JP2017193017A - バラ積み物品取り出し用ロボットハンド及びバラ積み物品自動取り出しシステム - Google Patents

Abstract

【課題】バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業をロボット装置の利用により自動で行う場合、バラ積みされた物品の孔部の傾斜している角度を誤認識しても、その物品の取り出し作業を停止させることなく遂行できるバラ積み物品取り出し用ロボットハンド等を提供する。【解決手段】ロボットハンドは、ロボットアームに取り付けて固定される取付け部と、物品の孔部に挿し込まれて孔部を保持するよう作動する保持爪を有する作業部と、作業部を取付け部に対して基準の姿勢にあるときの基準中心線の周りに所要の振り角で自在に揺れ動く状態で支持し得る揺動支持部と、揺動支持部の揺動支持を有効にするよう作動して作業部を取付け部に対して自在に揺れ動く状態にする一方で、揺動支持部の揺動支持を無効にするよう作動して作業部を取付け部に対して基準の姿勢に戻して固定させた状態にする状態切り替え部とを備える。【選択図】図３

Description

この発明は、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド及びバラ積み物品自動取り出しシステムに関するものである。

各種の生産ラインにおいては、取り出し対象の物品（以下、「ワーク」ともいう。）を１つずつ取り出して所定の場所に移す等の作業工程を備えるものがあり、また、その作業工程をロボット装置の利用により自動化して行う場合に使用されるロボットハンドやその作業装置が存在している。
従来においても、例えば、その取り出し前のワークの姿勢に対応した取り出し作業を行えるよう構成されたロボットハンドやその作業装置として、以下に例示するものが知られている。

例えば、特許文献１には、連結部材の一端部にバキュームチャックが固着装備され、その連結部材が球面軸受けを介してホルダ部材に保持され、そのホルダ部材がホルダアームに装着されてなるロボットハンドにおいて、その連結部材の他端部に、そのバキュームチャック全体をロックするロック用球面バキューム機構を装備したロボットハンドが示されている。

また、特許文献２には、ロボットアームの先端でワークを支持して搬送するワークのハンドリング装置において、そのロボットアームの先端に取付けられた支持体と、その支持体に取付けられ、ワークの所定位置に形成された係合孔に嵌合可能なピンと、その支持体とピンとの間に配設され、そのピンを原位置から半径方向に所定範囲で可動に支持する可動機構と、ワークの係合孔に対してピンが嵌合された状態を維持する係合手段とを備え、ロボットアームの操作により前記支持体のピンをワークの係合孔に挿入嵌合する際に、可動機構によってピンと係合孔との位置ずれを吸収するようにしたハンドリング装置が示されている。

さらに、特許文献３には、ロボットアームに装着してワークに作業をするワーク作業装置の姿勢制御装置であって、そのロボットアームに固定する固定プレートと、前記ワーク作業装置を支持する支持プレートと、この支持プレートと固定プレートとの間に装着され、支持プレートを連結プレートに対して弾性支持する弾性機構と、ワークに対するワーク作業装置の姿勢を検知する姿勢検知装置とを有し、前記姿勢検知装置は、ワークに当接させるサポートシャフトと、このサポートシャフトがワークに当接していることを検知する当接検知手段を備えたワーク作業装置の姿勢制御装置が示されている。

特開平１０−１５６７７９号公報 特開２００４−９１９２号公報 特開２０１３−９４８６９号公報

一方、近年においては、ランダムにバラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業をロボット装置の利用により自動化して行う作業工程を要する生産ラインも増えてきている。
その作業工程は、バラ積みされた複数の物品の姿勢、位置等を識別するビジョンシステム等の識別装置にて得られる情報等に基づいてロボット装置のロボットアームとそのロボットアームの先端部に装着されたロボットハンドの作業部を作動させることにより、そのロボットハンドの作業部における保持爪を物品の孔部に挿し込んで保持した後、その物品を取り出すことで行われることがある。

しかしながら、このようなバラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業を行う場合には、次のような課題がある。

すなわち、その作業においては、バラ積みされた物品が整然と積み重ねられておらず互いに異なる傾斜した姿勢で乱雑に積み重ねられて存在することもあるため、識別装置が特に物品の孔部の傾斜している角度を正確に計測することができず、わずかながら計測ミス（誤認識）を起こすことがある。
このとき、その計測ミスした識別情報を利用してロボット装置のロボットアームが作動すると、ロボットハンドの作業部における保持爪が物品の孔部に対して少しずれた傾き角度で挿し込まれることになるので、取り出し対象の物品の方がその姿勢を途中で保持爪の進入角度に応じて変えない限りは、その保持爪が挿し込みの途中で孔部の内面と強く接触して干渉した状態になり、最終的に、ロボットアームの作動が過負荷の状態になってロボット装置が作業を停止してしまうことがある。

このような現象は、その取り出す対象と定められた１つの物品に対して隣り合う物品が強く接触した状態で存在していたり又は一部重なって乗り上げた状態で存在しているときに、その隣り合う物品が取り出し作業中にほとんど変位しないため、取り出し対象の物品が姿勢を変更することができない場合に起こりやすい傾向にある。しかも、この現象は、バラ積みされた物品が、凹凸を有する外形や不定形の外形からなるものであったり、あるいは、その摩擦抵抗の比較的大きい表面状態（材質）からなるものであるときにも起こりやすい傾向にある。

この発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業をロボット装置の利用により自動化して行う場合、バラ積みされた物品のうち取り出し対象となる物品の孔部の傾斜している角度を誤認識することがあっても、その物品の取り出し作業を停止させることなく遂行することができるバラ積み物品取り出し用ロボットハンド及びそれを用いたバラ積み物品自動取り出しシステムを提供することにある。
また別の目的としては、取り出し対象となる物品の姿勢の変更を困難にする隣り合う物品が存在する場合であっても、その隣り合う物品を退けながら物品の取り出し作業を行うことができるバラ積み物品自動取り出しシステムを提供することにある。

この発明（Ａ１）のバラ積み物品取り出し用ロボットハンドは、
ロボットアームに装着して使用され、バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出すロボットハンドであって、
ロボットアームに取り付けて固定される取付け部と、
前記物品の孔部に挿し込まれて孔部の内面に押圧して前記孔部を保持するよう作動する保持爪を有する作業部と、
前記作業部を前記取付け部に対して基準の姿勢にあるときの基準中心線の周りに所要の振り角で自在に揺れ動く状態で支持し得る揺動支持部と、
前記揺動支持部の揺動支持を有効にするよう作動して前記作業部を前記取付け部に対して自在に揺れ動く状態にする一方で、前記揺動支持部の揺動支持を無効にするよう作動して前記作業部を前記取付け部に対して基準の姿勢に戻して固定させた状態にする状態切り替え部と、
を少なくとも備えていることを特徴とするものである。

この発明（Ａ２）のバラ積み物品取り出し用ロボットハンドは、上記発明Ａ１のロボットハンドにおいて、前記作業部が、外側にむけて移動する複数の保持爪と、前記複数の保持爪を移動させる駆動装置とを備えて構成されており、前記揺動支持部が、球面滑り軸受を用いて構成されており、前記状態切り替え部が、前記球面滑り軸受の内輪体に一端の開口を露出させた状態で埋設される円筒体と、前記円筒体の開口の縁部に接触し得る円錐面状の斜面部を有して進退移動する移動体と、前記移動体を進退移動させる駆動装置とで構成されているものである。

また、この発明（Ｂ１）のバラ積み物品自動取り出しシステムは、
上記発明Ａ１又はＡ２のバラ積み物品取り出し用ロボットハンドと、
前記ロボットハンドを装着するとともにバラ積みされた物品の取り出し作業を行うように作動するロボットアームを有したロボット装置と、
バラ積みされた物品の状態を計測して識別する識別装置と、
前記ロボットハンドの作業部及び状態切り替え部の作動する部分を駆動させるハンド駆動装置と、
前記識別装置の識別情報等の情報に基づいて前記ロボット装置のロボットアームを作動させるとともに、前記ハンド駆動装置を作動させる制御装置と、
を少なくとも備えたことを特徴とするものである。

この発明（Ｂ２）のバラ積み物品自動取り出しシステムは、上記発明Ｂ１の自動取り出しシステムにおいて、前記制御装置が、前記ロボットアームを作動させて前記ロボットハンドの作業部における保持爪を取り出す対象と定めた１つ物品の孔部に所定の深さまで挿し込んだ時点で、前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を有効にする動作と、前記ロボットアームを作動させて前記ロボットハンドの作業部における保持爪を当該物品の孔部に保持可能な深さまで挿し込んだ時点で、前記ハンド駆動装置を作動させて前記保持部における保持爪による保持作業を開始する動作と、前記保持爪による当該物品の孔部の保持作業が完了するまでの所要時間が予め定めた閾値時間内で終了したときに、前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を無効にして前記作業部を基準の姿勢に戻す動作と、前記保持爪による当該物品の孔部の保持が完了するまでの所要時間が前記閾値時間内で終了しないときに、前記ロボットアームを作動させて当該ロボットアームを前記ロボットハンドの揺動支持部を支点として下方側に所要の角度だけ傾けるとともに、当該ロボットアームの傾けが完了した時点で前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を無効にして前記作業部を基準の姿勢に戻す動作と、を含む複数の動作を行うよう構成されているものである。

上記発明Ａ１のバラ積み物品取り出し用ロボットハンドによれば、バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業をロボット装置の利用により自動化して行う場合、バラ積みされた物品のうち取り出し対象となる物品の孔部の傾斜している角度を誤認識することがあっても、ロボットハンドにおける揺動支持部の揺動支持を所要の時期に有効及び無効にして使用することが可能であるので、その物品の取り出し作業を停止させることなく遂行することができる。

上記発明Ａ２のロボットハンドでは、上記発明Ａ１による効果を、より簡易な構造で円滑に動作し得るロボットハンドにより得ることができる。

上記発明Ｂ１のバラ積み物品自動取り出しシステムによれば、バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出す作業をロボット装置により自動化して行う場合、バラ積みされた物品のうち取り出し対象となる物品の孔部の傾斜している角度を誤認識することがあっても、ロボットハンドにおける揺動支持部の揺動支持を所要の時期に有効及び無効にして使用することが可能であるので、その物品の取り出し作業を停止させることなく遂行することができる。
また、この自動取り出しシステムによれば、バラ積みされた物品のうち取り出し対象となる物品の姿勢の変更を困難にする隣り合う物品が存在する場合であっても、ロボットハンドにおける揺動支持部の揺動支持を所要の時期に有効及び無効にして使用することに加えてロボットアームを所定の時期に傾けた後にその傾けたロボットアームに合わせてロボットハンドの作業部を基準の姿勢に戻して使用することが可能であるので、その隣り合う物品を退けながら物品の取り出し作業を行うことができる。

上記発明Ｂ２の自動取り出しシステムでは、より簡易で適切な動作が組み込まれて行われるので、上記発明Ｂ１による特に隣り合う物品を退けながら物品の取り出し作業を行うことに関する効果を容易かつ的確に得ることができる。

実施の形態１に係るバラ積み物品自動取り出しシステムの構成を概略的に示す説明図である。 図１の自動取り出しシステムに用いるバラ積み物品取り出し用ロボットハンドの或る方向から見たときの外観を概略的に示す側面図である。 図２のロボットハンドの異なる方向から見たときの外観を一部断面で示す側面図である。 図３のロボットハンドの異なる状態（揺動支持が有効な状態）にあるときの外観を一部断面で示す側面図である。 図２のロボットハンドの作業部における保持爪に関する構成とその保持爪による物品の孔部の保持動作を示し、（ａ）はその保持爪が閉じた状態を示す底面図とその保持爪が物品の孔部を保持していない状態を示す説明図、（ｂ）はその保持爪が開いた状態を示す底面図とその保持爪が物品の孔部を保持した状態を示す説明図である。 図２のロボットハンドにおける揺動支持部及び状態切り替え部の構成を示す一部断面説明図である。 図２のロボットハンドの他の構成部分を示す説明図である。 図１の自動取り出しシステムの制御系の構成を概略的に示すブロック線図である。 図１の自動取り出しシステム（ロボットハンドを含む）によるばら積み物品の取り出し作業時の一部工程における動作の流れを示すフローチャート図である。 図１の自動取り出しシステム（ロボットハンドを含む）によるばら積み物品の取り出し作業時の他の工程における動作の流れを示すフローチャート図である。 図１の自動取り出しシステム（ロボットハンドを含む）によるばら積み物品の取り出し作業時における通常の動作例を示すタイミングチャート図である。 図１１の通常の動作例におけるロボットハンドの主な動作状態を示す説明図である。 図１の自動取り出しシステム（ロボットハンドを含む）によるばら積み物品の取り出し作業時における特別の動作例を示すタイミングチャート図である。 図１３の特別の動作例におけるロボットハンドの主な動作状態を示す説明図である。 （ａ）は図１３の特別の動作例におけるロボットハンドの特有の一動作状態を示す説明図、（ｂ）は図１３の特別の動作例におけるロボットハンドの特有の次の動作状態を示す説明図である。

以下、この発明を実施するための形態（単に「実施の形態」という）について添付の図面を参照しながら説明する。

［実施の形態１］
図１から図４は、実施の形態１に係るバラ積み物品取り出し用ロボットハンド１を用いたバラ積み物品自動取り出しシステム１０を示している。図１はその自動取り出しシステム１０の構成を概略的に示し、図２はそのロボットハンド１の或る方向から見たときの外観を概略的に示し、図３はそのロボットハンド１の異なる方向から見たときの外観を一部断面で示し、図４はそのロボットハンド１の図３とは異なる状態にあるときの外観を一部断面で示している。

＜バラ積み物品自動取り出しシステムの構成＞
バラ積み物品自動取り出しシステム１０は、図１に示されるように、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１と、ロボットハンドを装着するとともにバラ積みされた物品９０の取り出し作業を行うように作動するロボットアーム１２を有したロボット装置１１と、バラ積みされた物品９０の状態を計測して識別する識別装置１３と、ロボットハンド１の後述する作業部（３）及び状態切り替え部（６）の作動する部分を駆動させるハンド駆動装置７０と、識別装置１３の識別情報等の情報に基づいてロボット装置１１のロボットアーム１２を作動させるとともにハンド駆動装置７０を作動させる制御装置１４と、を少なくとも備えている。

このうち取り出し作業の対象になるバラ積みされた物品９０は、その一部のものが、収容箱９５にランダムに積み重ねられた状態で収容されていることがある。つまり、物品９０は、その殆どのものが収容箱９５の底面と平行な姿勢になって積まれているが、その一部のものが収容箱９５内でその姿勢が平行にならず互いに異なった状態（相異なる方向に向いた姿勢）になって収容されている。
実施の形態１における物品９０は、便宜上、例えば、円柱を輪切りにしたごとき本体と、その本体のほぼ中央に孔部９１が設けられた形態のものを例示している。孔部９１は、物品９０に固有に設けられている孔であるが、この取り出し作業を行う観点からは、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１の作業部（３）における保持爪（４）が挿し込まれることが可能であって、その保持爪（４）が内面に押圧することで保持されることが可能な孔である。実施の形態１における孔部９１は、貫通した円柱状の孔を例示している。
実際の物品９０は、例えば、その本体の外形が凹凸のある形状のものであったり、その孔部９１の内面が凹凸のある面状態からなるものである。図１等において各物品９０の中央部（孔部９１）を貫くように描かれている一点鎖線は、各物品９０又はその孔部９１の傾き度合を示している。

また、ロボット装置１１は、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１を装着して、バラ積みされた物品９０を１つずつ取り出す作業を行うための動作が可能な多関節のロボットアーム１２を有した産業用ロボットが適用される。図１等において符号１２Ａ〜１２Ｃはロボットアーム１２を各関節部で分割してなる各アーム部分、１２１はロボットの本体部でもある土台部、１２２は関節部をそれぞれ示す。アーム部分１２Ｃは、ロボットアーム１２の先端部であって所謂手首部に相当するものであり、ロボットハンド１が取り付けられる部分でもある。ロボットアーム１２は、各関節部１２２に配置されている図示しない複数のサーボモータ等の動力によって作動する。

さらに、識別装置１３は、例えば、バラ積みされた物品９０を撮像するためのカメラ１３１や、バラ積みされた物品９０の距離を計測するためのレーザ計測器１３２を用いて構成されている。また識別装置１３は、カメラ１３１とレーザ計測器１３２によりスキャンして得られる情報に基づいて画像処理や演算処理などを行うことにより、バラ積みされた物品９０（孔部９１を含む）の位置や姿勢の情報を識別するようになっている。制御装置１４は、例えば、機械制御用コンピュータやパーソナルコンピュータなどを用いて構成されている。バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１、ハンド駆動装置７０及び制御装置１４については後述する。

＜バラ積み物品取り出し用ロボットハンドの構成＞
バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１は、ロボット装置１１のロボットアーム１２に装着して使用され、バラ積みされた物品９０を１つずつその物品９０に設けられている孔部９１を保持した状態で取り出すことができるロボットハンドである。

実施の形態１に係るロボットハンド１は、図１〜図４等に示されるように、取付け部２０と、物品９０の孔部９１を保持するよう作動する保持爪４０を有する作業部３０と、その作業部３０を取付け部２０に対して自在に揺れ動く状態で支持し得る揺動支持部５０と、その作業部３０を取付け部２０に対して自在に揺れ動く状態にするか又は基準の姿勢に戻して固定させた状態にする状態切り替え部６０とを少なくとも備えている。

取付け部２０は、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃ（の取り付け面）に取り付けて固定される部位である。この取付け部２０は、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃにおける取り付け面に対応した所要の形状で形成されており、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃに例えばボルト等の手段で締結して固定される。実施の形態１における取付け部２０は、フランジ部を有する円柱状の形態の部材で構成されている。

作業部３０は、少なくとも物品９０の孔部９１を保持するための保持爪４０を有する先端側の部位である。実施の形態１における作業部３０は、保持爪４０の上方側に衝撃吸収部３５を併設した部位になっている。

保持爪４０は、図２〜図５等に示されるように、保持の際に外側にむけて移動し得る３つの保持爪４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、その３つの保持爪４０Ａ〜４０Ｃをそれぞれ移動させる駆動装置４１を備えて構成されている。保持爪４０Ａ〜４０Ｃはいずれも、全体がほぼＬ字形状の外観からなるものであり、その下方に直線状に延びる長尺部位４０ａの下端（先端）が保持爪全体で先細りの先端形状にするための傾斜面４０ｂとして形成されており、その長尺部位４０ａの外表面が円筒面の一部をなす曲面として形成されている。保持爪４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、例えば機械構造用炭素鋼等の材料により製作される。

また、保持爪４０Ａ〜４０Ｃは、上方において横方向に延びる基礎部位４０ｄが、駆動装置４１の一部を構成する保持爪可動支持体４２の下面における中心部から放射状に延びる外側３方向にむけてガイド溝４３に案内されながら自在に往復移動できる状態で取り付けられている。この保持爪４０と駆動装置４１は、いわゆるチャック装置の機構を適用して構成されている。このため、保持爪４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、物品９０の孔部９１の内部において内側（中心部）から外側に拡開するようにして保持を行う内拡式チャックの３つ爪（チャック）になっている。図２等における符号４４は、各保持爪４０Ａ〜４０Ｃの下部側において外側に突出した状態で設けられるストッパを示す。このストッパ４４は、物品９０が保持爪４０Ａ〜４０Ｃの下部側の保持用領域を超えて上部側に必要以上に移動してくることを停止させるためのものである。

さらに、保持爪４０Ａ〜４０Ｃは、保持爪可動支持体４２の内部に配置されて給排気されるエアーを利用して作動するアクチュエータにより保持爪可動支持体４２の下面において中心部から外側３方向にそれぞれ沿う両矢印Ｄで示す方向に往復移動する仕組みになっている。このため、この保持爪４０の駆動装置４１（保持爪可動支持体４２）には、ハンド駆動装置７０の一例としての給排気が可能な構成からなる駆動装置７１（図１）とエアーチューブ７２を介して接続されている。

そして、この保持爪４０Ａ〜４０Ｃは、図５の右側に例示するように、物品９０を取り出す際には、保持爪可動支持体４２の中心部に移動して閉じた状態（アンチャック状態）で物品９０の孔部９１に進入した後、その孔部９１の内部で外側３方向に拡開するように移動して開いた状態（チャック状態）になる過程で各保持爪４０Ａ〜４０Ｃの外面が孔部９１の内面に接触してその内面を押圧した状態になることにより、その物品９０の孔部９１を保持するようになっている。

作業部３０における衝撃吸収部３５は、例えば、作業中に保持爪４０Ａ〜４０Ｃが物品９０に誤って衝突した場合に、その衝撃を受けることにより物品９０や保持爪４０などのロボットハンド１やロボット装置１１が損傷や故障することを防止するため、その衝突時の衝撃を吸収することができる部位（緩衝部分）である。

実施の形態１における衝撃吸収部３５は、図２等に示されるように、上下に間隔をあけて配置される２枚の支持板３６，３７を２つのコイルスプリング３８を介して接続されており、その下方の支持板３６が上方の支持板３７に対して接近する方向に弾性的に変位できるよう構成されている。このときの変位する距離は、所要の値（例えば十数ミリ）に設定されている。下方の支持板３６は、保持爪可動支持体４２の上面に固定されている。上方の支持板３７は、取付け部２０側の部位（揺動支持部５０）の下部に固定されている。２つのコイルスプリング３８は、そのコイル部の内側空間に、下方の支持板３６に固定されるとともに上方の支持体３７に貫通して取り付けられている円柱状の支柱シャフト３９が挿通されて支持されている。また、支柱シャフト３９の上部は、上方の支持体３７の貫通孔において自在に移動できるよう支持されている。
この衝撃吸収部３５は、ロボットハンド１における保持爪４０Ａ〜４０Ｃが誤って取り出し対象の物品９０の孔部９１以外の部分や、取り出し対象でない他の物品９０に衝突した場合、その衝突時の反力を受けてコイルスプリング３８が一時的に縮むことにより下方の支持板３６が上方の支持体３７に接近する方向に変位し、これにより、その衝突時の衝撃を吸収するようになっている。

揺動支持部５０は、作業部３０を取付け部２０に対して基準の姿勢にあるときの基準中心線ＶＬの周りに所要の振り角θで自在に揺れ動く状態で支持し得るための部位である。ここで、基準の姿勢とは、図１や図３等に示されるように、実施の形態１では保持爪４０Ａ〜４０Ｃの長尺部位４０ａがロボットアーム１２の先端部１２Ｃのほぼ中心と取付け部２０のほぼ中心を共通して通る仮想の直線（一点鎖線）に沿って直線状に並ぶような状態になる姿勢をさす。また、基準の姿勢にあるときの基準中心線ＶＬとは、上記仮想の直線をさす。

実施の形態１における揺動支持部５０は、球面滑り軸受５１を用いて構成されている。具体的には、図２、図３、図６等に示されるように、内部に球面状の支持面が設けられた円盤状の外輪体５２とその外輪体５２の支持面に滑り自在に支持される球体状の内輪体５３とからなる球面滑り軸受５１を用いている。そして、揺動支持部５０は、この球面滑り軸受５１を用いて、その外輪体５２を保持する保持体５４を取付け部２０の下部側に上部支持板５５を介して固定する一方で、その内輪体５３にその中央部をほぼ水平方向に貫くよう挿入して固定した円柱状の固定シャフト５６を作業部３０（実際には上方の支持体３７）に対して連結板５７を介して連結させた状態で固定した構造を採用している。

これにより、揺動支持部５０は、球面滑り軸受５１により内輪体５３が外輪体５２の支持面で滑って自在に動けるよう支持されているため、その内輪体５３に連結されている作業部３０全体を、内輪体５３の中心点Ｐを支点（揺動支持の揺動支点）とした状態で基準中心線ＶＬの周りに所要の振り角θで自在に揺れ動くように支持する仕組みになっている。振り角θは、基準中心線ＶＬとなす角度である。また、振り角θについては、適宜設定されるが、本例では１０°に設定している。

状態切り替え部６０は、揺動支持部５０の揺動支持を有効にするよう作動して作業部３０を取付け部２０に対して自在に揺れ動く状態にすることと、揺動支持部５０の揺動支持を無効にするよう作動して作業部３０を取付け部２０に対して基準の姿勢に戻して固定させた状態にすることを切り替えるための部位である。

実施の形態１における状態切り替え部６０は、図３、図４、図６等に示されるように、揺動支持部５０における球面滑り軸受５１の内輪体５３に一端の開口６２を露出させた状態で埋設される円筒体６１と、その円筒体６１の開口６２の縁部に接触し得る円錐面状の斜面部６４を有して進退移動する移動体６３と、その移動体６３を進退移動させる駆動装置６５とで構成されている。

このうち円筒体６１は、実際には揺動支持部５０における円柱状の固定シャフト５６のうち連結板５７との固定側の端部と反対側の端部に嵌め入れて固定されており、その開口６２を図３等のほぼ水平方向にむけて露出させた状態で取り付けられている。

移動体６３は、円錐面状のテーパー部（斜面部）６４を設けたテーパーピンで構成されている。この移動体６３は、揺動支持部５０における支持体５５の下面と揺動支持部５０における保持体５４の片面とに固定された移動支持体６６に、移動体６３を円筒体６１の開口６２に対して接近及び離間する方向（両矢印Ｍで示す方向）に所要の範囲内で移動し得るよう取り付けられている。移動支持体６６は、その中央部の水平方向（基準中心線ＶＬと直交する方向）に円筒形の無給油ブッシュ６６ａが打ち込まれて内蔵されており、その無給油ブッシュ６６ａの円筒内部で移動体６３を軸方向に移動自在にガイドしている。図３、図４等における一点鎖線ＨＬは、基準中心線ＶＬと直交する水平状の直線を示し、上記移動体６３の往復移動する方向Ｍと平行する直線である。

駆動装置６５は、空気圧で作動するシリンダ機構（エアーシリンダ）で構成されている。駆動装置６５におけるピストン６７は、移動体６３の斜面部６４とは反対側の後端部と向き合うよう配置されている。駆動装置６５は、ピストン６７をシリンダ内で移動させることにより、そのピストン６７に連結された移動体６３を移動支持体６６に打ち込まれた無給油ブッシュ６６ａ内で円筒体６１の開口６２に対して接近及び離間する方向（Ｍ１、Ｍ２）に移動させる仕組みになっている。このため、状態切り替え部６０の駆動装置６５には、ハンド駆動装置７０の一例としての給排気が可能な構成からなる駆動装置７３（図１）とエアーチューブ７４を介して接続されている。駆動装置７３は、前述した保持爪４０Ａ〜４０Ｃの動作を駆動する駆動装置７１と共通化させた１つの駆動装置として構成してもよい。

状態切り替え部６０は、図４等に示すように、移動体６３を駆動装置６５により矢印Ｍ２で示す方向に移動させて斜面部６４を円筒体６１の開口６２の縁部６２ａから離した状態にすることにより揺動支持部５０の揺動支持を有効にし、これにより、作業部３０を取付け部２０に対して揺動支持部５０にて自在に振り角θで揺れ動く状態（以下、これを「アンロック状態」ともいう。）にすることができる。

一方、状態切り替え部６０は、図３等に示すように、駆動装置６５により移動体６３を矢印Ｍ１で示す方向に移動させて斜面部６４の一部（傾斜面の途中の一点を通る円周部）を円筒体６１の開口縁部６２ａに押圧させた状態にすることにより揺動支持部５０の揺動支持を無効にし、これにより、作業部３０を取付け部２０に対して揺動支持部５０にて基準の姿勢に戻して固定させた状態（以下、これを「ロック状態」ともいう。）にすることができる。

また、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１においては、図７に示されるように、作業部３０における保持爪４０Ａ〜４０Ｃが閉じた状態（アンチャック状態）と開いた状態（チャック状態）とのいずれの動作状態にあるかを検知するチャック検知部７６と、状態切り替え部６０が作業部３０を揺れ動く状態（アンロック状態）と作業部３０を基準の姿勢に戻して固定させた状態（ロック状態）とのいずれの動作状態にあるかを検知する揺動検知部７７とを設けている。

チャック検知部７６は、例えば磁気スイッチを用いて構成されており、保持爪４０Ａ〜４０Ｃが閉じた状態になるよう中心部への移動が完了する位置まで移動したことを磁石の磁力により検知するアンチャック用検知部７６Ａと、保持爪４０Ａ〜４０Ｃが開いた状態になるよう外側に移動して保持が完了する位置まで移動したことをその磁力により検知するチャック用検知部７６Ｂとを、保持爪可動支持体４２（駆動装置４１）の所定の部位に設けることで構成されている。
また、揺動検知部７７は、例えば同じく磁気スイッチを用いて構成されており、作業部３０が揺れ動く状態になるよう移動体６３が円筒体６１の開口縁部６２ａから離間する前述の第２位置まで移動したことを駆動装置６５のシリンダ６７の一部に設けた磁石７８の磁力により検知するアンロック用検知部７７Ａと、作業部３０が基準の姿勢に戻って固定された状態になるよう移動体６３が円筒体６１の開口縁部６２ａに押圧された位置まで移動したことを上記磁力により検知するロック用検知部７７Ｂとを、駆動装置６５の所要の部位に設けることで構成されている。

＜バラ積み物品自動取り出しシステム（ロボットハンド１を含む）の制御系の構成＞
バラ積み物品自動取り出しシステム１０における制御装置１４は、図８に示されるように、システム１０の全体の動作を総合的に制御する総合制御部１４０に対して、以下の各種制御部が接続されて構成されている。

すなわち、総合制御部１４０には、ロボット装置１１（実際にはロボットアーム１２）の動作を専用に制御するロボット制御部１４１や、識別装置１３としてのビジョンシステムの動作を専用に制御するビジョンシステム制御部１４２や、ロボットハンド１の動作を専用に制御するロボットハンド制御部１４３が接続されており、総合制御部１４０の記憶部などに記憶されている制御プログラムや各種のデータに基づいて各制御部１４１〜１４３に所要の制御信号が送信されるようになっている。この各制御部のうちロボットハンド制御部１４３はラダーで構成されたソフトウェアであり総合制御部１４０の制御プログラム内にあるが、ロボット制御部１４１とビジョンシステム制御部１４２は各々総合制御部１４０とは独立したハードウェアとソフトウェアで構成されたユニットである。また、総合制御部１４０は、自動取り出しシステム１０を作動させる必要な操作を行う操作部や、その動作状態などを表示する表示部とも接続されている。なお、総合制御部１４０に対しては、必要に応じて、物品９０のバラ積みをする作業工程部（バラ積みステーション）の動作を専用に制御するバラ積みステーションの制御部１４５なども接続される。

ロボット制御部１４１は、ロボットアーム１２を駆動する複数のサーボモータ１２５や図示しない各種センサと接続されており、そのサーボモータ１２５等に必要な駆動のための電流出力信号を送信したり、またその各種センサからの情報信号を受信し、その一部の情報を総合制御部１４０に送信している。
ビジョンシステム制御部１４２は、カメラ１３１やレーザ計測器１３２と接続されており、そのカメラ１３１やレーザ計測器１３２に必要な駆動のための制御信号を送信したり、またそのカメラ１３１やレーザ計測器１３２が入手した情報信号を受信し、その一部をロボット制御部１４１に直接又は総合制御部１４０を介して送信している。
ロボットハンド制御部１４３は、状態切り替え部６０の駆動装置６５とそれを駆動する駆動装置７３（以下、これらを「状態切り替え部のシリンダ駆動部」ともいう。）や、作業部３０における保持爪４０の駆動装置４１とそれを駆動する駆動装置７１（以下、これらを「作業部の保持爪の駆動部」ともいう。）に接続されており、その駆動装置７３，７１に給排気の駆動に必要な制御信号を送信している。
また、ロボットハンド制御部１４３は、揺動検知部７７とチャック検知部７６とに直接又は間接的に接続されており、各検知部７７，７６で得られた検知信号（支点ロック信号のＯＮ／ＯＦＦやチャック信号のＯＮ／ＯＦＦ）を受信し、その一部をロボット制御部１４１に直接又は総合制御部１４０を介して送信している。

そして、制御装置１４は、その記憶部に各種の制御プログラムやデータが記憶されており、その一部として、特にバラ積み物品取り出し用ロボットハンド１を用いることに伴って必要になる図９及び図１０に示すシーケンスや図１１及び図１２に示すタイミングに対応した制御動作を行うための制御プログラムやデータも記憶させている。このような制御プログラムやデータは、所要の記憶媒体に格納しておけばよく、その実用に際して制御装置１４における記憶部などに記憶させることによって使用される。
また、制御装置１４は、例えば総合制御部１４０にタイマーとして機能するシーケンスタイマーの機能を持たせている。

＜バラ積み物品自動取り出しシステムの主な動作＞
以下、このバラ積み物品自動取り出しシステム１０の主な動作について説明する。

以下の説明では、取り出し対象の物品（ワーク）９０として、孔部９１の内径がφｊ（ｍｍ）、その深さがｄ（ｍｍ）であり、重量が例えば約３００ｇからなる円盤状のものを想定している。内径のφｊは例えば約３０ｍｍ、深さｄは例えば約３３ｍｍとする。

また、バラ積み物品取り出し用ロボットハンド１としては、図１２等に示されるように、その取付け部２０の上端から揺動支持部５０の揺動支点Ｐまでの長さＬ１が約７０ｍｍ、その揺動支持部５０の揺動支点Ｐから作業部３０の保持爪４０の先端部までの長さＬ２が約２６２ｍｍの大きさのものを使用する場合を想定している。また、ロボットハンド１としては、図１２等に示されるように、その３つの保持爪４０Ａ〜４０Ｃが閉じている状態（アンロック状態）における下部側の保持領域の外形φｋが約２６ｍｍであるものを想定している。

さらに、取り出し対象として定められる１つの物品（ワーク）９０Ａは、その孔部９１も含めて、収容箱９５の底面に対して「３０°」の傾き角度で傾いた状態でバラ積みされているものとする。

◎通常の動作例
はじめに、自動取り出しシステム１０の主な動作について通常の動作例に基づいて説明する。
通常の動作例とは、上記取り出し対象となる物品（ワーク）９０Ａについて、識別装置１３としてのビジョンシステムがその傾き角度を「３０°」として正しく認識している場合（ケース１）と、ビジョンシステムがその傾き角度を例えば「２０°」と誤認識しているが、その物品（ワーク）９０Ａの姿勢の変更を困難にする隣り合う邪魔な物品（ワーク）９０Ｂが存在しない場合（ケース２）とを前提条件とした動作例になる。

まず、自動取り出しシステム１０では、図９に示されるように、制御装置１４の制御指令により、識別装置１３としてのビジョンシステムが作動してバラ積みされた物品（ワーク）９０群を識別するためのスキャンを実行する（ステップ１０。以下、これを「ＳＴ１０」と表記する。他のステップも同様とする。）。続いて、ビジョンシステム制御部１４２において、最も取り出し（ピッキング）しやすいワーク９０Ａを決定した後（ＳＴ１１）、その取り出し対象のワーク９０Ａの位置及び姿勢（傾き角度）について検出する（ＳＴ１２）。

続いて、ビジョンシステム制御部１４２において確定（認識）したワーク９０Ａの位置及び姿勢に関する情報がロボット制御部１４１に送信されると、ロボット装置１１では、図１２の動作状態No.１として例示するように、その入手した情報に基づいてロボットアーム１２が作動してロボットハンド１をワーク９０Ａの孔部９１の近くに移動させた後、ロボットハンド１の作業部３０における保持爪４０Ａ〜４０Ｃである３つ爪チャック先端をワーク９０Ａの孔部９１の入口に向けた状態にする（ＳＴ１３）。

このときのロボットハンド１の取付け部２０の上面が存在する位置について、ロボットハンド１（保持爪４０の先端部）の孔部９１への進入動作の開始基準位置（Ｑ）とし（図１２）、この開始基準位置（Ｑ）に達した時点を進入動作の開始時点（ｔ０）とする（図１１）。また、この進入動作の開始時点では、ロボットハンド１における状態切り替え部６０は揺動支持部５０の揺動支持を無効にして作業部３０を基準の姿勢に固定したロック状態にしている（図３、図１１）。
なお、図１２は、ビジョンシステムがワーク９０Ａ（孔部９１）の傾き角度を誤認識した上記ケース１の場合を図示している。また、図１２等における１点鎖線ＧＬは、重力方向とほぼ平行する鉛直線を示している。前述した基準中心線ＶＬは、ロボットアーム１２の姿勢で定まるものであるため、この鉛直線ＧＬと一致することもあるが、異なることが多い。

続いて、ロボットアーム１２の作動により、ロボットハンド１は、図１２の動作状態No.２として例示されるように、その作業部３０における保持部４０Ａ〜４０Ｃの３つ爪チャック先端がワーク９０Ａの孔部９１に対して所定の深さｅ１（ｍｍ）になるまで進入させられる（ＳＴ１４）。このときの深さｅ１は、例えば保持爪４０Ａ〜４０Ｃの３つ爪チャック先端が孔部９１の内面の一部に接触するときの深さを目安に設定される。この動作例における深さｅ１は、例えば約１５ｍｍに設定される。

この深さｅ１まで挿し込まれた時点ｔ１になると、図１１に示されるように、ハンド駆動装置７（７３）が駆動して状態切り替え部６０における移動体６３を円筒体６１から離間する方向Ｍ２に所要の距離だけ移動させることにより、ロボットハンド１における揺動支持部５０の揺動支持を有効にして作業部３０をロック状態からアンロック状態にする（ＳＴ１５）。
これにより、ロボットハンド１における作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、揺動支持部５０の揺動支持により取付け部２０に対して触れ角θ内で自在に揺れ動くことが可能な状態になる（図４、図６）。

続いて、ロボットアーム１２の作動により、ロボットハンド１は、図１２の動作状態No.３〜No.６として例示されるように、その作業部３０における保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１に保持可能な深さｅ５（ｍｍ）になるまで進入させられる（ＳＴ１６）。
保持可能な深さｅ５とは、例えば保持爪４０Ａ〜４０Ｃがチャック状態を完了させる位置まで移動して孔部９１の内面に押圧されることで孔部９１を確実に保持することが可能になり、その状態で取り出し対象のワーク９０Ａを持ち上げて取り出すことが可能になる程度の深さである。この動作例における深さｅ５は、例えば約３１ｍｍに設定される。

この際、上記ケース１の場合には、ロボットハンド１（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）が、正確に認識した傾き角度（本例では３０°）でワーク９０Ａの孔部９１の内部に挿し込まれるので、特に孔部９１の内面との接触により大きな摩擦抵抗を受けることもなく孔部９１の内部にスムーズに進入して、その保持可能な深さｅ５まで容易に到達する。

一方、上記ケース２の場合には、ロボットハンド１（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）が、誤認識した傾き角度（本例では２０°）でワーク９０Ａの孔部９１の内部に挿し込まれるので、孔部９１の内面との接触により次第に大きな摩擦抵抗を受けて孔部９１の内部に進入しにくくなる。
しかし、このロボットハンド１は、この段階において作業部３０がアンロック状態で揺動支持部５０により自在に揺れ動く状態になっているので（図１１）、図１２のNo.４〜No.６として例示されるように、その作業部３０にある保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１の傾き角度に適合するよう進入角度（姿勢）をわずかに変えつつ孔部９１の内部を進む。本例では、ロボットハンド１（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ先端）の孔部９１への進入量がｅ１からｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５と徐々に増えるにつれて、図１２に例示すごとく保持爪４０Ａ〜４０Ｃの進入角度が最初の２０．０°から２０．３°になるまで少しずつ変更される。
このため、保持爪４０Ａ〜４０Ｃは、孔部９１の内面との接触による摩擦抵抗の増加が低減されるので、その結果として、保持可能な深さｅ５まで比較的スムーズに到達することが可能になる。

これに対して、上記ケース２の場合、仮にこの段階で作業部３０が自在に揺れ動くように支持された構造になっていないロボットハンドを用いたときには、保持爪４０Ａ〜４０Ｃが当初の誤認識した傾き角度（本例では２０°）のままで（進入角度を変えないままで）ワーク９０Ａの孔部９１の内部を突き進むことになる。
このため、この場合には、保持爪４０Ａ〜４０Ｃが孔部９１の内面と次第に強く接触し出して干渉するようになり、それに比例して大きな摩擦抵抗を受けることとなり、その結果として、孔部９１の内部に進入しにくくなる。最悪の場合は、既述したようにロボットアーム１２の作動が過負荷の状態になって（本例ではサーボエラーになって）ロボット装置１１が作業動作を停止してしまう。
この点、実施の形態１に係るロボットハンド１を用いた場合は、このようなロボットアーム１２の作動が過負荷の状態になってロボット装置１１が作業動作を停止してしまうおそれがほとんどなくなる。

続いて、ロボットハンド１（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）が孔部９１に深さｅ５まで挿し込まれた時点（ｔ２）になると、図１０や図１１に示されるように、制御装置１４からの制御指令により、総合制御部１４０におけるシーケンスタイマーが計時をスタートさせるとともに、ハンド駆動装置７０（７１）が駆動して作業部３０における駆動装置４１が３つの保持爪４０Ａ〜４０Ｃ（三つ爪チャック）を中心部から外側３方向に移動させて、保持爪４０Ａ〜４０Ｃをアンチャック状態からチャック状態に移行させる（ＳＴ１７）。
これにより、ロボットハンド１における作業部３０の保持爪４０Ａ〜４０Ｃは、図５（ｂ）に例示するように、中心部から外側３方向に移動し始め、ワーク９０Ａの孔部９１の内面に接近して保持爪４０Ａ〜４０Ｃの保持作業が開始される。

しかる後、ロボットハンド制御部１４３においては、チャック検出部７６（実際にはチャック用検知部７６Ｂ）からチャック信号ＯＮが発生されることを待つ（ＳＴ１８）。このステップ１８の動作は、後述する閾値時間Ｔｘよりも少ない時間が経過するまで続行される。

ステップ１８においてロボットハンド制御部１４３がチャック検出部７６からのチャック信号ＯＮを受信した場合は、そのチャック信号ＯＮを総合制御部１４０に出力して送信する（ＳＴ１９）。また、ロボットハンド制御部１４３においては、シーケンスタイマーの計時する時間が、保持爪４０Ａ〜４０Ｃによるワーク９０Ａの孔部９１の保持作業が完了するまでの所要時間Ｔの最大時間（閾値時間）Ｔｘ以上になったか否かを判断する（ＳＴ２０）。閾値時間Ｔｘは、予め実験等で適宜設定することができ、また、作業の実態に適合するように変更設定することもできる。この動作例における閾値時間Ｔｘは、例えば約０．６ｓｅｃ（秒）に設定される。

ここで、上記ケース１の場合は、保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１に傾き角度のずれがほとんどなく正常な姿勢で挿し込まれることになるので、その保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業がスムーズに進む。このため、このときの保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業が完了するまでの所要時間Ｔは、図１１に（１）を付して指し示す直線のように、最大時間（閾値時間）Ｔｘより短い時間ｔ３ａで済む。
また、上記ケース２の場合は、保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１に傾き角度のずれが少し生じた状態（姿勢）で挿し込まれるようになるので、その保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業に少し時間を要して進む。しかも、保持爪４０Ａ〜４０Ｃの保持動作（外側３方向への移動）がワーク９０Ａの姿勢を是正する作業に少し寄与するので、その分、保持爪４０Ａ〜４０Ｃの保持動作（外側３方向への移動）を完了させるまでの時間を要するようになる。このため、このときの保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業が完了するまでの所要時間Ｔ（ｔ３ｂ−ｔ２）は、図１１に（２）を付して指し示す直線のように、上記ケース１の場合の所要時間Ｔ（ｔ３ａ−ｔ２）よりも長くなる。ただし、このときの所要時間Ｔ（ｔ３ｂ−ｔ２）は最大時間（閾値時間）Ｔｘよりも短い時間になる。

続いて、ロボットハンド制御部１４３においては、シーケンスタイマーの計時する時間が上記閾値時間Ｔｘ以上になったことを確認した時点（ｔ４）で、ロボットハンド１における作業部３０の保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持動作が閾値時間Ｔｘ内で終了したとみなし、図１１に示されるように、ハンド駆動装置７０（７３）を駆動させて状態切り替え部６０における移動体６３を円筒体６１に接近する方向Ｍ１に移動させて、ロボットハンド１における揺動支持部５０の揺動支持を無効にして作業部３０をアンロック状態からロック状態にする（ＳＴ２１）。
これにより、ロボットハンド１の作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）においては、移動体６３の斜面部６４が、揺動支持部５０の円筒体６１の開口縁部６２ａの一部に接触するように前進した後、その円筒体６１の開口縁部６２ａに完全に押圧された状態になる。この結果、作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、図１２の動作状態No.７として例示されるように、取付け部２０における基準中心線ＶＬにほぼ沿った直線状に並んだ基準の姿勢に戻されて固定された状態になる（図３）。

続いて、ロボットハンド制御部１４３においては、揺動検出部７７（実際にはロック用検知部７７Ｂ）から揺動支点のロック信号ＯＮが発生されることを待つ（ＳＴ２２）。そして、このステップ２２においてロボットハンド制御部１４３が揺動検出部７７からのロック信号ＯＮを受信すると、通常の動作例においては、ロボットハンド１における作業部３０の保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１を確実に保持したとみなす。
この際、ロボットハンド１の保持爪４０Ａ〜４０Ｃに保持された段階のワーク９０Ａは、図１２の動作状態No.７として例示するように、その姿勢が保持爪４０Ａ〜４０Ｃの保持動作により変更されて、その傾き角度がばら積み時における３０°からロボットハンド１の誤認識に基づく進入角度の約２０°に近い状態になる。

最後に、ロボット装置１１は、ロボットアーム１２を作動させて、ロボットハンドの保持爪４０Ａ〜４０Ｃで保持したワーク９０Ａをばら積みの収容箱９５から持ち上げるようにして取り出し、その他の所定の場所に移動させる。

以上により、通常の動作例におけるバラ積み物品自動取り出しシステム１０の１つの物品（ワーク）９０Ａの取り出し作業（動作）が終了する。
このバラ積み物品自動取り出しシステム１０によれば、上記通常の動作例で示したように、特にバラ積みされた物品９０のうち取り出し対象となる物品９０Ａの孔部９１の傾斜している角度を誤認識することがあっても、ロボットハンド１における揺動支持部５０の揺動支持を所要の時期（例えば図１１に経過時間ｔ１、ｔ４として示す時期）に有効及び無効にして使用するので、その物品９０Ａの取り出し作業を停止させることなく遂行することができる。

◎特別の動作例
次に、自動取り出しシステム１０の主な動作について、特別の動作例に基づいて説明する。
特別の動作例とは、上記取り出し対象となる物品（ワーク）９０Ａについて、識別装置１３としてのビジョンシステムがその傾き角度を例えば「２０°」と誤認識し、しかも、図１５（ａ）に例示するように、その物品（ワーク）９０Ａの姿勢の変更を困難にする取り合う邪魔な物品（ワーク）９０Ｂが存在する場合（ケース３）を前提条件とした動作例になる。

この特別の動作例では、自動取り出しシステム１０が図１０におけるステップ３１以降に示す各動作を、図１３の右半分（経過時間ｔ２以後の内容）に示す各タイミングで実行することに特徴がある。
このため、特別の動作例におけるこれ以前の動作については、前述した通常の動作例の場合（図９に示すステップ１０〜１６と図１０に示すステップ１７〜１８までの動作や、図１１の左半分である経過時間ｔ２までの内容）と同様である。また、特別の動作例におけるこれ以前の動作の進行状態（図１４の動作状態No.１〜６として示す動作状態）についても、通常の動作例における進行状態（図１２の動作状態No.１〜６として示す動作状態）と同様である。

そして、特別の動作例では、まず、通常の動作の場合と同様に、図１０に示されるように、ロボットハンド１の保持爪４０Ａ〜４０Ｃがアンチャック状態からチャック状態に移行された後（ＳＴ１７）、ロボットハンド制御部１４３においてチャック検出部７６からチャック信号ＯＮが発生されることを待つが（ＳＴ１８）、このときロボットハンド制御部１４３がそのチャック信号ＯＮを受信しなかったところから始まる。

この場合、ロボットハンド制御部１４３は、シーケンスタイマーの計時する時間が前記閾値時間Ｔｘ以上になったか否かを判断する（ＳＴ３１）。
この際、上記ケース３では、保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１に傾き角度のずれが少し生じた状態（姿勢）で挿し込まれるようになることと、取り出し対象のワーク９０Ａの隣に邪魔なワーク９０Ｂが存在してワーク９０Ａの姿勢の変更が困難であることにより、結果として、その保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業が予定通り進行せず閾値時間Ｔｘ内で終了しないこととなる。

続いて、自動取り出しシステム１０では、シーケンスタイマーの計時する時間が閾値時間Ｔｘ以上を経過したことが確認された時点（ｔ４）で、保持爪４０Ａ〜４０Ｃによる保持作業が閾値時間Ｔｘ内で終了しないとみなし、次の２つの動作を実行する。

すなわち、１つは、ロボット制御部１４１が、図１４の動作状態No.８として例示されるように、ロボット装置１１におけるロボットアーム１２の先端部１２Ｃをロボットハンド１の揺動支持部５０を支点として下方側に所要の角度（β°）だけ傾ける動作を行う（ＳＴ３２）。
これにより、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃは、ロボットハンド１の揺動支持部５０を支点として角度（β°）だけ傾いた姿勢になる。このロボットアーム１２の先端部１２Ｃが傾いたことに伴い、基準中心線ＶＬは、図１４の動作状態No.８の中に示すように角度（β°）で傾いた基準中心線ＶＬ２に変更される。また、このロボットアーム１２の先端部１２Ｃが傾くとき、ロボットハンド１の作業部３０の姿勢は、ほとんど変わらない。

ここで、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃが傾くときの下方側とは、例えば、ビジョンシステムが認識したワーク９０Ａの傾き角度の下方側になる方向である。また、その傾くときの下方側とは、換言すれば、ロボットアーム１２の先端部１２Ｃがワーク９０Ａのばら積み時の傾き角度（本例では３０°）に近づく傾き姿勢になるために必要になる側の方向である。このロボットアーム１２の先端部１２Ｃを傾ける動作は、後述するロボットハンド１による邪魔なワーク９０Ｂを退けるための前準備である。傾ける角度（β°）は、揺動支持部５０における触れ角θとほぼ同じ角度か又は少し小さい角度に設定される。本例における傾ける角度（β°）は、例えば、約１０°である。

もう１つは、ロボットアーム１２の傾けが完了した時点（ｔ６）において、ロボットハンド制御部１４３がハンド駆動装置７０（７３）を駆動させて状態切り替え部６０における移動体６３を円筒体６１に接近する方向Ｍ１に移動させて、ロボットハンド１における揺動支持部５０の揺動支持を無効にして作業部３０をアンロック状態からロック状態にする（ＳＴ３３）。

これにより、ロボットハンド１における作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、通常の動作例のステップ２１において説明した場合とほぼ同様に、移動体６３の斜面部６４が揺動支持部５０の円筒体６１の開口縁部６２ａの一部に接触するよう前進し、最終的に斜面部６４が円筒体６１の開口縁部６２ａを完全に押圧した状態になる。この結果、ロボットハンド１における作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、図１４の動作状態No.９として例示するように、作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）が、先の角度（β°）だけ傾けたロボットアーム１２の先端部１２Ｃと一体で同じ角度（β°）だけ傾いた状態の取付け部２０における傾き後の基準中心線ＶＬ２にほぼ沿った直線状に並んだ基準の姿勢に戻されて固定された状態になる（図１５ｂ）。

そして、ロボットハンド１における作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、特に上記２つ目の動作（ステップ３３の動作）を行った際、図１４の動作状態No.９として例示するように、その下端部が下方から上方に斜めに振り上げられるように移動する。この移動の動作により、図１５（ｂ）に例示されるように、ロボットハンド１の保持爪４０Ａ〜４０Ｃに保持された取り出し対象のワーク９０Ａが、その隣り合う邪魔なワーク９０Ｂを周囲に弾き飛ばすようにして退けることができる。
しかも、ロボットハンド１における作業部３０（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）は、特に上記２つ目の動作（ステップ３３の動作）を行うことで、ロボットハンド１（保持爪４０Ａ〜４０Ｃ）の傾き角度が取り出し対象のワーク９０Ａのばら積み時の傾き角度に近づいた状態になる。このため、このときの保持爪４０Ａ〜４０Ｃの保持動作が、隣り合う邪魔なワーク９０Ｂがほぼ同時に退かされて存在しなくなることも相まって、スムーズにかつ確実に進行するようになる。

続いて、ロボットハンド制御部１４３においては、チャック検出部７６（実際にはチャック用検知部７６Ｂ）からチャック信号ＯＮが発生されることを待つ（ＳＴ３４）。ステップ３４においてロボットハンド制御部１４３がチャック検出部７６からのチャック信号ＯＮを受信した時点（ｔ７）では、引き続き、ロボットハンド制御部１４３において、揺動検出部７７（実際にはロック用検知部７７Ｂ）から揺動支点のロック信号ＯＮが発生されることを待つ（ＳＴ３５）。

そして、このステップ３５においてロボットハンド制御部１４３が揺動検出部７７からのロック信号ＯＮを受信すると、特別の動作例においても、ロボットハンド１における作業部３０の保持爪４０Ａ〜４０Ｃがワーク９０Ａの孔部９１を確実に保持したとみなす。

この後は、特別の動作例においても、前述した通常の動作例の場合と同様に、ロボット装置１１は、ロボットアーム１２を作動させて、ロボットハンドの保持爪４０Ａ〜４０Ｃで保持したワーク９０Ａをばら積みの収容箱９５から持ち上げるようにして取り出し、その他の所定の場所に移動させる。このときのワーク９０Ａの取り出し作業は、隣り合う邪魔なワーク９０Ｂが存在しないので容易にかつ安定して行われる。

以上により、特別の動作例におけるバラ積み物品自動取り出しシステム１０の１つの物品（ワーク）９０Ａの取り出し作業（動作）が終了する。
この自動取り出しシステム１０によれば、上記特別の動作例で示したように、特にバラ積みされた物品９０のうち取り出し対象となる物品９０Ａの姿勢の変更を困難にする隣り合う邪魔な物品９０Ｂが存在する場合であっても、ロボットハンド１における揺動支持部５０の揺動支持を所要の時期（例えば図１３に経過時期ｔ１、ｔ６として示す時期）に有効及び無効にして使用することに加えて、ロボットアーム１２を所定の時期（例えば図１３に経過時期ｔ４として示す時期）に傾けた後にその傾けたロボットアーム１２に合わせてロボットハンド１の作業部３０を基準の姿勢に戻して使用するので、その隣り合う邪魔な物品９０Ｂを退けながら物品９０Ａの取り出し作業を行うことができる。

［他の実施の形態］
ロボットハンド１における作業部３０は、実施の形態１で例示した衝撃吸収部３５が省略された構成のものであってもよい。また、作業部３０における保持爪４０は、実施の形態１で例示した３つの保持爪４０Ａ〜４０Ｃに限定されず、必要であれば他の構成（数や形状など）からなる保持爪を適用したものであってもよい。

ロボットハンド１における揺動支持部５０については、実施の形態１で例示した球面滑り軸受５１を用いて構成したものに限らず、前述した揺動支持が可能なものであれば他の構成のものを適用しても構わない。
また、ロボットハンド１における状態切り替え部６０についても、実施の形態１で例示した円筒体６１、移動体６３及び駆動装置６５で構成したものに限らず、前述した揺動支持部５０の揺動支持を有効又は無効にした各状態に切り替えることが可能なものであれば他の構成のものを適用しても構わない。

この他、ロボットハンド１や自動取り出しシステム１０により取り出す対象の物品９０については、その孔部９１が、ロボットハンド１における保持爪４０による保持が可能であれば、貫通していない窪んだ形態からなる孔部であってもよい。

１ …バラ積み物品取り出し用ロボットハンド
１０…バラ積み物品自動取り出しシステム
１１…ロボット装置
１２…ロボットアーム
１３…識別装置
１４…制御装置
２０…取付け部
３０…作業部
４０…保持爪
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｖ…３つ爪チャック（複数の保持爪）
４１…保持爪を移動させる駆動装置
５０…揺動支持部
５１…球面滑り軸受
６０…状態切り替え部
６１…円筒体
６２…開口
６３…移動体
６４…斜面部
６５…エアーシリンダ（移動体を往復移動させる駆動装置）
７０…ハンド駆動装置
９０…ばら積みされた物品
９０Ａ…取り出し対象と定めた１つの物品
９１…孔部
ＶＬ…基準中心線

Claims (4)

1. ロボットアームに装着して使用され、バラ積みされた物品を１つずつその物品に設けられている孔部を保持した状態で取り出すロボットハンドであって、
   ロボットアームに取り付けて固定される取付け部と、
   前記物品の孔部に挿し込まれて孔部の内面に押圧して前記孔部を保持するよう作動する保持爪を有する作業部と、
   前記作業部を前記取付け部に対して基準の姿勢にあるときの基準中心線の周りに所要の振り角で自在に揺れ動く状態で支持し得る揺動支持部と、
   前記揺動支持部の揺動支持を有効にするよう作動して前記作業部を前記取付け部に対して自在に揺れ動く状態にする一方で、前記揺動支持部の揺動支持を無効にするよう作動して前記作業部を前記取付け部に対して基準の姿勢に戻して固定させた状態にする状態切り替え部と、
   を少なくとも備えていることを特徴とするバラ積み物品取り出し用ロボットハンド。
2. 前記作業部は、外側にむけて移動する複数の保持爪と、前記複数の保持爪を移動させる駆動装置を備えて構成されており、
   前記揺動支持部は、球面滑り軸受を用いて構成されており、
   前記状態切り替え部は、前記球面滑り軸受の内輪体に一端の開口を露出させた状態で埋設される円筒体と、前記円筒体の開口の縁部に接触し得る円錐面状の斜面部を有して進退移動する移動体と、前記移動体を進退移動させる駆動装置とで構成されている請求項１に記載のバラ積み物品取り出し用ロボットハンド。
3. 請求項１又は２に記載のバラ積み物品取り出し用ロボットハンドと、
   前記ロボットハンドを装着するとともにバラ積みされた物品の取り出し作業を行うように作動するロボットアームを有したロボット装置と、
   バラ積みされた物品の状態を計測して識別する識別装置と、
   前記ロボットハンドの作業部及び状態切り替え部の作動する部分を駆動させるハンド駆動装置と、
   前記識別装置の識別情報等の情報に基づいて前記ロボット装置のロボットアームを作動させるとともに、前記ハンド駆動装置を作動させる制御装置と、
   を少なくとも備えたことを特徴とするバラ積み物品自動取り出しシステム。
4. 前記制御装置は、
   前記ロボットアームを作動させて前記ロボットハンドの作業部における保持爪を取り出す対象と定めた１つ物品の孔部に所定の深さまで挿し込んだ時点で、前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を有効にする動作と、
   前記ロボットアームを作動させて前記ロボットハンドの作業部における保持爪を当該物品の孔部に保持可能な深さまで挿し込んだ時点で、前記ハンド駆動装置を作動させて前記保持部における保持爪による保持作業を開始する動作と、
   前記保持爪による当該物品の孔部の保持作業が完了するまでの所要時間が予め定めた閾値時間内で終了したときに、前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を無効にして前記作業部を基準の姿勢に戻す動作と、
   前記保持爪による当該物品の孔部の保持が完了するまでの所要時間が前記閾値時間内で終了しないときに、前記ロボットアームを作動させて当該ロボットアームを前記ロボットハンドの揺動支持部を支点として下方側に所要の角度だけ傾けるとともに、当該ロボットアームの傾けが完了した時点で前記ハンド駆動装置を作動させて前記ロボットハンドの揺動支持部の揺動支持を無効にして前記作業部を基準の姿勢に戻す動作と、
   を含む複数の動作を行うよう構成されている請求項３に記載のバラ積み物品自動取り出しシステム。

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