JP2019209464A - 蓋閉めハンド - Google Patents

Abstract

【課題】容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドを提供すること。【解決手段】本発明は、容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドであって、ベース本体と、前記ベース本体の上面側に設けられたロボットアーム取付部と、前記ベース本体の下面側に設けられた１または複数の爪部材と、を備え、前記１または複数の爪部材は、平面視で、前記ベース本体の平面視形状の重心を取り囲むように配置されており、各爪部材の底部は、細長い押圧領域を形成していることを特徴とする蓋閉めハンドである。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットアームに取り付けられる蓋閉めハンドに関し、特には、容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドに関する。

近年、人材不足等のために、各種の生産現場に小型ロボットを導入することが検討ないし実践されている。特に、軟らかい容器（一般的には、ＯＰＳ（二軸延伸ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ、ＰＳ、紙等から製造される）を取り扱う弁当等の生産現場においても、小型ロボットの導入が検討されている。

弁当等の容器は、容器の開口部に対して蓋が被せられる態様が一般的である。蓋のタイプは、容器の開口部に内嵌式に嵌合する内嵌蓋と、容器の開口部に外嵌式に嵌合する外嵌蓋と、に大別することができる。

弁当等の容器に対して自動的に蓋を嵌合させるロボットハンドは、これまで開発されてこなかった。しかしながら、例えば弁当の内容物を容器内に充填する作業が自動化されるのであれば、その後に蓋を嵌合させる作業についても自動化が望まれると考えられる。

なお、特許文献１は、予め蓋の一辺が一体化されている容器（内容物収納部）に対して容器と蓋とを互いに閉じ合わせる蓋閉め装置を提案している。

特開平５−１３９４０６号公報

前述したように、人材不足等のため、近い将来において、弁当等の容器に対して自動的に蓋を嵌合させるロボットハンドの需要が見込まれる。

本発明は、以上の背景に鑑みて創案されたものである。本発明の目的は、容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドを提供することである。

本発明は、容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドであって、ベース本体と、前記ベース本体の上面側に設けられたロボットアーム取付部と、前記ベース本体の下面側に設けられた１または複数の爪部材と、を備え、前記１または複数の爪部材は、平面視で、前記ベース本体の平面視形状の重心を取り囲むように配置されており、各爪部材の底部は、細長い押圧領域を形成していることを特徴とする蓋閉めハンドである。

本発明によれば、１または複数の爪部材がベース本体の平面視形状の重心を取り囲むように配置されているため、容器の開口部に対して蓋をバランスよく押圧することができる。更に本発明によれば、各爪部材の底部が細長い押圧領域を形成しているため、蓋の周縁に沿って蓋を効果的に押圧することができる。

細長い押圧領域の形状は、蓋の周縁の形状に対応していることが好ましい。例えば、蓋の周縁の形状が円形であれば、細長い押圧領域の形状は、対応する径の円弧状であることが好ましい。あるいは、蓋の周縁の形状が多角形であれば、細長い押圧領域の形状は、直線状または折線状であることが好ましい。

例えば、細長い押圧領域は、幅（厚み）が３ｍｍ以下で長さが１ｃｍ以上である円弧状、直線状または折線状の押圧領域である。また、各爪部材の底面と細長い押圧領域とが完全に合致している態様に限定されず、フォークの先端のように途中に空所を有する（飛び飛びの）パターンの底面によって細長い押圧領域が形成されていてもよい。

爪部材の個数が４以上である場合には、当該４以上の爪部材は、平面視で、前記ベース本体の平面視形状の重心を取り囲む多角形の頂点に対応する位置に配置されていることが好ましい。

このように、４以上の爪部材が平面視でベース本体の平面視形状の重心を取り囲む多角形の頂点に対応する位置に配置されている場合、容器の開口部に対して蓋をより一層バランスよく押圧することができる。

更にこの場合、前記ベース本体の平面視形状の重心が、前記多角形の重心と略一致していることが好ましい。

このように、前記ベース本体の平面視形状の重心が前記多角形の重心と略一致している場合、容器の開口部に対して蓋を更に一層バランスよく押圧することができる。

また、前記ベース本体の平面視形状の重心は、前記ロボットアーム取付部の平面視の位置と略一致していることが好ましい。

このように、前記ベース本体の平面視形状の重心が前記ロボットアーム取付部の平面視の位置と略一致している場合、ロボットアームによる制御性が良く、容器の開口部に対して蓋をより一層バランスよく押圧することができる。

また、前記ベース本体は、薄板部材から構成されており、前記ロボットアーム取付部は、前記ベース本体の上面側に立設されたフレーム部材を介して取り付けられていることが好ましい。

これによれば、蓋閉めハンドの材料コストを削減できることに加えて、蓋閉めハンドの重量を低減できるため、ロボットアームによる制御性が良い。

また、蓋を解放可能に吸着する吸着機構を更に備えることが好ましい。

これによれば、蓋閉めハンドの吸着機構が蓋を吸着した状態で当該蓋閉めハンドを容器の開口部に対して位置決めし、当該開口部に対する所望の位置において蓋を解放することにより、当該開口部に対する蓋の押圧作業に先行する工程を自動化することができる。

もっとも、蓋閉めハンドが蓋を吸着して移動する代わりに、容器の開口部上に予め蓋を軽く載せて（被せて）おくという態様が採用されてもよい。この場合には、容器と蓋とが完全に分離可能であるタイプに限定されず、一部領域において容器と蓋とが結合されていてもよい。

また、各爪部材は、前記ベース本体に対して位置調整可能であることが好ましい。

これによれば、容器及び／または蓋の軽微な仕様変更等に対して、同一の蓋閉めハンドによって柔軟に対応することが可能である。

例えば、ベース本体に各爪部材に対応する長孔が形成され、各爪部材は当該長孔を貫通するボルトによってベース本体に固定され得る。この場合、当該長孔に対する当該ボルトの相対位置を変更することによって、結果的にベース本体に対する各爪部材の位置を変更することができる。

本発明によれば、１または複数の爪部材がベース本体の平面視形状の重心を取り囲むように配置されているため、容器の開口部に対して蓋をバランスよく押圧することができる。更に本発明によれば、各爪部材の底部が細長い押圧領域を形成しているため、蓋の周縁に沿って蓋を効果的に押圧することができる。

本発明の一実施形態に係る蓋閉めハンドを上方から見た斜視図である。 本実施形態に係る蓋閉めハンドを下方から見た斜視図である。 本実施形態に係る蓋閉めハンドが用いる内嵌蓋の平面図である。 本実施形態に係る蓋閉めハンドの平面図である。 蓋を吸着した状態における、図４のＡ−Ａ線断面図である。 蓋を吸着した状態における、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 容器の開口部に対する押圧状態における、図６に対応する図である。 容器の開口部に対する押圧状態における、図４のＣ−Ｃ線断面に対応する図である。 爪部材の配置の変形例について示す図である。 ベース本体の平面視形状の変形例について示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓋閉めハンド１を上方から見た斜視図であり、図２は、当該蓋閉めハンド１を下方から見た斜視図である。また、図３は、当該蓋閉めハンド１が用いる内嵌蓋７０の平面図であり、図４は、当該蓋閉めハンド１の平面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の蓋閉めハンド１は、容器８０（図７参照）の平面視円形の開口部に内嵌式に嵌合する平面視略円形の内嵌蓋７０（図３参照）用に設計されており、平面視略円形のベース本体１０を備えている。

具体的には、ベース本体１０は、全体的に厚さ４ｍｍの薄板部材からなり、内径１３ｃｍ、外径１７ｃｍの円環状部１０ａと、当該円環状部１０ａの直径方向に渡された幅１．２ｃｍの補強梁部１０ｂと、を有している。ベース本体１０は、樹脂製であっても金属製であってもよい。

ベース本体１０の上面側には、コ字状の２組のフレーム部材２１、２２が所定の間隔（例えば４ｃｍ）を空けて所定の高さ（例えば５．５ｃｍ）に補強梁部１０ｂと平行に立設されており、それらの更に上面側に矩形取付板２３（例えば６ｃｍ×４ｃｍ、高さ０．４ｃｍ）が設置されている。そして、当該矩形取付板２３の上面に、円環状のロボットアーム取付部２４（例えば、内径３ｃｍ、高さ０．８ｃｍ）が設けられている。フレーム部材２１、２２、矩形取付板２３及びロボットアーム取付部２４についても、樹脂製であっても金属製であってもよい。

図１及び図４から明らかなように、本実施形態では、ベース本体１０の平面視形状の重心（すなわち、円環状部１０ａの中心）は、ロボットアーム取付部２４の平面視の位置と一致している。

一方、ベース本体１０の下面側には、６個の爪部材３１〜３６が互いに適宜の間隔を空けて取り付けられている。具体的には、６個の爪部材３１〜３６は、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心（円環状部１０ａの中心）を取り囲むように配置されている（図９（ａ）参照）。

より具体的には、本実施形態の６個の爪部材３１〜３６は、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲む六角形の頂点に対応する位置に配置されており、ベース本体１０の平面視形状の重心は、当該六角形の重心と一致している（図９（ａ）参照）。

また、図２に示すように、各爪部材３１〜３６の底部は、細長い押圧領域を形成している。各押圧領域の形状は、内嵌蓋７０の周縁の被押圧溝部７１（図５参照）の形状に対応しており、この場合、被押圧溝部７１の形状が内径１５．１ｃｍ、外形１５．６ｃｍの円環状であるため、細長い押圧領域の形状は、対応する径（内径１５．１ｃｍ、外形１５．５ｃｍ：すなわち、幅（厚み）４ｍｍ）の円弧状となっている。

更に、本実施形態では、６個の爪部材３１〜３６の形状は共通で、円弧方向の長さ３ｃｍ、高さ３．２ｃｍ、となっている。

また、本実施形態では、６個の爪部材３１〜３６の各々がベース部材１０の円環状部１０ａの径方向にスライド移動できるように、円環状部１０ａの対応する各位置に、平行な２本の長孔の組１１〜１６が形成されている。

各爪部材３１〜３６は、対応する各長孔１１〜１６を貫通するボルト４１〜４６を介してベース本体１０に固定されている。これにより、当該長孔１１〜１６に対する当該ボルト４１〜４６の相対位置を変更することによって、ベース本体１０の円環状部１０ａに対する各爪部材３１〜３６の位置を当該円環状部１０ａの径方向に調整できるようになっている。

また、本実施形態では、ベース本体１０の上面側に、コ字状の更なるフレーム部材５１が、所定の高さ（例えば１．５ｃｍ）に補強梁部１０ｂと垂直に立設されており、当該フレーム部材５１に一対の真空吸着パッド５２、５３（例えばパッド径１２．５ｍｍ）が設置されている。一対の真空吸着パッド５２、５３は、不図示の真空引き装置に接続されることで、内嵌蓋７０を解放可能に吸着する吸着機構として機能するようになっている（例えば吸着力１．２Ｎ）。

次に、以上のように構成された蓋閉めハンド１の作用について説明する。

図５は、内嵌蓋７０を吸着した状態における図４のＡ−Ａ線断面図であり、図６は、内嵌蓋７０を吸着した状態における図４のＢ−Ｂ線断面図である。また、図７は、容器８０の開口部に対する押圧状態における図６に対応する図であり、図８は、容器８０の開口部に対する押圧状態における図４のＣ−Ｃ線断面に対応する図である。

本実施形態の蓋閉めハンド１は、図５乃至図７に示すように、ロボットアーム取付部２４がロボットアーム６０（例えば川崎重工業株式会社製のｄｕＡｒｏ）に取り付けられて利用される。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１は、容器８０とは完全に別体である内嵌蓋７０を利用する。内嵌蓋７０は、ＯＰＳ（二軸延伸ポリスチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）からなる弁当容器用の薄肉（例えば厚み０．２ｍｍ）の蓋であって、ロボットアーム６０の近傍に積層された状態でセットされる。一般に、薄肉の内嵌蓋７０には、積層された状態で互いに張り付いてしまうことを防止するべく、重なり防止突起が設けられている。

弁当用の容器８０の材料も、一般には、ＯＰＳ（二軸延伸ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ、ＰＳ、紙等である。もっとも、少なくとも本件出願の時点では、内嵌蓋７０及び／または容器８０の材料及び／または用途は、特に限定されない。

容器８０は、開口部が上向きの姿勢で、例えばベルトコンベヤ上を適宜の間隔を空けて順次に搬送されてくる。ロボットアーム６０は、例えば不図示のセンサまたは画像処理システム等を介して各容器８０の搬送状態を把握し、所定の制御プログラムを実行することによって、各容器８０の移動タイミングと同期するように蓋閉めハンド１を移動させ、各容器８０の搬送を中断することなく各容器８０の開口部に内嵌蓋７０を嵌合させていく。

具体的には、まず、積層された内嵌蓋７０の位置にまで蓋閉めハンド１を移動させ、不図示の真空引き装置を作動させることによって、一対の真空吸着パッド５２、５３によって内嵌蓋７０の平面部７２を吸着する（図５参照）。

この吸着の過程で、６個の爪部材３１〜３６の底部の細長い押圧領域は、内嵌蓋７０の被押圧溝部７１に当接する（図６参照）。そして、内嵌蓋７０の平面部７２に僅かな撓み変形が生じることによって、当該平面部７２が真空吸着パッド５２、５３によって吸着される。

その後、各容器８０の移動タイミングと同期するように、各容器８０の開口部に対する所望の位置にまで蓋閉めハンド１（すなわち内嵌蓋７０）が移動される。そして、不図示の真空引き装置の作動が中断され、内嵌蓋７０の平面部７２の撓みが解放され、内嵌蓋７０の平面部７２は真空吸着パッド５２、５３から離れる。

そして、ロボットアーム６０が更に下降することによって、６個の爪部材３１〜３６が容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０を押圧していく（図７参照）。この時、真空吸着パッド５２、５３は内嵌蓋７０の平面部７２から既に離れているため、真空吸着パッド５２、５３が内嵌蓋７０の平面部７２を不所望に変形させることはない。（真空吸着パッド５２、５３と内嵌蓋７０の平面部７２との干渉回避は、本実施形態では内嵌蓋７０の平面部７２の撓みの解放によって達成されるが、撓み難い材料からなる蓋の場合には、真空吸着パッド５２、５３を蓋に対して出没させる機構を併用することが好ましい。）

更に、本実施形態においては、６個の爪部材３１〜３６が容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０を押圧していく際に、図８に示すように、爪部材３２、３５の上方内側部に設けられた内方側隆起部３２ｐ、３５ｐが、内嵌蓋７０の上面の一部に設けられた隆起部７３を押圧していく。

所定のストロークだけロボットアーム６０が下降した後（すなわち、所定のストロークだけ６個の爪部材３１〜３６が容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０を押圧した後）、ロボットアーム６０が上昇すると、内嵌蓋７０は容器８０の開口部に対して嵌合された状態に留まり、すなわち、容器８０の開口部が蓋閉めされた状態となる。

以上の工程を連続的に繰り返し実施することによって、各容器８０の搬送を中断することなく、各容器８０の開口部に内嵌蓋７０を連続的に嵌合させていくことができる。

以上のような本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、６個の爪部材３１〜３６がベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲むように配置されているため、容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をバランスよく押圧することができる。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、各爪部材３１〜３６の底部が、内嵌蓋７０の周縁の円環状の被押圧溝部７１（図５参照）に対応して、細長い円弧状の押圧領域を形成している。これにより、内嵌蓋７０の周縁の被押圧溝部７１に沿って内嵌蓋７０を効果的に押圧することができる。特に、各押圧領域について、幅（厚み）が３ｍｍ以下で長さが１ｃｍ以上であることにより、内嵌蓋７０をより一層効果的に押圧することができる。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、６個の爪部材３１〜３６が、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲む六角形の頂点に対応する位置に配置されているため、容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をより一層バランスよく押圧することができる（図９（ａ）参照）。

特に、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、ベース本体１０の平面視形状の重心が、当該六角形の重心と一致していることにより、容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０を更に一層バランスよく押圧することができる。

更に、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、ベース本体１０の平面視形状の重心は、ロボットアーム取付部２４の平面視の位置と一致していることにより、ロボットアーム６０による制御性が良く、容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をより一層バランスよく押圧することができる。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、ベース本体１０は、全体的に薄板部材から構成され、ロボットアーム取付部２４は、ベース本体１０の上面側に立設されたフレーム部材２１、２２を介して取り付けられている。これにより、蓋閉めハンド１の材料コストを削減できることに加えて、蓋閉めハンド１の重量を低減できるため、ロボットアーム６０による制御性が良い。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、内嵌蓋７０を解放可能に吸着する吸着機構としての真空吸着パッド５２、５３が設けられている。これにより、蓋閉めハンド１の真空吸着パッド５２、５３が内嵌蓋７０を吸着した状態で当該蓋閉めハンド１を容器８０の開口部に対して位置決めし、当該開口部に対する所望の位置において内嵌蓋７０を解放することにより、当該開口部に対する内嵌蓋７０の押圧作業に先行する工程を自動化することができる。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、各爪部材３１〜３６は、ベース本体１０に対して位置調整可能となっている。これにより、容器８０及び／または内嵌蓋７０の軽微な仕様変更等に対して、同一の蓋閉めハンド１によって柔軟に対応することが可能である。

また、本実施形態の蓋閉めハンド１によれば、６個の爪部材３１〜３６が容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０を押圧していく際に、爪部材３２、３５の上方内側部に設けられた内方側隆起部３２ｐ、３５ｐが内嵌蓋７０の上面の一部に設けられた隆起部７３を押圧していくことによって（図８参照）、容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をより確実に嵌合させることができる。

以上に説明した実施形態において、ベース本体１０に対する爪部材の配置は、例えば図９に示すように変更することが可能である。図９（ａ）が、前述の６個の爪部材３１〜３６の配置例を示している。

図９（ｂ）は、爪部材３１、３２を一体化し、爪部材３４、３５を一体化して、全体として爪部材の数を４個とした配置例を示している。図９（ｂ）の配置例であっても、４個の爪部材が、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲む四角形の頂点に対応する位置に配置されていると評価でき、やはり容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をバランスよく押圧することができる。爪部材の一体化については、爪部材の全体を一体化する代わりに、爪部材の底部領域のみを一体化してもよいし、爪部材の底部同士を互いに橋渡しするような別部材を接合等してもよい。

図９（ｃ）は、爪部材３１、３２、３３を一体化し、爪部材３４、３５、３６を一体化して、全体として爪部材の数を２個とした配置例を示している。図９（ｂ）の配置例であっても、２個の爪部材が、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲むように配置されていると評価でき、やはり容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をバランスよく押圧することができる。この場合についても、爪部材の一体化については、爪部材の全体を一体化する代わりに、爪部材の底部領域のみを一体化してもよいし、爪部材の底部同士を互いに橋渡しするような別部材を接合等してもよい。

図９（ｄ）は、爪部材３１〜３６を一体化した配置例を示している。図９（ｄ）の配置例であっても、１個の爪部材が、平面視で、ベース本体１０の平面視形状の重心を取り囲むように配置されていると評価でき、やはり容器８０の開口部に対して内嵌蓋７０をバランスよく押圧することができる。この場合についても、爪部材の一体化については、爪部材の全体を一体化する代わりに、爪部材の底部領域のみを一体化してもよいし、爪部材の底部同士を互いに橋渡しするような別部材を接合等してもよい。

なお、ベース本体１０の平面視形状は、用いる蓋の形状に対応するように設計ないし製造されることが好ましい。例えば、八角形状の内嵌蓋を用いる場合には、図１０に示すように、ベース本体１０の平面視形状も八角形状に設計ないし製造されることが好ましい。そして、八角形状の内嵌蓋を押圧する場合、各辺の押圧を担う直線状の底部を有する８個の爪部材を用いることが好ましい（図１０（ａ）の破線）。あるいは、隣接する２辺分の押圧を担う折線状の底部を有する４個の爪部材を用いることが好ましい（図１０（ｂ）の破線）。

以上の各実施形態の説明は、主に内嵌蓋を対象としてなされているが、容器のタイプによっては、外嵌蓋を用いる場合にも適用可能である。

１ 蓋閉めハンド
１０ ベース本体
１０ａ 円環状部
１０ｂ 補強梁部
１１〜１６ 長孔
２１、２２ フレーム部材
２３ 矩形取付板
２４ ロボットアーム取付部
３１〜３６ 爪部材
３２ｐ、３５ｐ 内方側隆起部
４１〜４６ ボルト部材
５１ フレーム部材
５２、５３ 真空吸着パッド
６０ ロボットアーム
７０ 内嵌蓋
７１ 被押圧溝部
７２ 平面部
７３ 隆起部
８０ 容器

Claims (8)

1. 容器の開口部に嵌合する蓋用の蓋閉めハンドであって、
   ベース本体と、
   前記ベース本体の上面側に設けられたロボットアーム取付部と、
   前記ベース本体の下面側に設けられた１または複数の爪部材と、
   を備え、
   前記１または複数の爪部材は、平面視で、前記ベース本体の平面視形状の重心を取り囲むように配置されており、
   各爪部材の底部は、細長い押圧領域を形成している
   ことを特徴とする蓋閉めハンド。
2. 各爪部材の底部は、幅が３ｍｍ以下、長さが１ｃｍ以上、である細長い押圧領域を形成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓋閉めハンド。
3. 前記爪部材の個数は、４以上であり、
   前記４以上の爪部材は、平面視で、前記ベース本体の平面視形状の重心を取り囲む多角形の頂点に対応する位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓋閉めハンド。
4. 前記ベース本体の平面視形状の重心は、前記多角形の重心と略一致している
   ことを特徴とする請求項３に記載の蓋閉めハンド。
5. 前記ベース本体の平面視形状の重心は、前記ロボットアーム取付部の平面視の位置と略一致している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蓋閉めハンド。
6. 前記ベース本体は、薄板部材から構成されており、
   前記ロボットアーム取付部は、前記ベース本体の上面側に立設されたフレーム部材を介して取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蓋閉めハンド。
7. 蓋を解放可能に吸着する吸着機構
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の蓋閉めハンド。
8. 各爪部材は、前記ベース本体に対して位置調整可能である
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蓋閉めハンド。

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