JP2749757B2

JP2749757B2 - 積付け装置

Info

Publication number: JP2749757B2
Application number: JP9769393A
Authority: JP
Inventors: 紀生小平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH06305567A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パレット上にワーク
を積付ける作業において、積付け荷姿を目的に応じて計
画する積付け装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、与えられたパレットとワークの
寸法等をもとに、積付け経験者が、過去の経験やＪＩＳ
規格の寸法系列に従った積付け方法を参考に、試行錯誤
で積付けパターンを決めることが多かった。また、最近
ではこの手間を省くために、各積付け方法の体積効率を
比較して最適パターンを決定するシステムも提案されて
いる。

【０００３】この提案されたシステムについて図８を参
照しながら説明する。図８は、例えば、特開平３−１８
６５２４号公報に示された従来の積付け装置を示すブロ
ック図である。

【０００４】図８において、１はキーボード、マウス等
よりなる対話式の入力手段、２は磁気ディスク装置等よ
りなる記憶手段、３はカラーディスプレイ等よりなる表
示手段、４はパーソナルコンピュータ等よりなる演算処
理手段、５はプリンタ装置等よりなる出力手段である。

【０００５】入力手段１は、直方体貨物寸法、パレット
寸法、オーバーハング量を入力するものである。記憶手
段２は、積付け方法情報、さらには得意先情報、輸送手
段情報等をデータベースとして記憶するものである。こ
の場合、積付け方法とは、ピンホイル積み、ダイアゴナ
ル積み、ブロック積み、レンガ積み等である。演算処理
手段４は、入力手段１からの入力情報と記憶手段２に記
憶されている積付け方法情報等に基づいて演算処理を行
い、その計算結果及び直方体貨物配置状況を表示手段３
に表示させ、必要に応じて各積付け方法による積付け計
算結果の積付け効率比較を行う機能を有するものであ
る。さらに、出力手段５は、演算処理手段４で得られた
積付け計算結果及び積付け効率の比較結果を出力するも
のである。

【０００６】上述した従来の積付け装置では、パレット
とワークのサイズを入力し、いくつかの積付け方法を選
択すると、そのなかで最も積付け個数が多くなるパター
ンを選択表示する、という一連の処理が提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな従来の積付け装置では、幾通りか考えられる積付け
パターンから目的とするパターンを決める時に、一つの
パレットへの積付け総個数の多さを追求することは多い
が、その他荷崩れしにくさへの配慮など、一概に多く積
めればそれで満足するわけではない。例えば、一時保管
のための荷積みで搬送も緩やかであれば単に総個数が多
いほど良いが、トラック輸送のための荷積みではできる
だけ多くは積みたいが荷崩れは困る、などの複数の評価
要素を状況に応じて考慮した荷姿を決定する必要がある
という問題点があった。

【０００８】また、最近ではロボット等の自動機械によ
る積付けが普及してきているが、荷姿が目的に適合する
もので人手では可能な積付け方法であったとしても、ロ
ボットではハンドが届かないところがあったり、ロボッ
トアームやハンドが干渉したりするようなロボット作業
特有の問題点も考慮する必要がある。

【０００９】さらに、最近の多品種生産の影響から、同
一の単一製品の荷積みラインでも日に幾品種も流れるこ
とがあり、ワーク情報に応じてオンライン、あるいは準
オンライン的な積付け計画が必要になるという問題点が
あった。

【００１０】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、荷積みの目的に応じ、かつロボッ
トなどの自動機械による作業性を考慮した荷姿の決定を
支援でき、これをもとにロボットなどの自動機械でワー
クを積付けることができる積付け装置を得ることを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る積付け装置は、次の掲げる手段を備えたものである。〔１〕積付けの面パターンの基本型を示す第１の情
報、作業の安定性と作業現場の物理的制約を示す第２の
情報、及びパレットとワークに関する情報を示す第３の
情報に基づいて、個数指標、充填率指標、安定指標、及
び接合力指標が記録された荷姿候補を生成する荷姿デー
タ生成手段。〔２〕前記パレット上の積付け個数、前記ワークの充
填密度、荷姿の安定性、及び前記ワーク間のすべりやす
さの各評価要素の重視する割合を入力する積付け仕様入
力手段。〔３〕前記個数指標、前記充填率指標、前記安定指
標、前記接合力指標、前記積付け個数、前記充填密度、
前記安定性、及び前記すべりやすさに基づく実現可能な
積載パターンの適合度で順位付けしてリスト出力する荷
姿候補評価手段。

【００１２】この発明の請求項２に係る積付け装置は、
次の掲げる手段を備えたものである。〔１〕積付けの面パターンの基本型を示す第１の情
報、作業の安定性と作業現場の物理的制約を示す第２の
情報、及びパレットとワークに関する情報を示す第３の
情報に基づいて、個数指標、充填率指標、安定指標、及
び接合力指標が記録された荷姿候補を生成する荷姿デー
タ生成手段。〔２〕作業を担当するロボットの配置、作業領域、ハ
ンドの制約を示す第４の情報に基づいて前記ロボットに
よる作業の可否を判定してその結果を前記荷姿候補に記
録するロボット作業判定手段。〔３〕前記パレット上の積付け個数、前記ワークの充
填密度、荷姿の安定性、及び前記ワーク間のすべりやす
さの各評価要素の重視する割合を入力する積付け仕様入
力手段。〔４〕前記個数指標、前記充填率指標、前記安定指
標、前記接合力指標、前記積付け個数、前記充填密度、
前記安定性、及び前記すべりやすさに基づく実現可能な
積載パターンの適合度で順位付けしてリスト出力する荷
姿候補評価手段。

【００１３】

【作用】この発明の請求項１に係る積付け装置において
は、荷姿データ生成手段によって、積付けの面パターン
の基本型を示す第１の情報、作業の安定性と作業現場の
物理的制約を示す第２の情報、及びパレットとワークに
関する情報を示す第３の情報に基づいて、個数指標、充
填率指標、安定指標、及び接合力指標が記録された荷姿
候補が生成される。また、積付け仕様入力手段によっ
て、前記パレット上の積付け個数、前記ワークの充填密
度、荷姿の安定性、及び前記ワーク間のすべりやすさの
各評価要素の重視する割合が入力される。そして、荷姿
候補評価手段によって、前記個数指標、前記充填率指
標、前記安定指標、前記接合力指標、前記積付け個数、
前記充填密度、前記安定性、及び前記すべりやすさに基
づく実現可能な積載パターンの適合度で順位付けされて
リスト出力される。

【００１４】この発明の請求項２に係る積付け装置にお
いては、荷姿データ生成手段によって、積付けの面パタ
ーンの基本型を示す第１の情報、作業の安定性と作業現
場の物理的制約を示す第２の情報、及びパレットとワー
クに関する情報を示す第３の情報に基づいて、個数指
標、充填率指標、安定指標、及び接合力指標が記録され
た荷姿候補が生成される。また、ロボット作業判定手段
によって、作業を担当するロボットの配置、作業領域、
ハンドの制約を示す第４の情報に基づいて前記ロボット
による作業の可否が判定されてその結果が前記荷姿候補
に記録される。さらに、積付け仕様入力手段によって、
前記パレット上の積付け個数、前記ワークの充填密度、
荷姿の安定性、及び前記ワーク間のすべりやすさの各評
価要素の重視する割合が入力される。そして、荷姿候補
評価手段によって、前記個数指標、前記充填率指標、前
記安定指標、前記接合力指標、前記積付け個数、前記充
填密度、前記安定性、及び前記すべりやすさに基づく実
現可能な積載パターンの適合度で順位付けされてリスト
出力される。

【００１５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１について図１、図
２、図３、図４、図５及び図６を参照しながら説明す
る。図１は、この発明の実施例１の構成を示す図であ
る。

【００１６】図１において、１０は積付けの面パターン
の基本型、例えばＪＩＳＺ０１０５に示される積付け例
を保有する基本面パターンデータベース、１１は作業の
安全性や作業現場の物理的制約、例えば荷積み高さ制限
などを規定した拘束条件データ、１２は作業を担当する
ロボットの配置、作業領域、ハンドの制約などを記述し
たロボットデータである。これらの基本面パターンデー
タベース１０、拘束条件データ１１及びロボットデータ
１２は、積付け作業計画に先立って任意の方法で準備さ
れるべきデータである。

【００１７】上位の生産管理システムから、あるいは人
手入力によりパレットやワークに関するサイズなどの基
本的情報１３が得られることにより、拘束条件データ１
１のもとで、基本面パターンデータベース１０の整数分
割や組み合わせによって荷姿の候補を生成するための荷
姿データ生成部１４により幾種類かの荷姿候補１５を生
成する。

【００１８】各荷姿候補１５には、その荷姿の総積付け
個数を示す個数指標、荷姿の空隙程度を示す充填率指
標、全体の荷崩れしにくさを示す安定指標、ワーク間の
接合力である滑りにくさを示す接合力指標などの荷姿仕
様をそれぞれ評価して記録する。なお、これらの指標は
最大で１になるように正規化された値になるように配慮
する。以下、算出例を式１〜４に示す。

【００１９】個数指標ｎは、その荷姿の積付け個数を
Ｎ、各荷姿候補１５のＮで最大のものをＮmaxとする
と、次の式１で表される。

【００２０】ｎ＝Ｎ／Ｎmax … 式１

【００２１】充填率指標ｓは、ワーク１個の底面面積を
Ｓｗ、ワーク間空隙を含む各積付け面の面積総和をΣＳ
ｊとすると、次の式２で表される。

【００２２】ｓ＝（Ｎ＊Ｓｗ）／ΣＳｊ … 式２

【００２３】安定指標ｔは、図５に示すように、その荷
姿を棒積み部分にて分けて、それぞれの重心から底面形
状の最短切断線を見込む角度をΘｉ、このΘｉのうち、
その荷姿で最小のものをmin（Θｉ）、各荷姿候補１５
のmin（Θｉ）で最大のものをmax（min（Θ））とする
と、次の式３で表される。

【００２４】ｔ＝min（Θｉ）／max（min（Θ）） … 式３

【００２５】接合力指標ｆは、２つのワークを重ねたと
きの摩擦のちがいの指標をμ、各ワークの底面が下のワ
ークと接している部分の面積をＳｘ、その荷姿全体で各
Ｓｘにその重なり方向による滑りにくさの重みμを掛け
たものの総和をΣ（μＳｘ）とすると、次の式４で表さ
れる。なお、μは例えば同一方向にした場合は滑りやす
いが９０度ずらすと滑りにくいような場合、最も滑りに
くい方向で１としてその他の方向は０と１の間で決めて
おく。

【００２６】ｆ＝（Σ（μＳｘ））／（ΣＳｘ） … 式４

【００２７】接合力指標ｆについて図６を参照しながら
具体的に説明する。ワークＡ及びＣは、同一方向でＳｘ
＝Ｓ_x1であり、ワークＡ及びＢは、９０度回転方向でＳ
ｘ＝Ｓ_X2である。ここで、同一方向をμ＝０．５、９０
度回転方向をμ＝１とすると、接合力指標ｆは、以下の
ように表される。

【００２８】ｆ＝（０．５Ｓ_X1＋Ｓ_X2）／（Ｓ_X1＋Ｓ_X2）

【００２９】さらに、各荷姿候補１５にたいして、ロボ
ットデータ１２をもとに、シュミレータなどで構成する
ロボット作業判定部１６で作業の可否を判定し、その結
果を各荷姿候補１５に記録する。

【００３０】次に、例えばキーボードやマウスとディス
プレイなどの入出力端末で構成される積付け仕様入力装
置１７により、図３に示すような積付け仕様入力画面１
７ａから、荷姿に対する要求仕様の各要素の勘案程度を
入力する。入力情報は直ちに積付け仕様バランスデータ
１８として記憶される。積付け仕様バランスデータ１８
は、例えば、最大「１」で完全に無視してほしい場合に
は「０」となるようなものとする。

【００３１】さらに、この積付け仕様バランスデータ１
８で、前記の各荷姿候補１５の仕様を荷姿候補評価部１
９で評価することにより、荷姿候補１５を入力仕様に適
合する順番に並べる、荷姿の仕様適合度ソーティングリ
スト２０を生成する。この荷姿の仕様適合度ソーティン
グリスト２０は、例えば図２に示すように、適合順に荷
姿候補１５のインデックス番号や評価結果の適合の度合
いなどで構成する。

【００３２】評価の方法は、この実施例１では例えば式
５のように各荷姿候補１５の仕様（各指標）と積付け仕
様バランスデータ１８の内積を適合の度合いｘとしても
良い。

【００３３】ｘ＝ｎ*ν＋ｓ*σ＋ｔ*τ＋ｆ*φ … 式５

【００３４】ここで、ｎ、ｓ、ｔ及びｆは、式１〜４で
算出した各荷姿の仕様ベクトル（個数指標、充填率指
標、安定指標及び接合力指標）であり、ν、σ、τ及び
φは、入力された積付け仕様バランスデータベクトルで
各成分は荷姿の仕様ベクトルに対応する。

【００３５】最後に、荷姿の仕様適合度ソーティングリ
スト２０の順に各荷姿候補１５を適合順表示装置２１に
表示する。ここで、図４に示すような適合順表示画面２
１ａには、各荷姿のロボット作業可否も併せて明示す
る。あるいは、ロボット作業不可の候補は表示から除外
する。ここでオペレータは、ロボット作業が可能なもの
で先頭に近い荷姿候補を自由に選択することができる。

【００３６】この発明の実施例１は、前述したように、
パレット上にロボットなどの積付け積載機械を用いて複
数のワークを積付ける積付け装置において、パレット上
での荷姿が所望の仕様を満足するために同一のワークを
どのような配置で積むかを決めるための積載パターン決
定作業において、所望の仕様として、パレット上の積付
け個数（ν）、ワークの充填密度（σ）、荷姿の安定性
（τ）、ワーク間のすべりやすさ（φ）の各評価要素の
重視する割合を入力する積付け仕様入力装置１７と、実
現可能な積載パターンをその入力に対する適合度で順位
ずけしてリストを生成する荷姿候補評価部１９と、それ
を表示する適合順表示装置２１とを備えるものである。

【００３７】また、この実施例１は、積付け機械として
ロボットを用いる際に事前に設定するロボットとパレッ
トの相対位置や、ハンドの制約条件等から、順位ずけし
て表示された積載パターンのうち、荷姿としては実現可
能であるが、指定のロボットでは積載することができな
いものを除外する、あるいはそのパターンはロボットの
制約から実現不能であることを明示するロボット作業判
定部１６を備えたものである。

【００３８】すなわち、この実施例１は、荷姿の仕様と
して、パレット上の積載個数、ワークの充填密度、全体
の安定性、ワーク間の滑りなどの各評価要素のどれをど
の程度重視するかを入力する積付け仕様入力装置１７
と、その仕様に適合する順序で荷姿候補１５を記憶する
荷姿の仕様適合度ソーティングリスト２０と、それを表
示する適合順表示装置２１を備え、また作業を担当する
機械での作業性から、その順列のなかで作業不能な荷姿
を識別するものである。また、その先頭荷姿を積付け指
示とすることで状況に応じて柔軟に対応できる自動積付
けシステムを可能としている。

【００３９】この実施例１は、紙と鉛筆による荷姿計画
作業や、シュミレーションによる試行錯誤作業を、所望
の荷姿が満足すべき複数の評価要素のバランスを入力す
る作業にかえるものであり、積付け計画作業が本質的に
持つ、いくつかの条件に適合する最適解を求めるという
性質に、計画作業内容そのものをより近付けたものとす
ることができる。

【００４０】この実施例１によれば、積付け計画時に、
荷姿に対して期待する複数の要因を指定でき、それに適
合するものから順に認識できる循環が提供されるため、
従来の試行錯誤時間が大幅に短縮される。

【００４１】また、この実施例１では、作成される荷姿
候補１５に対して、ロボット作業判定を行う機能におい
ては、適合順位上位の荷姿がロボット作業不可になるこ
とが多ければロボットの配置検討のやり直しが必要であ
る、などのように、システム検討時にも効果を発揮する
ことができる。

【００４２】実施例２．図７に示すように、パレット、
ワーク情報（基本的情報）と要求積付け仕様を上位の生
産管理システム６から入力し、実施例１で説明した荷姿
候補評価部１９により、荷姿の仕様適合度ソーティング
リスト２０を生成し、ロボット作業可能なもののうちで
先頭の荷姿候補をロボット作業に展開する、例えば選択
された荷姿候補から各ワークの位置に応じて積付け作業
一連のロボットプログラムを生成する、ロボット作業展
開部７を経てロボットコントローラ８に作業内容を伝達
することにより、実時間で所望の積付け作業のできる積
付けシステム（パレタイズシステム）を得ることができ
る。

【００４３】この実施例２は、実時間で与えられるワー
ク情報をもとに毎回順位ずけ処理を行い、常に先頭の積
載可能パターンを選択しロボットにそれに応じた積載指
示を発生する。また、上位の生産管理システム６や下位
のロボットコントローラ８とつなげているので、変化の
多い積付け作業ラインでのロボット作業の自動化を図る
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る積付け装置
は、以上説明したとおり、積付けの面パターンの基本型
を示す第１の情報、作業の安定性と作業現場の物理的制
約を示す第２の情報、及びパレットとワークに関する情
報を示す第３の情報に基づいて、個数指標、充填率指
標、安定指標、及び接合力指標が記録された荷姿候補を
生成する荷姿データ生成手段と、前記パレット上の積付
け個数、前記ワークの充填密度、荷姿の安定性、及び前
記ワーク間のすべりやすさの各評価要素の重視する割合
を入力する積付け仕様入力手段と、前記個数指標、前記
充填率指標、前記安定指標、前記接合力指標、前記積付
け個数、前記充填密度、前記安定性、及び前記すべりや
すさに基づく実現可能な積載パターンの適合度で順位付
けしてリスト出力する荷姿候補評価手段とを備えたの
で、荷姿に対して期待する複数の要因を指定でき、それ
に適合するものから順に認識できる循環が提供されるた
め、従来の試行錯誤時間を大幅に短縮することができる
という効果を奏する。

【００４５】この発明の請求項２に係る積付け装置は、
以上説明したとおり、積付けの面パターンの基本型を示
す第１の情報、作業の安定性と作業現場の物理的制約を
示す第２の情報、及びパレットとワークに関する情報を
示す第３の情報に基づいて、個数指標、充填率指標、安
定指標、及び接合力指標が記録された荷姿候補を生成す
る荷姿データ生成手段と、作業を担当するロボットの配
置、作業領域、ハンドの制約を示す第４の情報に基づい
て前記ロボットによる作業の可否を判定してその結果を
前記荷姿候補に記録するロボット作業判定手段と、前記
パレット上の積付け個数、前記ワークの充填密度、荷姿
の安定性、及び前記ワーク間のすべりやすさの各評価要
素の重視する割合を入力する積付け仕様入力手段と、前
記個数指標、前記充填率指標、前記安定指標、前記接合
力指標、前記積付け個数、前記充填密度、前記安定性、
及び前記すべりやすさに基づく実現可能な積載パターン
の適合度で順位付けしてリスト出力する荷姿候補評価手
段とを備えたので、荷姿に対して期待する複数の要因を
指定でき、それに適合するものから順に認識できる循環
が提供されるため、従来の試行錯誤時間を大幅に短縮で
きるという効果を奏する。また、この発明では作成され
る荷姿候補に対して、ロボット作業判定を行う機能にお
いては、適合順位上位の荷姿がロボット作業不可になる
ことが多ければロボットの配置検討のやり直しが必要で
ある、などのように、システム検討時にも効果を発揮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】この発明の実施例１における荷姿の仕様適合度
ソーティングリストの構成を示す図である。

【図３】この発明の実施例１の積付け仕様入力装置の入
力操作画面を示す図である。

【図４】この発明の実施例１の適合順表示装置の表示画
面を示す図である。

【図５】この発明の実施例１における式３に示す荷姿の
安定指標の算出例を説明する図である。

【図６】この発明の実施例１における式４に示す接合力
指標の算出例を説明する図である。

【図７】この発明の実施例２の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】従来の積付け装置の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０基本面パターンデータベース１１拘束条件データ１２ロボットデータ１３基本的情報１４荷姿データ生成部１５荷姿候補１６ロボット作業判定部１７積付け仕様入力装置１８積付け仕様バランスデータ１９荷姿候補評価部２０荷姿の仕様適合度ソーティングリスト２１適合順表示装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】積付けの面パターンの基本型を示す第１
の情報、作業の安定性と作業現場の物理的制約を示す第
２の情報、及びパレットとワークに関する情報を示す第
３の情報に基づいて、個数指標、充填率指標、安定指
標、及び接合力指標が記録された荷姿候補を生成する荷
姿データ生成手段、前記パレット上の積付け個数、前記
ワークの充填密度、荷姿の安定性、及び前記ワーク間の
すべりやすさの各評価要素の重視する割合を入力する積
付け仕様入力手段、並びに前記個数指標、前記充填率指
標、前記安定指標、前記接合力指標、前記積付け個数、
前記充填密度、前記安定性、及び前記すべりやすさに基
づく実現可能な積載パターンの適合度で順位付けしてリ
スト出力する荷姿候補評価手段を備えたことを特徴とす
る積付け装置。
【請求項２】積付けの面パターンの基本型を示す第１
の情報、作業の安定性と作業現場の物理的制約を示す第
２の情報、及びパレットとワークに関する情報を示す第
３の情報に基づいて、個数指標、充填率指標、安定指
標、及び接合力指標が記録された荷姿候補を生成する荷
姿データ生成手段、作業を担当するロボットの配置、作
業領域、ハンドの制約を示す第４の情報に基づいて前記
ロボットによる作業の可否を判定してその結果を前記荷
姿候補に記録するロボット作業判定手段、前記パレット
上の積付け個数、前記ワークの充填密度、荷姿の安定
性、及び前記ワーク間のすべりやすさの各評価要素の重
視する割合を入力する積付け仕様入力手段、並びに前記
個数指標、前記充填率指標、前記安定指標、前記接合力
指標、前記積付け個数、前記充填密度、前記安定性、及
び前記すべりやすさに基づく実現可能な積載パターンの
適合度で順位付けしてリスト出力する荷姿候補評価手段
を備えたことを特徴とする積付け装置。