JP2008214054A - パレタイジング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パレットの変形に伴うそのパレットとワークの干渉を回避できるようにし、もって流通過程でのパレットのある程度の変形を許容できるパレタイジング装置を提供する。
【解決手段】ハンド６とアーム５の結合部に揺動機構１０を介在させ、ハンド６にフローティング自由度を持たせたフローティング状態と、ハンド６のフローティング自由度を拘束した非フローティング状態とのいずれかに選択切換可能に構成してある。ハンド６が把持しているワークＷを水平姿勢にてパレット２に積載するにあたり、ワークＷがパレット２の上面開口部を通過する直前にハンド６をフローティング状態に切り換え、パレット２の一部の変形に起因するワークＷとの干渉を自律的に回避させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工場等においてパネル状のワークをパレットに自動積載（パレタイジング）するパレタイジング装置に関し、特にパレットのほか多関節のロボット等を搬送母機とするハンドリング装置を備えていて、パレタイジング時におけるワークとパレットとの干渉等を考慮してハンドリング装置側に所定のフローティング自由度を具備させたパレタイジング装置に関するものである。

所定位置に位置決めされたパレットに対して例えば多関節型のロボットを搬送母機とするハンドリング装置にてパネル状のワーク（積荷）を自動積載するオートパレタイザ（パレタイジング装置）にあっては、ハンドリング装置が予め教示された通りの動きをすることから、パレットが予め定められた大きさのものであるかぎりは、パレットの入れ替えが行われたとしても同じ作業を繰り返し行うことが可能である。

その一方、流通過程での干渉または衝突等によってパレットが変形することがあり、このような変形したパレットがパレタイジング位置に投入されると、ハンドリング装置が同じ動きをしたとしてもそのワークとパレットが干渉してしまい、ワークの自動積載が行えなくなる。

そこで、例えばパレットのある程度の変形を許容するべく、パレットに対するワークの投入軌跡（姿勢）を変更したり、あるいはパレット側に余裕を持たせることでワークとの干渉を回避することが行われているが、前者の場合にはワークの積載に要する時間が冗長化する一方、後者の場合にはパレットの大型化によるコストアップや搬送中の荷崩れを招きやすくなって好ましくない。

また、ワークの把持を直接司るハンド自体にある程度の自由度を持たせたハンドリング装置が例えば特許文献１に記載のものが提案されている。

この特許文献１に記載の技術では、段積みされたパネル状のワークを最上段のものから順次取り出すいわゆるデパレタイジング作業を想定したもので、先端に吸着パッドを備えた開閉式のチャックハンドにてパネル状のワークを把持するようになっているとともに、チャックハンドを直接支えている揺動板とそれよりも上側の駆動板との間に、複数本のゴム棒の上下端を連結してなる弾性連結部材を介装して、チャックハンドに上記弾性連結部材の弾性変形によるフローティング自由度を具備させてある。
実開平１０−３７４８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術をパレタイジング用のハンドリング装置に適用した場合、パレタイジングに先立ってワークを把持する際にも弾性連結部材が弾性変形してしまう可能性があり、それによってハンドリング装置とワークとの間に相対位置ずれが発生するため、パレット側での変形の有無にかかわらず積載の際にパレットとワークとの干渉が発生してしまい、所期の目的を達成することができなくなる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、パレットやワークの投入軌跡を改変することなしに、必要な時にだけハンドリング装置のハンドにフローティング自由度を持たせることでパレットの変形に伴うそのパレットとワークの干渉を回避できるようにし、もって流通過程でのパレットのある程度の変形を許容できるようにしたパレタイジング装置を提供するものである。

本発明は、請求項１に記載のように、パネル状のワークを積載するパレットと、搬送母機の可動部にハンドを装着してなるハンドリング装置とを備えていて、上記ハンドが把持したワークをパレットの上方から順次そのパレット内に積み重ねるように積載するパレタイジング装置を前提としている。その上で、上記搬送母機の可動部とハンドとの結合部において、ハンドの揺動動作を許容するべくそのハンドにフローティング自由度を持たせたフローティング状態と、ハンドの揺動動作を不能にするべく上記ハンドのフローティング自由度を拘束した非フローティング状態とのいずれかに選択切換可能に構成し、上記ハンドに把持されたワークがパレットにアプローチ動作する段階ではハンドが非フローティング状態となっている一方、上記ハンドに把持されたワークがパレットの上面開口部を通過する直前にハンドがフローティング状態に切り換えられるようになっていることを特徴とする。

パレタイジング位置に投入されるいわゆる空載状態のパレットがそれ以前の流通過程での干渉や衝突等にて一部が変形している場合、その変形の度合いが大きくて一目しただけでその状態を確認できるならば、そのパレットは使用不能なものとして監視作業者の手にて直ちに抜き取ることが可能である。その一方、パレットが変形してはいてもその度合いが軽微で且つ一目しただけでは変形していると確認できない程度のものは、その変形を容認しても支障はないからそのまま通常の使用に供するものとする。この場合において、パレットの軽微な変形であってもその変形の位置や度合いによっては、少なくともパレタイジング時（パレットへのワーク投入時）にワークと干渉するおそれがあるので、かかる干渉を回避しようとするのが本願発明の主たる目的である。

したがって、本発明では、パレタイジング時、すなわちパレットの上面開口部側からパレット内にワークを投入しようとする場合に、パレットの変形のためにそのパレットの一部がワークと干渉するおそれがあることを考慮して、ハンドリング装置のハンドに把持されたワークがパレットに対してアプローチ動作する段階ではハンドを非フローティング状態として実質的にリジットな支持形態としておくものの、上記ハンドに把持されたワークがパレットの上面開口部を通過する直前にハンドをフローティング状態に切り換えて、ハンドが揺動可能なようにフローティング自由度を持たせるものとする。

こうすることにより、パレットの変形のためにそのパレットの一部がワークと干渉したとしても、ハンド自体がフローティング自由度を有するためにハンドはそれに支持されているワークとともにパレット側の変形部位に倣って一時的に姿勢を変更することから、それによってワークはパレットの変形部位をクリアし、そのワークをスムーズにパレット内に投入することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、ハンドの揺動動作を許容するべくそのハンドにフローティング自由度を持たせたフローティング状態と、ハンドの揺動動作を不能にするべく上記ハンドのフローティング自由度を拘束した非フローティング状態とのいずれかに選択切換可能に構成してあるので、パレットの変形のためにそのパレットとワークとの干渉が予想される場合でも、ハンドに把持されたワークがパレットの上面開口部を通過する直前にハンドをフローティング状態に切り換えて、干渉部位に倣うように上記ハンドの自由度を使ってワークを姿勢を変更することにより、その干渉をスムーズに乗り越えてパレット内にワークを投入することが可能となる。このため、従来のように教示データの上でのワークの投入軌跡を変更する必要もなければ、パレットそのもののサイズに余裕を持たせる必要もなく、設備コストの低減に寄与できる。

また、ワークがパレットの上面開口部を通過する直前以外の時にはハンドを非フローティング状態とすることにより実質的にリジットな支持形態とすることができるので、ハンドがワークを把持する際の相対位置ずれを引き起こすこともなく、パレタイジング時のワークとパレットとの無用な干渉を招くことがない。

図１以下の図面は本発明に係るパレタイジング装置のより具体的な実施の形態を示す図であり、特に図１はその全体の概略構成を、図２以下の図面は図１の細部の構造をそれぞれ示している。

図１，２に示すように、パレタイジング装置１は大別して、台車９上の所定位置に位置決めされたボックスパレットまたはポストパレットタイプのパレット２と、多関節型のロボットである積載ロボット３を搬送母機とするハンドリング装置４と、から構成されている。

ハンドリング装置４の主要素である積載ロボット３はその可動部であるアーム５の先端にハンド６を備えているとともに、ハンド本体として機能する四本のハンドフレーム７の先端には吸着パッド８が装着されている。そして、積載ロボット３は図示しないワーク把持位置にてパネル状のワーク（ここでは、自動車の車体の一部を構成することになるボディパネルとする）Ｗをハンド６の吸着パッド８にて水平状態にて把持してはその姿勢のままパレット２内に積載する作業を繰り返し行い、結果としてパレット２にはパネル状のワークＷが多段にわたり積み重ねるようにして積載されることになる。なお、上記のようにワークＷが例えば自動車車体のいわゆる外板パネルである場合には、パレット２に積載されたワークＷ同士が直接接触することがないように予め考慮されている。

パレット２への積載ワーク数が規定数に達していわゆる満載状態となると、積載ロボット３が休止する一方で、満載状態のパレット２は例えば図示外のフォークリフトトラックにより台車９を残して次工程に搬送されるか、または満載状態のパレット２は台車９ごと図示外のチェーンコンベヤ等にて次工程へと搬送され、代わって空載状態のパレット２が搬入・位置決めされることにより、パレット２の入れ替えが行われる。

そして、積載ロボット３のハンド６は、図１，２のほか図３，４および図５，６に示すように、ハンド自由度切換手段としての揺動機構１０を介して積載ロボット３のアーム５先端に支持させてある。

この揺動機構１０は、矩形状のベースプレート１１とその下側に平行に配置された同じく矩形状の揺動プレート１２とを主要素として構成してあり、ベースプレート１１の四辺にはチャンネル状のサポートホルダ１３をそれぞれボルト締め固定してあるとともに、それら四つのサポートホルダ１３の内側に抱持するようにして揺動プレート１２を上下動可能に配置してある。そして、各サポートホルダ１３と揺動プレート１２との間には弾性体として圧縮コイルスプリング１４を介装してあり、これによって揺動プレート１２は常時上方に付勢されている。

また、ベースプレート１１の上面には円環状のブラケット１５を固定してあり、このブラケット１５が上記アーム５の先端に直接的に固定される。他方、図３，４に示すように揺動プレート１２の下面には合計四本のハンドフレーム７を支持ブロック７ａを介して固定支持させてある。

上記ベースプレート１１と揺動プレート１２との間であって且つそれらの四周全周にはベローズ１６を架橋的に配設してあり、それらのベースプレート１１と揺動プレート１２およびベローズ１６の三者をもって密閉された室としてのチャンバー１７を形成してあるとともに、ベースプレート１１にはチャンバー１７に連通するポート１８を形成してある。そして、このポート１８を通してチャンバー１７には圧縮空気またはいわゆる真空引きによる負圧を選択的に導入することができるようになっており、言い換えるならばチャンバー１７を加圧状態とするか負圧状態とするか選択的に切換可能となっている。これにより、加圧状態と負圧状態とに選択切換可能なチャンバー１７は後述するロケートブロック１９，２０同士を接近離間させる手段として機能することになる。なお、図４ではチャンバー１７内の構造を見えるようにするためにベローズ１６の一部を破断してあるとともに、図３のサポートブロック１３を図示省略してある。

上記チャンバー１７内において、ベースプレート１１の下面にはテーパ凸状をなす角錐台形状のロケートブロック１９を固定してある。他方、揺動プレート１２の上面には上記ベースプレート１１側のロケートブロック１９に対向するようにテーパ凹状をなす角錐台形状のロケートブロック２０を固定してあるとともに、ロケートブロック２０には当該ロケートブロック２０の内外周を連通するための複数の連通孔２１を形成してある。なお、各ロケートブロック１９，２０の四辺の向きはワークＷを積載すべきパレット２の四辺の向きと一致させてある。

そして、図３，５に示すような通常状態、すなわちチャンバー１７内に負圧を作用させた時には、その負圧力をもって揺動プレート１２が引き上げられ、同時に圧縮コイルスプリング１４の力によっても揺動プレート１２が押し上げられることから、これをもって双方のロケートブロック１９，２０のテーパ部１９ａ，２０ａ同士がいわゆるテーパ結合されるようになっている。このように双方のロケートブロック１９，２０同士がいわゆるテーパ結合している時には、ベースプレート１１と揺動プレート１２はいわゆるリジットな結合関係にあり、故にハンド６はアーム５に対して揺動動作等のフローティング自由度が一切許容されない非フローティング状態にあることになる。

他方、図４，６に示すようにパレット２へのワーク積載時にチャンバー１７内に圧縮空気を導入した時には、その圧縮力をもって揺動プレート１２が圧縮コイルスプリング１４を撓ませながら押し下げられることから、これをもって先の双方のロケートブロック１９，２０同士のテーパ結合が解除されるようになっている。このように双方のロケートブロック１９，２０同士のテーパ結合が解除されて両者が離間している時には、双方のテーパ部１９ａ，２０ａ同士の間に所定の隙間が確保されることから、ベースプレート１１に対して揺動プレート１２は上記隙間の範囲内で揺動可能またはフローティング動作可能ないわゆるルーズな状態にあり、故にハンド６はアーム５に対して揺動動作等のフローティング動作が可能なフローティング状態にあることになる。

ここで、図１，２に示すように、パレット２の内側面には上下方向に延在する案内部材としてチャンネル状の二組のガイドバー２２を互いに対向するように立設してあるとともに、ハンド６側においてはハンドアーム７から延長するようにして被案内部材としてエクステンションガイド２３を設けてある。これらのガイドバー２２とエクステンションガイド２３の相対位置関係は、図２に示すようにパレット２の上面開口部にハンド６が進入し始めた時にガイドバー２２にエクステンションガイド２３が係合して、ガイドバー２２によるエクステンションガイド２３の案内効果が発揮されるように設定してある。

したがって、このように構成されたパレタイジング装置１によれば、図１，２に示すように積載ロボット３のハンド６が所定の把持位置にあるワークＷを吸着パッド８で水平姿勢にて把持してはその姿勢のままパレット２内に積載する作業を繰り返し行い、結果としてパレット２にはパネル状のワークＷが多段にわたり積み重ねるようにして積載されるものであることは先に述べたとおりである。

この場合において、ハンド６に把持されたワークＷがパレット２にアプローチ動作する段階、すなわちハンド６がワークＷを吸着支持する時点からそのハンド６に把持されたワークＷがパレット２の上面開口部を通過する直前までの間は、図３，５に示すようにチャンバー１７内に負圧を作用させて、双方のテーパブロック１９，２０同士をテーパ結合させることにより、実質的にハンド６を非フローティング状態に維持しておく。この状態ではハンド６はそのフローティング自由度が一切許容されず、あたかもアーム５に剛体結合されたタイプのハンドとしてのみ機能する。

他方、パレット２へのワークＷの積載に際して、図２に示すようにハンド６に把持されたワークＷがパレット２の上面開口部を通過する直前に至ったならば、図４，６に示すようにチャンバー１７内に圧縮空気を導入するように切り換えて、双方のテーパブロック１９，２０同士のテーパ結合を解除することにより、実質的にハンド６がフローティング自由度を有した状態とする。なお、ハンド６にフローティング自由度を持たせたとしても、そのハンド６およびワークＷの自重が作用しているためにワークＷの姿勢が変化することはない。

そして、ハンド６に把持されたワークＷがパレット２の上面開口部を通過する段階に至り、先に述べたパレット２の変形のためにそのパレット２の一部とワークＷが干渉したような場合には、ハンド６自体がフローティング自由度を有しているために、ハンド６は上記干渉を回避するようにワークＷとともにその姿勢を例えば傾斜姿勢となるように自律的に変更し、パレット２内へのスムーズなワークＷの投入を可能にする。そして、その時点では相前後してパレット２側のガイドバー２２にエクステンションガイド２３が係合してガイドバー２２によるハンド６の案内効果も発揮されるようになることから、ワークＷは無理なくパレット２内の所定高さ位置に積載される。

ワークＷがパレット２内の所定高さ位置に積載されたならば、ハンド６は直ちにそのワークＷを開放した上で、パレット２内を上方に向かって抜け出て最初のワーク把持位置に戻ることになる。そして、ハンド６が次のワークＷの把持動作に移行する前に、再び図３，５のような非フローティング状態に切り換えられる。なお、上記ハンド６の非フローティング状態への切換・復帰は、ワークＷを開放したハンド６がパレット２内を上方に向かって抜け出た後であって、且つ次のワークＷの把持動作に移行する前に行うことが、ワークＷ開放後のハンド６のパレット２からの抜け出しを円滑にする上で望ましい。

このように本実施の形態によれば、必要な時にだけハンド６にフローティング自由度を持たせることにより、ワーク積載時においてパレット２の変形によるワークＷとの干渉が発生しても、その干渉を無理なく且つ自律的に回避することができ、変形したパレット２とワークＷとの干渉に起因するトラブルを未然に防止できる。

特に、ハンド６にフローティング自由度を持たせたり持たせないように切り換えるための揺動機構１０の主要素である各ロケートブロック１９，２０を角錐台形状のものとして、それらのロケートブロック１９，２０の四辺の向きをパレット２の四辺の向きに一致させてあるため、フローティング自由度を持たせた場合でもハンド６が完全なる自由状態になるわけではなく、実質的にハンド６のフローティング自由度は四方向に規制されており、自由度の多さのためにかえってパレット２とワークＷとの干渉回避が不能になることもない。

また、パレット２側にガイドバー２２を、ハンド６側にエクステンションガイド２３をそれぞれ設けてあることから、ガイドバー２２によるハンド６の案内効果のためにパレット２へのワークＷの積載を一段とスムーズに行える利点がある。

なお、ロケートブロック１９，２０同士の係合・離脱は必ずしもチャンバー室１７へ導入する圧縮空気と負圧の切り換えによって行う必要ななく、例えば直動型のシリンダにてロケートブロック１９，２０同士を直接的に係合・離脱させるようにしても良い。ただし、揺動機構１０の薄型化の上では上記チャンバー方式が望ましい。

本発明のより具体的な実施の形態を示す図で、パレタイジング装置全体の概略説明図。 図２のＡ方向矢視図。 図１，２の揺動機構の詳細を示す図で、非フローティング状態での斜視図。 同じく揺動機構のフローティング状態での斜視図。 図３の断面説明図。 図４の断面説明図。

符号の説明

１…パレタイジング装置
２…パレット
３…積載ロボット（搬送母機）
４…ハンドリング装置
５…アーム（可動部）
６…ハンド
７…ハンドアーム
８…吸着パッド
１０…揺動機構（ハンド自由度切換手段）
１１…ベースプレート
１２…揺動プレート
１４…圧縮コイルスプリング
１６…ベローズ
１７…室（チャンバー）
１９…ロケートブロック
１９ａ…テーパ部
２０…ロケートブロック
２０ａ…テーパ部
２２…ガイドバー（案内部材）
２３…エクステンションガイド（被案内部材）
Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. パネル状のワークを積載するパレットと、搬送母機の可動部にハンドを装着してなるハンドリング装置と、を備えていて、上記ハンドが把持したワークをパレットの上方から順次そのパレット内に積み重ねるように積載するパレタイジング装置であって、
   上記搬送母機の可動部とハンドとの結合部において、ハンドの揺動動作を許容するべくそのハンドにフローティング自由度を持たせたフローティング状態と、ハンドの揺動動作を不能にするべく上記ハンドのフローティング自由度を拘束した非フローティング状態とのいずれかに選択切換可能に構成してあり、
   上記ハンドに把持されたワークがパレットにアプローチ動作する段階ではハンドが非フローティング状態となっている一方、
   上記ハンドに把持されたワークがパレットの上面開口部を通過する直前にハンドがフローティング状態に切り換えられるようになっていることを特徴とするパレタイジング装置。
2. 上記搬送母機の可動部およびハンドのうちいずれか一方にテーパ凸状のロケートブロックを、他方にはこのテーパ凸状のロケートブロックに対向するようにテーパ凹状のロケートブロックをそれぞれに設け、
   これら双方のロケートブロックのほか当該双方のロケートブロック同士を接近離間させる手段をもって上記ハンドをフローティング状態または非フローティング状態に選択的に切り換えるハンド自由度切換手段を構成してあり、
   上記ハンド自由度切換手段は、双方ロケートブロック同士のテーパ結合をもって非フローティング状態とする一方、双方のロケートブロック同士のテーパ結合の解除をもって非フローティング状態とするようになっていることを特徴とする請求項１に記載のパレタイジング装置。
3. 双方のロケートブロックは密閉された室内に収容されていて、その室内を加圧状態または負圧状態に選択的に切り換えることにより、フローティング状態と非フローティング状態との選択切り換えが行われるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のパレタイジング装置。
4. 双方のロケートブロックにおけるテーパ部は共に角錐台形状のものとなっていることを特徴とする請求項２または３に記載のパレタイジング装置。
5. 上記ハンドは、ワーク把持手段として複数の吸着パッドを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパレタイジング装置。
6. 上記パレット側には、ハンドの一部と係合して少なくともパレットに対して下降動作するハンドを案内する案内部材を上下方向に沿って設けてあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパレタイジング装置。
7. 上記ハンドには、パレット側の案内部材に係合する被案内部材を設けてあることを特徴とする請求項６に記載のパレタイジング装置。

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