JP6137641B2

JP6137641B2 - ワークピッキング装置

Info

Publication number: JP6137641B2
Application number: JP2015226269A
Authority: JP
Inventors: 堤　一弘; 一弘堤
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP2017094413A

Description

本発明は、目的のワークを把持するワークピッキング装置に関するものであり、特に、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等のワークをトレイに収容して冷凍環境下で保管する際に、そのトレイから目的のワークを移載させるために把持するのに好適なワークピッキング装置に関するものである。

近年、従来、化学、生化学、生体学、製薬などの基礎研究あるいは応用研究においては、大量の生体サンプル、臨床サンプル、化学合成物などの試料を検査等のために保管している。
例えば、創薬研究プロセスにおいて、生体活性等を調査するため、多種多様な検査、実験のために微量で多数の試料を取り扱うことが必要であり、マイクロチューブ等の容器に収められた試料を、極低温の安定した環境のもとで大量に保管するとともに、任意の試料を迅速に取り出す技術が欠かせない。

このようなシステムの自動化のため、マイクロチューブ等のワークを保管用トレイから取り出したり、搬送用トレイから保管用トレイに移載するために把持するワークピッキング装置が用いられている。
このワークピッキング装置は、弾性変形可能な把持ツメを有しており、この把持ツメにより、トレイに縦立収納された複数のワークの中から目的とするワークを把持するものであり、移載機構によって引き上げて、所定の場所に移動してワークを移載するものである（例えば特許文献１等参照。）。

特開２００７−３０３９３０号公報特開２０１４−０４２９６１号公報

ところが、特許文献１のワークピッキング装置では、ワークを保管トレイの下方から押し上げて把持ツメに押し付ける装置が別途必要となる。
また、把持ツメは一定のサイズのワークに最適化されるため、ワークのサイズが異なる場合には把持ツメを交換する必要が生じるという問題があった。

このような問題を緩和するため、１つのピニオンギヤと複数のラックギヤで構成されたラック・ピニオン機構を把持ツメの直上に配置し、把持ツメとラックギヤを１つずつ接続し、ピニオンギヤの回転に合わせて複数の把持ツメが互いに同期した開閉動作を行う開閉手段を設けることで、ワークを周囲から均一に把持するものが公知である（例えば特許文献２等参照）。
この機構では、図９に示すように、第１アーム２３０、第２アーム２３１、第３アーム２３２及び第４アーム２３３の一端には、それぞれ第１把持ツメ２３８、第２把持ツメ２３９、第３把持ツメ２４０及び第４把持ツメ２４１を有し、第１アーム２３０、第２アーム２３１、第３アーム２３２及び第４アーム２３３の他端には、それぞれ、第１ラックギヤ２３４、第２ラックギヤ２３５、第３ラックギヤ２３６及び第４ラックギヤ２３７を有しており、ベース部材２１０の下面に回転可能に設けられたピニオンギヤ２１１の９０度ずつ異なる位置に第１ラックギヤ２３４、第２ラックギヤ２３５、第３ラックギヤ２３６及び第４ラックギヤ２３７が噛み合うことで、４つの把持ツメが連動して開閉動作をするように構成されている。

このような機構により、別途の押し付ける装置が不要となり、異なるサイズのワークへの適用も可能となる。
しかしながら、把持ツメがピニオンギヤの回転軸線に向かって往復動することで開閉動作するため、把持ツメの外側にラック・ピニオン機構が張り出し、壁等の障害物近傍のワークを把持することができないという問題があった。
また、複数のラックギヤが互いに干渉せずに把持ツメの十分な開閉動作を行うためには、径大なピニオンギヤを設ける必要があり、ワークの把持が不可能な範囲はさらに大きくなる。
また、冷凍環境下では、トレイ表面が霜等で覆われ、移載対象のワークを持ち上げた際に、隣接するワークも持ち上げてしまうことがある。これに対し、隣接するワークを押し出して分離するための共上げ防止機構を把持ツメ間に設けることで対処可能だが、把持ツメの直上にラック・ピニオン機構を配置すると、このような機構等を設ける空間が極めて限定される。
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、簡単な構成で、把持ツメやワークに過剰な負荷がかかることなく、ワークを周方向均等に把持可能であるとともに、壁等の障害物近傍においても移載作業に支障を来さず、ワーク共上げを防止する機構等を把持ツメの直上に設置可能な空間を確保したワークピッキング装置を提供することを目的とするものである。

本発明のワークピッキング装置は、ベース部材と、ワークの側面に当接して把持する把持ツメを有する複数のアームと、前記複数のアームを開閉する開閉手段とを有し、複数のワークの中から目的とするワークを把持可能なワークピッキング装置であって、前記ベース部材には、ピニオンギヤが回転可能に設けられ、前記複数のアームには、それぞれラックギヤが設けられ、前記開閉手段は、前記ピニオンギヤと、前記複数のラックギヤとで構成されたラック・ピニオン機構と、前記ラックギヤ、又は、前記ピニオンギヤの少なくとも一方を駆動する駆動源とを有し、前記ピニオンギヤは、前記ベース部材の上方に配置された第１ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤと同軸で前記ベース部材の下方に配置された第２ピニオンギヤを含み、前記複数のアームは、運動方向が平行な２本を１組として、直交する２組の合計４本で構成され、一方の組の前記アームのラックギヤが前記第１ピニオンギヤと、他方の組の前記アームのラックギヤが前記第２ピニオンギヤと噛み合うように構成され、前記ベース部材の上方には、前記一方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置され、前記ベース部材の下方には、前記他方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置され、前記複数のアームの把持ツメは、前記ピニオンギヤの回転軸線からオフセットした位置で開閉するように配置されていることにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係るワークピッキング装置によれば、複数のラックギヤの内、少なくとも互いの運動方向が平行でないラックギヤは、ピニオンギヤの回転軸方向に異なる位置でそれぞれピニオンギヤと噛み合っているため、それぞれのラックギヤが互いに干渉することはなく、ピニオンギヤの外径を小さくすることができる。
このことで、把持ツメの外側へのラック・ピニオン機構の張り出しを小さくでき、ワークの把持が不可能な範囲を小さくすることが可能となり、壁等の障害物近傍においても移載作業を行うことが可能となる。
また、ピニオンギヤは、ベース部材の上方に配置された第１ピニオンギヤと、第１ピニオンギヤと同軸で前記ベース部材の下方に配置された第２ピニオンギヤを含み、複数のアームは、運動方向が平行な２本を１組として、直交する２組の合計４本で構成され、一方の組のアームのラックギヤが第１ピニオンギヤと、他方の組のアームのラックギヤが第２ピニオンギヤと噛み合うように構成され、ベース部材の上方には、一方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置され、ベース部材の下方には、他方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置されていることにより、互いの運動方向が平行でないラックギヤをピニオンギヤの回転軸方向に異なる位置に設ける場合においても、ピニオンギヤは１つのラックギヤと接触するために必要な最低限の厚みで形成できる。これにより、汎用品のラックギヤやピニオンギヤの利用が容易となり、メンテナンス性を向上できる。
さらに、このことで、把持ツメは直交する２つの運動方向からワークを周方向均一に挟み把持できるため、安定した移載作業ができる。また、アームの数が４本であっても、必要なピニオンギヤの数をアームの数の半分である２本に抑えることができ、部品点数の削減ができる。

さらに、複数のアームの把持ツメは、ピニオンギヤの回転軸線からオフセットした位置で開閉するように配置されていることにより、それぞれのアームの形状を調整することによって、把持ツメの直上にラック・ピニオン機構が存在しないように構成でき、より壁等の障害物に近い位置でのワークの把持が可能となる。
また、把持ツメの直上に種々の機構を設置可能な空間を確保できる。

請求項２に記載の構成によれば、複数の把持ツメの間を通り、ワーク方向に往復動可能な共上げ防止金具を設けることによって、移載対象ワークに隣接するワークが霜等の付着で同時に持ち上がる場合、移載対象ワークに隣接するワークを共上げ防止金具で押えて移載対象ワークと分離することができる。また、把持ツメの直上に設けた空間に共上げ防止金具を設置することによって、必要最低限の簡単な装置構成・動作で共上げを防止できる。
請求項３に記載の構成によれば、複数の把持ツメを、ワークを把持する方向に常に付勢する付勢部材を設けることによって、ワークの移載作業中に停電等、駆動力の供給が停止した場合でも、把持ツメはワークを把持でき、ワークの落下・破損を防止できる。

本発明の一実施形態に係るワークピッキング装置の斜視図。本発明の一実施形態に係るワークピッキング装置の正面図。本発明の一実施形態に係るワークピッキング装置の上面図。本発明の一実施形態に係るワークピッキング装置の下面図。アームユニットの把持ツメを展開した状態の斜視図。アームユニットの把持ツメを展開した状態の上面図及び下面図。アームユニットの把持ツメを閉じた状態の斜視図。アームユニットの把持ツメを閉じた状態の上面図及び下面図。従来のワークピッキング装置の参考図。

以下に、本発明の一実施形態に係るワークピッキング装置１００について、図面に基いて説明する。
ワークピッキング装置１００は、図１乃至図８に示すように、低温保管庫（図示しない）内でトレイ（図示しない）に収容されているワークＷを移載するものであり、図１に示すように、ベース部材１１０と、複数のアームとラック・ピニオン機構等からなるアームユニットと、アーム駆動ユニット１５０と、共上げ防止機構１６０とを備えている。
ベース部材１１０の上面には、図２に示すように、ベース部材１１０の中央部を貫通するアーム駆動軸１５２と、該アーム駆動軸１５２を回転駆動するアーム駆動用モータ１５１と、アーム駆動軸１５２とアーム駆動用モータ１５１の回転軸を接続するカップリング１５３とを有するアーム駆動ユニット１５０を備えている。

ベース部材１１０の上面には、図３及び図５に示すように、第１リニアガイド１２０及び第２リニアガイド１２１が、アーム駆動軸１５２を中心に互いに平行に設けられ、それぞれ、互いに平行な方向へ移動可能に設けられた第１スライダ１２４及び第２スライダ１２５を移動可能に支持している。
第１スライダ１２４及び第２スライダ１２５は、図５及び図６に示すように、それぞれ第１ラックギヤ１３４及び第２ラックギヤ１３５を有し、第１ラックギヤ１３４及び第２ラックギヤ１３５は、アーム駆動軸１５２を回転軸とし、ベース部材１１０の上面に設けられた第１ピニオンギヤ１１１と噛み合い、ラック・ピニオン機構を形成している。
また、第１スライダ１２４及び第２スライダ１２５は、それぞれ第１把持ツメ１３８及び第２把持ツメ１３９を一端に有した第１アーム１３０及び第２アーム１３１の他端に接続され、第１把持ツメ１３８と第２把持ツメ１３９とは、対向配置されている。

ベース部材１１０の下面には、図４及び図６に示すように、第３リニアガイド１２２及び第４リニアガイド１２３が、アーム駆動軸１５２を中心に互いに平行且つ第１リニアガイド１２０及び第２リニアガイド１２１に直交する向きに設けられ、それぞれ、互いに平行な方向へ移動可能に設けられた第３スライダ１２６及び第４スライダ１２７を移動可能に支持している。
第３スライダ１２６及び第４スライダ１２７は、それぞれ第３ラックギヤ１３６及び第４ラックギヤ１３７を有し、第３ラックギヤ１３６及び第４ラックギヤ１３７は、アーム駆動軸１５２を回転軸とし、ベース部材１１０の下面に設けられた第２ピニオンギヤ１１２と噛み合い、ラック・ピニオン機構を形成している。

また、第３スライダ１２６及び第４スライダ１２７は、それぞれ第３把持ツメ１４０及び第４把持ツメ１４１を一端に有した第３アーム１３２及び第４アーム１３３の他端に接続され、第３把持ツメ１４０と第４把持ツメ１４１とは、第１把持ツメ１３８と第２把持ツメ１３９とを結んだ直線に直交する向きで対向配置されている。
第３アーム１３２は、図４に示すように、押圧バネ１２８を介してベース部材１１０と接続されている。
なお、第１及び第２ピニオンギヤと、第１乃至第４リニアガイドと、第１乃至第４スライダと、第１乃至第４アームと、第１乃至第４ラックギヤと、第１乃至第４把持ツメと、押圧バネ１２８とからなる機構をアームユニットと称する。

図９に示す参考例のワークピッキング装置２００は、４つの把持ツメの中心の直上にアーム駆動用モータ及び第１ピニオンギヤ２１１が配置されているが、本発明では、図１乃至図４に示すように、４つの把持ツメの中心の直上には、アーム駆動用モータ１５１や第１ピニオンギヤ１１１及び第２ピニオンギヤ１１２を配置していないため、４つの把持ツメの中心の直上の空間を利用して共上げ防止機構１６０が設けられている。
共上げ防止機構１６０は、ベース部材１１０の上面に設けられた共上げ防止駆動機構１６２と、共上げ防止駆動機構１６２に接続され、４つの把持ツメの中心の直上に設けられた共上げ防止金具１６１とによって構成され、共上げ防止金具１６１は上下方向に移動可能である。

また、図９に示す参考例のピッキング装置２００は、４つの把持ツメの中心の直上にアーム駆動用モータや第１ピニオンギヤ２１１等のラック・ピニオン機構が配置されているため、壁際に保管されたワークＷを把持する際にラック・ピニオン機構が壁に干渉して把持ツメがワークＷに届かない範囲が大きく存在したが、本発明では把持ツメがピニオンギヤ１１１の回転軸線からオフセットした位置で開閉するように配置されているため、壁際に保管されたワークＷを容易に把持することができる。
ベース部材１１０の下方には、図１乃至図４に示すように、把持ツメによるワークＷの把持状態を確認する把持確認センサ１１４が設けられている。
また、ベース部材１１０の一端には、連結部１１３が設けられ、連結部１１３は全体移動手段（図示しない）と連結し、ワークピッキング装置１００全体を移動可能にしている。

次に、本実施形態におけるワークピッキング装置１００による、ワークＷの把持、搬送の手順について説明する。
まず、４つの把持ツメの中心がワークＷの直上に位置するようにワークピッキング装置１００を移動する。
次に、４つの把持ツメがワークＷの被把持部を把持可能な位置へワークピッキング装置１００を下方に移動した後、図７及び図８に示すように、アーム駆動用モータ１５１を回転させ、４つの把持ツメを閉じる。

このとき、第１ラックギヤ１３４及び第２ラックギヤ１３５は第１ピニオンギヤ１１１と噛み合い、第３ラックギヤ１３６及び第４ラックギヤ１３７は第２ピニオンギヤ１１２と噛み合っており、第１ピニオンギヤ１１１と第２ピニオンギヤ１１２は、同一のアーム駆動軸１５２を回転軸としているため、４つのラックギヤは連動してそれぞれの動作方向へ動き、４つの把持ツメを閉じる。
その際、把持確認センサ１１４によってワークＷの把持位置が正常であることを確認できた場合、ワークＷを把持したままワークピッキング装置１００全体を上昇させ、トレイからワークＷを抜き出し、ワークＷを移載位置まで移動させた後、アーム駆動用モータ１５１を逆回転させ、４つの把持ツメを開くことで、ワークＷの搬送を完了する。

なお、ワークＷの搬送中に停電等の異常が発生し、アーム駆動用モータ１５１によるワークＷの把持方向への力が失われた場合においても、押圧バネ１２８がワークＷの把持方向へ第３アーム１３２を押し続けているため、２つのピニオンギヤを介して連動している４つの把持ツメは、ワークＷを落とすことなく異常が回復するまで待機できる。
また、低温状態で保管されたワークＷに霜等が付着し、４つの把持ツメでワークＷを持ち上げた際に、隣接する搬送対象外のワークＷが霜によって同時に持ち上げられてしまう場合においても、共上げ防止金具１６１をワークＷの上方からワークＷへ近づけて搬送対象外のワークＷを分離し、確実に搬送対象のワークＷのみを持ち上げ、搬送することができる。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
上述した実施形態では、アーム駆動用モータは１つ設けられているものとして説明したが、アーム駆動用モータの仕様はこれに限定されず、例えば、ピニオンギヤと同数のアーム駆動用モータを配置してもよく、モータの代わりにエアシリンダ等でアームを動作させてもよい。

また、上述した実施形態では、ワーク把持確認用の光学センサが設けられているものとして説明したが、センサの仕様はこれに限定されず、例えば、把持ツメの先端等にプッシュセンサを設けてもよく、小型カメラを設けて画像認識で確認してもよく、センサ等を設けずに目視確認してもよい。
また、上述した実施形態では、把持ツメを有したアームに付勢部材として押圧バネを設けているものとして説明したが、付勢部材の仕様はこれに限定されず、例えば、エアシリンダでアームを押圧してもよく、ゴムバンドのようなリング状の付勢部材を複数の把持ツメの周囲に設けて、複数の把持ツメを外周から押圧してもよい。
また、上述した実施形態では、共上げ防止機構が設けられているものとして説明したが、共上げ防止機構の仕様はこれに限定されず、例えば、把持ツメの先端に板材等を設け、ワークの周囲に降下する際に周囲に付着した霜を分断して搬送対象外のワークＷを分離するようにしてもよく、ワークピッキング装置とは別に共上げ防止装置を設けてもよい。

１００、２００・・・ワークピッキング装置
１１０、２１０・・・ベース部材
１１１、２１１・・・第１ピニオンギヤ
１１２・・・第２ピニオンギヤ
１１３・・・連結部
１１４・・・把持確認センサ
１２０・・・第１リニアガイド
１２１・・・第２リニアガイド
１２２・・・第３リニアガイド
１２３・・・第４リニアガイド
１２４・・・第１スライダ
１２５・・・第２スライダ
１２６・・・第３スライダ
１２７・・・第４スライダ
１２８・・・押圧バネ
１３０、２３０・・・第１アーム
１３１、２３１・・・第２アーム
１３２、２３２・・・第３アーム
１３３、２３３・・・第４アーム
１３４、２３４・・・第１ラックギヤ
１３５、２３５・・・第２ラックギヤ
１３６、２３６・・・第３ラックギヤ
１３７、２３７・・・第４ラックギヤ
１３８、２３８・・・第１把持ツメ
１３９、２３９・・・第２把持ツメ
１４０、２４０・・・第３把持ツメ
１４１、２４１・・・第４把持ツメ
１５０・・・アーム駆動ユニット
１５１・・・アーム駆動用モータ
１５２・・・アーム駆動軸
１５３・・・カップリング
１６０・・・共上げ防止機構
１６１・・・共上げ防止金具
１６２・・・共上げ防止駆動機構
Ｗ・・・ワーク

Claims

ベース部材と、ワークの側面に当接して把持する把持ツメを有する複数のアームと、前記複数のアームを開閉する開閉手段とを有し、複数のワークの中から目的とするワークを把持可能なワークピッキング装置であって、
前記ベース部材には、ピニオンギヤが回転可能に設けられ、
前記複数のアームには、それぞれラックギヤが設けられ、
前記開閉手段は、前記ピニオンギヤと、前記複数のラックギヤとで構成されたラック・ピニオン機構と、前記ラックギヤ、又は、前記ピニオンギヤの少なくとも一方を駆動する駆動源とを有し、
前記ピニオンギヤは、前記ベース部材の上方に配置された第１ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤと同軸で前記ベース部材の下方に配置された第２ピニオンギヤを含み、
前記複数のアームは、運動方向が平行な２本を１組として、直交する２組の合計４本で構成され、
一方の組の前記アームのラックギヤが前記第１ピニオンギヤと、他方の組の前記アームのラックギヤが前記第２ピニオンギヤと噛み合うように構成され、
前記ベース部材の上方には、前記一方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置され、
前記ベース部材の下方には、前記他方の組のアームのラックギヤをスライド可能に支持するリニアガイドが配置され、
前記複数のアームの把持ツメは、前記ピニオンギヤの回転軸線からオフセットした位置で開閉するように配置されていることを特徴とするワークピッキング装置。
前記開閉手段には、前記複数の把持ツメの間を通り、ワーク方向に往復動可能な共上げ防止金具が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワークピッキング装置。
前記ベース部材には、前記ワークを把持する方向に前記複数の把持ツメを常に付勢する付勢部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワークピッキング装置。