JP2019217618A - ボトルハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置自体には動力源がなくても、ロボットアームの先端に組付けたボトルハンドリング手段が狭いケースに整列したボトルを中から、１本ずつ取り出すことを可能にする。
【解決手段】 スカラロボット等のロボットアームの先端に組付けるボトルハンドリング手段が、ボトルネックを把持する姿勢のまま、ボトルキャップ側から一定高さまで押し込むことで、ボトルを把持し、持ち上げ移動後、再度一定の高さまで押し込むと把持状態が解除される。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体を収めたペットボトルやガラスボトル等を複数本収めたケースから、１本ずつボトルを取り出す装置に関する。

ペットボトルなどの液体を入れた容器を、複数個纏めたケースの中から１本ずつ取り出すような装置はなかった。

特願平７−３２２１４２

この考案は、ボトルの箱詰め作業の高速化を図るために考案されたものである。３本のハンドリング爪をカム及びシリンダの動力で、ボトルのネック部を掴み直立後、シリンダの動力で、外す構造をとっている。

解決しようとする問題点は、シリンダの動力源がなければ、駆動できない点と、収納ケース内からボトルを取り出す点であり、装置自体には動力源がなくても、１本ずつ取り出すことを可能にする。

本発明は、少なくともスカラロボット等のロボットのアームの先端に組付けるボトルハンドリング手段を、ボトルネックを把持するコンパクトな姿勢のまま、周りのボトルに触れずに、所望のボトルのボトルキャップ側から一定高さまで押し込むことで、所望のボトルを把持し、持ち上げ移動後、再度一定の高さまで押し込むと、把持状態が解除されるようにすることを最も主な特徴とする。

この構成により、今まで、人手に頼っていた、ケースからのボトルの取り出し作業がロボットのアームの先端に組付けたこの装置により可能となる。

は本発明で、後述するアームが閉じた状態の中央断面図である。（実施例１） は本発明で、後述するアームが開いた状態の中央断面図である。 は本発明で、後述するアーム先端を斜め下から見上げた詳細図である。 は本発明で、ボトルを捉えた状態の図である。 は本発明で、後述するアームが開いた状態を上から見下ろした斜視図である。 は本発明で、後述するアームが開いた状態のアーム先端部を改良した斜視図である。 は本発明で、後述するアームが閉じた状態のアーム先端部を改良した斜視図である。 は本発明で、後述するアーム先端部を改良した詳細図である。 は他の実施例の、後述するアームが開いた状態の中央断面図である。（実施例２） は他の実施例の、後述するアームが開いた状態の中央断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の中央断面図であり、後述するアームが閉じた状態である。１はシリンダベース、１１は図示しないロボットのアームに固定する連結部、１１１はアダプタ１１に固定されたフォトインタラプタ、１２はアームベース、１２４は揺動支点、１３はラッチカバー、２はロッド、２１はラッチバネ、２２はラッチ機構（移動可能なスライドする部材に一方向の力を加えて、一定以上の距離を移動すると、その力を解除してもスライドする部材は一定の位置を保持し、再び同方向の力を更に加えた後にその力を解除すると、最初の位置まで移動後、その位置を保持する機構）、２３は契合ピン、２４はラッチノブ、３はカムフロアー、３４はカムピン、４はアーム、４１は爪、５はアームバネで、これらから構成される。

シリンダベース１と連結部１１と、アームベース１２は一体である。フォトインタラプタ１１１はロッド２の先端の突起の位置により、後述するアームの開閉状態を検知する検出器である。ラッチカバー１３はラッチ機構２２をシリンダベース１に固定するカバーである。

ロッド２はシリンダベース１の中にあり、ラッチ機構２２とラッチバネ２１に押されて上下に移動可能である。ラッチ機構２２はラッチノブ２４が上下に移動して一定のストローク移動することで、２つの位置（後述するカムベースが上がった上の位置とカムベースが下がった下の位置）を保持する機構である（ノック式ボールペンのラッチ機構を逆さまにした構造）。ラッチバネ２１はラッチ機構を構成する。図１が上の位置の状態であり、図２が下の位置の状態である。

一方、カムベース３はシリンダベース１の外円筒部を上下に摺動可能で、かつ、シリンダベース１の外円筒部に設けた、ラッチ機構２２で生じるストローク以上の長穴を介して、ロッド２と契合ピン２３で連結されている。そのため、ロッド２に連動して上下動する。

アーム４はシリンダベース１を中心にして４つ有り、アームベース１２に揺動支点１２４を介して揺動可能に支持されている。カムピン３４はアーム４の一端に回転自在に軸支されている。

図３で下方から見た詳細図のように、爪４１は半円筒形状の弾性体から出来ており、アーム４の一端部から斜め上に向かって、外円筒凸部が下になるように組付けられている。アーム４の爪４１の受け面は爪４１とほぼ同じ半円筒をしており、爪４１に掛るボトルの荷重で折れ曲がりにくくしている。一方、アーム４が閉じた状態であっても、このような形状であるため、下側からボトルキャップ６２が爪４１に押し当たって来た場合でも、軽い力で曲がり、４つの爪４１で形成される開口部をボトルキャップ６２は無理なく通過できる。アームバネ５はリング状のゴムであり、４つのアーム４の揺動支点１２４より上に掛っており、アームバネ５の収縮力により、アーム４の爪４１側を開く方向に力が作用している。

図１で、カムベース３が上の位置にあり、カムピン３４はアームバネ５の収縮力により、カムベース３の縦面に当接している。この状態で、アーム４は揺動支点１２４のほぼ真下に垂直になり、４つの爪４１で形成される開口部は後述するボトルのネックより若干小径に閉じた状態になる。この位置では、ロッド２の上端部がフォトインタラプタ１１１の光を遮るので、上の位置（アーム４が閉状態）にあることが、電気信号として検知される。

図２はカムベース３が下の位置にあり、カムピン３４はアームバネ５の収縮力により、４つのアーム４が揺動支点１２４で揺動して、カムベース３の斜面に当接し、４つの爪４１で形成される開口部は後述するボトルのネック径より十分開いた状態になる。この位置では、ロッド２の上端部がフォトインタラプタ１１１の光を遮らないので、下の位置（アーム４が開状態）にあることが、電気信号として検知される。アーム４の開閉状態を検知した信号は、図示しないロボットの制御装置に送られ、その信号を基にロボットアームの動きをコントロールする。

次に図４で動作を説明する。この図では手前のアーム４と爪４１を省略している。６はボトル、６１はボトルキャップ、６２はボトルネックである。図２の状態の４つの爪４１で形成される開口部より小径の図示しないダミーのボトルとしてのロッドが作業の邪魔にならない位置に垂直に立っており、そのロッドの先端の真上から、図示しないロボットアームが、図２の状態の装置を一定高さまで降下することで、装置のセンターのラッチノブ２４を押し上げる。すると図２のアーム４が閉じたコンパクトな状態（図１）になる。そのため、ボトルの密集したケース内に周囲のボトルに接することなく挿入できるようになる。

その状態のまま、ケース内の所望のボトル６の真上まで移動し、降下する。キャップ６１は４つの爪４１を押し広げながら通過し、４つの爪４１の先端がボトルネック６２に掛るまで、かつ、ラッチノブ２４が下の位置に反転移動しない高さまで降下させる。次に、アームを上昇させると、ボトルネック６２部は４つの爪４１に引っ掛かって、ケースよりボトルを１本取り出すことができる。その後別の場所へ移動後、こんどはラッチノブ２４とボトルキャップ６１が当接し、ラッチ機構が反転するまでロボットアームを降下させることで、図２の状態になり、ボトルネック６２と爪４１の契合が外れる。図５は図２の状態を斜め上から見た装置の全体図である。

図６、図７、図８は上記実施例の改良版の説明である。同じ図番は同じ部品を示す。２４１はボトルキャップ受けであり、受け面を広くして、色々なボトルにより対応しやすくするために追加した。図８では ４１１が爪受けアーム、４１２は固定ネジで、アーム４から伸びる爪受けアーム４１１の止め位置を変えて、揺動支点１２４から爪４１の長さを変え、固定ネジ４１２で固定することが出来る。４１３はねじりバネ、４１４はストッパネジ、４１５は固定ナット、４１６は爪受け、４１７は揺動軸である。

爪４１は爪受け４１６に図示しないネジで４１６からの飛び出し量を調整して固定出来る。爪受け４１６は揺動軸４１７を支点にして揺動自在に保持され、ねじりバネ４１３でアーム４に対し、爪４１が開くように付勢されている。爪受け４１６の爪４１の反対側にストッパネジ４１４の先端が当たることで、アーム４と爪４１の開き角度が規制される。爪受け４１６との当たり位置を調整後、固定ナット４１５で固定する。各４本のアーム４の先端部は同じ構造にしてある。

爪４１の剛性を上げても、ねじりバネ４１３を追加したことで、重いボトルの場合であっても、アーム４が閉じた状態で、ボトルを押し込む時、軽く爪受け４１６が揺動して爪４１が変形しなくても、逃がすことが出来る。
ボトルキャップ受けと、アーム４の長さ調整と、爪４１の角度の調整と、爪の長さの調整と爪の揺動機構を追加したことで、いろいろなボトルのサイズやボトル形状や重さにも対応できるようになった。

図９、図１０は実施例２の、中央断面図である。この実施例では実施例１と基本構成は同じであるが、違いを以下に述べる。アーム４の揺動中心１２４はカムベース３の端部に在り、アーム４はロッド２と一緒に移動する。また、アームバネ５は揺動中心１２４より上部に位置していて、アームバネ５の収縮力で、常にアーム４は開こうとしている。アーム４が上の位置に移動する時、アーム４の側面はアームベース１２の枠内面に当接しながら上がる為、アームベース１２の枠内面に規制され、閉じる。つまり、アームベース２の枠の開口部とアーム４の上下の相対位置に対し、アーム４の開閉がコントロールされる。

このように、ラッチ機構２２により、ボトルネック６２を保持する爪４１を持った複数のアーム４が開閉することで、ケースからのボトルの取り出し作業は可能となる。

実施例では爪４１の付いた開閉部であるアーム４は４つで構成しているが、２つや３つで構成しても良い。また、アーム４と爪４１は別体であったが、上記の機能を持てば、一体で有っても良い。アームの揺動支点も実施例では穴とピンの組合せであるが、支持部（カムベース）と被回転部（アーム）をＰＰやナイロン等で構成した場合、薄い膜状で繋がれば、揺動支点としての機能をもつので、一体化することで、部品削減が可能となる。

実施例では位置検知手段はロッドの先端部がフォトインタラプタの光を遮ることで、間接的にアームの開閉状態を検知したが、揺動するアームの一部でフォトインタラプタの光を遮る位置にフォトインタラプタを配置して、直接的にアームの開閉状態を検知しても良い。

また、ロッドの位置検知手段は、コンピュータで用いるレーザーマウスの移動量検知機構でロッドの先端の移動量を検知すれば、間接的にラッチ機構の位置や動きが正確に検知できるのでその検知結果を元に、アームが閉じた状態で、ボトルを掴む動作やアームの開閉動作が正確にできるようになる。

以上のように構成することで、ケース内に詰め込まれたボトルを１本ずつ、本発明の装置を取り付けたロボットアームにより、取り出すことが可能となる。

１ シリンダベース
１１ 連結部
１１１ フォトインタラプタ
１２ アームベース
１２４ 揺動支点
２ ロッド
２１ ラッチバネ
２２ ラッチ機構
２３ 契合ピン
２４ ラッチノブ
３ カムベース
３４ カムコロ
４ アーム
４１ 爪
５ アームバネ

Claims (4)

1. 少なくとも、ラッチ機構と、該ラッチ機構により開閉するアームと、該アーム先端に組付けられた爪からなることを特徴とするボトルハンドリング装置。
2. 少なくとも、ラッチ機構と、該ラッチ機構により駆動されるカムベースとカムコロからなるカム機構と、該カム機構により開閉する複数のアームと、該アーム先端に組付けられた爪からなることを特徴とするボトルハンドリング装置。
3. 請求項１及び請求項２の爪は半円筒形状の弾性体からなることを特徴とするボトルハンドリング装置。
4. 請求項１及び請求項２の該アームの開閉状態又は移動量を直接的又は間接的に検知する検知手段を有することを特徴とするボトルハンドリング装置。

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