JP2020104242A - エンドエフェクタ及びそれが装着されたロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを用いて段ボール箱を開梱する際に内容物の自重落下を促進することによって段ボール箱から内容物を容易に取り出すことが可能なエンドエフェクタ及びそれが装着されたロボットを提供する。【解決手段】エンドエフェクタ１０は、ロボットアームの先端部に装着され、側壁の一端に設けられた１以上のフラップが相互に又は側壁に止められて一方の端壁を構成している段ボール箱３３を開梱するためのエンドエフェクタ１０であって、ロボットアームの先端部に装着される本体部１２と、本体部１２に設けられ、段ボール箱３３の一方の端壁以外の部分を保持することによって当該段ボール箱３３を保持する箱保持部１８，１３Ａ，１３Ｂと、本体部１２に設けられ、段ボール箱３３の一方の端壁以外の壁に貫通孔を開ける穿孔部１６Ａ，１６Ｂ，１９と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンドエフェクタ及びそれが装着されたロボットに関する。

従来、ロボットを用いて梱包物を開梱する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載された開梱装置では、内容物が詰められて封止された段ボール箱を倒立させて底蓋に切れ目を入れ、当該倒立した段ボール箱を双腕ロボットで把持して正立させることによって内容物を自重落下させ、それにより、段ボール箱から内容物が取り出される。

特開２０１３−１００１１８号公開特許公報

しかしながら、上記従来技術のように、単に内容物を自重落下させるだけでは、内容物が箱から出て来ない場合がある。例えば、ナッツが詰まったビニール袋が段ボール箱に押し込まれて梱包されている場合が該当する。これは、途中までずり落ちたビニール袋と上蓋との隙間に生じる負圧、ビニール袋と段ボール箱との間に生じる摩擦力等によって内容物の自重落下が阻害されることが原因であると考えられる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ロボットを用いて段ボール箱を開梱する際に内容物の自重落下を促進することによって段ボール箱から内容物を容易に取り出すことが可能なエンドエフェクタ及びそれが装着されたロボットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係るエンドエフェクタは、ロボットアームの先端部に装着され、側壁の一端に設けられた１以上のフラップが相互に又は前記側壁に止められて一方の端壁を構成している段ボール箱を開梱するためのエンドエフェクタであって、前記ロボットアームの先端部に装着される本体部と、前記本体部に設けられ、前記段ボール箱の前記一方の端壁以外の部分を保持することによって当該段ボール箱を保持する箱保持部と、前記本体部に設けられ、前記段ボール箱の前記一方の端壁以外の壁に貫通孔を開ける穿孔部と、を備える。ここで、「端壁」とは、蓋壁（天壁）及び底壁を意味する。

この構成によれば、エンドエフェクタが本体部を介してロボットアームの先端部に装着される。その後、段ボール箱が、例えば、以下のようにして開梱される。すなわち、ロボットアームが、段ボール箱を、エンドエフェクタの箱保持部で保持する。この時、穿孔部によって段ボール箱の一方の端壁以外の壁に貫通孔を開ける。次いで、ロボットアームが、段ボール箱の一方の端壁を、適宜な固定されたカッターに当該段ボール箱を移動させなら押し付けることによって、段ボール箱の一方の端壁のフラップに、当該フラップが開くように切れ目を入れ、次いで、一方の端壁が下方を向くように段ボール箱を回転させる。これにより、段ボール箱の内容物が自重で落下し始める。ここで、途中までずり落ちた内容物と他方の端壁との間に隙間が生じても、一方の端壁以外の壁に貫通孔が開いているので、貫通孔から段ボール箱の外部の空気又は加圧空気源からの加圧空気が段ボール箱の内部に供給されることによって当該隙間が負圧になることが抑制され、内容物の自重落下が促進される。よって、段ボール箱から内容物を容易に取り出すことが可能になる。

前記箱保持部が、前記段ボール箱の他方の端壁を保持する端壁保持部と、前記段ボール箱の互いに対向する一対の側壁を保持する一対の側壁保持部と、を備え、前記穿孔部が、前記段ボール箱の他方の端壁及び又は側壁に貫通孔を開けるよう構成されていてもよい。ここで、「他方の端壁及び又は側壁」は、他方の端壁及び側壁の双方の場合と、他方の端壁のみの場合と、側壁のみの場合と、を含む。

この構成によれば、パレット上に複数の段ボール箱が段積されている場合、エンドエフェクタが本体部を介してロボットアームの先端部に装着された後、例えば、ロボットアームが、パレット上に段積されている複数の段ボール箱の１つを、エンドエフェクタの端壁保持部で段ボール箱の他方の端壁を保持することによって持ち上げ、段ボール箱が一対の側壁保持部が保持動作を行うことが可能な高さになったらエンドエフェクタの一対の側壁保持部で段ボール箱の一対の側壁を保持することができる。よって、パレット上に複数の段ボール箱が段積されている場合に、段ボール箱から内容物を容易に取り出すことができる。

前記端壁保持部が、前記段ボール箱の他方の端壁を吸着する吸着部であってもよい。

この構成によれば、簡単な構成で段ボール箱の他方の端壁を保持することができる。

前記一対の側壁保持部が、爪及び又は摩擦部材をそれぞれ有する一対の揺動部材を備え、前記一対の揺動部材は、前記本体部が前記段ボール箱の上方に位置した場合において、それぞれ、前記本体部の前記一対の側壁の上方に位置する部位を中心に揺動して前記一対の側壁に前記爪を食い込ませ及び又は前記摩擦部材を押し付け、それによって当該段ボール箱を把持するように構成されていてもよい。ここで、「爪及び又は摩擦部材を有する」は、爪及び摩擦部材の双方を有する場合と、爪のみを有する場合と、は摩擦部材のみを有する場合と、を含む。また、「前記爪を食い込ませ及び又は前記摩擦部材を押し付け」は、前記爪を食い込ませ且つ前記摩擦部材を押し付ける場合と、前記爪を食い込ませるのみの場合と、前記摩擦部材を押し付けるのみの場合と、を含む。

この構成によれば、一対の揺動部材を揺動させることによって一対の側壁を把持することができるので、簡単な構成で側壁を強く保持することができる。

前記穿孔部が、少なくとも加圧空気を吐出するノズルと、前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁又は側壁を貫通する動作位置と前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁又は側壁から離隔する待機位置との間で前記ノズルを移動させるノズル移動機構と、を備えてもよい。

この構成によれば、ノズル移動機構によってノズルを、適切に、段ボール箱の他方の端壁又は側壁に貫通させることができる。さらに、一方の端壁が下方を向くように段ボール箱を回転させて段ボール箱の内容物が自重で落下し始め、途中までずり落ちた内容物と他方の端壁との間に隙間が生じた場合、ノズルから加圧空気を吐出させることによって内容物の自重落下が促進される。よって、段ボール箱から内容物をさらに容易に取り出すことが可能になる。

前記ノズルが、空気を吸引し且つ加圧空気を吐出する端壁ノズルであり、前記ノズル移動機構が、前記端壁ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁を貫通する動作位置と前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁から離隔する待機位置との間で前記ノズルを移動させる端壁ノズル移動機構であってもよい。

この構成によれば、端壁ノズル移動機構によって端壁ノズルを、適切に、段ボール箱の他方の端壁に貫通させることができる。また、ロボットアームによって、段ボール箱の一方の端壁に切れ目を入れるために段ボール箱を他方の端壁が上を向くように姿勢を変えた時に、端壁ノズルから段ボール箱内の空気を吸引することによって内容物を下方に移動させ、内容物と一方の端壁との間に自重による隙間より大きな隙間を発生させることができる。その結果、カッターで一方の端壁のフラップに切れ目を入れる際に内容物を傷つけるリスクを低減することができる。さらに、一方の端壁が下方を向くように段ボール箱を回転させた場合、ノズルから加圧空気を吐出させることによって、内容物を下方に押圧することができるので、内容物の自重落下が大きく促進される。よって、段ボール箱から内容物を、より一層、容易に取り出すことが可能になる。

前記一対の側壁保持部が、爪及び又は摩擦部材をそれぞれ有する一対の揺動部材を備え、前記一対の揺動部材は、前記本体部が前記段ボール箱の上方に位置した場合において、それぞれ、前記本体部の前記一対の側壁の上方に位置する部位を中心に揺動して前記一対の側壁に前記爪を食い込ませ及び又は前記摩擦部材を押し付け、それによって当該段ボール箱を把持するように構成されており、前記一対の揺動部材が、前記ノズル移動機構を構成しており、前記ノズルが、加圧空気を吐出する一対の側壁ノズルであり、前記一対の側壁ノズルは、前記一対の揺動部材が前記段ボール箱を把持するよう揺動した場合に当該段ボール箱の前記一対の側壁部を貫通し、前記一対の揺動部材が前記段ボール箱を開放するよう揺動した場合に当該段ボール箱の前記一対の側壁から離隔するように前記一対の揺動部材に設けられていてもよい。

この構成によれば、一対の揺動部材によって一対の側壁ノズルを、適切に、段ボール箱の一対の側壁に貫通させることができる。また、ロボットアームによって、一方の端壁が下方を向くように段ボール箱を回転させた場合、一対の側壁ノズルから加圧空気を吐出させることによって、内容物を一対の側壁との間の摩擦力が低減される。また、内容物が一対の側壁ノズルより下方にずり落ちると、一対の側壁ノズルから吐出された空気が内容物を下方に押圧する。ことができるので、内容物の自重落下が大きく促進される。よって、段ボール箱から内容物を、より一層、容易に取り出すことが可能になる。

前記段ボール箱の位置を計測する３次元位置計測器と、前記３次元位置計測器が計測した３次元位置に基づいて、前記段ボール箱の３次元位置を特定する箱位置特定部と、を備えてもよい。

この構成によれば、箱位置特定部によって、段ボール箱の３次元位置が特定されるので、エンドエフェクタによって段ボール箱を的確に保持することができる。

本発明の他の形態（aspect）に係るロボットは、上記エンドエフェクタのいずれかがロボットアームの先端部に装着されている。

この構成によれば、段ボール箱を開梱する際に内容物の自重落下を促進することによって段ボール箱から内容物を容易に取り出すことができる。

本発明は、ロボットを用いて段ボール箱を開梱する際に内容物の自重落下を促進することによって段ボール箱から内容物を容易に取り出すことが可能なエンドエフェクタ及びそれが装着されたロボットを提供できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタのハードウェアの構成を示す正面図である。 図２は、図１のエンドエフェクタの制御系統の構成を示すブロック図である。 図３は、ロボットアームによる段ボール箱の持ち上げ動作を示す斜視図である。 図４は、段ボール箱を保持した状態のエンドエフェクタを示す正面図である。 図５は、ロボットアームによる段ボール箱の下壁のカッティング動作を示す斜視図である。 図６は、段ボール箱の下壁のカッティング時のエンドエフェクタを示す正面図である。 図７は、下壁が開放された段ボール箱から内容物を落下させている状態のエンドエフェクタを示す正面図である。 図８は、ロボットアームによって、下壁が開放された段ボール箱から内容物を落下させる動作を示す斜視図である。 図９は、変形例１に係るエンドエフェクタにおける側壁ノズルの構成を示す断面図である。 図１０は、変形例２に係るエンドエフェクタにおける穿孔部材の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の図は本発明を説明するための図であるので、本発明と関係の無い要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、複数の図面において互いに対応する要素が一致しない場合等がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態１）
［方向］
空間の方向については、図１〜図８の上下方向が空間の上下方向を示す。エンドエフェクタ１０の方向については、便宜上、図１の上下方向をエンドエフェクタの上下方向と呼び、図１の右方向及び左方向を、それぞれ、エンドエフェクタ１０の左方向及び右方向と呼ぶ。段ボール箱３３の方向については、図１の上下方向を段ボール箱３３の上下方向と呼び、図１の右方向及び左方向を、それぞれ、段ボール箱３３の左方向及び右方向と呼ぶ。

［構成］
｛ハードウェアの構成｝
図１は、本発明の実施形態１に係るエンドエフェクタのハードウェアの構成を示す正面図である。なお、図１、４、６、及び７において、一対の爪１５Ａ，１５Ｂ、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂ、及び上壁ノズル１９は、判り易くするために誇張されて大きく描かれている。実際には、これらは、内容物３６を傷つけないように、十分小さく作成される。図３は、ロボットによる段ボール箱の持ち上げ動作を示す斜視図である。

図３を参照すると、本実施形態のエンドエフェクタ１０は、ロボット３０のロボットアーム３１の先端部に装着され、側壁の一端に設けられた１以上のフラップ３３ｂが相互に又は側壁に止められて上壁（一方の端壁）を構成している段ボール箱３３を開梱するためのエンドエフェクタである。

図１及び図３を参照すると、エンドエフェクタ１０は、ロボットアーム３１の先端部に装着される本体部１１と、本体部１１に設けられ、段ボール箱３３の下壁以外の部分を保持することによって当該段ボール箱を保持する箱保持部１３Ａ，１３Ｂ，１８と、本体部１１に設けられ、段ボール箱３３の下壁以外の壁に貫通孔を開ける穿孔部１６Ａ，１７Ａ，１９と、を備える。

以下、これらの構成を、順次、具体的に説明する。

＜段ボール箱３３＞
図３を参照すると、エンドエフェクタ１０の開梱対象となる段ボール箱３３は、周知の構造を有する。段ボール箱３３は、一般には、直方体状の形状を有する。本実施形態では、段ボール箱３３の６の壁を、機能に依拠して、内容物を出し入れする蓋壁と、この壁に対向する壁であって、切れ目を入れて開放する底壁と、これら２つの壁を連結し、内容物を囲う側壁と、に区分する。

ところで、本発明は、フラップに切れ目を入れて開放する壁を特定する必要があるが、内容物に依存して、蓋壁及び底壁のうちのいずれの壁もこの特定されるべき壁で有り得る。以下では、底壁がこの特定されるべき壁である形態を例示するが、蓋壁がこの特定されるべき壁である形態であってもよい。

特許請求の範囲では、蓋壁と底壁とを包括する概念が必要であるので、段ボール箱を四角柱状であると観念し、蓋壁と底壁とを包括する概念として、「端壁」という概念を用いた。

以下では、蓋壁及び底壁の双方がフラップ３３ｂで構成される一般的な段ボール箱３３を用いる形態を例示するが、蓋壁のみがフラップ３３ｂで構成され段ボール箱３３を用い、蓋壁が開放される形態であってもよい。

具体的には、ここでは、段ボール箱３３は、本体部３３ａの４つの側壁の上端及び下端に、それぞれ、４つのフラップ３３を有する。４つの側壁の下端の４つのフラップ３３ｂが、周知のように、折り畳まれてＨ字状に粘着テープ３４で相互及び側壁に止着され、底壁を構成する。そして、例えば、底壁を下方に向け、４つの側壁の上端の４つのフラップ３３ｂを開いた状態で、内容物が段ボール箱３３内に押し込まれる。その後、これら４つの側壁の上端の４つのフラップ３３ｂが、上述のように、折り畳まれてＨ字状に粘着テープ３４で相互及び側壁に止着され、蓋壁を構成する。

上述の説明から明らかなように、段ボール箱３３は、蓋壁を上にして置かれる場合と底壁を上にして置かれる場合との２つの場合があるので、以下では、置かれた状態で上側に位置する「端壁」を「上壁」と呼び、置かれた状態で下側に位置する「端壁」を「下壁」と呼ぶ。

なお、フラップ３３ｂの数は特に限定されず、１以上であればよい。また、フラップ３３ｂを止める態様は特に限定されない。粘着テープ３４の他、接着材によって相互に又は側壁に止着する態様、フラップを相互に又は側壁に係合させる態様等が例示される。

＜内容物３６＞
内容物３６（図４参照）は、特に限定されない。但し、本発明が特有の作用効果を奏する内容物３６は、段ボール箱３３の開放された面を下方に向けた場合に、自重落下させるだけでは箱から出て来ないような内容物３６である。このような内容物３６として、例えば、比重が小さく、且つ、段ボール箱３３内に押し込まれた場合に自身の弾性と段ボール箱３３の弾性によって段ボール箱３３の側壁との間に摩擦力を生じるようなものが挙げられる。具体的には、ナッツが詰まったビニール袋が例示される。

＜ロボット３０＞
ロボット３０は、エンドエフェクタ１０を先端部に装着し、エンドエフェクタ１０によって保持された段ボール箱３３を上下方向に反転させることができるものであればよい。上壁又は下壁のカッティングは、カッターを移動させることによってもできるからである。

ロボット３０として、多関節ロボットが例示されるが、その他のタイプのロボットであってもよい。

ロボット３０は、ロボットアーム３１と、ロボットアーム３１の動作を制御する制御器とを備える。ここでは、この制御器として、エンドエフェクタ１０の動作を制御する制御器８０が用いられる。

＜エンドエフェクタ１０＞
図１及び図３を参照すると、エンドエフェクタ１０は、ここでは、本体部１１と、取付部１２と、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂと、吸着部１８と、上壁ノズル１９と、３次元位置計測器２０と、を備える。

本体部１１は、左右方向から見て、逆Ｕ字状の断面を有し左右方向に延在する枠体に形成されている（特に図３参照）。

この本体部１１の中央部に、先端にフランジを有する円筒状の取付部１２が上方に立設されている。取付部１２の中心軸がエンドエフェクタ１０の規準軸線ＡＲを構成している。エンドエフェクタ１０は、基準軸線ＡＲがロボットアーム３１の先端部（手首部）の捻り回転の軸線と一致するように当該先端部に装着される。また、エンドエフェクタ１０は、後述するように、ロボットアーム３１によって、本体部１１が段ボール箱３３の上方に、基準軸線ＡＲが段ボール箱３３の中心軸に略一致するようにして、位置させられる。

図１では、エンドエフェクタ１０が、基準軸線ＡＲが上下方向（鉛直方向）に延在する姿勢で示されている。

一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂは、それぞれの基端部が、規準軸線ＡＲに垂直な所定の方向（ここでは左右方向）において所定距離Ｌだけ離隔して本体部１１に取り付けられている。一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂのそれぞれの基端部は、基準軸線ＡＲの延在方向及び上記所定方向に垂直な（直交する）一対の回動軸線Ａ１，Ａ２の周りに回動可能に本体部１１に取り付けられている。この一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの基端部がそれぞれ取り付けられた本体部１１の部位は、上記所定方向において、本体部１１の規準軸線ＡＲから互いに等しい距離離れている。

一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂは、例えば、それぞれの回動軸線Ａ１，Ａ２の延在方向から見て、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂが互いに接近する方向又は側（以下、内方又は内側という）に屈曲された断面形状を有する板状に形成されている。

一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの先端には、それぞれ、内方に突出する爪１５Ａ，１５Ｂが設けられている。また、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの先端部には、それぞれ、内方に突出する側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂが設けられている。さらに、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの内側の面の屈曲部より先端側の部分には、それぞれ、摩擦部材１７Ａ，１７Ｂが取り付けられている。一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ、一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂを貫通している。一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂは、後述するように、空圧回路７０（図２参照）に接続されている。一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂは、摩擦係数の大きい部材であればよく、一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂとして、ゴム、スポンジ、サンドペーパー等から成る部材が例示される。

一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの長さ及び屈曲の程度は、本体部１１が段ボール箱３３の上方に位置した状態（より詳しくは、吸着部１８が段ボール箱３３の上面の中央部を吸着した状態）において、例えば、一対の爪１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁の上部に食い込み、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁の上部を貫通し、且つ、一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁の上部に当接するように設定（設計）される。

但し、内容物の状態によっては（例えば、内容物が少ない場合等には）、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの長さ及び屈曲の程度は、本体部１１が段ボール箱３３の上方に位置した状態（より詳しくは、吸着部１８が段ボール箱３３の上面の中央部を吸着した状態）において、一対の爪１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁のいずれかの部分に食い込み、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁のいずれかの部分を貫通し、且つ、一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の左右の側壁のいずれかの部分に当接するように設定（設計）されてもよい。

本体部１１の下面には、吸着部１８が設けられている。吸着部１８は、例えば、真空吸着パッドで構成される。吸着部１８は、例えば、中心軸が基準軸線ＡＲに一致するように設けられる。吸着部１８は、後述するように、加圧空気源５０（図２参照）に接続されている。

また、本体部１１の下面には、上壁ノズル１９が設けられている。上壁ノズル１９は、基準軸線ＡＲの延在方向に延在し、且つ、後述する空圧シリンダ６０（図２参照）によって、基準軸線ＡＲの延在方向に進退駆動される。上壁ノズル１９は、動作位置（進出位置）で段ボール箱の上壁（ここでは蓋壁）を貫通し、待機位置（後退位置）で上壁から離隔するように進退駆動される。

さらに、本体部１１の側部には、段ボール箱３３の３次元位置を計測する３次元位置計測器２０が設けられている。３次元位置計測器２０は、例えば、３次元ビジョンカメラで構成される。

｛制御系統の構成｝
図２は、本実施形態のエンドエフェクタ１０の制御系統の構成を示すブロック図である。図１及び図２を参照すると、エンドエフェクタ１０は、空圧回路７０を備えている。この空圧回路７０は加圧空気源５０に接続される。加圧空気源５０は、ここでは、エンドエフェクタ１０の外部に設けられる。もちろん、加圧空気源５０をエンドエフェクタ１０に設けてもよい。加圧空気源５０は、例えば、空気ポンプで構成される。

加圧空気源５０に第１乃至第５制御弁５１〜５５が並列に接続されている。第１制御弁５１には第１空圧シリンダ５６が接続されている。第１空圧シリンダ５６のピストンロッド５６ａには、所定の動力伝達機構を介して一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂの基端部がそれぞれ接続されている。第１制御弁５１が加圧空気の供給先を第１空圧シリンダ５６の一対の空気供給ポート５６ｂ，５６ｃの間で切り替えると、それに応じて第１空圧シリンダ５６のピストンロッド５６ａが進退し、それに応じて一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂが開閉するように揺動する。

第２制御弁５２には、負圧発生器５７が接続されている。負圧発生器５７は、加圧空気を用いて負圧を発生する機器であり、一般には真空発生器（エジェクタ）と呼ばれている。負圧発生器５７として、コンバム（登録商標）が例示される。負圧発生器５７には吸着部１８が接続されている。第２制御弁５２が、負圧発生器５７へ加圧空気を供給し及び加圧空気の供給を停止すると、それに応じて負圧発生器５７が吸着部１８に負圧を供給し及び負圧の供給を停止し、それに応じて吸着部１８が外部の空気を吸引し及び外部の空気の吸引を停止する。

第３制御弁５３には、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂが接続されている。第３制御弁５３が一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂに加圧空気を供給し及び加圧空気の供給を停止すると、それに応じて一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂが加圧空気を吐出し及び加圧空気の吐出を停止する。

第４制御弁５４には負圧発生器５８が接続され、負圧発生器５８には第６制御弁５９の入力側が接続されている。負圧発生器５８として、コンバム（登録商標）が例示される。また、第６制御弁５９の入力側は第３制御弁５３に接続されている。そして、第６制御弁５９の出力側に上壁ノズル１９が接続されている。第６制御弁５９は、上壁ノズル１９の接続先を、負圧発生器５８と第３制御弁５３との間で切り替える。

第６制御弁５９が上壁ノズル１９を第３制御弁５３に接続した状態において、第３制御弁５３が上壁ノズル１９に加圧空気を供給し及び加圧空気の供給を停止すると、それに応じて上壁ノズル１９が加圧空気を吐出し及び加圧空気の吐出を停止する。

第６制御弁５９が上壁ノズル１９を負圧発生器５８に接続した状態において、第４制御弁５４が、負圧発生器５８へ加圧空気を供給し及び加圧空気の供給を停止すると、それに応じて負圧発生器５８が上壁ノズル１９に負圧を供給し及び負圧の供給を停止し、それに応じて上壁ノズル１９が外部の空気を吸引し及び外部の空気の吸引を停止する。

第５制御弁５５には、第２空圧シリンダ６０が接続されている。第２空圧シリンダ６０のピストンロッド６０ａには、所定の動力伝達機構を介して上壁ノズル１９が接続されている。第５制御弁５５が加圧空気の供給先を第２空圧シリンダ６０の一対の空気供給ポート６０ｂ，６０ｃの間で切り替えると、それに応じて第２空圧シリンダ６０のピストンロッド６０ａが進退し、それに応じて上壁ノズル１９が、上述のように進退する。

第１乃至第６制御弁５１〜５５，５９、第１及び第２空圧シリンダ５６，６０、及び負圧発生器５７，５８は、エンドエフェクタ１０の本体部１１に設置されている。

制御器８０は、集中制御を行う単独の制御器又は分散制御をする複数の制御器で構成される。制御器８０は、ここでは、集中制御を行う単独の制御器で構成される。制御器８０は、例えば、プロセッサとメモリとを備える。制御器８０は、メモリに格納された所定の動作プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、エンドエフェクタ１０及びロボットアーム３１の動作を制御する。制御器８０は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等で構成される。

具体的には、制御器８０は、第１乃至第６制御弁５１〜５５，５９の動作を制御することによって、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂ、吸着部１８、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂ、及び上壁ノズル１９の動作を制御する。また、制御器８０は、ここでは、ロボットコントローラを兼ねていて、ロボットアーム３１の動作を制御する。従って、ロボットアーム３１及び制御器８０がロボット３０を構成している。

制御器８０は、さらに、３次元位置計測器２０の動作を制御し、且つ３次元位置計測器２０が計測した３次元位置に基づいて、段ボール箱３３の３次元位置を特定する。従って、３次元位置計測器２０及び制御器８０が箱位置特定部を構成している。

制御器８０は、例えば、ロボットアーム３１の基台（不図示）に設置される。但し、制御器８０の設置箇所は特に限定されない。

［動作］
次に、以上のように構成されたエンドエフェクタ１０及びエンドエフェクタ１０を先端部に装着したロボットアーム３１の動作を説明する。これらの動作は、エンドエフェクタ１０及びロボットアーム３１を制御器８０が制御することによって、遂行される。

図３は、ロボットアーム３１による段ボール箱３３の持ち上げ動作を示す斜視図である。図４は、段ボール箱３３を保持した状態のエンドエフェクタ１０を示す正面図である。図５は、ロボットアーム３１による段ボール箱３３の下壁のカッティング動作を示す斜視図である。図６は、段ボール箱３３の下壁のカッティング時のエンドエフェクタ１０を示す正面図である。図７は、下壁が開放された段ボール箱３３から内容物３６物を落下させている状態のエンドエフェクタ１０を示す正面図である。図８は、ロボットアーム３１によって、下壁が開放された段ボール箱３３から内容物を落下させる動作を示す斜視図である。

図３を参照すると、ロボットアーム３１の先端部にエンドエフェクタ１０が装着されている。一方、パレット（不図示）の上に複数の段ボール箱３３が段積されている。参照符号３９は、この段積された段ボール箱の山を示す。段ボール箱３３には、例えば、ナッツが詰まったビニール袋が多数押し込まれていて、上下のフラップ３３ｂがテープ３４で止められて、蓋壁及び底壁を構成している。段ボール箱３３は蓋壁が上を向くように段積されている。

図１〜図４を参照すると、３次元位置計測器２０及び制御器８０によって、段積された段ボール箱３３の山３９の最上段の１つの段ボール箱３３の位置が特定され、ロボットアーム３１は、エンドエフェクタ１０の本体部１２をこの段ボール箱３３の上面の中央部に位置させる。

次いで、エンドエフェクタ１０の吸着部１８が段ボール箱３３の上面を吸着する。このとき、上壁ノズル１９が段ボール箱３３の上壁（蓋壁）を貫通して動作位置に進出する。

次いで、ロボットアーム３１が段ボール箱３３を、所定の高さまで持ち上げる。この状態で、エンドエフェクタ１０の一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂが閉じるように揺動する。これにより、一対の爪１５Ａ，１５Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の一対の側壁の上部に食い込み、且つ、一対の摩擦部材１７Ａ，１７Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の一対の側壁の上部に押し付けられる。これにより、段ボール箱３３が一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂによってしっかりと把持される。また、この際、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ段ボール箱３３の一対の側壁の上部を貫通して動作位置に進出する。この状態では、段ボール箱３３の内容物３６は、段ボール箱３３の下方に移動している。

次いで、図５及び図６を参照すると、ロボットアーム３１は、段ボール箱３３を下壁（底壁）が上を向くように反転させる。このとき、上壁ノズルは、段ボール箱３３の内部の空気を吸引する。これにより、段ボール箱３３の上側に位置している下壁の方に移動していた内容物３６が、この吸引と自重とによって段ボール箱３３の下側に位置している上壁の方に移動し、段ボール箱３３の下壁と内容物３６との間に、後述するカッティングに十分な隙間が形成される。

一方、この作業環境には、カッター４１が配置されている。カッター４１は、段ボール箱３３のフラップ３３ｂに切れ目を入れることができればよく、その構造は特に限定されない。ここでは、カッター４１は、カッター４１が適宜な支持部材４２に固定されている。

ロボットアーム３１は、段ボール箱３３を移動させながら、段ボール箱３３の下壁（底壁）のフラップの接合部のテープ３４（並びにフラップ３３ｂ及び下壁）に切れ目を入れる。なお、図５では、下壁の短手方向の中央部に長手方向に延在するように貼着されたテープ３４のみを示し、他のテープの図示を省略している。もちろん、下壁に貼着された他のテープ（並びにフラップ３３ｂ及び下壁）にも切れ目が入れられる。これにより、段ボール箱３３の下壁が開放される。この際、段ボール箱３３では、内容物３６と下壁との間に十分な隙間が形成されているので、内容物３６を傷つけることなく、下壁に切れ目を入れることができる。

次いで、図７及び図８を参照すると、ロボットアーム３１は、段ボール箱３３を、例えば、搬送コンベア４３の上方まで搬送し、下壁が下を向くように反転させる。

この時、エンドエフェクタ１０では、上壁ノズル１９が空気の吸引を停止して、加圧空気を吐出する。また、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂが加圧空気を吐出する。

これにより、上壁ノズル１９から吐出される加圧空気によって内容物３６が下方に押圧される。また、一対の側壁ノズル１６Ａ、１６Ｂから吐出された加圧空気によって、内容物３６と一対の側壁との間の摩擦力が低減される。また、内容物３６が一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂより下方にずり落ちると、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂから吐出された空気が内容物３６を下方に押圧する。これらの作用によって、内容物３６の自重落下が大きく促進される。

その結果、内容物３６が、スムーズに搬送コンベア４３上に落下する。

以上に説明したように、本実施形態によれば、段ボール箱３３から内容物３６を容易に取り出すことができる。

［変形例１］
図９は、変形例１に係るエンドエフェクタ１０における左側壁ノズル２６Ａの構成を示す断面図である。図１及び図９を参照すると、本変形例１は、エンドエフェクタ１０が、図１の一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂに代えて図９の左側壁ノズル２６Ａ及び左側壁ノズル２６Ａと同様に構成された右側壁ノズル（不図示）を備え、且つ、図１の上壁ノズル１９に代えて、左側壁ノズル２６Ａと同様に構成された上壁ノズル（不図示）を備える点において、図１のエンドエフェクタ１０と相違し、これ以外の構成は図１のエンドエフェクタ１０と同様である。以下、この相違点を説明する。

図９を参照すると、本変形例では、左側の揺動部材１３Ａに左側壁ノズル２６Ａが設けられている。左側壁ノズル２６Ａは、先端部が尖った円筒状に形成されている。左側壁ノズル２６Ａの先端部には、複数の貫通孔２７Ａが設けられている。また、左側壁ノズル２６Ａの基端は開放されている。右側の揺動部材１３Ｂには、左側壁ノズル２６Ａと同様に構成された右側壁ノズルが設けられている。

また、図１を参照すると、本体部１１に、上壁ノズル１９に代えて、左側壁ノズル２６Ａと同様に構成された上壁ノズル（不図示）が設けられている。この上壁ノズルは、図１の上壁ノズル１９と同様に、第２空圧シリンダ６０によって進退駆動される。

このように構成された本変形例では、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂが閉じるように揺動すると、左側壁ノズル２６Ａ及び右側壁ノズルが段ボール箱３３の本体部３３ａの一対の側壁を貫通して穴３８を開ける。また、上壁ノズルが動作位置に進出するよう駆動されると、上壁ノズルが段ボール箱３３の本体部３３ａの上壁を貫通して穴を開ける。これにより、段ボール箱３３の内部が、左側壁ノズル２６Ａ、右側壁ノズル、及び上壁ノズルを介して外部に連通する。

従って、図７に示すようにロボットアーム３１によって、開放された下壁が下方を向くように段ボール箱３３が反転された場合、段ボール箱３３の内容物３６が自重で落下して、途中までずり落ちた内容物３６と上壁との間に隙間が生じても、左側壁ノズル２６Ａ、右側壁ノズル、及び上壁ノズルを介して外部の空気が当該隙間に供給されるので、当該隙間が負圧になることが抑制され、内容物３６の自重落下が促進される。よって、段ボール箱３３から内容物３６を容易に取り出すことができる。

［変形例２］
図１０は、変形例２に係るエンドエフェクタ１０における穿孔部材２２の構成を示す断面図である。図１及び図１０を参照すると、本変形例２は、エンドエフェクタ１０が、図１の一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂ及び上壁ノズル１９に代えて図９の穿孔部材２２を備える点において、図１のエンドエフェクタ１０と相違し、これ以外の構成は図１のエンドエフェクタ１０と同様である。以下、この相違点を説明する。

図１０を参照すると、穿孔部材２２は、先端が尖った円柱状に形成されている。この穿孔部材２２は、空圧回路７０に接続された空圧シリンダ（不図示）によって、動作位置（進出位置）と待機位置（後退位置）との間で進退駆動される。穿孔部材２２が動作位置に進出するよう駆動されると、段ボール箱３３の本体部３３aの一対の側壁又は上壁を貫通して穴３８を開ける。その後、穿孔部材２２が待機位置に後退するよう駆動されると、穴３８によって、段ボール箱３３の内部が外部に連通される。

この穿孔部材２２が、図１のエンドエフェクタ１０において、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂ及び上壁ノズル１９に代えて設けられる。

このように構成された本変形例では、一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂが閉じるように揺動すると、これらに設けられた一対の穿孔部材が進退駆動されて段ボール箱３３の本体部３３ａの一対の側壁に穴３８を開ける。また、本体部１２の下面に設けられた穿孔部材２２が進退駆動されて段ボール箱３３の本体部３３ａの上壁に穴３８を開ける。これにより、段ボール箱３３の内部が外部に連通される。

従って、図７に示すようにロボットアーム３１によって、開放された下壁が下方を向くように段ボール箱３３が反転された場合、段ボール箱３３の内容物３６が自重で落下して、途中までずり落ちた内容物３６と上壁との間に隙間が生じても、穴３８を介して外部の空気が当該隙間に供給されるので、当該隙間が負圧になることが抑制され、内容物３６の自重落下が促進される。よって、段ボール箱３３から内容物３６を容易に取り出すことができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、箱保持部が上壁保持部（１８）及び一対の側壁保持部（１３Ａ，１３Ｂ）を備えるが、いずれか一方でもよい。

また、上記実施形態では、段ボール箱３３が段積される場合を例示したが、段ボール箱３３の載置形態はこれには限定されない。例えば、段ボール箱が１列に複数段積まれていてもよい。このような場合、上壁保持部（１８）を省略してもよい。

また、エンドエフェクタ１０が段ボール箱３３を保持する方向は、特に限定されない。例えば、段ボール箱３３が蓋壁を横向き又は下向きにして載置されている場合、エンドエフェクタ１０は、段ボール箱３３を側方又は下方から保持すればよい。要するに、エンドエフェクタ１０は、段ボール箱３３の開放されるベき端壁と反対側の端壁に本体部１１を隣接させて段ボール箱３３を保持すればよい。

また、箱保持部は、段ボール箱３３の開放されるべき端壁以外の部分を支持して段ボール箱３３を保持すればよく、例えば、段ボール箱３３の稜部又は角部を保持してもよい。

上記実施形態では、上壁保持部として吸着部１８を例示したが、上壁保持部は、段ボール箱３３の上壁を支持して保持できればよい。例えば、上壁保持部が、上壁に食い込んで段ボール箱３３を支持できるような爪を備えていてもよい。

上記実施形態では、側壁保持部が一対の揺動部材１３Ａ，１３Ｂで構成される形態を例示したが、側壁保持部は、側壁を支持して段ボール箱３３を保持できればよい。例えば、側壁保持部が左右方向に進退して一対の側壁を挟持するように構成されてもよい。

上記実施形態では、一対の側壁ノズル１６Ａ，１６Ｂと上壁ノズル１９の双方を備える形態を例示したが、いずれか一方のみを備えてもよい。これは、変形例１の一対の側壁ノズル及び上壁ノズル、並びに、変形例２の穿孔部材２２についても同様である。

また、上記実施形態では、エンドエフェクタの可動要素（１３Ａ，１３Ｂ，１９）が加圧空気源５０で駆動されたが、当該可動要素の動力源はこれには限定されない。例えば、当該可動要素（１３Ａ，１３Ｂ，１９）がモータによって駆動されてもよい。

また、上記実施形態において、３次元位置計測器２０を省略してもよい。

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

本発明のエンドエフェクタ及びロボットは、ロボットを用いて段ボール箱を開梱する際に内容物の自重落下を促進することによって段ボール箱から内容物を容易に取り出すことが可能なエンドエフェクタ及びそれが装着されたロボットとして有用である。

１０ エンドエフェクタ
１１ 本体部
１２ 取付部
１３Ａ，１３Ｂ 揺動部材
１５Ａ，１５Ｂ 爪
１６Ａ，１６Ｂ 側壁ノズル
１７Ａ，１７Ｂ 摩擦部材
１８ 吸着部
１９ 上壁ノズル
２０ ３次元位置計測器
２２ 穿孔部材
２６Ａ 左側壁ノズル
３０ ロボット
３１ ロボットアーム
３３ 段ボール箱
３３ａ 本体部
３３ｂ フラップ
３４ テープ
３６ 内容物
４１ カッター
４２ 支持部材
５０ 加圧空気源
５１〜５５ 第１乃至第５制御弁
５６ 第１空圧シリンダ
５７，５８ 負圧発生器
５９ 第６制御弁
６０ 第２空圧シリンダ
７０ 空圧回路
８０ 制御器
Ａ１，Ａ２ 回動軸線
ＡＲ 基準軸線
Ｌ 所定距離

Claims (9)

1. ロボットアームの先端部に装着され、側壁の一端に設けられた１以上のフラップが相互に又は前記側壁に止められて一方の端壁を構成している段ボール箱を開梱するためのエンドエフェクタであって、
   前記ロボットアームの先端部に装着される本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記段ボール箱の前記一方の端壁以外の部分を保持することによって当該段ボール箱を保持する箱保持部と、
   前記本体部に設けられ、前記段ボール箱の前記一方の端壁以外の壁に貫通孔を開ける穿孔部と、を備える、エンドエフェクタ。
2. 前記箱保持部は、
   前記段ボール箱の他方の端壁を保持する端壁保持部と、前記段ボール箱の互いに対向する一対の側壁を保持する一対の側壁保持部と、を備え、
   前記穿孔部は、前記段ボール箱の他方の端壁及び又は側壁に貫通孔を開けるよう構成されている、請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記端壁保持部が、前記段ボール箱の他方の端壁を吸着する吸着部である、請求項２に記載のエンドエフェクタ。
4. 前記一対の側壁保持部が、爪及び又は摩擦部材をそれぞれ有する一対の揺動部材を備え、
   前記一対の揺動部材は、前記本体部が前記段ボール箱の他方の端壁の上方に位置した場合において、それぞれ、前記本体部の前記一対の側壁の上方に位置する部位を中心に揺動して前記一対の側壁に前記爪を食い込ませ及び又は前記摩擦部材を押し付け、それによって当該段ボール箱を把持するように構成されている、請求項２又は３に記載のエンドエフェクタ。
5. 前記穿孔部が、少なくとも加圧空気を吐出するノズルと、前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁又は側壁を貫通する動作位置と前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁又は側壁から離隔する待機位置との間で前記ノズルを移動させるノズル移動機構と、を備える、請求項２に記載のエンドエフェクタ。
6. 前記ノズルが、空気を吸引し且つ加圧空気を吐出する端壁ノズルであり、
   前記ノズル移動機構が、前記端壁ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁を貫通する動作位置と前記ノズルが前記段ボール箱の他方の端壁から離隔する待機位置との間で前記ノズルを移動させる端壁ノズル移動機構である、請求項５に記載のエンドエフェクタ。
7. 前記一対の側壁保持部が、爪及び又は摩擦部材をそれぞれ有する一対の揺動部材を備え、
   前記一対の揺動部材は、前記本体部が前記段ボール箱の上方に位置した場合において、それぞれ、前記本体部の前記一対の側壁の上方に位置する部位を中心に揺動して前記一対の側壁に前記爪を食い込ませ及び又は前記摩擦部材を押し付け、それによって当該段ボール箱を把持するように構成されており、
   前記一対の揺動部材が、前記ノズル移動機構を構成しており、
   前記ノズルが、加圧空気を吐出する一対の側壁ノズルであり、
   前記一対の側壁ノズルは、前記一対の揺動部材が前記段ボール箱を把持するよう揺動した場合に当該段ボール箱の前記一対の側壁を貫通し、前記一対の揺動部材が前記段ボール箱を開放するよう揺動した場合に当該段ボール箱の前記一対の側壁から離隔するように前記一対の揺動部材に設けられている、請求項６に記載のエンドエフェクタ。
8. 前記段ボール箱の位置を計測する３次元位置計測器と、前記３次元位置計測器が計測した３次元位置に基づいて、前記段ボール箱の３次元位置を特定する箱位置特定部と、を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載のエンドエフェクタ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のエンドエフェクタがロボットアームの先端部に装着されたロボット。

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