JP2021049613A - 吸着装置、搬送システム、及び搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークをより安定して吸着できる、吸着装置、搬送システム、及び搬送方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る吸着装置は、ベースに取り付けられたパッド機構を備える。前記パッド機構は、摺動部及び第１ガイドを有する。前記摺動部は、ワークに吸着する吸着パッド及び一端に前記吸着パッドが接続された配管を含む。前記摺動部は、前記ベースに対して第１方向に摺動可能である。前記第１ガイドは、前記ベースに対して固定され、前記配管の摺動方向を前記第１方向に誘導する。前記吸着装置は、前記摺動部の摺動方向と交差する第１面を有するワークを吸着する際、前記摺動部の重みによって、前記第１面に接触した前記吸着パッドの吸着面が傾斜可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、吸着装置、搬送システム、及び搬送方法に関する。

ワークを真空吸着して把持する装置がある。この装置について、ワークをより安定して吸着できる技術が望まれている。

実開平５−０２４２８９号公報

本発明が解決しようとする課題は、ワークをより安定して吸着できる、吸着装置、搬送システム、及び搬送方法を提供することである。

実施形態に係る吸着装置は、ベースに取り付けられたパッド機構を備える。前記パッド機構は、摺動部及び第１ガイドを有する。前記摺動部は、ワークに吸着する吸着パッド及び一端に前記吸着パッドがリジッドに接続された配管を含む。前記摺動部は、前記ベースに対して第１方向に摺動可能である。前記第１ガイドは、前記ベースに対して固定され、前記配管の摺動方向を前記第１方向に誘導する。前記吸着装置は、前記摺動部の摺動方向と交差する第１面を有するワークを吸着する際、前記摺動部の重みによって、前記第１面に接触した前記吸着パッドの吸着面が傾斜可能に構成されている。

実施形態に係る吸着装置を表す斜視図である。 実施形態に係る吸着装置を表す斜視図である。 実施形態に係る吸着装置を表す平面図である。 実施形態に係る吸着装置を表す側面図である。 実施形態に係る吸着装置のパッド機構を表す斜視図である。 実施形態に係る吸着装置のパッド機構を表す断面図である。 実施形態に係る吸着装置のロック機構を表す断面図である。 実施形態に係る吸着装置の動作を表すフローチャートである。 実施形態に係る吸着装置の動作を表す模式図である。 実施形態に係る吸着装置の動作を表す模式図である。 参考例に係る吸着装置を表す模式図である。 吸着パッドの特性を例示するグラフである。 変形例に係るパッド機構を表す断面図である。 実施形態に係る搬送システムを表す模式的斜視図である。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１及び図２は、実施形態に係る吸着装置を表す斜視図である。
図３は、実施形態に係る吸着装置を表す平面図である。
図４は、実施形態に係る吸着装置を表す側面図である。
図２〜図４では、吸着装置の一部の構成要素が省略されている。
図１〜図４に表したように、実施形態に係る吸着装置１００は、パッド機構１、ベース３０、ロック制御部４０、ロック制御駆動部４１、チューブ５０、調圧部５１、チューブガイド５２、配線分岐台３３、筐体８０、及び制御部９０を有する。

吸着装置１００は、１つ又は複数のパッド機構１を有する。パッド機構１は、例えば、少なくとも一方向に配列される。パッド機構１は、互いに交差する二方向に配列されていても良い。パッド機構１の配列方向は、鉛直方向と交差する。図１に表した例では、パッド機構１は、互いに直交し、かつ水平な二方向に配列されている。パッド機構１の数、大きさ、及び配列方向は、ワークの形状及び大きさに応じて、適宜変更可能である。

ここでは、パッド機構１の配列方向を、Ｘ方向（第２方向）及びＹ方向（第３方向）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、例えば、水平方向に平行である。Ｘ方向及びＹ方向を含むＸ−Ｙ面と交差する方向を、Ｚ方向（第１方向）とする。Ｚ方向は、例えば、鉛直方向に平行である。図１〜図４に表した例では、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交する。

複数のパッド機構１は、ベース３０に取り付けられている。ベース３０は、駆動部１１０に固定されている。駆動部１１０は、不図示のアクチュエータ等の駆動源により、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動可能である。駆動部１１０の移動に伴い、ベース３０がＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に駆動される。ベース３０が駆動されることで、複数のパッド機構１がＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動する。

図５は、実施形態に係る吸着装置のパッド機構を表す斜視図である。
図６は、実施形態に係る吸着装置のパッド機構を表す断面図である。
各パッド機構１は、図５及び図６に表したように、摺動部１０、第１ガイド２１、第２ガイド２２、ロック機構２３、検出器２４、下部ストッパ部品２５ａ、及び上部ストッパ部品２５ｂを有する。また、摺動部１０は、吸着パッド１１、配管１２、金具１３ａ、ねじ部品１３ｂ、棒状部材１４、下部連結具１５ａ（第１連結具）、及び上部連結具１５ｂ（第２連結具）を有する。

吸着パッド１１は、吸着面１１ａを有し、把持対象であるワークの表面に真空吸着するよう構成されている。例えば、吸着パッド１１の吸着面１１ａは、力が加わっていない状態において、円形であり且つＸ−Ｙ面に沿うように設けられる。吸着パッド１１は、配管１２の一端に接続されている。配管１２は、吸着面１１ａと交差するＺ方向に延びている。吸着力を増大させるために、吸着面１１ａの面積は、吸着パッド１１の配管１２との接続口の面積よりも大きくなっている。

吸着パッド１１の接続口は、配管１２の接続口に対して固定されており、吸着パッド１１の接続口と配管１２の接続口との相対的な位置関係は実質的に変化しない。すなわち、配管１２の一端には、吸着パッド１１がリジッドに接続されている。吸着パッド１１と配管１２は、金具１３ａ及びねじ部品１３ｂによって気密に連結されている。金具１３ａ及びねじ部品１３ｂは、高い剛性を有する。このため、吸着パッド１１がワークに接触した際にも、吸着パッド１１の接続口と配管１２の接続口との相対的な位置関係は実質的に変化しない。

配管１２は、第１ガイド２１によって、Ｚ方向に沿って摺動するように誘導される。第１ガイド２１は、ベース３０に対して固定されている。第１ガイド２１は、Ｚ方向に沿って貫通した孔２１ａを有する。配管１２は、孔２１ａの内部に挿通されている。配管１２は、第１ガイド２１に対して滑らかに摺動できるように、孔２１ａの内面には不図示のボール又はローラ等が設けられる。

配管１２には、棒状部材１４が固定されている。棒状部材１４は、配管１２と平行に延在している。図１及び図２の例では、棒状部材１４の下端及び上端が、下部連結具１５ａ及び上部連結具１５ｂによってそれぞれ配管１２に固定されている。図５及び図６に表した例では、棒状部材１４として中空の配管が用いられている。ただし、吸着パッド１１によりワークを真空吸着する際は、配管１２内のみを気流が流れる。このため、棒状部材１４は、中身の詰まった部材であっても良い。

棒状部材１４は、第２ガイド２２によって、Ｚ方向に沿って摺動するように誘導される。第２ガイド２２は、第１ガイド２１及びベース３０に対して固定され、Ｚ方向に沿って貫通した孔２２ａを有する。棒状部材１４は、孔２２ａの内部に挿通されている。棒状部材１４は第２ガイド２２に対して滑らかに摺動できるように、孔２２ａの内面にボール又はローラ等が設けられていても良い。第１ガイド２１及び第２ガイド２２は、Ｚ方向において下部連結具１５ａと上部連結具１５ｂとの間に位置している。

配管１２及び棒状部材１４は、剛性を有する。従って、吸着パッド１１のワークへの接触時、ワークの吸着時などにおいて、配管１２及び棒状部材１４は実質的に変形しない。吸着パッド１１は、弾性を有し、ワークに向けて押し付けられた際に変形可能である。吸着パッド１１の変形により、吸着面１１ａをＸ−Ｙ面に対して傾斜させることができる。

配管１２には、ロック機構２３が取り付けられている。ロック機構２３により、配管１２が摺動可能なアンロック状態と、配管１２の摺動が制限されるロック状態と、を切り替えることができる。配管１２の摺動が制限されることで、摺動部１０全体の摺動が制限される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る吸着装置のロック機構を表す断面図である。
具体的には、ロック機構２３は、図６、図７（ａ）、及び図７（ｂ）に表したように、内周リング２３ａ、外周リング２３ｂ、ばね受け２３ｃ、弾性部材２３ｄ、及び回転体２３ｅを有する。

内周リング２３ａは、Ｘ方向及びＹ方向において、配管１２の一部の周りに設けられている。外周リング２３ｂは、Ｘ方向及びＹ方向において内周リング２３ａの周りに設けられている。外周リング２３ｂは、ロック制御部４０に対して固定されている。内周リング２３ａは、外周リング２３ｂに対してＺ方向に可動である。

外周リング２３ｂの上端内周には、ばね受け２３ｃが固定されている。ばね受け２３ｃは、Ｚ方向において内周リング２３ａと対向している。内周リング２３ａとばね受け２３ｃとの間には、弾性部材２３ｄが設けられている。弾性部材２３ｄは、例えばコイルばねである。弾性部材２３ｄは、圧縮状態にある。このため、弾性部材２３ｄは、ばね受け２３ｃから離れる方向に向けて、内周リング２３ａを付勢している。

内周リング２３ａには、周方向に沿って複数の間隙２３ｆが設けられている。それぞれの間隙２３ｆには、回転体２３ｅが設けられている。間隙２３ｆは、回転体２３ｅがＸ方向又はＹ方向において移動できるように設けられている。また、回転体２３ｅのＺ方向における位置は、内周リング２３ａのＺ方向における位置に応じて変化する。

外周リング２３ｂの内面の一部は、Ｚ方向に対して傾斜しており、外周リング２３ｂの一部の内径は、下方に向かうほど短くなっている。回転体２３ｅは、Ｘ方向及びＹ方向において、外周リング２３ｂ内面の傾斜部と対向する位置に設けられている。回転体２３ｅの径は、配管１２と外周リング２３ｂの下部との隙間よりも大きい。このため、回転体２３ｅに対して外周リング２３ｂが上方へ移動すると、外周リング２３ｂの傾斜部が回転体２３ｅに接触して引っ掛かる。

ロック制御部４０は、複数の配管１２及び複数の棒状部材１４がそれぞれ挿通された複数の孔を有する。ロック制御部４０は、ロック制御駆動部４１により、ベース３０に対して上方又は下方へ駆動される。ロック制御部４０が駆動されると、ロック制御部４０に固定された外周リング２３ｂも、上昇又は下降する。例えば、ロック制御部４０及びロック制御駆動部４１により、外周リング２３ｂは、第１位置と、第１位置よりも下方の第２位置と、の間で移動する。

図７（ａ）は、外周リング２３ｂが第１位置にあるときの様子を表している。第１位置では、内周リング２３ａは、ベース３０と接触していない。内周リング２３ａは、弾性部材２３ｄによって上方から押される。内周リング２３ａの位置が下がると、回転体２３ｅが外周リング２３ｂの傾斜部と接触する。これにより、外周リング２３ｂから回転体２３ｅへ、配管１２に向けた反力が加わり、回転体２３ｅは配管１２に向けて押し付けられる。回転体２３ｅが配管１２に向けて押し付けられると、配管１２と回転体２３ｅとの間の摩擦抵抗、及び回転体２３ｅと外周リング２３ｂとの間の摩擦抵抗により、配管１２の摺動が制限される。すなわち、外周リング２３ｂが第１位置にあるとき、摺動部１０は、摺動が制限されたロック状態にある。

図７（ｂ）は、外周リング２３ｂが第２位置にあるときの様子を表している。外周リング２３ｂが第１位置から下降し、第２位置に向けて移動すると、内周リング２３ａも弾性部材２３ｄによって下方に向けて押される。このとき、内周リング２３ａは、第１ガイド２１又はベース３０に接触する。これにより、内周リング２３ａの下方への移動が制限される。内周リング２３ａの移動が制限された状態で、外周リング２３ｂが第２位置まで移動すると、外周リング２３ｂから回転体２３ｅへ働く反力が弱まる。これにより、配管１２に働く摩擦抵抗が弱まり、配管１２が摺動可能となる。すなわち、外周リング２３ｂが第２位置にあるとき、摺動部１０は、摺動可能なアンロック状態にある。

ロック状態にあるとき、ロック機構２３による摺動を規制する保持力は、吸着するワークの質量と摺動部１０の質量にかかる、重力及びＺ方向における慣性力の和よりも大きい。慣性力は、例えば、ワークを吸着して上昇又は下降したときの加速又は減速によって生じる。ロック機構２３による保持力が十分に高いことで、ワークを吸着して上昇又は下降したときでも、ワークを安定して把持できる。

例えば、下部連結具１５ａの上面には、下部ストッパ部品２５ａが設けられている。ロック制御部４０には、各パッド機構１の配管１２に対応して、上部ストッパ部品２５ｂが設けられている。
摺動部１０がアンロック状態にあるときに、摺動部１０が下方へ摺動していくと、上部連結具１５ｂが上部ストッパ部品２５ｂに接触する。これにより、摺動部１０の下方へのさらなる摺動が制限される。摺動部１０が上方へ摺動していくと、下部ストッパ部品２５ａが第１ガイド２１に接触する。これにより、摺動部１０の上方へのさらなる摺動が制限される。すなわち、吸着装置１００では、上部連結具１５ｂ及び上部ストッパ部品２５ｂが、摺動部１０の下降時のストッパとして機能する。下部連結具１５ａ及び下部ストッパ部品２５ａが、摺動部１０の上昇時のストッパとして機能する。
下部ストッパ部品２５ａ及び上部ストッパ部品２５ｂは、これらの部品に下部連結具１５ａ及び上部連結具１５ｂが接触したときの衝撃を緩和するために、弾性を有する。なお、図示した例に限らず、下部ストッパ部品２５ａが第１ガイド２１の下面に設けられても良い。上部ストッパ部品２５ｂが上部連結具１５ｂの下面に設けられても良い。

検出器２４は、摺動部１０のＺ方向における位置を検出する。例えば、検出器２４は、下部センサ２４ａ、上部センサ２４ｂ、及びセンサドグ２４ｃを含む。下部センサ２４ａ及び上部センサ２４ｂは、これらが設けられた位置に、配管１２に固定されたセンサドグ２４ｃが存在するか検出する。図６に表した例では、センサドグ２４ｃの一端が、配管１２に固定されている。センサドグ２４ｃは、配管１２の外側に向けて引き出され、下方に向けて延びている。
例えば、下部センサ２４ａ及び上部センサ２４ｂがセンサドグ２４ｃを感知したときは、配管１２が相対的に低い位置にあることが検出される。上部センサ２４ｂがセンサドグ２４ｃを感知し、下部センサ２４ａがセンサドグ２４ｃを感知しないときは、配管１２が相対的に高い位置にあることが検出される。下部センサ２４ａ及び上部センサ２４ｂとして、例えば、赤外線センサ、測距センサ、透過型光電センサなどを用いることができる。

各パッド機構１の配管１２は、継手１７により、チューブ５０に接続されている。各チューブ５０には、調圧部５１が接続されている。調圧部５１は、ポンプ、エジェクタ、真空ポンプ、調圧弁、圧力計等を有し、チューブ５０及び配管１２を通して吸着パッド１１内部の圧力を調整する。例えば、調圧部５１は、吸着パッド１１内部の圧力を大気圧よりも減圧する。これにより、吸着面１１ａが、ワークに吸着可能な状態となる。また、調圧部５１は、吸着面１１ａが減圧されてワークに吸着した状態から、圧力を上昇させる。例えば、調圧部５１は、大気開放により、吸着パッド１１内部の圧力を大気圧と同じにする。これにより、吸着パッド１１によるワークへの吸着が解除される。

例えば、調圧部５１は、それぞれの吸着パッド１１内部の圧力を個別に制御することができる。例えば、ワークの大きさ及び位置に応じて、減圧させる吸着パッド１１を選択できる。

ベース３０は、側方かつ上方に向けて突き出したブラケット３２を介して駆動部１１０に連結されている。ブラケット３２には、ベース３０以外に筐体８０が固定されている。各パッド機構１の上部、ベース３０、ロック制御部４０、チューブ５０などは、筐体８０の内部に収納されている。また、ベース３０と筐体８０との間には、複数のチューブガイド５２が設けられている。チューブガイド５２により、各チューブ５０の位置が定められ、複数のチューブ５０が整列されている。

また、ブラケット３２には、配線分岐台３３が固定されている。配線分岐台３３には、不図示の複数のコネクタが設けられている。１つのコネクタは、同種の複数の部品と電気的に接続されている。配線分岐台３３により、吸着装置１００の各構成要素と外部の電源との電気的接続が容易となる。

制御部９０は、吸着装置１００の各構成要素の動作を制御する。例えば、制御部９０は、ロック制御駆動部４１、調圧部５１などの動作を制御する。駆動部１１０の動作は、制御部９０によって制御されても良いし、制御部９０とは別の制御部により制御されても良い。

図８は、実施形態に係る吸着装置の動作を表すフローチャートである。
図９（ａ）〜図９（ｄ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、実施形態に係る吸着装置の動作を表す模式図である。
図９（ａ）〜図９（ｄ）に表した例では、ワークＷ３がワークＷ１及びＷ２の上に積載されている。吸着装置１００は、ワークＷ３を吸着把持し、所定の位置まで搬送する。

初期状態において、吸着装置１００は、ワークを吸着把持していない。このとき、摺動部１０は、アンロック状態にある。また、摺動部１０は、アンロック状態にあるとき、その重みにより下方へ摺動する。このため、初期状態において、摺動部１０は、ベース３０に対して限界まで下方に摺動している。なお、ここでは、重みとは、物体に作用する重力の大きさを意味する。

図９（ａ）に表したように、ベース３０を駆動させ、複数のパッド機構１をワークＷ３の上方へ移動させる（図８のステップＳ１）。図９（ｂ）に表したように、ベース３０を駆動させ、複数のパッド機構１を下降させる（ステップＳ２）。吸着パッド１１がワークＷ３の天面に接触すると、摺動部１０の重みによって、吸着パッド１１がワークＷ３に向けて押し付けられる。図９（ｃ）に表したように、摺動部１０の重みに起因する押し付け力により、吸着面１１ａがワークＷ３の天面に沿うように、吸着パッド１１が変形する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、ベース３０は、各吸着パッド１１がワークＷ３の天面に接触するまで、下降する。このとき、吸着パッド１１とベース３０との間には、弾性部材等は設けられていない。また、摺動部１０は、ベース３０に対して十分に滑らかに摺動する。従って、各摺動部１０の摺動量に拘わらず、各吸着パッド１１には、摺動部１０の重みに応じた押付力が加えられる。

各吸着パッド１１がワークＷ３の天面に接触して変形し、各吸着面１１ａがワークＷ３の天面に沿うと、調圧部５１を動作させ、吸着パッド１１をワークＷ３に吸着させる（ステップＳ４）。ロック制御部４０を駆動させ、ロック機構２３によって摺動部１０をロック状態に切り替える（ステップＳ５）。これにより、以降は、摺動部１０の摺動が制限される。図９（ｄ）に表したように、駆動部１１０は、ベース３０及び複数のパッド機構１を上昇させる（ステップＳ６）。

ベース３０を駆動させ、図１０（ａ）に表したように、ワークＷ３を所定の位置まで搬送する（ステップＳ７）。ワークＷ３を所定の位置まで搬送した後は、吸着パッド１１内部を昇圧し、吸着を解除する（ステップＳ８）。これにより、図１０（ｂ）に表したように、ワークＷ３が所定の位置に載置される。ロック制御部４０を駆動させ、ロック機構２３によって摺動部１０をアンロック状態に切り替える（ステップＳ９）。アンロック状態に切り替わると、摺動部１０の重みにより、図１０（ｃ）に表したように、摺動部１０がベース３０に対して限界まで下方に摺動する。

以上の動作により、ワークを搬送できる。上述した動作において、ベース３０は、駆動部１１０により駆動される。また、ステップＳ８とＳ９の順序は、任意である。ステップＳ８の前にステップＳ９が実行されても良い。又は、ステップＳ８とＳ９が同時に実行されても良い。

図１１及び図１２を参照しつつ、実施形態の効果を説明する。
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、参考例に係る吸着装置を表す模式図である。
図１２は、吸着パッドの特性を例示するグラフである。
図１１（ａ）に表した吸着装置ｒ１は、水平面に対するベース３０の傾きを変更できるように構成されている。図１１（ｂ）に表した吸着装置ｒ２は、吸着パッド１１とベース３０との間に弾性部材ＥＭが設けられている。図１１（ｃ）に表した吸着装置ｒ３は、吸着パッド１１と配管１２との間に、軟質部材ＦＭが設けられている。

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に表した例では、吸着装置による搬送対象であるワークＷ１及びＷ２が載置されている。ワークＷ１はワークＷ２の上に積載され、ワークＷ１の天面が水平面に対して傾斜している。

図１１（ａ）に表した吸着装置ｒ１によれば、ワークＷ１の天面の傾きに応じて、吸着パッド１１及びベース３０の傾きを調整できる。このため、ワークＷ１の天面が傾いているときでも、ワークＷ１を安定して把持できる。
ただし、図１１（ａ）に表したように、ワークＷ１が壁、柵などの障害物の近くに置かれているときは、これらの障害物に傾斜させたベース３０が干渉する。従って、吸着装置ｒ１によれば、傾いたワークＷ１が障害物の近くに置かれているときは、ワークＷ１の把持が困難となる。

図１１（ｂ）に表した吸着装置ｒ２は、ワークＷ１の上方に移動すると、ワークＷ１に向けて鉛直に下降する。吸着装置ｒ２は、各吸着パッド１１をワークＷ１の天面に接触させる。このとき、弾性部材ＥＭが圧縮され、吸着パッド１１に対してワークＷ１に向けた弾性力が加わる。この弾性力により、吸着パッド１１の吸着面がワークＷ１の天面に沿うように、吸着パッド１１が変形する。吸着装置ｒ２によれば、ベース３０が水平面に対して傾斜しないため、傾いたワークＷ１を把持する際に、壁、柵などの障害物とベース３０との干渉を回避できる。

ただし、吸着面をワークＷ１の天面に沿わせる際、図１１（ｂ）に表したように、圧縮量が大きい弾性部材ＥＭ−１からワークＷ１へ、大きな弾性力が加わる。この弾性力により、ワークＷ１が変形又は損傷する可能性がある。また、ワークＷ１を吸着したとき、パッド機構１−１のストッパＳＴ−１とベース３０との間の距離は、パッド機構１−２のストッパＳＴ−２とベース３０との間の距離よりも長い。ベース３０を上昇させたときに、ストッパＳＴ−２は、ストッパＳＴ−１よりも前にベース３０に接触する。このため、ベース３０がストッパＳＴ−１に接触するまでの間に、吸着パッド１１−２には、ワークＷ１の荷重が集中的に加わる。これにより、ワークＷ１への真空吸着が破れ、ワークＷ１を把持できなくなる可能性がある。

図１１（ｃ）に表した吸着装置ｒ３では、各パッド機構１の摺動が制限されたロック状態と、各パッド機構１が摺動可能なアンロック状態と、を切り替えることができる。アンロック状態でベース３０をワークＷ１の上方から下降させると、各吸着パッド１１がワークＷ１の天面に接触する。このとき、各パッド機構１の摺動部の重みにより、軟質部材ＦＭが容易に変形する。軟質部材ＦＭの変形により、配管１２に対する吸着パッド１１の位置が容易に変化する。これにより、吸着パッド１１の吸着面が、水平面に対して傾斜する。軟質部材ＦＭを設けることで、パッド機構１からワークＷ１へ加わる力を低減できる。

ただし、ワークＷ１の天面の各部の傾き又は形状が一様でないときは、軟質部材ＦＭごとに変形量が異なる。ワークＷ１を吸着し、ベース３０を上昇させたときには、軟質部材ＦＭの変形が戻った後に、各吸着パッド１１にワークＷ１の荷重が加わる。このため、変形量が小さい軟質部材ＦＭと接続された吸着パッド１１には、変形量が大きい軟質部材ＦＭの変形が戻るまでの間に、ワークＷ１の荷重が集中的に加わる。これにより、吸着装置ｒ２と同様に、ワークＷ１への真空吸着が破れ、ワークＷ１を把持できなくなる可能性がある。また、軟質部材ＦＭは、軟らかく、傷つき易い。軟質部材ＦＭが傷つくと、吸着時にリークが生じ、吸着パッド１１の内部を十分に減圧できなくなる可能性がある。

これらの課題について、実施形態に係る吸着装置１００では、パッド機構１の摺動部１０が、摺動部１０の重みにより、ベース３０に対して下方へ摺動する。また、吸着パッド１１は、配管１２に接続されている。吸着装置１００では、吸着装置ｒ３のように、配管１２に対する吸着パッド１１の接続口の位置が変化しない。吸着パッド１１がワークに接触したときに、吸着パッド１１は、が摺動部１０の重みによって変形する。吸着パッド１１は、軟質部材ＦＭよりも高い弾性率を有し、軟質部材ＦＭに比べて変形し難い。実施形態に係る吸着装置１００では、この吸着パッド１１が摺動部１０の重みで変形するように、吸着装置ｒ３に比べて摺動部１０をより重くしている。

摺動部１０の重みにより吸着パッド１１が変形し、吸着面１１ａがワークの天面に沿うため、吸着装置ｒ１のように、ベース３０が壁、柵などに干渉することを抑制できる。また、吸着装置ｒ２のように、弾性部材ＥＭの弾性力によってワークに大きな力が加わることを回避できる。吸着装置ｒ２のように、軟質部材ＦＭの変形量の差に起因して一部の吸着パッド１１にワークの荷重が集中することを抑制できる。
すなわち、実施形態によれば、ワークの天面が傾いているときでも、吸着装置１００のベース３０と障害物との干渉、吸着パッド１１のワークへの過度な押付けを抑制しつつ、ワークをより安定して吸着把持できる。

発明者は、吸着パッド１１を変形させるために必要な摺動部１０の重みについて検証した。互いに特性の異なる１１種類の吸着パッド１１（サンプル１〜１１）について、配管１２にリジッドに接続された吸着パッド１１の吸着面１１ａを、水平面に対して１５度傾斜させるために必要な押付け力を測定した。また、吸着面１１ａが水平面に対して１５度傾いたときからのばね定数を測定した。また、吸着パッド１１内部の圧力を６０ｋＰａに設定し、吸着力を測定した。

図１２において、左側の縦軸は、押付け力（Ｎ）及びばね定数（Ｎ／ｍｍ）を表す。右側の縦軸は、１つの吸着パッド１１による吸着力（Ｎ）を表す。白抜きのバーは、押付け力を表す。ドットを付したバーは、吸着力を表す。黒塗りのバーは、ばね定数を表す。サンプル１〜１１に係る吸着パッド１１は、形状、材料、吸着面１１ａの径などが、それぞれ互いに異なる。このため、サンプル１〜１１の押付け力、ばね定数、吸着力も、互いに異なっている。

実施形態に係る吸着装置１００では、吸着パッド１１は、例えば適度な弾性率を有するように天然ゴムで構成される。この吸着パッド１１を用いることで、吸着パッド１１がワークＷに接触したときに、吸着面１１ａの形状、面積などの変化を低減し、ワークＷを安定して吸着把持できる。また、吸着パッド１１の過度な変形を抑制し、ワークを吸着する際の吸着パッド１１ごとの変化量の差を小さくできる。これにより、ワークを持ち上げる際に、一部の吸着パッド１１にワークの荷重が集中することを抑制できる。

例えば、サンプル１に係る吸着パッド１１の吸着面１１ａを１５度傾けるために必要な押付け力は、５．５Ｎ以上である。従って、サンプル１に係る吸着パッド１１を用いる場合、摺動部１０の重みが５６０ｇ以上であれば、天面の傾きが１５度以下のワークＷを安定して吸着できる。同様に、サンプル５に係る吸着パッド１１の吸着面１１ａを１５度傾けるために必要な押付け力は、２．５Ｎ以上である。サンプル５に係る吸着パッド１１を用いる場合、摺動部１０の重みが２５０ｇ以上であれば、天面の傾きが１５度以下のワークＷを安定して吸着できる。摺動部１０の重みによって吸着パッド１１に２．５Ｎ以上の押付け力が加わるように、摺動部１０の重みを調整することで、サンプル１〜１１に係る吸着パッド１１のいずれも、吸着面１１ａを１５度以上傾けることができる。なお、発明者が検討した結果、図１１（ｃ）に表した参考例に係る吸着装置ｒ３では、軟質部材ＦＭが容易に変形するため、押付け力が１Ｎ未満でも問題無いと考えられる。

例えば、吸着装置１００は、ワークＷとして、物品が梱包された段ボールを搬送する。発明者が検証した結果、実際に物品が梱包された段ボールが搬送される現場では、多くの天面の傾きは、１０度以下であった。従って、摺動部１０の重みによって吸着面１１ａの傾きが１０度以上変化できるように、摺動部１０の重みが設定されることが好ましい。

摺動部１０の重みによる吸着面１１ａの傾きの変化は、例えば、剛性を有する部材を用いて検証できる。部材として、物品が梱包され、実際の梱包品と同様に天面が変形し難く組み立てられた段ボールが用いられても良い。当該部材を１０度以上傾けて配置し、その天面に向けて摺動部１０を重みによって摺動させる。吸着パッド１１が天面に接触し、摺動部１０の重みによって変形したときの吸着面１１ａの傾きが１０度以上であれば良い。

吸着装置１００では、棒状部材１４、下部連結具１５ａ、及び上部連結具１５ｂを設けることで、摺動部１０の重みを増大させている。ただし、吸着装置１００が、棒状部材１４、下部連結具１５ａ、上部連結具１５ｂの１つ又は２つのみを有していても良い。吸着装置１００に、棒状部材１４、下部連結具１５ａ、及び上部連結具１５ｂが設けられていなくても良い。この場合、摺動部１０の重みは、配管１２、金具１３ａ、ねじ部品１３ｂなどの重みを調整することで、増大できる。例えば、配管１２の径及び材料、ねじ部品１３ｂの大きさ及び材料を適宜選択することで、摺動部１０をより重くできる。

棒状部材１４は、チューブ５０と配管１２を繋ぐ継手１７に近い方の位置から、吸着パッド１１に向けて配管１２と平行に延びている。棒状部材１４は、摺動部１０が摺動する方向に沿って延びている。吸着パッド１１がワークに接触した際に、配管１２の重みが掛かる方向に沿って棒状部材１４の重みがワークに対して掛かる。棒状部材１４は、摺動部１０が摺動して吸着パッド１１がワークに吸着するときに、配管１２とともにワークに接近するように摺動する。
棒状部材１４が配管１２に対して固定され、且つ第２ガイド２２に挿通されていると、配管１２のＺ方向まわりの回転を制限できる。例えば、吸着パッド１１がワークＷに吸着し、パッド機構１が上昇したとき、吸着パッド１１にＺ軸まわりの回転力が加わることがある。このとき、回転力により棒状部材１４が配管１２の周りを回転しようとするが、棒状部材１４の回転は第２ガイド２２により制限される。これにより、ワークＷをより安定して把持できる。

また、棒状部材１４、下部連結具１５ａ、及び上部連結具１５ｂの１つ以上を設けて摺動部１０の重みを増大させることで、摺動部１０の重みの調整が容易となる。例えば、棒状部材１４を、２００ｇ程度と重くすることで、吸着パッド１１の重みに拘わらず、搬送するワークの大きさ、重みなどに応じた最適な吸着パッド１１を選択できる。

例えば、摺動部１０の重みＷｔ１は、天面が傾いたワークに吸着パッド１１が接触した際に吸着面１１ａを１５度傾斜させることができる重みＷｔ２の１．０倍以上１．２倍以下であることが好ましい。上述した通り、実際の現場では、多くの天面の傾きは、１０度以下である。しかし、搬送時のワークのずれ、ワークが積まれたパレット又は台車への衝撃等により、偶発的に天面の傾きが１５度程度になることもある。重みＷｔ１が重みＷｔ２の１．０倍以上であることで、天面の傾きが１５度のワークも安定して吸着把持できる。ただし、重みＷｔ１が大きすぎると、ワークに加わる荷重が過度に大きくなる。これにより、ワークが変形又は損傷する可能性がある。従って、重みＷｔ１は、重みＷｔ２の１．２倍以下が好ましい。

なお、配管１２の回転を抑制するための機構は、適宜変更可能である。例えば、配管１２に突起又は溝が設けられ、第１ガイド２１の孔２１ａの内面に、配管１２の突起又は溝と嵌合する、溝又は突起が設けられても良い。突起又は溝、Ｚ方向に沿って設けられる。この機構によっても、配管１２のＺ方向まわりの回転を抑制できる。ただし、突起と溝の嵌合により回転を抑制する場合、回転力が大きいと突起が破損する可能性がある。パッド機構１の破損を抑制しつつ、配管１２の回転を安定して制限するためには、棒状部材１４及び第２ガイド２２が設けられることが好ましい。

配管１２及び１４は、下部連結具１５ａと上部連結具１５ｂの一方のみで連結されていても良い。下部連結具１５ａと上部連結具１５ｂの両方による連結により、棒状部材１４を配管１２に対してより強固に固定できる。また、配管１２に回転力が加わると、棒状部材１４から第２ガイド２２に回転力が伝わる。このとき、棒状部材１４は、第２ガイド２２から、回転力に応じた反力を受ける。下部連結具１５ａと上部連結具１５ｂの一方のみが設けられる場合、その一方に大きな力が作用し、棒状部材１４又は連結具の破損、変形等が生じる可能性がある。このため、棒状部材１４は、下部連結具１５ａと上部連結具１５ｂの両方によって配管１２に固定されることが好ましい。

また、吸着装置１００は、複数のロック機構２３を有する。ロック機構２３により、ワークの搬送時に、各摺動部１０の摺動を制限でき、ワークを安定して搬送できる。これらのロック機構２３は、ロック制御部４０によって、一括して制御できることが好ましい。複数のロック機構２３をまとめて制御し、各摺動部１０のロック状態とアンロック状態を切り替えることで、それぞれのロック機構２３を個別に制御する場合に比べて、吸着装置１００の構成を簡略化できる。例えば、吸着装置１００をより小型にできる。

以上では、吸着パッド１１をワークの天面に吸着させる例について説明した。この例に限らず、吸着パッド１１は、横に倒れたワークの側面を吸着しても良い。すなわち、吸着装置１００は、摺動部１０の摺動方向と交差する第１面を有するワークを吸着把持できる。吸着パッド１１は、摺動部１０の摺動方向と交差する第１面に吸着可能である。第１面は、摺動部１０の摺動方向（重みの掛かる方向）とは反対側を向いていれば、ワークの任意の面で良い。

図１３は、変形例に係るパッド機構を表す断面図である。
図１３に表したように、変形例に係るパッド機構１ａは、ロック機構２３に代えて、ロック機構２６を有する。ロック機構２６は、シリンダ２６ａ、ピストン２６ｂ、及び固定板２６ｃを有する。

シリンダ２６ａは、固定板２６ｃに固定されている。固定板２６ｃは、ベース３０に対して固定されている。シリンダ２６ａの内側には、ピストン２６ｂが設けられている。ピストン２６ｂは、配管１２の上部に設けられている。配管１２とピストン２６ｂは別々の部品であっても良いし、１つの部品が配管１２及びピストン２６ｂとして用いられても良い。ピストン２６ｂは、シリンダ２６ａの内部をＺ方向に摺動する。

ピストン２６ｂは、シリンダ２６ａ内の空間を２つに分割している。シリンダ２６ａ及びピストン２６ｂによって囲まれた内部空間は、配管１２と繋がっている。シリンダ２６ａの内部空間は、図３及び図４に表した継手１７及びチューブ５０を介して調圧部５１に接続されている。例えば、摺動部１０が重みにより摺動しているとき、調圧部５１は、シリンダ２６ａ内の圧力を可変（大気圧と同じ）にする。摺動部１０がワークの天面に沿って変形すると、調圧部５１は、吸着パッド１１内及びシリンダ２６ａ内を減圧し、保持する。これにより、ピストン２６ｂの位置が固定される。すなわち、摺動部１０は、摺動が制限されたロック状態となる。

ロック状態からアンロック状態へ切り替えるときは、調圧部５１は、吸着パッド１１内及びシリンダ２６ａ内を昇圧させる。例えば、調圧部５１は、吸着パッド１１内及びシリンダ２６ａ内を大気開放する。これにより、ピストン２６ｂがシリンダ２６ａ内を摺動できるようになる。

ロック状態でワークを搬送する際、ワークの重みによる摺動部１０の摺動を抑制するために、ピストン２６ｂのＸ−Ｙ面における面積は、吸着面１１ａの面積よりも大きいことが好ましい。

変形例に係るパッド機構１ａによれば、シリンダとピストンの簡易な構成でロック機構を実現できる。また、調圧部５１の圧力制御によって、複数のロック機構２６のロック状態とアンロック状態を一括で切り替えることができる。このため、図１〜図６に表したロック制御部４０を駆動させるためのロック制御駆動部４１が不要となる。

図１４は、実施形態に係る搬送システムを表す模式的斜視図である。
実施形態に係る搬送システム２００は、吸着装置１００、駆動部１１０、コンベア２０１、検出器２０２、検出器２０３、表示器２０４、主操作部２０５、及び副操作部２０６を有する。

例えば、吸着装置１００に隣接して、複数のワークＷがパレットＰの上に載置される。吸着装置１００は、パレットＰの上に載置されたワークＷを吸着する。駆動部１１０は、ベース３０を駆動させ、ワークＷを１つずつコンベア２０１の上に搬送する。コンベア２０１の上に載置されたワークＷは、別の搬送装置によって、コンベア２１１の上に搬送される。

パレットＰの上方には、検出器２０２が設けられている。検出器２０２は、各ワークＷの位置及び大きさを検出する。例えば、検出器２０２は、カメラ及びセンサの少なくともいずれかを含む。制御部９０は、検出器２０２による検出結果に基づき、複数のパッド機構１を駆動させ、複数のパッド機構１に搬送対象のワークＷを吸着把持させる。

例えば、パレットＰの周りには、柵２０７が設けられる。柵２０７には、検出器２０３が取り付けられている。検出器２０３は、柵２０７の内側に人が入ったことを検出する。制御部９０は、柵２０７の内側への人の進入が検出器２０３により検出されると、吸着装置１００を停止又は退避させる。検出器２０２及び２０３としては、赤外線センサ、測距センサ、透過型光電センサなどを用いることができる。

表示器２０４は、吸着装置１００の稼働状況を表示する。例えば、吸着装置１００が稼動していることを示す情報、又は吸着装置１００が停止していることを示す情報が、表示器２０４に表示される。主操作部２０５は、吸着装置１００の詳細な操作及び設定を受け付ける。副操作部２０６は、吸着装置１００の簡易的な操作を受け付ける。

搬送システム２００に吸着装置１００が設けられることで、ワークＷの天面が傾いているときでも、ベース３０の干渉、及び吸着パッド１１のワークへの過度な押付けを抑制しつつ、ワークＷをより安定して吸着把持できる。

ここでは、搬送システム２００が１つの吸着装置１００を設ける例について説明した。搬送システム２００は、複数の吸着装置１００を備えても良い。また、吸着装置１００により、コンベア２０１に載置されたワークが、パレットＰの上に積載されても良い。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ パッド機構、 １０ 摺動部、 １１ 吸着パッド、 １１ａ 吸着面、 １２ 配管、 １３ 金具、 １４ 棒状部材、 １５ａ 下部連結具、 １５ｂ 上部連結具、 １７ 継手、 ２１ 第１ガイド、 ２１ａ 孔、 ２２ 第２ガイド、 ２２ａ 孔、 ２３ ロック機構、 ２３ａ 内周リング、 ２３ｂ 外周リング、 ２３ｃ ばね受け、 ２３ｄ 弾性部材、 ２３ｅ 回転体、 ２３ｆ 間隙、 ２４ 検出器、 ２４ａ 下部センサ、 ２４ｂ 上部センサ、 ２４ｃ センサドグ、 ２５ａ 下部ストッパ部品、 ２５ｂ 上部ストッパ部品、 ２６ａ シリンダ、 ２６ｂ ピストン、 ２６ｃ 固定板、 ３０ ベース、 ３２ ブラケット、 ３３ 配線分岐台、 ３３ａ コネクタ、 ４０ ロック制御部、 ４１ ロック制御駆動部、 ５０ チューブ、 ５１ 調圧部、 ５２ チューブガイド、 ８０ 筐体、 ９０ 制御部、 １００ 吸着装置、 １１０ 駆動部、 ２００ 搬送システム、 ２０１ コンベア、 ２０２，２０３ 検出器、 ２０４ 表示器、 ２０５ 主操作部、 ２０６ 副操作部、 ２０７ 柵、 ２１１ コンベア、 ＥＭ 弾性部材、 ＦＭ 軟質部材、 Ｐ パレット、 ＳＴ ストッパ、 Ｗ，Ｗ１〜Ｗ３ ワーク、 ｒ１〜ｒ３ 吸着装置

Claims (18)

1. ベースに取り付けられたパッド機構を備え、
   前記パッド機構は、
   ワークに吸着する吸着パッド及び一端に前記吸着パッドが接続された配管を含み、前記ベースに対して第１方向に摺動可能な摺動部と、
   前記ベースに対して固定され、前記配管の摺動方向を前記第１方向に誘導する第１ガイドと、
   を有し、
   前記摺動部の摺動方向と交差する第１面を有するワークを吸着する際、前記摺動部の重みによって、前記第１面に接触した前記吸着パッドの吸着面が傾斜可能に構成された吸着装置。
2. 前記パッド機構は、前記第１方向と交差する第２方向に複数設けられた請求項１記載の吸着装置。
3. 複数のロック機構をさらに備え、
   前記複数のロック機構は、前記複数の摺動部が摺動可能なアンロック状態と、前記複数の摺動部の摺動が制限されたロック状態と、をそれぞれ切り替え可能である請求項２記載の吸着装置。
4. 前記複数のロック機構に取り付けられたロック制御部をさらに備え、
   前記ロック制御部の駆動により、前記複数のロック機構の前記ロック状態と前記アンロック状態を切り替え可能に構成された請求項３記載の吸着装置。
5. 前記複数の配管と接続された調圧部をさらに備え、
   前記調圧部は、前記複数の吸着パッドの内部の圧力を個別に制御可能である請求項１〜４のいずれか１つに記載の吸着装置。
6. 前記摺動部は、前記配管に対して固定された棒状部材をさらに含み、
   前記パッド機構は、前記ベースに対して固定され、前記棒状部材の摺動方向を前記第１方向に誘導する第２ガイドをさらに有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の吸着装置。
7. 前記パッド機構は、前記配管と前記棒状部材とを連結する第１連結具及び第２連結具を有し、
   前記第１ガイド及び前記第２ガイドは、前記第１方向において、前記第１連結具と前記第２連結具との間に位置する請求項６記載の吸着装置。
8. 前記棒状部材は、前記摺動方向に沿って延在する請求項６又は７に記載の吸着装置。
9. 前記吸着パッドは、前記配管の前記一端にリジッドに接続された請求項１〜８のいずれか１つに記載の吸着装置。
10. 前記第１面に前記吸着パッドが接触した際に、前記摺動部の重みによって、前記吸着パッドの吸着面が１０度以上傾斜可能に構成された請求項１〜９のいずれか１つに記載の吸着装置。
11. 前記吸着パッドが前記ワークに接触した際、前記摺動部の重みにより、前記吸着パッドに２．５Ｎ以上の押付け力が加わるように構成された請求項１〜１０のいずれか１つに記載の吸着装置。
12. 前記摺動部の重みは、前記ワークに前記吸着パッドが接触した際、前記吸着面を１５度傾斜できる重みの１．０倍以上１．２倍以下である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の吸着装置。
13. ベースに取り付けられたパッド機構を備え、
    前記パッド機構は、
    ワークに吸着する吸着パッド、
    前記吸着パッドが一端に接続された配管、及び
    前記配管に対して固定された棒状部材、
    を含み、前記ベースに対して第１方向に摺動可能な摺動部と、
    前記ベースに対して固定され、前記配管の摺動方向を前記第１方向に誘導する第１ガイドと、
    前記ベースに対して固定され、前記棒状部材の摺動方向を前記第１方向に誘導する第２ガイドと、
    を有する吸着装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の吸着装置と、
    前記吸着装置を駆動させる駆動部と、
    を備えた搬送システム。
15. 前記ワークの位置又は大きさを検出する検出器をさらに備え、
    前記検出器による検出結果に基づき、前記吸着装置を駆動させる請求項１４記載の搬送システム。
16. ベースに取り付けられたパッド機構であって、
    ワークに吸着する吸着パッド及び前記吸着パッドが一端に接続された配管を含み、前記ベースに対して第１方向に摺動可能な摺動部と、
    前記ベースに対して固定され、前記配管の摺動方向を前記第１方向に誘導する第１ガイドと、
    を有する、前記パッド機構と、
    前記ベースを駆動させるベース駆動部と、
    を有する吸着装置を用いて、
    前記摺動部の摺動方向と交差する第１面を有するワークを吸着する際、前記摺動部の重みによって、前記第１面に接触した前記吸着パッドの吸着面を前記第１面に沿うように変形させた後、前記吸着パッドにより前記ワークを吸着する搬送方法。
17. 前記吸着装置は、前記摺動部が摺動可能なアンロック状態と、前記摺動部の摺動が制限されたロック状態と、を切り替え可能なロック機構をさらに有し、
    前記アンロック状態において前記吸着パッドを前記ワークを吸着させ、
    前記吸着パッドにより前記ワークを吸着した後に、前記ロック状態に切り替えて前記ワークを搬送する請求項１６記載の搬送方法。
18. 前記ワークを所定の位置に搬送した後、前記吸着パッドによる吸着の解除、及び前記ロック状態から前記アンロック状態への切り替えを実行する請求項１７記載の搬送方法。

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