特許 7542262 ロボット装置

(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】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】ロボット装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/00 20060101AFI20240823BHJP

【ＦＩ】

B25J13/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021140946

(22)【出願日】2021-08-31

(65)【公開番号】P2023034620

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2023-11-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519020616

【氏名又は名称】ＴｅｃｈＭａｇｉｃ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100207066

【弁理士】

【氏名又は名称】米山 毅

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】弁理士法人 東和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 俊之

【審査官】神山 貴行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－００１０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８４２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２２０７８１８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０９４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１４１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００４４９８７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９３６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６３９１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器に収容された被搬送物を前記容器と共に搬送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、を備えたロボット装置であって、
前記ロボットによって前記被搬送物又は前記容器に対して加えられるロボット加速度と反対向きの慣性加速度と、前記被搬送物又は前記容器に作用する重力加速度との、合成加速度ベクトルの向きに対応するように前記ロボットによって容器の姿勢を制御すると共に、
前記被搬送物又は前記容器が障害物を避けるように前記ロボットが前記被搬送物又は前記容器を搬送する軌道を設定し、
前記軌道に沿って前記ロボットを駆動したとき、前記ロボット加速度の変化量であるロボットジャークの上限を所定値に制限するように前記ロボットを制御し、
前記ロボット加速度に加速度上限値を設定し、前記加速度上限値にてジャークをゼロに設定することを特徴とするロボット装置。

【請求項2】

合成加速度ベクトルの向きに対応するように前記ロボットによって容器の姿勢を制御する場合には、容器に収容された被搬送物の重心を中心にして姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。

【請求項3】

前記ロボットジャークの上限を制限する所定値は、前記ロボットの加速度指令値又は速度指令値の少なくとも一方に対する応答特性に応じて設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット装置。

【請求項4】

前記ロボットジャークの上限を制限する所定値は、１０～２００ｍ／ｓ^３であることを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。

【請求項5】

容器に収容された被搬送物を前記容器と共に搬送するロボットを制御するロボット制御方法であって、
前記ロボットによって前記被搬送物又は前記容器に対して加えられるロボット加速度と反対向きの慣性加速度と、前記被搬送物又は前記容器に作用する重力加速度との、合成加速度ベクトルの向きに対応するように前記ロボットによって容器の姿勢を制御するステップと、
前記被搬送物又は前記容器が障害物を避けるように前記ロボットが前記被搬送物又は前記容器を搬送する軌道を設定するステップと、
前記軌道に沿って前記ロボットを駆動したとき、前記ロボット加速度の変化量であるロボットジャークの上限を所定値に制限するように前記ロボットを制御するステップと、
前記ロボット加速度に加速度上限値を設定し、前記加速度上限値にてジャークをゼロに設定するステップと、
を有することを特徴とするロボット制御方法。

【請求項6】

請求項５に記載のロボット制御方法の各ステップをコンピュータによって実行することを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、飲食店における従業員不足等の背景から、飲食店におけるサービスの工程を自動化したいという要請がある。飲料提供を自動化するにあたり、容器に注がれた飲料をこぼさずに搬送することが求められる。

【0003】

特許文献１には、容器に入った被搬送物がこぼれないように、慣性加速度ベクトルと重力加速度ベクトルとを合成した合成加速度ベクトルを計算し、計算された合成加速度ベクトルに応じてロボット姿勢を制御するロボット装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－００１０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１では、合成加速度ベクトルに応じてロボット姿勢を制御することにより容器に入った被搬送物をこぼさないことが記載されているが、例えば液体を搬送する場合には、液面が波立つために高速移動すると液体が容器からこぼれるという問題が生じる。特許文献１のロボット装置で液体がこぼれないようにするためには低速度でロボット装置を駆動するしかなかったが、これでは高速搬送が実現できないという問題があった。本発明の目的は容器に収容された被搬送物をこぼさずに、高速で被搬送物を搬送できるロボット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】

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成できる。すなわち、本発明の第１の態様のロボット装置は、容器に収容された被搬送物を前記容器と共に搬送するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、を備えたロボット装置であって、前記ロボットによって前記被搬送物又は前記容器に対して加えられるロボット加速度と反対向きの慣性加速度と、前記被搬送物又は前記容器に作用する重力加速度との、合成加速度ベクトルの向きに対応するように前記ロボットによって容器の姿勢を制御すると共に、前記被搬送物又は前記容器が障害物を避けるように前記ロボットが前記被搬送物又は前記容器を搬送する軌道を設定し、前記軌道に沿って前記ロボットを駆動したとき、前記ロボット加速度の変化量であるロボットジャークの上限を所定値に制限するように前記ロボットを制御し、前記ロボット加速度に加速度上限値を設定し、前記加速度上限値にてジャークをゼロに設定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の第１の態様のロボット装置によれば、被搬送物に作用する合成加速度ベクトルの向きに対応するように容器の姿勢が制御されるので被装置物が容器からこぼれることはなく、しかも、ロボット加速度の変化量であるロボットジャークの上限を所定値に制限することで、被搬送物の状態が安定する、例えば、被搬送物が液体であれば波立ちを抑えることができるため、容器に収容された被搬送物をこぼさずに、高速で被搬送物を搬送できる搬送ロボット装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態１のロボット装置を利用した飲料自動提供システムの説明図である。

【図2】本発明の実施形態１の飲料自動提供システムの概略ブロック図である。

【図3】本発明の実施形態１のロボット装置のハンド部についての説明図である。

【図4】本発明の実施形態１のロボットアームの軌道制御の説明図である。

【図5】本発明の実施形態１の容器の姿勢制御についての説明図である。

【図6】本発明の実施形態１のロボットアームのジャーク制御の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るロボット装置を説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を具体化するためのロボット装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。

【0010】

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係るロボット装置２０について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態１のロボット装置２０を利用した飲料自動提供システム１０の説明図である。

【0011】

＜飲料自動提供システム１０について＞
飲料自動提供システム１０は、飲料の注文を受け付ける注文入力装置１１と、飲料を供給するビールサーバ２６、炭酸水サーバ２５、氷ディスペンサ２３、ワンショットメジャー２４、及びウォーターサーバ（不図示）等の飲料供給装置と、容器Ｃを保管する容器保管庫１４と、容器保管庫１４に保管された容器Ｃを送出位置Ｐ１から供給位置Ｐ２まで搬送する容器供給装置１３と、容器を冷却するチラー１８とを有している。

【0012】

ロボット装置２０はロボットコントローラ３１（図２参照）と、ロボットアーム２１とを備えている。ロボットアーム２１は、特に限定されるものではないが、例えば６軸等の多関節のロボットアームである。ロボットアーム２１は容器Ｃを把持するハンド部２２を有しており、ハンド部２２は容器Ｃを把持して、供給位置Ｐ２、注入位置Ｐ４、各飲料供給装置の注入位置、及び、提供位置Ｐ３の間を搬送する。

【0013】

容器保管庫１４は飲料自動提供システム１０の下部に組み込まれている。容器保管庫１４は、保管庫本体部１５と、保管庫本体部１５に対してスライド可能に取り付けられ、複数の容器Ｃが収容された引出し部１６と、引出し部１６を駆動する保管庫駆動装置１７とが設けられている。引出し部１６は保管庫駆動装置１７により、保管位置と外部の引き出し位置との間をスライド駆動される。引出し部１６が保管位置にあるときに、容器Ｃは１個ずつ、容器供給装置１３によって送出位置Ｐ１から供給位置Ｐ２まで取り出される。容器保管庫１４は、飲料自動提供システム１０の下部に組み込まれているため、容器Ｃの保管スペースをロボットアーム２１の下方に確保することが可能であると共に、容器保管庫１４に冷却装置を設けた場合には、冷気が下方に留まるため、冷却効率を向上することができる。

【0014】

図２は実施形態１の飲料自動提供システムの概略ブロック図である。飲料自動提供システム１０は、システムコントローラ３０は、注文入力装置１１、ロボットコントローラ３１、カメラ３５、計量装置３６，容器保管庫１４、容器供給装置１３、氷ディスペンサ２３、ワンショットメジャー２４、炭酸水サーバ２５及びビールサーバ２６等から構成されている。

【0015】

システムコントローラ３０は、注文入力装置１１、ロボットコントローラ３１、カメラ３５、計量装置３６、容器保管庫１４、容器供給装置１３、氷ディスペンサ２３、ワンショットメジャー２４、炭酸水サーバ２５及びビールサーバ２６に接続されており、飲料自動提供システム１０の全体の制御を行う。

【0016】

ロボットコントローラ３１は、システムコントローラ３０からの制御指令に基づきロボットアーム２１を制御する。また、ロボットコントローラ３１はティーチングペンダント３２にも接続されており、ティーチングペンダント３２からの入力に基づき、システムコントローラ３０からの制御指令とは独立した制御設定を行うことができる。

【0017】

注文入力装置１１は例えばタッチパネルディスプレイからなり、顧客に対してお勧めメニューを提示する等の対話式の入力により、飲料の注文を受け付ける。飲料の注文を受け付けると、容器Ｃが容器保管庫１４から送出位置Ｐ１から送り出されて、容器供給装置１３によって供給位置Ｐ２に供給される。ロボットアーム２１はハンド部２２により供給位置Ｐ２に供給された容器Ｃを把持して、チラー１８の上方で容器Ｃの開口を下向きに伏せた状態で、ロボットアーム２１によるチラー１８を操作して、あるいは、ロボットアーム２１の位置に応じてシステムコントローラ３０からチラー１８への制御指令により、容器Ｃ内にＣＯ_２を噴霧して容器Ｃを冷却する。なお、容器保管庫１４に冷却装置が設けられており、十分に冷却されている場合には、あるいは、注文された飲料によっては、チラー１８による冷却工程を省略することもできる。

【0018】

次に、ロボットアーム２１はロボットコントローラ３１によってシステムコントローラ３０からの制御指令に基づいて制御され、注文に応じて容器Ｃを、氷ディスペンサ２３、ワンショットメジャー２４、炭酸水サーバ２５、ウォーターサーバ（不図示）、及び、ビールサーバ２６等の飲料供給装置の注入口に順に搬送し、順に容器Ｃに各飲料を注入して注文どおりに飲料を自動的に調製する。飲料供給装置の注入動作はロボットアーム２１の動作と同期させて制御してもよいし、飲料供給装置の操作レバー等をロボットアーム２１のハンド部２２により直接操作して飲料を容器Ｃに注入するようにしてもよい。

【0019】

飲料供給装置から容器に注入する飲料の分量は、注文に応じたレシピにより決定される。例えばワンショットメジャー２４からは定量のウイスキー等の飲料が容器Ｃに供給される。氷ディスペンサ２３からは注文に応じた定量の氷が容器Ｃに注入される。ビールサーバ２６からは注文に応じた定量のビールが容器に注入され、泡の量も所定となるように設定されている。炭酸水サーバ２５からは、注文に応じたレシピにより決定された分量だけ炭酸水が容器Ｃに注入される。ウォーターサーバからは、注文に応じたレシピにより決定された分量だけの水が容器Ｃに注入される。

【0020】

炭酸水サーバ２５やウォーターサーバ等から容器Ｃに炭酸水又は水を注入する位置である注入位置Ｐ４には、計量装置が設けられており、例えば注入される炭酸水又は水の重量を測定することができる。これによって、注文に応じたレシピどおりの分量の飲料が容器Ｃに注入されているかどうかを確認することができる。なお、この時に把握された容器Ｃの飲料の分量は、後述の搬送時の容器Ｃの姿勢制御にも用いられる。また、提供位置Ｐ３にも、例えば容器Ｃの重量を測定する計量装置が設けられているので、注文どおりの分量の飲料が調製されているかどうかを判定し、容器Ｃに所定量の分量の飲料が注入されている場合には、提供口１９の電磁ロックが解除され、提供口１９が開放されて飲料が顧客に提供される。一方、容器Ｃに注がれた飲料の分量が所定量とは異なる場合には、容器Ｃは顧客に提供されずに、ロボットアーム２１により適宜の回収手段（不図示）まで搬送されて、回収される。

【0021】

システムコントローラ３０は、さらに通信ネットワーク４０を介して、本部サーバ４１、データベース４２、他の飲料自動提供システム１０ａ～１０ｎ等と通信することが可能である。本部サーバ４１では、各店舗の飲料自動提供システム１０、１０ａ～１０ｎからの情報を収集すると共に、データベース４２からの情報等のビッグデータを用いて、機械学習などの手段を用いて各店舗の推奨メニューの情報や推奨されるレシピ等の分析を行い、分析の結果得られた訓練済みのデータを各店舗に提供することができる。各店舗の飲料自動提供システム１０ａ～１０ｎは相互に通信を行うことに顧客情報の共有やメニューの検討等を連携して行うことが可能であり、この場合には、本部サーバ４１の情報だけに依存しない分散型の情報分析システムを構築することも可能である。

【0022】

＜ロボット装置のハンド部２２について＞
図３は、本実施形態のロボット装置のハンド部２２についての説明図である。ロボットアーム２１には、容器Ｃを把持するためのハンド部２２が設けられている。ハンド部２２は、複数仕様の容器Ｃを把持することができるようになっている。

【0023】

本実施形態では、ハンド部２２は、挟持方向に向かい合う一対の把持片５０を含み、各把持片５０が中間部分の直線状の中間片状部分５１に対して両端の端部片状部分５２，５３が下り傾斜状に連接されている。このようなハンド部２２は、外径の異なる仕様の容器Ｃを把持する場合にも、複数の接点位置で容器Ｃに接触するため、仕様の異なる容器Ｃであっても同ハンド部２２で確実に把持することができる。ハンド部２２は、端部片状部分５２、５３により容器Ｃを把持するように設定されている。このため、大きさの異なる容器Ｃであっても、一方の把持片５０の端部片状部分５２、５３の内側で容器Ｃに接触することに加え、他方の把持片５０の端部片状部分５２、５３の内側でも容器Ｃに接触することにより、合計４箇所で容器Ｃの外周に接触して確実に容器Ｃを把持することができる。なお、ハンド部２２は、容器Ｃを挟持する側の面に例えばウレタンスポンジ等のクッション材を設けることによって容器Ｃを柔らかく把持するようにすることもできる。

【0024】

＜ロボットアーム２１の軌道制御＞
図４は本実施形態のロボットアーム２１の軌道制御の説明図である。ロボットアーム２１は、供給位置Ｐ２から供給された容器Ｃを開口が上を向いた姿勢でハンド部２２により把持して取り上げ、容器Ｃをチラー１８の上方まで移動させて容器Ｃの開口が下を向く姿勢に回転させてから、チラー１８を操作して、あるいは、ロボットアーム２１の位置に応じてシステムコントローラ３０からチラー１８への制御指令により、チラー１８から噴出される冷却用ＣＯ_２によって容器Ｃを冷却する。

【0025】

チラー１８によって冷却された容器Ｃは再びロボットアーム２１によって開口が上を向く姿勢に回転されてから、注文に応じて必要となる氷ディスペンサ２３、ワンショットメジャー２４、炭酸水サーバ２５、ウォーターサーバ（不図示）、及び、ビールサーバ２６等の飲料供給装置の注入口に順に搬送される。飲料が注文に応じた所定量だけ容器Ｃに飲料が注がれると、ロボットアーム２１は容器Cをその注入位置から、提供位置Ｐ３に容器Ｃを置く位置まで搬送する。提供位置Ｐ３に搬送され、計量装置により注文どおりの分量の飲料が調製されていると判断された場合には、提供口１９の電磁ロックが解除され、提供口１９が開放されて飲料が顧客に提供される。

【0026】

炭酸水サーバ２５やウォーターサーバ等から容器Ｃに炭酸水又は水を注入する位置については、注入位置Ｐ４に置かれるように容器Ｃはロボットアーム２１により搬送される。注入位置Ｐ４には、計量装置が設けられており、例えば注入される炭酸水又は水の重量を測定することができる。これによって、注文に応じたレシピどおりの分量の飲料が容器Ｃに注入されているかどうかを確認することができる。なお、この時に把握された容器Ｃの飲料の分量は、後述の搬送時の容器Ｃの姿勢制御にも用いられる。

【0027】

例えば、ビールが注文された場合について説明する。ロボットアーム２１は、供給位置Ｐ２から供給された容器Ｃを開口が上を向いた姿勢でハンド部２２により把持して取り上げ、容器Ｃをチラー１８の上方まで移動させて容器Ｃの開口が下を向く姿勢に回転させてから、チラー１８を操作して、あるいは、ロボットアーム２１の位置に応じてシステムコントローラ３０からチラー１８への制御指令により、チラー１８から噴出される冷却用ＣＯ_２によって容器Ｃを冷却する（工程ａ１）。

【0028】

チラー１８によって冷却された容器Ｃは再びロボットアーム２１によって開口が上を向く姿勢に回転されてから、ビールサーバ２６の飲料供給装置の注入口に対応した注入位置に置かれる位置まで搬送される（工程ａ２）。次に、ロボットアーム２１は一旦容器Ｃを離して、ビールサーバ２６の操作ボタンを操作し、あるいは、システムコントローラ３０によるビールサーバ２６への操作指令により、注文に応じた所定量のビールが、所定量の泡をたてた状態で容器Ｃに注がれる。なお、ビールサーバ２６は泡の量を所定量に調整するために容器Ｃの傾きを自動的に調整する動きを行う。このため、ロボットアーム２１は、ビールサーバ２６の注入位置に容器Ｃを置いた後、一旦容器Ｃの把持を解除している。なお、ビールサーバ２６のタイプによっては、ロボットアーム２１が容器Ｃを把持したままでビールサーバ２６からビールを容器Ｃにビールを注いでもよい。

【0029】

ビールサーバ２６によりビールが容器Ｃに所定量だけ注がれたことは、ビールサーバ２６からシステムコントローラ３０への報知信号、または、計時手段によるビール注入時間相当のカウントにより判定される。ビールが容器Ｃに所定量だけ注入されたことが判定されると、ロボットアーム２１はビールサーバ２６の注入位置にある容器Cをハンド部２２により把持し、ロボットアーム２１は容器Cを提供位置Ｐ３に容器Ｃを置く位置まで搬送する（工程ａ３）。

【0030】

次に、ウイスキーシングルハイボールが注文された場合について説明する。ロボットアーム２１は、供給位置Ｐ２から供給された容器Ｃを開口が上を向いた姿勢でハンド部２２により把持して取り上げ、この姿勢のまま容器Ｃを氷ディスペンサ２３の氷注入口に対応する氷注入レバーを押し込む位置まで搬送する（工程ｂ１）。この容器Ｃを氷注入レバーに押し込む操作により、氷ディスペンサ２３から所定量の氷が容器Ｃに投入される。氷ディスペンサ２３から所定量の氷が容器Ｃに投入されたことは、氷ディスペンサ２３からシステムコントローラ３０への報知信号、または、計時手段による氷注入時間相当のカウントにより判定される。

【0031】

氷ディスペンサ２３から所定量の氷が容器Ｃに投入されたと判断されると、ロボットアーム２１は容器Ｃを氷ディスペンサ２３の氷注入口に対応する位置から、注文に応じたウイスキーのワンショットメジャー２４の飲料供給位置に対応するワンショットメジャー２４の操作レバーの位置まで搬送する（工程ｂ２）。この位置からロボットアーム２１は、容器Ｃによりワンショットメジャー２４の操作レバーを押し込むことにより、ウイスキーがワンフィンガー（シングルに相当する分量）だけ容器Ｃに注入される。注文に応じた量のウイスキーがワンショットメジャー２４から容器Ｃに注入されたことは、例えば計時手段によるウイスキー注入時間相当のカウントにより判定される。

【0032】

注文に応じた量のウイスキーがワンショットメジャー２４から容器Ｃに注入されたと判定されると、ロボットアーム２１は、ワンショットメジャー２４の注入位置から、炭酸水サーバ２５の注入位置Ｐ４に置く位置まで容器Ｃを搬送する（工程ｂ３）。炭酸水サーバ２５の操作レバーをロボットアーム２１により操作することにより、あるいは、システムコントローラ３０から炭酸水サーバ２５に操作指令を送信することにより、容器Ｃに注文に応じた量の炭酸水が注入される。注入位置Ｐ４には計量装置が設けられているので、例えば容器Ｃの総重量の変化から容器Ｃに注入された炭酸水の量を測定可能である。容器Ｃに注入された炭酸水の量が注文に応じた所定量となった時に、炭酸水の注入は停止される。容器Ｃに注入された炭酸水の量が注文に応じた所定量となったことは、注入位置Ｐ４に設けられている計量装置により検出される。なお、炭酸水サーバに予め所定量の炭酸水が容器Ｃに注入されるように設定してある場合には、計量装置による測定の必要はない。容器Ｃに注入された炭酸水の量が注文に応じた所定量となったことは、計量装置により検出されるか、あるいは、計時手段による炭酸水注入時間相当のカウントにより判定される。

【0033】

容器Ｃに注入された炭酸水の量が注文に応じた所定量となったと判定されると、ロボットアーム２１は、容器Cをハンド部２２により把持して、炭酸水サーバの注入位置Ｐ４から、提供位置Ｐ３に容器Ｃを置く位置まで搬送する（工程ｂ４）。

【0034】

ロボットアーム２１が容器Cをハンド部２２により把持して搬送する軌道は、システムコントローラ３０からロボットコントローラ３１に対して、始点ノードＮｓと終点ノードＮｅを指定することにより設定される。図４は、本実施形態のロボットアーム２１の軌道制御の説明図である。

【0035】

始点ノードＮｓと終点ノードＮｅは、飲料自動提供システム１０のロボットアーム２１の設置空間である三次元空間の中における、ロボットアーム２１の可到達作業領域内の2点として設定される。始点ノードＮｓと終点ノードＮｅとが設定されると、ロボットコントローラ３１は中間ノードを０から所定数ｎ（ｎは整数）の間で決定する。ロボットアーム２１の移動距離が短い工程では、中間ノード数は０でもかまわない。本実施形態において特に限定されるものではないが、例えば前記工程ａ２、工程ａ３、工程ｂ１及び工程ｂ４においては、それぞれ中間ノードＮ１及びＮ２の２点の中間ノードを、軌跡が障害物を避けるように設定されるように、かつ、ロボットアーム２１が特異姿勢となることを避けられるように、自動的に設定される。また、軌道の決定に際しては、軌道が急激なカーブとならないようにも配慮される。これは急激な加速度（ロボット加速度に対応する。以下「加速度」という。）の変化を避けるためにも有効である。ただし、ロボットコントローラ３１は軌道として急激なカーブを設定することが可能である。このため、軌道が急激なカーブとなる場合には、軌道の曲率に応じて、自動的にロボットアームの加速度が低下するように設定されている。

【0036】

終点位置において容器Ｃの底面を容器設置位置の床面に接触させて置く場合には、終点ノードＮｅは、容器Ｃの底面が、床面との接触位置よりも所定の高さｈだけ高い位置となるように設定される。特に限定されるものではないが、高さｈは例えば０．０５ｍｍ～１０ｍｍ程度、好ましくは０．１～０．５ｍｍ程度に設定される。目標位置よりも高さｈだけ高い位置である終点ノードＮｅに到達した後に、ロボットアーム２１はハンド部２２で把持した容器Ｃを所定の速度で高さｈだけ下方に移動させて、容器Ｃを目標位置である床面に置くことで、ロボットアーム２１は容器Ｃを目標位置まで搬送する。

【0037】

中間ノードＮ１、Ｎ２が自動的に設定された後に、始点ノードＮｓから、中間ノードＮ１、中間ノードＮ２の順にたどり、終点ノードＮｅに至るロボットアーム２１のハンド部２２の軌跡がロボットコントローラ３１において計算される。本実施形態において特に限定されるものではないが、ハンド部２２の先端の軌跡の計算上の基準点としては、ハンド部２２が容器Ｃを把持した時の、一方の把持片５０の端部片状部分５２、５３の内側で容器Ｃに接触する部位と、他方の把持片５０の端部片状部分５２、５３の内側で容器Ｃに接触する部位とを含む合計４箇所で容器Ｃの外周に接触されている容器Ｃの高さ方向範囲における、容器Ｃの軸心を通る中心位置とする。容器Ｃは注文に応じて取り出されるので、容器Ｃの寸法は注文時には既知であるため、各飲料供給装置における飲料供給位置に対応するロボットアーム２１のハンド部２２の先端部の三次元座標を計算可能である。

【0038】

ロボットコントローラ３１はハンド部２２の軌跡計画を最適化する。ハンド部２２の軌道計算には、PRM（Probabilistic Roadmap Method）やRRT（Rapidly-Exploring Random Tree）などのランダムサンプリングに基づく手法が採用できる。また、ノード間をスプライン関数で結ぶ手法が採用可能であり、例えばB-スプライン関数を用いて、ノード間を滑らかに補間することが可能である。様々な軌道計画が採用可能であり、特に限定されるものではないが本実施形態ではノード間を微小な直線補間の連続により補間する方法（図４参照）を採用した。

【0039】

各ステップの長さを０．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度、例えば１．０ｍｍとする。各ステップ間の移動時間は５ｍｓｅｃ～５０ｍｓｅｃ程度に設定される。この微小な直線補間の各ステップＳの配置及び間隔を調整することにより、補間された軌跡のカーブの度合いを調整することが可能である。このようにして設定された軌跡は急激なカーブを描くことがないように設定されている。図４では、各ステップＳの長さを均一とする例を説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ステップＳの長さを異なるように設定することができる。例えば、カーブのアールが小さい部分ではステップＳの長さを大きくし、カーブのアールの大きい部分ではステップＳの長さを小さくすることも可能である。

【0040】

これにより、隣接する微小ステップ間で生じる加速度変化が小さくなることにより、滑らかなロボットアーム２１の制御が実現可能であり、後述の容器Ｃの姿勢制御及びジャーク制御に際しても有利となる。このようにして、始点ノードＮｓから、中間ノードＮ１、中間ノードＮ２の順にたどり、終点ノードＮｅに至るロボットアーム２１のハンド部２２の軌跡が、例えばスプライン補間の場合と同様に、滑らかな軌跡となるように計算される。しかも、各ステップＳが直線であるので、速度、加速度及びジャーク等の演算が簡潔となる。

【0041】

＜容器Ｃの姿勢制御について＞
飲料自動提供システム１０は飲料を迅速に提供するために、飲料が注がれた容器Ｃを高速で移動させる必要がある。このため、容器Ｃに対して、正及び負の加速度が加えられる。容器Ｃが空の時、容器Ｃに氷だけが投入されている時、あるいは、容器Ｃに少量の飲料が注がれている場合、例えば、氷が投入されている容器Ｃにウイスキーがシングルの量だけ注がれている場合には、容器Ｃを高速で移動させるために加減速させても容器Ｃから飲料がこぼれることはない。

【0042】

一方、容器Ｃに多量の飲料が注がれている場合、すなわち、所定量以上の飲料が容器Ｃに注がれている場合、例えばビールが泡を含めて容器Ｃに満杯まで注がれている時、提供される量まで炭酸水が容器Ｃに注がれている時等には、容器Ｃをロボットアーム２１のハンド部２２で掴んで搬送する際に加速度が発生すると容器Ｃから飲料がこぼれてしまうおそれがある。そこで、容器Ｃに多量の飲料が注がれている場合には、ロボットコントローラ３１は、容器Ｃに加えられる加速度に応じて容器Ｃの姿勢を傾けるように容器Ｃの姿勢を制御する。ただし、このような容器Ｃの姿勢制御は、容器Ｃに注がれている飲料が少ない場合等の容器Ｃから飲料がこぼれるおそれが無い場合には、実行されない。

【0043】

図５は本実施形態の容器Ｃの姿勢制御についての説明図である。ロボットアーム２１がハンド部２２により容器Ｃを把持して搬送する場合には、始点ノードＮｓからの加速時に容器Ｃには進行方向に対して正方向の加速度が加えられ、終点ノードＮｅへ向かう減速時には、容器Ｃには進行方向に対して負方向の加速度が加えられる。容器Ｃに対して、Ｘ－Ｙ方向には加速度ベクトルａ（Ｘ軸方向加速度ベクトルａｘとＹ軸方向加速度ベクトルａｙの合成ベクトル）が加えられ、Ｚ方向には加速度ａｚが加えられると、容器Ｃに注入されている飲料には、重力に加え、進行方向と反対向きの慣性力が作用するため、Ｘ－Ｙ方向には慣性力－Ｍａとｚ方向に作用する力Ｍ（ｇ+ａｚ）との合成力Ｍａｔが作用するので、この合成力Ｍａｔの向きに対応するように容器Ｃを傾けることにより、容器Ｃから飲料がこぼれることを防止することができる。

【0044】

飲料が所定量以上注入されている容器Ｃを搬送する際に容器Ｃを傾ける角度は、容器Ｃに加えられる加速度と重力加速度に応じて、次の式により求められる。
ｘ方向の傾き＝arctan(ax/(g+az)) （１）式
ｙ方向の傾き＝arctan(ay/(g+az)) （２）式

【0045】

容器Ｃを傾ける際の中心は、容器Ｃに注入された飲料の重心とする。したがって、飲料の注入量によって容器Ｃを傾ける際の中心は異なる。ビールを容器Ｃに注ぐ場合には、上方の泡の部分の重さは、ビールの液体部分の重量よりも軽いので、泡の部分の重量は別途の比重として計算する。より詳細には、アルコールの比重と、炭酸水の比重と、水の比重等、容器Ｃに注がれる飲料の内容物の比重を考慮するようにすることもできる。また、氷の量に応じた補正を行うこともできる。容器Ｃに注がれた飲料の重心と、容器Ｃを傾ける中心とを合わせることにより、加速度の影響をより精密に考慮して容器Ｃの姿勢制御を行ことができる。

【0046】

＜ジャーク制御について＞
前述のとおり、ハンド部２２に把持されてロボットアーム２１によって飲料の注がれた容器Ｃを搬送する場合に、ロボットアーム２１によって容器Ｃに加えられる加速度を考慮して容器の姿勢を制御することにより、飲料の液面の角度を容器Ｃの軸心に対して垂直に維持することができる。しかしながら、ロボットアーム２１によって注文に応じた容量の飲料が注がれた容器をこぼさずに高速搬送するためには、容器Ｃの液面の波立ちも抑える必要がある。容器Ｃの液面に波立ちが生じると、容器Ｃに加える加速度を低減したり、搬送速度を抑えたりする必要が生じるためである。容器Ｃの液面の波立ちも抑えるためには、容器Ｃに加えられる加速度の一階微分であるジャーク（加加速度、ロボットジャークに対応する。以下「ジャーク」という。）を考慮する必要がある。すなわち、ジャークを所定値以下に制限する必要がある。

【0047】

図６は、本実施形態のロボットアーム２１のジャーク制御の説明図である。一般的なロボットアームの制御においては加速度の変化が大きい傾向があり、この場合にはジャークがパルス状に大きな値を取ることが多い。このようにロボットアーム２１のジャークが大きな値となる場合にはハンド部２２により把持されている容器Ｃに注がれている飲料の液面に大きな波立ちが生じてしまう。

【0048】

本実施形態では飲料が注文に応じた所定量注がれた状態の容器Ｃを、飲料をこぼさずに高速搬送可能にするために、上記加速度に応じた容器Ｃの姿勢制御と共に、ジャーク制御を併用している。図６において、実線がロボットアーム２１のハンド部２２先端のジャーク、破線がロボットアーム２１のハンド部２２先端の加速度、一点破線がロボットアーム２１のハンド部２２先端の速度、二点破線がロボットアーム２１のハンド部２２先端の位置である。ここで、ジャークは加速度の一階微分、加速度は速度の一階微分、速度は位置の一階微分である。

【0049】

図６においては、ロボットアーム２１のハンド部２２先端のジャークを２０ｍ／ｓ^３で一定とする制御を行っている。始点ノードＮｓにおいて、ロボットアーム２１の加速が開始され（時刻ｔ１）、ジャークが２０ｍ／ｓ^３で一定に制御される（時刻ｔ１～ｔ２）。ロボットアーム２１の仕様に応じて加速度の上限値が定められている。このため、ジャーク一定として加速度が所定値まで上昇するとジャークを０ｍ／ｓ^３とする（時刻ｔ２）。その後、加速度一定で加速する（時刻ｔ２～ｔ３）。加速度一定の間はジャークが０ｍ／ｓ^３となる。また、加速度一定の間は速度が直線状に上昇する。

【0050】

ロボットアーム２１の仕様に応じて速度の上限値が定められている。このため、加速度一定として速度が所定値まで上昇すると加速度は減少に転ずる（時刻ｔ３）。時刻ｔ３においてジャークは－２０ｍ／ｓ^３となり、一定に保たれる（時刻ｔ３～ｔ４）。加速度が０ｍ／ｓ^２となると、ジャークが０ｍ／ｓ^３となる（時刻ｔ４）。時刻ｔ４からｔ５までは加速度が０ｍ／ｓ^２であるので、速度はロボットアーム２１の動作制限速度内の一定値に保たれる。

【0051】

ロボットアーム２１のハンド部２２の先端が終点ノードＮｅに近付くと、減速が開始される（時刻ｔ５）。時刻ｔ５～ｔ６までの間はジャークが－２０ｍ／ｓ^３となり、一定に保たれ、加速度が負の方向へ変化する（時刻ｔ５～ｔ６）。ロボットアーム２１の仕様に応じて加速度には負の値にも上限値が定められている。このため、ジャーク一定として加速度が負の方向に変化し所定値まで低下すると、ジャークを０ｍ／ｓ^３とする（時刻ｔ６）。その後、加速度は負の一定の値で維持される、この間、ジャークは０ｍ／ｓ^３となり、速度は直線状に減少する（時刻ｔ６～ｔ７）。速度が０ｍ／ｓに近付くと、ジャークを２０ｍ／ｓ^３の一定に保つ（時刻ｔ７～ｔ８）。時刻ｔ７～ｔ８の間では、加速度は負の所定値から０ｍ／ｓ^２へと直線状に変化し、速度は減速する。時刻ｔ８では終点ノードＮｅに到達したところで、速度は０ｍ／ｓとなる。時刻ｔ８においては、ジャークも０ｍ／ｓ^３であり、加速度も０ｍ／ｓ^２である。

【0052】

このようにジャークが一定値に保たれることにより、加速度が緩やかに変化し、これによりロボットアーム２１が、ハンド部２２に把持した容器Ｃに注文に応じた所定量の飲料が注がれている状態で、飲料を溢すことなく容器Ｃを高速搬送することができる。

【0053】

＜ジャークの制限について＞
本実施形態では容器Ｃの姿勢制御と共に、ジャーク制御を併用している。この場合に、ロボットアーム２１の仕様に応じて、ロボットアーム２１のハンド部２２先端のジャーク制御には制限がある。時刻ｔ１～ｔ２の間ではジャークが２０ｍ／ｓ^３で一定であり、加速度が直線状に上昇している。時刻ｔ１～ｔ２の間では加速度の上昇に応じて、容器Ｃの姿勢制御を行うため、加速度の上昇に合わせて、前記（１）式及び（２）式に基づいて容器Ｃの姿勢が制御される。容器Ｃの姿勢制御によるロボットアーム２１の姿勢変化が、加速度の上昇に追従する必要があるため、加速度の変化すなわちジャークに制限が生じる。また、上述のとおり、ロボットアーム２１の加速度には仕様に応じて上限値があるため、ジャークの値も制限される。

【0054】

時刻ｔ３～ｔ４の間ではジャークが－２０ｍ／ｓ^３で一定であり、加速度が直線状に減少している。時刻ｔ３～ｔ４の間では加速度の減少に応じて、容器Ｃの姿勢制御を行うため、加速度の減少に合わせて容器Ｃの姿勢が制御される。容器Ｃの姿勢制御によるロボットアーム２１の姿勢変化が、加速度の減少に追従する必要があるため、加速度の変化すなわちジャークに制限が生じる。

【0055】

時刻ｔ５～ｔ６及び時刻ｔ７～ｔ８の間のジャーク制御及び加速度変化に関しても、上記と同様に容器Ｃの姿勢制御によるロボットアーム２１の姿勢変化が、加速度の変化に追従する必要があるため、加速度の変化すなわちジャークに制限が生じる。これは、加速度指令値がジャークの上限値に影響を及ぼすことを意味する。また、上述のようにロボットアーム２１の仕様に応じて速度の上限値が定められているため、加速度にも制限が生じる。これは速度指令値もジャークの上限に影響を及ぼすことを意味する。

【0056】

図６の例では、ジャークを２０ｍ／ｓ^３で一定にしたが、ロボットアーム２１の仕様に応じてジャークの上限値は設定される。特に限定されるものではないが、図６の例ではジャークの上限を２５ｍ／ｓ^３とするロボットアーム２１を例示した。このジャークの上限値はロボットアーム２１の仕様により設定され、特に限定されるものでは無いが、例えばジャークの上限を制限する所定値は、１０～２００ｍ／ｓ^３とすることができる。

【0057】

図６の例ではジャークを一定の値に制御したが、ジャークを図６の加速度変化の場合と同様に直線状に増減させたり、あるいは、滑らかに増減変化させたりすることも可能である。ジャーク変化を滑らかにすることにより、ジャークの一階微分であるスナップ（ジャウンス、加加加速度）の上限値も制限される。また、このようにジャークを滑らかに変化させた場合には、加速度の変化も直線状ではなく、より滑らかなものとなる。

【0058】

本実施形態ではノード間を微小な直線補間の連続により補間する方法を採用した。また、微小ステップによりなる軌跡は急激なカーブを描くことがないように設定されている。これにより、隣接する微小ステップ間で生じる加速度変化が小さくなることにより、滑らかなロボットアーム２１の制御が実現可能であり、容器Ｃの姿勢制御及びジャーク制御に際しても、連続性が保たれるため、ロボットアームにより容器Ｃを高速移動しても容器Ｃに注がれた飲料をこぼさずに搬送することができる。始点ノードＮｓから、中間ノードＮ１、中間ノードＮ２の順にたどり、終点ノードＮｅに至るまで、三次元空間で設定されているため、ジャーク、加速度、速度の各ベクトルもその三次元の軌道、例えば微小な直線補間の連続によりなる軌跡に対応している。なお、ここでは、始点ノードＮｓから中間ノードＮ１、Ｎ２を経由して終点ノードＮｅまでの経路における一体的な加速度及びジャーク制御について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば始点ノードＮｓから終点ノードＮｅまでの加速度変化において、中間ノードＮ１及び中間ノードＮ２において、一旦加速度をゼロにするような加速度及びジャーク制御を行うことも可能であるし、また、始点ノードＮｓから終点ノードＮｅまでの距離が短い場合においては、中間ノードＮ１、Ｎ２のいずれか一方、又は、両方を省略することができる。

【0059】

以上の本実施形態は本発明の技術思想を具体化するためのロボット装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定するものではなく、本実施形態に変更を加えたもの、本実施形態で説明された各技術を組み合わせたもの等、その他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。また、本実施形態では容器Ｃに飲料が注入されている例を説明したが、容器Ｃに収容されてロボットアーム２１により搬送されるものは液体に限定されるではなく、例えば、粉体、粒体等の形状が定まっていないものに加え、例えば棒状体のように容器から落とさずに搬送するもの等、さまざまな被搬送物が含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１０ …飲料自動提供システム
１１ …注文入力装置
１３ …容器供給装置
１４ …容器保管庫
１５ …保管庫本体部
１６ …引出し部
１７ …保管庫駆動装置
１８ …チラー
２０ …ロボット装置
２１ …ロボットアーム
２２ …ハンド部
２３ …氷ディスペンサ
２４ …ワンショットメジャー
２５ …炭酸水サーバ
２６ …ビールサーバ
３０ …システムコントローラ
３１ …ロボットコントローラ
３２ …ティーチングペンダント
３５ …カメラ
３６ …計量装置
４０ …情報ネットワーク
４１ …本部サーバ
４２ …データベース
５０ …把持片
５１ …中間片状部分
５２、５３ …端部片状部分
Ｎｓ …始点ノード
Ｎｅ …終点ノード
Ｎ１、Ｎ２ …中間ノード
Ｓ …ステップ（微小ステップ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】