成果報告書詳細
管理番号20110000001199
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 片付け作業用マニピュレーションRTシステム(サービスロボット分野) 乱雑に積層された洗濯物ハンドリングシステムの研究開発
公開日2011/10/12
報告書年度2006 - 2010
委託先名財団法人四国産業・技術振興センター 国立大学法人香川大学 株式会社プレックス 宝田電産株式会社 香川県産業技術センター
プロジェクト番号P06023
部署名機械システム部
和文要約1.研究開発の目的:リネンサプライ事業の洗濯ラインは自動化が進んでいるが、ラインへの洗濯物の投入作業は人手作業に頼っている。本研究では、埃っぽく蒸し暑い過酷な作業を自動化することで労働力不足に対処、併せてロボットによる布ハンドリングという新技術を開発する。基本技術を開発する第1期(3年間)と実用展開を行う第2期(2年間)から成る。 2.第1期(2006年8月~2009年3月):第1期の3年間では、要素基本技術を開発、定型物ライン投入システムの開発に応用し、性能検証を行った。投入作業は、積層された洗濯物を1枚1枚分離し、広げて姿勢を整えて、プレス・折りたたみラインにセットする。開発にあたり、人の投入作業を分析、装置の工程設計に反映、高信頼なハンドリングシステムの設計手順を纏めた。開発技術を以下に示す。(1)3次元視覚センサ:パターン光投影プロジェクタとあおり光学系による遠近ひずみのないステレオ視覚センサを開発、布の3次元形状を計測、ロボットによる把持位置を決定した。(2)一辺を抽出する柔軟ハンド:布のコーナを把持した後、たぐり動作により両端のコーナを把持して辺を抽出する柔軟なロボットハンドを開発した。(3)ロボット投入システム:上記要素技術を組み込み、2台のロボット、全体視覚センサ、補助機構と詳細視覚センサによる布のコーナ抽出部、柔軟ハンドから構成されるタオル投入試作システムを開発、性能を検証した。 3.第2期(2009年4月~2011年3月)第1期の開発成果を元に、定型洗濯物プレス・折りたたみラインへの定型物分類投入システムプロトタイプ機と、洗濯物投入分類システムを開発した。(1)定型物分類投入システムプロトタイプ機:本開発の目的は、第1期で開発した試作システムを小型化し、さらにタオルマーク認識システムを付加して、実用プロトタイプ機を完成させることである。小型化のために工程を見直し、一部のメカニズムを縦型にし、一台のロボットを直交型に変えた。ハンドが多様なタオルを扱えるよう長ストローク化するなどの改良を行い、現場に設置できるサイズとした。そして、後工程にマーク認識・分類排除システムを付加した。[主な開発内容]ロングストローク柔軟ハンド:最大700mm幅のタオルのハンドリングが可能な、柔軟なハンドを開発し、たぐり動作による一辺把持を実現した。タオルマーク認識システムと反転・排除機構:テクスチャーノイズの多いタオルマーク画像の認識のために、HOG特徴を利用したマーク読み取り技術を開発した。これにより、タオルの種類、表裏を認識し、反転・排除機構により指定タオル以外は排除、裏返ったタオルは表に反転させる。開発プロトタイプ機は、生産速度400枚/時間(目標800枚/時間)、分類ミス2%以下(目標3%以下)の総合性能を確認した。(2)洗濯物投入分類システム:大量の洗濯物が、ホテルや病院から帰ってくる。たとえば病院の標準ベッドアイテムは、シーツ、布団カバー、枕カバーなどからなる。これらは、選択前にラフに分類して、それぞれのラインに分けて流す必要がある。洗濯物投入分類システムは、積層された洗濯物の山から一枚一枚布を掴み、引き上げる。この引き上げ動作中に、ハンドに取り付けられた力センサで力のかかり方の変化を調べ、動作を止めたり布を広げたりすることなく、洗濯物の種類を判定する。そして、コンベアを組み合わせた分類システムにより、種類毎のかごに投入する。本システムは、速度800枚/時間(目標2000枚/時間)、分類成功率90%(目標80%)を確認した。
英文要約Title: Development of Handling System for Randomly Piled Washed Clothes. Result of R&D During August, 2006-March, 2011
1. Purpose of R&D: Laundry lines for linen supply service companies are highly automated by washing machines and automatic handlers. But the setting of the washing clothes to the laundry line requires manual works of operators. The purpose of the research is to construct a fully automated laundry lines to prevent workers from dirty, heavy and dangerous works and develop new robot technology to handle clothes. 2. Phase 1 development (August, 2006-March, 2009) The project has developed experimental cloth handling robot system for pressing and folding lines as the phase 1 development. To set the clothes to a pressing and folding line, the clothes should be separated one by one, and two corners of the separated close are settled to the automatic machine. To execute the setting task, the cloth setting process by human operators has been analyzed, and a robot handling system has been designed. Followings are the developed devices. (1)3-D Vision System: Relative stereo vision sensor with pattern light projector has been developed. The 3-D shape extraction algorithms to detect the cloth gripping points have been developed. (2)Flexible Robot Hand to catch one edge of a cloth. : To handle flexible clothes, an edge grasping hand with sliding two grippers has been developed. (3)Robot System: The developed system includes an overhead vision sensor, a clothe posture limiting system with a precise vision sensor and a posture adjusting system. 3. Phase 2 development (April, 2009-March, 2011) Based on the experimental system, the project has planned to develop two systems, a compact cloth handling system for a pressing and folding line, and a dirty clothes sorting system.(1)A compact cloth handling system for a pressing and folding line. The purpose of the development is to make the experimental system, compact, and to add mark recognition systems. To achieve the requirement, the handling operations have been refined to minimize the sizes. Horizontal operations have been changed to vertical. Wider range of sizes of clothes to be placed in front of a pressing and folding line has been achieved. Long stroke flexible hand : A flexible hand which can handle the max. 700mm towels has been developed. It can trace one edge of a towel and place it on a conveyor. Towel mark recognition system and its handling system : the towel mark recognition system based on HOG features has been developed and installed after the compact towel pick-up system. The recognition system detects the kind of the towel and its side, face or back, on a conveyor. If the towel is not the expected kind, its handling system removes it. If the towel is back-side up, the handling system reverses it. The system has achieved 98% success rate with speed of 400 towels/hour. (2)A dirty clothes sorting system. A great number of dirty towels come back from hotels and hospitals. The bed items from the hospitals consist of sheets, blanket (Japanese futon) covers and pillow covers. To wash these clothes, they should be classified. Dirty clothes sorting system picks up one clothe from mixed clothes. During pulling up the cloth by a robot, force sensors evaluate the changes of pulling-up forces, and roughly recognize the kind of the cloth. Then, the sorting system put the cloth into a cage prepared for the recognized kind. The system has achieved 90% sorting reliability with speed of 800 towels/hour.
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