JP2016094280A - 移載装置及び荷物取出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図るとともに、安定的に荷物を移載することができる移載装置を提供する。
【解決手段】移載装置１０は、把持部２１、第１移動機構１３、弾性受動関節部２０、移動コンベア３４、第２移動機構１６及びベース１２を備える。把持部２１は、荷物５３を把持する。第１移動機構１３は、垂直方向及び当該垂直方向と直交する前後方向を含む少なくとも２つの方向に、把持部２１を直動する。弾性受動関節部２０は、把持部２１と第１移動機構１３との間に介在し、外力に応じて弾性受動的な倣い動作を行う。移動コンベア３４は、荷物５３を搬送する。第２移動機構１６は、移動コンベア３４に接続され、少なくとも２つの方向に移動コンベア３４を直動する。ベース１２は、第１移動機構１３及び第２移動機構１６を支持する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明の実施形態は、移載装置及び荷物取出方法に関する。

物流分野においてサプライチェーンのグローバル化及び労働人材の高齢化に伴い、物流量の増加に対して荷役作業を担う労働力が不足している傾向にある。このため、近年では、荷物（物体や物品ともいう）を移載する移載装置が普及している。移載装置においては、従来の吸着型エンドエフェクタのみでは把持しにくい荷物、例えば、表面の凹凸が大きい荷物、変形しやすい荷物、紙袋やのし紙で覆われた荷物、荷崩れした荷物などを安定してハンドリングできることが求められている。

移載装置としては、直交機構型ロボット及び多関節アーム型ロボットが知られている。一般的な直交機構型ロボット及び多関節アーム型ロボットは、装置が大型化する傾向にある。例えば、直交機構型ロボットにより上方から荷物を把持する場合は、上下方向寸法の長いアームが必要となる。このため、天井が低いなど空間制約がある場合は、直交機構型ロボットを配置できない。

また、多関節アーム型ロボットについても、上方から荷物を把持する場合は、既存の敷設物を回避するために冗長性を備える関節数が必要となる傾向がある。さらに、荷物が中間棚を備えるボックスパレット内部に直方体形状に積載される場合、ボックスパレット内の中間棚近辺から荷物を取り出す際には、さらに冗長性を有する関節数が必要となり、ロボットが大型化するとともに高コスト化する。

特開平７−１５７０８９号公報

本発明が解決しようとする課題は、装置の小型化を図るとともに、安定的に荷物を移載することができる移載装置を提供することである。さらに、移載装置に適用可能な、安定的に荷物を取り出すことができる荷物取出方法を提供する。

一実施形態に係る移載装置は、把持部、第１移動機構、弾性受動関節部、移動コンベア、第２移動機構及びベースを備える。把持部は、荷物を把持する。第１移動機構は、垂直方向及び当該垂直方向と直交する前後方向を含む少なくとも２つの方向に、前記把持部を直動する。弾性受動関節部は、前記把持部と前記第１移動機構との間に介在し、外力に応じて弾性受動的な倣い動作を行う。移動コンベアは、前記荷物を搬送する。第２移動機構は、前記移動コンベアに接続され、前記少なくとも２つの方向に前記移動コンベアを直動する。ベースは、前記第１移動機構及び前記第２移動機構を支持する。

第１の実施形態に係る移載装置の外観を示す上面図。 図１Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った移載装置の断面図。 図１Ｂに示したＣ−Ｃ′線に沿った移載装置の断面図。 図１Ｂに示したＤ−Ｄ′線に沿った移載装置の断面図。 図１Ａに示した弾性受動関節部の構造例を自由度配置で示す側面図。 図１Ａに示した弾性受動関節部の他の構造例を自由度配置で示す側面図。 図１Ａに示した弾性受動関節部のさらに他の構造例を自由度配置で示す上面図。 図４Ａに示した弾性受動関節部の側面図。 図１Ａに示した移載装置の制御系を示すブロック図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図６Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図７Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図８Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図９Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図１０Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図１１Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図１２Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図１３Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 図１に示した移載装置の動作例を示す上面図。 図１４Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った断面図。 第２の実施形態に係る移載装置の外観を示す斜視図。 図１５に示した移載装置の弾性受動関節部及び把持部を示す拡大図。 図１５に示した移載装置の弾性受動関節部及び把持部を示す拡大図。 第３の実施形態に係る移載装置の弾性受動関節部及び把持部を示す図。 図１８に示した弾性受動関節部及び把持部を異なる方向から示す図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１Ａは、第１の実施形態に係る移載装置１０を概略的に示す上面図である。図１Ｂは、図１Ａに示したＢ−Ｂ′線に沿った移載装置１０の断面図であり、図１Ｃは、図１Ｂに示したＣ−Ｃ′線に沿った移載装置１０の断面図であり、図１Ｄは、図１Ｂに示したＤ−Ｄ′線に沿った移載装置１０の断面図である。図１Ａから図１Ｄでは、説明のために、ＸＹＺ直交座標系を付している。

図１Ａに示されるように、移載装置１０の前方にボックスパレット５０が位置し、移載装置１０の後方に搬送台６０が位置している。図１Ｂに示されるように、ボックスパレット５０の内部には中間棚５１が設けられており、ボックスパレット５０内に荷物５３が積み重なって収容されている。本実施形態では、ボックスパレット５０は、移動することができるように車輪５２を有し、移載装置１０及び搬送台６０は地面に配置されている。ボックスパレット５０の車輪５２は車輪止めなどで固定してもよい。なお、移載装置１０は移動可能であってもよい。例えば、移載装置１０は、車輪を備えることができ、或いは、地面に敷設されたレールに沿って移動することができる。

移載装置１０は、ボックスパレット５０に収容されている荷物５３を搬送台６０に移載する。移載装置１０は、ベース１２、第１移動機構１３、弾性受動関節部２０、把持部２１、第２移動機構２３、移動コンベア３４及び受動回転ローラ３５を備える。第１移動機構１３、弾性受動関節部２０及び把持部２１をまとめてアーム部と呼び、第２移動機構２３、移動コンベア３４及び受動回転ローラ３５をまとめて搬送部と呼ぶ。アーム部は、搬送部の上方に位置している。移載装置１０は、アーム部及び搬送部を併用してボックスパレット５０から荷物５３を取り出し、取り出した荷物を搬送台６０へと移送する。

把持部２１は、ボックスパレット５０から荷物５３を取り出すために、荷物５３を把持する。第１移動機構１３は、少なくとも２つの方向（例えば３方向）に把持部２１を直動する。第１移動機構１３は、ベース１２によって支持されている。弾性受動関節部２０は、把持部２１と第１移動機構１３との間に介在し、外力に応じて弾性受動的な倣い動作を行う。

移動コンベア３４は、ボックスパレット５０から取り出された荷物５３を搬送し、この荷物５３を搬送台６０に投入する。第２移動機構２３は、移動コンベア３４に接続され、少なくとも２つの方向（例えば３方向）に移動コンベア３４を移動させる。第２移動機構２３は、ベース１２によって支持されている。受動回転ローラ３５は、受動的に回転する受動回転要素の一例であり、移動コンベア３４の下側（裏面側）に配置されている。

本実施形態に係る移載装置１０の構造をより詳細に説明する。
ベース１２は、例えば、地面に接触する基底部１２Ａと、基底部１２Ａから垂直方向に（上下方向に）延在する複数の縦部材１２Ｂと、を含む。垂直方向はＺ軸方向に対応する。図１Ｂに示される例では、４つの縦部材１２Ｂが直方体状の基底部１２Ａの四隅に設けられている。

第１移動機構１３は、第１直動部１５、第２直動部１７及び第３直動部１９を備える。第１直動部１５は、垂直方向に移動可能にベース１２に支持されている。例えば、縦部材１２Ｂの１つに、第１直動部１５を垂直方向に駆動する第１直動機構１４が設けられ、残り３つの縦部材１２Ｂに、垂直方向に延在するガイドレールが設けられる。第１直動部１５は、第１直動機構１４によって駆動されることによって上昇又は下降することができる。上昇は＋Ｚ方向への移動に対応し、下降は−Ｚ方向への移動に対応する。

第２直動部１７は、左右方向に移動可能に第１直動部１５に支持されている。本実施形態では、左右方向は、垂直方向と直交し、すなわち、水平面に平行な方向である。左右方向はＸ軸方向に対応する。例えば、第１直動部１５に、第２直動部１７を左右方向に駆動する第２直動機構１６が設けられる。第２直動部１７は、第２直動機構１６によって駆動されることによって左に（＋Ｘ方向に）又は右に（−Ｘ方向に）移動することができる。

第３直動部１９は、前後方向に移動可能に第２直動部１７に支持されている。本実施形態では、前後方向は、水平面に平行な方向であって、垂直方向及び左右方向と直交する。前後方向はＹ軸方向に対応する。例えば、第２直動部１７に、第３直動部１９を前後方向に駆動する第３直動機構１８が設けられる。第３直動部１９は、第３直動機構１８によって駆動されることによって前進又は後退することができる。前進は、＋Ｙ方向への移動、すなわち、移載する対象となる荷物５３に向かう方向への移動に対応し、後退は、−Ｙ方向への移動に対応する。

弾性受動関節部２０は、第３直動部１９に支持されている。具体的には、第３直動部１９の基端部に第２直動部１７が接続され、第３直動部１９の先端部に弾性受動関節部２０が接続されている。弾性受動関節部２０は、第１直動部１５、第２直動部１７及び第３直動部１９を介してベース１２に支持されている。弾性受動関節部２０は、第１直動部１５の駆動によって垂直方向に移動し、第２直動部１７の駆動によって左右方向に移動し、第３直動部１９の駆動によって前後方向に移動することができる。弾性受動関節部２０については後に詳細に説明する。

把持部２１は、弾性受動関節部２０に支持されている。具体的には、弾性受動関節部２０の基端部に第３直動部１９が接続され、弾性受動関節部２０の先端部に把持部２１が接続されている。把持部２１は、第１直動部１５、第２直動部１７、第３直動部１９及び弾性受動関節部２０を介してベース１２に支持されている。把持部２１は、第１直動部１５の駆動によって垂直方向に移動し、第２直動部１７の駆動によって左右方向に移動し、第３直動部１９の駆動によって前後方向に移動することができる。これにより、把持部２１の先端は、ボックスパレット５０内の全ての範囲に到達することができる。

本実施形態では、把持部２１は、荷物５３の上面エッジ部を把持する。具体的には、把持部２１は、Ｌ字型の部材を含み、その部材の互いに略垂直な２つの表面（把持面ともいう）が荷物５３の上面及び前面にそれぞれ対向した状態で荷物５３を把持する。荷物５３の前面は、荷物５３の側面のうち移載装置１０に対向する側面である。把持部２１が吸着型のものである場合、図１Ｄに示されるように把持面に吸着パッド２２が設けられ、真空吸着によって荷物５３を把持する。また、把持部２１が粘着型のものである場合、把持面に粘着シートが設けられ、粘着によって荷物５３を把持する。

把持部２１の把持面には、接触センサ又は反射式センサが設けられていてもよい。接触センサ又は反射式センサは、把持部２１の把持状態を検出するために用いることができる。

第２移動機構２３は、図１Ｂに示されるように、第４直動部２５、第５直動部２７及び第６直動部２９を備える。第４直動部２５は、垂直方向に移動可能にベース１２に支持されている。例えば、縦部材１２Ｂの１つに、第４直動部２５を垂直方向に駆動する第４直動機構２４が設けられ、残り３つの縦部材１２Ｂに、垂直方向に沿ったガイドレールが設けられる。第４直動部２５は、第４直動機構２４によって駆動されることによって上昇又は下降することができる。

第５直動部２７は、左右方向に移動可能に第４直動部２５に支持されている。例えば、第４直動部２５に、第５直動部２７を左右方向に駆動する第５直動機構２６が設けられる。第５直動部２７は、第５直動機構２６によって駆動されることによって左に又は右に移動することができる。

第６直動部２９は、前後方向に移動可能に第５直動部２７に支持されている。例えば、第５直動部２７に、第６直動部２９を前後方向に駆動する第６直動機構２８が設けられる。第６直動部２９は、第６直動機構２８によって駆動されることによって前進又は後退することができる。

移動コンベア３４は、第６直動部２９に支持されている。すなわち、移動コンベア３４は、第４直動部２５、第５直動部２７及び第６直動部２９を介してベース１２に支持されている。移動コンベア３４は、第４直動部２５の駆動によって垂直方向に移動し、第５直動部２７の駆動によって左右方向に移動し、第６直動部２９の駆動によって前後方向に移動することができる。これにより、移動コンベア３４の先端は、ボックスパレット５０内の全ての範囲に到達することができる。

移動コンベア３４は、図１Ｃの矢印によって示される搬送方向に（−Ｙ方向に）荷物５３を搬送する。図１Ｂに示されるように、移動コンベア３４は、環状のベルト３３を備え、このベルト３３は、プーリ３０、３１、３２に巻き掛けられている。プーリ３０、３１、３２は、Ｘ軸の周りに回転可能である。プーリ３２は移動コンベア３４の先端部に位置し、プーリ３０は移動コンベア３４の後端部に位置し、プーリ３１はプーリ３２とプーリ３０との間に位置している。プーリ３０の直径はプーリ３１の直径と同じであり、プーリ３２の直径はプーリ３０の直径より小さい。すなわち、側方から見たときに、移動コンベア３４は、先端部では、先端に向かうにつれて細くなり、後端部では、一定の厚さを有する。ベルト３３は、例えば、図示しないモータが発生するトルクを受けて回転する。モータの出力軸は、例えば、プーリ３０に連結される。図１Ｂには、３つのプーリ３０、３１、３２が示されているが、４以上のプーリが設けられていてもよい。

受動回転ローラ３５は、移動コンベア３４の先端部の下側に配置されている。図１Ｂの例では、４つの受動回転ローラ３５が示されているが、受動回転ローラ３５の数は、１、２、３又は５以上であってもよい。受動回転ローラ３５は、移動コンベア３４による荷物（具体的には、移載する対象となる荷物の下にある荷物）５３の破損を防止するために設けられる。

図１Ｂにおいて荷物５３−１を移載する場合を想定する。本実施形態では、移載装置１０は、アーム部を用いて荷物５３−１を上方に持ち上げ、それによって荷物５３−１の下側に生じる隙間（具体的には、荷物５３−１とその下にある荷物５３−３との間の隙間）に移動コンベア３４の先端部を挿入する。そして、移載装置１０は、把持部２１を後退させつつベルト３３を回転駆動することによって、荷物５３−１をベルト３３上に載せる。受動回転ローラ３５が設けられない場合、移動コンベア３４は、挿入時に荷物５３−３に接触し、その表面に貼り付けられたラベルを破損する（例えば引き剥がす）可能性がある。本実施形態では、移動コンベア３４の下側に受動回転ローラ３５を配置することにより、そのような破損を生じることなしに、荷物５３−１の下側の隙間に移動コンベア３４を挿入することができる。

移動コンベア３４の先端部には、接触センサ又は反射式センサが設けられていてもよい。接触センサ又は反射式センサは、移動コンベア３４の挿入状態を検出するために用いることができる。

上下方向の寸法が小さい隙間に移動コンベア３４の先端部及び受動回転ローラ３５を挿入するため、先端部の厚みは薄い方が望ましい。このことは、ボックスパレット５０内に積み重ねられた荷物５３を取り出す場合、特に、中間棚５１を回避する場合において有利である。例えば、手前の荷物５３−１を取り出した後に奥の荷物５３−２を取り出す場合、移動コンベア３４は、中間棚５１と荷物５３−３との間の隙間に入り、荷物５３−２近傍に到達することができる。

上述したように、移載装置１０は、アーム部を用いて荷物５３を移動コンベア３４へと取り出し、移動コンベア３４上に荷物５３を載せて運ぶ。すなわち、荷物５３は下から支えられた状態で運ばれる。これにより、把持部２１で把持しにくい荷物であっても、荷物５３を落下させることなく、搬送台６０に荷物５３を移載することができる。さらに、変形しやすい荷物や表面が紙で包装された荷物であっても、荷物５３を破損することなく、搬送台６０に荷物５３を移載することができる。

荷物をパレットから搬送台にアームで直接に移載する従来の移載装置では、アームが大型になる。このため、従来の移載装置は、設置場所が限られる。さらに、従来の移載装置は、ボックスパレットのボックス内に収容された荷物にアクセスすることができない。本実施形態の移載装置１０は、把持部２１と移動コンベア３４を組み合わせて用いることにより、従来の移載装置と比べてコンパクトにすることができる。その結果、移載装置１０は、中間棚５１を有するボックスパレット５０に収容された荷物５３など、狭い空間に配置された荷物を取り出すことができる。

なお、図１Ｂに示される第１移動機構１３及び第２移動機構２３の構造は単なる例であり、第１移動機構１３及び第２移動機構２３は、異なる方向への直動の組み合わせによる他の構造を有していてもよい。例えば、第１移動機構１３において、第３直動部１９が前後方向に移動可能に第１直動部１５に支持され、第２直動部１７が左右方向に移動可能に第３直動部１９に支持されていてもよい。第２移動機構２３についても、第１移動機構１３と同様の変更を行うことができる。

また、第１移動機構１３、弾性受動関節部２０及び把持部２１により形成されるアーム部の数は、本実施形態のような１本である例に限定されない。例えば、２本以上のアーム部を設けてもよい。移動コンベア３４は、図１Ｂに示すようなベルトコンベアである例に限らず、ベルトを備えないコンベア、例えば、ローラコンベアであってもよい。ローラコンベアは、複数の回転ローラを配列したものであり、複数の回転ローラの一部又は全部が回転駆動される。移動コンベア３４の下側に設けられる受動回転要素は、複数の受動回転ローラにベルトを巻き掛けたものであってもよい。

次に、弾性受動関節部２０について具体的に説明する。
図２は、弾性受動関節部２０の構造例を自由度配置で概略的に示している。図２に示される弾性受動関節部２０は、Ｙ軸周りの弾性受動回転要素２０ａ、Ｙ軸方向の弾性受動直動要素２０ｂ、Ｚ軸周りの弾性受動回転要素２０ｃ、及びＸ軸周りの弾性受動回転要素２０ｄを備えている。弾性受動回転要素２０ａ、２０ｃ、２０ｄの各々は、対応する軸の周りに弾性受動的に回動する。具体的には、弾性受動回転要素２０ａ、２０ｃ、２０ｄの各々は、外力が加わると対応する軸の周りに回動するが、外力が除去されると元の状態に戻る。弾性受動直動要素２０ｂは、Ｙ軸方向に受動弾性的に直動する。具体的には、弾性受動直動要素２０ｂは、外力が加わるとＹ軸方向に短縮するが、外力が除去されると元の状態に戻る。弾性受動関節部２０は、前後方向、左右方向及び前後方向周りに弾性受動的に直動又は回動することができる。

一例では、外部負荷が作用しない状態では把持部２１を水平状態で保持するように弾性力（例えば弾性体による付勢力）が付与され、メカストッパーを用いて把持部２１が水平状態に維持される。つまり、弾性受動関節部２０は、外力が加わっていない状態では、弾性受動関節部２０に含まれる弾性体（例えばバネ）の作用により、水平面に平行になるように把持部２１を保持する。把持部２１がＬ字型の部材を含む本実施例では、把持部２１は、その２つの把持面の一方が水平面に平行になり、他方が水平面に垂直になるように、保持される。他の例では、把持部２１の自重に対して弾性受動関節部２０の弾性力を小さくし、弾性受動関節部２０は、図３に示すように、把持部２１を下方に傾斜した状態で保持する。把持部２１を下方に傾斜させた場合、把持部２１が対象荷物の上面エッジ部に倣うようにアーム部を駆動する。

図２及び図３に示される例では、弾性受動回転要素２０ａ、弾性受動直動要素２０ｂ、弾性受動回転要素２０ｃ及び弾性受動回転要素２０ｄは、この順番で第３直動部１９と把持部２１との間に配置されている。なお、これらの要素２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの配置は、図２及び図３に示される例に限らず、適宜変更することができる。

弾性受動関節部２０は、把持部２１が前進して荷物５３に接触すると、荷物の上面エッジ部に倣って変形する。具体的には、弾性受動関節部２０は、把持部２１の２つの内面が荷物５３の上面及び前面に対向するように変形する。言い換えると、弾性受動関節部２０は、荷物５３の形状及び姿勢に応じて把持部２１の姿勢を変更するように、把持部２１を支持している。このように、弾性受動関節部２０を受動的な機構により形成することにより、様々な形状の荷物をハンドリングすることができる。さらに、荷崩れや乱雑な積み重ねなどにより荷物５３が把持部２１に対して傾いていたとしても、荷物５３をハンドリングすることができる。図２及び図３の各々に示される弾性受動関節部２０は、移載装置１０への適用に限らず、任意の他の装置に適用することもできる。

なお、弾性受動関節部２０は、少なくとも１つの弾性受動要素（弾性受動関節）を備えていればよい。例えば、弾性受動関節部２０は、１つの弾性受動直動要素及び３つの受動回転要素により形成されていてもよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、弾性受動関節部２０の他の構造例を自由度配置で概略的に示す上面図及び側面図である。図４Ａに示される弾性受動関節部２０は、Ｙ軸周りの弾性受動回転要素２０ｅ、Ｙ軸方向の弾性受動直動要素２０ｆ、Ｚ軸周りの受動回転要素２０ｇ、Ｘ軸周りの受動回転要素２０ｈ、弾性受動直動要素２０ｉ、Ｚ軸周りの受動回転要素２０ｊ、Ｘ軸周りの受動回転要素２０ｋ、Ｚ軸回りの受動回転要素２０ｌ、Ｘ軸回りの受動回転要素２０ｍ、Ｚ軸周りの受動回転要素２０ｎ、Ｘ軸周りの受動回転要素２０ｏ、弾性受動直動要素２０ｐ、Ｚ軸周りの受動回転要素２０ｑ及びＸ軸周りの受動回転要素２０ｒを備えている。弾性受動直動要素２０ｆは、要素２０ｌ、２０ｍの組と要素２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋの組と要素２０ｎ、２０ｏ、２０ｐ、２０ｑ、２０ｒの組と、に接続されている。要素２０ｌ、２０ｍの組と要素２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋの組と要素２０ｎ、２０ｏ、２０ｐ、２０ｑ、２０ｒの組とは並列に配置されている。すなわち、弾性受動関節部２０は、垂直方向、前後方向及び左右方向周りに弾性受動的に直動又は回動することができる。

図４Ａに示される弾性受動関節部２０は、受動回転要素２０ｌ及び受動回転要素２０ｍを回転中心とした差動機構として倣い動作を行う。ここでいう差動機構は、２入力で１出力を生じる機構である。具体的には、弾性受動関節部２０は、並列に配置された弾性受動直動要素２０ｉ、２０ｐの差動によって把持部２１の姿勢を変更する。弾性受動直動要素２０ｉ、２０ｐは、例えば、ガススプリングであり得る。弾性受動直動要素２０ｆもまた、ガススプリングであり得る。受動回転要素２０ｇと受動回転要素２０ｈの組はボールジョイント構造であってもよい。同様に、受動回転要素２０ｊと受動回転要素２０ｋの組、受動回転要素２０ｎと受動回転要素２０ｏの組、受動回転要素２０ｑと受動回転要素２０ｒの組もまた、ボールジョイント構造であってもよい。一例では、弾性受動関節部２０は、外力が加わっていない状態では、弾性受動関節部２０に含まれる弾性体の作用により、把持部２１を水平面に平行になるように保持する。他の例では、把持部２１の自重に対して弾性受動関節部２０の弾性力を小さくし、弾性受動関節部２０が把持部２１を下方に傾斜した状態で保持する。

図４Ａに示した差動機構構造は、図２のような弾性受動要素を直列に接続した構造に比べてより広い可動範囲をコンパクトに実現できる。また、弾性受動関節部２０を受動的な機構により形成することにより、様々な形状の荷物をハンドリングすることができる。さらに、荷物５３が把持部２１に対して傾いていたとしても、荷物５３をハンドリングすることができる。図４Ａに示される弾性受動関節部２０は、移載装置１０への適用に限らず、任意の他の装置に適用することもできる。
なお、図２、図３及び図４Ａに示した構造は単なる例であり、弾性受動関節部２０の構造は、これらの例に限定されない。

図５は、移載装置１０の制御系を概略的に示している。移載装置１０は、図５に示されるように、センサ部４０、把持制御部４１、及びコンベア制御部４２を備える。把持制御部４１及びコンベア制御部４２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算処理装置がＲＯＭ又はＨＤＤなどの記憶装置に記憶されている制御プログラムを実行することにより、実現することができる。例えば、演算処理装置は、ＲＯＭ又はＨＤＤから制御プログラムを読み込み、制御プログラムをＲＡＭ上に展開することにより、把持制御部４１及びコンベア制御部４２として機能する。

センサ部４０は、移載する対象となる荷物（対象荷物ともいう）の位置及び形状を検出して検出信号を生成する。センサ部４０は、例えば、対象荷物の上面エッジ位置及び下面位置（対象荷物の下側の隙間）を検出する。センサ部４０は、例えば、対象荷物を撮像して画像信号を生成する画像センサと、画像信号に対して画像処理を施して対象荷物の位置及び形状を検出する画像処理部と、を備える。画像センサは、例えば、ベース１２の基底部１２Ａに設けられる。なお、センサ部４０が画像処理部を備えず、把持制御部４１及びコンベア制御部４２が画像処理を行ってもよい。

コンベア制御部４２は、センサ部４０から受け取った検出信号に基づいて、対象荷物に対する移動コンベア３４の位置決め制御を行う。具体的には、コンベア制御部４２は、センサ部４０から受け取った検出信号に基づいて、把持部２１によって対象荷物を取り出すときの移動コンベア３４の位置を決定する。コンベア制御部４２は、移動コンベア３４の先端が対象荷物の下面と同じ高さになるように、第４直動機構２４を制御し、移動コンベア３４の先端が対象荷物と対向するように、第５直動機構２６を制御し、移動コンベア３４を対象荷物に近づけるように、第６直動機構２８を制御する。コンベア制御部４２は、さらに、移動コンベア３４のベルト３３の回転制御を行う。具体的には、コンベア制御部４２は、プーリを介してベルト３３に連結されたモータを制御する。

把持制御部４１は、センサ部４０から受け取った検出信号に基づいて、対象荷物に対する把持部２１の位置決め制御を行う。具体的には、把持制御部４１は、センサ部４０から受け取った検出信号に基づいて、対象荷物における把持すべき位置を決定する。そして、把持制御部４１は決定した位置に把持部２１が接触するように、第１直動機構１４、第２直動機構１６、第３直動機構１８を駆動する。また、把持制御部４１は、対象荷物を把持するために把持部２１を駆動する。さらに、把持制御部４１は、把持部２１が把持している対象荷物を移動コンベア３４に載せる際に、第３直動機構１８を駆動して把持部２１を後退させる。

照明条件のばらつきや高密度での荷物積載などの影響がある場合、外部情報収集センサ（例えば画像センサ）で対象荷物を安定して認識することができず、そのため、荷物の取り出し動作を自動化することは困難である。例えば、密に積み重ねられた荷物間の隙間を検出することは困難である。一方、荷物の上面エッジを検出することは比較的に容易である。さらに、荷物を持ち上げた際に荷物の下側に生じる大きな隙間を検出することも比較的に容易である。従って、上述した方法でボックスパレット５０から荷物を取り出す本実施形態によれば、荷物の取り出し動作を自動化することが可能である。本実施形態で説明する荷物取出方法は、本実施形態の移載装置１０に限らず、荷物を取り出す他の装置に適用することも可能である。

次に、図６Ａから図１４Ｂを参照して、移載装置１０の動作例を説明する。
図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａは、ボックスパレット５０内に積み重ねて収容されている荷物５３のうちの荷物５３−１を搬送台６０に移載する一連の動作を概略的に示す上面図である。図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂ、図１４Ｂはそれぞれ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａに示されるＢ−Ｂ′線に沿う移載装置１０の断面図である。なお、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、図１４Ａでは、中間棚５１及びその上に配置された荷物５３は省略されている。また、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂ、図１４Ｂでは、荷物５３−４及び５３−５などは省略されている。

まず、センサ部４０は、積層された荷物５３の中から対象荷物５３−１の上面エッジを検出する。図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、第１直動部１５が第１直動機構１４によって駆動され、把持部２１は、その先端の高さが対象荷物５３−１の上面エッジ部の高さと合うように上昇する。

図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、第２直動部１７が第２直動機構１６によって駆動され、把持部２１が対象荷物５３−１と対向するように左右方向に移動する。続いて、第３直動部１９が第３直動機構１８によって駆動され、把持部２１が対象荷物５３−１に向かって前進する。そして、第３直動部１９が把持部２１を対象荷物５３−１の上面エッジ部の上面と前面に押し付けるように駆動され、対象荷物５３−１が把持部２１によって把持される。このとき、対象荷物５３−１が荷崩れなどで傾いていたとしても第３直動部１９の押し付け力と弾性受動関節部２０の倣い動作により把持部２１の把持面が対象荷物５３−１の上面及び側面に沿うように動作する。このとき、把持状態は、把持部２１の把持面に設けられた近接センサ又は反射式センサの出力に基づいて検出することができる。

図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、第１直動部１５が第１直動機構１４によって駆動され、把持部２１は、対象荷物５３−１の上面エッジ部を把持した状態で上方へ移動する。対象荷物５３−１の自重と弾性受動関節部２０の弾性成分により、対象荷物５３−１の下側に隙間が空くように把持部２１により対象荷物５３−１が持ち上げられる。ただし、対象荷物５３−１の下面の一部は荷物５３−３の上面に接している状態である。これにより、把持部２１には対象荷物５３−１の全ての自重が作用せず、第１直動部１５の駆動力を抑えた状態で対象荷物５３−１が持ち上げられる。

続いて、センサ部４０は、対象荷物５３−１の下側の隙間を検出する。図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、第４直動部２５が第４直動機構２４によって駆動され、移動コンベア３４は、その先端の高さが対象荷物５３−１の下側の隙間の高さと合うように上昇する。次に、第５直動部２７が第５直動機構２６によって駆動され、移動コンベア３４が対象荷物５３−１と対向するように左右方向に移動する。続いて、第６直動部２９が第６直動機構２８によって駆動され、移動コンベア３４が対象荷物５３−１に向かって前進する。そして、第６直動部２９が移動コンベア３４の先端部及び受動回転ローラ３５が対象荷物５３−１の下側の隙間に進入するように駆動され、移動コンベア３４のベルト３３が対象荷物５３−１の下面に当接する。このとき、受動回転ローラ３５が荷物５３−３の上面に接触するが、受動回転ローラ３５の作用により受動回転ローラ３５と荷物５３−３との間に摩擦が生じることがない。荷物５３−３を破損することなく、移動コンベア３４の先端部を対象荷物５３−１の下側の隙間に挿入することができる。それにより、対象荷物５３−１とその下にある荷物５３−３との間の摩擦が軽減され、対象荷物５３−１を取り出し易くなる。このとき、挿入状態は、移動コンベア３４の先端部に設けられた接触センサ又は反射式センサの出力に基づいて検出することができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、把持部２１は、対象荷物５３−１を移動コンベア３４のベルト３３上に移動させる。このとき、ベルト３３は把持部２１と同期して駆動される。具体的には、移載装置１０は、第３直動部１９の駆動によって把持部２１を後退させながら、対象荷物５３−１が図１０Ｂの矢印によって示される搬送方向に搬送されるようにベルト３３が回転駆動される。それにより、対象荷物５３−１をベルト３３上に容易に載せることができる。さらに、把持部２１が弾性受動関節部２０を介して第３直動部１９に連結されていることから、把持部２１は、対象荷物５３−１の下面をベルト３３上に当接するように倣いながら、対象荷物５３−１を移動コンベア３４のベルト３３上に移動させることができる。なお、移載装置１０は、把持部２１を後退させることなく、ベルト３３の回転で対象荷物５３−１をベルト３３上に移動させてもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、対象荷物５３−１がベルト３３上に載った後に、把持部２１は、対象荷物５３−１がベルト３３上を流れるのを妨げないように、荷物回避姿勢に移る。すなわち、把持制御部４１は、移動コンベア３４上から把持部２１を退避させる。移動コンベア３４は、対象荷物５３−１を搬送し、対象荷物５３−１全体がベルト３３上に載った状態になった後に停止する。

図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、及び図１０Ａに示される動作を繰り返すことにより、移動コンベア３４上に複数の荷物５３を載せることができる。例えば、移載装置１０は移動コンベア３４上に載せられるだけの荷物５３を載せるように動作される。図１１Ａ及び図１１Ｂに示される例では、１つの荷物５３−１が移動コンベア３４上に載っている。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、移動コンベア３４が後退し、続いて、移動コンベア３４が搬送台６０の位置まで下降する。図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、移動コンベア３４のベルト３３が回転駆動され、それにより、対象荷物５３−１が搬送台６０に投入される。図１４Ａ及び図１４Ｂに示されるように、対象荷物５３−１は搬送台６０によって搬送される。搬送台６０は、例えば、図１４Ａの矢印Ｂで示される搬送方向に荷物５３を搬送するベルトコンベア装置である。移載装置１０が荷物を移載する先（荷下ろし場所）は、搬送台６０のような動的な台に限らず、例えばパレットや作業台などの静的な台であってもよい。

荷物５３−１を移動コンベア３４から搬送台６０に投入するときには、動いている２つのベルトに荷物５３が跨がる状態が一時的に生じる。このため、移動コンベア３４の搬送方向が搬送台６０の搬送方向と異なる場合、搬送台６０への投入時に荷物の姿勢が変化する。本実施形態では、移動コンベア３４の搬送方向は搬送台６０の搬送方向と略直交する。例えば、荷物５３が移動コンベア３４の搬送方向に整列した状態で移動コンベア３４によって搬送される場合、搬送台６０への投入後には、荷物５３は、搬送台６０の搬送方向に対して傾いた姿勢となる。搬送台６０上では荷物５３は搬送台６０の搬送方向に整列していることが望ましい。一実施形態では、把持部２１は、搬送台６０への投入時の姿勢変化を考慮して、搬送方向に対して姿勢を傾けた状態で移動コンベア３４に荷物５３を載せる。それにより、搬送台６０においてその搬送方向に荷物５３を整列することができる。

このように、移載装置１０は、把持部２１で荷物５３を移動コンベア３４へと取り出し、移動コンベア３４上に荷物５３を載せて運ぶ。これにより、荷物５３を落下させることなく、さらに、荷物５３を破損することなく、荷下ろし場所に荷物５３を移載することができる。

なお、上述した動作例は、説明のために単純化したものであり、実際の動作と異なり得る。例えば、上述の動作例では、把持部２１が対象荷物５３−１を把持するまでに、上下方向の移動、左右方向の移動及び前後方向の移動を１回ずつ行っている。実際の動作では、把持部２１が対象荷物５３−１を把持するまでに、上下方向の移動、左右方向の移動及び前後方向の移動の少なくとも１つを複数回行うことがある。

以上のように、第１の実施形態に係る移載装置では、垂直方向に、前後方向に、並びに、左右方向に移動可能な把持部と、把持部と把持部を移動させる第１移動機構との間に介在し、外力に応じて弾性的な倣い動作を行う弾性受動関節部と、垂直方向に、前後方向に、並びに、左右方向に移動可能な移動コンベアと、を備え、移動コンベア及び把持部を併用して荷物を移載する。これにより、様々な状態の荷物をハンドリングすることができ、安定して荷物を移載することができる。さらに、移動コンベアを設けることによって、アームのみを用いた従来の移載装置と比べて、装置を小型化することができる。

（第２の実施形態）
図１５から図１７を参照して、第２の実施形態について説明する。
図１５は、第２の実施形態に係る移載装置１００の詳細構造を示し、図１６及び図１７は、図１５に示される弾性受動関節部２０及び把持部２１を含む、移載装置１００の一部を拡大して示している。図１５から図１７において、図１Ｂに示した部分と同様の部分には同様の符号を付して、重ねての説明を省略する。

図１５に示される移載装置１００と図１Ｂに示される移載装置１０が大きく異なる点は、移載装置１００が把持部２１を左右方向に移動させる機構及び移動コンベア３４を左右方向に移動させる機構を備えていないことである。すなわち、移載装置１００では、把持部２１及び移動コンベア３４の各々は、垂直方向及び前後方向の２つの方向に直動することができる。

具体的には、移載装置１００は、図１５に示されるように、垂直方向及び前後方向に把持部２１を直動する第１移動機構１１３と、垂直方向及び前後方向に移動コンベア３４を直動する第２移動機構１２３と、を備える。第１移動機構１１３は、垂直方向に移動可能にベース１２に支持された第１直動部１５と、前後方向に移動可能に第１直動部１５に支持され、弾性受動関節部２０に接続された第３直動部１９と、を含む。第２移動機構１２３は、垂直方向に移動可能にベース１２に支持された第４直動部２５と、前後方向に移動可能に第４直動部２５に支持され、移動コンベア３４に接続された第６直動部２９と、を含む。

本実施形態の移動コンベア３４は、先端部の幅が狭く、後端側の部分の幅が広くなっている。具体的には、移動コンベア３４は、３つのベルト３３を備え、これらのベルト３３は、上から見た形状がＴ字形状になるように配置されている。これにより、幅の狭い荷物の下側の隙間に移動コンベア３４の先端部を挿入することが可能になる。さらに、荷物は、移動コンベア３４上に載せられた後は、幅の広い部分に移り安定して搬送される。

本実施形態の弾性受動関節部２０は、図４Ａに示した構造例に対応する差動機構を備える。本実施形態の弾性受動関節部２０では、図１６及び図１７に示されるように、弾性受動直動要素２０ｆ、２０ｉ、２０ｐは、ガススプリングである。受動回転要素２０ｇと受動回転要素２０ｈの組、受動回転要素２０ｊと受動回転要素２０ｋの組、受動回転要素２０ｎと受動回転要素２０ｏの組、及び受動回転要素２０ｑと受動回転要素２０ｒの組は、ボールジョイントである。
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図１８及び図１９を参照して第３の実施形態について説明する。第３の実施形態と第２の実施形態とで異なる点は、弾性受動関節部２０の構造である。その他の構造は第２の実施形態と第３の実施形態とで同じであるので、弾性受動関節部２０以外の要素についての説明は省略する。

第２の実施形態の弾性受動関節部２０は、外力が加わっていない状態では、把持部２１を水平状態で保持している。これに対し、図１８に示すように、第３の実施形態の弾性受動関節部２０は、外力が加わっていない状態では、把持部２１を下方に傾斜した状態で保持する。

本実施形態の弾性受動関節部２０は、図４Ａに示した構造例に対応する差動機構を備える。本実施形態の弾性受動関節部２０では、図１８及び図１９に示されるように、弾性受動直動要素２０ｆ、２０ｉ、２０ｐは、ガススプリングである。受動回転要素２０ｇと受動回転要素２０ｈの組、受動回転要素２０ｊと受動回転要素２０ｋの組、受動回転要素２０ｎと受動回転要素２０ｏの組、及び受動回転要素２０ｑと受動回転要素２０ｒの組は、ボールジョイントである。

本実施形態では、図１９に示されるように、ガススプリング２０ｉ、２０ｐが受動回転要素２０ｍより上方に配置されている。この配置により、外力が加わっていない状態では把持部２１は下方に傾斜した状態に保持される。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０…移載装置、１２…ベース、１３…第１移動機構、１４…第１直動機構、１５…第１直動部、１６…第２直動機構、１７…第２直動部、１８…第３直動機構、１９…第３直動部、２０…弾性受動関節部、２０ａ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ…弾性受動回転要素、２０ｂ、２０ｉ、２０ｐ…弾性受動直動要素、２０ｇ、２０ｈ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ、２０ｍ、２０ｎ、２０ｏ、２０ｑ、２０ｒ…受動回転要素、２１…把持部、２２…吸着パッド、２３…第２移動機構、２４…第４直動機構、２５…第４直動部、２６…第５直動機構、２７…第５直動部、２８…第６直動機構、２９…第６直動部、３０、３１、３２…プーリ、３３…ベルト、３４…移動コンベア、３５…受動回転ローラ、４０…センサ部、４１…把持制御部、４２…コンベア制御部、５０…ボックスパレット、５１…中間棚、５２…車輪、５３…荷物、６０…搬送台、１００…移載装置、１１３…第１移動機構、１２３…第２移動機構。

Claims (21)

1. 荷物を把持する把持部と、
   垂直方向及び当該垂直方向と直交する前後方向を含む少なくとも２つの方向に、前記把持部を直動する第１移動機構と、
   前記把持部と前記第１移動機構との間に介在し、外力に応じて弾性受動的な倣い動作を行う弾性受動関節部と、
   前記荷物を搬送する移動コンベアと、
   前記移動コンベアに接続され、前記少なくとも２つの方向に前記移動コンベアを直動する第２移動機構と、
   前記第１移動機構及び前記第２移動機構を支持するベースと、
   を具備する移載装置。
2. 前記第１移動機構は、
   前記垂直方向に移動可能に前記ベースに支持された第１直動部と、
   前記垂直方向及び前記前後方向と直交する左右方向に移動可能に前記第１直動部に支持された第２直動部と、
   前記前後方向に移動可能に前記第２直動部に支持され、前記弾性受動関節部が接続された第３直動部と、
   を備え、
   前記第２移動機構は、
   前記垂直方向に移動可能に前記ベースに支持された第４直動部と、
   前記左右方向に移動可能に前記第４直動部に支持された第５直動部と、
   前記前後方向に移動可能に前記第５直動部に支持され、前記移動コンベアが接続された第６直動部と、
   を備える、請求項１に記載の移載装置。
3. 前記第１移動機構は、
   前記垂直方向に移動可能に前記ベースに支持された第１直動部と、
   前記前後方向に移動可能に前記第１直動部に支持され、前記弾性受動関節部が接続された第３直動部と、
   を備え、
   前記第２移動機構は、
   前記垂直方向に移動可能に前記ベースに支持された第４直動部と、
   前記前後方向に移動可能に前記第４直動部に支持され、前記移動コンベアが接続された第６直動部と、
   を備える、請求項１に記載の移載装置。
4. 前記移動コンベアの下側に設けられた受動回転要素をさらに具備する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移載装置。
5. 前記第１移動機構は、前記荷物の下側に隙間を生じさせるために、前記把持部が前記荷物を把持した状態で前記把持部を上方に移動させ、
   前記第２移動機構は、前記移動コンベアの先端部を前記隙間に挿入するために、前記移動コンベアを移動させる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移載装置。
6. 前記移動コンベアは、前記把持部によって把持された前記荷物を当該移動コンベアに載せるために回転駆動される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の移載装置。
7. 前記把持部は、前記荷物の上面エッジ部を把持する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の移載装置。
8. 前記弾性受動関節部は、少なくとも１つの弾性受動要素を備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の移載装置。
9. 前記弾性受動関節部は、並列に配置された弾性受動直動要素を含む差動機構を備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の移載装置。
10. 前記弾性受動関節部は、前記把持部が荷物と接触しない状態では前記把持部を水平状態で保持し、前記把持部が前記荷物と接触した状態では前記荷物に倣うように変形する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の移載装置。
11. 前記弾性受動関節部は、前記把持部が荷物と接触しない状態では前記把持部を下方に傾斜した状態で保持し、前記把持部が前記荷物と接触した状態では前記荷物に倣うように変形する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の移載装置。
12. 前記荷物に対する前記移動コンベアの位置決め制御と前記移動コンベアの回転制御とを行うコンベア制御部と、
    前記荷物に対する前記把持部の位置決め制御を行う把持制御部と、をさらに具備する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の移載装置。
13. 前記荷物の上面エッジを検出して検出信号を生成する検出部をさらに具備し、
    前記把持制御部は、前記検出信号に基づいて、前記荷物を把持すべき位置を決定する、請求項１２に記載の移載装置。
14. 前記荷物の位置及び形状を検出して検出信号を生成する検出部をさらに具備し、
    前記把持制御部は、前記検出信号に基づいて、前記荷物を把持すべき位置を決定する、請求項１２に記載の移載装置。
15. 前記移動コンベアは、当該移動コンベアに載せられた前記荷物を搬送台に投入する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の移載装置。
16. 前記移動コンベアは、当該移動コンベアに複数の荷物を載せた後に、前記複数の荷物を前記搬送台に投入する、請求項１５に記載の移載装置。
17. 前記把持部は、前記移動コンベアが前記荷物を搬送する方向に対して傾けて前記荷物を前記移動コンベアに載せる、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の移載装置。
18. 前記把持部は、前記荷物を吸着により把持する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の移載装置。
19. 前記把持部は、前記荷物を粘着により把持する、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の移載装置。
20. 前記把持部は、前記移動コンベアの上方に位置する、請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の移載装置。
21. 荷物を把持する把持部と、前記把持部に接続され、外力に応じて弾性受動的な倣い動作を行う弾性受動関節部と、前記荷物を搬送する移動コンベアと、を備える装置のための荷物取出方法であって、
    前記荷物の上面エッジ部と接触するように前記把持部を移動させ、
    前記荷物の下側に隙間を生じさせるために、前記把持部が前記荷物の前記上面エッジ部を把持した状態で前記把持部を上方に移動させ、
    前記移動コンベアの先端部を前記隙間に挿入するために、前記移動コンベアを移動させ、
    前記把持部によって把持された前記荷物を前記移動コンベアに載せるために当該移動コンベアを回転駆動する、荷物取出方法。

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