寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボット
【目的】寸法測定装置および荷搬送ロボットの提供。
【解決手段】荷搬送ロボットの本体１６には、エリアセンサ２６と左右一対のアーム１７を設け、アーム１７の先端付近には対向する内側に向けて突設された手先部３０が傾動可能に設けられる。手先部３０を荷の基端面Ｗ１の左右端面に当接可能な位置でアーム１７を伸縮させることで、荷Ｗの側面に当接し傾動した状態の手先部３０は荷の遠端面Ｗ２において傾動状態から復帰し、そのときのアーム１７の伸長量から遠端面Ｗ２の位置を算出する。荷Ｗの奥行寸法は、エリアセンサ２６により測定した本体１６からの基端面Ｗ１の位置と、手先部３０が傾動復帰したときの遠端面Ｗ２の位置から演算する。
【解決手段】荷搬送ロボットの本体１６には、エリアセンサ２６と左右一対のアーム１７を設け、アーム１７の先端付近には対向する内側に向けて突設された手先部３０が傾動可能に設けられる。手先部３０を荷の基端面Ｗ１の左右端面に当接可能な位置でアーム１７を伸縮させることで、荷Ｗの側面に当接し傾動した状態の手先部３０は荷の遠端面Ｗ２において傾動状態から復帰し、そのときのアーム１７の伸長量から遠端面Ｗ２の位置を算出する。荷Ｗの奥行寸法は、エリアセンサ２６により測定した本体１６からの基端面Ｗ１の位置と、手先部３０が傾動復帰したときの遠端面Ｗ２の位置から演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
荷の搬送においては搬送対象となる荷の寸法や重量、また搬送用途に合わせて搬送機器や搬送形態が選定されている。荷が大きく重量物である場合にはフォークリフトやハンドリフトが使用されおり、一方、所定の倉庫内において荷を棚に保管する場合などは自動倉庫が用いられている。搬送対象の荷の大きさや重量が画一である場合は、予め登録されたデータを使用し荷役搬送を行うことができるが、多種の荷を扱う場合には、無人フォークリフトや自動倉庫のスタッカクレーンでは、センサを用いて荷の寸法を測定し、測定した寸法に合わせて荷役搬送作業が行われている。
【０００３】
荷の寸法測定には、センサや画像処理技術が用いられており、搬送機器が荷の正面に位置した後、荷の高さや幅を検出している。また、荷に荷の寸法情報を登録したマーカー等を貼り付けて、搬送機器にてマーカーを読み取ることも行われている。
なお、特許文献１には自動倉庫において荷の奥行寸法や位置を検知するための装置が開示されている。棚内の荷に対し、進退動自在な移動フレームの両端寄り部位に荷物を検知するためのセンサを設け移動フレームと一緒に移動させることにより、荷の奥行寸法を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、センサや画像処理により荷の正面から荷の高さや幅を検出する場合には、荷の奥行方向の寸法測定ができなかった。荷の寸法情報を登録したマーカー等を用いる場合には、事前に各荷の寸法情報の登録が必要であり、またマーカーや読み取り器などにコストがかかるという問題もある。また、特許文献１の奥行寸法検知では、センサに光電式センサを用いており、部品コストがかかるという問題がある。さらに、投光部および受光部による検出であり、半透明樹脂を使用した箱などは光電式センサでは検出されないこともあった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、簡単な構造で確実に荷の寸法を測定することができる寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、荷の寸法を測定する寸法測定装置において、 伸縮可能なアームと、アームを支持する本体と、荷の本体から最も近い端面である基端面の位置を測定する基端面検出手段と、アームより突出して荷の側面もしくは上面に当接可能な当接部と、アームを伸縮させる駆動手段と、当接部が荷に当接していることを検出する当接検出手段と、アームの伸長量を検出する伸長量検出手段と、当接部を荷の側面もしくは上面に当接させつつ当接部が荷の基端面とは反対側の遠端面に至るようにアームを伸長させ、当接部が遠端面に至り接触検出手段により荷に当接しなくなった状態を検出した時点において、伸長量検出手段で検出されたアームの伸長量を算出し、基端面検出手段により検出された荷の基端面の位置と算出されたアームの伸長量とから荷の奥行寸法を算出する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、当接部を荷に当接させつつ遠端面に至るまでアームを伸長させて当接しなくなることを検出し荷の奥行寸法を算出するので、荷の寸法を確実に演算できる。
【０００９】
また、本発明の当接部は、アームより側方または下方に突出し弾性部材により弾性復帰
するよう変位可能に設けられ、当接検出手段は、当接部が荷の遠端面にて変位状態から弾性復帰した状態を前記荷に当接しなくなった状態として検出しても良い。これにより、当接部は弾性部材による変位自在に設けた簡単な構成で達成できる。
【００１０】
また、当接部はアームの伸長方向に垂直な方向に対して傾倒可能であり、当接検出手段は、当接アームに対し傾倒することで当接部が荷に当接している状態を検出しても良い。また、基端面検出手段は、駆動手段によりアームとともに伸長させて当接部を荷の基端面に当接させることで基端面の位置を測定しても良い。
【００１１】
また本発明の本体は荷搬送ロボットの本体であり、アームは荷を支持する機能を有し、荷搬送ロボットの本体に互いに間隔を空けて一対に前記アームを並設した寸法測定装置を荷搬送ロボットに適用しても良い。これにより、左右一対のアームで荷の寸法を検出することができ算出精度をより向上させることができる。
【００１２】
また、当接部は、荷の奥行寸法の算出後は、アームの縮短によって荷の遠端面に当接しつつ荷を搬送ロボット本体側に引寄せても良い。また、基端面検出手段は、更に基端面の幅を測定可能であり、一対のアームは基端面検出手段によって測定された基端面の幅に基づいて一対のアームが近接又は離間するように移動しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構造で確実に荷の寸法を測定することができる寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷搬送ロボットの概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアームの概要を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る手先部の概要を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る作用の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る作用の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る手先部の概要を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る作用の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る作用の説明図である。
【図９】本発明の変更例に係る手先部の概要を示す平面図である。
【図１０】本発明の変更例に係る手先部の概要を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る寸法測定装置および荷搬送ロボットを図１に基づいて説明する。
荷搬送ロボットは、車体１０の下面に設けられた複数の車輪１１により走行可能となっており、車体１０の後部の中には図示しない走行モータやコントローラ１２が備えられている。コントローラ１２は、車両の走行を制御するため走行モータを駆動するとともに荷搬送ロボット全体の制御を行うものであり、後で説明する寸法測定の演算手段としても用いられる。車体１０の前方には、荷役を行うための荷役部１５が設けられ、荷役部１５の下端が車体１０に対して軸支され前後に傾動可能となっている。荷役部１５は、車体１０の前部から上方へ延設された本体１６（荷搬送ロボットの本体）と本体１６から前方へ突設されたアーム１７からなる。
【００１６】
本体１６の後面にはレール１６Ａが設けられており、レール１６Ａに沿って本体１６およびアーム１７が昇降可能となっている。レール１６Ａの後面には、車体１０の後部上方から斜め前方に延びた油圧シリンダ１８のシリンダロッドが接続されており、油圧シリンダ１８の伸縮にともないレール１６Ａおよび本体１６が傾動する。なお、油圧シリンダ１８は車体１０内に設けられた図示しない油圧ポンプにより駆動されるものである。また、本体１６はレール１６Ａに沿って昇降可能に設けられているが、レール１６Ａと本体１６とに接続された図示しない昇降油圧シリンダが設けられており、油圧ポンプから油を供給されて本体１６を昇降する構成となっている。
【００１７】
本体１６の前面下方には、前方に水平に突出する台座部２５が設けられており、アーム１７により荷を抱えるとともに台座部２５にて荷を支持することができる。台座部２５は本体１６の前面を下方から上方に中央付近まで油圧駆動により昇降可能となっている。なお、台座部２５の上面は水平面となっており、例えば１０ｃｍ×２０ｃｍの矩形となっている。台座部２５は前方に向かい次第に厚さを薄く形成しているが、搬送する荷を支持する強度が有れば良く、この形状に限定されるものではない。
【００１８】
本体１６の前面上端には、基端面検出手段としてエリアセンサ２６が設けられており、本体１６の前方を下方から水平方向までを、さらに左右方向に所定範囲内をレーザーにより検査することができる。エリアセンサ２６により車体１０の前方に位置する荷までの距離や荷の横幅などを検出できる。本実施形態では、本体１６の前端上面の中央に１つのエリアセンサ２６を設けている。
【００１９】
本体１６は全体として略Ｔ字形状であり、左右に延出した肩部分の直下に、一対のアーム１７が左右に互いに間隔をあけて並設されており、夫々のアーム１７は、本体１６から左右に延出された接続部１６Ｂにより支持されている。接続部１６Ｂは内部の油圧シリンダ１９（図２参照）により左右方向に伸縮可能であり、左右一対のアーム１７の間隔を所定の範囲内で調整することができる。左右一対のアーム１７は、接続部１６Ｂに固設された固定部１７Ａと固定部１７Ａに伸縮可能に設けられた可動部１７Ｂからなる。なお、一対のアーム１７は夫々同じ構造のアームが並列に配置されているものである。
【００２０】
固定部１７Ａは矩形断面を有する形状であり、固定部１７Ａより一回り小さい矩形断面を有した可動部１７Ｂが伸縮可能に嵌め込まれている。図２に示すように、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの内部には油圧シリンダ２０（駆動手段）が収められており伸縮駆動される。なお、コントローラ１２により油圧回路が駆動されアーム１７の伸縮量が制御されている。また、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの内部には可動部１７Ｂの伸縮量（伸長量）を計測するためポテンショメータ２１（伸長量計測手段）も備えられており、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの長さと伸縮量からアーム１７の長さはコントローラ１２により制御されている。
【００２１】
図２、図３に示すように可動部１７Ｂの先端付近には、一対のアーム１７が対向する内側（側方）の面に軸支持部材１７Ｃが設けられており、両可動部１７Ｂの内側に上下に所定の隙間を空けて複数配置されている。さらに軸支持部材１７Ｃには夫々上下方向に同軸に貫通する孔が形成されており、孔にはピン３１が挿入されて当接部としての手先部３０が傾動可能に保持されている。また、ピン３１には上下の軸支持部材１７Ｃの間に弾性部材としてねじりコイルバネ３５が手先部３０を前方に回動するよう付勢して配置されている。
【００２２】
手先部３０は内側（側方）に突出するように設けられた板状部材であり、その先端面の角部は上下方向に大きく面取りされるとともに板厚方向にも面取りがされている。手先部３０は可動部１７Ｂに接する基端の後方中央が切り欠かれ軸支持部材１７Ｃが嵌め込まれるとともに、軸支持部材１７Ｃの孔に合わせて上下にピン３１を挿入可能な孔が形成されている。手先部３０の可動部１７Ｂへ接する基端は、基端端面から後方側平面にかけて図２に示すようにピン３１を中心とした曲面に加工されているが基端端面と前方側平面との間には角部が残されており、可動部１７Ｂ側面に当接可能となっている。これにより手先部３０は後方へ回動する場合は可動部１７Ｂ内側面に干渉することなく容易に傾動可能であり、ねじりコイルバネ３５により前方へ復帰できるが、基端の角部がやがて可動部１７Ｂ内側面に当接して回動が規制されるため、内側へ垂直に突出する図２、図３の位置を越えて前方へ傾動することはない。
【００２３】
図２に示すように可動部１７Ｂの先端付近には、内側の手先部３０に面した位置に当接検出手段としてリミットスイッチ３６が設けられている。リミットスイッチ３６は、可動部１７Ｂの内側にドッグが露出し、手先部３０の基端端面が可動部１７Ｂの内側に接触しているか否かを検出するスイッチである。手先部３０が傾動せずリミットスイッチ３６のドッグに接触している場合にはＯＮ信号を、傾動してリミットスイッチ３６のドッグが接触していない場合にはＯＦＦ信号をコントローラ１２へ出力し、手先部３０の傾動状態を判別することができる。なお、本実施形態ではリミットスイッチ３６は一対のアーム１７の片方のみに設けられている。
【００２４】
本実施形態の作用について図４、図５を用いて説明する。
荷搬送ロボットにて荷役を行う場合、搬送指示がコントローラ１２に入力され、対象の荷Ｗが載置された棚Ｒの位置へと走行していく。このとき、荷搬送ロボットは作業者が走行操作しても良いし、荷搬送ロボットに走行経路測定用のセンサを別途設け、場内における自己位置推定を行い自動で走行させても良い。図４（ａ）に示すように、予め規定された棚Ｒの前の停車位置に到着すると、エリアセンサ２６にて棚Ｒの高さを測定するとともに、荷Ｗの手前側、つまり荷搬送ロボットに最も近い側面である基端面Ｗ１について測定を行う。エリアセンサ２６により前方のおよび荷Ｗの高さ、荷Ｗの幅、荷Ｗまでの距離を測定し、測定結果をコントローラ１２へと送る。
【００２５】
次に、コントローラ１２は、エリアセンサ２６による測定で得た棚Ｒの高さ、荷Ｗの高さに合わせて本体１６をレール１６Ａに沿って昇降させる。このとき、アーム１７が荷Ｗの側面に位置するように各油圧回路を昇降制御するとともに、台座部２５の上面が棚Ｒの高さと同じ高さ位置（もしくはわずかに低い高さ位置）になるように台座部２５も昇降制御する。また同時に荷Ｗの幅に合わせて接続部１６Ｂを伸縮させて、左右一対のアーム１７の間隔を調整する。アーム１７の間隔は、荷Ｗの側面位置にアーム１７が夫々位置するとともに、アーム１７に設けられた手先部３０が荷Ｗの左右端部に当接可能な距離に位置するように調整する。
【００２６】
アーム１７の間隔を調整し終えたら、図４（ａ）に示すように台座部２５が棚Ｒに隙間を残して接近する位置まで荷搬送ロボットを前進させる。そして、図４（ｂ）に示すように、アーム１７の油圧シリンダ２０にて可動部１７Ｂを伸長させていき、手先部３０を荷Ｗの基端面Ｗ１の左右端部に当接させる。このとき、可動部１７Ｂに設けたリミットスイッチ３６は、手先部３０が荷Ｗに当接しねじりコイルバネ３５の付勢力に反する力を受けて傾動することを検出し、コントローラ１２に信号を送る。
【００２７】
コントローラ１２は、手先部３０が荷Ｗに当接し傾動した検出信号を受けても可動部１７Ｂを伸長し続けて、図５（ａ）に示すように荷搬送ロボットから最も遠い、荷Ｗの基端面Ｗ１の反対側である遠端面Ｗ２に手先部３０を到達させる。遠端面Ｗ２を越えると手先部３０は、当接するものが無くなるため、ねじりコイルバネ３５の付勢力により可動部１７Ｂの内側に垂直に突出する位置に復帰する。このとき、リミットスイッチ３６により手先部３０の復帰が検出される。
【００２８】
リミットスイッチ３６により手先部３０の復帰が検出されると、コントローラ１２はアーム１７の油圧回路の駆動を停止し可動部１７Ｂの伸長を止めるとともに、荷Ｗの奥行寸法を演算する。そして次に油圧シリンダ２０を駆動して可動部１７Ｂを縮短させて、図５（ｂ）に示すように手先部３０が本体１６の前面から演算された荷Ｗの奥行寸法の長さ位置になるまで可動部１７Ｂを収縮させる。このとき、荷Ｗの遠端面Ｗ２に手先部３０の後方側の面が当接するが手先部３０の角部が可動部１７Ｂ内側面に当接して回動が規制されるため、荷Ｗを引寄せることができる。やがて荷Ｗの基端面側が台座部２５を通り本体１６の前面に当接して縮短動作は停止される。
【００２９】
次に、本体１６の前面と手先部３０とで荷Ｗを挟み込むと、台座部２５にて荷Ｗの下面を支持しつつ本体１６を上昇させて荷Ｗを持上げて、荷搬送ロボットを後退（走行）させて搬送指示先へと荷Ｗを搬送する。なお、荷Ｗを持上げた後に油圧シリンダ１８を縮めて本体１６を後傾させて、台座部２５と本体１６の前面にて荷Ｗの荷重を受けるように支持して搬送しても良い。
【００３０】
ここで奥行寸法の演算について詳細を説明する。
コントローラ１２は、荷役作業においてエリアセンサ２６により測定された本体１６から基端面Ｗ１までの距離を記録する。
【００３１】
次に、アーム１７が伸長されて手先部３０が遠端面Ｗ２まで到達した瞬間をリミットスイッチ３６により検出してポテンショメータの数値から伸長量を得て、遠端面Ｗ２の位置をコントローラ１２にて算出する。そして、エリアセンサ２６により測定された本体１６から基端面Ｗ１の位置と、手先部３０が荷Ｗに当接しなくなったときに得られた遠端面Ｗ２の位置との差をコントローラ１２にて演算して、荷Ｗの奥行寸法を演算する。
【００３２】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）荷Ｗに手先部３０を当接させて、遠端面Ｗ２の位置を測定し奥行寸法を演算するため確実に寸法を得ることができる。
（２）手先部３０は、アーム１７の内側に突出し、ねじりコイルバネ３５により付勢されるとともに、後方に傾動可能に設けられており、簡単な構成で寸法測定が可能である。
【００３３】
（３）リミットスイッチ３０は左右一対のアーム１７の一方のみに設けられており、荷Ｗの奥行寸法測定における部品点数を抑えることができ、コストを低減できる。
（４）手先部３０は、内側に突出した位置から後方に傾動可能であるとともに、前方へは傾動不可に設けてあるため、寸法測定装置として遠端面Ｗ２にて傾動復帰により位置測定が可能であるとともに、荷Ｗの遠端面Ｗ２に手先部３０を当接させて荷Ｗを引寄せることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図６に基づき説明する。
本実施形態では、左右一対のアーム１７の可動部１７Ｂに設けた手先部４０は、可動部１７Ｂに内側に突出した状態で固定されて傾動することはない。また、ねじりコイルバネ３５やリミットスイッチ３６が無い代わりに接続部１６Ｂの伸縮による変位を検出する当接検知手段としてのポテンショメータ４１が設けられている。その他の構造は第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００３５】
本実施形態の作用について図７、図８に基づき説明する。
荷搬送ロボットにて荷役を行う場合、搬送指示がコントローラ１２に入力され、対象の荷Ｗが載置された棚Ｒの位置へと走行していく。図７（ａ）に示すように、荷Ｗの手前に到着すると、エリアセンサ２６により前方の棚Ｒの高さおよび荷Ｗの高さ、荷Ｗの幅、荷Ｗまでの距離を測定する。このとき、エリアセンサ２６では、荷Ｗの手前側、つまり荷搬送ロボットに最も近い側面である基端面Ｗ１について測定を行う。
【００３６】
次に、基端面Ｗ１の測定で得た棚Ｒの高さ、荷Ｗの高さに合わせて本体１６をレール１６Ａに沿って昇降させる。このとき、アーム１７が荷Ｗの側面に位置するようにコントローラ１２にて昇降制御、油圧駆動を行う。また同時に荷Ｗの幅に合わせ、左右一対のアーム１７の間隔を調整する。アーム１７の間隔は、アーム１７に設けられた手先部４０の内側端面が荷Ｗの左右端面に若干の隙間を有する位置に調整する。
【００３７】
アーム１７の間隔を調整し終えたら、図７（ｂ）に示すように、アーム１７の油圧シリンダ２０にて可動部１７Ｂを伸長させていき、手先部４０がエリアセンサ２６にて検出した基端面Ｗ１の位置よりわずかに前方に伸長させて停止する。次に図８（ａ）に示すように、一対のアーム１７の間隔を手先部４０の内側端面が荷Ｗの側面に当接するように接続部１６Ｂを縮短させて幅を調整する。このとき、アーム１７は手先部４０が荷Ｗの側面に当接し、さらに荷Ｗの側面を内側にわずかに押付けるような小さな力を荷Ｗに対し与え続ける。ここでは、荷Ｗが破損しない程度の力を加えるとともに、アーム１７の間隔が変位しないことを確認する。
【００３８】
可動部１７Ｂは手先部４０が荷Ｗに当接した状態で伸長を再開し、図８（ｂ）に示すように荷Ｗの基端面Ｗ１の反対側である遠端面Ｗ２まで手先部４０を到達させる。遠端面Ｗ２を越えると手先部４０は当接するものが無くなり、アーム１７は内側に加え続けた小さな力により内側へ変位する。このとき、一対のアーム１７の間隔が変化したことを接続部１６Ｂのポテンショメータ４１からコントローラ１２にて検出するとともに、油圧シリンダ１９を制御しアーム１７を内側へ押付ける小さな力を加えることを止める。また、アーム１７の変位により手先部４０の当接がなくなったと判断し、可動部１７Ｂの伸長量を検出する。
【００３９】
次に、コントローラ１２は荷Ｗの奥行寸法を演算するとともに、油圧回路を駆動して可動部１７Ｂを縮短させて、図８（ｂ）の状態から手先部４０にて荷Ｗを本体１６の前面まで引き寄せる。このとき、演算された荷Ｗの奥行寸法を用いて本体１６の前面から手先部４０を引寄せ停止させる位置を演算するとともに油圧シリンダ２０を制御する。そして、本体１６の前面および手先部４０にて荷Ｗを挟み込み、台座部２５にて荷Ｗの下面を支持しつつ本体１６を上昇させ荷Ｗを持上げ搬送する。なお、荷Ｗを持上げた後に油圧シリンダ１８を縮めて本体１６を後傾させて、台座部２５と本体１６の前面にて荷Ｗの荷重を受けるように支持して搬送しても良い。
【００４０】
ここで奥行寸法の演算について詳細を説明する。
コントローラ１２は、荷役作業において、エリアセンサ２６により荷Ｗの基端面Ｗ１までの距離を測定する。そしてアーム１７を伸長させて手先部４０を荷Ｗの側面に当接させて再度伸長させ、当接が終わったときに、遠端面Ｗ２まで手先部４０を伸長させたと判断し、その時点での可動部１７Ｂの伸長量をポテンショメータより測定する。
【００４１】
エリアセンサ２６により得た基端面Ｗ１の位置と、手先部４０が荷Ｗに当接しなくなったときに得られた遠端面Ｗ２の位置との差をコントローラ１２にて演算し、荷Ｗの奥行寸法を演算する。
【００４２】
本実施形態では第１の実施形態の効果（１）に加えて以下の効果を有する。
（５）手先部４０はアーム１７の内側に突出した状態で固定したので、第１の実施形態の構成に比べてより簡易な構成で荷Ｗの寸法を測定することができる。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、以下に、本発明の変更例について説明する。
○第１の実施形態では、左右一対のアーム１７の片方のみにリミットスイッチ３６を設けたが、左右両方のアーム１７にリミットスイッチ３６を設けても良い。両方のアーム１７にて遠端面Ｗ２を検出することで、どちらか一方が故障しても寸法を測定することができる。また、左右に設けたリミットスイッチ３６にて荷Ｗの左右の側面にて寸法を測定できるので、左右で奥行が異なる荷でも測定が可能である。
【００４４】
○第２の実施形態では、可動部１７Ｂの先端付近の内側に手先部３０を固定して設けたが、図９に示すように手先部５０をバネ５１などの弾性部材による内側に向かい出没可能な構造としても良い。また、手先部５０の出没をリミットスイッチ５２等により検出しても良い。これにより、荷Ｗに対し手先部５０をより優しく当接することができる。また、手先部５０は可動部１７Ｂの長手方向に垂直な方向にのみ出没変位するため、手先部５０は基端面側も先端面側も可動部１７Ｂの長手方向おいて常に一定の位置であるため、荷Ｗの奥行寸法測定においてより正確度を向上させることができる。
【００４５】
○手先部３０は、図１０に示すように感圧センサ（力覚センサ）５６を用いても良い。また感圧センサ５６は手先部５５の基端や先端のどちらに設けても良い。これにより、センサ自体が弾性変形するとともに変位の瞬間を直接検出できるため、より正確な寸法測定ができる。なお、感圧センサは左右一対のアーム１７において一方のアーム１７に設けても良いし、両アーム１７に設けても良い。
【００４６】
○手先部３０の形状は実施形態の形状に限定されない。手先部３０の当接面を曲面に形成し、荷Ｗに対し滑らかに接触させても良いし、当接面にローラを設けても良い。これにより荷Ｗが傷つくことがより低減される。また、左右一対のアーム１７において、左右で手先部３０の形状が異なっても良い。
○本実施形態では、一対のアーム１７にて荷Ｗの寸法を測定したが、１つのアームのみで測定しても良い。また、１つのアームで寸法を測定するときは、荷Ｗの上面にアームの下方に突出させた手先部を当接させると良い。これにより、構成部材を半分にしコストを低減することができる。
【００４７】
○アーム１７は伸縮アームとして実施形態の形状のみに限定されない。固定部１７Ａを接続部１６Ｂに回転可能に接続し、さらに固定部１７Ａの先端部に可動部１７Ｂを固定部１７Ａの長手方向を含む平面内で回転可能に保持し、屈曲により伸縮可能なアームとしても良い。手先部３０の位置を制御しながら固定部１７Ａに対し可動部１７Ｂを回転させることで荷Ｗの寸法を測定できる。また、車体１０の前後だけでなく上下、左右にも伸縮可能な多回転軸を有したアームを使用しても良い。
○荷Ｗは直方体のみに限定されるものではなく、傾斜面や曲面を有していても良い。さらに、荷Ｗは外形が円柱状であるドラム缶やロール紙などであっても良い。荷Ｗの傾斜面や曲面も基端面Ｗ１、遠端面Ｗ２、側面、上面に含まれ、多回転軸を備えたアームにて面形状に合わせて当接させ変位させれば本発明と同様に荷Ｗの寸法測定が可能である。
【００４８】
○第１の実施形態では、エリアセンサ２６が基端面検出手段として機能し、荷Ｗの基端面Ｗ１の幅と本体１６から基端面Ｗ１の位置を検出したが、アーム１７の伸長によって当接部３０を基端面Ｗ１に当接させることで基端面検出手段として機能させても良い。この場合、エリアセンサ２６は荷Ｗの幅方向の位置のみを検出し、検出値に基づきアーム１７の間隔を調整すれば良い。
【００４９】
○本発明では、荷の基端面および遠端面の位置を測定および算出し、その差を荷の奥行寸法を演算しているが、基端面の位置を基準としてアーム１７の伸長量を荷の奥行寸法としても良い。この場合、手先部３０が基端面に位置する時点から遠端面に位置するまでにアームが伸長した量が奥行寸法であり、コントローラ１２により伸長量のみで演算できる。なお、この場合の伸長量を検出することも、基端面および遠端面の位置を検出することに含まれる。
【００５０】
○エリアセンサ２６に代えてＴＯＦカメラや測距センサなどを用いても良い。
○実施形態においては、アーム１７および台座部２６は油圧駆動としたが、電動モータとギヤを用いて駆動させても良い。
○左右のアーム１７は同期駆動させても、夫々別々に駆動させても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１２ コントローラ
１５ 荷役部
１６ 本体
１７ アーム
１７Ａ 固定部
１７Ｂ 可動部
２０ 油圧シリンダ
２１ ポテンショメータ
２６ エリアセンサ
３０ 手先部
３５ コイルバネ
３６ リミットスイッチ
Ｗ 荷
Ｗ１ 基端面
Ｗ２ 遠端面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
荷の搬送においては搬送対象となる荷の寸法や重量、また搬送用途に合わせて搬送機器や搬送形態が選定されている。荷が大きく重量物である場合にはフォークリフトやハンドリフトが使用されおり、一方、所定の倉庫内において荷を棚に保管する場合などは自動倉庫が用いられている。搬送対象の荷の大きさや重量が画一である場合は、予め登録されたデータを使用し荷役搬送を行うことができるが、多種の荷を扱う場合には、無人フォークリフトや自動倉庫のスタッカクレーンでは、センサを用いて荷の寸法を測定し、測定した寸法に合わせて荷役搬送作業が行われている。
【０００３】
荷の寸法測定には、センサや画像処理技術が用いられており、搬送機器が荷の正面に位置した後、荷の高さや幅を検出している。また、荷に荷の寸法情報を登録したマーカー等を貼り付けて、搬送機器にてマーカーを読み取ることも行われている。
なお、特許文献１には自動倉庫において荷の奥行寸法や位置を検知するための装置が開示されている。棚内の荷に対し、進退動自在な移動フレームの両端寄り部位に荷物を検知するためのセンサを設け移動フレームと一緒に移動させることにより、荷の奥行寸法を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、センサや画像処理により荷の正面から荷の高さや幅を検出する場合には、荷の奥行方向の寸法測定ができなかった。荷の寸法情報を登録したマーカー等を用いる場合には、事前に各荷の寸法情報の登録が必要であり、またマーカーや読み取り器などにコストがかかるという問題もある。また、特許文献１の奥行寸法検知では、センサに光電式センサを用いており、部品コストがかかるという問題がある。さらに、投光部および受光部による検出であり、半透明樹脂を使用した箱などは光電式センサでは検出されないこともあった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、簡単な構造で確実に荷の寸法を測定することができる寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、荷の寸法を測定する寸法測定装置において、 伸縮可能なアームと、アームを支持する本体と、荷の本体から最も近い端面である基端面の位置を測定する基端面検出手段と、アームより突出して荷の側面もしくは上面に当接可能な当接部と、アームを伸縮させる駆動手段と、当接部が荷に当接していることを検出する当接検出手段と、アームの伸長量を検出する伸長量検出手段と、当接部を荷の側面もしくは上面に当接させつつ当接部が荷の基端面とは反対側の遠端面に至るようにアームを伸長させ、当接部が遠端面に至り接触検出手段により荷に当接しなくなった状態を検出した時点において、伸長量検出手段で検出されたアームの伸長量を算出し、基端面検出手段により検出された荷の基端面の位置と算出されたアームの伸長量とから荷の奥行寸法を算出する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、当接部を荷に当接させつつ遠端面に至るまでアームを伸長させて当接しなくなることを検出し荷の奥行寸法を算出するので、荷の寸法を確実に演算できる。
【０００９】
また、本発明の当接部は、アームより側方または下方に突出し弾性部材により弾性復帰
するよう変位可能に設けられ、当接検出手段は、当接部が荷の遠端面にて変位状態から弾性復帰した状態を前記荷に当接しなくなった状態として検出しても良い。これにより、当接部は弾性部材による変位自在に設けた簡単な構成で達成できる。
【００１０】
また、当接部はアームの伸長方向に垂直な方向に対して傾倒可能であり、当接検出手段は、当接アームに対し傾倒することで当接部が荷に当接している状態を検出しても良い。また、基端面検出手段は、駆動手段によりアームとともに伸長させて当接部を荷の基端面に当接させることで基端面の位置を測定しても良い。
【００１１】
また本発明の本体は荷搬送ロボットの本体であり、アームは荷を支持する機能を有し、荷搬送ロボットの本体に互いに間隔を空けて一対に前記アームを並設した寸法測定装置を荷搬送ロボットに適用しても良い。これにより、左右一対のアームで荷の寸法を検出することができ算出精度をより向上させることができる。
【００１２】
また、当接部は、荷の奥行寸法の算出後は、アームの縮短によって荷の遠端面に当接しつつ荷を搬送ロボット本体側に引寄せても良い。また、基端面検出手段は、更に基端面の幅を測定可能であり、一対のアームは基端面検出手段によって測定された基端面の幅に基づいて一対のアームが近接又は離間するように移動しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構造で確実に荷の寸法を測定することができる寸法測定装置および寸法測定装置を備えた荷搬送ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷搬送ロボットの概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアームの概要を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る手先部の概要を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る作用の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る作用の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る手先部の概要を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る作用の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る作用の説明図である。
【図９】本発明の変更例に係る手先部の概要を示す平面図である。
【図１０】本発明の変更例に係る手先部の概要を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る寸法測定装置および荷搬送ロボットを図１に基づいて説明する。
荷搬送ロボットは、車体１０の下面に設けられた複数の車輪１１により走行可能となっており、車体１０の後部の中には図示しない走行モータやコントローラ１２が備えられている。コントローラ１２は、車両の走行を制御するため走行モータを駆動するとともに荷搬送ロボット全体の制御を行うものであり、後で説明する寸法測定の演算手段としても用いられる。車体１０の前方には、荷役を行うための荷役部１５が設けられ、荷役部１５の下端が車体１０に対して軸支され前後に傾動可能となっている。荷役部１５は、車体１０の前部から上方へ延設された本体１６（荷搬送ロボットの本体）と本体１６から前方へ突設されたアーム１７からなる。
【００１６】
本体１６の後面にはレール１６Ａが設けられており、レール１６Ａに沿って本体１６およびアーム１７が昇降可能となっている。レール１６Ａの後面には、車体１０の後部上方から斜め前方に延びた油圧シリンダ１８のシリンダロッドが接続されており、油圧シリンダ１８の伸縮にともないレール１６Ａおよび本体１６が傾動する。なお、油圧シリンダ１８は車体１０内に設けられた図示しない油圧ポンプにより駆動されるものである。また、本体１６はレール１６Ａに沿って昇降可能に設けられているが、レール１６Ａと本体１６とに接続された図示しない昇降油圧シリンダが設けられており、油圧ポンプから油を供給されて本体１６を昇降する構成となっている。
【００１７】
本体１６の前面下方には、前方に水平に突出する台座部２５が設けられており、アーム１７により荷を抱えるとともに台座部２５にて荷を支持することができる。台座部２５は本体１６の前面を下方から上方に中央付近まで油圧駆動により昇降可能となっている。なお、台座部２５の上面は水平面となっており、例えば１０ｃｍ×２０ｃｍの矩形となっている。台座部２５は前方に向かい次第に厚さを薄く形成しているが、搬送する荷を支持する強度が有れば良く、この形状に限定されるものではない。
【００１８】
本体１６の前面上端には、基端面検出手段としてエリアセンサ２６が設けられており、本体１６の前方を下方から水平方向までを、さらに左右方向に所定範囲内をレーザーにより検査することができる。エリアセンサ２６により車体１０の前方に位置する荷までの距離や荷の横幅などを検出できる。本実施形態では、本体１６の前端上面の中央に１つのエリアセンサ２６を設けている。
【００１９】
本体１６は全体として略Ｔ字形状であり、左右に延出した肩部分の直下に、一対のアーム１７が左右に互いに間隔をあけて並設されており、夫々のアーム１７は、本体１６から左右に延出された接続部１６Ｂにより支持されている。接続部１６Ｂは内部の油圧シリンダ１９（図２参照）により左右方向に伸縮可能であり、左右一対のアーム１７の間隔を所定の範囲内で調整することができる。左右一対のアーム１７は、接続部１６Ｂに固設された固定部１７Ａと固定部１７Ａに伸縮可能に設けられた可動部１７Ｂからなる。なお、一対のアーム１７は夫々同じ構造のアームが並列に配置されているものである。
【００２０】
固定部１７Ａは矩形断面を有する形状であり、固定部１７Ａより一回り小さい矩形断面を有した可動部１７Ｂが伸縮可能に嵌め込まれている。図２に示すように、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの内部には油圧シリンダ２０（駆動手段）が収められており伸縮駆動される。なお、コントローラ１２により油圧回路が駆動されアーム１７の伸縮量が制御されている。また、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの内部には可動部１７Ｂの伸縮量（伸長量）を計測するためポテンショメータ２１（伸長量計測手段）も備えられており、固定部１７Ａおよび可動部１７Ｂの長さと伸縮量からアーム１７の長さはコントローラ１２により制御されている。
【００２１】
図２、図３に示すように可動部１７Ｂの先端付近には、一対のアーム１７が対向する内側（側方）の面に軸支持部材１７Ｃが設けられており、両可動部１７Ｂの内側に上下に所定の隙間を空けて複数配置されている。さらに軸支持部材１７Ｃには夫々上下方向に同軸に貫通する孔が形成されており、孔にはピン３１が挿入されて当接部としての手先部３０が傾動可能に保持されている。また、ピン３１には上下の軸支持部材１７Ｃの間に弾性部材としてねじりコイルバネ３５が手先部３０を前方に回動するよう付勢して配置されている。
【００２２】
手先部３０は内側（側方）に突出するように設けられた板状部材であり、その先端面の角部は上下方向に大きく面取りされるとともに板厚方向にも面取りがされている。手先部３０は可動部１７Ｂに接する基端の後方中央が切り欠かれ軸支持部材１７Ｃが嵌め込まれるとともに、軸支持部材１７Ｃの孔に合わせて上下にピン３１を挿入可能な孔が形成されている。手先部３０の可動部１７Ｂへ接する基端は、基端端面から後方側平面にかけて図２に示すようにピン３１を中心とした曲面に加工されているが基端端面と前方側平面との間には角部が残されており、可動部１７Ｂ側面に当接可能となっている。これにより手先部３０は後方へ回動する場合は可動部１７Ｂ内側面に干渉することなく容易に傾動可能であり、ねじりコイルバネ３５により前方へ復帰できるが、基端の角部がやがて可動部１７Ｂ内側面に当接して回動が規制されるため、内側へ垂直に突出する図２、図３の位置を越えて前方へ傾動することはない。
【００２３】
図２に示すように可動部１７Ｂの先端付近には、内側の手先部３０に面した位置に当接検出手段としてリミットスイッチ３６が設けられている。リミットスイッチ３６は、可動部１７Ｂの内側にドッグが露出し、手先部３０の基端端面が可動部１７Ｂの内側に接触しているか否かを検出するスイッチである。手先部３０が傾動せずリミットスイッチ３６のドッグに接触している場合にはＯＮ信号を、傾動してリミットスイッチ３６のドッグが接触していない場合にはＯＦＦ信号をコントローラ１２へ出力し、手先部３０の傾動状態を判別することができる。なお、本実施形態ではリミットスイッチ３６は一対のアーム１７の片方のみに設けられている。
【００２４】
本実施形態の作用について図４、図５を用いて説明する。
荷搬送ロボットにて荷役を行う場合、搬送指示がコントローラ１２に入力され、対象の荷Ｗが載置された棚Ｒの位置へと走行していく。このとき、荷搬送ロボットは作業者が走行操作しても良いし、荷搬送ロボットに走行経路測定用のセンサを別途設け、場内における自己位置推定を行い自動で走行させても良い。図４（ａ）に示すように、予め規定された棚Ｒの前の停車位置に到着すると、エリアセンサ２６にて棚Ｒの高さを測定するとともに、荷Ｗの手前側、つまり荷搬送ロボットに最も近い側面である基端面Ｗ１について測定を行う。エリアセンサ２６により前方のおよび荷Ｗの高さ、荷Ｗの幅、荷Ｗまでの距離を測定し、測定結果をコントローラ１２へと送る。
【００２５】
次に、コントローラ１２は、エリアセンサ２６による測定で得た棚Ｒの高さ、荷Ｗの高さに合わせて本体１６をレール１６Ａに沿って昇降させる。このとき、アーム１７が荷Ｗの側面に位置するように各油圧回路を昇降制御するとともに、台座部２５の上面が棚Ｒの高さと同じ高さ位置（もしくはわずかに低い高さ位置）になるように台座部２５も昇降制御する。また同時に荷Ｗの幅に合わせて接続部１６Ｂを伸縮させて、左右一対のアーム１７の間隔を調整する。アーム１７の間隔は、荷Ｗの側面位置にアーム１７が夫々位置するとともに、アーム１７に設けられた手先部３０が荷Ｗの左右端部に当接可能な距離に位置するように調整する。
【００２６】
アーム１７の間隔を調整し終えたら、図４（ａ）に示すように台座部２５が棚Ｒに隙間を残して接近する位置まで荷搬送ロボットを前進させる。そして、図４（ｂ）に示すように、アーム１７の油圧シリンダ２０にて可動部１７Ｂを伸長させていき、手先部３０を荷Ｗの基端面Ｗ１の左右端部に当接させる。このとき、可動部１７Ｂに設けたリミットスイッチ３６は、手先部３０が荷Ｗに当接しねじりコイルバネ３５の付勢力に反する力を受けて傾動することを検出し、コントローラ１２に信号を送る。
【００２７】
コントローラ１２は、手先部３０が荷Ｗに当接し傾動した検出信号を受けても可動部１７Ｂを伸長し続けて、図５（ａ）に示すように荷搬送ロボットから最も遠い、荷Ｗの基端面Ｗ１の反対側である遠端面Ｗ２に手先部３０を到達させる。遠端面Ｗ２を越えると手先部３０は、当接するものが無くなるため、ねじりコイルバネ３５の付勢力により可動部１７Ｂの内側に垂直に突出する位置に復帰する。このとき、リミットスイッチ３６により手先部３０の復帰が検出される。
【００２８】
リミットスイッチ３６により手先部３０の復帰が検出されると、コントローラ１２はアーム１７の油圧回路の駆動を停止し可動部１７Ｂの伸長を止めるとともに、荷Ｗの奥行寸法を演算する。そして次に油圧シリンダ２０を駆動して可動部１７Ｂを縮短させて、図５（ｂ）に示すように手先部３０が本体１６の前面から演算された荷Ｗの奥行寸法の長さ位置になるまで可動部１７Ｂを収縮させる。このとき、荷Ｗの遠端面Ｗ２に手先部３０の後方側の面が当接するが手先部３０の角部が可動部１７Ｂ内側面に当接して回動が規制されるため、荷Ｗを引寄せることができる。やがて荷Ｗの基端面側が台座部２５を通り本体１６の前面に当接して縮短動作は停止される。
【００２９】
次に、本体１６の前面と手先部３０とで荷Ｗを挟み込むと、台座部２５にて荷Ｗの下面を支持しつつ本体１６を上昇させて荷Ｗを持上げて、荷搬送ロボットを後退（走行）させて搬送指示先へと荷Ｗを搬送する。なお、荷Ｗを持上げた後に油圧シリンダ１８を縮めて本体１６を後傾させて、台座部２５と本体１６の前面にて荷Ｗの荷重を受けるように支持して搬送しても良い。
【００３０】
ここで奥行寸法の演算について詳細を説明する。
コントローラ１２は、荷役作業においてエリアセンサ２６により測定された本体１６から基端面Ｗ１までの距離を記録する。
【００３１】
次に、アーム１７が伸長されて手先部３０が遠端面Ｗ２まで到達した瞬間をリミットスイッチ３６により検出してポテンショメータの数値から伸長量を得て、遠端面Ｗ２の位置をコントローラ１２にて算出する。そして、エリアセンサ２６により測定された本体１６から基端面Ｗ１の位置と、手先部３０が荷Ｗに当接しなくなったときに得られた遠端面Ｗ２の位置との差をコントローラ１２にて演算して、荷Ｗの奥行寸法を演算する。
【００３２】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）荷Ｗに手先部３０を当接させて、遠端面Ｗ２の位置を測定し奥行寸法を演算するため確実に寸法を得ることができる。
（２）手先部３０は、アーム１７の内側に突出し、ねじりコイルバネ３５により付勢されるとともに、後方に傾動可能に設けられており、簡単な構成で寸法測定が可能である。
【００３３】
（３）リミットスイッチ３０は左右一対のアーム１７の一方のみに設けられており、荷Ｗの奥行寸法測定における部品点数を抑えることができ、コストを低減できる。
（４）手先部３０は、内側に突出した位置から後方に傾動可能であるとともに、前方へは傾動不可に設けてあるため、寸法測定装置として遠端面Ｗ２にて傾動復帰により位置測定が可能であるとともに、荷Ｗの遠端面Ｗ２に手先部３０を当接させて荷Ｗを引寄せることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図６に基づき説明する。
本実施形態では、左右一対のアーム１７の可動部１７Ｂに設けた手先部４０は、可動部１７Ｂに内側に突出した状態で固定されて傾動することはない。また、ねじりコイルバネ３５やリミットスイッチ３６が無い代わりに接続部１６Ｂの伸縮による変位を検出する当接検知手段としてのポテンショメータ４１が設けられている。その他の構造は第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００３５】
本実施形態の作用について図７、図８に基づき説明する。
荷搬送ロボットにて荷役を行う場合、搬送指示がコントローラ１２に入力され、対象の荷Ｗが載置された棚Ｒの位置へと走行していく。図７（ａ）に示すように、荷Ｗの手前に到着すると、エリアセンサ２６により前方の棚Ｒの高さおよび荷Ｗの高さ、荷Ｗの幅、荷Ｗまでの距離を測定する。このとき、エリアセンサ２６では、荷Ｗの手前側、つまり荷搬送ロボットに最も近い側面である基端面Ｗ１について測定を行う。
【００３６】
次に、基端面Ｗ１の測定で得た棚Ｒの高さ、荷Ｗの高さに合わせて本体１６をレール１６Ａに沿って昇降させる。このとき、アーム１７が荷Ｗの側面に位置するようにコントローラ１２にて昇降制御、油圧駆動を行う。また同時に荷Ｗの幅に合わせ、左右一対のアーム１７の間隔を調整する。アーム１７の間隔は、アーム１７に設けられた手先部４０の内側端面が荷Ｗの左右端面に若干の隙間を有する位置に調整する。
【００３７】
アーム１７の間隔を調整し終えたら、図７（ｂ）に示すように、アーム１７の油圧シリンダ２０にて可動部１７Ｂを伸長させていき、手先部４０がエリアセンサ２６にて検出した基端面Ｗ１の位置よりわずかに前方に伸長させて停止する。次に図８（ａ）に示すように、一対のアーム１７の間隔を手先部４０の内側端面が荷Ｗの側面に当接するように接続部１６Ｂを縮短させて幅を調整する。このとき、アーム１７は手先部４０が荷Ｗの側面に当接し、さらに荷Ｗの側面を内側にわずかに押付けるような小さな力を荷Ｗに対し与え続ける。ここでは、荷Ｗが破損しない程度の力を加えるとともに、アーム１７の間隔が変位しないことを確認する。
【００３８】
可動部１７Ｂは手先部４０が荷Ｗに当接した状態で伸長を再開し、図８（ｂ）に示すように荷Ｗの基端面Ｗ１の反対側である遠端面Ｗ２まで手先部４０を到達させる。遠端面Ｗ２を越えると手先部４０は当接するものが無くなり、アーム１７は内側に加え続けた小さな力により内側へ変位する。このとき、一対のアーム１７の間隔が変化したことを接続部１６Ｂのポテンショメータ４１からコントローラ１２にて検出するとともに、油圧シリンダ１９を制御しアーム１７を内側へ押付ける小さな力を加えることを止める。また、アーム１７の変位により手先部４０の当接がなくなったと判断し、可動部１７Ｂの伸長量を検出する。
【００３９】
次に、コントローラ１２は荷Ｗの奥行寸法を演算するとともに、油圧回路を駆動して可動部１７Ｂを縮短させて、図８（ｂ）の状態から手先部４０にて荷Ｗを本体１６の前面まで引き寄せる。このとき、演算された荷Ｗの奥行寸法を用いて本体１６の前面から手先部４０を引寄せ停止させる位置を演算するとともに油圧シリンダ２０を制御する。そして、本体１６の前面および手先部４０にて荷Ｗを挟み込み、台座部２５にて荷Ｗの下面を支持しつつ本体１６を上昇させ荷Ｗを持上げ搬送する。なお、荷Ｗを持上げた後に油圧シリンダ１８を縮めて本体１６を後傾させて、台座部２５と本体１６の前面にて荷Ｗの荷重を受けるように支持して搬送しても良い。
【００４０】
ここで奥行寸法の演算について詳細を説明する。
コントローラ１２は、荷役作業において、エリアセンサ２６により荷Ｗの基端面Ｗ１までの距離を測定する。そしてアーム１７を伸長させて手先部４０を荷Ｗの側面に当接させて再度伸長させ、当接が終わったときに、遠端面Ｗ２まで手先部４０を伸長させたと判断し、その時点での可動部１７Ｂの伸長量をポテンショメータより測定する。
【００４１】
エリアセンサ２６により得た基端面Ｗ１の位置と、手先部４０が荷Ｗに当接しなくなったときに得られた遠端面Ｗ２の位置との差をコントローラ１２にて演算し、荷Ｗの奥行寸法を演算する。
【００４２】
本実施形態では第１の実施形態の効果（１）に加えて以下の効果を有する。
（５）手先部４０はアーム１７の内側に突出した状態で固定したので、第１の実施形態の構成に比べてより簡易な構成で荷Ｗの寸法を測定することができる。
【００４３】
本発明は上記実施形態に限られるものではなく、以下に、本発明の変更例について説明する。
○第１の実施形態では、左右一対のアーム１７の片方のみにリミットスイッチ３６を設けたが、左右両方のアーム１７にリミットスイッチ３６を設けても良い。両方のアーム１７にて遠端面Ｗ２を検出することで、どちらか一方が故障しても寸法を測定することができる。また、左右に設けたリミットスイッチ３６にて荷Ｗの左右の側面にて寸法を測定できるので、左右で奥行が異なる荷でも測定が可能である。
【００４４】
○第２の実施形態では、可動部１７Ｂの先端付近の内側に手先部３０を固定して設けたが、図９に示すように手先部５０をバネ５１などの弾性部材による内側に向かい出没可能な構造としても良い。また、手先部５０の出没をリミットスイッチ５２等により検出しても良い。これにより、荷Ｗに対し手先部５０をより優しく当接することができる。また、手先部５０は可動部１７Ｂの長手方向に垂直な方向にのみ出没変位するため、手先部５０は基端面側も先端面側も可動部１７Ｂの長手方向おいて常に一定の位置であるため、荷Ｗの奥行寸法測定においてより正確度を向上させることができる。
【００４５】
○手先部３０は、図１０に示すように感圧センサ（力覚センサ）５６を用いても良い。また感圧センサ５６は手先部５５の基端や先端のどちらに設けても良い。これにより、センサ自体が弾性変形するとともに変位の瞬間を直接検出できるため、より正確な寸法測定ができる。なお、感圧センサは左右一対のアーム１７において一方のアーム１７に設けても良いし、両アーム１７に設けても良い。
【００４６】
○手先部３０の形状は実施形態の形状に限定されない。手先部３０の当接面を曲面に形成し、荷Ｗに対し滑らかに接触させても良いし、当接面にローラを設けても良い。これにより荷Ｗが傷つくことがより低減される。また、左右一対のアーム１７において、左右で手先部３０の形状が異なっても良い。
○本実施形態では、一対のアーム１７にて荷Ｗの寸法を測定したが、１つのアームのみで測定しても良い。また、１つのアームで寸法を測定するときは、荷Ｗの上面にアームの下方に突出させた手先部を当接させると良い。これにより、構成部材を半分にしコストを低減することができる。
【００４７】
○アーム１７は伸縮アームとして実施形態の形状のみに限定されない。固定部１７Ａを接続部１６Ｂに回転可能に接続し、さらに固定部１７Ａの先端部に可動部１７Ｂを固定部１７Ａの長手方向を含む平面内で回転可能に保持し、屈曲により伸縮可能なアームとしても良い。手先部３０の位置を制御しながら固定部１７Ａに対し可動部１７Ｂを回転させることで荷Ｗの寸法を測定できる。また、車体１０の前後だけでなく上下、左右にも伸縮可能な多回転軸を有したアームを使用しても良い。
○荷Ｗは直方体のみに限定されるものではなく、傾斜面や曲面を有していても良い。さらに、荷Ｗは外形が円柱状であるドラム缶やロール紙などであっても良い。荷Ｗの傾斜面や曲面も基端面Ｗ１、遠端面Ｗ２、側面、上面に含まれ、多回転軸を備えたアームにて面形状に合わせて当接させ変位させれば本発明と同様に荷Ｗの寸法測定が可能である。
【００４８】
○第１の実施形態では、エリアセンサ２６が基端面検出手段として機能し、荷Ｗの基端面Ｗ１の幅と本体１６から基端面Ｗ１の位置を検出したが、アーム１７の伸長によって当接部３０を基端面Ｗ１に当接させることで基端面検出手段として機能させても良い。この場合、エリアセンサ２６は荷Ｗの幅方向の位置のみを検出し、検出値に基づきアーム１７の間隔を調整すれば良い。
【００４９】
○本発明では、荷の基端面および遠端面の位置を測定および算出し、その差を荷の奥行寸法を演算しているが、基端面の位置を基準としてアーム１７の伸長量を荷の奥行寸法としても良い。この場合、手先部３０が基端面に位置する時点から遠端面に位置するまでにアームが伸長した量が奥行寸法であり、コントローラ１２により伸長量のみで演算できる。なお、この場合の伸長量を検出することも、基端面および遠端面の位置を検出することに含まれる。
【００５０】
○エリアセンサ２６に代えてＴＯＦカメラや測距センサなどを用いても良い。
○実施形態においては、アーム１７および台座部２６は油圧駆動としたが、電動モータとギヤを用いて駆動させても良い。
○左右のアーム１７は同期駆動させても、夫々別々に駆動させても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１２ コントローラ
１５ 荷役部
１６ 本体
１７ アーム
１７Ａ 固定部
１７Ｂ 可動部
２０ 油圧シリンダ
２１ ポテンショメータ
２６ エリアセンサ
３０ 手先部
３５ コイルバネ
３６ リミットスイッチ
Ｗ 荷
Ｗ１ 基端面
Ｗ２ 遠端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷の寸法を測定する寸法測定装置において、
伸縮可能なアームと、
当該アームを支持する本体と、
前記荷の前記本体から最も近い端面である基端面の位置を測定する基端面検出手段と、
前記アームより突出して前記荷の側面もしくは上面に当接可能な当接部と、
前記アームを伸縮させる駆動手段と、
前記当接部が前記荷に当接していることを検出する当接検出手段と、
前記アームの伸長量を検出する伸長量検出手段と、
前記当接部を前記荷の側面もしくは上面に当接させつつ前記当接部が前記荷の基端面とは反対側の遠端面に至るように前記アームを伸長させ、前記当接部が前記遠端面に至り前記接触検出手段により前記荷に当接しなくなった状態を検出した時点において、前記伸長量検出手段で検出された前記アームの伸長量を算出し、前記基端面検出手段により検出された前記荷の基端面の位置と算出された前記アームの伸長量とから前記荷の奥行寸法を算出する演算手段とを有することを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記当接部は、前記アームより側方または下方に突出し弾性部材により弾性復帰するよ
う変位可能に設けられ、
前記当接検出手段は、前記当接部が前記荷の遠端面にて変位状態から弾性復帰した状態を前記荷に当接しなくなった状態として検出することを特徴とする請求項１記載の寸法測定装置。
【請求項３】
前記変位可能とは、前記当接部は前記アームの伸長方向に垂直な方向に対して傾倒可能なことであり、
前記当接検出手段は、前記当接部が前記傾倒することで、前記当接部が前記荷に当接していることを検出することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
前記基端面検出手段は、前記駆動手段により前記アームとともに伸長させて前記当接部を前記荷の基端面に当接させることで基端面の位置を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の寸法測定装置。
【請求項５】
前記本体は荷搬送ロボットの本体であり、
前記アームは前記荷を支持する機能を有し、前記荷搬送ロボットの本体に互いに間隔を空けて一対に前記アームが並設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の寸法測定装置を備えた荷搬送ロボット。
【請求項６】
前記当接部は、前記荷の奥行寸法の算出後は、前記アームの縮短によって前記荷の遠端面に当接しつつ前記荷を前記搬送ロボット本体側に引寄せるものであることを特徴とする請求項５に記載の荷搬送ロボット。
【請求項７】
前記基端面検出手段は、更に前記基端面の幅を測定可能であり、
前記一対のアームは前記基端面検出手段によって測定された前記基端面の幅に基づいて前記一対のアームが近接又は離間するように移動されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の荷搬送ロボット。
【請求項１】
荷の寸法を測定する寸法測定装置において、
伸縮可能なアームと、
当該アームを支持する本体と、
前記荷の前記本体から最も近い端面である基端面の位置を測定する基端面検出手段と、
前記アームより突出して前記荷の側面もしくは上面に当接可能な当接部と、
前記アームを伸縮させる駆動手段と、
前記当接部が前記荷に当接していることを検出する当接検出手段と、
前記アームの伸長量を検出する伸長量検出手段と、
前記当接部を前記荷の側面もしくは上面に当接させつつ前記当接部が前記荷の基端面とは反対側の遠端面に至るように前記アームを伸長させ、前記当接部が前記遠端面に至り前記接触検出手段により前記荷に当接しなくなった状態を検出した時点において、前記伸長量検出手段で検出された前記アームの伸長量を算出し、前記基端面検出手段により検出された前記荷の基端面の位置と算出された前記アームの伸長量とから前記荷の奥行寸法を算出する演算手段とを有することを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記当接部は、前記アームより側方または下方に突出し弾性部材により弾性復帰するよ
う変位可能に設けられ、
前記当接検出手段は、前記当接部が前記荷の遠端面にて変位状態から弾性復帰した状態を前記荷に当接しなくなった状態として検出することを特徴とする請求項１記載の寸法測定装置。
【請求項３】
前記変位可能とは、前記当接部は前記アームの伸長方向に垂直な方向に対して傾倒可能なことであり、
前記当接検出手段は、前記当接部が前記傾倒することで、前記当接部が前記荷に当接していることを検出することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
前記基端面検出手段は、前記駆動手段により前記アームとともに伸長させて前記当接部を前記荷の基端面に当接させることで基端面の位置を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の寸法測定装置。
【請求項５】
前記本体は荷搬送ロボットの本体であり、
前記アームは前記荷を支持する機能を有し、前記荷搬送ロボットの本体に互いに間隔を空けて一対に前記アームが並設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の寸法測定装置を備えた荷搬送ロボット。
【請求項６】
前記当接部は、前記荷の奥行寸法の算出後は、前記アームの縮短によって前記荷の遠端面に当接しつつ前記荷を前記搬送ロボット本体側に引寄せるものであることを特徴とする請求項５に記載の荷搬送ロボット。
【請求項７】
前記基端面検出手段は、更に前記基端面の幅を測定可能であり、
前記一対のアームは前記基端面検出手段によって測定された前記基端面の幅に基づいて前記一対のアームが近接又は離間するように移動されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の荷搬送ロボット。
【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２０１２−９３２７８（Ｐ２０１２−９３２７８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１８７９（Ｐ２０１０−２４１８７９）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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