特許 7086380 物品移載装置及び荷取位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】物品移載装置及び荷取位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   B65G 59/02 20060101AFI20220613BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20220613BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20220613BHJP

   G06T 7/521 20170101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

B65G59/02 Z

B25J13/08 A

G01B11/00 H

G01B11/00 Z

G06T7/521

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018035493

(22)【出願日】2018-02-28

(65)【公開番号】P2019151421

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000128131

【氏名又は名称】株式会社エヌテック

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】大窪 悟

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 孝昌

(72)【発明者】

【氏名】加藤 慎佑

【審査官】中田 誠二郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０４７６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１３８１２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１７２６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２３３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５３０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１４０１６０６９（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６５Ｇ ５９／００－５９／１２

Ｂ２５Ｊ １３／０８

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０６Ｔ ７／５２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の物品が段積みされてなる物品群を含む荷役エリアを、段積方向と交差する交差方向に出射するレーザ光によって前記段積方向にスキャンして前記物品群のうち最上段の物品の高さ位置を検出する高さ検出部と、
前記物品を吸着又は挟持により把持可能な把持部を有するアームを備えたロボットと、
前記ロボットの前記把持部又は前記アームに設けられた撮像部と、
前記物品群における前記高さ検出部により検出された前記高さ位置の部分に少なくとも焦点の合う撮像位置に前記ロボットにより位置制御された前記撮像部が前記物品群の上面の一部を撮像した画像に基づき、最上段の物品の前記段積方向と交差する面内における位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記高さ検出部は、前記荷役エリアを前記段積方向と交差する面内で複数分割した検出エリア毎に前記最上段の前記物品を検出することで前記高さ位置を検出し、
前記ロボットは、前記高さ検出部が前記最上段の前記物品を検出した前記検出エリアを撮像可能な前記撮像位置へ前記撮像部を移動させることによって、前記位置検出部に前記最上段の前記物品の前記面内における位置を検出させるとともに、前記位置検出部が検出した位置にある前記最上段の前記物品を荷取りすることを特徴とする物品移載装置。

【請求項2】

前記ロボットに位置制御された前記撮像部は、少なくとも前記位置検出部が前記最上段の物品を検出するまでは、前記物品群の上面における前記交差方向に位置の異なる複数の撮像エリアを撮像し、
前記位置検出部は、前記撮像部が撮像した画像を基に最上段の前記物品の位置及び角度を検出し、
前記ロボットは、前記位置検出部が検出した前記位置にある最上段の前記物品を、前記位置検出部が検出した前記角度に前記把持部の角度を合わせて荷取りすることを特徴とする請求項１に記載の物品移載装置。

【請求項3】

複数の前記撮像エリアのうち前記交差方向に隣合う２つは、一部重複することを特徴とする請求項２に記載の物品移載装置。

【請求項4】

前記位置検出部は、前記画像に基づき物品を検出した場合、前記物品の前記画像上の面積を求め、当該面積が閾値よりも大きい物品を前記ロボットが荷取対象とするべき最上段の物品とすることを特徴とする請求項２又は３に記載の物品移載装置。

【請求項5】

物品が段積みされてなる物品群を含む荷役エリアを、段積方向と交差する交差方向に出射するレーザ光によって前記段積方向にスキャンして前記物品群のうち最上段の物品の高さ位置を検出する高さ検出部と、
前記物品を吸着又は挟持により把持可能な把持部を有するアームを備えたロボットの前記アーム又は前記把持部に設けられた撮像部と、
前記物品群における前記高さ検出部により検出された前記高さ位置の部分に少なくとも焦点の合う撮像位置に前記ロボットにより位置制御された前記撮像部が、前記物品群の上面の一部を撮像した画像を基に前記ロボットが荷取対象とする最上段の物品の前記段積方向と交差する面内における位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記高さ検出部は、前記荷役エリアを前記段積方向と交差する面内で複数分割した検出エリア毎に前記最上段の前記物品を検出することで前記高さ位置を検出し、
前記撮像部は、前記ロボットにより位置制御されることによって、前記高さ検出部が前記最上段の前記物品を検出した前記検出エリアを撮像可能な前記撮像位置へ移動することを特徴とする荷取位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物品を撮像するカメラ等の撮像部と、物品を荷取りする移載作業を行うロボットとを備えた物品移載装置及び荷取位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１～３には、パレット上に段積みされた物品群から、ロボットが物品を１つずつ吸着または挟持によって把持して移載する移載作業を行う物品移載装置が開示されている。これらの物品移載装置は、パレット上の物品群の上面を撮像するカメラを有する。カメラは、パレット上の物品群の上面全体を撮像するために、高所に配置されている。カメラが撮像した画像を基に物品の積付パターン（特許文献１）や物品の位置及び傾き（特許文献２）、最上段の物品の高さ（特許文献３）を検出する。なお、カメラで物品群の上面全体を撮像する方式の他、光干渉を利用して物品群の上面までの距離や上面の凹凸を計測する方式も知られているが、他の方式においても、物品群の上面全体を計測対象とするため、計測装置は高所に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平７－５３０５４号公報

【文献】特開平８－１１８２７４号公報

【文献】特開２００３－１７２６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１～３に記載の物品移載装置では、カメラ等を含む計測装置が物品群の上面全体を計測できる高所に配置されるため、物品移載装置の高さ方向の設置スペースが非常に高くなるという課題がある。よって、物品移載装置を天井の比較的低い工場等には設置できない。また、物品移載装置を工場に設置できても、カメラ等の計測装置のメンテナンス作業が高所作業となり面倒である。このため、高さ方向の設置スペースが低く済む物品移載装置が要望されている。

【0005】

本発明の目的は、物品移載装置の高さ方向の設置スペースを低くできる物品移載装置及び荷取位置検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。上記課題を解決する物品移載装置は、複数の物品が段積みされてなる物品群を含む荷役エリアを、段積方向と交差する交差方向に出射するレーザ光によって前記段積方向にスキャンして前記物品群のうち最上段の物品の高さ位置を検出する高さ検出部と、前記物品を吸着又は挟持により把持可能な把持部を有するアームを備えたロボットと、前記ロボットの前記把持部又は前記アームに設けられた撮像部と、前記物品群における前記高さ検出部により検出された前記高さ位置の部分に少なくとも焦点の合う撮像位置に前記ロボットにより位置制御された前記撮像部が前記物品群の上面の一部を撮像した画像に基づき、最上段の物品の前記交差方向における位置を検出する位置検出部と、を備え、前記ロボットは、前記位置検出部が検出した最上段の前記物品を荷取りする。なお、物品群を含む荷役エリアとは、物品群の全体を完全に含んでいることに限定されず、物品群を段積方向と平行な方向から見た平面視で最外周の物品については少なくとも一部を含んでいればよい。

【0007】

この構成によれば、高さ検出部は、荷役エリアに対しその側方からレーザ光を照射することで段積方向にスキャンすることで最上段の物品の高さ位置（つまり物品群の高さ位置）を検出できる。また、ロボットのアーム又は把持部に設けられた撮像部は、物品群における検出された高さ位置の部分に焦点の合う撮像位置にロボットにより位置制御されるため、撮像部を撮像位置に移動させる際にアーム又は把持部が物品群に衝突する事態を回避できる。また、撮像部が撮像した物品群の上面の一部の画像を基に最上段の物品の交差方向の位置を検出できるので、把持部によって荷取対象となる最上段の物品を荷取りできる。よって、物品移載装置の高さ方向の設置スペースを低くできる。

【0008】

上記物品移載装置では、前記ロボットに位置制御された前記撮像部は、少なくとも前記位置検出部が前記最上段の物品を検出するまでは、前記物品群の上面における前記交差方向に位置の異なる複数の撮像エリアを撮像し、前記位置検出部は、前記撮像部が撮像した画像を基に最上段の前記物品の位置及び角度を検出し、前記ロボットは、前記位置検出部が検出した前記位置にある最上段の前記物品を、前記位置検出部が検出した前記角度に前記把持部の角度を合わせて荷取りすることが好ましい。

【0009】

この構成によれば、撮像部は、少なくとも位置検出部が最上段の物品を検出するまでは、物品群の上面における交差方向に位置の異なる複数の撮像エリアを撮像する。このため、最上段の物品を検出して荷取対象の物品を決定できるうえ、その荷取対象の物品の位置及び角度（向き）を検出できる。よって、荷取対象の物品が傾いて置かれていてもその傾きに合わせた適切な角度（向き）で把持部によって物品を荷取りできる。

【0010】

上記物品移載装置では、複数の前記撮像エリアのうち前記交差方向に隣合う２つは、一部重複することが好ましい。
この構成によれば、隣合う２つの撮像エリアは一部重複するので、最上段の１つの物品が一方の撮像エリアに一部のみ撮像されても、一部重複するその隣の他方の撮像エリアには全体が撮像される頻度が増す。例えば一部重複しない撮像エリアでは、物品が２つの撮像エリアに跨って撮像されることに起因して物品の位置及び向きを検出不能な頻度が増す。これに対して、隣合うもの同士で一部重複する撮像エリアなので、隣同士の２つの撮像エリアのうち一方の撮像エリアには物品が全て撮像される。

【0011】

上記物品移載装置では、前記位置検出部は、前記画像に基づき物品を検出した場合、前記物品の前記画像上の面積を求め、当該面積が閾値よりも大きい物品を前記ロボットが荷取対象とするべき最上段の物品とすることが好ましい。

【0012】

この構成によれば、最上段よりも下に位置する下段の物品を、間違って荷取りすることを防止できる。
上記物品移載装置では、前記高さ検出部は、前記荷役エリアを複数の検出エリアに分けてスキャンし、複数の前記検出エリアのうち最上段の物品を検出した検出エリアに対応する撮像位置へ前記撮像部を移動させることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、高さ検出部により荷役エリアのうち最上段の物品が位置する領域を特定できる。例えば、撮像部が最上段の位置を上方から交差方向に位置を変えて順番に撮像する過程で、なるべく早めに最上段の物品を検出できる。このため、移載作業効率が高まる。

【0014】

上記課題を解決する物品移載装置用の荷取位置検出装置において、物品が段積みされてなる物品群を含む荷役エリアを、段積方向と交差する交差方向に出射するレーザ光によって前記段積方向にスキャンして前記物品群のうち最上段の物品の高さ位置を検出する高さ検出部と、前記物品を吸着又は挟持により把持可能な把持部を有するアームを備えたロボットの前記アーム又は前記把持部に設けられた撮像部と、前記物品群における前記高さ検出部により検出された前記高さ位置の部分に少なくとも焦点の合う撮像位置に前記ロボットにより位置制御された前記撮像部が、前記物品群の上面の一部を撮像した画像を基に前記ロボットが荷取対象とする最上段の物品の前記交差方向における位置を検出する位置検出部と、を備える。

【0015】

この構成によれば、荷取位置検出装置を設けることにより、物品移載装置と同様の効果を得ることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、物品移載装置の高さ方向の設置スペースを低くできる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態における物品移載装置を示す模式側面図。

【図2】高さ検出装置および物品群を示す模式斜視図。

【図3】吸着ヘッドとカメラを示す模式斜視図。

【図4】レーザスキャナの検出エリアを説明する模式平面図。

【図5】移載装置の電気的構成を示すブロック図。

【図6】荷役エリアにおける複数の撮像エリアを示す模式平面図。

【図7】撮像エリアを説明する模式平面図。

【図8】撮像エリアの画像を用いた最上段の物品の検出処理を説明する模式平面図。

【図9】移載制御ルーチンを示すフローチャート。

【図10】変更例におけるレーザスキャナの検出エリアを説明する模式平面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、物品移載装置に係る一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、図１、図２において、物品移載装置１０が移載対象とする物品Ｃが複数段に段積みされたパレットＰの積載面（パレットＰの面）を規定する２つの方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向と交差し重力方向と平行な方向を高さ方向Ｚとする。また、高さ方向Ｚは、物品Ｃが段積みされる方向でもあるため、段積方向Ｚともいう。また、高さ方向Ｚ（段積方向Ｚ）と交差（例えば直交）する方向（交差方向）を水平方向という。水平方向は、Ｘ方向とＹ方向との二方向と平行な面である水平面と平行な方向である。

【0019】

図１に示すように、物品移載装置１０（以下、単に「移載装置１０」ともいう。）は、パレットＰと、パレットＰ上に複数の物品Ｃが段積みされた物品群ＣＧとからなる荷役対象物ＣＢに対して、物品Ｃを１つずつ把持してコンベヤ１２に運んで置く移載作業（段ばらし作業）を行う。移載装置１０は、物品群ＣＧを構成する最上段の物品Ｃの高さ位置を検出する高さ検出部の一例としての高さ検出装置２０と、物品群ＣＧから１つずつ物品Ｃを把持してコンベヤ１２へ移載する移載作業を行うロボット３０とを備える。荷役対象物ＣＢは、搬送コンベヤまたは電動荷役車両（いずれも図示略）により、図１に示すロボット３０の作業範囲内の所定位置に載置される。

【0020】

高さ検出装置２０は、昇降機構２１と、昇降機構２１により高さ方向Ｚに移動（昇降）可能に支持されたレーザスキャナ２２とを備える。レーザスキャナ２２は、レーザ光ＬＺを出射可能な出力機能と、レーザ光ＬＺが出射経路の途中で物体に反射したレーザ光ＬＺを受光する受光機能とを有する検出部２３を備える。レーザスキャナ２２は、検出部２３がレーザ光ＬＺを段積方向Ｚと直交する水平方向に出射可能な姿勢に保持された状態で昇降機構２１により昇降する。昇降機構２１は、高さ方向Ｚに延びる所定長さを有するレール２４と、レーザスキャナ２２をレール２４に沿って高さ方向Ｚに昇降させる動力源となるモータ２６とを備える。レーザスキャナ２２は、物品群ＣＧを側方からレーザ光ＬＺで段積方向Ｚにスキャンして最上段の物品Ｃの高さ位置を検出する。すなわち、高さ検出装置２０は、ロボット３０が物品群ＣＧから１つの物品Ｃを荷取りする際に荷取対象とする最上段の物品Ｃの高さ位置を検出する。

【0021】

図１に示すように、ロボット３０は、床面に設置された台部３１と、台部３１に対して鉛直軸を中心に回転可能な回転台３２と、回転台３２に支持された多関節のアーム３３と、アーム３３の先端部に支持された把持部の一例としての吸着ヘッド３４とを備えた多関節式の産業ロボットである。ロボット３０は、パレットＰ上の物品群ＣＧのうち最上段の物品Ｃを吸着ヘッド３４で吸着により把持し、その把持した物品Ｃをコンベヤ１２上の所定位置（荷置位置）に載置する移載作業（段ばらし作業）を行う。

【0022】

アーム３３は、台部３１上に配設された動力源３５の動力により回転台３２と共に軸回転する。また、アーム３３は、角度変更可能に連結された複数のアーム部３３Ａ～３３Ｃを有する。駆動機構３６は、例えば電動モータ又は電動シリンダ等の不図示の動力源を含む。複数のアーム部３３Ａ～３３Ｃは、駆動機構３６が駆動されることにより駆動リンク３６Ａ～３６Ｃを介して角度調整される。吸着ヘッド３４は、アーム３３の先端部にモータ３７を動力源とする回転部３８を介して回転可能な状態で支持されている。

【0023】

図１に示すように、吸着ヘッド３４は、台部３１及び回転台３２を経由してアーム３３に沿ってその内部または外部を通る配管と接続され、その配管を含む空気圧回路の負圧源と接続されている。吸着ヘッド３４は、配管の途中に位置する不図示の電磁式の開閉弁がロボットコントローラ５２により開閉制御されることで、物品Ｃの吸着と解放とが可能である。本実施形態では、吸着ヘッド３４には撮像部の一例としてのカメラ４５が組み付けられている。ロボット３０は、カメラ４５をレーザスキャナ２２が検出した高さ位置に焦点が合う撮像位置に移動させ、カメラ４５によって物品群ＣＧの上面の一部を撮像する。なお、物品群ＣＧの高さはレーザスキャナ２２が検出するため、カメラ４５は物品群ＣＧの上面全体を撮像できる必要はなく、物品群ＣＧの上面の一部を撮像する。

【0024】

次に、図２を参照して、高さ検出装置２０について詳細に説明する。高さ検出装置２０を構成する昇降機構２１は、前述のレール２４とモータ２６と、モータ２６の動力を伝達してレーザスキャナ２２を昇降させる動力伝達機構２５とを備える。動力伝達機構２５は、例えばベルト式、ワイヤ式およびボールネジ式のうちの１つで構成される。レーザスキャナ２２は、モータ２６の動力が動力伝達機構２５を介して伝達されることでレール２４に沿って高さ方向Ｚに移動する。なお、昇降機構２１は、電動シリンダまたは空圧シリンダを動力源とするシリンダ駆動方式でもよい。

【0025】

図２に示すように、レーザスキャナ２２は、物品Ｃが段積みされた物品群ＣＧを含む荷役エリアＳＡに対して水平方向（交差方向）にレーザ光ＬＺを出射しながら、荷役エリアＳＡを段積方向Ｚにスキャン（走査）して、最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出する。なお、以下では、図２に示すように、物品群ＣＧを構成する物品Ｃのうち最上段の物品を「Ｃ１」、最上段よりも１段低い上から２段目の物品を「Ｃ２」と記し区別する場合がある。

【0026】

図２に示すように、荷役エリアＳＡは、パレットＰ上に物品Ｃが最高段数まで段積みされた際の物品群ＣＧの配置エリアに相当する。荷役エリアＳＡの高さは、パレットＰのサイズ、物品Ｃの品番、サイズ、段数および積付パターン等の荷役情報に基づき求められる。物品Ｃの品番や段数等を含む荷役情報に基づき取得される荷役エリアＳＡの高さに所定のマージン距離を加えた高さ位置をレーザスキャナ２２の検出開始位置Ｈｓとする。最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出するときは、レーザスキャナ２２は、検出部２３からレーザ光ＬＺを水平方向に荷役エリアＳＡを横断する扇状に出射しながら、検出開始位置Ｈｓから所定速度で下降することで、荷役エリアＳＡを段積方向Ｚにスキャンする。

【0027】

図２に一例として示す荷役エリアＳＡは、移載装置１０が移載作業の対象とする荷役対象物ＣＢのうち想定される最高高さかつ最大パレットのときの最大荷役エリアＳＡmaxである。図２に示すように、レーザスキャナ２２は、最低位置Ｈminから、最大荷役エリアＳＡmaxのときの検出開始位置Ｈｓでもある最高位置Ｈmaxまでの高さ範囲ＨＡで移動可能である。検出開始位置Ｈｓは、その時々の荷役エリアＳＡの高さに所定マージン距離を加えることで求められる。このため、レーザスキャナ２２は、図２に示す最大荷役エリアＳＡmaxの水平断面を含む扇状の領域にレーザ光ＬＺを照射しながら、検出開始位置Ｈｓから下降して段積方向Ｚにスキャンすることによって、どのサイズの荷役エリアＳＡに対しても、実際の段数が最高段数と異なっても、最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出できる。ここで、最低位置Ｈminは、例えば床面から１０～３０ｃｍの範囲内の高さ位置であり、最高位置Ｈmaxは、例えば床面から１５０～２５０ｃｍの範囲内の高さ位置である。

【0028】

図４に示すように、高さ検出装置２０は、最大荷役エリアＳＡmaxを水平面で切断したときの切断面、つまり最大荷役エリアＳＡmaxを水平面で輪切りにした面領域を検出エリアＤＡに設定する。但し、検出エリアＤＡは、最大荷役エリアＳＡmaxの外周に対してパレットＰやパレットＰ上の物品Ｃの位置ずれを考慮して、所定距離（例えば１～２０ｃｍの範囲内の値）だけ外側に広くしたエリアとして設定される。高さ検出装置２０には、検出エリアＤＡの複数（例えば３つ）の頂点の座標（Ｘ1，Ｙ1），（Ｘ2，Ｙ2），（Ｘ3，Ｙ3）が予め設定され、これらの座標データに基づいて検出エリアＤＡを設定する。

【0029】

図４に示すように、検出部２３はレーザ光ＬＺを出射する水平面内の角度をミラー（図示略）の角度で変更して扇状のレーザ光出射領域ＬＡにレーザ光ＬＺを出射する。図４に示す例では、レーザ光出射領域ＬＡは、最大荷役エリアＳＡmaxが内接する領域に設定されるが、レーザスキャナ２２がレーザ光ＬＺを出射可能な最大角度（例えば１５０～２００度の範囲内の値）の扇状の領域に設定してもよい。レーザスキャナ２２は、扇状のレーザ光出射領域ＬＡにレーザ光ＬＺを出射しながら検出開始位置Ｈｓから段積方向Ｚに下降することで、荷役エリアＳＡを段積方向Ｚにスキャンする。レーザスキャナ２２は、検出エリアＤＡ内の物体を検出対象とする。図４に示す検出エリアＤＡは、最大荷役エリアＳＡmax未満の荷役エリアＳＡを包含するため、最大荷役エリアＳＡmax以下のどのサイズの荷役エリアＳＡに対しても、最上段の物品Ｃ１の高さ検出が可能である。なお、荷役エリアＳＡのサイズに応じて検出エリアＤＡを変更してもよい。例えば、物品Ｃの品番等の荷役情報から、この荷役情報と紐付けされた検出エリアＤＡの座標（Ｘ1，Ｙ1），（Ｘ2，Ｙ2），（Ｘ3，Ｙ3）を取得し、荷役エリアＳＡ毎に検出エリアＤＡを設定してもよい。また、扇状のレーザ光出射領域ＬＡをそのまま検出エリアとしてもよい。

【0030】

レーザスキャナ２２は、検出部２３から一定周期で断続的にパルス状のレーザ光ＬＺを出射し、物体に反射した反射レーザ光を検出部２３で受光する。レーザスキャナ２２は、検出部２３が受光した物体からの反射レーザ光により、物体までの距離と、物体の方位とを計測し、その距離と方位とに基づき検出エリアＤＡ内の物体であるか否かを判定する。検出エリアＤＡ内の物体であれば、レーザスキャナ２２は、物体が検出された旨の検出信号を出力する。なお、ロボット３０が物品群ＣＧに対して荷取作業を行う際に吸着ヘッド３４及びアーム３３の一部が荷役エリアＳＡに入る期間では、レーザスキャナ２２による高さ検出処理が一時的に停止される。

【0031】

ところで、最大段数まで物品Ｃが積載されていない物品群ＣＧであったり、作業者が物品群ＣＧから幾つかの物品Ｃを取り除いたり、反対に作業者が幾つかの物品Ｃを物品群ＣＧに載せたりする場合がある。このため、物品の品番等に応じた最大段数が仮に既知であっても、移載作業時の実際の段数は把握できない。この場合、ロボット３０が荷取作業を行うときに吸着ヘッド３４又はアーム３３が物品群ＣＧに衝突する虞がある。これを回避するため、吸着ヘッド３４を荷役エリアＳＡの外側を通る迂回経路で移動させる方法をとることも可能ではあるが、この場合、移載作業のサイクルタイムが長くなり作業効率が大幅に低下する。また、従来技術で述べた撮像方式又は光干渉方式の計測装置を有する従来の高さ検出装置を備える移載装置であると、移載装置の設置スペースが非常に高くなる。この場合、天井の低い工場には移載装置を設置できないうえ、仮に移載装置を設置できても計測装置のメンテナンス作業が面倒な高所作業となる。

【0032】

そこで、本実施形態の移載装置１０は、物品群ＣＧを構成する最上段の物品Ｃ１の高さ位置を、物品群ＣＧに対して側方からレーザ光ＬＺを出射するレーザスキャナ２２が検出する。このため、移載装置１０の高さ方向Ｚの設置スペースは、ロボット３０の移載作業に必要な可動エリアの高さ寸法で決まる。よって、移載装置１０の高さ方向Ｚの設置スペースが低く済み、天井の低い工場でも移載装置１０を十分設置できる。

【0033】

図３に示すように、吸着ヘッド３４は、ヘッド本体４１と、ヘッド本体４１の下面に２列に並んで突設された複数の吸着パッド４２とを有する。また、カメラ４５は、吸着ヘッド３４を構成するヘッド本体４１において２列の吸着パッド４２の列間となる位置に組み付けられている。吸着ヘッド３４が物品Ｃを把持するときの水平姿勢にあるとき、カメラ４５は吸着ヘッド３４の真下に位置する物品Ｃを含むエリアの画像を撮像可能である。このため、カメラ４５が撮像した画像の中に荷取対象とするべき最上段の物品Ｃ１が見つかったとき、吸着ヘッド３４がその物品Ｃ１を把持するまでの移動距離が相対的に短く済む。また、カメラ４５は、吸着パッド４２よりもヘッド本体４１側へ少し奥まった位置に配置されている。このため、吸着パッド４２が物品Ｃを吸着した状態においてカメラ４５は物品Ｃと干渉しない。

【0034】

また、図３に示すカメラ４５は、所定の焦点距離と焦点深度とを有する。レーザスキャナ２２が検出した最上段の物品Ｃ１の高さ位置よりもカメラ４５の焦点距離ＦＬだけ上方の高さ位置が、カメラ４５の撮像位置とされる。このため、ロボット３０のアーム３３により撮像位置に配置されたカメラ４５が物品群ＣＧの上面の一部を撮像した画像では、最上段の物品Ｃ１に焦点が合う。つまり、カメラ４５により撮像される画像は、最上段の物品Ｃ１に焦点が合い、最上段より１段低い下段の物品Ｃ２には基本的に焦点が合わない。但し、物品Ｃの高さ寸法が短い場合、最上段の物品Ｃ１とともに１段低い下段の物品Ｃ２に焦点が合う場合もある。本実施形態では、カメラ４５が撮像した画像の中から最上段の物品Ｃ１を検出する検出処理が行われる。この検出処理では、最上段の物品Ｃ１と１段低い下段の物品Ｃ２とが区別される。この検出処理の詳細については後述する。

【0035】

次に、図５を参照して移載装置１０の電気的構成について説明する。図５に示すように、移載装置１０は、操作盤５０と、プログラマブルロジックコントローラ５１（以下、ＰＬＣ５１ともいう。）と、ロボットコントローラ５２と、カメラコントローラ５３とを備える。なお、操作盤５０とＰＬＣ５１とを１つのユニットとした構成、ＰＬＣ５１とロボットコントローラ５２とを１つのユニットとした構成、ロボットコントローラ５２とカメラコントローラ５３とを１つのユニットとした構成などでもよい。

【0036】

操作盤５０は、作業者（オペレータ）が移載装置１０に必要な各種の設定情報の入力操作及び移載装置１０に移載作業の指示を与えるための入力操作に用いられる。操作盤５０には、パレットサイズ、物品の段数、物品の品番、サイズ、積付パターン等の荷役情報が入力される。操作盤５０は、作業者の入力操作による作業開始指示を受け付けると、ＰＬＣ５１に対して作業開始指示信号を出力する。

【0037】

ＰＬＣ５１は、ロボットコントローラ５２と通信可能に接続されている。また、ロボットコントローラ５２はカメラコントローラ５３と通信可能に接続されている。ＰＬＣ５１は、操作盤５０から作業開始指示信号を受信すると、ロボットコントローラ５２に対してロボット３０による移載作業を物品単位で指示する。ロボットコントローラ５２はロボット３０と電気的に接続されており、ＰＬＣ５１からの指令に従ってロボット３０を制御し、ロボット３０に物品群ＣＧの最上段から物品Ｃを１つずつコンベヤ１２上へ移載する移載動作を行わせる。

【0038】

ＰＬＣ５１は、高さ検出装置２０を構成するレーザスキャナ２２とモータ２６とを制御すると共に、レーザスキャナ２２から検出信号を受信する。ＰＬＣ５１は、モータ２６の制御に用いる回転位置信号またはモータ２６から取得したエンコーダ信号からレーザスキャナ２２の高さ位置を把握しており、レーザスキャナ２２から検出信号を受信した際のレーザスキャナ２２の高さ位置から最上段の物品Ｃ１の高さ位置を示す高さデータを取得する。ＰＬＣ５１は、高さデータをロボットコントローラ５２に出力する。高さデータは、カメラ４５の撮像位置を決めるために用いられる。また、ＰＬＣ５１は、ロボットコントローラ５２に制御データ送ることで、ロボット３０の制御を一動作単位で指令する。

【0039】

ロボットコントローラ５２は、ＰＬＣ５１からの制御データに従ってロボット３０を一動作ずつ制御する。ロボットコントローラ５２は、動力源３５及びモータ３７（いずれも図１を参照）を駆動制御してアーム３３及び吸着ヘッド３４を位置制御する。ロボットコントローラ５２は、まずカメラ４５を高さデータに応じた撮像位置に配置し、カメラ４５が撮像位置に配置されると、カメラコントローラ５３に対して撮像指令信号を出力する。

【0040】

カメラコントローラ５３は、ロボットコントローラ５２から撮像指令信号を入力すると、カメラ４５に撮像動作を行わせる。カメラコントローラ５３は、カメラ４５が撮像した画像を基に、画像の中から吸着ヘッド３４が荷取対象とすべき最上段の物品Ｃ１を探索し、探索で見つけた最上段の物品Ｃ１を荷取対象とし、その荷取対象の物品Ｃ１の位置および姿勢角（向き）を求める。カメラコントローラ５３は、荷取対象の物品Ｃ１の位置および角度のデータ（目標位置データ）をロボットコントローラ５２に出力する。ロボットコントローラ５２は、制御データに従ってアーム３３及び吸着ヘッド３４を位置制御し、荷取対象の物品Ｃに関する位置・角度のデータに基づき吸着ヘッド３４の位置及び向きを制御し、荷取りすべき物品Ｃを吸着ヘッド３４で吸着し、その吸着した物品Ｃを指示されたコンベヤ１２の所定位置に荷置きする。このとき、ロボットコントローラ５２は、電磁弁の開閉を制御して、吸着ヘッド３４が物品Ｃを吸着するための吸着動作と、物品Ｃを解放するための解放動作とを制御する。

【0041】

また、図５に示すＰＬＣ５１、ロボットコントローラ５２及びカメラコントローラ５３は、それぞれの制御を司るコンピュータを個別に備える。ＰＬＣ５１、ロボットコントローラ５２及びカメラコントローラ５３は、それぞれのコンピュータが各種の制御を行ううえで実行するプログラムを記憶する記憶部５１Ｍ，５２Ｍ，５３Ｍを備える。各コンピュータが記憶部５１Ｍ，５２Ｍ，５３Ｍに記憶されたプログラムを実行する。これにより、移載装置１０は、高さ検出装置２０による高さ検出処理と、ロボット３０がカメラ４５を用いて撮像した画像から荷取対象の物品Ｃの位置および角度（姿勢角）を検出する物品検出処理と、検出した荷取対象の物品Ｃの移載作業をロボット３０に行わせる移載制御とを行う。

【0042】

図９にフローチャートで示される制御プログラムは、各記憶部５１Ｍ，５２Ｍ，５３Ｍに記憶されたプログラムを統合したもので、移載装置１０は、図９に示されるフローチャートに従って移載制御を行う。すなわち、図９は、ＰＬＣ５１の制御、ロボットコントローラ５２の制御およびカメラコントローラ５３の制御を、１つのフローチャートにまとめたものである。なお、本実施形態では、物品移載装置１０のうちロボット３０を除く部分により荷取位置検出装置が構成される。すなわち、荷取位置検出装置は、高さ検出装置２０と、ロボット３０の吸着ヘッド３４に取り付けられたカメラ４５と、カメラ４５が撮像した画像を基に荷取対象の物品Ｃ１の位置を検出するカメラコントローラ５３とにより構成される。

【0043】

図６は、カメラ４５の撮影順を示す。カメラ４５は最上段の物品Ｃ１よりも焦点距離だけ上方に位置する撮像位置から物品群ＣＧの上面の一部を撮像する。カメラ４５の焦点距離は、例えば３０～１００ｃｍの範囲内の値である。このため、撮像位置は最上段の物品Ｃ１からさほど上方に離れていないため、物品群ＣＧの上面全体を撮像エリアＰＡ内に収めることはできない。このため、カメラ４５は、撮像した画像を用いて行われる物品検出処理において、画像中に最上段の物品Ｃ１が見つかるまで、撮像位置を水平方向に順番に移動することで、複数の位置の異なる撮像エリアＰＡを順番に撮像する。

【0044】

図６に示す例では、カメラ４５の撮像エリアＰＡを、縦横３つずつの計９つの撮像エリアＰＡ１～ＰＡ９を設定する。すなわち、荷役エリアＳＡの上面全体を撮像するために、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ３つずつの計９つの撮像エリアＰＡ１～ＰＡ９に分割して撮像する。カメラ４５を移動させて９つの撮像エリアＰＡ１～ＰＡ９を、図６に一点鎖線の矢印で示す順番に移動させることで、荷役エリアＳＡの全体を撮像する。９つの撮像エリアＰＡ１～ＰＡ９は、Ｘ方向に隣合う２つの撮像エリアがＸ方向に一部重複し、かつＹ方向に隣合う２つの撮像エリアがＹ方向に一部重複するように設定されている。

【0045】

例えば図７に示すように、Ｙ方向に隣合う２つの撮像エリアＰＡn-1，ＰＡｎは、Ｙ方向に一部重複している。このため、図７に二点鎖線で示す１つの撮像エリアＰＡn-1において、隣の撮像エリアＰＡｎと跨って物品Ｃの一部しか撮像されなくても、次の撮像エリアＰＡｎの画像にはその物品Ｃの全体が含まれる。この点は、Ｘ方向に隣合う２つの撮像エリアについても同様である。

【0046】

カメラコントローラ５３は、カメラ４５が撮像した撮像エリアＰＡの画像を用いて、その画像中で荷取対象とすべき最上段の物品Ｃ１を探す物品検出処理（探索処理）を行う。カメラコントローラ５３は、物品検出処理において荷取対象の物品Ｃ１が見つかれば、その時点でカメラ４５による撮像を終了する。一方、荷取対象の物品Ｃ１が見つからなければ、ロボットコントローラ５２はアーム３３を制御してカメラ４５を次の撮像位置へ移動し、カメラコントローラ５３は次の撮像位置でカメラ４５が撮像した画像を用いて物品検出処理を行う。そして、荷取対象の物品Ｃが見つかるまで、カメラ４５の移動、撮像および物品検出処理を順次繰り返す。

【0047】

次に図８を参照して、カメラコントローラ５３が行う物品検出処理について説明する。カメラコントローラ５３は、カメラ４５がｎ番目（但し、ｎ＝1,2,…,9）の第ｎ撮像エリアＰＡｎの画像を撮像すると、この第ｎ撮像エリアＰＡｎの画像に画像処理（例えばエッジ強調処理）を施す。カメラコントローラ５３は、画像処理後の画像に対してエッジ検出処理を行って画像上の物品Ｃの領域を検出する。カメラコントローラ５３は、画像上で検出した物品Ｃの領域の面積を求め、面積が閾値を超えた物品を最上段の物品Ｃ１として検出する。例えば、図８において最上段の物品Ｃ１は同図にハッチングで示した面積Ｓａが閾値を超えるが、図８において最上段よりも１段低い下段の物品Ｃ２は同図にハッチングで示した面積Ｓｂが閾値以下となる。このため、下段の物品Ｃ２は仮に焦点が合って撮像されて画像上で物品Ｃとして検出されても、その面積Ｓｂが閾値以下となり、最上段の物品Ｃ１と認識されない。カメラコントローラ５３は、最上段の物品Ｃ１が、１つだけ検出された場合はその１つを荷取対象に決定し、複数検出された場合はそのうち所定のルールで選択した１つを荷取対象に決定する。所定のルールとは、例えば、吸着ヘッド３４に最も近い物品Ｃ１、最初に検出した物品Ｃ１、隣接する物品Ｃ１の数が少なく吸着ヘッド３４が把持し易い物品Ｃ１のうちいずれかである。

【0048】

更にカメラコントローラ５３は、荷取対象の物品Ｃ１について位置および姿勢角（向き）を検出する。物品Ｃ１の位置は、例えば中心位置（ｘ，ｙ）を算出するが、物品Ｃ１の矩形領域の対角二点の座標を算出してもよい。また、物品Ｃ１の姿勢角θは、Ｙ方向に対する物品Ｃ１の傾斜角を算出する。カメラコントローラ５３は、荷取対象の物品Ｃ１の位置（ｘ，ｙ）および姿勢角θのデータをロボットコントローラ５２へ出力する。なお、複数の物品Ｃ１を検出した場合、他の物品Ｃ１についても位置（ｘ，ｙ）および姿勢角θのデータを取得し、記憶部５３Ｍに記憶する。

【0049】

ロボットコントローラ５２は、カメラコントローラ５３から入力した物品の位置（ｘ，ｙ）および姿勢角θのデータを基に、吸着ヘッド３４の角度を荷取対象の物品Ｃの姿勢角θに合わせ、吸着ヘッド３４を物品Ｃに押し当てる。ロボットコントローラ５２は、吸着ヘッド３４が荷取位置への移動を終えるまでに開閉弁を制御して吸着パッド４２に負圧が及ぶ状態とし、この状態で吸着ヘッド３４を物品Ｃに押し当てることで物品Ｃを吸着する。ロボットコントローラ５２は、アーム３３を制御して指示されたコンベヤ１２の所定位置に物品Ｃを載置する。

【0050】

次に移載装置１０の作用を説明する。移載装置１０は、ＰＬＣ５１とロボットコントローラ５２とカメラコントローラ５３とにより制御される。作業者は、操作盤５０を操作し、移載作業開始の指示を与える。操作盤５０は、移載作業開始の指示を受け付けると，ＰＬＣ５１に移載作業を指示する。ＰＬＣ５１は、操作盤５０から移載作業開始の指示を受け付けると、記憶部５１Ｍからプログラムを読み出して実行し、高さ検出装置２０にレーザスキャナ２２の制御を指示し、ロボットコントローラ５２に対してロボット３０の制御およびカメラ４５の制御を指示する。また、ロボットコントローラ５２は、ＰＬＣ５１から制御の指示を受け付けると、記憶部５２Ｍからプログラムを読み出して実行する。ロボットコントローラ５２は、ロボット３０を制御する他、カメラコントローラ５３に対してカメラ４５の制御を指示する。カメラコントローラ５３は、カメラ４５の制御の指示を受け付けると、記憶部５３Ｍから読み出したプログラムを実行し、カメラ４５の撮像および撮像画像に基づく物品検出処理を行う。なお、図９のフローチャートで示される制御内容は、ＰＬＣ５１の制御、ロボットコントローラ５２の制御およびカメラコントローラ５３の制御を、１つの処理にまとめたものである。

【0051】

図１に示すように、コンベヤまたは電動車両により荷役対象物ＣＢは、ロボット３０の作業領域内の図１に示す所定位置に載置される。レーザスキャナ２２は、物品Ｃの品番等の荷役情報から取得される荷役エリアＳＡの高さに応じた検出開始位置Ｈｓに移動して待機する。検出開始位置Ｈｓは、荷役エリアＳＡの最高段数に応じた最上面高さよりも所定距離だけ高い位置である。

【0052】

まずステップＳ１１では、最上段の物品Ｃ１の高さを検出する。ＰＬＣ５１は、移載作業開始に当たって、高さ検出装置２０にレーザスキャナ２２による最上段の物品の検出処理を指令する。レーザスキャナ２２は検出開始位置Ｈｓからモータ２６の駆動によりレール２４に沿って一定速度で下降する。この下降過程で、レーザスキャナ２２は、検出部２３からのレーザ光ＬＺの出射方向を水平面内で変更しながら検出エリアＤＡを段積方向Ｚにスキャン（走査）する。つまり、レーザスキャナ２２は、水平面内において荷役エリアＳＡを含む扇状のレーザ光出射領域ＬＡにレーザ光ＬＺを照射しながら下降することで、荷役エリアＳＡを段積方向Ｚにスキャンする。レーザスキャナ２２は、扇状のレーザ光出射領域ＬＡ内の物体に反射した反射レーザ光を検出部２３で受光し、その受光結果に基づいて物体までの距離および物体の方位を計測し、その物体が検出エリアＤＡ内に位置するか否かを判定することで、検出エリアＤＡ内の物品を検出する処理を行う。レーザスキャナ２２は、検出開始位置Ｈｓからの下降を開始して最初に最上段の物品Ｃ１を検出する。ＰＬＣ５１は、モータ２６の回転を検出する不図示のエンコーダからの信号に基づいてレーザスキャナ２２のスキャン位置を把握しており、レーザスキャナ２２が最上段の物品Ｃ１を検出した時のスキャン位置を最上段の物品Ｃ１の高さ位置として検出する。ＰＬＣ５１は、レーザスキャナ２２が最上段の物品Ｃ１を検出すると、モータ２６を駆動停止させることによりレーザスキャナ２２の下降を停止させる。ＰＬＣ５１は、レーザスキャナ２２が検出した最上段の物品Ｃ１の高さ位置（最上段高さ）を示す高さデータと共に、ロボットコントローラ５２に撮像制御を指示する制御データを送信する。

【0053】

ステップＳ１２では、初期処理を行い、ｎ＝１を設定する。すなわち、ロボットコントローラ５２は、ＰＬＣ５１から撮像制御の指示を受け付けると、初期処理を行う（ｎ＝１）。

【0054】

ステップＳ１３では、カメラを最上段の高さに応じた第ｎ撮像位置に移動させて撮像エリアの画像を取得する。すなわち、ロボットコントローラ５２は、ＰＬＣ５１から受信した高さデータに基づき、最上段の物品Ｃ１の高さ位置に焦点の合うカメラ４５の撮像高さｚｈを計算し、第ｎ撮像位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｈ）を取得する。ここで、（ｘｎ，ｙｎ）は、図６に示す撮像エリアＰＡｎ（但し、添字ｎは、ｎ＝1,2,…,9）のＸ－Ｙ平面上の座標である。ロボットコントローラ５２は、ロボット３０のアーム３３等を駆動させてカメラ４５を位置制御することで、カメラ４５を第ｎ撮像位置に配置する。ロボットコントローラ５２は、カメラ４５を第ｎ撮像位置に配置すると、カメラコントローラ５３へ撮像指令信号を出力する。カメラコントローラ５３は撮像指令信号に従ってカメラ４５を撮像動作させる。この結果、カメラ４５は、物品群ＣＧの上面の一部である１番目の撮像エリアＰＡ１を撮像し、カメラコントローラ５３は最上段の物品Ｃ１に焦点の合った撮像エリアＰＡ１の画像を取得する。

【0055】

ステップＳ１４では、画像を用いて最上段の物品Ｃ１の検出処理を実行する。すなわち、カメラコントローラ５３は、カメラ４５から取得した画像を用いて最上段の物品Ｃ１を検出する検出処理を行う。カメラコントローラ５３は、画像に画像処理を施し後の画像上でエッジ検出等の手法により物品Ｃを検出し、物品Ｃが検出されれば、画像上における物品Ｃの面積を求め、面積が閾値を超えるか否かを判定する。面積が閾値を超えれば、最上段の物品Ｃ１と判定し、面積が閾値以下であれば最上段の物品Ｃ１ではない判定する。このため、最上段より１段低い下段の物品Ｃ２にも焦点が合った画像であっても、下段の物品Ｃ２が最上段の物品Ｃ１として検出されることはない。

【0056】

ステップＳ１５では、最上段の物品があるか否かを判断する。すなわち、カメラコントローラ５３は、撮像エリアＰＡｎ内に検出された最上段の物品Ｃ１があるか否かを判断する。最上段の物品Ｃ１がない場合はステップＳ１６に進み、最上段の物品Ｃ１がある場合はステップＳ１７に進む。

【0057】

ステップＳ１６では、ｎをインクリメントする（ｎ＝ｎ＋１）。すなわち、ロボットコントローラ５２は、ｎ値をインクリメントすることで、カメラ４５の次の第ｎ撮像位置を設定する。この場合、ロボットコントローラ５２は、インクリメント後のｎ値に従って、ロボット３０のアーム３３等を駆動させてカメラ４５を次の第ｎ撮像位置に移動させ、カメラコントローラ５３が次の第ｎ撮像位置に配置されたカメラ４５に撮像動作させることで、次の撮像エリアの画像を取得する（Ｓ１３）。

【0058】

そして、次の撮像エリアの画像を用いて最上段の物品Ｃ１の検出処理を実行し（Ｓ１４）、最上段の物品が検出されない場合（Ｓ１５で否定判定）、再びｎをインクリメントし（Ｓ１６）、更に次の第ｎ撮像位置へカメラ４５を移動させてカメラ４５が撮像動作されることで次の第ｎ撮像エリアの画像を取得する。こうして最上段の物品Ｃ１が検出されるまで、所定の順番にカメラ４５の撮像位置を変更する度にカメラ４５によって撮像エリアＰＡｎの画像を取得し、その取得した画像を用いた最上段の物品Ｃ１の検出処理を実行する。そして、第ｎ撮像エリアＰＡｎの画像において最上段の物品Ｃ１が検出されると（Ｓ１５で肯定判定）、ステップＳ１７に進む。

【0059】

ステップＳ１７では、荷取対象となる最上段の物品Ｃ１の位置および姿勢角（向き）を算出する。すなわち、カメラコントローラ５３は、画像において荷取対象である最上段の物品Ｃ１の位置および姿勢角を検出する。カメラコントローラ５３は、図８に示すように、物品Ｃ１の位置として例えば中心座標（ｘ、ｙ）を算出し、さらに物品Ｃ１の姿勢角θを算出する。詳しくは、カメラコントローラ５３は、画像系の座標上で物品Ｃ１の位置座標を算出し、この物品Ｃ１の位置座標と、カメラ４５の実座標系の位置座標とに基づき、物品Ｃ１の実座標系の位置（ｘ，ｙ）を取得する。カメラコントローラ５３は、物品Ｃ１の位置（ｘ、ｙ）および姿勢角θのデータを、ロボットコントローラ５２へ出力する。なお、吸着ヘッド３４に替え、ハンドで物品Ｃを挟持して把持する場合は、Ｘ－Ｙ平面における物品Ｃ１の対角の位置座標を求めるとよい。

【0060】

ステップＳ１８では、荷取動作を行う。すなわち、ロボットコントローラ５２は、位置（ｘ，ｙ）および姿勢角θのデータに基づきロボット３０のアーム３３等を駆動し、吸着ヘッド３４を荷取対象の物品Ｃ１の姿勢角（向き）に合わせた姿勢角（向き）に姿勢制御しつつ、位置（ｘ、ｙ）にある荷取対象の物品Ｃ１の上面に吸着ヘッド３４を押し当てて物品Ｃを吸着させる。ロボットコントローラ５２は、ＰＬＣ５１から荷取位置から荷置位置まで物品Ｃ１を移載する指令を受信すると、その指令に従ってロボット３０を制御して吸着ヘッド３４に吸着した物品Ｃ１を、荷取位置からコンベヤ１２上の所定位置（荷置位置）まで運んで吸着ヘッド３４から解放することで、物品Ｃ１をコンベヤ１２上に所定の向きに載置する。

【0061】

ステップＳ１９では、最上段の荷取作業を完了したか否かを判断する。レーザスキャナ２２は、ロボット３０の一部が荷役エリアＳＡ内にないときに最上段の物品の有無を検出し、最上段の物品がすべて無くなると、最上段の荷取作業を完了したと判断する。最上段の荷取作業を完了していなければ、つまり最上段に物品Ｃ１がまだ残っていれば、ステップＳ１５に戻る。なお、ステップＳ１９の判断は、カメラ４５が撮像エリアのすべてを撮像したｎ枚の画像のすべてで最上段の物品が無いことをもって行ってもよい。

【0062】

ステップＳ１９から戻ったステップＳ１５では、先の最上段の物品検出処理（Ｓ１４）で複数の最上段の物品Ｃ１を検出していれば、ロボットコントローラ５２は最上段の物品Ｃ１ありと判断するので（Ｓ１５で肯定判定）、先に検出した最上段の物品のうちの残りから１つを荷取対象に選択する。そして、荷取対象である最上段の物品Ｃ１の位置および姿勢角を算出し（Ｓ１７）、荷取動作を行う（Ｓ１８）。一方、ステップＳ１５において、最上段の物品なしと判断した場合（Ｓ１５で否定判定）、ｎをインクリメントした後（Ｓ１６）、ステップＳ１３に戻り、カメラを第ｎ撮像位置へ移動させ、次の第ｎ撮像エリアの画像を撮像する。そして、第ｎ撮像エリアの画像を用いて最上段の物品Ｃ１の検出処理を行い（Ｓ１４）、最上段の物品Ｃ１があれば（Ｓ１５で肯定判定）、最上段の物品Ｃ１のうち１つを荷取対象に選択する。さらに、その荷取対象の物品Ｃ１の位置および姿勢角を算出し（Ｓ１７）、その物品の荷取動作を行う（Ｓ１８）。

【0063】

以下、同様に最上段の残りの物品Ｃ１を順次移載し、最上段の物品Ｃ１を全て移載し終わると（Ｓ１９で肯定判定）、レーザスキャナ２２が最上段の物品Ｃ１を検出しなくなるので、移載制御ルーチンを一旦終了し、再びステップＳ１１からの処理を開始する。レーザスキャナ２２を前回のルーチンで最上段の物品Ｃ１を検出した位置を新たな検出開始位置Ｈｓとして、Ｓ１１～Ｓ１９の処理を繰り返す。最上段の物品Ｃ１の移載作業をすべて完了する度に、レーザスキャナ２２による最上段の物品Ｃ１の高さ位置の検出（Ｓ１１）、物品群ＣＧの上面の一部の撮像（Ｓ１３）、最上段の物品Ｃ１の検出（Ｓ１４）、物品Ｃ１の位置・姿勢角の算出（Ｓ１７）、および荷取動作（Ｓ１８）を順次行う。こうしてパレットＰ上の物品群ＣＧの全ての物品Ｃの移載作業を終了する。そして、空のパレットＰが搬出され、次の荷役対象物ＣＢがロボット３０の作業範囲内の所定位置に載置される。

【0064】

なお、レーザスキャナ２２は、最上段の物品Ｃ１を検出した後（Ｓ１１）、その最上段よりも１段上側の位置で一時的に待機してもよい。すなわち、レーザスキャナ２２は、最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出して高さデータを出力した後、スキャンしながら上昇し物品Ｃ１を検出しない高さ位置で停止する。この場合、例えば、移載装置１０の運転停止中に、作業者が最上段の物品Ｃ１の上に物品Ｃを載せたとしても、その載せた物品Ｃはレーザスキャナ２２に検出されるので、その検出された物品Ｃを最上段の物品Ｃ１として優先して荷取りすることができる。

【0065】

以上詳述したように本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）物品移載装置１０は、複数の物品Ｃが段積みされてなる物品群ＣＧを含む荷役エリアＳＡを、段積方向Ｚと交差する交差方向に出射するレーザ光によって段積方向Ｚにスキャンして物品群ＣＧのうち最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出する高さ検出装置２０を備える。また、物品移載装置１０は、物品Ｃを吸着により把持可能な吸着ヘッド３４（把持部の一例）を有するアーム３３を備えたロボット３０と、吸着ヘッド３４に設けられたカメラ４５とを備える。カメラコントローラ５３（位置検出部の一例）は、物品群ＣＧにおける高さ検出装置２０により検出された高さ位置の部分に焦点の合う撮像位置にロボット３０の位置制御により配置されたカメラ４５（撮像部の一例）が物品群ＣＧの上面の一部を撮像した画像に基づき、最上段の物品Ｃ１の水平方向における位置を検出する。ロボット３０は、カメラコントローラ５３が検出した最上段の物品Ｃ１を荷取りする。よって、高さ検出装置２０は、荷役エリアＳＡをその側方からレーザ光を照射して段積方向Ｚにスキャンすることで最上段の物品Ｃ１を検出する構成のため、物品移載装置１０の高さ方向Ｚにおける設置スペースを短くできる。このため、天井の低い工場でも物品移載装置１０を設置できるうえ、レーザスキャナ２２のメンテナンス作業が高所作業の必要もなく簡単に済む。また、ロボット３０の吸着ヘッド３４に設けられたカメラ４５は、物品群ＣＧにおける検出された高さ位置の部分に焦点の合う第ｎ撮像位置にロボット３０により位置制御される。このため、カメラ４５を撮像位置に移動させる際にアーム３３又は吸着ヘッド３４が物品群ＣＧに衝突することを低減できる。また、カメラ４５が撮像した物品群ＣＧの上面の一部の画像を基に最上段の物品Ｃ１の交差方向における位置を検出できるので、吸着ヘッド３４は最上段の物品Ｃ１を荷取りできる。

【0066】

（２）ロボット３０に位置制御されたカメラ４５は、少なくともカメラコントローラ５３が最上段の物品Ｃ１を検出するまでは、物品群ＣＧの上面における交差方向に位置の異なる複数の撮像エリアＰＡを撮像し、カメラコントローラ５３は、カメラ４５が撮像した画像を基に最上段の物品Ｃ１の位置及び姿勢角（向き）を検出する。ロボット３０は、カメラコントローラ５３が検出した位置にある最上段の物品Ｃ１を、検出した姿勢角に吸着ヘッド３４の角度を合わせて荷取りする。よって、カメラ４５は、少なくともカメラコントローラ５３が最上段の物品Ｃ１を検出するまでは、物品群ＣＧの上面における交差方向に位置の異なる複数の撮像エリアＰＡｎを撮像する。このため、最上段の物品Ｃ１を検出して荷取対象の物品を決定できるうえ、その荷取対象の物品Ｃ１の位置及び姿勢角（向き）を検出できる。よって、荷取対象の物品Ｃ１が傾いて置かれていてもその傾きに合わせた適切な角度（向き）で吸着ヘッド３４によって物品Ｃ１を荷取りでき、しかも移載先のコンベヤ１２に適切な向きに荷置きできる。

【0067】

（３）複数の撮像エリアＰＡのうち交差方向に隣合う２つは、一部重複する。よって、隣合う２つの撮像エリアＰＡは一部重複するので、最上段の１つの物品Ｃが一方の撮像エリアＰＡに一部のみ撮像されても、一部重複するその隣の他方の撮像エリアＰＡには全体が撮像される頻度が増す。例えば一部重複しない撮像エリアＰＡでは、物品Ｃが２つの撮像エリアＰＡに跨って撮像されることに起因して物品Ｃの位置及び向きを検出不能な頻度が増す。これに対して、隣合うもの同士で一部重複する撮像エリアＰＡなので、隣同士の２つの撮像エリアＰＡのうち一方の撮像エリアＰＡには物品Ｃが全て撮像される。

【0068】

（４）カメラコントローラ５３（位置検出部の一例）は、画像に基づき物品Ｃを検出した場合、物品Ｃの画像上の面積を求め、面積が閾値よりも大きい物品Ｃをロボット３０が荷取対象とするべき最上段の物品Ｃ１とする。よって、最上段よりも下に位置する下段の物品Ｃを、間違って荷取りすることを防止できる。

【0069】

（５）荷取位置検出装置は、物品Ｃが段積みされてなる物品群ＣＧを含む荷役エリアＳＡを、段積方向と交差する交差方向に照射するレーザ光ＬＺによって段積方向Ｚにスキャンして、物品群ＣＧのうち最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出する高さ検出装置２０を備える。また、荷取位置検出装置は、物品Ｃを吸着によって把持する吸着ヘッド３４を有するアーム３３を備えたロボット３０の吸着ヘッド３４に設けられたカメラ４５を備える。さらに荷取位置検出装置は、物品群ＣＧにおける高さ検出装置２０により検出された高さ位置の部分に焦点の合う撮像位置にロボット３０により位置制御されたカメラ４５により物品群ＣＧの上面の一部を撮像し、その撮像画像を基にロボット３０が荷取対象とする物品Ｃ１の交差方向における位置を検出するカメラコントローラ５３を備える。よって、ロボット３０を備える移載装置において荷取位置検出装置を設けることにより、移載装置１０を構築し、上記（１）～（４）の効果を同様に得ることができる。

【0070】

前記実施形態は、上記に限定されず、以下のように変更してもよい。
・図１０に示すように、検出エリアＤＡを複数に分割した分割検出エリアＤＡ１～ＤＡ７毎に最上段の物品Ｃ１の有無を判定してもよい。例えば、図１０に示すように、検出エリアＤＡを、検出部２３から出射されるレーザ光ＬＺを水平面（Ｘ－Ｙ平面）内で走査する広がり角を複数分割することで複数の分割検出エリアＤＡ１～ＤＡ７に分割する。レーザスキャナ２２は、複数の分割検出エリアＤＡ１～ＤＡ７毎に最上段の物品Ｃ１の有無を検出する。この場合、ロボットコントローラ５２は、最上段の物品Ｃ１が検出されると、その物品Ｃ１の属する分割検出エリアＤＡｋに対応する撮像位置へカメラ４５を移動させる。このため、カメラ４５が早期に最上段の物品Ｃ１を撮像できる。例えば、図９のフローチャートのステップＳ１３において、ｎ＝１のときの第ｎ撮像位置は、高さ検出装置２０が検出した最上段の物品Ｃ１が属する分割検出エリアＤＡｋの少なくとも一部を撮像可能な撮像位置となる。つまり、ロボットコントローラ５２は、レーザスキャナ２２が最上段の物品Ｃ１を検出した際の分割検出エリアＤＡｋの少なくとも一部を撮像可能な撮像位置にカメラ４５を移動させ、カメラ４５に１番目の撮像エリアＰＡ１を撮像させる。このように高さ検出装置２０は、検出エリアＤＡを交差方向に複数分割した分割検出エリアＤＡ１～ＤＡ７毎に最上段の物品Ｃ１を検出することで高さ位置を検出する。そして、ロボット３０は、高さ検出装置２０が検出した最上段の物品Ｃ１が属する分割検出エリアＤＡｋを撮像可能な撮像位置へカメラ４５を移動させる。よって、最上段の物品Ｃ１が検出されるまで、カメラ４５の撮像エリアＰＡを順番に移動させる前記実施形態の構成に比べ、カメラ４５を早期に最上段の物品Ｃ１を撮像可能な撮像位置へ移動させ、撮像した画像を基に最上段の物品Ｃ１を早期に検出することができる。この結果、荷取作業のサイクルタイムを前記実施形態よりも短くし、移載作業の作業効率を高めることができる。

【0071】

・図１０に示す分割の仕方に替え、検出エリアＤＡをレーザスキャナ２２からの距離によって複数（ｊ個）の分割検出エリアＤＡｎ（但しｎ＝1,2,…,j）に分けてもよい。また、検出エリアＤＡを、図１０に示す広がり角の分割と、レーザスキャナ２２からの距離による分割との両方により、複数の分割検出エリアＤＡｎに分けてもよい。これらの構成によっても、レーザスキャナ２２の検出結果を基に、最上段の物品Ｃ１の位置を特定できるので、カメラ４５の少ない移動回数および撮像回数で荷取対象の物品Ｃ１の位置を特定できるので、荷取作業のサイクルタイムを短くできる。

【0072】

・レーザスキャナ２２は、検出エリアＤＡで検出した物体の位置を特定可能な位置座標付きの空間データを出力してもよい。この場合、水平面内における荷役エリアＳＡの領域を検出エリアＤＡとする。ＰＬＣ５１は、レーザスキャナ２２から入力した空間データに基づき検出エリアＤＡ内で最上段の物品Ｃ１が存在する平面上の位置領域を特定し、その特定した位置領域を撮像可能な撮像位置へカメラ４５を移動させる指示をロボットコントローラ５２に与える。この構成によれば、カメラを最上段の物品を撮像可能な撮像位置へ１回で移動できる頻度が高まるので、移載作業の高速化を実現できる。

【0073】

・前記実施形態では、位置検出部の一例であるカメラコントローラ５３は、カメラ４５が撮像した画像を基にロボット３０の荷取対象の物品Ｃ１の位置および角度（姿勢角）を検出したが、物品Ｃ１の位置のみ検出してもよい。例えば円板状の物品Ｃ１など向きを有しない形状の物品については、その位置が分かれば把持部で荷取りすることはできる。

【0074】

・ロボット３０のアーム３３又は把持部にレーザスキャナ（高さ検出部）を設けてもよい。この場合、最上段の物品Ｃ１の高さを検出するときはロボット３０のアーム３３を駆動してレーザスキャナ２２を段積方向Ｚに移動させることで、段積方向Ｚにスキャンして最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出する。次に、ロボット３０のアーム３３を駆動させてカメラ４５を物品群ＣＧの最上段の高さ位置の部分に焦点の合う撮像位置へ移動させ、カメラ４５により物品群ＣＧの上面の一部を撮像する。そして、カメラコントローラ５３は、カメラ４５が撮像した画像から最上段の物品の位置及び角度（姿勢角）を検出する。

【0075】

・高さ検出装置２０を構成するレーザスキャナ２２は、検出部２３から射出したレーザ光の光干渉を利用して最上段の物品を検出する光干渉計でもよい。また、レーザスキャナ２２の検出部２３は、レーザ光の位相差を用いて最上段の物品を検出する方式でもよい。

【0076】

・天井の低い工場では、高さ検出装置２０における昇降機構２１のレール２４を天井から吊るしてもよい。
・前記実施形態では、物品群ＣＧに対して１段ごとに最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出したが、最初にレーザスキャナ２２で最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出した後、それ以降の下段におけるレーザスキャナ２２による高さ位置の検出は行わなくてもよい。最初に最上段の物品Ｃ１の高さ位置が分かれば、その後は、カメラ４５の撮像画像を基に最上段の物品Ｃ１の有無は判定可能なうえ、物品Ｃのサイズ等の荷役情報を基に１段分の高さが既知なので、次の段（１段分下段）の物品に焦点の合う撮像位置は算出可能である。

【0077】

・カメラ４５により複数の撮像エリアＰＡのすべてを撮像して最上段の物品Ｃ１の位置を把握した後、最上段の物品の荷取作業を開始してもよい。
・把持部は、吸着ヘッド３４に限らず、ハンドでもよい。ハンドは、固定ガイドと、固定ガイドに対して接近及び離間可能な可動ガイドとを備え、可動ガイドと固定ガイドとの間に物品を挟持することで物品を把持する。なお、ハンドは、複数のガイドで挟持した物品をその下側から受ける保持レバーを備えてもよい。また、ハンドは、複数の可動ガイドを有する構成でもよい。また、ハンドは３つ以上の複数のガイドを備えたものでもよい。

【0078】

・撮像部の一例としてのカメラ４５は、吸着ヘッド３４に組み付ける構成に限らず、アーム３３に取り付けてもよい。要するに、ロボット３０がアーム３３を駆動させることでカメラ４５を撮像位置に位置制御できる部位であれば、カメラ４５はアーム３３と吸着ヘッド３４のうちどこに取り付けてもよい。例えば、カメラ４５をアーム部３３Ｂ又はアーム部３３Ｃに取り付けてもよい。また、カメラ４５を吸着ヘッド３４の側部に取り付けてもよい。

【0079】

・物品Ｃは、ケースに限らず、袋体でもよい。例えば粉体または粒体（例えば穀粒）を収容する袋体でもよい。この場合、袋体の中身は、食料用の粉体（小麦粉等）や粒体（豆等の種子）でもよいし、セメント粉等の工業用粉体または工業用の粒体でもよい。また、袋体は、液体または気体を収容するものでもよい。また、物品は支持板上に段積みされたコンテナでもよい。

【0080】

・袋体以外の物品の形状は直方体に限らず、その他の多角柱状（例えば三角柱又は六角柱）や円柱状でもよい。
・荷役対象物ＣＢは、ペットボトル等の容器よりなる物品を複数段積載するバルクでもよい。例えば、ロボット３０が１段単位で容器群を吸着可能な吸着ヘッドを有し、ロボット３０が吸着ヘッドにより１段ずつバルクよりなる容器群を段ばらしする移載作業を行う移載装置でもよい。

【0081】

・ロボット３０は把持部で物品を複数個ずつ把持する構成でもよい。例えば物品を吸着ヘッド３４で複数個ずつ吸着したり、ハンドで複数個ずつ挟持したりしてもよい。
・物品群ＣＧは、パレットＰ以外のものに載置されてもよい。物品群は例えばシート又はコンベヤ（例えばベルトコンベヤ）上に載置されてもよい。

【0082】

・移載装置による移載作業は、段ばらし作業に限らず、コンベヤから物品を把持してパレットＰに積み付ける積付作業でもよい。この場合、積付作業の途中の運転停止中に作業者が物品群へ物品を追加しても、レーザスキャナ２２が最上段の物品Ｃ１の高さ位置を検出できるので、ロボット３０が例えば次の物品Ｃを積み付けるために移動させたアーム３３または吸着ヘッド３４が誤って物品群ＣＧに衝突する事態を回避できる。

【符号の説明】

【0083】

１０…物品移載装置（移載装置）、１２…コンベヤ、２０…高さ検出装置、２１…昇降機構、２２…レーザスキャナ、２３…検出部、２４…レール、２５…移動機構、２６…モータ、３０…ロボット、３１…、３２…回転台、３３…アーム、３４…把持部の一例としての吸着ヘッド、３５…動力源、３６…駆動機構、３７…電動モータ、３８…回転部、４５…撮像部の一例としてのカメラ、５１…プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、５２…ロボットコントローラ、５３…位置検出部の一例としてのカメラコントローラ、５１Ｍ，５２Ｍ，５３Ｍ…記憶部、ＳＡ…荷役エリア、ＳＡmax…最大荷役エリア、Ｃ，Ｃ２…物品、Ｃ１…物品（最上段）、ＣＧ…物品群、Ｐ…パレット、ＤＡ…検出エリア、ＤＡ１～ＤＡ７，ＤＡｋ，ＤＡｎ…分割された検出エリアの一例としての分割検出エリア、ＰＡ，ＰＡ１～ＰＡ９，ＰＡn-1，ＰＡn…撮像エリア、ＬＺ…レーザ光、Ｓａ…面積、Ｓｂ…面積、θ…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】