JP2021074824A

JP2021074824A - 吸着状態検出装置

Info

Publication number: JP2021074824A
Application number: JP2019203833A
Authority: JP
Inventors: 正樹浦; Masaki Ura
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2039-11-11
Also published as: JP7415132B2

Abstract

【課題】複数の吸着部を備える吸着ヘッドの吸着状態を簡略な構成で判定可能とする。【解決手段】吸着ヘッド１２は、複数の吸着部１２Ａ、１２Ｂを備える。吸着部１２Ａ、１２Ｂの各々に、負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂを通して負圧を供給する。一端が前記負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂの各々に連通される複数の第１通路２８Ａ、２８Ｂを設ける。第１通路２８Ａ、２８Ｂの他端同士を合流部Ｑ１を介して第２通路３０と接続する。単一の圧力スイッチ３６を第２通路３０に設ける。第１通路２８Ａ、２８Ｂの各々に、第２通路３０から負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂ方向を順方向とする複数の逆止弁３２Ａ、３２Ｂを設ける。圧力スイッチ３６の出力に基づいて吸着ヘッド１２の吸着状態を判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、吸着ヘッドの吸着状態を検出する吸着状態検出装置に関する。

物品を吸着保持する装置における吸着状態検出装置としては、各吸着部に圧力スイッチを設けることで、各吸着部の吸着状態を検出する構成が知られている（特許文献１）。また、複数の吸着部を備える吸着ヘッドで１つの物品を吸着保持する構成において、吸着ヘッドの吸着状態を圧力センサで検出される圧力値の違いで判断する構成も提案されている（特許文献２）。

特開２０１２−２３２３８０号公報特開２００４−３４４９８７号公報

圧力スイッチは安価ではあるものの、特定の圧力（セットポイント）で接点のオン／オフが切り替えられる構造ため、引用文献１の構成では吸着状態を把握するには、各吸着部に圧力スイッチを設ける必要があり、コストが増大する。一方、引用文献２の構成では、１つの圧力センサで複数の吸着部を備える吸着ヘッドにおける吸着状態を把握することができる。しかし、同構成では、圧力センサの出力値をモニタし、その値自身およびその増減を処理・評価する必要があるため信号処理の負荷が大きく、装置やソフトウェアなどの構造も複雑化し、コストも上昇する。

本発明は、複数の吸着部を備える吸着ヘッドの吸着状態を簡略な構成で判定可能とすることを課題としている。

本発明の第１の発明である吸着状態検出装置は、複数の吸着部を備える吸着ヘッドと、前記吸着部の各々に負圧を供給する複数の負圧供給通路と、一端が前記負圧供給通路の各々に連通される複数の第１通路と、前記第１通路の他端同士の合流部を介して前記第１通路の各々に接続される第２通路と、前記第２通路に設けられる単一の圧力スイッチと、前記第１通路の各々設けられ、前記第２通路から前記負圧供給通路方向を順方向とする複数の逆止弁と、前記圧力スイッチの出力に基づいて前記吸着ヘッドの吸着状態を判定する判定手段とを備えることを特徴としている。

本発明の第２の発明である吸着状態検出装置は、第１の発明において、前記第２通路に前記圧力スイッチのセットポイント以上の圧力を供給する圧力供給源を設けたことを特徴としている。

本発明の第３の発明である吸着状態検出装置は、第２の発明において、前記吸着ヘッドによる吸着の開始から終了までの期間において、前記判定手段は、１回目は、前記圧力スイッチが前記セットポイント以下の圧力を検知するか否かで前記吸着ヘッドの吸着状態を判定し、２回目以降は、前記圧力供給源から一時的に圧力供給を行った後、前記圧力スイッチが再び前記セットポイント以下の圧力を検出するか否かで前記吸着ヘッドの吸着状態を判定することを特徴としている。

本発明によれば、複数の吸着部を備える吸着ヘッドの吸着状態を簡略な構成で判定可能とすることができる。

本発明の一実施形態である吸着ヘッドを備える物品保持装置の配置を示す側面図である。吸着ヘッド１０による吸着機構を説明する配管図である。吸着ヘッドの全ての吸着部（吸盤）で１つの物品を保持する場合の負圧状態を示す図である。吸着ヘッドの一部の吸着部（吸盤）のみで１つの物品を保持する場合の負圧状態を示す図である。圧力スイッチが設けられた第２通路内が一旦吸着圧以下になった後の負圧状態を示す図である。リセット処理時の負圧状態を示す図である。物品の吸着状態に応じた第２通路内の負圧状態を説明する図である。吸着処理を開始してからリセット処理を行い吸着処理を終了するまでの間の圧力スイッチの圧力変化と出力変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である吸着ヘッドを備える物品保持装置の配置を示す側面図である。

本実施形態の物品保持装置１０は、物品Ｍを吸着保持する吸着ヘッド１２を備え、吸着ヘッド１２は、例えばロボット１４のアーム先端に取り付けられている。吸着ヘッド１２は、複数の吸着部を備え、図１においては２つの吸着部１２Ａ、１２Ｂを備える。本実施形態において物品保持装置１０は、例えば物品供給コンベヤ１６上を順次搬送される物品Ｍを、空ケース供給コンベヤ１８上をサイドガイド１８Ａに案内されて順次搬送されるケースＣ内へと移載する。

ロボット１４は、吸着ヘッド１２を物品供給コンベヤ１６の上方へ移動し、吸着部１２Ａ、１２Ｂを物品供給コンベヤ１６上の１つの物品Ｍに押し当てると吸着部１２Ａ、１２Ｂの吸引を開始する。これにより物品Ｍは吸着部１２Ａ、１２Ｂにより吸着・保持される。物品Ｍが吸着ヘッド１０により吸着・保持されると、ロボット１４は吸着ヘッド１２を空ケース供給コンベヤ１８上の空のケースＣの上方に移動し、ケースＣ内に向けて吸着ヘッド１２を下降する。ケースＣ内に物品Ｍが移動される吸着部１２Ａ、１２Ｂに対する吸引が停止され物品ＭはケースＣ内に移載される。

図２は、吸着ヘッド１０による吸着機構を説明する配管図である。吸着部１２Ａ、１２Ｂは各々物品Ｍに密接し、物品Ｍを吸着する吸盤２０Ａ、２０Ｂを備える。吸盤２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂの下端に取り付けられ、負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂの上端には、各々エジェクタ２４Ａ、２４Ｂが取り付けられる。各エジェクタ２４Ａ、２４Ｂには、吸着用エア供給源２６が接続され、エジェクタ２４Ａ、２４Ｂは、吸着用エア供給源２６から供給されるエアを駆動流体として、負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂを通して吸盤２０Ａ、２０Ｂからエアを吸引する。

負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂには、吸盤２０Ａ、２０Ｂとエジェクタ２４Ａ、２４Ｂの間に各々第１通路２８Ａ、２８Ｂの一端が接続される。一方、第１通路２８Ａ、２８Ｂの他端は、合流部Ｑ１において互いに合流され、１本の第２通路３０に接続される。なお、第１通路２８Ａ、２８Ｂには、第２通路３０から負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂ方向を順方向とする逆止弁３２Ａ、３２Ｂが各々設けられる。

また、第２通路３０において、合流部Ｑ１の近くに位置する接続部Ｑ２には、エア供給管を介して吸着解除用エア供給源３３が接続され、第２通路３０の合流部Ｑ１とは反対側の端部にはリセット用エア供給源３４が接続される。また、第２通路３０において、接続部Ｑ１とリセット用エア供給源３４の間に位置する接続部Ｑ３には、圧力スイッチ３６が接続される。

図３、図４は、吸着ヘッド１０の吸着機構における物品Ｍの吸着状態を説明する図である。図３は、吸着ヘッド１０の全ての吸着部１２Ａ、１２Ｂ（吸盤２０Ａ、２０Ｂ）で１つの物品Ｍを保持する場合、図４は、吸着ヘッド１０の一部の吸着部１２Ａ（吸盤２０Ａ）のみで１つの物品Ｍを保持する場合の図である。なお、図３、図４において、太い実線で描かれる配管は、管内の圧力が物品Ｍを吸着するのに十分な圧力である吸着圧（所定の負圧）まで減圧されていることを示す。

吸盤２０Ａ、２０Ｂが物品Ｍに吸着した図３の状態では、エジェクタ２４Ａ、２４Ｂにより負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂ内のエアが吸引されると、逆止弁３２Ａ、３２Ｂが開いて、第１通路２８Ａ、２８Ｂ、第２通路３０の全てが吸着圧まで減圧される。

吸着ヘッドの吸盤の一部のみ、例えば吸盤２０Ａのみが物品Ｍに吸着し図４の状態では、吸盤２０Ａに接続される負圧供給通路２８Ａは吸着圧まで減圧される。一方、負圧供給通路２８Ｂおよびこれに接続される第１通路２８Ｂの逆止弁３２Ｂよりも負圧供給通路２８Ａ側の管内は、吸盤２０Ｂから外気が供給されるため略外気圧に近い状態に維持される。これにより、逆止弁３２Ｂは閉じた状態に維持されたまま、逆止弁３２Ａが負圧供給通路２８Ａの吸引力により開かれ、第１通路２８Ａ、第２通路３０、第１通路２８Ｂの逆止弁３２Ｂよりも第２通路３０側の管内は吸着圧まで減圧される。

すなわち、吸着ヘッド１２の何れか、あるいは全ての吸着部１２Ａ、１２Ｂにより物品Ｍが吸着・保持されている図３、図４の状態では、第２通路３０の接続部Ｑ３は、吸着圧にまで減圧される。したがって、圧力スイッチ３６のセットポイント（スイッチがオン／オフされる圧力値）を同所定の負圧に合わせて設定しておくことで、図３、図４の状態となった際、圧力スイッチ３６のオン／オフが切り替わり、吸着部１２Ａ、１２Ｂ（吸盤２０Ａ、２０Ｂ）の何れかが物品Ｍを吸着・保持していることが検出できる。なお、吸着ヘッド１２による物品Ｍの吸着を解除する場合には、負圧供給通路２８Ａ、２８Ｂ内が僅かに正圧（リリース圧）になるように、吸着解除用エア供給源３３から逆止弁３２Ａ、３２Ｂを通して負圧供給通路２８Ａ、２８Ｂにエアを供給する。

しかし、図５に示されるように、圧力スイッチ３６が設けられた第２通路３０内が一旦吸着圧以下になると、物品Ｍの吸着ヘッド１２による吸着が外れ、負圧供給通路２８Ａ、２８Ｂ内に外気が流れ込んでも、逆止弁３２Ａ、３２Ｂの効果により、第２通路３０内の負圧状態は変化しない。そのため、圧力スイッチ３６では、吸着状態となった最初の状態しか検知できず、その後、物品Ｍの吸着が維持されているか否かは検知できない。

本実施形態では、２回目以降の吸着状態の判定においては、リセット用エア供給源３４からエアを供給し、図６に示されるように、圧力スイッチ３６に掛かる圧力をセットポイントよりも高いリセット圧力まで一旦上昇させて圧力スイッチ３６をリセットするリセット処理を行う。リセット処理において、リセット用エア供給源３４から第２通路３０に供給されるエアは、一時的に接続部Ｑ３をリセット圧まで上昇させつつ、接続部Ｑ３よりも逆止弁３２Ａ、３２Ｂ側の第２通路３０内を負圧に維持する量とされる。

リセット用エア供給源３４から第２通路３０に供給されるエアは、第２通路３０のうちのリセット用エア供給源３４と接続部Ｑ３との間に、不図示の電磁弁、レギュレータ、スピードコントローラーを設けることで制御される。すなわち、これらを制御することによって、リセット用エア供給源３４から第２通路３０に供給されるエアの流量、および、エアの供給時間を調整して、エアの供給量を好適に制御する。

また、リセット用エア供給源３４から供給されるエアの供給量を逆止弁３２Ａ、３２Ｂまでの配管の全容積に対して適正な比率に設定するため、本実施形態では、例えばリセット用エア供給源３４から接続部Ｑ２までの配管の長さ（あるいはリセット用エア供給源３４から供給されるエアの量）を以下のように設定している。すなわち、リセット用エア供給源３４から接続部Ｑ２、Ｑ３の間に任意に設定される位置Ｑ４までの配管の長さをＬ１とし、位置Ｑ４から接続部Ｑ２までの配管の長さをＬ２とするときに、リセット用エア供給源３４から接続部Ｑ３までの配管容積をリセット用エア供給源３４から供給されるエアの量に対応させ、比Ｌ１：Ｌ２を所定の比率（例えば約１：１０）に設定している。

上記構成とすることにより、より容易に一時的に接続部Ｑ３をリセット圧まで上昇させつつ、リセット処理後も接続部Ｑ３よりも逆止弁３２Ａ、３２Ｂ側の第２通路３０内を負圧（リセット圧以下）に維持することが可能な構成を得ることができる。なお、第２通路３０のうちのリセット用エア供給源３４から接続部Ｑ２までの配管径を、第２通路３０の残りの部分および第１通路２８Ａ、第１通路２８Ｂの配管径よりも細くしても良い。これにより、リセット処理後の負圧を維持するための調整がさらに容易となる。

リセット処理時、物品Ｍが吸着盤２０Ａ、２０Ｂの何れかで吸着・保持されていれば、リセット処理直後から吸着状態が維持される何れかの負圧供給通路（２２Ａ、２２Ｂ）のエジェクタ（２４Ａ、２４Ｂ）により、第１通路（２８Ａ、２８Ｂ）の逆止弁（３２Ａ、３２Ｂ）を通して第２通路３０のエアが吸引され、リセット用エア供給源３４までの第２通路３０の全て（図７の破線部）が再び吸着圧まで減圧される。

一方、吸着ヘッド１２の何れの吸着盤２０Ａ、２０Ｂも物品Ｍを吸着・保持していない場合、負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂには、吸着盤２０Ａ、２０Ｂから外気が流入するため何れも略外気圧となる。逆止弁３２Ａ、３２Ｂよりも第２通路３０側は、前述したようにリセット処理後、負圧（リセット圧）に維持されているので、逆止弁３２Ａ、３２Ｂが開くことはない。そのため第２通路３０内は全て（図７破線部）、吸着圧よりも高いリセット圧に維持される。

次に図８のグラフを参照して、吸着状態判定処理の詳細について説明する。図８には、吸着処理を開始してからリセット処理を行い吸着処理を終了するまでの間の接続部Ｑ３（圧力スイッチ３６）における圧力変化と、そのときの圧力スイッチ３６の出力変化が示される。なお、図８において横軸は時間Ｔを示し、圧力変化のグラフにおける縦軸は圧力Ｐを、圧力スイッチ３６の出力変化を示す図８（ａ）、図８（ｂ）の縦軸は圧力スイッチ３６のオン／オフの状態を示す。

吸着処理における負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂの吸引が開始される前、接続部Ｑ３の圧力は外気圧Ｐ０（例えば０ｋＰａ）に等しい。吸引が開始され物品Ｍが吸着されると、逆止弁３２Ａ、３２Ｂの一方または両方を通して第２通路３０内の圧力は吸着圧Ｐ１にまで減圧される（実線Ｓ１）。圧力スイッチ３６のセットポイントの圧力（セットポイント圧）Ｐ２は、外気圧Ｐ０よりも低く、吸着圧Ｐ１よりも高い値（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ０）に設定され、接続部Ｑ３の圧力がセットポイント圧Ｐ２よりも低下すると、圧力スイッチ３６のオン／オフが切り替えられる。なお、本実施形態の圧力スイッチ３６は、セットポイント圧Ｐ２よりも高いときにオフ状態となり、セットポイント圧Ｐ２よりも低くなるとオン状態となる。

物品供給コンベヤ１６上の物品Ｍが吸着され、ロボット１４の吸着ヘッド１２が空ケース供給コンベヤ１８上の空のケースＣの上方付近にきた（図１参照）所定のタイミングＴ１（吸着ヘッド１２をケースＣに入れる直前またはその前後）で、リセット用エア供給源３４からエアが第２通路３０に所定時間供給され、逆止弁３２Ａ、３２Ｂよりも圧力センサ３６側の配管内は、図６に示される陰圧状態となり、接続部Ｑ３の圧力がリセット圧Ｐ３まで上昇される。リセット圧Ｐ３は、外気圧Ｐ０よりも低くセットポイント圧Ｐ２よりも高い値（Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ０）であり、接続部Ｑ３の圧力はリセット圧Ｐ３にまで上昇する（図６の状態）。これにより圧力スイッチ３６は、再びオフ状態になる。

吸盤２０Ａ、２０Ｂの何れかまたは両方が物品Ｍを吸着している場合、第２通路３０内のエアは直ちに逆止弁３２Ａ、３２Ｂの何れかまたは両方を通して吸引され、リセット圧Ｐ３から吸着圧Ｐ１にまで減圧され（実線Ｓ１）、圧力スイッチ３６は再びオン状態となる。この後、物品Ｍが空ケースＣ内に入れられるタイミングＴ２で吸着解除用エア供給源３３から第２通路３０にエアが供給され、接続部Ｑ３の圧力は外気圧Ｐ０よりも少し高いリリース圧Ｐ４にまで上昇され、吸着ヘッド１２による物品Ｍの吸着が解除される。

一方、吸着ヘッド１２の全ての吸盤２０Ａ、２０Ｂが物品Ｍを吸着していない場合、負圧供給通路２２Ａ、２２Ｂは略外圧Ｐ０となるので、逆止弁３２Ａ、３２Ｂは開くことがなく、第２通路３０内のエアは吸引されない。これにより第２通路３０内の圧力は、吸着解除用エア供給源３３から第２通路３０にエアが供給されまで、図８の一点鎖線Ｃ２で示されるようにリセット圧Ｐ３に維持される。なお、このときは物品Ｍが吸着ヘッド１２から落下してるので、吸着解除用エア供給源３３からのエアの供給は、タイミングＴ２を待たずに、脱落が判定された直後に行われてもよい。

図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれリセット処理後に吸着ヘッド１２から物品Ｍの脱落がなかった場合と脱落があった場合の圧力スイッチ３６のオン／オフ状態の変化を示す。物品Ｍの吸着が開始され接続部Ｑ３の圧力がセットポイント圧Ｐ２よりも下がると（時点ｔ１）、圧力スイッチ３６の出力はオン状態とされ、図示しない制御部において物品Ｍの吸着が成功した（ピック完了）と判定される。その後、リセットエア供給源３４からエアが供給され、接続部Ｑ３の圧力がセットポイント圧Ｐ２よりも高くなると、圧力スイッチ３６の出力はオフ状態に切り替えられる。

図８（ａ）に示されるように、オフ状態になってから所定期間ΔＴ内に接続部Ｑ３の圧力がセットポイント圧Ｐ２よりも下がり、圧力スイッチ３６の出力がオン状態とされると、制御部は吸着ヘッド１２による物品Ｍの吸着が維持されていると判定する。一方、図８（ｂ）に示されるように、オフ状態になってから所定期間ΔＴ内に接続部Ｑ３の圧力がセットポイント圧Ｐ２よりも下がらず、圧力スイッチ３６の出力がオフ状態のままの場合、制御部は吸着ヘッド１２から物品Ｍが脱落したと判定する。

なお、物品供給コンベヤ１６上の物品Ｍの吸着が初めから上手く行かなかった場合には、接続部Ｑ３の圧力は外気圧Ｐ０のままなので、制御部においては吸着（ピック）は失敗したと判定される。

以上のように、本実施形態の吸着ヘッド（吸着状態検出装置）によれば、複数の吸着部を備える吸着ヘッドの吸着状態を、単一の圧力スイッチのみを用いた簡略な構成で判定することができる。

リセット処理を伴う２回目以降の吸着状態判定処理は、１回目の判定処理の後複数回行われてもよい。また、圧力スイッチのオン／オフの切り替えは、セットポイントに対して本実施形態と逆であってもよい。更に、本明細書では外気としてエアを想定したため、供給源からはエアを供給したが、何等かのガスを供給する構成であってもよい。

１０物品保持装置
１２吸着ヘッド
１２Ａ、１２Ｂ吸着部
２０Ａ、２０Ｂ吸盤
２２Ａ、２２Ｂ負圧供給通路
２４Ａ、２４Ｂエジェクタ
２６吸着用エア供給源
２８Ａ、２８Ｂ第１通路
３０第２通路
３２Ａ、３２Ｂ逆止弁
３３吸着解除用エア供給源
３４リセット用エア供給
３６圧力スイッチ
Ｍ物品
Ｑ１合流部
Ｑ２、Ｑ３接続部

Claims

複数の吸着部を備える吸着ヘッドと、
前記吸着部の各々に負圧を供給する複数の負圧供給通路と、
一端が前記負圧供給通路の各々に連通される複数の第１通路と、
前記第１通路の他端同士の合流部を介して前記第１通路の各々に接続される第２通路と、
前記第２通路に設けられる単一の圧力スイッチと、
前記第１通路の各々設けられ、前記第２通路から前記負圧供給通路方向を順方向とする複数の逆止弁と、
前記圧力スイッチの出力に基づいて前記吸着ヘッドの吸着状態を判定する判定手段と
を備えることを特徴とする吸着状態検出装置。
前記第２通路に前記圧力スイッチのセットポイント以上の圧力を供給する圧力供給源を設けることを特徴とする請求項１に記載の吸着状態検出装置。
前記吸着ヘッドによる吸着の開始から終了までの期間において、前記判定手段は、１回目は、前記圧力スイッチが前記セットポイント以下の圧力を検知するか否かで前記吸着ヘッドの吸着状態を判定し、２回目以降は、前記圧力供給源から一時的に圧力供給を行った後、前記圧力スイッチが再び前記セットポイント以下の圧力を検出するか否かで前記吸着ヘッドの吸着状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の吸着状態検出装置。