JPH10180667A - 廃棄物中の特定物を選別するロボットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、長尺物や金属塊等の特定物を廃棄
物の中から確実に把持して選別することが可能な廃棄物
中の特定物を選別するロボットシステムを実現すること
を目的とする。 【解決手段】 この発明は、ベルトコンベアで搬送され
る廃棄物の搬送状態をベルトコンベア上に設置されたカ
メラで撮影し、カメラの撮影像をモニタに伝送して映し
出された撮影像上にポイント入力手段で入力画像を表示
して廃棄物に混入した特定物を座標上に指示し、指示し
た特定物が取り出し位置に到達したときに制御手段でロ
ボットを制御して把持して選別する廃棄物中の特定物を
選別するロボットシステムにおいて、ポイント入力手段
の入力画像により特定物の位置と方向を指示する廃棄物
中の特定物を選別するロボットシステムを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】一般に、家庭廃棄物や工場・
建設現場等から排出された産業廃棄物は、海岸や不毛地
等の特定地域に搬出されて埋立や造成に利用されたり、
自治体の廃棄物処理場において破砕や燃焼等の処理が行
われている。廃棄物処理場で処理される廃棄物内には、
例えば後工程の破砕処理時に危険な可燃物を残留させた
ガスボンベや破損したガラス器具等の危険物が含まれて
いる。また、モータやコンプレッサー等の金属塊や長尺
の金属パイプなどの破砕処理に不適当な物質の外に、樹
脂製品や空き缶類等のような再生が可能な再生化可能資
源も混在する。

【０００２】本発明は、産業廃棄物等の内部に混入され
た特定な物質を選別するロボットシステムに係り、更に
詳しくは廃棄物処理場において後処理に適さない不適物
またはリサイクル可能な再生化可能資源のような特定物
を廃棄物の中から自動的に選別するロボットシステムに
関するものである。

【０００３】

【従来の技術】この種の廃棄物の選別システムとして特
開平７−０４０２７３号公報に記載の発明が提案されて
おり、その適用例の構成を示す立面図と平面図が図４と
図５に示されている。図４，５において、Ｆはフイー
ダ、Ｖはベルトコンベア、Ｗは特定物である。また、Ｃ
は工業用カメラ、Ｒはロボット、Ｈはハンドチャック、
Ｍは破砕機である。図示されていないが、ベルトコンベ
アＶ等の設置現場から離れた部屋には、コントローラと
スタイラスペンでペン入力されるタブレット及び工業用
カメラＣの映像を映すディスプレイが設けられている。

【０００４】図４，５に示されたベルトコンベアＶは、
フィーダＦからほぼ均等に廃棄物の供給を受けて薄い拡
散状態で搬送する。廃棄物を搬送するベルトコンベアＶ
上の様子を工業カメラＣが撮影して、ベルトコンベアＶ
上に展開された廃棄物の映像がディスプレイに伝送され
る。ディスプレイ上の特定物Ｗがポイント入力されて指
定されると、コントローラを介してロボットＲのハンド
チャックＨを移動させて、把持取り出し作業が行われ
る。取り出した特定物Ｗは、別のコンベア上に移されて
排出されるようになっている。

【０００５】図４と図５に示された特開平７−０４０２
７３号公報によれば、空調のきいた遠隔の作業室内でデ
ィスプレイ上に映し出された特定物Ｗがスタイラスペン
等の対話型ポイント入力手段で指示される。そして、ベ
ルトコンベアＶ上に拡散された状態で搬送される廃棄物
の中から、ロボットＲによって特定物Ｗが取り出され
る。したがって、選別作業者を廃棄物に混入した腐敗物
による悪臭等のある悪い作業環境から解放し、良好な職
場を提供することができる。また、オペレータとして健
常者は勿論、物の識別ができ片手が動かせる人なら身体
障害者や高齢者でも特定物Ｗを指示するだけでコンベア
Ｖ上から取り出すことができるということが記載されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平７−０４０
２７３号公報に記載された従来の選別システムよれば、
環境のよい作業室内でディスプレイに映し出された特定
物Ｗを指定して遠隔操作で自動的に選別除去できるとし
ている。しかしながら、ベルトコンベアＶ上で木片や金
属棒等の長尺の特定物Ｗが他の廃棄物と折り重なって混
在しているような状態では、単純に位置を指定するだけ
では長尺の特定物Ｗを取り除くことが極めて困難であ
る。また、直進フィーダＦから定量供給された廃棄物を
ベルトコンベアＶ上に、互いに重ならないように薄く拡
散して搬送するようにしている。したがって、特定物Ｗ
を選別するためのベルトコンベアＶの搬送量が制約され
易く、廃棄物の搬送が渋滞する恐れがある等の問題点が
あった。

【０００７】本発明はこのような従来の選別システムの
問題点を解消するために成されたもので、木材や金属棒
のような長尺物や方向性を持つ金属塊等の特定物が他の
廃棄物と折り重なって混在しているような状態でも、長
尺物や金属塊等の特定物を廃棄物の中から確実に把持し
て選別することが可能な廃棄物中の特定物を選別するロ
ボットシステムを実現することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベルトコンベ
アで搬送される廃棄物の搬送状態をベルトコンベア上に
設置されたカメラで撮影し、カメラの撮影像をモニタに
伝送して映し出された撮影像上にポイント入力手段で入
力画像を表示して廃棄物に混入した特定物を座標上に指
示し、指示された特定物が取り出し位置に到達したとき
に制御手段でロボットを制御して特定物を把持して選別
する廃棄物中の特定物を選別するロボットシステムにお
いて、ポイント入力手段の入力画像により特定物の位置
と方向を指示する廃棄物中の特定物を選別するロボット
システムを構成したものである。また、制御手段により
ポイント入力手段で入力した入力画像の始点と終点から
特定物の方向を判定して、判定結果に基づいてロボット
の把持ハンドを制御して特定物を選別する廃棄物中の特
定物を把持して選別するロボットシステムを構成したも
のである。さらに、ポイント入力手段で指示する特定物
の位置を重心の位置で指示する廃棄物中の特定物を選別
するロボットシステムを構成したものである。

【０００９】選別工程のベルトコンベアには受入コンベ
アから移し換えられた廃棄物が堆積されて、制御コント
ローラから指定された搬送速度で搬送する。廃棄物を搬
送するベルトコンベアの上方には工業用カメラが設置さ
れて、廃棄物の搬送状態が撮影されて撮影像が搬送現場
から離れたモニタに伝送される。モニタ上の撮影像に
は、ポイント入力手段で特定物の位置と方向を指示した
入力画像が入力される。入力画像の入力を受けて、制御
コントローラが特定物の座標内の位置と傾斜角を算出し
て特定物の位置と“向き”を判断する。

【００１０】一方、制御手段内に設定された工業用カメ
ラとロボットの相対的な位置情報に基づいて、算出され
た距離データが下流のロボットに送信される。このと
き、待機中のロボットの把持ハンドが移動して、パルス
エンコーダがパルスをカウントアウトするとハンド軸が
指示位置に到達する。そして、把持ハンドの把持方向が
指示された“向き”に対応するように修正されて解放し
たハンド部が降下して、特定物の把持・取り出し作業が
行なわれる。取り出された特定物は別の搬送コンベア上
に排出され、再生可能資源は再生のための処理工程に移
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて、次に説明する。 実施形態１ 図１は本発明実施形態１の要部の構成と動作を示す正面
図、図２は実施形態１の構成を示す側面図、図３は実施
形態１のシステムブロック図である。図１乃至図３にお
いて、１はロボットシステムである。２は前段の受入コ
ンベア、３は選別工程に設けられたベルトコンベア、４
は搬送される廃棄物、５は特定物である。

【００１２】特定物５は廃棄物４中に混入され、実施形
態１では例えば木材や金属パイプ等のようにやや長尺の
ものを選別する場合が例示されている。６はパルスエン
コーダで、距離センサ又は速度センサとしての機能を果
たす。パルスエンコーダ６はベルトコンベア３を走行さ
せる電動機のような駆動源の回転軸に連結され、ベルト
コンベア３上で矢印に示された搬送方向に搬送される特
定物５の搬送速度に対応したパルス信号を出力する。

【００１３】７はベルトコンベア３の上流寄りの上方に
配置された工業用カメラ、８はロボットである。工業用
カメラ７の被写角エリアａには、Ｘ軸およびＹ軸の二次
元の平面座標系が設定されている。そして、ベルトコン
ベア３上の廃棄物４の搬送状態を撮影して、座標内にお
ける特定物５を混入した廃棄物４の撮影像が伝送され
る。また、ロボット８は工業用カメラ７よりベルトコン
ベア３の下流側に設けられていて、図示のようなガント
りー型で搬送路を跨いで上方からベルトコンベア３に対
向している。

【００１４】８０はロボット８に垂設された把持ハンド
で、走向方向（Ｙ軸方向）に対して横行する方向（Ｘ軸
方向）および昇降方向（Ｚ軸方向）の三次元方向に駆動
される。実施形態１では後述する把持ハンド８０の“向
き”の修正は、具体的には図２の矢印で示すようにハン
ド軸８１の回転角で行われる。また、把持ハンド８０の
Ｚ軸方向の下限位置はベルトコンベア３上の高さで、例
えばベルトコンベア３の上面から１０ｍｍの位置に固定
的に設定されている。９はＣＲＴや液晶のような表示器
からなるモニタ、１０はポイント入力手段である。

【００１５】また、１１はやや長く表示されたモニタ９
上の入力画像、θは入力画像１１の搬送方向（Ｙ軸）に
対する傾斜角である。ポイント入力手段１０には、マウ
スやスタイラスペン等のような対話型のポイント入力手
段が用いられる。モニタ９は例えば廃棄物４の搬送現場
から隔離された作業室内に設置され、空調が行き届いた
室内でオペレータによるポイント入力手段１０の操作で
入力画像１１が入力される。３０は工業用カメラ７から
モニタ９に伝送されたベルトコンベア３の搬送状態の撮
影像、４０と５０は廃棄物４と特定物５の撮影像、点線
とその延長上の中抜き矢印はベルトコンベア３の搬送方
向（Ｙ軸方向）を示す。

【００１６】２０は制御コントローラ、２１は制御コン
トローラ２０の記憶部、２３は演算部、２４は判別部で
ある。例えば、記憶部２１は工業用カメラ７とロボット
８の座標系の基準位置等を記憶し、演算部２３はパルス
エンコーダ６の検出信号から特定物５の取り出し位置へ
の到達距離・到達時間および前記入力画像１１に基づく
特定物５の傾斜角θ等を算出する。また、判別部２４
は、演算部２３の算出結果から特定物５の位置や向き等
を判断する。そして、これらの動作結果に基づいて上記
の座標系が整合されて搬送された特定物５が取り出し位
置に到達し、制御コントローラ２０によりロボット８が
駆動されて特定物５を把持可能に制御される。

【００１７】１２は制御コントローラ２０とロボット８
とのインターフェイスである。１３はホッパー、１４は
破砕機、１５は廃棄物４を次工程に送るための次段のベ
ルトコンベアである。ホッパー１３はベルトコンベア３
の終端位置に設置され、選別工程で特定物５を除去した
廃棄物４が投入される。投入された廃棄物４は破砕機１
４で破砕されて、小片または粉体状に加工され加工済み
の廃棄物４がベルトコンベア１５により次の処理工程に
移送されるようになっている。

【００１８】上述のような構成の本発明の実施形態１の
動作を、次に説明する。走行するベルトコンベア３は受
入コンベア２から移し換えられた廃棄物４を搬送面に堆
積して、制御コントローラ２０から指定された搬送速度
で搬送する。搬送される廃棄物４の搬送速度は、パルス
エンコーダ６によって計測される。上述のように廃棄物
４を搬送するベルトコンベア３の上流寄りには工業用カ
メラ７が設置されており、ベルト幅よりやや広い被写角
エリアａで廃棄物４の搬送状態が撮影される。工業用カ
メラ７の撮影した搬送面上の撮影像３０は、搬送現場か
ら離れた管理室等に設けられたモニタ９に伝送される。

【００１９】モニタ９に投影された撮影像３０には、廃
棄物４に混入した特定物５の撮影像５０も座標内に映し
出される。映し出された特定物５の撮影像５０を見なが
ら、管理室内でオペレータの操作により入力画像１１が
ポイント入力される。実施形態１のようにタッチスクリ
ーン機能付きモニタ９の場合は、撮影像５０の表面上を
直接オペレータの指先、若しくはタッチペン等でタッチ
して図１に示すように筆書きのようなやや長い棒状の入
力画像１１がポイント入力される。

【００２０】入力画像１１のポイント入力を受けて、前
記のように制御コントローラ２０の演算部２３が、特定
物５の座標内の位置と傾斜角θを算出する。例えば、判
別部２４は入力画像１１の第１象限内の始点Ｐ１を特定
物５の位置とし、描かれた入力画像１１の始点Ｐ１（ｘ
１，ｙ１）と終点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）を結ぶ線分Ｐ１−
Ｐ２とＹ軸とのなす傾斜角θ〔θ＝ｔａｎ（ｘ２−ｘ
１）／（ｙ２−ｙ１）〕を特定物５の“向き”として判
断する。一方、予め記憶部２１内に設定された工業用カ
メラ７とロボット８の基準位置間の相対的な位置情報に
基づいて、演算部２３の演算した距離データがインター
フェース１６を介してロボット８に送信される。

【００２１】このとき、ガントリーの原点位置で待機中
のロボット８の把持ハンド８０が移動を開始して、パル
スエンコーダ６が距離データに対応するパルスをカウン
トアウトするとハンド軸８１が始点Ｐ１の位置に到達す
る。同時に、判別部２４が判断した入力画像１１の“向
き”に対応させて、ハンド軸８１が（θ±９０°）回転
し、把持ハンド８０の把持爪が入力画像１１の直交方向
に修正されて開放したハンド部を降下させる。そして、
制御コントローラ２０の指令に基づいて、把持ハンド８
０による特定物５の把持・取り出し作業が行なわれる。
取り出された特定物５は、図示されていないシュートや
別の搬送コンベア上に排出される。排出された特定物５
のうち、例えば再生可能資源は再生のための処理工程を
経てから再利用される。

【００２２】なお、上述の実施形態では特定物の太さが
均一なパイプ類等のような長尺物の入力画像の始点と傾
きでその位置と“向き”を指示した場合を例示して説明
したが、太さが長さ方向に沿って不均一な瓶やボトル等
のような不定形な特定物の選別の場合にも本発明を適用
することができる。この場合、ポイント入力手段により
不定形な特定物の撮影像の輪郭形状に沿った入力画像を
入力すると共に、撮影像又は入力画像から求められる特
定物の重心ｇの位置を指示位置としてポイント入力して
指示するようにしてもよい。

【００２３】特に、不定形な特定物の重心ｇの位置の指
定には、制御コントローラの演算部等を利用して幾何学
的な手法を用いて算出することも可能である。入力画像
で輪郭形状や重心ｇを指示すれば、ロボットのハンドリ
ングのミスが一層少なくなり把持率を向上させることが
できる。また、超音波や赤外線等を用いた距離センサを
で特定物の昇降（Ｚ軸）方向の距離を測定して、ロボッ
トの把持ハンドの高さを横行・走行方向に加えて三次元
的に自動制御する構成を採用するようにしてもよい。ま
た、把持ハンドには、磁気力や負圧を利用してもよい。
さらに、実施形態１では工業用カメラとガントリー型の
ロボットを一基ずつ設けた場合で説明したが、両者を複
数基設けるように構成してもよく、ガントリー型を多関
節型等のロボットに代えることもできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、ベルトコンベアで搬送される
廃棄物の搬送状態をベルトコンベア上に設置されたカメ
ラで撮影し、カメラの撮影像をモニタに伝送して映し出
された撮影像上にポイント入力手段で入力画像を表示し
て廃棄物に混入した特定物を座標上に指示し、指示され
た特定物が取り出し位置に到達したときに制御手段でロ
ボットを制御して把持して選別する廃棄物中の特定物を
選別するロボットシステムにおいて、ポイント入力手段
の入力画像により特定物の位置と方向を指示する廃棄物
中の特定物を選別するロボットシステムを構成した。

【００２５】また、制御手段によりポイント入力手段で
入力した入力画像の始点と終点から特定物の方向を判定
して、判定結果に基づいてロボットの把持ハンドを制御
して特定物を把持して選別する廃棄物中の特定物を選別
するロボットシステムを構成した。さらに、ポイント入
力手段で特定物の重心の位置を指示する廃棄物中の特定
物を選別するロボットシステムを構成した。

【００２６】この結果、長尺物や金属塊のような特定物
が他の廃棄物と折り重なっているような状態でも、把持
ハンドが指示された特定物の位置や向きに応じて操作さ
れて確実に把持して取出すことができる。したがって、
複数台のロボットをベルトコンベア上に沿って隣接設置
することも可能になり、把持が確実で、しかも取り出し
スピードの速い廃棄物中の特定物を選別するロボットシ
ステムを実現することができる。このほかに、空調のき
いた良好な作業室内で座りながらモニタを監視して特定
物を廃棄物から取り出すことができるので、従来から行
われてきた搬送現場において手作業により直接特定物を
選別するような好ましからぬ作業環境から作業者を解放
できることは勿論である。

【００２７】よって、本発明によれば、木材や金属棒の
ような長尺物や方向性を持つ金属塊等の特定物が他の廃
棄物と折り重なって混在しているような状態でも、長尺
物や金属塊等の特定物を廃棄物の中から確実に把持して
選別することが可能な廃棄物中の特定物を選別するロボ
ットシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態１の要部の構成と動作を示す正
面図である。

【図２】実施形態１の構成を示す側面図である。

【図３】実施形態１のシステムブロック図である。

【図４】従来の選別システムの適用例の基本構成を示す
立面図である。

【図５】従来の選別システムの適用例の基本構成を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ ロボットシステム ２ 前段のベルトコンベア ３ 選別用のベルトコンベア ４ 廃棄物 ５ 特定物 ６ 速度センサ（パルスエンコーダ） ７ 工業用カメラ ８ ロボット ９ モニタ １０ ポイント入力手段 １１ 入力画像 １２ インターフェイス １３ ホッパー １４ 破砕機 １５ ベルトコンベア ２０ 制御コントローラ ２１ 記憶部 ２３ 演算部 ２４ 判別部 ４０ 廃棄物の撮影像 ５０ 特定物の撮影像 ８０ 把持ハンド ８１ ハンド軸 ａ 被写角エリア ｇ 重心 Ｐ１ 始点 Ｐ２ 終点 ｖ 搬送速度 θ 傾斜角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 押田 栄二 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベルトコンベアで搬送される廃棄物の搬
   送状態を前記ベルトコンベア上に設置されたカメラで撮
   影し、該カメラの撮影像をモニタに伝送して映し出され
   た撮影像上にポイント入力手段で入力画像を表示して前
   記廃棄物に混入した特定物を座標上に指示し、該指示さ
   れた特定物が取り出し位置に到達したときに制御手段で
   ロボットを制御して把持して選別する廃棄物中の特定物
   を選別するロボットシステムにおいて、 前記ポイント入力手段の入力画像により特定物の位置と
   方向を指示することを特徴とする廃棄物中の特定物を選
   別するロボットシステム。
2. 【請求項２】 前記制御手段によりポイント入力手段で
   入力した入力画像の始点と終点から前記特定物の方向を
   判定して、該判定結果に基づいて前記ロボットの把持ハ
   ンドを制御して特定物を把持して選別することを特徴と
   する請求項１記載の廃棄物中の特定物を選別するロボッ
   トシステム。
3. 【請求項３】 前記ポイント入力手段で特定物の重心の
   位置を指示することを特徴とする請求項１記載の廃棄物
   中の特定物を選別するロボットシステム。