JP6901442B2 - 保持装置、マニピュレータ、および搬送システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、保持装置、マニピュレータ、および搬送システムに関する。

物品を保持する保持装置を備えた搬送システムが利用されている。保持装置は、様々な物品を保持可能であることが望まれる。

特開２００４−３０６１６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、様々な物品を保持することができる保持装置、マニピュレータ、および搬送システムを提供することである。

実施形態の保持装置は、吸着部と、吸引装置とを持つ。前記吸着部は、互いに連動して動く複数の可動部材を有し、前記複数の可動部材が連動して動くことで前記複数の可動部材の間に形成される開口の面積が変わる。前記吸引装置は、前記開口を通じて外気を吸引可能である。前記吸着部は、柔軟性を有するとともに前記複数の可動部材を一体に覆い、前記複数の可動部材の間の隙間を塞ぐカバーをさらに有する。

第１の実施形態のハンドリングロボットシステムの構成を示す図。 第１の実施形態の保持装置の構成を示す図。 第１の実施形態の吸着部の一部構成を示す斜視図。 第１の実施形態の吸着部を示す斜視図。 第１の実施形態の保持装置が物品を保持する動作の一例を示す断面図。 第１の実施形態の保持装置が物品を保持する動作の別の例を示す断面図。 第１の実施形態の制御装置に関連するシステム構成を示すブロック図。 第１の実施形態のハンドリングロボットシステムの動作の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態の保持装置の構成を示す図。 第２の実施形態の保持装置のいくつかの状態を示す断面図。 第２の実施形態のハンドリングロボットシステムの動作の一例を示すフローチャート。 第２の実施形態の吸着部の一例を示す断面図。 第３の実施形態の保持装置の構成を示す図。 第３の実施形態の保持装置のいくつかの状態を示す断面図。 第４の実施形態の複数の可動部材を模式的に示す平面図。 第４の実施形態の複数の可動部材の具体例を示す平面図。 第４の実施形態の複数の可動部材の別の例を模式的に示す平面図。 第４の実施形態の複数の可動部材の別の例を模式的に示す平面図。 第４の実施形態のアクチュエータの例を示す正面図。 実施形態の第１変形例の吸着部を示す断面図。 実施形態の第２変形例の基台および複数の可動部材を示す下面図。

以下、実施形態の保持装置、マニピュレータ、および搬送システムを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。さらに、同じ部分を表す場合であっても図面により互いの寸法や比率が異なる場合もある。本明細書で言う「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。さらに、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

また先に、＋Ｒ方向、−Ｒ方向、θ方向、＋Ｚ方向、および−Ｚ方向について定義する。＋Ｒ方向および−Ｒ方向は、後述する吸着部１０の開口Ｏの径方向に沿う方向である（図３参照）。＋Ｒ方向は、開口Ｏの中心から開口Ｏの外周側に向かう方向である。−Ｒ方向は、＋Ｒ方向とは反対の方向である。＋Ｒ方向と−Ｒ方向とを区別しない場合は、単に「Ｒ方向」と称する。θ方向は、開口Ｏの外周に沿う周方向であり、Ｒ方向とは交差する（例えば略直交する）方向である。＋Ｚ方向および−Ｚ方向は、θ方向およびＲ方向とは交差する（例えば略直交する）方向である。＋Ｚ方向は、吸着部１０が物品Ｇを保持した状態で、物品Ｇから吸着部１０に向かう方向である（図５参照）。−Ｚ方向は、＋Ｚ方向とは反対の方向である。＋Ｚ方向と−Ｚ方向とを区別しない場合は、単に「Ｚ方向」と称する。

（第１の実施形態）
＜１．全体構成＞
図１から図８を参照し、第１の実施形態のハンドリングロボットシステム１００について説明する。ハンドリングロボットシステム１００は、「搬送システム」の一例である。本明細書で言う「搬送システム」とは、物品（物体、搬送対象物）Ｇを移動させるシステムを広く意味し、「物体移載システム」と称されてもよい。物品Ｇは、例えば、段ボール箱などに入れられた製品でもよく、袋などでパッケージされた製品でもよく、製品そのものでもよい。物品Ｇは、特定の商品や製品に限定されず、外形を有する物体を広く意味する。

図１は、本実施形態のハンドリングロボットシステム１００の構成を示す図である。ハンドリングロボットシステム１００は、例えば、マニピュレータ１１０と、制御装置１２０と、認識装置１３０と、搬送装置１４０とを備える。認識装置１３０は、積載領域１５０に積載された複数の物品Ｇを認識する。制御装置１２０は、認識装置１３０の認識結果に基づき、マニピュレータ１１０を制御する。例えば、制御装置１２０は、積載領域１５０に積載された物品Ｇをマニピュレータ１１０により保持し、保持した物品Ｇを搬送装置１４０に移載するようにマニピュレータ１１０を駆動する。また、制御装置１２０は、搬送装置１４０上に位置する物品Ｇをマニピュレータ１１０により保持し、保持した物品Ｇを積載領域１５０に移載するようにマニピュレータ１１０を駆動してもよい。積載領域１５０は、物品Ｇが積載あるいは載置される場所である。積載領域１５０は、例えば、カゴ台車やスチール台車、ボックスパレット、パレット、棚などである。

＜２．マニピュレータ＞
まず、マニピュレータ１１０について説明する。マニピュレータ１１０は、例えば、駆動機構１１１と、基部１１２と、保持装置１とを備える。

駆動機構１１１は、例えば、複数のアーム１１１１と、複数の関節部１１１２とを有する。関節部１１１２は、複数のアーム１１１１の間、アーム１１１１と基部１１２との間、およびアーム１１１１と保持装置１との間にそれぞれ設けられている。関節部１１１２は、例えば、モータ、エンコーダ、および減速機などを含む。駆動機構１１１は、上記モータを駆動させることで、関節部１１１２に接続された１つの部材に対して、同じ関節部１１１２に接続された別の部材を相対的に移動（回転または直動）させる。これにより、駆動機構１１１は、駆動機構１１１の先端に取り付けられた保持装置１を所望の位置に移動させる。関節部１１１２は、１軸方向の回転に限定されず、多軸方向の回転を含んでもよい。駆動機構１１１の一例は、いわゆる垂直多関節型のロボットである。なお、駆動機構１１１は、３軸（ＸＹＺ軸）方向の直動機構と、直動機構に含まれる部材を回転させる関節部（回転軸）とを組み合わせた構成でもよい。駆動機構１１１は、「移動機構」の一例である。ただし、移動機構は、上記例に限定されない。例えば、「搬送システム」は、ドローンのような搬送装置を有してもよい。この場合、「移動機構」は、複数のプロペラを有して保持装置１を移動させる機構でもよい。

基部１１２は、駆動機構１１１の端部を固定する。基部１１２は、床面や地面に設置される。なお、基部１１２は、例えば移動可能な台車などであってもよい。この場合、マニピュレータ１１０は、床面上を移動可能になる。

次に、保持装置１について説明する。図２は、保持装置１の構成を示す図である。保持装置１は、例えば、吸着部１０と、圧力調整装置４０とを有する。

＜２．１ 吸着部の構成＞
まず、吸着部１０の構成について説明する。吸着部１０は、保持対象の物品Ｇに面して物品Ｇを吸着する開口Ｏを有する。吸着部１０が物品Ｇを吸着保持することで、マニピュレータ１１０は物品Ｇを搬送可能になる。吸着部１０は、例えば、基台１１、複数の可動部材（可動片）１２、複数の回転部１３、カバー１４、チューブ１５Ａ、圧力センサ１６Ａ、流量センサ１７Ａ、物品センサ１８、曲げセンサ１９（図７参照）、重量センサ２０（図７参照）、および接触センサ２１（図７参照）を有する。

図３は、吸着部１０の一部構成を示す斜視図である。本実施形態では、吸着部１０の開口Ｏは、大きさ（開口面積）が連続的に変化することができる。例えば、図３中の（ａ）は、開口Ｏが大きい状態を示す。図３中の（ｂ）は、開口Ｏの大きさが中程度の状態を示す。図３中の（ｃ）は、開口Ｏが小さい状態を示す。以下、このような吸着部１０の構成について説明する。

基台１１は、例えば、円状または多角形状に形成された板部材である。基台１１は、直接または別の部材を介して駆動機構１１１の先端に取り付けられる。基台１１の中央部には、例えば通気孔１１ａが設けられている。通気孔１１ａは、基台１１をＺ方向に貫通している。

複数の可動部材１２は、基台１１の周縁部に沿ってθ方向に並べられている。複数の可動部材１２の−Ｚ方向側の端部の間には、吸着部１０の開口Ｏが形成される。本実施形態では、複数の可動部材１２は、基台１１に回動可能に連結されている。複数の可動部材１２が基台１１に対して回動すると、吸着部１０の開口Ｏの大きさが徐々に大きくなったり、徐々に小さくなったりする。

本実施形態では、複数の可動部材１２は、互いに連動して動くように構成されている。例えば、複数の可動部材１２は、Ｚ方向で互いに一部が重なり合い、互いに接することで連動して動く。複数の可動部材１２の間には、後述する減圧装置４２によって流体が吸引される減圧空間Ｓが形成される（図２参照）。減圧空間Ｓは、開口Ｏに通じている。

一例について詳しく説明すると、各可動部材１２は、＋Ｒ方向に滑らかな膨らみを持つ薄板部材である。可動部材１２は、例えば金属製であるが、これに限らず、合成樹脂やその他の材質で形成されてもよい。可動部材１２は、ある程度の剛性を有する部材であれば特に限定されない。また、可動部材１２は、ゴムなどの弾性体で形成されてもよい。

各可動部材１２は、例えば、第１端部（＋Ｚ方向側の端部）１２ａと、第２端部（−Ｚ方向側の端部）１２ｂと、第３端部１２ｃと、第４端部１２ｄとを有する。

第１端部１２ａは、後述する回転部１３を介して基台１１の周縁部に回動可能に連結されている。これにより、可動部材１２は、回転部１３を支点として回動可能である。第２端部１２ｂは、第１端部１２ａとは反対側に位置する。複数の可動部材１２の第２端部１２ｂは、θ方向に並ぶ。複数の可動部材１２の第２端部１２ｂは、互いに協働して開口Ｏを規定する。なお本明細書において「開口を規定する」とは、可動部材１２を覆うカバーが存在する場合、可動部材１２を覆うカバーの表面によって開口が規定される場合も含む。本実施形態では、開口Ｏが最大の状態と開口Ｏが最小の状態との間に亘って、複数の可動部材１２の第２端部１２ｂは、常に互いの一部が重なり合い、開口Ｏを安定して形成する。

各可動部材１２は、例えば、略扇形状に形成され、第２端部１２ｂのθ方向の幅が第１端部１２ａのθ方向の幅よりも大きい。このような構成によれば、大きな開口Ｏが形成される場合であっても複数の可動部材１２の第２端部１２ｂが互いに一部重なり合いやすく、開口Ｏをより安定して形成しやすい。

第３端部１２ｃおよび第４端部１２ｄは、可動部材１２のθ方向の両端部である。本実施形態では、各可動部材１２の第３端部１２ｃは、θ方向で隣に位置する可動部材１２の第４端部１２ｄに対して−Ｚ方向側から重ねられている。そして、Ｎ枚の可動部材１２がθ方向に並べられる場合、Ｎ番目の可動部材１２の第３端部１２ｃは、１番目の可動部材１２の第４端部１２ｄに対して−Ｚ方向側から重ねられている。このような構成によれば、複数の可動部材１２は、開口Ｏが小さくなる場合、互いに重なり量を増やしながらスムーズに回動することができる。

本実施形態では、複数の可動部材１２に含まれる１つの可動部材（第１可動部材）１２Ａが「第１部材」の一例である。複数の可動部材１２に含まれる別の可動部材（第２可動部材）１２Ｂが「第２部材」の一例である。第２可動部材１２Ｂは、第１可動部材１２Ａに対して離れる方向と近付く方向とに移動可能である。第２可動部材１２Ｂが第１可動部材１２Ａに対して動くことで、第１可動部材１２Ａと第２可動部材１２Ｂとの間に形成される開口Ｏの面積が変化する。

なお、複数の可動部材１２の形状は、上記例に限定されない。例えば、可動部材１２は、略扇形形状に限定されず、直方体形状やその他の形状でもよい。また、複数の可動部材１２は、互いに重なり合わなくてもよい。このような場合であっても、例えば後述するカバー１４（図４）が設けられることで、複数の可動部材１２の間の隙間が塞がれ、複数の可動部材１２の間の隙間からの空気漏れを抑制することができる。さらに言えば、ある程度の空気漏れが許容される場合、複数の可動部材１２は、カバー１４が設けられない場合であっても互いに重なり合わなくてもよい。また、開口Ｏは、例えば円状であるが、多角形状でもよい。

複数の回転部１３は、複数の可動部材１２を基台１１に対してそれぞれ回動可能に連結している。複数の回転部１３は、例えば基台１１の周端部に設けられている。ただし、回転部１３は、基台１１に対して可動部材１２を回動可能に連結できればよく、基台１１の周端部以外の場所に設けられてもよい。また、回転部１３の数も特に限定されない。

本実施形態では、回転部１３は、アクチュエータを有さず、外力が作用した場合に可動部材１２の回動を許容する受動回転部である。複数の可動部材１２は、外力が作用していない状態では、開口Ｏを開いた状態で、重力の影響により略Ｚ方向に沿う姿勢となる。回転部１３の一例は、基台１１に設けられた軸受部と、可動部材１２に設けられて上記軸受部に支持された回転軸とを有する。なお上記に代えて、回転部１３は、可動部材１２に設けられた軸受部と、基台１１に設けられて上記軸受部により支持される回転軸とを有してもよい。

次に、カバー１４について説明する。図４は、吸着部１０を示す斜視図である。図４中の（ａ）は、開口Ｏが大きい状態を示す。図４中の（ｂ）は、開口Ｏが小さい状態を示す。

カバー１４は、例えば、基台１１、複数の可動部材１２、および複数の回転部１３を一体に覆い、複数の可動部材１２の間の隙間、および可動部材１２と基台１１との間の隙間などを塞いでいる。カバー１４は、柔軟性を有する素材で形成され、複数の可動部材１２の動き（例えば回動）に追従して変形可能である。カバー１４は、例えば、ビニールなど気密性を有した素材で形成されている。なお、カバー１４は、ゴムのような弾性体で形成されてもよい。カバー１４は、基台１１と固定されていてもよく、固定されていなくてもよい。

本実施形態では、吸着部１０の開口Ｏは、カバー１４の内側に形成される。カバー１４には、基台１１の通気孔１１ａに連通する連通孔１４ａが設けられている。また、カバー１４は、複数の可動部材１２および基台１１に沿うことで、複数の可動部材１２の間に＋Ｚ方向に窪む凹部１４ｂを有する（図２参照）。この凹部１４ｂは、上述した減圧空間Ｓを規定している。この減圧空間Ｓは、吸着部１０が物品Ｇに接する場合、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間となる。このため、以下の説明では、減圧空間Ｓを「略密閉空間Ｓ」と称することがある。

本実施形態では、カバー１４は、袋状に形成されている。すなわち、カバー１４は、中空構造を有し、基台１１、複数の可動部材１２、および複数の回転部１３を一体に収容している。カバー１４は、カバー１４の内部の流体が外部に流出しないように密閉されていることが好ましいが、これに限定されない。カバー１４は、袋状に形成されることに代えて、基台１１、複数の可動部材１２、および複数の回転部１３を−Ｚ方向側から覆うシート状に形成されてもよい。また、物品Ｇをより安定して保持するため、カバー１４のなかで物品Ｇに接する面には、ゴム製の滑り止め部材が設けられてもよい。

次に、図２に戻り、残りの構成について説明する。
チューブ１５Ａは、例えば円筒状に形成され、流体を流通可能である。チューブ１５Ａは、チューブ１５Ａの内部の圧力変化に耐え得る構造が好ましく、例えばウレタン製である。チューブ１５Ａの一端部は、基台１１の通気孔１１ａに接続されている。すなわち、チューブ１５Ａは、基台１１の通気孔１１ａおよびカバー１４の連通孔１４ａを通じて、吸着部１０の減圧空間Ｓに連通している。チューブ１５Ａの他端部は、圧力調整装置４０に接続されている。

圧力センサ１６Ａは、例えばチューブ１５Ａの経路に設けられ、減圧空間Ｓの圧力を検出する。流量センサ１７Ａは、例えば、チューブ１５Ａを通る流体の流量を検出する。圧力センサ１６Ａおよび流量センサ１７Ａの検出結果は、制御装置１２０に出力される。なお、圧力センサ１６Ａと流量センサ１７Ａとのうち一方は省略されてもよい。

物品センサ１８は、例えば基台１１に設けられている。物品センサ１８は、物品Ｇの位置や形状、物品Ｇに対する距離などを検出する。物品センサ１８は、例えば、光学センサやカメラである。物品センサ１８の検出結果は、制御装置１２０に出力される。

曲げセンサ１９（図７参照）は、可動部材１２と基台１１との間の角度（屈曲度合）を検出する。例えば、曲げセンサ１９は、少なくとも１つの可動部材１２と基台１１とに亘って設けられ、曲がると抵抗値が変化するセンサである。曲げセンサ１９の検出結果は、制御装置１２０に出力される。曲げセンサ１９は、「角度検出センサ」の一例である。「角度検出センサ」は、曲げセンサ１９に代えて、ポテンショメータなど回転角度計測用のセンサでもよい。

重量センサ２０（図７参照）は、吸着部１０により吸着保持した物品Ｇの重さを検出する。接触センサ２１（図７参照）は、物品Ｇに面するカバー１４の表面（外面）に設けられ、物品Ｇに対する吸着部１０の接触を検出する。重量センサ２０および接触センサ２１の検出結果は、制御装置１２０に出力される。接触センサ２１は、「接触状態検出センサ」の一例である。「接触状態検出センサ」は、接触センサ２１に代えて、力覚センサまたは近接センサなどでもよい。

＜２．２ 圧力調整装置の構成＞
次に、圧力調整装置４０について説明する。圧力調整装置４０は、チューブ１５Ａを通じて、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間Ｓに連通する。圧力調整装置４０は、略密閉空間Ｓの圧力を変化させることで、吸着部１０により物品Ｇを保持したり、吸着部１０により保持した物品Ｇを吸着部１０から解放したりする。

圧力調整装置４０は、例えば、加圧装置４１と、減圧装置４２と、方向切り替え弁４３Ａとを有する。加圧装置４１は、チューブ１５Ａに流体を供給することにより、上記略密閉空間Ｓの内部圧力を増加させる。これにより、保持装置１は、吸着保持していた物品Ｇを解放する。加圧装置４１は、例えばコンプレッサである。ただし、加圧装置４１は、コンプレッサに限定されず、工場内の空気供給部（空気配管など）から空気を取り込む機構などでもよい。

減圧装置４２は、チューブ１５Ａの内部の流体を吸引することにより、吸着部１０の開口Ｏを通じて外気を吸引可能である。減圧装置４２は、吸着部１０が物品Ｇに接した状態でチューブ１５Ａの内部の流体を吸引することにより、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間Ｓの内部圧力を低下させる。これにより、保持装置１は、物品Ｇを吸着保持（例えば真空吸着）することができる。減圧装置４２は、「吸引装置」の一例である。減圧装置４２は、例えば、真空エジェクタ、真空ポンプ、真空ブロワなどの真空発生器である。なお、減圧装置４２は、加圧装置４１と真空発生器とを組み合わせて負圧を発生させる機構などでもよい。本明細書でいう「流体」とは、空気だけでなく、例えば空気以外のガスなどでもよく、水や油などの液体でもよい。

方向切り替え弁４３Ａは、チューブ１５Ａと接続されている。また、方向切り替え弁４３Ａは、加圧装置４１および減圧装置４２に接続されている。方向切り替え弁４３Ａは、加圧装置４１および減圧装置４２の各々とチューブ１５Ａとの接続を切り替える。

圧力調整装置４０は、保持装置１の一部として設けられることに代えて、マニピュレータ１１０の基部１１２に設けられてもよく、その他の別の位置に設けられてもよい。圧力調整装置４０は、吸着部１０の基台１１に設けられてもよい。吸着部１０の基台１１は、中空構造に形成されてチューブ１５Ａを収容してもよい。また、圧力調整装置４０は、後述する制御装置１２０に代えて、保持装置１の制御装置（制御部）９１により制御されてもよい。

図５は、保持装置１が物品Ｇを保持する動作の一例を示す断面図である。図５は、例えば、柔らかい物品Ｇを保持する場合を示す。図５中の（a）は、保持装置１が物品Ｇを保持する前の状態を示す。保持装置１は、マニピュレータ１１０などにより支持され、物品Ｇに接近する。このとき、可動部材１２は、重力の影響で鉛直方向に概ね沿う。保持装置１は、鉛直方向の下方に向いて開口した形状となり、いわゆる「開いた状態」である。「開いた状態」とは、物品Ｇを挟持していない時の保持装置１の状態を意味する。

図５中の（ｂ）は、マニピュレータ１１０などの下降動作により保持装置１が物品Ｇと接触した状態を示す。このとき、各可動部材１２は、物品Ｇの形状とマニピュレータ１１０の押し付け力とに応じて回動する。その結果、吸着部１０の開口Ｏの形状が物品Ｇの外形に概ね倣う。例えば、可動部材１２が弾性体で形成されていると、吸着部１０の開口Ｏの形状が物品Ｇの外形により倣いやすい。吸着部１０と物品Ｇとが接触することで、吸着部１０と物品Ｇとの間に略密閉空間Ｓが形成される。

図５中の（ｃ）は、保持装置１が物品Ｇを吸引している状態を示す。保持装置１は、チューブ１５Ａを介して上記略密閉空間Ｓの流体を吸引することで、略密閉空間Ｓの内部圧力を低下させ、物品Ｇを吸着保持する。このとき、略密閉空間Ｓの内部圧力が大気圧よりも低い状態（例えば真空状態）となることで、大気圧の影響で保持装置１がいわゆる「閉じた状態」となる。「閉じた状態」とは、「開いた状態」に比べて開口Ｏの大きさが小さくなり、物品Ｇを挟持している時の保持装置１の状態を意味する。すなわち、上記略密閉空間Ｓの内部圧力が大気圧よりも低くなることで、各可動部材１２は、大気圧により押され、吸着部１０の内側に向けて回動する。その結果、保持装置１は、「閉じた状態」になる。保持装置１は、「閉じた状態」に変化することで、物品Ｇを吸着保持することに加え、複数の可動部材１２により物品Ｇの一部を挟持し、より確実に物品Ｇを保持する。

図５中の（ｄ）は、保持装置１が物品Ｇを保持した後の状態を示す。保持装置１は、マニピュレータ１１０などの上昇動作により物品Ｇを保持した状態で移動する。このとき、上記略密閉空間Ｓの内部圧力が十分に低い状態に保たれていれば、圧力調整装置４０による流体の吸引動作は停止してもよい。

ただし、保持装置１による物品Ｇの保持動作は、上記例に限定されない。図６は、保持装置１が物品Ｇを保持する動作の別の例を示す断面図である。図６は、例えば、硬い物品Ｇを保持する場合を示す。図６中の（ａ）は、物品Ｇが大きい場合である。この場合、保持装置１は、例えば、開口Ｏが比較的大きく開いたままの状態で物品Ｇを吸着保持することができる。一方で、図６中の（ｂ）は、物品Ｇが小さい場合である。この場合、保持装置１は、例えば、上記略密閉空間Ｓの流体が吸引されることで「閉じた状態」に変化し、開口Ｏが小さくなった状態で物品Ｇを吸着保持することができる。

＜３．制御装置＞
次に、制御装置１２０について説明する。図７は、制御装置１２０に関連するシステム構成を示すブロック図である。制御装置１２０は、例えば、入力部１２１、コマンド生成部１２２、目標生成部１２３、駆動制御部１２４、ドライバ１２５、信号処理部１２６、判定部１２７、および記憶部１２８を有する。

入力部１２１は、マニピュレータ１１０の動作指令情報を受け付ける。入力部１２１への入力は、例えば、タッチパネルやモニタなどを介した直接入力でもよいし、離れた場所から無線や有線を介した入力でもよい。無線を通じた入力が行われる場合は、入力部１２１は、通信部として機能してもよい。通信部は、外部コンピュータやサーバからの動作指令情報を受信する。通信部としては、無線通信装置が好ましいが、それ以外にも通信ネットワークと接続される通信装置でもよい。通信ネットワークとしては、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網などが利用可能である。通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線などの有線でもよく、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網などの無線でもよい。入力部１２１は、動作指令情報をコマンド生成部１２２に送信する。または、入力部１２１には、マイクが設置され、作業者（ユーザ）の音声により動作指令情報が入力されてもよい。入力部１２１は、ハンドリングロボットシステム１００が自動で物品Ｇを認識して駆動する場合は、必ずしも必要な構成ではない。また、ハンドリングロボットシステム１００が各種センサおよび後述する認識装置１３０の情報に基づいて学習して動作する場合でも、入力部１２１は必ずしも必要な構成ではない。

コマンド生成部１２２は、動作指令情報および認識装置１３０による物品Ｇの認識結果に基づいて各動作プロセスで必要となる動作手順を動作コマンドとして生成する。コマンド生成部１２２は、実行される動作コマンドに応じた各動作モード情報を生成する。動作コマンドは、マニピュレータ１１０の一連の動作に関するコマンドであり、例えばプログラムとしての情報である。動作モード情報は、個別の動作に関する情報である。例えば、保持装置１を「吸引する」や「下降する」といった動作である。コマンド生成部１２２は、記憶部１２８に記憶された動作モード情報などを参照可能である。コマンド生成部１２２は、生成した動作コマンドを目標生成部１２３へ出力する。また、コマンド生成部１２２は、動作コマンドの各動作モードと、各動作モードに対応する実際の動作情報とを対応付けて判定部１２７に出力する。

目標生成部１２３は、コマンド生成部１２２から、駆動機構１１１および保持装置１に対する動作コマンドが入力される。目標生成部１２３は、駆動機構１１１および保持装置１に関する目標指令値を生成する。目標指令値は、駆動制御部１２４に出力される。

駆動制御部１２４は、目標生成部１２３から駆動機構１１１および保持装置１の目標指令値が入力される。駆動制御部１２４は、入力された目標指令値に応じて駆動機構１１１および保持装置１を駆動するための駆動指令情報を生成する。駆動指令情報は、ドライバ１２５へ出力される。

ドライバ１２５は、駆動制御部１２４から駆動機構１１１および保持装置１の駆動指令情報が入力される。ドライバ１２５は、入力された駆動指令情報に応じた駆動出力を生成する。駆動機構１１１および保持装置１は、ドライバ１２５から駆動出力を受信し、駆動機構１１１内のモータや方向切り替え弁４３Ａなどを動作させて駆動量を調整する。

信号処理部１２６は、駆動機構１１１および保持装置１の駆動による各種センサ（例えば、圧力センサ１６Ａ、流量センサ１７Ａ、物品センサ１８、曲げセンサ１９、重量センサ２０、接触センサ２１）および圧力調整装置４０の加圧装置４１、減圧装置４２、方向切り替え弁４３Ａからの信号を受信し、それら信号に対して信号増幅処理やアナログデジタル変換処理などを行う。例えば、圧力センサ１６Ａおよび流量センサ１７Ａは、方向切り替え弁４３Ａの動作をセンシングし、センサ信号を生成する。また、圧力センサ１６Ａは、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間Ｓの内部圧力をセンシングし、センサ信号を出力する。流量センサ１７Ａは、略密閉空間Ｓから吸引された流体の流量をセンシングし、センサ信号を出力する。物品センサ１８は、物品Ｇの位置や形状、物品Ｇまでの距離をセンシングし、センサ信号を出力する。曲げセンサ１９は、基台１１に対する可動部材１２の屈曲動作をセンシングし、センサ信号を生成する。重量センサ２０は、物品Ｇの重量をセンシングし、センサ信号を生成する。接触センサ２１は、物品Ｇに対する吸着部１０の接触状態をセンシングし、センサ信号を生成する。これらのセンサ信号は、例えば電圧値である。信号処理部１２６は、処理した信号をコマンド生成部１２２および判定部１２７に送信する。

判定部１２７は、信号処理部１２６で変換されたセンサ信号が入力される。判定部１２７は、センサ信号に応じて保持装置１の位置や姿勢の調整、物品Ｇの保持状態などを判定する。例えば、判定部１２７は、圧力センサ１６Ａの検出結果に基づき、物品Ｇに対する吸着部１０の吸着状態を判定する。また、判定部１２７は、流量センサ１７Ａの検出結果に基づき、略密閉空間Ｓから吸引される流体の流量に応じて、真空吸着動作が完了する時間を推定可能である。判定部１２７は、保持装置１の位置や姿勢に基づき、吸着部１０に流体を供給して物品Ｇを解放させるか、または流体を吸引して物品Ｇを吸着保持するかなどを判定する。

また、判定部１２７は、コマンド生成部１２２から動作コマンドに対応する駆動機構１１１および保持装置１の動作情報を受信する。判定部１２７は、この動作情報と受信したセンサ信号による情報とを比較する。判定部１２７は、この比較結果に基づいて駆動機構１１１および保持装置１の駆動の停止や物品Ｇの状態に応じた駆動機構１１１の姿勢補正などの動作コマンドを生成する。判定部１２７は、コマンド生成部１２２に対して動作コマンドを修正する戻り値コマンドを出力する。コマンド生成部１２２は、戻り値コマンドに基づき、入力部１２１で入力された動作指令情報に適した処理動作が実行されるように動作コマンドを補正する。これにより保持装置１の動作の信頼性および確実性を向上させることができる。

以上説明した制御装置１２０の各機能部（コマンド生成部１２２、目標生成部１２３、駆動制御部１２４、ドライバ１２５、信号処理部１２６、および判定部１２７）は、少なくとも一部が、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェアプロセッサが不図示の記憶部に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。これらは、認識装置１３０の計算機１３４および搬送装置１４０の搬送制御装置１４２についても同様である。

記憶部１２８は、保持対象となる物品Ｇの形状、重量や柔軟性などの属性データが予め登録されたデータベースＤＢを記憶している。記憶部１２８は、例えば、磁気テープやカセットテープなどのテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスクなどの磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒなどの光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯなどの半導体メモリ系などを用いることができる。

本実施形態では、制御装置１２０は、データベースＤＢに登録された物品Ｇの属性データを参照し、物品Ｇの属性データの内容に応じて動作の細部を調整してもよい。例えば、制御装置１２０は、物品Ｇが壊れやすいものである場合、減圧装置４２の駆動量を調整し、複数の可動部材１２から物品Ｇに作用する力を抑制してもよい。また、制御装置１２０は、物品Ｇを吸着保持後にマニピュレータ１１０などを上昇動作させる際に、物品Ｇの属性データを参照し、物品Ｇの硬さに応じて上昇動作の加速度量や減圧装置４２の駆動量を調整してもよい。例えば、制御装置１２０は、物品Ｇが柔らかい場合（硬さが閾値以下の場合）、物品Ｇをゆっくり動かすように加速度量を小さくしてもよい。また、制御装置１２０は、物品Ｇが柔らかい場合（硬さが閾値以下の場合）、物品Ｇが加速により離反しないように、加速度を考慮して減圧装置４２の駆動量を大きくしてもよい。

＜４．認識装置＞
次に、図１に戻り、認識装置１３０について説明する。認識装置１３０は、積載領域１５０に載置された複数の物品Ｇを認識する。認識装置１３０は、例えば、第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３と、計算機１３４とを有する。

第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３は、例えば、積載領域１５０に載置された複数の物品Ｇに対して斜め前方、上方、斜め後方に位置する。第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３は、移動可能であってもよい。第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３は、距離画像センサまたは赤外線ドットパターン投影方式カメラのような三次元位置計測可能なカメラを利用することができる。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、赤外線のドットパターンを物品Ｇに投影し、その状態で積載領域１５０に載置された物品Ｇの赤外線画像を撮影する。このようにして撮影された赤外線画像を解析することで物品Ｇの３次元情報を得ることができる。赤外線ドットパターン投影方式カメラは、カラー画像またはモノクロ画像を撮影可能であってもよい。また、赤外線ドットパターン投影方式カメラの他に、カラー画像またはモノクロ画像を取得するカメラなどの光学センサを含んでいてもよい。画像は、例えば、ｊｐｇ、ｇｉｆ、ｐｎｇやｂｍｐなどの一般的に用いられている画像データでもよい。本実施形態では、３つの画像センサ１３１，１３２，１３３が設けられる例について説明したが、画像センサは、１つ以上あればよい。

計算機１３４は、第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３から出力されるデータに基づいて物品Ｇの３次元位置情報を導出する。導出された物品Ｇの３次元位置情報は、制御装置１２０へ出力される。これにより、制御装置１２０は、計算機１３４により導出された物品Ｇの３次元位置情報に基づいてマニピュレータ１１０を制御する。

＜５．搬送装置＞
次に、搬送装置１４０について説明する。搬送装置１４０は、物品Ｇの移動先または移動元となる場所である。搬送装置１４０は、例えば、ベルトコンベア１４１と、搬送制御装置１４２とを有する。ベルトコンベア１４１は、所定方向に並べられた複数のローラと、これら複数のローラに巻かれたベルトとを含む。ベルトコンベア１４１は、複数のローラを所定の方向に回転させることでベルトを駆動し、ベルト上に載置された物品Ｇを搬送する。搬送制御装置１４２は、ベルトコンベア１４１の駆動を制御する。例えば、搬送制御装置１４２は、ベルトコンベア１４１の搬送速度や搬送方向を制御する。

なお、搬送装置１４０は、ベルトコンベア１４１に限定されず、ローラコンベアやその他のソータなどでもよい。搬送装置１４０の動作は、予め設定されたプログラムにより搬送制御装置１４２が自動で制御してもよく。作業者が手動で搬送制御装置１４２を操作することで制御されてもよい。

＜６．動作例＞
次に、ハンドリングロボットシステム１００を用いた物品Ｇの動作の一例について説明する。図８は、ハンドリングロボットシステム１００の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、搬送装置１４０の搬送制御装置１４２は、ベルトコンベア１４１への物品Ｇの受け入れ準備が整うと、認識装置１３０の計算機１３４に物品位置要求信号を送信する（Ｓ１０１）。計算機１３４は、搬送制御装置１４２から物品位置要求信号を受信すると、第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３を用いて積載領域１５０上の物品Ｇの位置認識を開始する（Ｓ１０２）。

計算機１３４は、第１から第３の画像センサ１３１，１３２，１３３の認識結果に基づき、物品Ｇが検出されたか否かを判定する（Ｓ１０３）。計算機１３４は、物品Ｇが何も検出されない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、エラー信号を搬送制御装置１４２へ送信し（Ｓ１０４）、処理を終了する。一方で、計算機１３４は、物品Ｇが検出された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、物品Ｇの位置情報を計測し、計測した位置情報を制御装置１２０へ送信する（Ｓ１０５）。

制御装置１２０は、計算機１３４から物品Ｇの位置情報を受信すると、受信した位置情報に基づき、マニピュレータ１１０で移載可能な物品Ｇの候補（移載候補）について取り出し手順を導出する。そして、制御装置１２０は、例えばマニピュレータ１１０を動作させることにより、移載候補の中の一つの物品Ｇを決定する（Ｓ１０６）。

次に、制御装置１２０は、保持装置１に物品Ｇを保持させるためにマニピュレータ１１０を駆動して保持装置１を物品Ｇの近傍に移動させ、保持装置１の位置姿勢を決定する。このとき制御装置１２０は、保持装置１に設けられた物品センサ１８により取得した物品Ｇの位置情報に基づき、開いた状態の保持装置１の姿勢を調整し、保持装置１により物品Ｇを保持可能であるかを判定する（Ｓ１０７）。

制御装置１２０は、物品Ｇを保持可能と判定した場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、保持装置１で物品Ｇを保持するために、圧力調整装置４０の方向切り替え弁４３Ａを駆動して減圧装置４２とチューブ１５Ａとを接続する。そして、制御装置１２０は、減圧装置４２を駆動して吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間Ｓの内部圧力を減少させる。これにより、保持装置１は、例えば真空吸着により保持装置１を閉じた状態に遷移させ、物品Ｇを保持する（Ｓ１０８）。一方で、制御装置１２０は、物品Ｇを保持不可能と判定した場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、保持装置１の姿勢を変更して別の方向から物品Ｇの近傍にアプローチする。

保持装置１により物品Ｇを保持した場合、制御装置１２０は、保持装置１が物品Ｇを保持した状態で物品Ｇを搬送可能であるかを判定する（Ｓ１０９）。例えば、制御装置１２０は、物品Ｇを持ち上げようとした時に重量センサ２０により検出された物品Ｇの重量や、接触センサ２１により検出された吸着部１０と物品Ｇとの間の接触状態などに基づき、Ｓ１０９の判定を行う。

制御装置１２０は、物品Ｇが搬送可能と判定された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、マニピュレータ１１０を動作させ、物品Ｇを搬送装置１４０のベルトコンベア１４１上に移動させる（Ｓ１１０）。一方で、制御装置１２０は、物品Ｇが搬送不可能と判定された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、この物品Ｇを移載不可物品として登録する。そして、制御装置１２０は、別の移載候補の物品Ｇの移載を試みるため、マニピュレータ１１０により保持装置１を所定の場所に移動させる（Ｓ１０６に戻る）。

制御装置１２０は、物品Ｇをベルトコンベア１４１の上方に移動させた後、物品Ｇをベルトコンベア１４１上に載置するため、圧力調整装置４０の方向切り替え弁４３Ａを駆動して加圧装置４１とチューブ１５Ａとを接続する。そして、制御装置１２０は、加圧装置４１を駆動して保持装置１と物品Ｇとの間に形成された略密閉空間Ｓの内部を加圧する。例えば、制御装置１２０は、略密閉空間Ｓの内部の圧力が所定の圧力以上になるまで、または略密閉空間Ｓに所定量以上の流体が供給されるまで、加圧装置４１を駆動する。これにより、保持装置１が開いた状態に遷移し、吸着部１０から物品Ｇが開放され、物品Ｇがベルトコンベア１４１上に移載される（Ｓ１１１）。制御装置１２０は、物品Ｇの移載が完了すると、認識装置１３０に移載完了信号を送信する（Ｓ１１２）。

認識装置１３０は、積載領域１５０上に物品Ｇが残っているか確認するため、積載領域１５０上の物品Ｇの検出を再び行い、物品Ｇが検出されたか否かを判定する（Ｓ１１３）。計算機１３４は、物品Ｇが検出された場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、物品Ｇの位置情報を計測し、計測した位置情報を制御装置１２０へ送信する（Ｓ１１４）。その後、Ｓ１０６以降の処理を再び行う。制御装置１２０は、物品が検出されない場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、搬送制御装置１４２に移載完了信号を送信する（Ｓ１１５）。

搬送制御装置１４２は、移載完了信号を受信すると、ベルトコンベア１４１を停止して処理が完了する。また、搬送制御装置１４２は、移載完了信号を受信すると、作業者に知らせる警報などを発してもよい。警報を聞いた作業者は、物品Ｇが無くなった積載領域１５０（例えばカゴ台車）を物品Ｇが積載されている別の積載領域１５０（例えばカゴ台車）に置き換えてもよい。

以上のような構成の保持装置１によれば、様々な形状の物品Ｇを安定して保持することができる。すなわち本実施形態では、開口Ｏの面積を変更可能な吸着部１０を有する。このような構成によれば、例えば物品Ｇの大きさに応じて開口Ｏの大きさを変化させることで、様々な形状の物品Ｇを安定して保持することができる。また、開口Ｏを小さくすることで、物品Ｇを複数の可動部材１２によって挟持することもできる。

本実施形態では、複数の可動部材１２が連動して動くことで開口Ｏの大きさが変わる。このような構成によれば、物品Ｇの大きさや形状などに応じて、開口Ｏの大きさを確実に変化させることができる。また、複数の可動部材１２が連動して動くことで、開口Ｏの外形形状が一定の形状（例えば円状）を維持しやすくなる。これにより、物品Ｇをより安定して保持しやすくなる。

本実施形態では、保持装置１は、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成される略密閉空間Ｓの内部の圧力変化により生じる力を利用して物品Ｇを保持するため、物品Ｇに対してよりコンプライアンス性の高い柔軟な保持が可能になる。また本実施形態では、保持装置１は、基台１１、複数の可動部材１２、複数の回転部１３、およびカバー１４を主構成とすることで、簡易な構成とすることができる。

本実施形態では、保持装置１は、基台１１および複数の可動部材１２を覆うカバー１４を有する。このような構成によれば、複数の可動部材１２の間の隙間がカバー１４によって塞がれるため、吸着部１０の吸着保持力を高めることができる。また、カバー１４を有すると、物品Ｇの外形に吸着部１０がより倣いやすくなるため、様々な形状の物品Ｇをより安定して保持することができる。

本実施形態では、保持装置１は、圧力センサ１６Ａ、流量センサ１７Ａ、物品センサ１８、曲げセンサ１９、重量センサ２０、および接触センサ２１などの各種センサを備える。これにより、物品Ｇの載置環境や物品Ｇの保持状態などの情報を適切に検出することができ、制御装置１２０による制御に生かすことができる。

本実施形態では、保持装置１は、例えば基台１１に物品Ｇの位置や距離情報を検出する物品センサ１８を有する。これにより、物品Ｇの位置や姿勢をより正確に検出することができる。また、本実施形態では、ハンドリングロボットシステム１００は、認識装置１３０の認識結果と保持装置１の各種センサのセンシング結果とを組合せることにより、さらに正確かつ安定して物品Ｇを保持することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、可動部材１２を能動的に駆動するアクチュエータ５１が設けられた点で、第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

図９は、第２の実施形態の保持装置１の構成を示す図である。本実施形態では、吸着部１０は、複数の能動回転部５０を有する。複数の能動回転部５０は、基台１１に対して複数の可動部材１２を能動的に回動可能に連結している。

複数の能動回転部５０は、例えば、基台１１と複数の可動部材１２との間を回動可能に連結した回転部１３と、複数の可動部材１２を動かす少なくとも１つのアクチュエータ５１（図１２参照）とを含む。アクチュエータ５１は、複数の可動部材１２を動かすことで開口Ｏの面積を変化させる。アクチュエータ５１は、例えば、モータやシリンダ、ソレノイドなどであるが、これらに限定されない。アクチュエータ５１の種類は、電動や空圧など何でもよい。アクチュエータ５１は、可動部材１２に直接に接続されてもよく、別部材を介して可動部材１２に接続されていてもよい。アクチュエータ５１から可動部材１２までの動力伝達は、歯車やベルトプーリなど、駆動力が伝達されれば何でもよい。例えば、アクチュエータ５１が基台１１と可動部材１２との間に設けられる場合、可動部材１２と基台１１とを接続する回転部１３は設けられなくてもよい。なお、能動回転部５０の構成例については詳しく後述する。

保持装置１は、能動回転部５０により保持装置１の開口Ｏの大きさを適宜変更可能である。保持装置１は、物品Ｇの大きさに応じて、予め開口Ｏの大きさを調整可能である。図１０は、保持装置１のいくつかの状態を示す。図１０中の（ａ）は、開口Ｏが大きい状態を示す。図１０中の（ｂ）は、開口Ｏの大きさが中程度の状態を示す。図１０中の（ｃ）は、開口Ｏが小さい状態を示す。

吸着部１０による吸着力は、吸着部１０の有効断面積（開口Ｏの開口面積）と略密閉空間Ｓの真空度との積に比例する。このため、保持装置１は、物品Ｇの被吸着面が大きい場合、能動回転部５０により保持装置１の開口Ｏを大きくすることで、より大きな吸着力で物品Ｇを保持することができる。これにより、重たい物品Ｇの保持が可能となる。

一方で、保持装置１は、物品Ｇが小さい場合や細長い場合、能動回転部５０により保持装置１の開口Ｏを小さくすることで、通気漏れを抑制して小さい物品Ｇを保持することができる。また、開口Ｏを小さくすれば、小さな開口Ｏに多くの流量を集中させることができる。これにより、スポンジ材のような物品自体に通気漏れがある物品Ｇでも、吸着部１０による吸着保持が可能となる。

次に、本実施形態のハンドリングロボットシステム１００の動作について説明する。図１１は、ハンドリングロボットシステム１００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、物品Ｇの大きさは、例えば、認識装置１３０により予め認識されているものとする。

まず、制御装置１２０は、減圧装置４２を駆動し、吸引動作を開始する（Ｓ２０１）。これにより、吸着部１０と物品Ｇとの間に形成された略密閉空間Ｓの圧力が低下する。次に、制御装置１２０は、圧力センサ１６Ａの検出結果に基づき、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望以下に低下したかを判定する（Ｓ２０２）。制御装置１２０は、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望圧力以下に低下したと判定された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、マニピュレータ１１０を駆動することで、物品Ｇを搬送する（Ｓ２０３）。

一方で、制御装置１２０は、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望圧力以下に低下しない場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、吸引動作を一度停止する（Ｓ２０４）。そして、制御装置１２０は、マニピュレータ１１０を駆動することで、保持装置１を少し持ち上げ、保持装置１を物品Ｇから離す（Ｓ２０５）。これにより、保持装置１を物品Ｇとの間に、可動部材１２を回動させるための隙間が生じる。なお、例えば物品Ｇが柔らかい場合には、Ｓ２０４やＳ２０５の動作は省略することができる。

次に、制御装置１２０は、アクチュエータ５１を駆動することで複数の可動部材１２を回動させることで開口Ｏを小さくする（Ｓ２０６）。そして、制御装置１２０は、マニピュレータ１１０を動作させることで、開口Ｏを小さくした保持装置１を物品Ｇに近付けて押し付ける（Ｓ２０７）。そして、制御装置１２０は、減圧装置４２を駆動し、吸引動作を再び開始する（Ｓ２０８）。

次に、制御装置１２０は、圧力センサ１６Ａの検出結果に基づき、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望以下に低下したかを再び判定する（Ｓ２０９）。制御装置１２０は、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望圧力以下に低下したと判定された場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、マニピュレータ１１０を駆動することで、物品Ｇを搬送する（Ｓ２１０）。一方で、制御装置１２０は、略密閉空間Ｓの内部圧力が所望圧力以下に低下しない場合（Ｓ２０９：ＮＯ）、物品Ｇに対する保持装置１の吸着箇所を変更する動作を行う（Ｓ２１１）。例えば、制御装置１２０は、保持装置１を物品Ｇから一度離し、保持装置１の姿勢を変更して異なる角度から物品Ｇにアプローチする。そして、ステップＳ２０１からの処理を繰り返す。

なお上記例に代えて、制御装置１２０は、第１開口面積の開口Ｏで物品Ｇを保持する場合と比べて、第１開口面積よりも小さな第２開口面積の開口Ｏで物品Ｇを保持しようとする際に略密閉空間Ｓの圧力が低下しにくい場合に、第２開口面積に代えて第１開口面積の開口Ｏで物品Ｇを保持してもよい。例えば、可動部材１２の初期回動量において開口Ｏの開口面積が１００［ｍｍ^２］で圧力値が−９０［ｋＰａ］となり、次に可動部材１２を回動させて開口Ｏの開口面積が８０［ｍｍ^２］で圧力値が−４０［ｋＰａ］となった場合、開口Ｏの開口面積が１００［ｍｍ^２］となる可動部材１２の回動量が選択されてもよい。

次に、能動回転部５０の具体的な構成例について説明する。図１２は、本実施形態の吸着部１０の一例を示す断面図である。この構成例では、吸着部１０は、基台１１、複数の可動部材１２、複数の回転部１３、連動機構５２、およびアクチュエータ５１を有する。基台１１、複数の可動部材１２、および複数の回転部１３の構成は、例えば第１の実施形態と同様である。

連動機構５２は、複数の可動部材１２に連結され、複数の可動部材１２を互いに連動させる。例えば、連動機構５２は、各可動部材１２に設けられたピン５２ａと、ピン５２ａを介して複数の可動部材１２に連結されたリンク５２ｂを有する。リンク５２ｂには、各可動部材１２の移動を許容するガイド穴５２ｃが設けられている。

アクチュエータ５１は、連動機構５２に接続され、連動機構５２を介して複数の可動部材１２を動かす。この構成例では、アクチュエータ５１は、シリンダのような直動機構である。ただし、連動機構５２およびアクチュエータ５１は、これらの例に限定されない。

このような構成によれば、複数の可動部材１２を動かすアクチュエータ５１が設けられることで、開口Ｏを任意の大きさに変更可能になる。これにより、物品Ｇの吸着可能面積に応じて開口Ｏの大きさを変えることで、種々の大きさの物品Ｇをより安定して吸着保持することができる。また本実施形態では、保持装置１は、アクチュエータ５１による可動部材１２の積極的な回動動作で物品Ｇの挟持も可能である。このため、より多様な物品Ｇを吸着部１０により保持可能でもある。

本実施形態では、吸着部１０は、複数の可動部材１２を互いに連動させる連動機構５２を有する。アクチュエータ５１は、連動機構５２を介して複数の可動部材１２を動かす。このような構成によれば、アクチュエータ５１の数を減らすことができ、保持装置１の低コスト化を図ることができる。

なお上記構成に代えて、複数の可動部材１２に対して複数のアクチュエータ５１が１対１の関係で設けられてもよい。また、複数の可動部材１２は、互いに重なり合っておらず、互いに独立して移動可能であってもよい。このような構成によれば、各可動部材１２の回動量を個別に調整することができるため、物品Ｇの外形に対してより適した開口Ｏの形状を作り出すことができる。これにより、物品Ｇをより安定して保持することができる場合がある。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、圧力調整装置４０がカバー１４の内部からも流体を吸引する点で、第２の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第２の実施形態と同様である。

図１３は、本実施形態の保持装置１の構成を示す図である。本実施形態では、カバー１４は、基台１１、複数の可動部材１２、および複数の回転部１３を一体に収容する袋状に形成されている。なお上記構成に代えて、複数の可動部材１２を分けて収容する複数のカバー１４が設けられてもよい。吸着部１０は、第１チューブ１５Ａおよび第１圧力センサ１６Ａに加えて、第２チューブ１５Ｂおよび第２圧力センサ１６Ｂを有する。

第２チューブ１５Ｂは、例えば円筒状に形成され、流体を流通可能である。第２チューブ１５Ｂの一端部は、カバー１４の内部に連通している。第２チューブ１５Ｂの他端部は、圧力調整装置４０の第２方向切り換え弁４３Ｂに接続されている。第２方向切り換え弁４３Ｂは、加圧装置４１および減圧装置４２に接続されている。第２方向切り替え弁４３Ｂは、加圧装置４１および減圧装置４２の各々と第２チューブ１５Ｂとの接続を切り替える。

第２圧力センサ１６Ｂは、例えば第２チューブ１５Ｂの経路に設けられ、カバー１４の内部圧力を検出する。なお、第２圧力センサ１６Ｂに代えて、または第２圧力センサ１６Ｂに加えて、第２流量センサ１７Ｂが設けられてもよい。第２流量センサ１７Ｂは、例えば、第２チューブ１５Ｂを通る流体の流量を検出する。第２圧力センサ１６Ｂおよび第２流量センサ１７Ｂの検出結果は、制御装置１２０に出力される。

図１４は、本実施形態の保持装置１のいくつかの状態を示す断面図である。図１４中の（ａ）は、カバー１４の内部が加圧された状態を示す。制御装置１２０は、カバー１４を膨張状態とするため、第２方向切り替え弁４３Ｂを駆動して加圧装置４１と第２チューブ１５Ｂとを接続する。そして、制御装置１２０は、加圧装置４１を駆動してカバー１４の内部の圧力が所定の圧力になるまで、またはカバー１４に流入した流体が所定量になるまで加圧装置４１を駆動する。これにより、カバー１４は、膨張状態となる。カバー１４が膨張状態になると、カバー１４の内側で可動部材１２の回動動作がスムーズになる。例えば、制御装置１２０は、第２チューブ１５Ｂからカバー１４内に供給された流体によりカバー１４がある程度膨張した状態で、アクチュエータ５１を駆動することで開口Ｏの大きさを変えるように複数の可動部材１２を回動させる。

図１４中の（ｂ）は、カバー１４の内部が減圧された状態を示す。制御装置１２０は、カバー１４を縮小状態とするため、第２方向切り替え弁４３Ｂを駆動して減圧装置４２と第２チューブ１５Ｂとを接続する。そして、制御装置１２０は、減圧装置４２を駆動してカバー１４の内部の圧力が所定の圧力になるまで、またはカバー１４から流出する流体が所定量になるまで減圧装置４２を駆動する。これにより、カバー１４は、縮小状態となる。カバー１４が縮小状態になると、可動部材１２とカバー１４とが密着し、可動部材１２の自由な回動動作が抑制される。例えば、複数の可動部材１２の位置が固定される。

制御装置１２０は、例えば、カバー１４をある程度縮小させた状態で、第１方向切り替え弁４３Ａを駆動して減圧装置４２と第１チューブ１５Ａとを接続する。そして、制御装置１２０は、カバー１４をある程度縮小させた状態で、略密閉空間Ｓを減圧することで、物体Ｇを吸着保持する。これにより、保持装置１で物品Ｇを保持して持ち上げた場合に、カバー１４の伸び変形を抑制することができ、カバー１４の耐久性や寿命の向上を図ることができる。また、可動部材１２の自由な回動動作が抑制されると、物品Ｇを保持した状態の吸着部１０の変形が抑制され、より強固に物品Ｇを吸着保持して搬送可能になる。

また別の動作例として、制御装置１２０は、複数の可動部材１２により物品Ｇを挟持した後、カバー１４を膨張させることで、より安定的に物品Ｇを保持してもよい。例えば、イチゴなど挟持により潰れて破損する可能性があるものは、カバー１４を膨張させることで包み込んで保持してもよい。

本実施形態では、保持装置１は、カバー１４の膨張および縮小を制御することで、挟持時において、より多様な物品Ｇを保持可能となる。また、カバー１４を膨張させることで物品Ｇとカバー１４との間の凹凸を少なくすることもできる。この場合、空気漏れをより効果的に抑制することができ、より安定的に物品Ｇを真空吸着可能となる。

なお、本実施形態は、上記例に限定されない。例えば、第２方向切り替え弁４３Ｂが省略され、第２チューブ１５Ｂは、第１チューブ１５Ａとともに第１方向切り替え弁４３Ａに接続されてもよい。

また本実施形態は、第２の実施形態に代えて、第１の実施形態と組み合わされて適用されてもよい。すなわち、本実施形態の吸着部１０は、能動回転部５０に代えて、回転部１３を有してもよい。この場合、制御装置１２０は、第２チューブ１５Ｂからカバー１４内に供給された流体によりカバー１４がある程度膨張した状態で、第１方向切り替え弁４３Ａを駆動して減圧装置４２と第１チューブ１５Ａとを接続する。そして、制御装置１２０は、減圧装置４２により略密閉空間Ｓを減圧することで、開口Ｏが小さくなるように複数の可動部材１２を回動させてもよい。また、制御装置１２０は、第２チューブ１５Ｂからカバー１４内に供給された流体によりカバー１４がある程度膨張した状態で、第１方向切り替え弁４３Ａを駆動して加圧装置４１と第１チューブ１５Ａとを接続してもよい。そして、制御装置１２０は、加圧装置４１により略密閉空間Ｓを加圧することで、開口Ｏが大きくなるように複数の可動部材１２を回動させてもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、可動部材１２が直動動作する点で、第１の実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

図１５は、第４の実施形態の複数の可動部材１２を模式的に示す平面図である。図１５は、３つの可動部材１２が設けられた例を示す。複数の可動部材１２は、θ方向に沿って並べられている。各可動部材１２は、開口Ｏの中心に向かって直動可能に基台１１に支持されている。各可動部材１２は、Ｒ方向に沿って、開口Ｏが徐々に小さくなる方向と、開口Ｏが徐々に大きくなる方向とに移動可能である。

本実施形態では、アクチュエータ５１として、各可動部材１２に対応して直動アクチュエータが設けられてもよい。直動アクチュエータは、電動でも空圧でもよい。直動のアクチュエータは、例えば電動モータと送りネジ機構とが組み合わされることで実現されてもよい。また、アクチュエータ５１は、一つの回動アクチュエータから歯車やベルトプーリを介して、駆動力を各送りねじ機構に分配して直動動作を実現する構成でもよい。

図１６は、本実施形態の複数の可動部材１２の具体例を示す平面図である。各可動部材１２は、例えば、本体部６１と、接続部６２と、ピン６３とを有する。本体部６１には、ガイド溝６１ａが形成されている。ガイド溝６１ａには、別の可動部材１２の接続部６２が挿入される。接続部６２は、別の可動部材１２のガイド溝６１ａに沿って移動可能である。本体部６１と接続部６２とはピン６３で連結されている。このような構成によれば、開口Ｏを小さくする方向に可動部材１２を直動させ場合、可動部材１２の接続部６２が別の可動部材１２のガイド溝６１ａに案内されながら、可動部材１２を直動させることができる。これにより、可動部材１２の直動動作がより安定しやすくなる。

図１７および図１８は、第４の実施形態の複数の可動部材１２の別の例を模式的に示す平面図である。図１７は、４つの可動部材１２が設けられた例を示す。図１８は、５つの可動部材１２が設けられた例を示す。これらのような構成であっても、図１５および図１６を参照して説明した直動機構を構成することができる。なお、可動部材１２の数は、６つ以上でもよい。

図１９は、図１５から図１８に示す直動機構に含まれるアクチュエータ５１の例を示す正面図である。この直動機構は、例えば、電動モータ７１、べベルギアセット７２、複数の送りねじ機構７３、および複数の可動部材１２を有する。

電動モータ７１の駆動軸７１ａは、べベルギアセット７２の第１歯車７２ａに接続されている。複数の送りねじ機構７３のねじ軸７３ａは、べベルギアセット７２の第２歯車７２ｂに接続されている。複数の可動部材１２は、複数の送りねじ機構７３の移動体７３ｂに取り付けられている。移動体７３ｂは、ねじ軸７３ａが回転することで直動する。このような構成によれば、電動モータ７１が駆動されると、各送りねじ機構７３のねじ軸７３ａが回転し、各可動部材１２が直動する。

このような構成によれば、開口Ｏの大きさを変化させる場合でも、物品Ｇに対する保持装置１の高さ位置の調整が容易になる。すなわち、第１から第３の実施形態の構成では、開口Ｏの大きさを変更する場合、可動部材１２の回動量に応じて吸着部１０の高さが変化する。このため、開口Ｏの大きさを変更する場合、物品Ｇに対する保持装置１の高さ位置の調整が必要になる場合がある。また、開口Ｏの大きさの変更に伴い吸着部１０の高さが変化する場合、狭い空間では開口Ｏを小さくしにくい場合がある。

一方で、本実施形態の構成によれば、複数の可動部材１２は、直動動作により開口Ｏの大きさを変化させる。このため、吸着部１０の高さは変化しない。その結果、保持装置１がマニピュレータ１１０に搭載される場合、可動部材１２の動作量を考慮して物品Ｇに対する保持装置１の位置を調整する必要が無くなり、動作制御の簡便化を図ることができる。また、狭い空間でも開口Ｏを小さくしやすくなる。

なお、この直動機構は、アクチュエータ５１が設けられる場合に限らず、例えば第１の実施形態のように外力（例えば略密閉空間Ｓと大気圧との圧力差）が作用することで可動部材１２が移動する構成にも適用可能である。

次に、いくつかの変形例について説明する。
（第１変形例）
図２０は、第１変形例の吸着部１０を示す断面図である。本変形例では、可動部材１２は、弾性体８１を介して基台１１に接続されている。弾性体８１は、ばねやゴムでもよく、所定の薄さを有する金属板でもよい。可動部材１２は、外力が作用した場合またはアクチュエータ５１が駆動された場合に、弾性体８１が弾性変形することで、基台１１に対して回動または直動可能である。このような構成によっても、可動部材１２が移動することで、開口Ｏの大きさを変化させることができる。

（第２変形例）
図２１は、第２変形例の基台１１および複数の可動部材１２を示す下面図である。複数の可動部材１２は、例えば、長さが異なる。このような構成によれば、複数の可動部材１２を回動させた場合に、楕円状の開口Ｏを形成することができる。

以上、いくつかの実施形態および変形例について説明したが、実施形態は上記例に限定されない。例えば、可動部材１２は、２つのみでもよい。このような構成でも、２つの可動部材１２によって物品Ｇを挟持することで、物品Ｇを安定して保持することができる。また、物品Ｇを挟持する２つの部材の片方は、位置が固定されていてもよい。すなわち、固定された第１部材と、この第１部材に対して相対的に移動可能な第２部材とを有してもよい。このような構成でも、第１部材と第２部材との間に物品Ｇを挟持することで、物品Ｇを安定して保持することができる。また、カバー１４は省略されてもよい。

上記実施形態では、保持装置１と制御装置１２０とが別装置として構成された例について説明した。ただし、保持装置１は、制御装置１２０の機能の一部または全部を、保持装置１の制御装置（制御部）９１として有してもよい。また、上記実施形態では、基台１１とカバー１４とを別々に構成していたが、基台１１とカバー１４とが予め接着されていてもよいし、基台１１とカバー１４とが一体構造でもあってもよい。

ハンドリングロボットシステム１００は、物品Ｇが載置された棚などまで自律移動して物品Ｇのピッキングや検品を行うピッキング装置および検品装置を含んでもよい。また、ハンドリングロボットシステム１００は物品Ｇを入れた荷台を備え、荷台から棚などへ物品Ｇを品出しする品出し装置や荷入れ装置を含んでもよい。また、ハンドリングロボットシステム１００は、カゴ台車などに積載された物品Ｇを荷降ろしする荷降ろし装置を含んでもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、保持装置は、開口の面積が変わる吸着部を有することにより、様々な物体を保持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…保持装置、１０…吸着部、１１…基台、１２…可動部材、１３…回転部、１４…カバー、１６Ａ…圧力センサ、５０…能動回転部、５１…アクチュエータ。５２…連動機構、８１…弾性体、９１…制御装置（制御部）、１００…ロボットハンドリングシステム、１１０…マニピュレータ、Ｏ…開口。

Claims (17)

1. 互いに連動して動く複数の可動部材を有し、前記複数の可動部材が連動して動くことで前記複数の可動部材の間に形成される開口の面積が変わる吸着部と、
   前記開口を通じて外気を吸引可能な吸引装置と、
   を備え、
   前記吸着部は、柔軟性を有するとともに前記複数の可動部材を一体に覆い、前記複数の可動部材の間の隙間を塞ぐカバーをさらに有した、
   保持装置。
2. 前記吸着部は、基台をさらに有し、
   前記複数の可動部材は、前記基台に回動可能に連結されている、
   請求項１に記載の保持装置。
3. 前記複数の可動部材は、互いに一部が重なり合い、互いに接することで連動して動く、
   請求項２に記載の保持装置。
4. 前記吸着部は、前記複数の可動部材を動かすことで前記開口の面積を変える少なくとも１つのアクチュエータをさらに有した、
   請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の保持装置。
5. 前記吸着部は、前記複数の可動部材を互いに連動させる連動機構をさらに有し、
   前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記連動機構を介して前記複数の可動部材を動かす、
   請求項４に記載の保持装置。
6. 前記開口に通じる前記吸着部内の空間の圧力を検出するセンサと、
   前記センサの検出結果に基づき、前記少なくとも１つのアクチュエータを駆動して前記開口の面積を変える制御部と、
   をさらに備えた、
   請求項４または請求項５に記載の保持装置。
7. 前記カバーは、前記複数の可動部材のうち少なくとも１つの可動部材を収容する袋状に形成されるとともに、前記カバー内の流体が前記吸引装置によって吸引可能である、
   請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の保持装置。
8. 前記複数の可動部材の位置を固定する場合に、前記吸引装置に前記カバー内の流体を吸引させる制御部をさらに備えた、
   請求項７に記載の保持装置。
9. 前記吸着部は、基台をさらに有し、
   前記複数の可動部材の各々は、前記開口の中心に向けて直動可能に前記基台に支持されている、
   請求項１に記載の保持装置。
10. 前記吸着部は、基台をさらに有し、
    前記複数の可動部材は、前記基台に弾性体を介して接続されている、
    請求項１に記載の保持装置。
11. 前記複数の可動部材の各々は、弾性体である、
    請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の保持装置。
12. 前記開口は、円状または多角形状である、
    請求項１から請求項１１のうちいずれか１項に記載の保持装置。
13. 請求項１から請求項１２のうちいずれか１項に記載の保持装置と、
    前記保持装置を移動させる移動機構と、
    を備えたマニピュレータ。
14. 請求項１３に記載のマニピュレータと、
    前記マニピュレータを制御する制御装置と、
    を備えた搬送システム。
15. 第１部材と、
    前記第１部材に対して離れる方向と近付く方向とに移動可能であり、前記第１部材に対して動くことで前記第１部材との間に形成される開口の面積が変わる第２部材と、
    柔軟性を有するとともに、前記第１部材および前記第２部材を一体に覆うカバーと、
    前記開口を通じて外気を吸引可能な吸引装置と、
    を備えた保持装置。
16. 請求項１５に記載の保持装置と、
    前記保持装置を移動させる移動機構と、
    を備えたマニピュレータ。
17. 請求項１６に記載のマニピュレータと、
    前記マニピュレータを制御する制御装置と、
    を備えた搬送システム。

Images