１〜ＳＷ４とほぼ平行にする。
【００４０】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせは、例えば、カメラが検出した箱体Ｂの位置および姿勢に基づいて、ハンド１０が取り付けられているロボットと、図２に示す３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃとを制御することにより実行される（ロボットとサーボモータ２４ａ〜２４ｃとが、特許請求の範囲に記載の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの爪移動手段の役割をしている）。
【００４１】
また、例えば、箱体Ｂの形状、位置、および姿勢が常に一定であるのであれば、すなわちコーナーＣ１〜Ｃ４の位置（座標）が決まっているのであれば、ロボットと３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃとをプログラムによって制御し、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に位置合わせしてもよい。
【００４２】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせが完了すると、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御し、把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを互いに接近するようにＸ−Ｙ平面方向に移動させる。そして、図４（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを対象Ｔに接触させる。これにより、対象Ｔが４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって把持される。
【００４３】
対象Ｔの形状と材質、および箱体Ｂ内での対象Ｔの姿勢が既知である場合、すなわち４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が既知である場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、対象Ｔに接触する直前の位置まで移動させる。その後、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを一定のトルクに制御しながら、対象Ｔに接触するまで移動させる。４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの対象Ｔへの接触は、サーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクが変化することによりわかる。
【００４４】
一方、対象Ｔが未知である場合、すなわち４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が未知である場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを一定のトルクに制御しながら、対象Ｔに接触するまで移動させる。
【００４５】
なお、４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから対象Ｔまでの距離が既知であって、且つ
高速で４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが対象Ｔに衝突しても問題がない場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、サーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御することにより、対象Ｔと確実に接触する位置まで移動させてもよい（トルクの変化に基づいて、把持爪１２ａ〜１２ｄと対象Ｔとの接触の確認を実行しない）。
【００４６】
図４（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄ全てが接触すると、対象Ｔは、フォームクロージャ（ｆｏｒｍ ｃｌｏｓｕｒｅ）の状態にされる。
【００４７】
ここで言う「フォームクロージャ」は、平面上に載置されている物体が、平面との接触点を除く４つの接触点で他の物体と接触され、それによりあらゆる運動が制限されて移動や姿勢変更がまったくできない様子を言う。
【００４８】
具体的に言うと、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれによって、概ね箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから該対象Ｔに向かう方向に把持されることにより、図１に示すＸ−Ｙ平面方向（４本の把持爪の移動方向）への移動が不可能にされる。これにより、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって確実に把持される。
【００４９】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによるフォームクロージャ状態での対象Ｔの把持が完了すると、ハンド１０が箱体Ｂから離れる。これにより、対象Ｔがハンド１０により箱体Ｂの外にピッキングされる。
【００５０】
本実施形態によれば、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、それぞれが箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれに配置（位置合わせ）された後、互いに接近するように移動して対象Ｔに接触する。これにより、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄは、箱体Ｂに干渉することなく、対象Ｔを確実に把持することができる。
【００５１】
また、箱体Ｂ内の対象Ｔは、どのような姿勢であっても、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによってフォームクロージャの状態で把持される。すなわち、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって、概ね箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４それぞれから該対象Ｔに向かう方向に把持されることにより、Ｘ−Ｙ平面方向への移動が不可能にされつつ把持される。これにより、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって確実に把持される。
【００５２】
その結果、対象Ｔは、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えるハンド１０により、確実に箱体Ｂの外にピッキングされる。
【００５３】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００５４】
例えば、図１に示すハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、一体的に、把持爪１２ａ〜１２ｄが延びる方向（略Ｚ軸方向）と略直交する平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に自由に移動可能に、且つＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能にしてもよい。
【００５５】
この場合、例えば、図５に示すように、ハンド１０は、ベース部１６をＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能に支持する回転機構５０と、回転機構５０をＹ軸方向に自由に往復動可能に支持するリニアガイド５２と、リニアガイド５２をＸ軸方向に自由に往復動可能に支持するリニアガイド５４とを有する。
【００５６】
これによる利点は、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に位置合わせすることが容易になることである。
【００５７】
具体的に、図６を参照しながら説明する。
【００５８】
まず、図６（Ａ）に示すように、ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを箱体Ｂの概ね中央に位置合わせする。このとき、把持爪１２ａ〜１２ｄ全体を箱体Ｂ内に進入させるのではなく、先端のみを進入させる。すなわち、先端を、箱体Ｂ内に収容されている対象Ｔの上方に位置合わせする。なお、問題がない場合、把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の位置合わせは、箱体Ｂの概ね中央でなくてもよい。
【００５９】
ハンド１０の４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の箱体Ｂの概ね中央位置への位置合わせが完了すると、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれを他の把持爪から離れるように移動させる（例えば、把持爪間の距離が拡大するように、図２に示す３つのサーボモータ２４ａ〜２４ｃを制御する）。そして、図６（Ｂ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端を箱体Ｂの４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に接触させる。
【００６０】
４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端が箱体Ｂの４つの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に接触した後も、さらに続けて把持爪間の距離を拡大させると、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの先端が、接触している側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に沿ってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かって移動する。例えば、図６（Ｂ）に示すように、把持爪１２ａの先端が、側壁ＳＷ１に沿ってコーナーＣ１に向かって移動する。すなわち、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄそれぞれの先端が、側壁ＳＷ１〜ＳＷ４によってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かってガイドされる。そして、最終的には、図６（Ｃ）に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端は、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に配置される。配置が完了すると、保持爪間の距離の拡大を終了して位置合わせを完了する。
【００６１】
なお、４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への把持爪１２ａ〜１２ｄの先端の配置（位置合わせ）の完了は、例えば、図２に示すサーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクの変化からわかる（把持爪の先端がコーナーに入ると、先端はコーナーから移動できなくなり、サーボモータ２４ａ〜２４ｃのトルクが上がる）。
【００６２】
このことを可能にするのは、図５に示すように、ハンド１０が、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを、一体的に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に自由に移動可能に、且つＺ軸方向に延びる回転中心線ＣＬを中心として自由に回転可能に支持しているからである。すなわち、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）と順に示すように、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄが把持爪間の距離が拡大するように移動することにより、ハンド１０全体の姿勢が変化できるからである。
【００６３】
これにより、例えばカメラで箱体Ｂの姿勢を確認し、その後、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に合わせて４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間の距離を制御する必要がない。すなわち、簡単に、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせを実行することができる。
【００６４】
なお、図５に示す、回転機構５０、リニアガイド５２、およびリニアガイド５４は、図６（Ａ）〜６（Ｃ）に示すような４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４への位置合わせ中に、箱体Ｂが動かない、または動かしてはならないことを前提にしている。図７（Ａ）〜７（Ｃ）に示すように、ハンド１０の姿勢が変わらず位置合わせ中に箱体Ｂが移動してもよいのであれば、図５に示す、回転機構５０、リニアガイド５２、およびリニアガイド５４は必要ない。
【００６５】
また、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端が箱体Ｂの側壁ＳＷ１〜ＳＷ４に沿ってコーナーＣ１〜Ｃ４に向かって移動しやすくするために、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの先端を、Ｚ軸方向に延びる回転中心線を中心として回転するローラで構成してもよい。
【００６６】
加えて、図２に示すように、上述の実施形態の場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを３つの駆動源（サーボモータ２４ａ〜２４ｃ）によって駆動しているが、本発明はこれに限らない。
【００６７】
例えば、各把持爪を１つの駆動源によって駆動するようにしてもよい。この場合、４本の把持爪それぞれを独立して駆動することができ、例えば、対象の剛性が部分的に異なる場合は、接触する部分の剛性に対応して各把持爪を異なる速度で該部分に接触させることができる。また、例えば、１つの駆動源によって４本の把持爪を駆動するようにしてもよい。この場合、４本の把持爪の制御は、１つの駆動源を制御するのみですむ。
【００６８】
加えて、図３，４に示すように、上述の実施形態の場合、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄを備えるハンド１０がピッキングする対象Ｔは１つであるが、本発明はこれに限らず、複数でも可能である。
【００６９】
例えば、図８に示すように、２つの対象Ｔ１，Ｔ２が箱体Ｂの底壁ＢＷ上に並んで配置されている場合でも、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって２つの対象Ｔ１，Ｔ２を同時にピッキングすることができる。
【００７０】
具体的には、対象Ｔ１，Ｔ２とが、少なくとも２点Ｐ１，Ｐ２で接触可能に箱体Ｂに収容されていることが前提である。これにより、対象Ｔ１を２本の把持爪１２ａ，１２ｃと対象Ｔ２との接触点Ｐ１，Ｐ２とにより、フォームクロージャの状態にすることができる。一方、同様に、対象Ｔ２も、２本の把持爪１２ｂ，１２ｄと対象Ｔ１との接触点Ｐ１，Ｐ２とにより、フォームクロージャの状態にすることができる。そして、その結果、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄにより、２つの対象Ｔ１，Ｔ２を同時にピッキングすることができる。
【００７１】
また、例えば、図９に示すように、２つの対象Ｔ３，Ｔ４が箱体Ｂ内に重ねて収容されている場合でも、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによって２つの対象Ｔ３，Ｔ４を同時にピッキングすることができる。
【００７２】
具体的には、底壁ＢＷ側に位置する対象Ｔ４が、４本の把持爪１２ａ〜１２ｄによってフォームクロージャの状態で把持できることが前提である。すなわち、対象Ｔ４のフォームクロージャ状態での把持を、対象Ｔ４上の対象Ｔ３が妨害しないことが前提である。
【００７３】
図８，９に示すように、複数の対象を同時にピッキングできることにより、複数の対象を１つの目的の場所に短時間に移動させることができる。
【００７４】
例えば、第１の対象が第１の箱体内に収容され、第２の対象が第２の箱体内に収容されているとする。この場合、まず、ハンドによって第１の対象を第１の箱体からピッキングし、ピッキングした第１の対象を第２の対象が収容されている第２の箱体に投入する。これにより、図８，９に示すように、２つの対象が１つの箱体に収容された状態にする。そして、ハンドによって第２の箱体に収容されている第１および第２の対象を同時にピッキングする。
【００７５】
これは、ハンドによって第１の対象を第１の箱体から目的の場所に移動させた後、続いて該ハンドによって第２の対象を第２の箱体から該目的の場所に移動させる場合に比べて、当然ながらハンドの移動時間が短くなる。これにより、例えば、複数の部品を複数の場所から１つの場所に集めて製品を組み立てる組み立て時間を短縮することができる。
【００７６】
さらに加えて、ハンド１０の把持爪１２ａ〜１２ｄの少なくとも１つに、対象Ｔの４本の把持爪１２ａ〜１２ｄの間からの落下を確実に防止することができる突起部を備えてもよい。
【００７７】
例えば、図１０（Ａ）に示す把持爪１００は、球状の複数の突起部１０２を備えている。この突起部１０２が対象Ｔを部分的に下から支持することにより、対象Ｔの４本の把持爪１００の間からの落下をより確実に防止できる。ただし、突起部１０２が大きすぎると、対象Ｔの形状によっては、箱体Ｂの４つのコーナーＣ１〜Ｃ４に進入できない可能性がある。
【００７８】
この対処として、把持爪が箱体内に進入した後に箱体中央に向かって突起部が突出するようにしてもよい。すなわち、突起部を把持爪から箱体中央に向かって進退可能に構成してもよい。
【００７９】
例えば、進退可能な突起部として、図１０（Ｂ）に示す把持爪２００には、その先端に空気注入によって膨張するバルーン２０２が設けられている。このバルーン２０２は、把持爪２００の箱体への進入が完了すると膨張するように構成されている。
【００８０】
また別例として、図１０（Ｃ）に示す把持爪３００は、その先端３０２が一方向に曲がるように構成されている。この先端３０２は、把持爪３００の箱体への進入が完了すると、箱体の中央に向かって曲がるように構成されている。
【００８１】
なお、把持爪に形成される突起部の形状は、図１０に示すもの以外にも複数考えられるが、把持爪が箱体のコーナーに配置されたときに、少なくとも部分的に箱体中央に向かって突起する、すなわち対象に向かって突起する形状が好ましい。突起部が、箱体の側壁に向かっても突起する形状の場合、その突起部分が、コーナーへの把持爪の進入時に箱体と干渉する可能性がある。
【００８２】
最後に、補足および確認すると、本発明は、複数の把持爪を備えるハンドによってピッキングされる、箱体に収容される対象は、収容されているときに箱体の複数のコーナーを占拠しない形状であることが多いということに基づくものである（箱体内にほぼ隙間なく収容されている物体の場合、把持以外の方法で箱体外に取り出される）。
【符号の説明】
【００８３】
Ｂ 箱体
Ｃ１〜Ｃ４ コーナー
Ｔ 対象
１２ａ〜１２ｄ 把持爪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてハンドによりピッキングするピッキング方法であって、
ハンドが備える略同一方向に延びる４本の把持爪それぞれを、開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の工程と、
前記第１の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のピッキング方法において、
前記第１の工程は、
ハンドの４本の把持爪の先端のみを箱体内に進入させる第３の工程と、
前記第３の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれの距離を互いに拡大し続けることにより、まず各把持爪の先端をコーナー間の壁面に接触させ、続いて各把持爪の先端をコーナー間の壁面に沿って移動させて各コーナーに配置する第４の工程と、
前記第４の工程後に、ハンド全体を箱体に向かって移動させる第５の工程とからなることを特徴とするピッキング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のピッキング方法において、
ハンドは、４本の把持爪を、一体的に、前記平面方向に自由に移動可能に且つ前記同一方向に延びる回転中心線を中心として自由に回転可能に支持するように構成されていることを特徴とするピッキング方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
ハンドの少なくとも１つの把持爪は、突起部を備えることを特徴とするピッキング方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記同一方向に重ねて収容されており、
前記第２の工程で、前記同一方向に重ねた状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とするピッキング方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記平面方向に並んで収容されており、
前記第２の工程で、前記平面方向に並んだ状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とするピッキング方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象の上に配置する第６の工程と、
前記第６の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第７の工程と、
前記第７の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第８の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象に前記平面方向に並んで配置する第９の工程と、
前記第９の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第１０の工程と、
前記第１０の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第１１の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項９】
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてピッキングするハンド装置であって、
略同一方向に延びる４本の把持爪と、
前記同一方向および該同一方向と略直交する平面方向に４本の把持爪それぞれを相対的に移動させる爪移動手段と、
前記爪移動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記爪移動手段を制御することにより、４本の把持爪それぞれを開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の動作と、
前記第１の動作の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の動作とを実行することを特徴とするハンド装置。
【請求項１】
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてハンドによりピッキングするピッキング方法であって、
ハンドが備える略同一方向に延びる４本の把持爪それぞれを、開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の工程と、
前記第１の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記同一方向と略直交する平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のピッキング方法において、
前記第１の工程は、
ハンドの４本の把持爪の先端のみを箱体内に進入させる第３の工程と、
前記第３の工程後に、ハンドの４本の把持爪それぞれの距離を互いに拡大し続けることにより、まず各把持爪の先端をコーナー間の壁面に接触させ、続いて各把持爪の先端をコーナー間の壁面に沿って移動させて各コーナーに配置する第４の工程と、
前記第４の工程後に、ハンド全体を箱体に向かって移動させる第５の工程とからなることを特徴とするピッキング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のピッキング方法において、
ハンドは、４本の把持爪を、一体的に、前記平面方向に自由に移動可能に且つ前記同一方向に延びる回転中心線を中心として自由に回転可能に支持するように構成されていることを特徴とするピッキング方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
ハンドの少なくとも１つの把持爪は、突起部を備えることを特徴とするピッキング方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記同一方向に重ねて収容されており、
前記第２の工程で、前記同一方向に重ねた状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とするピッキング方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
箱体内に複数の対象が前記平面方向に並んで収容されており、
前記第２の工程で、前記平面方向に並んだ状態の複数の対象が４本の把持爪によって同時に把持されることを特徴とするピッキング方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象の上に配置する第６の工程と、
前記第６の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第７の工程と、
前記第７の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第８の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか１項に記載のピッキング方法において、
前記第２の工程で把持した対象を別の箱体に収容されている対象に前記平面方向に並んで配置する第９の工程と、
前記第９の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを、各コーナーに配置させる第１０の工程と、
前記第１０の工程の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて複数の対象に接触させることにより、４本の把持爪によって複数の対象を同時に把持する第１１の工程とを含むことを特徴とするピッキング方法。
【請求項９】
４つのコーナーを有する箱体に配置されている対象を、箱体の開口を通じてピッキングするハンド装置であって、
略同一方向に延びる４本の把持爪と、
前記同一方向および該同一方向と略直交する平面方向に４本の把持爪それぞれを相対的に移動させる爪移動手段と、
前記爪移動手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記爪移動手段を制御することにより、４本の把持爪それぞれを開口を通じて箱体内に進入させて各コーナーに配置させる第１の動作と、
前記第１の動作の後に、ハンドの４本の把持爪それぞれを互いに接近するように前記平面方向に相対的に移動させて対象に接触させることにより、４本の把持爪によって対象を把持する第２の動作とを実行することを特徴とするハンド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−７３１００（Ｐ２０１１−７３１００Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２７８０９（Ｐ２００９−２２７８０９）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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