JP2023093586A - ガスシリンダへガスを充填するためのガス充填システム、取付用ハンドおよび移送用ハンド - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献1は、ガス充填前にアダプタを取り付け、ガス充填後にそのアダプタを取り外す必要がある。
また、特許文献2では、コンベアによる移送を行うためボンベが倒れる危険性が懸念される。特に、液化ガスを充填した場合に、シリンダ表面に結露または霜が付くことで滑る危険がある。
また、シリンダの移送を確実に行えるロボット用ハンドを提供する。また、充填用コネクタをシリンダのバルブ口金に確実に取付けるためのロボット用ハンドを提供する。
前記シリンダの長手方向に対応する長さを有する支持本体と、
前記支持本体の長手方向と直交する方向に延設される1または2以上の吸着パッドと、
前記支持本体の長手方向と直交する方向で、かつ前記吸着パッドが延設される同じ方向に延設される少なくとも1または2以上の側面支持部と、を有する。
前記支持本体は、その下部(最下部の側面支持部よりも下部)に、前記シリンダの底部を支持する(持ち上げる)ための底支持部と、前記底支持部をその待機位置から、持ち上げるための支持位置まで移動するための第一アクチュエータとを有していてもよい。「待機位置」は、底支持部の先端が、吸着パッドの先端よりも支持本体側に少なくとも配置される位置である(底支持部の先端が、吸着パッドの先端よりも突出していない状態である)。「支持位置」は、底支持部がシリンダの底を支持するように吸着パッドの先端よりも突出した配置である。
上記構成によれば、液化ガスを充填したシリンダ表面に結露または霜が付いたとしても、吸着パッドおよび底支持部で安全にシリンダを移送できる。
前記支持本体は、吸着パッドおよび側面支持部と、底支持部との前記長手方向における間隔を調整する第二アクチュエータを有していてもよい。シリンダを吸着させた状態で、第二アクチュエータを駆動させ(底支持部を下方へ離す方向に移動させ)その間隔を広げることで、底支持部をシリンダの底面に配置するためのスペースを確保できる。第二アクチュエータは、エアシリンダ、電動シリンダ、他のアクチュエータ、ボールねじ機構、ラックアンドピニオン機構などで構成されていてもよい。アクチュエータ制御部が第一および第二アクチュエータを制御する。
前記支持本体の頂部(前記底支持部と対向する位置)に(その長手方向と平行に突出するように)設けられ、前記シリンダの(バルブと噛み合って)バルブの開閉を行うためのバルブ操作部を有していてもよい。
前記バルブ操作部は、バルブの形状に少なくとも部分的に係合する形状を有する(弾性部材で構成される)係合部と、バルブを(上から)押圧するように付勢するための付勢機構(例えば、ばね機構)と、付勢機構と連動して係合部とバルブとの接触の有無(接触圧力が閾値を超えたか否か)を検知するセンサとを有していてもよい。センサの検知信号に応じて、第一ロボットの先端アームを回転(正回転または逆回転)させることで、バルブ操作部が回転し、バルブを開閉させる構成であってもよい。
バルブ操作部は、支持本体の長手方向に平行にエアシリンダ、電動シリンダなどのアクチュエータで伸縮する構成でもあってもよい。
上記構成によれば、第一ロボットで、バルブの開閉動作を行えるため、他のバルブ開閉機構が不要となる。第一ロボットは、パレタイジングとデパレタイジングを兼用し、さらにバルブ開閉動作も行うため、設備コストを抑えることができる。
前記移送用ハンドが、ロボットの先端アームに着脱可能に連結されてもよい。
ハンド本体と、前記ハンド本体に取り付けられ、ロボットの先端アームの連結部と着脱可能に連結されるアダプタと、前記ハンド本体に取り付けられるガス充填用のコネクタとを有する。
ガス充填用のコネクタは、例えば、充填口金、クイックコネクタ(例えば、STAUBLI社製、Quick release coupling)、ワンタッチ充填金具(ドイツWEH社製ワンタッチ充填金具)、ネジコミコネクタなどが挙げられる。
ハンド本体には、コネクタの他に、ガス配管、配管弁などが取付られていてもよい。
これにより、ガス充填の際に、第一または第二ロボットでコネクタをバルブ口金に接続し、先端アームからハンドを切り離すことで、ハンドをシリンダに置き去りにし、別のシリンダに対する動作(別のシリンダに対するガス充填モジュールの取り外し、その取り付けなど)を行える。
前記第一ロボットは、少なくとも先端アームを有し、当該先端アームと上記に記載の移送用ハンドとが連結される構成である。
前記第二ロボットは、少なくとも先端アームを有し、前記先端アームと上記に記載の取付用ハンドとが、前記連結部と前記アダプタを介して着脱可能に連結される、または、
前記先端アームと、ガス充填用のコネクタを把持可能な把持用ハンドが連結される。
挟持用ハンドは、例えば、多指の構造であってもよい。
前記第一ロボットは、少なくとも先端アームを有し、
前記先端アームと、上記に記載の移送用ハンドとが着脱可能に連結され、および、前記先端アームと上記記載の取付用ハンドとが連結部とアダプタを介して着脱可能に連結される。
第二のガス充填システムは、第一ロボットが、シリンダの移送と、コネクタの取付・取外を兼用する構成である。
CO2などの液化ガスは、重量を測定し、気体の高圧ガスは、圧力を測定することが好ましいため、ガスの種類に応じた装置構成を採用する。
前記計量部は、例えばロードセルで構成される。計量部で測定された信号は、ガス充填制御部へ送られ、ガス充填の開始、終了のタイミングに使用される。
前記圧力測定部は、ガスを流す充填ライン側に取り付けてもよく、充填口金などのコネクタ付近に設置されてもよい。
ガス充填制御部は、ガス充填の開始の際に遮断弁を開け、重量または圧力が所定値になったら遮断弁を閉じるように制御することで、ガスの充填を開始させおよび停止する。
前記計量部の上に載置され、前記シリンダの底と接触する接触部と、前記底支持部が挿入されかつ上方向に前記シリンダを持ち上げるための開口部とを有する計量治具をさらに有していてもよい。
前記固定部または挟持部は、その先端がシリンダの側面形状に対応する形状、例えば凹状であることが好ましい。固定部または挟持部は、少なくとも2点(2箇所)でシリンダの外面に接触する形状が好ましい。固定部または挟持部は、その先端の凹状が逆三角形に欠切されていてもよく、円弧に欠切されていてもよい。
前記固定部または挟持部は、例えば、エア式、電動式、油圧式などのアクチュエータ、ボールねじ機構のアクチュエータ、ラックアンドピニオン機構のアクチュエータなどで駆動され、待機位置から固定(把持)位置へ移動(圧接)する構成でもあってもよい。固定部制御部は固定部を駆動するアクチュエータを制御する。
計量充填装置は、前記シリンダの重量を計量する載置式の計量部と、前記計量部に直接または間接的に載置された前記シリンダを固定する少なくとも一つの固定部とを有し、1つまたは2つ以上が計量充填装置がガス充填エリアに載置されてもよい。
前記ガス充填システムは、所定の条件の場合に、前記シリンダの向きを変えるためのシリンダ仮置エリアを有していてもよい。シリンダ仮置エリアにおいて、第一ロボットは、シリンダのバルブ口金の向きを所定方向(吸着パッドと対向する方向)になるように、シリンダを吸着しなおす。
前記ガス充填システムは、前記充填口金を有するガス充填モジュールを2以上載置するモジュール置場を有していてもよい。このモジュール置場は、テーブルを有していてもよい。
前記吸着パッドおよび/または前記側面支持部は、前記シリンダの直径サイズに応じて、前記長手方向と直交する方向に移動可能に構成されていてもよい。
前記側面支持部は、その先端がシリンダの側面形状に対応する形状、例えば凹状であることが好ましい。側面支持部は、少なくとも2点(2箇所)でシリンダの外面に接触する形状が好ましい。側面支持部は、その先端の凹状が逆三角形に欠切されていてもよく、円弧に欠切されていてもよい。
前記吸着パッドは、シリンダの側面と接触し吸着する構成である。吸着パッドは、少なくとも一つの開口または複数の開口を有していてもよい。
前記吸着制御部は、シリンダの長手方向のサイズに応じて配置される吸着パッドの吸引動作の駆動を制御する。吸引動作は、吸引手段(例えば真空ポンプ、ブロワー)、弁の開閉などを制御することで実行されてもよい。
上記構成によれば、縦置きした際のシリンダの高さに合わせて、複数の吸着パッドと複数の側面支持部を設けることで、シリンダの移送の際の倒れ防止が可能となる。
設置面に垂直な軸(第1軸)周りに360°旋回可能な基部と、
前記設置面に対し平行な軸(第2軸)周りに可動可能に前記基部に連結される下アームと、
前記設置面に対し平行な軸(第3軸)周りに可動可能に前記下アームに連結される上アームと、
前記設置面に対し平行な軸(第4軸)周りに可動可能に前記上アームに連結される先端アーム(手首アーム)と、を有する。
前記上アームは、上アームの長手方向と平行な上アーム中心軸(第5軸)周りに360°旋回可能であってもよい。
前記上アームは、上アームの長手方向に伸縮する構造(シリンダ構造)であってもよい。
前記手首アームは、手首アームの長手方向(上アームとの連結部位から手首アームの先端部位に向かう方向)と平行な手首アーム中心軸(第6軸)周りに360°旋回可能であってもよい。
多関節ロボットの基部及び各アームの動作は、個別の制御部または主制御部によって制御されてもよい。
多関節ロボットは、6軸ロボット以外でもよく、例えば4軸、5軸などのロボットとして構成されていてもよい。
実施形態1のガス充填システムについて、図1を用いて説明する。第一ロボットR1を中心にして、パレットエリアPAと第二ロボットR2およびガス充填エリアGAが対向するように配置される。パレットエリアPAとガス充填エリアGAとの間におけるシリンダSの移送経路の途中に、シリンダ仮置エリアSAが配置される。ガス充填モジュール置場MAが、第二ロボットR2とガス充填エリアGAの間に配置される。ガス充填モジュール置場MAには充填口金を有するガス充填モジュールを2以上載置する。なお、各ロボット、各エリアは図1の配置に限定されず、他の配置であってもよい。
シリンダ仮置エリアSAには、シリンダの位置決め用のガイド203が設置される。
ガス充填エリアGAには、2つの計量充填装置300、400が配置される。各計量充填装置の本体にシリンダの一方側面を支持し位置決めするためのガイド204が設置される。
支持本体110は、シリンダSの長手方向(上下方向)に対応する長さを有する。支持本体110の長手方向に、所定の間隔をあけて、シリンダSの長手方向と直交する方向に、第一、第二、第三、第四吸着パッド111~114が設けられている。
各吸着パッドのシリンダSの長手方向の上下位置に、支持本体110からその長手方向と直交する方向(吸着パッドが延設された同じ方向)に第一、第二、第三、第四、第五側面支持部121~125が設けられている。
本実施形態において、図2Cに示すように、各側面支持部(121)は、その先端(121a)が逆三角形に欠切されている。
各種のシリンダSは長手方向のサイズがそれぞれ異なる。そのため、吸着制御部(不図示)は、シリンダSの長手方向のサイズに応じて各吸着パッドの吸引動作の駆動を制御する。吸引動作は、吸引手段(例えば真空ポンプ、ブロワー)、弁の開閉などを制御することで実行できる。
また、各側面支持部121~125が、シリンダSの側面に当接することで、シリンダSを垂直に立てた状態を維持しながら吸引および移送を行える。
バルブ操作部140は、バルブを上から押圧するように付勢するための付勢機構(例えば、ばね機構、不図示)と、付勢機構と連動して係合部141とバルブとの接触の有無(接触圧力が閾値を超えたか否か)を検知するセンサ(不図示)とを有する。このセンサの検知信号に応じて、第一ロボットR1の先端アーム101を回転(正回転または逆回転)させることで、バルブ操作部140が回転し、バルブを開閉させることができる。
本実施形態において、第一画像処理部は、第一撮像部でシリンダ仮置エリアSAを撮像して得られたシリンダSの画像から、バルブ口金602の位置を画像解析で特定してもよい。また、第一画像処理部は、第一撮像部でパレットエリアPAまたはパレットP1~P3を撮像して得られた画像から、シリンダSまたはパレット(パレットの空きスペース)を画像解析で特定してもよい。また、第一画像処理部は、第一撮像部でガス充填エリアGAを撮像して得られた画像から、計量部330の位置、シリンダSまたはそのバルブ601の位置を画像解析で特定してもよい。
第一計量充填装置300は、シリンダSの重量を計量する載置式の計量部330と、計量部330の上に置かれた計量治具340と、シリンダSを固定する一対の挟持部を複数組(固定部に相当する)有する。
計量部330で測定された信号は、ガス充填制御部(不図示)へ送られ、ガス充填の開始、終了のタイミングに使用される。
計量治具340は、シリンダSの底と接触する接触部と341、底支持部131が挿入されかつ上方向にシリンダSを持ち上げるための、上向きに開口した3つの開口部343、344、345を有する。底支持部131が3つの細長棒131a、131b、131cで構成されているのに対応して、開口部の形状、数が構成されている。
先端アーム510は、ハンド515を着脱可能に連結する構造であり、先端アーム510の先端に連結部513を有し、ハンド515は当該連結部513と連結されるためのアダプタ516を有する(図4B参照)。ハンド515は先端アーム510に対し360°回転可能である。ハンド515には、充填口金801、ガス配管802などが取付けられ、これらでガス充填モジュール800を構成する。ガス充填モジュール800としては、充填口金801、ガス配管802などの他に、配管弁(不図示)なども接続されていてもよい。
本実施形態において、第二画像処理部は、第二撮像部550でガス充填エリアを撮像して得られた画像から、シリンダSまたはバルブ口金602の位置、ハンド515のアダプタ516の位置などを画像解析で特定してもよい。また、第二画像処理部は、ガス充填モジュールの置場において第二撮像部550で撮像して得られた画像から、ガス充填モジュールのモジュール置場MAの位置またはハンド515のアダプタ516の位置を画像解析で特定してもよい。
パレットP1からP3には、バルブ口金602が一定方向を向くようにシリンダSが載置されることが好ましい。「一定方向」とは、パレットエリアPAにおいて、バルブ口金602が反対方向となるように、吸着パッドで吸着されるシリンダSの側面を第一ロボットR1へ向かせる方向である。
安全柵は、第一、第二ロボットR1、R2の稼働範囲に応じて設置され、1または2以上のパレットエリアPAがその内部に配置される。パレットエリアPAへパレットが出入りするために安全柵にそのためのゲートが設けられてもよい。
パレットエリアPAでシリンダSを吸着しガス充填エリアGAへそのまま移送させてもバルブ口金602の方向が第二ロボットR2の方向を向いていない場合がある。このような場合に、第一ロボットR1は、シリンダ仮置エリアSAにシリンダSを移送させ、ここでバルブ口金602の向きを変える。そして、第一ロボットR1はシリンダSをガス充填エリアGAへ移送する。ただし、位置決め用のサイド治具やパレットの外枠があっても、パレットの端に位置するシリンダSの向きをそれに合わせて中央側に所定角度傾くようにした場合には、バルブ口金602の向きを変えなくてもよい場合もある。また、パレットの上のシリンダSのバルブ口金602の角度がそれぞれ一定でない場合に、シリンダ仮置エリアSAで全てのシリンダSに対してバルブ口金602の角度を所定角度となるように調整してもよい。
なお、別実施形態として、シリンダ仮置エリアSAでバルブ口金602の角度を調整することに限定されず、ガス充填エリアGAでバルブ口金62の角度を調整する機構を設けてもよい。かかる場合に、計量充填装置300、400または本システムが有する第三撮像部あるいは第二撮像部でシリンダSを撮像して得られた画像を解析し、バルブ口金602の位置を特定し、バルブ口金602が所定角度を向くように、シリンダSを乗せた計量部330を回転させてもよく、シリンダSを把持した状態で一対の把持部で把持させた状態で回転させる構成でもよい。
(S1)第一ロボットR1は、パレット上の移送すべきシリンダSを特定する。なお、第一、第二ロボットR1、R2は、画像認識を行い、また予め設定された動作規則に基づいて動作するようにプログラムされている。
(S2)第一ロボットR1は、各吸着パッドおよび各側面支持部をシリンダSの側面に当て吸着させる。
(S3-1)外枠の隣の位置のシリンダSの場合は、シリンダ仮置エリアSAへ移送し、第一ロボットR1は、シリンダSのバルブ口金602の向きを所定方向(吸着パッドと対向する方向)になるように、シリンダSを吸着しなおす。次いで、第一ロボットR1は、シリンダSをガス充填エリアGAへ移送し、計量部330の上(計量治具340)に載置する。
(S3-2)外枠の隣の位置のシリンダSではない場合は、第一ロボットR1は、シリンダSをガス充填エリアGAへ直接移送し、計量部330の上(計量治具340)に載置する。
(S4)固定部(一対の挟持部)によりシリンダSの側面を固定する。
(S5)第二ロボットR2は、シリンダSのバルブ口金602を特定し、連結されたガス充填モジュール800を移送して、バルブ口金602に充填口金801を取り付ける。
(S6)第二ロボットR2は、先端アーム510からハンド515を切り離し、次の動作(別のガス充填モジュールとの連結)へ移行する。
(S7)第一ロボットR1は、バルブ601にバルブ操作部140をセットし、バルブ601を開ける。すでにバルブ601が開状態である場合(例えばパレット上ですでに開けた状態のとき)にはこのステップは不要である。ただし、省人化と適切なガス充填をする上ではこのステップがある方が好ましい。
(S8)固定部(一対の挟持部)をシリンダSから離し、固定を解除する。なお、固定を解除せずに行ってもよい。
(S9)ガス充填を開始する。
(S10)計量部330の測定値が閾値を超えた場合に、ガス充填を停止する。
(S11)固定部(一対の挟持部)によりシリンダSの側面を固定する。
(S12)第一ロボットR1は、バルブ601にバルブ操作部140をセットし、バルブ601を閉じる。次いで、第一ロボットR1は、別の動作(別のシリンダのデパレタイジングまたはパレタイジング、待機など)に移行する。
(S13)第二ロボットR2は、先端アーム510にハンド515を連結し、ガス充填モジュール800をシリンダ(バルブ口金)から取り外し、次の動作(ガス充填モジュールをモジュール置場に置く、別のガス充填モジュールとの連結など)へ移行する。
(S14)第一ロボットR1は、底支持部131を待機位置T0から支持位置T1へ移動させて、治具340の開口部343、344、345に挿入し、次いで底支持部131をシリンダSの底に当てる。それと同じタイミングまたはそれと前後して、各吸着パッドおよび各側面支持部をシリンダSの側面に当て吸着させる。シリンダSを持ち上げてパレットへ移送する。第一ロボットR1は、シリンダSをパレットへ置く前に底支持部131を待機位置T0へ収納させる。
上記実施形態では、第一ロボットR1でシリンダの移送を行い、第二ロボットR2でバルブ口金にコネクタ(充填口金)を取付、取り外す構成であったが、これに制限されず、別実施形態として、第1ロボットがシリンダの移送およびバルブ口金にコネクタ(充填口金)を取付、取り外してもよい。第一ロボットの先端アームに、移送用ハンドおよび取付ハンドが着脱自在に連結される。例えば、ガス充填エリアにシリンダを移送後、所定場所で移送用ハンドを切り離し、取付用ハンドと連結する。取付用ハンドをシリンダのバルブ口金に取り付けた後で、取付用ハンドを切り離し、移送用ハンドと連結する。
また、別実施形態として、ガス充填用のコネクタとして、クイックコネクタ(例えば、STAUBLI社製、Quick release coupling)、ワンタッチ充填金具(ドイツWEH社製ワンタッチ充填金具)、ネジコミコネクタを用いることができる。
また別実施形態として、取付用ハンドの代わりに、ガス充填用のコネクタを把持可能な把持用ハンドを使用することができる。
また、パレットエリアに替わり、シリンダの置場が配置されていてもよい。
111、112、113、114 吸着パッド
121、122、123、124、125 側面支持部
131 底支持部
140 バルブ操作部
141 係合部
300 第一計量充填装置
311、321 一対の挟持部
400 第二計量充填装置
510 先端アーム
513 連結部
515 ハンド
516 アダプタ
601 バルブ
602 バルブ口金
800 ガス充填モジュール
801 充填口金
P1、P2、P3 パレット
R1 第一ロボット
R2 第二ロボット
S シリンダ
Claims (12)
- シリンダを移送するためのロボットハンドであって、
前記シリンダの長手方向に対応する長さを有する支持本体と、
前記支持本体の長手方向と直交する方向に延設される1または2以上の吸着パッドと、
前記支持本体の長手方向と直交する方向で、かつ前記吸着パッドが延設される同じ方向に延設される少なくとも1または2以上の側面支持部と、
前記支持本体の頂部に設けられ、前記シリンダのバルブの開閉を行うためのバルブ操作部と、
を有する、移送用ハンド。 - シリンダを移送するためのロボットハンドであって、
前記シリンダの長手方向に対応する長さを有する支持本体と、
前記支持本体の長手方向と直交する方向に延設される1または2以上の吸着パッドと、
前記支持本体の長手方向と直交する方向で、かつ前記吸着パッドが延設される同じ方向に延設される少なくとも1または2以上の側面支持部と、
を有し、
前記側面支持部を前記シリンダの吸着する側で前記シリンダに当接させることで、当該シリンダを垂直に立てた状態で前記吸着パッドによる吸引をする構成である、
移送用ハンド。 - 前記支持本体は、その下部に、前記シリンダの底部を支持するための底支持部と、前記底支持部をその待機位置から持ち上げるための支持位置まで移動するための第一アクチュエータとを有する、請求項2に記載の移送用ハンド。
- 前記支持本体の頂部に設けられ、前記シリンダのバルブの開閉を行うためのバルブ操作部を有する、請求項2または3に記載の移送用ハンド。
- 前記移送用ハンドが、ロボットの先端アームに着脱可能に連結される、請求項2~4のいずれか1項に記載の移送用ハンド。
- シリンダのバルブ口金に、ガス充填用のコネクタを取り付けるためのロボットハンドであって、
ハンド本体と、
前記ハンド本体に取り付けられ、ロボットの先端アームの連結部と着脱可能に連結されるアダプタと、
前記ハンド本体に取り付けられるガス充填用のコネクタと、
を有する、取付用ハンド。 - シリンダを移送する第一ロボットと、
ガス充填エリアにおいて、前記シリンダを固定する少なくとも一つの固定部と、
前記シリンダのバルブ口金に、ガス充填用のコネクタを取り付けるための第二ロボットと、
を有するガス充填システムであって、
前記第一ロボットは、少なくとも先端アームを有し、当該先端アームと前記請求項2から5のいずれか1項に記載の移送用ハンドとが連結される、ガス充填システム。 - 前記第二ロボットは、少なくとも先端アームを有し、
前記先端アームと前記請求項6に記載の取付用ハンドとが、前記連結部と前記アダプタを介して着脱可能に連結される、または、
前記先端アームと、ガス充填用のコネクタを把持可能な把持用ハンドが連結される、請求項7に記載のガス充填システム。 - シリンダを移送する第一ロボットと、
ガス充填エリアにおいて、前記シリンダを固定する少なくとも一つの固定部と、
を有するガス充填システムであって、
前記第一ロボットは、少なくとも先端アームを有し、
前記先端アームと前記請求項2から5のいずれか1項に記載の移送用ハンドとが着脱可能に連結され、および、
前記先端アームと前記請求項6に記載の取付用ハンドとが、前記連結部と前記アダプタを介して着脱可能に連結される、ガス充填システム。 - 前記シリンダの重量を計量する載置式の計量部、および/または、前記シリンダ内のガス圧またはシリンダに送るガス圧を測定する圧力測定部を有する、請求項7から9のいずれか1項に記載のガス充填システム。
- 前記シリンダの長手方向の長さに応じて、前記吸着パッドにおける当該シリンダへの吸着を制御する吸着制御部を有する、請求項7から10のいずれか1項に記載のガス充填システム。
- 前記計量部の上に載置され、前記シリンダの底と接触する接触部と、前記シリンダの底部を支持するための底支持部が挿入されかつ上方向に前記シリンダを持ち上げるための開口部とを有する計量治具をさらに有する、請求項10に記載のガス充填システム。
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