JP2023507417A - グリッパユニット - Google Patents

Abstract

ハウジング（１１０）と、真空分配ユニット（１２０）であって、真空分配ユニット（１２０）の直線運動が、ハウジング（１１０）に向かい且つそれから離れる第１の方向において許容されるようにハウジング（１１０）に接続された真空分配ユニット（１２０）とを含むグリッパユニット（１００）が提供される。【選択図】 図５

Description

本発明は、グリッパユニットに関し、特に、機械と包装容器との間の接触面を達成、維持及び終了するように構成されるグリッパユニットに関する。

液体食品用包装容器などの個々の包装容器は、通常、カートンをベースとする材料から製造され、高速充填機を用いて充填される。充填、成形及びシールされた包装容器は、充填機から降ろされると、通常、所定数の包装容器が包装パターンにおいて積み上げられ、段ボールブランクから作られたケースに入れられる段ボールパッカー若しくはフィルム機又は包装容器のグループを封入する同様の装置に移送される。

このような製造中、包装容器をある場所から別の場所に移動させる必要がある。例えば、包装容器は、充填機（又はそれに関連するいずれかのコンベヤ）から段ボールパッカー（又はそれに関連するいずれかのコンベヤ）に移動させる必要がある。

産業用機械装置内でパッケージをあるエリアから別のエリアに移動させるために、ロボットアームを使用することができる。ロボットアームは、様々な自由度で３次元的に移動するようにプログラムされ得る。ロボットアームの遠位端には、機械と包装容器との間の接触面を提供するグリッパが配置される。

このような包装容器の界面は、従来、機械式グリッパ又は包装容器の上面で動作する真空カップグリッパである。しかしながら、先行技術のグリッパは、通常必要とされるサイクル時間、すなわち１つの完全な動作を実行するのに必要な時間に対して要求される速度又は安定性を提供しない。現代の製造業では、グリッパは、完全なハンドリングシーケンスを１秒以内に実行できなければならない。

先行技術のグリッパの制約のほとんどは、要求されるサイクル時間に重くのしかかる。問題は、グリッパの物理的なサイズ及び幾何学的な要件に対応するために必要とされるロボットの過剰な移動に起因している。これには、包装容器に対するグリッパの位置決め、作動、配置、解放及び慎重な引き下げが含まれる。また、問題は、包装容器を把持するために使用される真空カップを真空状態にするために要求される過剰な時間及びグリッパが後退する際に包装容器を乱雑にしないように真空が完全に破壊されたことを保証するために必要な過剰な時間に関連する。

したがって、包装容器をより安定的に、より正確に、より速く位置決めする改良されたグリッパユニットが必要とされている。

本発明の目的は、従来技術の上で特定された制限の１つ又は複数を少なくとも部分的に克服することである。特に、包装容器をグリッパユニットから解放するために真空が除去されると、包装容器に対するあらゆる「押し付け動作」を低減するグリッパユニットを提供することが目的である。

第１の態様によれば、グリッパユニットが提供される。グリッパユニットは、真空分配ユニットであって、真空分配ユニットの直線運動が、ハウジングに向かい且つそれから離れる第１の方向において許容されるようにハウジングに接続された真空分配ユニットを含む。これにより、グリッパユニットの精度が向上する。

グリッパユニットは、真空分配ユニットをハウジングに接続する少なくとも第１のリーフスプリングをさらに含んでもよい。

グリッパユニットは、好ましくは、真空分配ユニットをハウジングに接続する少なくとも１つの追加のリーフスプリングをさらに含む。

少なくとも１つの追加のリーフスプリングは、第１のリーフスプリングと実質的に同じ長さを有してもよい。

少なくとも１つの追加のリーフスプリングは、第１のリーフスプリングと平行に、しかし第１の方向において離間されて配置されてもよい。したがって、真空分配ユニットの回転は、第１のリーフスプリングの中心軸と、追加のリーフスプリングの中心軸とによって画定される平面内で阻止される。

グリッパユニットは、第１のリーフスプリングの両側に配置された２つの追加のリーフスプリングを含み得る。それにより、対称性が達成される。

グリッパユニットは、第１の態様による複数のグリッパユニットを含んでもよい。このような実施形態では、単一のロボットアームを用いて複数の包装容器を移動させることが可能である。

グリッパユニットは、少なくとも１つの真空吸引カップを含んでもよい。少なくとも１つの吸引カップは、少なくとも１つの吸引カップがグリッパユニットのハウジング内に完全に配置されるアイドル位置と、少なくとも１つの吸引カップが前記ハウジングから伸長している作動位置との間で移動可能である。

グリッパユニットは、同じ平面内で動作し、且つアイドル位置と作動位置との間で一緒に移動可能である少なくとも２つの吸引カップを含んでもよい。それにより、包装容器の改善された把持が達成される。

少なくとも１つの吸引カップの位置は、真空を使用して制御されてもよく、これにより容易に入手可能で高品質の真空発生器の使用が可能になる。

グリッパユニットは、制御吸引カップをさらに含んでもよい。制御吸引カップの作動は、少なくとも１つの吸引カップをアイドル位置から作動位置に移動させてもよく、これは、付着用吸引カップ及び制御吸引カップのために共通の空気供給部を利用できるという点で有利である。

制御吸引カップは、ハウジングのキャビティの内部に配置されてもよく、前記キャビティは、制御吸引カップが真空を適用する蓋によって閉鎖される。

第２の態様によれば、ロボットアームアセンブリが提供される。ロボットアームアセンブリは、関節式ロボットアーム又はデルタロボットなどのロボットアームと、ロボットアームに設けられる少なくとも１つのグリッパユニットとを含む。

本発明のさらに他の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な記載及び図面から明らかになるであろう。

ここで、本発明の実施形態を、添付の概略図面を参照しながら例として記載する。

ロボットアームアセンブリの一部を形成するグリッパユニットの概略図である。 異なる動作モードにおける、一実施形態によるグリッパユニットの側面図である。 一実施形態によるグリッパユニットの等角図である。 一実施形態によるグリッパユニットの断面図である。 一実施形態によるグリッパユニットの等角図である。 一実施形態によるグリッパユニットアセンブリの等角図である。 一実施形態によるグリッパユニットのさらに別の断面図である。 一実施形態による方法の概略図である。

図１から始めると、一実施形態によるロボットアームアセンブリ１が概略的に示されている。ロボットアームアセンブリ１は、ロボットアーム１０と、グリッパユニット１００とを含み、それにより、グリッパユニット１００は、ロボットアーム１０の遠位端に設けられている。好ましくは、ロボットアーム１０は、関節式デルタロボット又は少なくとも３つの回転ジョイントを有する関節式ロボットである。関節式ロボットは、デルタロボットと同様に、当技術分野でよく知られており、本明細書でさらに記載しない。

ロボットアームアセンブリ１は、充填機と段ボールパッカー（図示せず）又は他のタイプの装置との間などの機械環境内に配置される。このような例では、ロボットアームアセンブリ１は、充填機によって製造され、コンベヤ３０によってそれから排出される個々の包装容器２０を移動させるために設けられる。少なくとも１つの平面パネル２４を含む主要本体２２を典型的に有する包装容器２０は、コンベヤ３０上を搬送される際にロボットアームアセンブリ１によって把持され、段ボールパッカーの送込みコンベヤ４０に移動され、コンベヤ４０の下流のさらなる装置に搬送される。なお、主要本体２２の平面パネル２４は、必ずしも包装容器２０の側面全体を形成する必要はなく、グリッパユニット１００によって把持されるのに十分な大きさの平面であることが望ましい。

ロボットアームアセンブリ１は、非常に高速で動作するように構成され、アイドル位置から、以下の動作シーケンスを実行できるようにすることが必要である：接近する包装容器２０にグリッパユニット１００を近接配置すること、包装容器２０をグリッパユニット１００に取り付けるためにグリッパユニット１００を作動させること、グリッパユニット１００及び取り付けられた包装容器２０を所望の位置に移動すること、グリッパユニット１００を非作動にして包装容器２０を解放すること及びアイドル位置に戻ること。完全な動作シーケンスは、典型的には、１秒未満、例えば０．５秒未満、さらに好ましくは０．３秒未満で実行されるべきである。

したがって、グリッパユニット１００の作動及び非作動を制御するために、コントローラ５０が提供され、グリッパユニット１００に接続される。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、ロボットアーム１０とも通信する。

コントローラ５０は、好ましくは、１つ又は複数のプロセッサによる実行のために構成された１つ又は複数のプログラムを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み、１つ又は複数のプログラムは、グリッパユニット１００を制御するための命令を含む。

ここで、図２ａ～ｃを参照すると、グリッパユニット１００のさらなる詳細が示されている。グリッパユニット１００は、好ましくは、１つ又は複数の真空カップ１３０を使用して吸引力を適用することにより、隣接する包装容器を取り付けることができる真空グリッパユニット１００である。

グリッパユニット１００は、ハウジング１１０と、真空分配ユニット１２０とを含む。真空分配ユニット１２０は、ハウジング１１０に対して移動可能であり、少なくとも１つの吸引カップ１３０を含む。図示の例では、真空分配ユニット１２０は、真空を適用することによって包装容器に付着するための２つの離間された吸引カップ１３０と、１つの制御吸引カップ１４０とを含む。

すべての吸引カップ１３０、１４０は、好ましくは、同時に作動される。これは、吸引カップ１３０、１４０が共通の空気供給部（後述する）を共有する場合に特にそうである。吸引カップ１３０及び制御吸引カップ１４０の作動により、真空分配ユニット１２０は、図２ａのブロック矢印によって示される方向においてハウジング１１０に向かって移動される。したがって、真空分配ユニット１２０は、アイドル位置（図２ａに示す）から作動位置（図２ｂに示す）に移動される。真空分配ユニット１２０が作動位置にあるとき、吸引カップ１３０は、伸長位置に配置され、すなわち、各吸引カップ１３０の遠位端は、ハウジング１１０の外側に配置される。

図２ｂに示すように、作動位置において、グリッパユニット１００は、包装容器を把持する準備ができている。真空が適用されると、吸引カップ１３０、１４０の作動時、各吸引カップ１３０、１４０に吸引力が発生し、それにより、図２ｃに示すように、包装容器をハウジング１１０の方に引っ張る。吸引カップ１３０の柔軟な材料により、包装容器の平面パネル２４は、ハウジング１１０と接触し、密に重なる。

グリッパユニット１００は、個々の包装容器が動いている間に個々の包装容器を照合するために使用され、吸引カップ１３０の作動を必要とする。真空作動した吸引カップ１３０は、シール、したがって安定的なグリップを達成するために、それらがピッキングしている包装容器と干渉する必要がある。

吸引カップ１３０がハウジング１１０から飛び出している（且つ包装容器に接触する準備ができている）場合、それは、場合により、包装容器の回収を妨げる。したがって、本明細書に記載されるグリッパユニット１００は、吸引カップ１３０を後退させ、包装容器の移動を妨げない「きれいな」ハウジング表面を残すように構成される。

実際、吸引カップ１３０は、吸引カップ１３０がハウジング１１０より前に包装容器と接触することを保証するように突出するように制御される。吸引カップ１３０は、吸引カップ１３０が配置されている包装容器と干渉しないことを保証するために、真空発生器１５０、１５２（図５を参照されたい）への空気供給を断つことによって後退される。

図２ａ～ｃに示す実施形態では、３つの真空カップ１３０、１４０が採用され、共通の真空分配ユニット１２０に一緒に取り付けられている。２つの吸引カップ１３０は、包装容器２０を把持するように構成され、第３の吸引カップ１４０は、真空分配ユニット１２０を前方に引っ張るためのアクチュエータとして機能する。

動作中、真空が解除されると、吸引カップ１３０が包装容器からハウジング１１０内に引き込まれるため、包装容器の配置は、安定する。これは、制御吸引カップ１４０と吸引カップ１３０とを同時に非作動にすることによって達成され、それにより、真空分配ユニット１２０は、図２ａのそのアイドル位置に戻ることが許容される。

次に、図３を参照して、グリッパユニット１００のいくつかのさらなる詳細について記載する。包装容器２０に付着するために使用される吸引カップ１３０は、真空分配ユニット１２０の一部を形成する共通の真空発生器１５０（図５に見られる）に接続される。好ましくは、真空発生器１５０は、多孔質材料のために設計され、したがって高流量及び低真空を発生させることが可能である。これにより、把持時間が短縮され、包装容器２０の包装材料が損傷しないことが保証される。

図４に示すように、制御吸引カップ１４０は、ハウジング１１０のキャビティ１１２の内部に配置され、キャビティ１１２は、蓋１１４によってハウジング１１０の表面の平面で閉鎖される。制御吸引カップ１４０が好ましくは別個の真空発生器１５２（図５を参照されたい）によって作動されると、制御吸引カップ１４０が蓋１１４の内部に対して吸引力を適用するため、真空は、真空分配ユニット１２０全体をハウジング１１０に向かって引っ張ることになる。これは、図４に示され、そこでは、各吸引カップ１３０の遠位端は、ハウジング１１０からある程度伸長している。制御吸引カップ１４０から真空が解除されると、吸引カップ１３０は、真空分配ユニット１２０全体の戻り運動により、図２ａに示されるように、その引き込み位置に戻ることになる。

さらに図５を参照すると、ハウジング１１０は、静的フレームとロボットアーム１０（図１を参照されたい）への堅牢な接続部を形成する一方、真空分配ユニット１２０は、吸引カップ１３０、制御吸引カップ１４０、真空発生器１５０、１５２及び空気供給部接続１５４（図３を参照されたい）が取り付けられる剛性フレーム１２２を含む。さらに、真空分配ユニット１２０は、吸引カップ１３０の状態監視を可能にするため又はグリッパユニット１００と包装容器２０との間で「グリップ」が達成されたことを保証するために真空変換器１６０を設けられてもよい。

真空発生器１５０、１５２は、共通の空気供給部１５４を共有してもよく、したがって部品の交換又は取り替えが必要であるときにグリッパユニット１００の接続を単純且つ迅速にする。図面からさらに分かるように、真空発生器１５０、１５２及び吸引カップ１３０、１４０は、極めて近接して配置され、それにより包装容器２０のピックアンドプレースのための反応時間を短縮することができる。

グリッパユニット１００のさらなる利点は、低プロファイル設計により、グリッパユニット１００が、クラッシュ又は衝突を引き起こすことなく他の包装容器に近接して作業することが可能になり、再びサイクル時間を短縮することである。

グリッパユニット１００は、空気消費量を減らし、また真空にさらされる面積を減らすように寸法決めされた設計において、必要な箇所で高流量低真空を作り出すことにより、損失時間を減らす。これらの特徴は、グリッパユニット１００と、隣接する包装容器２０との間に正の結合を作り出すのに必要な時間を短縮し、同様に結合を解除するのに必要な時間を短縮する。

好ましい実施形態では、グリッパユニット１００は、摺動部品も回転部品も有さず、このことから耐用年数が利益を得る。しかしながら、真空分配ユニット１２０は、上で説明したように、ハウジング１１０に対して相対的に移動できるようにするべきである。さらにより好ましくは、真空分配ユニット１２０は、制御吸引カップ１４０が非作動化されると、そのアイドル位置に自動的に戻れるようにもするべきである。

したがって、真空分配ユニット１２０のハウジング１１０に向かい且つそれから離れる直線運動を可能にすると同時に、真空分配ユニット１２０の他の方向への移動を防止する方法でハウジング１１０が真空分配ユニット１２０に接続されているグリッパユニット１００が提案される。

そのような接続の一実施形態が図５に示されている。第１のリーフスプリング１７０は、ハウジング１１０と真空分配ユニット１２０とを相互接続する。第１のリーフスプリング１７０は、リーフスプリング１７０の平面方向（図５の眺めでは上又は下）への移動を可能にする弾力的なサスペンションを提供し、またこれらの平面の交差方向において剛性であるサスペンションを提供する。

第１のリーフスプリング１７０は、グリッパユニット１００の内部に配置され、使用中、ロボットアーム１０に面し、ハウジング１１０を真空分配ユニット１２０の剛性フレーム１２２に接続する。

２つの追加のリーフスプリング１７２も、好ましくは、第１のリーフスプリング１７０から離間されて設けられる。２つの追加のリーフスプリング１７２（そのうちの１つのみが図５に示されている）は、図５に示されているように、吸引カップ１３０に近いレベルに配置されている。すべてのリーフスプリング１７０、１７２は、平行に配置されている。追加のリーフスプリング１７２の一方は、真空発生器１５０の長手方向と整列している方向にほぼ伸びており、追加のリーフスプリング１７２の他方は、真空発生器１５２の長手方向と整列している方向にほぼ伸びている（２つの追加のリーフスプリング１７２が見える図７を参照されたい）。

真空分配ユニット１２０の動きは、リーフスプリング１７０、１７２によって物理的に拘束され、真空分配ユニット１２０を過剰な移動から保護する。ハウジング１１０は、吸引カップ１３０、１４０の作動及び非作動中、真空分配ユニット１２０のための停止面を形成する２つの離間されたＴ字形部材１８０を設けられる。リーフスプリング１７０、１７２の配置により、平行四辺形の構成で配置されたリーフスプリング１７０、１７２の使用により、その動きは純粋な長手方向に案内される。

第１のリーフスプリング１７０の有益な効果は、それにより、真空分配ユニット１２０とハウジング１１０とを相互接続する追加のリーフスプリング１７２の配置によって強化される。追加のリーフスプリング１７２の配置は、真空分配ユニット１２０が、各リーフスプリング１７０、１７２によって提供される一定の半径によって制限されるように、基本的に第１の方向にのみ上下に移動し得るように、真空分配ユニット１２０の運動の自由度をさらに低下させる。

特に、追加のリーフスプリング１７２の追加により、主リーフスプリング１７０の長さ方向に沿ったいかなるねじれ又はリーフスプリング１７０のいかなる曲げも減少させることができる。さらに、本質的に等しい長さのリーフスプリング１７０、１７２を平行に、しかし運動方向において離して配置することは、真空分配ユニット１２０の向きを維持する手段、すなわち真空分配ユニット１２０が回転することを防止する手段を提供する。

図６には、グリッパユニット１００の実施例が示されている。グリッパユニットアセンブリ１０００は、少なくとも１つのグリッパユニット１００を含み、この実施形態では、３つのグリッパユニット１００が平行に配置され、一緒に取り付けられている。好ましくは、ロボットアーム１０（図１を参照されたい）を共通のハウジングに接続できるように、グリッパユニット１００は、共通のハウジング（図示せず）内に配置される。そのため、包装容器がグリッパユニットアセンブリ１０００の寸法に適合するように相対的に配置されている限り、グリッパユニットアセンブリ１０００を使用して、３つの包装容器を同時に移動させることができる。

ここで、図７に戻ると、グリッパユニット１００の一実施形態が断面で示されている。特に、図７は、第１の真空発生器１５０が共通の流体チャネル１５６によって両方の吸引カップ１３０に接続される様子を示している。見て分かるように、真空レベルを正確に測定できるように、真空変換器１６０も共通流体チャネル１５６に接続されている。第２の真空発生器１５２は、制御流体チャネル１５８を介して制御吸引カップ１４０に接続されている。

次に、図８を参照すると、グリッパユニット１００のための方法２００が概略的に示されている。第１のステップ２０２において、グリッパユニット１００は、少なくとも１つの吸引カップ１３０がハウジング表面から突出するように、少なくとも１つの吸引カップ１３０をハウジング１１０外に出すように作動される。次のステップ２０４において、少なくとも１つの吸引カップ１３０は、包装容器２０の近くに配置され、適用された真空のために包装容器２０を把持する。最終ステップ２０６において、グリッパユニット１００を非作動化し、それにより少なくとも１つの吸引カップ１３０をハウジング内に引き戻し、少なくとも１つの吸引カップ１３０も同時に非作動化して真空を解除し、そのため、包装容器２０の把持も解除する。

以上の記載から、本発明の様々な実施形態を記載し、示してきたが、本発明は、これらに限定されるものではなく、以下の請求項で定義される主題の範囲内で他の方法で具体化することも可能であることが分かる。

Claims (14)

1. ハウジング（１１０）と、真空分配ユニット（１２０）であって、前記真空分配ユニット（１２０）の直線運動が、前記ハウジング（１１０）に向かい且つそれから離れる第１の方向において許容されるように前記ハウジング（１１０）に接続された真空分配ユニット（１２０）とを含むグリッパユニット（１００）。
2. 前記真空分配ユニット（１２０）を前記ハウジング（１１０）に接続する少なくとも第１のリーフスプリング（１７０）をさらに含む、請求項１に記載のグリッパユニット（１００）。
3. 前記真空分配ユニット（１２０）を前記ハウジング（１１０）に接続する少なくとも１つの追加のリーフスプリング（１７２）をさらに含む、請求項２に記載のグリッパユニット（１００）。
4. 前記少なくとも１つの追加のリーフスプリング（１７２）は、前記第１のリーフスプリング（１７０）と実質的に同じ長さを有する、請求項３に記載のグリッパユニット（１００）。
5. 前記少なくとも１つの追加のリーフスプリング（１７２）は、前記第１のリーフスプリング（１７０）と平行に、しかし前記第１の方向に離間されて配置される、請求項３又は４に記載のグリッパユニット（１００）。
6. 前記第１のリーフスプリング（１７０）の両側に配置された２つの追加のリーフスプリング（１７２）を含む、請求項３～５のいずれか一項に記載のグリッパユニット（１００）。
7. 少なくとも１つの真空吸引カップ（１３０）を含み、前記少なくとも１つの吸引カップ（１３０）は、前記少なくとも１つの吸引カップ（１３０）が前記グリッパユニット（１００）の前記ハウジング（１１０）内に完全に配置されるアイドル位置と、前記少なくとも１つの吸引カップ（１３０）が前記ハウジング（１１０）から伸長している作動位置との間で移動可能である、請求項１～６のいずれか一項に記載のグリッパユニット（１００）。
8. 同じ平面内で動作し、且つ前記アイドル位置と前記作動位置との間で一緒に移動可能である少なくとも２つの吸引カップ（１３０）を含む、請求項７に記載のグリッパユニット（１００）。
9. 前記少なくとも１つの吸引カップ（１３０）の前記位置は、真空を使用して制御される、請求項７又は８に記載のグリッパユニット（１００）。
10. 制御吸引カップ（１４０）をさらに含む、請求項９に記載のグリッパユニット（１００）。
11. 前記制御吸引カップ（１４０）の作動は、前記少なくとも１つの吸引カップ（１３０）を前記アイドル位置から前記作動位置に移動させる、請求項１０に記載のグリッパユニット（１００）。
12. 前記制御吸引カップ（１４０）は、前記ハウジング（１１０）のキャビティ（１１２）の内部に配置され、前記キャビティ（１１２）は、前記制御吸引カップ（１４０）が真空を適用する蓋（１１４）によって閉鎖される、請求項１１に記載のグリッパユニット（１００）。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の複数のグリッパユニット（１００）を含むグリッパユニットアセンブリ（１０００）。
14. ロボットアーム（１０）と、前記ロボットアーム（１０）に設けられる少なくとも１つのグリッパユニット（１００）とを含むロボットアームアセンブリ（１）。

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