JP5905573B2 - ロボットアンスクランブラ及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、生産ラインに沿って、物品、製品、コンテナ、キャニスター、デバイス及びその他の物体を再配置し運搬するロボットアンスクランブラ及び方法を目的とする。特に、本開示は、搬入される物品を取り、物品を生産ラインに所望の搬送可能な向きに置くロボットアンスクランブラ及び方法を目的とする。

商業用製造設備では、様々なロボットアンスクランブラが、物体（本明細書では一般に「物品」又は集合的に「物品」として参照する、１つ以上の空のコンテナ又はキャニスター、並びに組立用の１つ以上の物品及びデバイスが挙げられるが、これらに限定されない）の運搬に使用される。初期の容器（例えば、ホッパー）は、搬送装置（例えば、コンベヤベルト）に沿ってそのような物品を送り出し、その搬送装置の上に物品が様々なランダムな向きにスクランブルされる。物品は、固定位置に配置されるロボットピッキング装置「（ピッカー」）のそばを通る。ピッカーは、そのような物品を初期の物品ピッキング位置からアンスクランブルして、物品を物品移送位置に向きを変えて、各物品が生産設備内で更に搬送されるように適切に位置決めするタスクを託される。ピッカーは１つ以上の市販のロボットピッカーから選ばれる。

初期の物品ピッキング位置から物品移送位置に物品を配置するピッカーは、可動エンドエフェクタがグリッパーに接続されるロボットアームを典型的には含む。プログラム可能なコントローラは、ロボットアーム及びグリッパーを物品へ動かし、グリッパーを制御することにより物品を拾い上げ、拾い上げた物品を物品移送位置から動かすようにロボットアームを動かし、グリッパーを制御することにより物品を解放する（例えば、更なる加工のために物品をパック内で直立した状態に置くこと、走行ベルト、真空コンベヤ、ネックコンベヤ、又は他の搬送装置上で搬送するために物品を搬送可能な向きに置くこと、又は代わりに、類似の物品と共に容器に物品を置き、例えば、物品を識別するバーコードを物品及び／又はパレットに付けるために類似の物品をパレットに置くなどの更なる加工に先立って類似の物品のグループ分けを実施すること）。グリッパーは、標的の物品を拾い上げると、最終的な解放のために物品を少なくとも１つの物品移送位置に動かす。

物品が同等のサイズ及び幾何学形状であると仮定すると、カメラを備えたロボットアームは、物品ピッキングの現在位置を検出し、物品を拾い上げ、次に、搬送及び更なる加工のために安定した搬送可能な向きに置くことができる。ロボットは典型的には一度に１つの部品のみ、及び同様に形成された物品に関してのみ、方向付けできるので、高い処理能力が必要な場合、このアプローチは高価になり得る。物品が変わると、それによって物品形状が変わり、異なる形状の物品が運搬できるように部品の切り替えを用意するための生産ライン上の中断時間がある。更に、物品の幾何学形状、輪郭、材料組成物、又は製造手段の変更は、物品を初期の物品ピッキング位置から搬送及び更なる加工に適切なその次の安定した向きに転置するために、ロボットアームが掴む試みを繰り返し行わなくてはならない場合が多い。したがって、同じ設計を有する物品が、物品の組成物及び外観の分散に適するピッカー形状を含むように生産ラインのカスタマイゼーションを必要とする異なる方法（射出成形、ブロー成形、押出成形、及び他の成形加工方法が挙げられるが、これらに限定されない）で製造されてきた可能性がある。

したがって、改善されたアンスクランブラが引き続き求められてきた。物品の様々なサイズ、幾何学形状、輪郭、設計、テクスチャ、材料組成物、製造手段、及び美学特徴の互換に適応するロボットアンスクランブラは、したがって、生産ラインで利点を提供するであろう。そのようなアンスクランブラは、物品の対称性（又は対称性に欠ける）に関係なく、及び任意の稼働時間中にランダムな向きに配置された物品の数に関係なく、任意の物品形状を有する物品の安定した搬送可能な向きを確実にするべきである。適切に方向付けられた物品が遅滞なく更なる加工のために容易に運ばれるように、及びそのような物品のための運搬機構が間断なく搬送用の新しい物品を継続的に受け取るように、搬送可能な向きが理想的に保持される。

開示するロボットアンスクランブラの態様によって、ロボットアンスクランブラは、複数の物品を安定した搬送可能な向きに再配置する。ロボットアンスクランブラは、第１の移動方向に移動する搬送装置（例えば、コンベヤベルト）を含む。搬送装置は、少なくとも１つのピッカーの作動領域内に物品を運搬する。一連のガイドは、第１の移動方向、又は第２の移動方向に移動してもよい、第２の搬送装置（例えば、１つ以上の運搬装置）に沿って旋回可能に配置され得る。第２の移動方向は、第１の移動方向と反対の方向又は直交の方向が挙げられるが、これらに限定されない任意の好適な向きであってもよい。ガイドはそれぞれガイド支持面を含み、それに沿ってガイドはそれぞれ作動領域を通って運ばれる間、支持される。ガイドはそれぞれ、対向する物品支持面を更に含み、ガイドが初期の物品配置位置にあるとき、その上にピッカーは物品を置く。ガイドは旋回可能な接続で運搬装置に接合され得る。ガイドの物品支持面は、様々な形状を備えた多種多様の異なる物品に適応することができる表面の輪郭を有してもよい。

作動中に、ガイドはそれぞれ、初期の物品配置位置（物品支持面がそれぞれその上に物品の配置を受け取る）から、その次の物品搬送位置に動かされる（対向するガイドがある特定の実施形態では、物品支持面がそれぞれ、対向する物品支持面に接近してそれによって物品保持領域を形成するように、ガイドはそれぞれ旋回される）。他の実施形態では、レール又はベルト等の、異なるタイプの対向する物品を支持する機構又は要素に向かって旋回される単一のガイドの集合があってもよい。本明細書で使用するとき、用語「物品を支持する機構」は、対向するガイド（単数又は複数）、並びにレール及びベルトを含むが、これらに限定されない。ガイドが更なる物品を受け取るために物品ピッキング領域に戻ることができるように、第２の搬送装置は、ガイドがそれぞれ初期の物品配置位置に向かって戻るのを容易にする。ガイドの物品搬送位置は、物品がそれぞれ、生産ラインの１つ以上の処置ステーションで同時処理又は更に処理されるために、その安定した搬送可能な向きを保持することを確実にする。

複数の物品を安定した搬送可能な向きに再配置する方法も開示される。本方法は、以下の工程を含む：
ａ）搬送装置は少なくとも１つのピッカーの作動領域内に物品を運搬するように第１の移動方向に移動する、搬送装置及び少なくとも１つのピッカーを提供する工程、
ｂ）物品を直立させるために、複数のガイドを含む直立させる装置を提供する工程、
ｃ）少なくとも１つのピッカーを用いて物品を搬送装置から取り除き、物品を直立させる装置のガイドのうちの１つの上に置く工程、及び
ｄ）直立させる装置のガイドに物品を直立させる工程。

様々な他の態様、利点、及び特徴は、次の発明を実施するための形態から直ちに明らかとなり、新規な特徴は、添付特許請求の範囲で特に指摘されるであろう。

本開示の様々な実施形態がこれより詳細に説明され、添付図面と一緒に解釈されるべきである。
例示的なロボットアンスクランブラの頂面斜視図である。 例示的なロボットアンスクランブラの後部斜視図である。 図１及び２のロボットアンスクランブラの方向付け領域で作動する方向付け装置の前部斜視図である。 図１及び２のロボットアンスクランブラによって利用される個々のガイドの頂面斜視図である。 例示的な物品を保持している図４に示す１対のガイドの頂面図である。 図３の方向付け装置の出口部分に沿って運ばれる一連のガイド及び物品の頂面斜視図である。 搬送可能な向きで、例示的な物品と一緒に図６の一連のガイドの後部斜視図を示す。 単一のガイドの集合がレールに向かって旋回される他の実施形態の後部斜視図である。 図８のレールの代わりに使用することができる形状加工されたベルトの斜視図である。

図を参照して、同様の番号は同様の要素を示し、図１及び２は、ロボットアンスクランブラ１０の１つの非限定的な実施形態を示す。アンスクランブラ１０は、フレーム１２、１つ以上のピッキング領域１６、第１の搬送装置（例えば、コンベヤベルト）１８、及び１つ以上のロボットピッカー２０を含む。コンベヤベルト１８は、矢印Ａで示された移動方向にピッキング領域１６を通過する。この実施形態では、コンベヤベルト１８は、物品が１つ以上のロボットピッカー２０の作動領域１７を通るようにスクランブル化したランダムな向きに多数の物品を運搬する。他の実施形態では、物品はランダムな向きである必要はない。例えば、物品は、トレーの中で部分的に整然とした様式で配置され得る。本明細書で使用する場合、用語「アンスクランブル」は、ランダム、又はある程度整然とした様式のどちらかに配置された物品を安定した、搬送可能な向きに置くことを含むことを意図する。

フレーム１２は単一フレーム、又は合体させて１つ以上のピッキング領域１６を画定する１つ以上のフレーム部分１４を含むモジュール式のフレームを含むことができる。任意の数のフレーム部分１４が、容器（図示せず）から受け取った多数の物品の向きに適応するように、ピッキング領域１６に十分なパラメーターを提供するように直列で用いられてもよい。フレーム部分１４はそれぞれ、１つ以上のピッカー２０を支持する。モジュール式のフレーム１２のモジュールの特性は、様々な生産設備の範囲内でロボットアンスクランブラ１０のカスタマイゼーションを可能にし、更に、単一設備内で加工される物品の量及びタイプの点から見て、その設備の範囲内でのカスタマイゼーションを可能にする。

物品が受け取られる容器は、１つ以上のホッパーであってもよいが、ホッパーは、ロボットアンスクランブラでの使用に適する単一のタイプの容器ではないことが理解される。ロボットアンスクランブラは、トレー、ケース、パレット、木枠、及び、生産ラインでの使用で知られている他の物品保管及び配送手段が挙げられるが、これらには限定されない様々な容器と共に使用することができる。

第１の搬送装置（例えば、コンベヤベルト）１８は、当該技術分野において周知の任意の好適なタイプの搬送装置であり得る。好適な装置としては、コンベヤベルト、及び第２の搬送装置として使用するのに適しているとして以下で説明する装置のタイプのうちのいずれかが挙げられるが、これらに限定されない。搬送装置１８の表面は滑らかであり得、あるいは、表面に物品が保持されるのを助長するために、輪郭がある、又はテクスチャが付けられてもよい。

ピッカー２０は、市販のＤｅｌｔａロボット（例えば、ＡＢＢ，Ｉｎｃ．（Ｃａｒｙ，ＮＣ，ＵＳＡ）から入手可能）が示されているが、同等で相補的なロボットピッキング装置がロボットアンスクランブラ１０で利用できると考えられる。好適なタイプのピッカー２０としては、並列の運動学ロボット、スパイダー又はＤｅｌｔａロボット、６軸ロボット、ＳＣＡＲＡロボット、及び独立して作動可能な自動アームが含まれるが、これらに限定されない。１つ以上のピッカー２０の選択はロボットの構成に限定されず、代替のピッカーの構成がアンスクランブラと共に使用するために修正可能である。更に、２つ以上のタイプのロボットの構成が、生産ラインでロボットアンスクランブラと共に使用されてもよい。

ピッカー２０はコンベヤベルト１８の上方に取り付けられ、物品の位置、幾何学形状、及び向きに関して情報を収集しピッカーに伝播する１つ以上のカメラを含んでもよい視覚システム２４と通信する。その結果、次のピッカーのそれぞれの新たな作業領域の始めに先立って、コンベヤベルト１８上にまだある物品の初期のピッキング位置が分かる。したがって、ピッカーの遊んでいる動き、又は非生産的な動きが回避される。物品の不完全なピッキングという結果となるそれぞれの物品に対する遊んでいるピッキング作動、又は非生産的なピッキング作動、及びそのような欠陥を補うための続いて起こる機械的工程も回避される。

ピッカー２０はそれぞれ、個々の物品をコンベヤベルト１８から個々のガイド２８上に置き換えるために、少なくとも１つのピッカーのロボットアーム２６の動き用の制御及び駆動手段を含む。ロボットアーム２６は、ロボットアームの自由な範囲に配置されるグリッパーを有し得、グリッパーは物品をピッキングし置くためのピックアップ機構を含む。プログラム可能なコントローラは、容器（例えば、ホッパー）及びコンベアーを制御してもよく、ピッカーに、ロボットアーム２６をランダムな向きの状態である物品まで動かす、グリッパーを制御することにより物品を拾い上げる、ロボットアームを動かして拾い上げた物品を少なくとも１つの物品配置位置に向かせる、及びグリッパーを制御することにより物品を解放する（例えば、以下で詳細に説明するように、物品をガイド２８上に置く）ように制御してもよい。グリッパーは、拾い上げられ置かれる物品の特性次第で、例えば、磁気装置、真空又は吸収装置、機械的装置、又は他の既知の装置等の当業者に周知の多種多様なツールのうちの１つであってもよい。好適な１つのグリッパーは、２０１１年２月１１日出願の米国特許出願第１３／０２５，１８５号で説明される。グリッパーが真空又は吸収装置を含んでいる場合、ロボットアーム２６は、プログラム可能なコントローラの制御下で水平面内で画定される位置まで動かされ、その位置に配置される物品の上まで下げられる。次に、グリッパーが作動しその個々の物品を拾い上げる。グリッパーは拾い上げた物品を適切なガイド２８の上まで下げてもよく、それによって、ガイド２８に関して物品の所望の正しい向きを提供する。

アンスクランブラ１０は、同様を二工程の方法で物品を扱うことによって物品の処理能力を改善する可能性がある。第１の工程で、物品はコンベヤベルト１８から拾い上げられ、ガイド２８のうちの１つの面上に置かれる。第２の工程で、第２の搬送装置が物品及びガイド２８を運び、ガイド２８が物品を直立させる。これは、ピッカー２０に、物品を拾い上げる、物品を方向付ける、及び物品を直立させる、の３つの機能全てを行なうように要求するより、ピッカーのより効率的な使用を提供すると考えられる。

ピッキング領域１６の始まりの上流に、視覚システム、及び／又はコンベヤベルト１８上に個々の物品用のカウンターを設けることによって、事前設定の稼働時間中に確立した生産割り当て数を満たすための所定の数に達しているとして個々の物品の数が検出されるたびに、容器から空の物品が解放されることを可能にし、それをピッキング領域１６へと進ませる。カウンターは、物品がカメラの視野内を通過する際に、コンベヤベルト１８上にある個々の物品のそれぞれの位置（物品の回転位置と共に）を記録するピッカー２０と作動的に関連した少なくとも１台のカメラ２４を利用してもよい。記録情報はプログラム可能なコントローラに格納され、コンベヤベルト１８の走行速度に比例して更なる加工及び計算にかけられる。

第２の搬送装置は、第１の搬送装置、コンベヤベルト１８に「隣接」していると説明されてもよい。本明細書で使用する場合、用語「隣接」は、２つの搬送装置が接触している、又は第１の搬送装置と第２の搬送装置との間に何もないことは必要としない。装置は、ピッカーが第１の搬送装置１８から物品を拾うことができ、それらを第２の搬送装置のガイド２８の上に置けるほど十分に接近しているだけでよい。

次に、第２の搬送装置及びガイド２８の非限定的な一実施形態をより詳細に説明する。図３、４及び５を更に参照して、一連の運搬装置３０が対応する移動可能な運搬装置ベルト３２に沿って配置され、それによって対向するガイド２８の対が運ばれる。ガイド２８は、クラムシェル形状のネストの形態を含む、任意の好適な形式であってもよい。ガイド２８はそれぞれ、運搬装置ベルト３２に関して機械横方向に伸長してもよく、対応する運搬装置３０によって旋回可能に支持可能であってもよい。図４に示すように、ガイド２８はそれぞれ、ガイド支持面２８ａを含み、それに沿ってガイド２８はそれぞれ、ピッキング領域１６を通って及び同領域からの運搬中に支持され、並びに、対向する物品支持（又は「座部」）面２８ｂを含み、それに沿ってガイドが初期の開いた物品配置位置にあるとき、ピッカー２０が物品を配置する。図４に示すように、物品支持面２８ｂは物品によらない輪郭を備え、それによって多種多様の物品の安定した支持を確実にする。物品支持面２８ｂは、示すように、その上に置かれた物品を中心に置く一般に放射状の湾曲を備え付けてもよく、それによってガイド２８を更にカスタマイゼーションすることなく様々な物品の形状に適応する。物品支持面２８ｂは、一般に凸面の形状を有してもよい。物品支持面２８ｂは、更に１つ以上の面の輪郭、例えば、図４に示す隆起部２８ｃ、及び／又は、摩擦して物品と係合する１つ以上の面要素（例えば、テクスチャのある要素又は「マーク」）を組み入れてもよい。面の輪郭としては、複数の隆起部及びスプラインの組み合わせで、直線、角ばった形、又は曲線であってもよいものが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、面の輪郭は、実質的に互いに平行で、ガイド２８の頂面範囲２８ｄ及び底面範囲２８ｅに実質的に垂直から垂直であってもよい。特定の実施形態では、面の輪郭の低点は、物品支持面２８ｂの側面２８ｆに関して同物品支持面のほぼ中央領域に位置する。物品支持面２８ｂの面の輪郭を画定する曲率の分散は、ガイドの開位置の間、及び以下で詳細に説明するガイドの角度のある動きからその次の直立位置の全体にわたって、物品が中心に置かれることを確実にする有利な機能をガイド２８に与える。特定のネストを形成する対のガイド２８の物品支持面２８ｂの形状は、同じであってもよく、又は異なってもよい。少なくとも１つの態様では、ガイド２８は、事前定義の曲率で輪郭のある面を含み、少なくとも１つの事前定義のマークは、前記ガイド２８の少なくとも前記物品支持面２８ｂと一体化する。

更に図４及び５、追加的に図６及び７を参照して、ガイド支持面２８ａ及び物品支持面２８ｂはそれぞれ、ピッカー２０が対応する物品支持面２８ｂに物品を拾い上げ置くとき、隣接に物品の上方部分が配置される頂面範囲２８ｄ、及び隣接に物品の底部分が配置される底面範囲２８ｅと同一の広がりを有する。物品の「頂面」及び「底面」は、物品の位置決めに関連し、物品がどのようにディスプレイに現われるかである。しかしながら、物品の「頂面」及び「底面」は、物品がディスプレイにどのように現われるかに関係なく、対応するガイド２８に配置され次第、反転した物品の部分、又は角度のある回転を受けた物品の部分を言及してもよい。ガイド２８に配置されるのに適するタイプの物品を、１つ以上のコンテナ２９として、図５、６及び７に示す。コンテナ２９は、ロボットアンスクランブラ１０によって搬送可能な向きに運ばれ送り出されてもよい多くの種類の物品（製品、コンテナ、キャニスター、デバイス及びその他の物体が挙げられるが、これらに限定されない）のうちの一例である。

図４に示すように、ガイド２８の底面範囲２８ｅは、物品が物品支持面２８ｂに配置された状態でガイド２８が初期の開いた物品配置位置にあるとき、物品の底面に隣接することになる格納式ゲート３１を含んでもよい。ガイド支持面２８ａはそれぞれ、ガイド２８が一般に水平の位置と一般に垂直の位置との間で角度のある動きが可能で、その角度のある経路に沿って、任意の位置が初期の物品配置位置、及びその次の物品搬送位置を画定することができるように、ガイド２８のそれぞれと対応する運搬装置３０との間で旋回可能な連通を確立する継手要素（例えば、ピン、ボルト、又は他のファスナー３３）を含んでもよい。図５に示すように、ガイド２８が物品搬送位置に向かって上方に旋回する間、又は旋回した後、物品がガイド２８から妨げられず、しかも制御された解放ができるように、ゲート３１は引込んでもよい。物品支持面２８ｂは、物品２９が中心に置かれるのを保持し、搬送可能な物品配置位置に物品が配置されるのを確実にする。図７に示すように、ガイド２８が初期の配置位置に戻るとき、ガイド２８に更なる物品を受け取る態勢にするためにゲート３１は初期の位置に戻る。

ガイド２８はそれぞれ、ガイドに接合される直立させる機構３４（図４、５及び６に示す）を有してもよい。「接合した」という用語は、ある要素を他の要素に直接固着することによって要素を別の要素に直接固定する構成、ある要素を中間部材（類）に固着し次にその中間部材を他の要素に固着することによってある要素を他の要素に間接的に固定する構成、及び、ある要素が別の要素と一体化する構成、即ちある要素が他の要素の本質的な一部分である構成、を包含する。「接合した」という用語は、要素の１つの面全体にわたり要素が完全に別の要素に固定されている構成に加え、要素が別の要素の選択された位置に固定されている構成を包含する。示す実施形態では、直立させる機構３４は、頂面範囲２８ｄに隣接するガイド支持面２８ａに接合される。直立させる機構３４は、以下で詳細に説明する、対応する凹部と係合するためにそこから突き出るガイドポスト３４ａ（図４に示す）を含んでもよい。

ピッキング領域１６内で、運搬装置ベルト３２は、矢印Ｂ（図１及び３に示す）で示された移動方向に開いたガイド及びその上に置かれた物品を運搬する。運搬装置ベルト３２は単一の搬送装置であってもよく、それにガイド２８が旋回可能に接続される。代替では、運搬装置ベルトは１対の運搬装置ベルトを含んでもよく、そのそれぞれに沿って、一連のガイド２８が旋回可能に配置される。すなわち、後者の形状では、対のガイド２８の半分のガイド２８は、実質的に協同して作動する個別の運搬装置ベルトに配置されてもよく、コンテナ２９のまわりでクラムシェル形状を形成する。後者の形状では、運搬装置ベルトがその間に配置されたアウトフィードコンベヤ４０と対応する動きで提供されてもよい。後者の形状では、１つ以上のパック（図示せず）がガイドに配置された物品と対応してアウトフィードコンベヤ４０に沿って配置されてもよい。本明細書で使用する場合、用語「パック」は、物品の基部用のカップ形状のガイドを指す。

矢印Ｂの運搬装置ベルト３２及びアウトフィードコンベヤ４０の移動方向は、矢印Ａの方向のコンベヤベルト１８の移動方向と同じ方向に示されるが、運搬装置ベルト３２及びアウトフィードコンベヤ４０は、コンベヤベルト１８の移動方向に関して同じ方向、反対方向、直交方向、又は任意の好適な方向に動いてもよいことが理解される。視覚システム２４の位置は、コンベヤベルト１８の移動方向に関してピッキング領域１６の上流である。したがって、コンベヤベルト１８が示している方向の反対方向に動く場合、視覚システム２４は、ピッキング領域１６の反対端部に位置する。代替搬送手段が、運搬装置ベルト３２及びアウトフィードコンベヤ４０のうちの１つ、又は両方のために想到され、走行ベルト、チェーンコンベヤ、真空コンベヤ、レール、パック、移動ベルト上に配置されたパック、及び当該技術分野において既知の他の搬送手段が挙げられるが、これらには限定されない。

ガイド２８の初期の実質的に水平な開いた物品配置位置から、その次の実質的に垂直で搬送可能な物品配置位置に向かう旋回可能な動き（図５及び６に示す）は、開いた保持領域４４が作られるように、対向するガイド２８の間で物品支持面２８ｂを位置合わせする。ガイド２８によって画定された保持領域４４は、部品交換をまったく必要とせず、様々なサイズ、輪郭、テクスチャ、幾何学形状、材料組成物及び製造手段の物品を保持する。示す実施形態では、ガイド２８は、物品２９を掴まないで物品のための隙間（保持領域４４）を残すだけである。他の実施形態では、ガイド２８は、物品２９を掴むために一体となるように構成することができる。

アンスクランブラ１０は、対称の物品を扱うことができ、また非対称の物品を扱うことができる。対称の物品は物品の前部及び後部が同じ形状を有するものである。非対称の物品は異なる形状を備えた対向する側部を有する。コンベヤベルト１８及び運搬装置ベルト３２は、互いに対して一定の速度、異なる速度、又は１つ若しくは両方が断続的に動くことができるように制御されてもよい。理想的には、ピッキング領域１６を出ると、保持領域４４は更なる加工のために搬送可能な向きで個々の物品が充填されるように、コンベヤベルト１８及び運搬装置ベルト３２は走行する。対称の物品幾何学形状では、ピッカー２０は、アウトフィードコンベヤ４０の片側に単一の一連のガイド２８に沿って物品を置くことができる。物品は、対称であれ、非対称であれ、比較的より大きい、より平らな側（一般に前部又は後部）のどちらかがガイド２８上に典型的には置かれる。いくらかの実施形態では、アウトフィードコンベヤの片側のガイド２８の全ての物品支持面２８ｂがその上にある物品を支持するように、対称の物品は一連のガイド２８に実質的に連続的に置かれる。特定の実施形態では、ピッカー２０は、アウトフィードコンベヤ４０の片側に単一の一連のガイド２８に沿って対称の物品を置き、方向付け装置が開位置と閉位置との間でガイド２８を動かして保持領域４４を形成する。

例えば、図８に示す物品が対称である他の実施形態では、物品を直立させるのを助けるために、異なる機構又は要素をアウトフィードコンベヤ４０の片側に使用することができる。任意の好適な機構又は要素を使用することができる。図８では、物品２９を直立させるために単一の一連のガイド２８と一緒にレール５２が使用される。代替機構を図９に示す。図９は、図８のレールの代わりに使用することができるベルト８０を示す。ベルト８０は任意の好適な形状を有することができる。ベルト８０は、隆起部及び溝を有する内面８２を有する閉ループの形状で、その結果、ベルトは溝及び隆起部がそれぞれ、ベルトを回転させるために使用されるロール９０と係合するように構成される。ベルトの外面８４は、ガイド２８の物品支持面２８ｂに適している本明細書で説明する特徴のうちのいずれかを有することができる。示す実施形態では、ベルト８０の外面８４はガイド２８の物品支持面２８ｂの形状と同じである、又は類似であり得る形状を有するように形状加工される。そのようなベルト８０は任意の好適な方法で作ることができる。いくらかの実施形態では、ベルト８０は、平ベルトに接合されるリブ、又は他のそのような要素を備えることができる。要素は、物品の制御用に接触点を提供することができる。要素は、平ベルトに結合する、溶接する、ボルトで締めることによるが挙げられるが、これらには限定されない、任意の好適な方法で平ベルトに接合することができる。図９に示す実施形態では、ベルト８０は、輪郭のあるポリウレタン形状が接合されたタイミングベルトと、ベルトの外面を形成するためにそれにＬＹＣＲＡ面が積層される、内側から外側表面に作られた輪郭のあるベルトを含んでもよい。

非対称の物品幾何学形状では、１つ以上のカメラ２４からそのような物品の幾何学形状情報を得ると、ピッカー２０は、コンベヤベルト１８に沿って移動する物品それぞれの、初期の「上向き」「下向き」、又は他の向きを識別する。「他の向き」とは、システムが「上向き」及び「下向き」の向きのみで物品を扱うことに制限されず、物品のアウトプットの流れをこれらの向きのうちの１つで特定の向きで提供することが認識される。例えば、４つの側面を有するボトルでは、コンベヤベルト１８にこれらの側面のうちのいずれかで置かれている場合があるなど、他の向きがあり得る。本発明のシステムは、物品のアウトプットの流れをその側面のうちのいずれかで特定の向きで提供することができる。しかしながら、簡単にするために、以下の説明は「上向き」及び「下向き」の向きを指すが、用語「第１の側面」及び「対向する側面」は、用語「上向き」及び「下向き」が使用される場合はいつでも、後者の用語と置き換えられることができる。

物品の初期の向きは、物品の初期の「上向き」、「下向き」又は他の向きが容易に明白でない場合その次のチェックを行なう第２のカメラ及びセンサシステムによって判定される。特定の実施形態では、ピッカー２０はそれによって、初期の「上向き」の向きにある非対称の物品をアウトフィードコンベヤ４０の片側に沿ってガイド２８に転置する。これらの実施形態では、ピッカー２０は、初期の「下向き」の向きである非対称の物品をアウトフィードコンベヤ４０のもう片側に沿って対向する交互のガイド２８に更に転置する。「交互の」ガイドとは、２つの物品が対向するガイドに置かれるのではなく、むしろ、その次に拾い上げた物品が、アウトフィードコンベヤ４０の反対側に沿ってその次の対のガイドの１つのガイドに置かれることを意味する。そのような配置では、物品を運んでいるガイドがそれぞれ空のガイドと対で移動するように、物品はガイド２８に配置される。保持領域４４が形成される（以下で詳細に説明する）ようにガイド２８が物品を旋回可能に封入するとき、物品は全て、物品のそれぞれの初期の「上向き」又は「下向き」の向きに関係なく、１対のガイドの位置合わせした物品支持面２８ｂに関して安定した搬送可能な向きに位置決めされる。もちろん、アンスクランブラ１０は、対称の物品を扱うために同様のやり方で作動させることができるが、そのような工程は必要ではない。

他の実施形態では、非対称の物品は代替のやり方で扱うことができる。ピッカーが非対称の物品を、物品が「上向き」又は「下向き」の向きかどうかによって、アウトフィードコンベヤの両側のガイドに転置させる代わりに、ピッカーは、物品をアウトフィードコンベヤ４０の片側の単一の一連のガイド２８に転置することができる。物品は、「上向き」及び「下向き」の両方の向きでガイド上に置くことができる。次に、物品は続いて直立状態にされ、その後個別の物品方向転換機構によって正しい向きに転換され得る。好適な物品方向転換機構としては、直線形整列装置、又はボトル方向転換機構が挙げられるが、これらに制限されない。そのような装置は市販されている。物品方向転換機構は、アンスクランブラの一部であってもよく、又はアンスクランブラの下流の別個の装備品であってもよい。

ガイド２８は物品を、ピッキング領域１６からその次の方向付け領域４６（図１及び２に示す）に運搬する。方向付け領域４６は、物品の適切な安定した向きが保持領域４４によって保持されることを確実にする方向付け装置４８を含む。図示の方向付け装置４８は、ガイド２８、及びそれによって運ばれる物品の移動経路を形成する相互に配置される２つのガイドレール５０（図３に示す）を含む。すなわち、いくつかの実施形態では、方向付け装置は、チャネル５３を作るための画定可能な移動経路を提供する移動パス機構を形成してもよい。方向付け装置４８は、単一のガイドレール、相互に対向する２つのガイドレール、複数のガイドレール、少なくとも１つのエアリフト機構、少なくとも１つの電磁気機構、少なくとも１つのサーボ機構、又は他の好適な装置が挙げられるが、これらに限定されない任意の好適なタイプの装置を含む。単一のチャネル５３及び対応するチャネル経路を画定する１対のガイドレール５０が図３に示されるが、方向付け装置は、任意の数のガイドレールを含んでもよく、生産ラインに所望の数のチャネル経路を提供するように実装されてもよいことが理解される。

この実施形態では、ガイドレール５０などの方向付け装置４８はそれぞれ、チャネル部分５０ｂにつながり一般に曲線状の出口部分５０ｃで終端する（チャネル部分５０ｂ及び出口部分５０ｃを図３及び６に示す）一般に曲線状の入口部分５０ａ（図３に示す）を含む。入口部分５０ａ及び出口部分５０ｃのうちの１つ又は両方は、一般に螺旋形の形状をしてもよい。入口部分５０ａは、その間で実質的にＶ字形の角度を形成し、それに沿って直立させる機構３４を支持するように、一般に上方に湾曲してもよい。運搬装置ベルト３２が移動経路に沿ってガイド２８を運搬すると、ガイドをそれぞれ物品支持面２８ｂがそれぞれ上向きの向きである初期の開いた物品配置位置からその次の物品搬送位置まで持ち上げるように、入口部分５０ａは直立させる機構３４と係合し、物品支持面２８ｂがそれぞれ対向する物品支持面２８ｂに接近するように、ガイド２８はそれぞれ上方に旋回する。図５及び６は一般に互いに平行なアライメントである物品支持面２８ｂを示すが、物品支持面２８ｂは、大量の物品、及び／又は特注設計の物品に適応するように、互いに関して角度をなして配置されてもよいことが理解される。ガイド２８が上へ向かって旋回して保持領域４４を形成すると、対応するガイドによって支持された物品２９はそれぞれ、更なる加工のために、安定した搬送可能な向きへ上げられる。搬送可能な向きには、物品２９がそれぞれ、アウトフィードコンベヤ４０によって運ばれる対応するパックと同期することを含むことができる。図７に示すように、ガイド２８の角度のある動きの間、そのゲート３１は引っ込み、物品は、アウトフィードコンベヤ４０の搬送可能な向きに、又はアウトフィードコンベヤ４０に沿って分配されそれによって運ばれる対応するパック（図示せず）に直接配置される。用語「ゲート」３１とは、開いたとき、物品がガイド２８から下ろされる機構を含むことを意図する。ゲート３１としては、格納式ゲート、スライドゲート、端部に蝶番のついたゲート、センサ作動ゲート、又は他の組み合わせ、及びこれらの同等物が挙げられるが、これらに限定されない。他の実施形態では、ゲート３１は削除され得る。必要に応じて、そのような実施形態では、物品は別のピッカーによってガイド２８から拾い上げることができる。

物品（及び任意の対応するパック）は、ガイドレール５０のチャネル部分５０ｂによって画定されるチャネル５３を通って運ばれる。チャネル部分５０ｂは、その間にチャネル経路が画定されるように一般に互いに平行なアライメントであってもよい。チャネル部分５０ｂは、運搬装置ベルト３２がそれぞれチャネル経路に沿って動くとき、直立させる機構３４との係合を保持することによって、ガイド２８を搬送可能な物品搬送位置で保持する。アウトフィードコンベヤ４０は、チャネル５３によって画定されたチャネル経路に沿って動き、保持領域４４中の物品の安定したアライメントを保持する。したがって、ロボットアンスクランブラ１０は、ガイド２８が物品全てを、生産ラインに沿った１つ以上の処置ステーションで同時作動又はその後の作動のために同じ搬送可能な向きで提供することを、予測可能にかつ信頼性高く、確実にする。ステーションが生産設備から最終的に送り出すために連続して適切に位置決めされた物品を選択的に処理することができる、そのような処置ステーションとしては、ラベルを貼るステーション、装飾を施す（例えば、はく押し又は箔の塗布）、ケース又はトレーを搭載する、充填する、物品の蓋付する及び密閉するステーションが挙げられるが、これらに制限されない。「同時作動」とは、そのようなステーションは、物品がガイド２８にある間作動できることを意味する。

ガイドレール５０などの移動経路機構の出口部分５０ｃは、物品が方向付け装置４８を出るとき物品の適切で安定した搬送可能な向きを保持する一方で、出口部分に沿って直立させる機構３４が支持されるように、一般に下へ向かって湾曲してもよい。運搬装置ベルト３２が引き続きガイド２８を一定の移動経路に沿って運搬すると、ガイド２８が初期の物品配置位置に向かって旋回可能な下降が容易にできるように、出口部分５０ｃは直立させる機構３４と係合する。ガイド２８がそれぞれ、初期の物品配置位置に向かって角度をなして下降すると、アウトフィードコンベヤ４０は、物品２９の更なる加工のために、ロボットアンスクランブラ１０からその次の設備まで物品を搬送可能な物品配置位置で運搬する。アウトフィードコンベヤ４０は、物品がアウトフィードコンベヤ自体に独立して位置決めされるとき、物品を適切な搬送可能な向きに保持する。物品２９が対応するパックに配置されたとき、搬送可能な向きも保持される。その対応するパックは、アウトフィードコンベヤ４０に沿って個々に置かれ、それによって運ばれてもよく、又はアウトフィードコンベヤと一体化されてもよい。次に、閉ループの運搬装置ベルト３２はそれぞれ開いたガイド２８を、矢印Ｃ（図３に示す）によって示す移動方向に対して反対方向に、方向付け領域４６及びピッキング領域１６の長さに沿って運び回る。このように、運搬装置ベルト３２はそれぞれ、空の物品を受け取る態勢にするためにガイド２８を初期の開いた物品配置位置まで送り出す。

いくらかの実施形態では、ガイドレール５０はそれぞれ、少なくとも１つのガイドレール５０の少なくとも一部分に沿って画定された移動凹部（図示せず）を含んでもよい。移動凹部はそれぞれのガイドポスト３４ａと係合し、それによってそれぞれのガイド２８の動きを導く。そのような構成では、ガイド２８が方向付け装置４８に接近すると、ガイドポスト３４ａは移動凹部と解放可能な係合を確立し、それぞれのガイド２８、及びそれによってそれぞれの物品がチャネル５３を通って中断されずに動くことを確実にする。ガイドポスト３４ａが方向付け装置を出てピッキング領域１６に戻るために運搬装置ベルト３２に沿って空のガイド２８を角度をなして配置するように、ガイドポスト３４ａは移動凹部との係合を維持してもよい。

２つの運搬装置ベルト３２がある場合、保持領域４４を形成するために対のガイド２８が角度をなして同期的な動きをするのを確実にするために、それらのベルトは同等の速度で同時に走行してもよい。しかしながら、物品支持面２８ｂに捕えられた物品が、ガイド２８の角度のある移動経路全体を通してそれに沿ってアライメントを維持するように、ロボットアンスクランブラ１０はガイドの非同期な運搬を容易にしてもよいことが想到される。したがって、特に物品が大体積の物体を含む場合、又は一意的設計特性を有する物体を含む場合、ガイド２８は互いに関して一般に直立した位置を必ずしもとらなくてもよい。ガイド用の初期の開いた物品配置位置は、搬送される物品の特殊な特性に適応して所定の傾斜角であってもよい（ガイド２８自体はその曲率及び／又はマークを保持し、物品支持面２８ｂに置かれた任意の物品のセンタリングを確実する）。そのような物品２９を支持するガイド２８は、そのようなガイドを運搬する運搬装置ベルト３２を制御することで独立した速度で動くことができる。この速度は、１対のガイドで対応するガイド２８を運搬する第２の運搬装置ベルト３２がとる速度に依存しない。物品２９を支持するガイドは、ガイドの角度のある経路の任意の部分に沿ってそのように動くことができ、したがって、ガイドは一意的に形成された物品を（及び、逆位の物品でも）安定した搬送可能な向きで容易に搬送することができる。ガイドレール５０は、物品２９の安定した搬送可能な向きに影響を及ぼすことなく、物品の種々様々な形状及び向きに適応するために、異なる幅及び経路の移動経路（二股に分かれた経路及び非直線形の経路を含む）を提供するようにしかるべく変更することができる。

少なくとも１つの運搬装置ベルト３２及び／又はアウトフィードコンベヤ４０は、フレーム６４によって操作可能に支持される作動可能な駆動軸６２を有する、図３に示す駆動軸組立品６０によって駆動される。サーボモーター６６等の駆動軸アクチュエータは、軸受組立品６８の中間に配置されたリンク機構６７を有する駆動軸６２に回転運動を付与する。駆動軸６２は、駆動軸フレーム部分６４ａに沿って回転可能に配置されたスプール７０、７２に回転運動を並進移動させ、それによって第１の運搬装置ベルト３２が円滑になり、更に、駆動軸フレーム部分６４ｂに沿って回転可能に配置されたスプール７４、７６に回転運動を並進移動させ、それによって第２の運搬装置ベルト３２が円滑になる。１対の一般に同心状に位置決めされアウトフィードスプール７８（そのうちの１つを図３に示す）は、相補的な軸受組立品を経由して回転運動を並進移動させるために、主駆動軸（図示せず）と回転可能に係合する。サーボモーター６６が作動すると、駆動軸６２は、スプール７０、７２を直接回転させ、リンク機構６７及び運搬装置ベルト３２（運搬装置ベルト３２は、図３でガイド２８を運んでいるが、図１及び２で分かるように個別であり得る）を経由してスプール７４、７６を回転させる。主駆動軸はこの瞬間に回転する。駆動軸が回転すると、スプール７８は回転運動をとり、したがって、並進運動を少なくとも１つの運搬装置ベルト３２及び／又はアウトフィードベルト４０に付与する。アウトフィードコンベヤ４０の動きが駆動軸組立品６０によって達成されるか、あるいは別の独立した駆動手段によって達成されるかに関係なく、スプール７８は、アウトフィードコンベヤ４８が運搬装置ベルト３２の中間で並進運動を保持してもよい所定の距離をその間に有してもよい。アウトフィードコンベヤ４０は、フィードベルト３２及びアウトフィードコンベヤ４０の動きが相互依存ではないように、第２のアクチュエータ（図示せず）によってそこまで搬送された並進運動を有してもよい。駆動軸組立品６０の形状は、ロボットアンスクランブラと共に首尾よく使用することができる様々な駆動手段の一例として提供される。

第２のコンベヤベルト（図示せず）は、相補的な物品のサイズ、幾何学形状、輪郭、設計、テクスチャ、材料組成物、製造手段、及び美学特徴を送り出すために、ロボットアンスクランブラと共に使用されてもよいことが理解される。そのような構成では、２つの相互に別個のコンテナコンベヤベルトがフィードベルト３２及びアウトフィードコンベヤ４０のそれぞれの側で走行することができる。同様に、１つのコンベヤベルトがある量の第１の物品を送り出し、一方で第２のコンベヤベルトがある量の第２の物品の送り出しを異なる速度で走行するように、そのようなコンベヤベルトは相互に異なる速度で動いてもよい。そのような構成は、一次物品は一般に地域全体に人気があり、二次物品は局所的な地域部分で強い人気がある地域流通にとって、一次物品及び二次物品の加工に有利であり得る。

物品２９が拾い上げられ使用可能な開いたガイドに置かれることなくロボットアンスクランブラ１０のピッキング領域１６を出ることがないように、物品及びガイドの相互の速度は制御されてもよい。そのような実施形態では、物品配置を標的にしているガイド２８は全て、物品支持面２８ｂ上の物品を運搬するであろう。更に、空であるべきでない空のガイド２８はない。しかしながら、他の実施形態では、アンスクランブラに搬入される物品２９の速度は、物品２９を全て拾い上げさせる速度より大きい可能性がある。これらの実施の形態では、拾い上げられない任意の物品２９はコンベヤ１８の前部に戻すことができるように、アンスクランブラは、例えば、再循環コンベヤのような再循環システムを備えて提供されてもよい。容器が他の物品を続いて送り出すことができるように、ピッカー２０に関連するプログラム可能なコントローラは、運ばれ適切に方向付けされた物品の量を記述できる。そのように続いて送り出された物品はグループで運ばれてもよく、異なる物品のグループは異なる物品特性を有する。したがって、ロボットアンスクランブラ１０は、いかなるタイプの物品特定の機械も必要とせずに、そのような物品グループ全てに適応する。

ロボットアンスクランブラは、物品を、スクランブル化したランダムな向きから安定した搬送可能な向きに、予測可能にかつ信頼性高く転置し、物品の様々なサイズ、幾何学形状、輪郭、設計、テクスチャ、材料組成物、製造手段、及び美学特徴に適応し得る。ロボットアンスクランブラは、設置、操作、及び保守に関連した一時的経費及び会計経費において有利に削減を実現し得る。しかしながら、そのような利点が添付特許請求の範囲に明確に含まれていない限り、アンスクランブラは必ずしもそのような利点を提供する必要はないことを理解すべきである。現在市販のアンスクランブラと比較して、同様のより高い処理能力を達成するために必要なロボットの数が減ることにより、設備の設置に関与する経費は削減され得る。更に、物品のタイプが変わる度に部品を交換する必要性が無くなるので、故障発生度も減少し得る。これは、本発明のロボットアンスクランブラが膨大な平均故障間隔に関して、事実上不断で作動できることを意味する。従来のアンスクランブラ装置と比較して、本発明のロボットスクランブラによって得られる有益性は、物品がその特徴にかかわらず、アウトフィード装置コンベヤ上に置かれるとき、安定した搬送可能な向きを保持することである。これは、最新のプラスチックが商業用の物品形状に使用され物品を軽量化し、その結果、物品の位置決めの全ての分散に対して安定を維持するのが非常に困難であるとき、特に有利な特徴である。

本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らない限り、そのような寸法のそれぞれは、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ミリメートル」として開示される寸法は、「約４０ミリメートル」を意味するものである。

相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願を含む、本願に引用される全ての文書を、特に除外すること又は限定することを明言しない限りにおいて、その全容にわたって本願に援用するものである。いずれの文献の引用も、こうした文献が本願で開示又は特許請求される全ての発明に対する先行技術であることを容認するものではなく、また、こうした文献が、単独で、あるいは他の全ての参照文献とのあらゆる組み合わせにおいて、こうした発明のいずれかを参照、教示、示唆又は開示していることを容認するものでもない。更に、本文書において、用語の任意の意味又は定義の範囲が、参考として組み込まれた文書中の同様の用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合には、本文書中で用語に割り当てられる意味又は定義に準拠するものとする。

本発明の特定の実施形態が例示され記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのような全ての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。

Claims (6)

1. 複数の搬入される物品を安定した搬送可能な向きに再配置するためのロボットアンスクランブラであって、前記アンスクランブラは、
   （ａ）前記搬入される物品を少なくとも１つのピッカーの作動領域内に運搬するように第１の移動方向に移動する第１の搬送装置と、
   （ｂ）前記第１の搬送装置に隣接して直立させる装置であって、前記直立させる装置は、移動方向に移動する対応する第２の搬送装置に沿って旋回可能に配置される複数のガイドを含み、前記第２の搬送装置は、２つの対向する前記ガイドの対が旋回可能に接続される２つの運搬装置ベルトを含み、前記ピッカーは前記物品を前記第１の搬送装置から取り除き、前記物品を前記直立させる装置の前記ガイドの物品支持面上に置くように構成され、２つの前記ガイドは、同期する対になってそれぞれの前記物品支持面の直立位置に向かって上向きにかつ角度をなすように旋回して対向する前記物品支持面の間に保持領域を形成し、前記物品を直立させて安定した搬送可能な向きに置く、直立させる装置と、含むことを特徴とする、ロボットアンスクランブラ。
2. ピッカーが物品を配置する前記物品支持面は表面の輪郭を有し、前記表面の輪郭は凹曲率である、請求項１に記載のロボットアンスクランブラ。
3. 前記直立させる装置は、チャネル部分に導き、出口部分で終端する入口部分を含む方向付け装置を含み、
   前記物品支持面がそれぞれその上に物品が配置されることを円滑にする初期の物品配置位置からその次の物品搬送位置まで前記ガイドがそれぞれ動くように、前記第２の搬送装置が移動経路に沿って前記ガイドを搬送するとき、前記入口部分は直立させる機構を支持し、
   前記チャネル部分は、前記第２の搬送装置が前記ガイドを運搬するとき、チャネル経路に沿って前記物品搬送位置で前記ガイドを保持し、
   前記ガイドをそれぞれ前記初期の物品配置位置に向かって戻すのを円滑にするために、前記出口部分は、前記移動経路に沿って前記ガイドを運搬する、請求項１または２に記載のロボットアンスクランブラ。
4. 前記方向付け装置は、少なくとも１つのガイドレール、少なくとも１つのエアリフト機構、少なくとも１つの電磁気機構、及び少なくとも１つのサーボ機構からなる群から選択される、請求項３に記載のロボットアンスクランブラ。
5. 前記方向付け装置は少なくとも１つのガイドレールを含み、
   前記少なくとも１つのガイドレールは前記入口部分及び前記出口部分の少なくとも１つを含み、
   前記入口部分及び前記出口部分の少なくとも一方は湾曲した部材である、請求項３に記載のロボットアンスクランブラ。
6. 複数のランダムに配置された物品を安定した搬送可能な向きに再配置する方法であって、
   ａ）搬送装置及び少なくとも１つのピッカーを提供する工程であって、前記搬送装置が、前記少なくとも１つのピッカーの作業領域内に前記物品を運搬するように第１の移動方向に移動する工程と、
   ｂ）前記物品を直立させるために旋回可能に接続された複数のガイドを有する第２の搬送装置を含む、直立させる装置を提供する工程であって、前記第２の搬送装置は、２つの対向する前記ガイドの対が旋回可能に接続される２つの運搬装置ベルトを含む、工程と、
   ｃ）前記少なくとも１つのピッカーを用いて前記物品を前記搬送装置から取り除き、前記物品を前記ガイドのうちの１つの物品支持面上に置く工程と、
   ｄ）同期する対になってそれぞれの前記物品支持面の直立位置に向かって上向きにかつ角度をなすように旋回して対向する前記物品支持面の間に保持領域を形成し、前記物品を直立させて安定した搬送可能な向きに置き、これにより、前記直立させる装置の２つのガイドに前記物品を直立させる工程と、を含む方法。

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