JP5090236B2 - ピックアンドプレース装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を移動するためのピックアンドプレース装置に関し、特に製品を包装箱に箱詰めする際等に好適に用いられるピックアンドプレース装置に関する。

従来、自動組立機等の分野では、部品等を把持して持ち上げ、別の場所に降ろして組み付け作業等を行うピックアンドプレース装置が知られているが、このようなピックアンドプレース装置は、化粧品や医薬品、食品等の各種製品を包装箱に箱詰めする工程で用いられることもある（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１２７０８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載される如くアームロボット型のピックアンドプレース装置では、製品を持ち上げて水平移動したのちに降ろす、という複数動作を合成していることから、動作時間がかかり、装置も複雑化・大型化する傾向にある。

これに対して、図７に示すように、駆動モータを介して正逆方向に回動する回動軸８０と、回動軸８０に連動する把持手段８３とを設け、把持手段８３が把持した製品８４を円弧状軌跡８１に沿って移動させるようにしたピックアンドプレース装置が知られている。このような回動軸の回動を把持手段の円弧運動に変換する円弧運動型のピックアンドプレース装置によれば、動作時間を短縮することができるとともに、装置の簡略化やコストダウンを図ることができる。

一方で、上記円弧運動型のピックアンドプレース装置では、図７に示すように、プレース動作を行うとき、製品８４の底面を包装箱８５の入り口に位置させ、把持を解除したのちに、製品８４を自由落下させて包装箱８５に収容することになるため、製品８４の材質や落下距離等によっては、製品８４に大きな損傷を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、従来の円弧運動型のピックアンドプレース装置における改善を図ったものであり、製品に損傷を与えることなくプレース動作を行うことができ、しかも製品を安定して移動させることができるピックアンドプレース装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載のピックアンドプレース装置は、ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を移動するためのピックアンドプレース装置であって、前後方向に延在して設けられる回動軸と、円弧部分と、該円弧部分の両端から連続する垂直部分と、を有する案内部が配設され、該回動軸に直交して立設支持される板状体と、該回動軸に固着される回動アームと回転対偶で連結され、水平姿勢を維持しながら、該板状体に平行する鉛直面で回動運動を行うキャリアと、左右方向へスライド移動自在に、かつ弾性部材を介装してピック側からプレース側への方向に水平に付勢された状態で、該キャリアに係着されるとともに、該案内部に係合するカムフォロアが接続された従動ブロックと、該従動ブロックに吊設され、製品を把持する把持手段と、を備え、該キャリアの回動運動にしたがい、該従動ブロックを介して該カムフォロアにより、該案内部に対してピック側からプレース側への方向に水平に向かう押圧力を作用させながら、該カムフォロアを、該案内部に沿って往復移動させるようになされたことを要旨とする。

また、請求項２に記載のピックアンドプレース装置は、請求項１に記載の構成において、該回動軸を中心とする固定プーリと、該キャリアを固着し、該回動アームの先端に回動可能に軸着される回動プーリと、該固定プーリおよび該回動プーリの間に配設されるタイミングベルトと、を備えたことを要旨とする。

また、請求項３に記載のピックアンドプレース装置は、請求項１または２に記載の構成において、該垂直部における該カムフォロアの降下に伴って、該把持手段を、製品を把持させたまま、製品の底面が包装箱の底板近傍に位置するまで垂直降下させるようになされたことを要旨とする。

また、請求項４に記載のピックアンドプレース装置は、請求項３に記載の構成において、該把持手段は、吸着部を備え、製品の上面を着脱自在に把持するものであることを要旨とする。

また、請求項５に記載のピックアンドプレース装置は、請求項３または４に記載の構成において、該案内部が、凹溝であることを要旨とする。

また、請求項６に記載のピックアンドプレース装置は、請求項５に記載の構成において、該キャリアが、該従動ブロックを貫通する複数段のスライドバーを備え、該弾性部材としてのコイルばねが、該スライドバーに巻回されていることを要旨とする。

また、請求項７に記載の供給方法は、ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を供給する方法であって、前後方向に延在して設けられる回動軸を回動させるステップと、該回動軸の回動に伴い、該回動軸に固着される回動アームと回転対偶で連結されるキャリアを、水平姿勢を維持しながら、該回動軸に直交する鉛直面で回動運動させるステップと、該キャリアの回動運動にしたがい、左右方向へスライド移動自在に、かつ弾性部材を介装してピック側からプレース側への方向に水平に付勢された状態で、該キャリアに係着される従動ブロックを介して、該従動ブロックに接続されるカムフォロアを、円弧部分と、該円弧部分の両端から連続する垂直部分と、を有する案内部に係合させるとともに、該案内部に対してピック側からプレース側への方向に水平に向かう押圧力を作用させながら、該カムフォロアを、該案内部に沿って往復移動させるステップと、該垂直部における該カムフォロアの降下に伴って、該従動ブロックに吊設される把持手段を、製品を把持させたまま垂直降下させるステップと、を含むことを要旨とする。

本発明によれば、ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を移動するためのピックアンドプレース装置であって、前後方向に延在して設けられる回動軸と、円弧部分と、該円弧部分の両端から連続する垂直部分と、を有する案内部が配設され、該回動軸に直交して立設支持される板状体と、該回動軸に固着される回動アームと回転対偶で連結され、水平姿勢を維持しながら、該板状体に平行する鉛直面で回動運動を行うキャリアと、左右方向へスライド移動自在に、かつ弾性部材を介装して左右いずれかの所定方向に付勢された状態で、該キャリアに係着されるとともに、該案内部に係合するカムフォロアが接続された従動ブロックと、該従動ブロックに吊設され、製品を把持する把持手段と、を備え、該キャリアの回動運動にしたがい、該従動ブロックを介して該カムフォロアにより、該案内部に対して該所定方向に向かう押圧力を作用させながら、該カムフォロアを、該案内部に沿って往復移動させるようになされたピックアンドプレース装置であるため、製品に損傷を与えることなくプレース動作を行うことができ、しかも製品を安定して移動させることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るピックアンドプレース装置１を示す正面図、図２は、縦断面図である。図３は、キャリア４および従動ブロック５の移動軌跡を示す図、図４は、カムフォロア３６の移動軌跡を示す図であり、図５は、プレース動作の状況を示す図である。

図１〜図２に示すように、本実施形態に係るピックアンドプレース装置１は、主として回動軸２、板状体３、キャリア４、従動ブロック５、把持手段６を備えて構成されている。

回動軸２は、前後方向に延在して設けられ、軸受け１０、１０’を介して支持台１１上に固定されている。回動軸２の後端側は、図示しない駆動モータの出力軸に繋がれており、これによって回動軸２が、正逆回転可能に構成されているものである。
回動軸２の正逆回転は、例えば、端縁に連接棒が回転自在に軸着された円盤体を駆動モータの出力軸に取り付け、円盤体を一方向に回転させるとともに、スライダクランク機構を介して連接棒の先端部を往復直線運動させ、連接棒の先端部と連動する伝達ベルトを用いて回動軸２に正逆方向の回転力を交互に付与することによって行うこともできる。

板状体３は、回動軸２に直交し、かつ開口１２を介して回動軸２を跨ぐように支持台１１上に立設固定されている。板状体３の前面には、案内部としての凹溝１５が逆Ｕ字状をなして刻設されている。凹溝１５は、円弧部分１６と、円弧部分１６の両端からそれぞれ下方に連続して設けられる垂直部分１７ａ、１７ｂとからなり、一定の幅と深さで連通して設けられている。

キャリア４は、左右一対の側壁２０ａ、２０ｂおよび後壁２１によって平面コ字型に形成され、開放側を前方に臨ませて配設される。側壁２０ａ、２０ｂの間には、断面円形のスライドバー２２ａ、２２ｂが上下平行に固設されている。
回動軸２には、板状体３前方における適宜の位置に、回動軸２と一体となって回動する回動アーム２５が、回動半径方向に直線状をなして固着されており、上記のキャリア４が、この回動アーム２５の先端側に回転対偶で連結されることで、水平姿勢を維持しながら、板状体３に平行する鉛直面で回動運動を行うようになされている。

より具体的には、ピックアンドプレース装置１では、回動軸２を中心とし、回動軸２の回動には追従しない固定プーリ２６と、回動アーム２５の先端に取付軸２８を介して回動可能に軸着される回動プーリ２９とを設け、固定プーリ２６および回動プーリ２９をタイミングベルト３０で連結する構成としている。そして、回動プーリ２９の前方には、キャリア４の後壁２１が回動プーリ２９に対して回動不能に固設されており、回動軸２および回動アーム２５が回動しても、キャリア４が、取付軸２８廻りを所定の向きに自転し、かつタイミングベルト３０によって水平を保たれながら、回動軸２廻りを公転するようになっている。図中３１はテンションプーリであり、回動アーム２５の中間位置に取り付けられて、タイミングベルト３０のたるみを避止する役割を果たしている。

従動ブロック５は、キャリア４のスライドバー２２ａ、２２ｂに横貫される直方体形状のブロック片からなり、スライドバー２２ａ、２２ｂに沿って左右方向へ自在にスライド移動できるように、キャリア４の側壁２０ａ、２０ｂ間に係着されている。
本実施形態では、スライドバーを上下に２本配設する例を示しているが、この他にスライドバーを３本以上配設する、あるいは前後に配設することもできる。
ただし、スライドバーの本数が多くなり過ぎると、摩擦抵抗等が増大して、従動ブロック５のスムーズなスライド移動ができなくなるおそれがある。また、スライドバーを前後に配設した場合、キャリア４や従動ブロック５の厚みが肥大となり、コンパクト性が保てなくなるおそれがある。このような観点から、上記スライドバー２２ａ、２２ｂによる構成は好ましいものと言える。

従動ブロック５の上部は、剛性向上のため断面逆Ｔ字状をなし、回動軸２に平行して後方に延びる連結アーム３５に接続されており、この連結アーム３５の後端には、板状体３の凹溝１５内に遊嵌され、凹溝１５に沿って摺動するローラ形状のカムフォロア３６が軸着されている。

また、従動ブロック５と側壁２０ａとの間におけるスライドバー２２ａの周りには、弾性部材としてのコイルばね３８が弾設されており、従動ブロック５を常時所定方向（本実施形態では右方向）に付勢した状態に保持している。図中３９は、従動ブロック５のスライド範囲を制限するストッパである。
コイルばね３８の弾性力を適宜調節し、スライドバー２２ｂにも同様にコイルばね３８を配設するようにしてもよい。このようにすれば、従動ブロック５の側面全体にバランス良く付勢力を作用させることが可能となる。

把持手段６は、従動ブロック５の前面に固定アングル４０を介して取り付けられるクランクアーム４１の先端に設けられ、従動ブロック５と連係している。把持手段６は、吸着部としての吸着パッド４２と、図示しない真空源に接続される可撓性ホース４３とを備えており、衝撃に弱いビン製の製品６０を着脱自在に吸引把持できるようになっている（図５参照）。このような把持手段６としては、ピックアンドプレースの動作を行い得るものであれば、その他の公知の構成を採用してもよい。

なお、図示しないが、把持手段６の下方には、例えば板状体３とは反対方向に延びる搬送手段が適宜配設されている。本実施形態では、把持手段６を介したピック動作とプレース動作の繰り返しによって、上記の製品６０を、個装ケース６３に間欠的に収容して搬送する包装ラインを構成するものである（図５参照）。

次に、ピックアンドプレース装置１の動作について説明する。
上記した通り、キャリア４は、回動軸２の往復回動に伴う回動運動を行い、図３に示す如く回動軸２を中心とする略半円形の軌跡を形成する。図中５０は、キャリア４中心部の移動軌跡である。
キャリア４の回動運動にしたがって、キャリア４に係着される従動ブロック５も一緒に移動することになるが、従動ブロック５は、凹溝１５内を移動するカムフォロア３６によって動きを規制される。つまり、カムフォロア３６が、図４に示す如くの移動軌跡（図中５１はカムフォロア３６中心部の移動軌跡を示す）を形成するのに対応して、従動ブロック５も、本来の略半円形の軌跡ではなく、移動軌跡５１と同様の形状で、ピック側とプレース側それぞれにおいて回動半径が徐々に減少する方向に制限された逆Ｕ字状軌跡を描きながら移動する。

このとき従動ブロック５は、図３に示すように、キャリア４上で、介装されるコイルばね３８の圧縮量を変化させつつ、左右方向にスライド移動している。従動ブロック５は、このコイルばね３８の圧縮量に応じた常時右方向に向かう付勢力Ｎを受け続けている。
そして、上記付勢力Ｎは、連結アーム３５を介して、カムフォロア３６に伝達され、カムフォロア３６が、図４に示すように、凹溝１５の内周壁面５３および外周壁面５４に対して、右方向に向かう押圧力Ｐを作用させながら、凹溝１５内を往復移動するものである。押圧力Ｐは、凹溝１５の左半部においては内周壁面５３に、凹溝１５の右半部においては外周壁面５４に作用する。

プレース動作について特に説明すると、図５に示すように、カムフォロア３６が凹溝１５の垂直部分１７ｂに沿って降下するのに伴い、従動ブロック５および従動ブロック５に連設される把持手段６が垂直降下し、把持手段６の吸着パッド４２に吸引把持された製品６０も、垂直姿勢を保ったまま直線状に降下して、搬送ベルト６５上に開蓋状態で載置固定された個装ケース６３に上方から挿入される。製品６０の底面６１が、個装ケース６３の底板６４近傍（ｄ＝５〜１０ｍｍ程度）に位置するまで降下すると、吸着パッド４２の吸引が解除され、製品６０を個装ケース６３に収容することができるようになっている。吸着パッド４２によって、製品６０の上面６２を着脱自在に把持する構成とすることで、製品６０の個装ケース６３への挿入や把持手段６の抜脱が非常に容易に行える。

このようなピックアンドプレース装置１によれば、製品６０の底面６１が、個装ケース６３の底板６４近傍に位置するまで降下したのちに、吸着パッド４２の吸引が解除されるため、ビン製の製品６０に損傷を与えることなく、個装ケース６３に収容することが可能となる。

また、カムフォロア３６が、凹溝１５の内周壁面５３および外周壁面５４に対して、右方向に向かう押圧力Ｐを作用させながら、凹溝１５内を往復移動することから、特に円弧部分１６から垂直部分１７ｂ（または１７ａ）に入っていくときの衝撃をきわめて効果的に低減させることができ、製品６０のピックアンドプレースを正確に安定して、しかも高速に行うことが可能となる。アームロボット型のピックアンドプレース装置の場合、３０個／分程度が処理能力の限界となるが、上記のピックアンドプレース装置１であれば、６０〜８０個／分の処理能力を発揮し得る。
なお、コイルばね３８は、従動ブロック５の左右いずれの側に配置することも可能であるが、特に上記した態様であれば、製品６０の移動過程においてピック側からプレース側に向かう押圧力Ｐが継続的に作用することとなり、途中停止時および再起動時等の慣性による従動ブロック５の揺れを抑止でき、製品６０が吸着パッド４２から脱離して落下するのを防止できるため、非常に好ましいものとなる。

上記実施形態の変形例を図６に示す。この変形例では、所定の湾曲形状をなし、案内部を形成する一対のガイドレール７０ａ、７０ｂが、板状体３に突設配置されている。ガイドレール７０ａ、７０ｂにはそれぞれ、内周壁面７３および外周壁面７４が設けられ、上記構成のカムフォロア３６が、内周壁面７３および外周壁面７４に対して、上記と同様の押圧力Ｐを作用させながら、逆Ｕ字状の移動軌跡５１を形成するようになされている。

以上の実施形態の記述は、本発明をこれに限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更等が可能である。例えば、キャリア４や従動ブロック５の形状・大きさ等は適宜変更して用いることができる。また、回動軸２の前端側に駆動モータを配置するようにしてもよい。
上記の実施形態では、製品６０を個装ケース６３に間欠的に収容する例を示したが、本発明は、このような形態に限らず、把持手段６を円弧部分１６の両端側において垂直に上下させることが有効となり得る様々な工程に適用できるものである。

本発明は、製品に損傷を与えることなくプレース動作を行うことができ、しかも製品を安定して移動させることができるピックアンドプレース装置を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。

実施形態に係るピックアンドプレース装置を示す正面図である。 実施形態に係るピックアンドプレース装置を示す縦断面図である。 キャリアおよび従動ブロックの移動軌跡を示す図である。 カムフォロアの移動軌跡を示す図である。 プレース動作の状況を示す図である。 変形例を示す斜視図である。 従来技術を示す図である。

符号の説明

１ ピックアンドプレース装置
２ 回動軸
３ 板状体
４ キャリア
５ 従動ブロック
６ 把持手段
１５ 凹溝
１６ 円弧部分
１７ａ、１７ｂ 垂直部分
２２ａ、２２ｂ スライドバー
２５ 回動アーム
２６ 固定プーリ
２９ 回動プーリ
３０ タイミングベルト
３８ コイルばね
４２ 吸着パッド
５０ 軌跡
５１ 軌跡
５３ 内周壁面
５４ 外周壁面
６０ 製品
６１ 底面
６２ 上面
６３ 個装ケース
６４ 底板
Ｎ 付勢力
Ｐ 押圧力

Claims (7)

1. ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を移動するためのピックアンドプレース装置であって、
   前後方向に延在して設けられる回動軸と、
   円弧部分と、該円弧部分の両端から連続する垂直部分と、を有する案内部が配設され、該回動軸に直交して立設支持される板状体と、
   該回動軸に固着される回動アームと回転対偶で連結され、水平姿勢を維持しながら、該板状体に平行する鉛直面で回動運動を行うキャリアと、
   左右方向へスライド移動自在に、かつ弾性部材を介装してピック側からプレース側への方向に水平に付勢された状態で、該キャリアに係着されるとともに、該案内部に係合するカムフォロアが接続された従動ブロックと、
   該従動ブロックに吊設され、製品を把持する把持手段と、を備え、
   該キャリアの回動運動にしたがい、該従動ブロックを介して該カムフォロアにより、該案内部に対してピック側からプレース側への方向に水平に向かう押圧力を作用させながら、該カムフォロアを、該案内部に沿って往復移動させるようになされたピックアンドプレース装置。
2. 該回動軸を中心とする固定プーリと、
   該キャリアを固着し、該回動アームの先端に回動可能に軸着される回動プーリと、
   該固定プーリおよび該回動プーリの間に配設されるタイミングベルトと、
   を備えた請求項１に記載のピックアンドプレース装置。
3. 該垂直部における該カムフォロアの降下に伴って、該把持手段を、製品を把持させたまま、製品の底面が包装箱の底板近傍に位置するまで垂直降下させるようになされた請求項１または２に記載のピックアンドプレース装置。
4. 該把持手段は、吸着部を備え、製品の上面を着脱自在に把持するものである請求項３に記載のピックアンドプレース装置。
5. 該案内部が、凹溝である請求項３または４に記載のピックアンドプレース装置。
6. 該キャリアが、該従動ブロックを貫通する複数段のスライドバーを備え、
   該弾性部材としてのコイルばねが、該スライドバーに巻回されている請求項５に記載のピックアンドプレース装置。
7. ピック動作とプレース動作の繰り返しにより、製品を供給する方法であって、
   前後方向に延在して設けられる回動軸を回動させるステップと、
   該回動軸の回動に伴い、該回動軸に固着される回動アームと回転対偶で連結されるキャリアを、水平姿勢を維持しながら、該回動軸に直交する鉛直面で回動運動させるステップと、
   該キャリアの回動運動にしたがい、左右方向へスライド移動自在に、かつ弾性部材を介装してピック側からプレース側への方向に水平に付勢された状態で、該キャリアに係着される従動ブロックを介して、該従動ブロックに接続されるカムフォロアを、円弧部分と、該円弧部分の両端から連続する垂直部分と、を有する案内部に係合させるとともに、該案内部に対してピック側からプレース側への方向に水平に向かう押圧力を作用させながら、該カムフォロアを、該案内部に沿って往復移動させるステップと、
   該垂直部における該カムフォロアの降下に伴って、該従動ブロックに吊設される把持手段を、製品を把持させたまま垂直降下させるステップと、を含む供給方法。
   

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