JP6444743B2 - 自動供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、組合せ計量機へ物品を供給するための自動供給装置に関する。

収穫した農作物について、複数の農作物を所定重量単位で結束して出荷することが行われている。この場合、手作業で所定重量になる組み合わせを選定することは、煩雑でありかつ時間を要し効率的ではない。このため、投入した被計量物から設定重量に近い組み合わせの被計量物を自動的に排出する組合せ計量機が各種提案されている（例えば下記特許文献１）。

特許文献１に開示された組合せ計量装置は、計量ホッパへの物品の投入は手動によるものであった。これに対し、下記特許文献２に開示された自動移送装置は、被計測物の移動を自動化したものであり、把持ハンドユニットに設けたハンドで把持された被計測物が、把持ハンドユニットの水平移動及び上下移動によって、仮置き台から被計測部へと自動的に移動する。

特開２００６−２１４７８４号公報 特開２０１３−３１０３号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示された自動移送装置の把持ハンドユニットに設けたハンドは、爪の開閉により、被計測物を把持又は開放するものであり、機構が複雑であった。また、被計測物を把持する直前では爪が開いているため、爪と被計測物を載置したトレイとの干渉や爪と隣接する被計測物との干渉を防ぐ必要があり、被計測物の配置は制約されたものとなった。このため、爪の開閉により被計測物を把持又は開放する構成は、例えば供給元の被計測物が多数の被計測物を積層した状態である場合の被計測物の受け渡しには適していなかった。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、簡単な機構としながらも、供給元の被計測物が多数の被計測物を積層した状態であっても、被計測物の受け渡しが可能になる自動供給装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の自動供給装置は、組合せ計量機へ物品を供給するための自動供給装置であって、物品を吸着する吸着口を有する吸着器と、前記吸着器に接続された真空発生器と、前記吸着器を移動させるロボットと、前記ロボット及び前記真空発生器を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、対象物品の位置までの前記ロボットの移動、前記真空発生器の作動による対象物品の前記吸着器による吸着、及び前記吸着した対象物品の前記組合せ計量機への投入を制御することを特徴とする。

前記本発明の自動供給装置によれば、吸着器は吸着口から吸引された空気が流通する簡素な構造で足り直径方向に大きくする必要がないので、吸着器は細長に形成できる。このことにより、物品を収容したトレイの内壁面近傍やトレイの底部の物品の吸着も可能になり、トレイ内の物品を余すことなく吸着することが可能になる。さらに、吸着器には爪の開閉機構等の可動機構は不要であるため、可動部がトレイや隣接する物品と干渉することがなく、多数の物品を積層した状態であっても容易に物品を吸着することができる。

前記本発明においては、以下の各構成とすることが好ましい。物品の高さ方向の位置を検出するセンサをさらに備えており、前記制御手段は、前記センサが検出した最も高い位置にある物品の位置に、前記吸着口が到達するように前記ロボットを移動させて、前記最も高い位置にある物品を吸着する指令を出力することが好ましい。この構成によれば、吸着器に吸着する物品は、常に最高位置にある物品であるため、物品を持ち上げる際には、他の物品と干渉することがないため、組合せ計量機への物品の安定した供給が可能になる。

前記吸着器は、物品の高さ方向の伸びた吸着管を備えており、前記吸着管の先端に前記吸着口が形成されていることが好ましい。この構成によれば、トレイ内に積層した物品を吸着する場合、吸着する物品の位置は下方に下がっていくことになるが、ロボットがトレイ内に入り込むことなく物品を吸着可能であるので、ロボットとトレイとの干渉を防ぐことができる。

前記ロボットを複数備えており、前記複数のロボットが同時に稼働することが好ましい。この構成によれば、一度に設置する供給元の物品をより多くすることができ、物品の補給回数を削減できるとともに、ロボットによる時間当たりの供給量も多くなるので、作業能率が向上する。

前記吸着器は高さ方向の位置調整が可能であることが好ましい。この構成によれば、トレイ内に積層した物品を吸着する場合、より長い吸着器を用いることにより、深さの大きいトレイにも対応可能になる。

前記吸着器の先端に伸縮可能なべローズを設けていることが好ましい。この構成によれば、吸着対象の物品の吸着開始時に、べローズを物品に圧接することが可能になり、吸着が確実になる。

本発明によれば、吸着器は吸着口から吸引された空気が流通する簡素な構造で足り直径方向に大きくする必要がないので、吸着器は細長に形成できる。このことにより、物品を収容したトレイの内壁面近傍やトレイの底部の物品の吸着も可能になり、トレイ内の物品を余すことなく吸着することが可能になる。さらに、吸着器には爪の開閉機構等の可動機構は不要であるため、可動部がトレイや隣接する物品と干渉することがなく、多数の物品を積層した状態であっても容易に物品を吸着することができる。

本発明の一実施形態に係る自動供給装置を正面側から見た斜視図。 本発明の一実施形態に係る自動供給装置を正面側から見た別の斜視図。 本発明の一実施形態に係る自動供給装置を背面側から見た斜視図。 本発明の一実施形態に係る自動供給装置を背面側から見た別の斜視図。 本発明の一実施形態に係る吸着器の拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る自動供給装置の制御を説明するブロック図。 本発明の一実施形態に係る自動供給装置の動作の過程を示すフローチャート。 本発明の一実施形態において、ロボットの現在位置を示すトレイ近傍の拡大斜視図。 図８の状態から吸着器が物品を吸着する位置に達したときのロボットの位置を示すトレイ近傍の拡大斜視図。 本発明の一実施形態において、吸着器に物品が吸着された状態を示す縦断面図。 図９の状態から物品がロボットの移動と一体に持ち上げられた状態を示す拡大斜視図。 図１１の状態から物品がロボットの移動と一体に組合せ計量機側に移動した状態を示す拡大斜視図。 図１２の状態から物品がロボットの移動と一体に組合せ計量機のバケット上に到達した状態を示す拡大斜視図。 図１３の状態から物品がバケットに落下し組合せ計量機に投入された状態を示す拡大斜視図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る自動供給装置１を正面側から見た斜視図であり、それぞれ別の角度から見た図である。図３及び図４は図１に示した自動供給装置１を背面側から見た斜視図であり、それぞれ別の角度から見た図である。最初に、図１〜４を参照しながら、自動供給装置１の概略について説明する。自動供給装置１には、組合せ計量機２が付設されている。自動供給装置１のトレイ３に収容された物品４が自動供給装置１によって組合せ計量機２に供給される。物品４は、組合せ計量機２の計量対象物であり、本実施形態では物品は長尺物である。長尺物としては、アスパラガス、長ネギ等の長尺農作物が挙げられる。

図１において、自動供給装置１の左右方向をＸ軸方向、奥行方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とする。自動供給装置１は、フレーム５にロボット１０が取り付けられており、ロボット１０は、Ｘ軸方向ロボット１１、Ｙ軸方向ロボット１２及びＺ軸方向ロボット１３で構成されている。本実施形態ではロボット１０は６ユニット設けており、６つのトレイ３のそれぞれに対応している。

図４において、Ｘ軸方向ロボット１１は、Ｘ軸レール１４及びＸ軸移動体１５を備えており、Ｘ軸移動体１５がＸ軸レール１４に沿ってＸ軸方向に移動する。Ｙ軸方向ロボット１２は、Ｙ軸レール１６及びＹ軸移動体１７を備えており、Ｙ軸移動体１７がＹ軸レール１６に沿ってＹ軸方向に移動する。Ｚ軸方向ロボット１３は、Ｚ軸レール１８及びＺ軸移動体１９を備えており、Ｚ軸移動体１９がＺ軸レール１８に沿ってＺ軸方向に移動する。本実施形態では、Ｘ軸方向ロボット１１、Ｙ軸方向ロボット１２及びＺ軸方向ロボット１３は、いずれもパルスモータの回転によりボールねじを回転駆動させてボールねじに螺合したボールナットをボールねじの軸方向に直線移動させて、ボールナットと一体のＸ軸移動体１５、Ｙ軸移動体１７及びＺ軸移動体１９を直線移動させるようにしている。

図２に示したように、Ｚ軸方向ロボット１３には、物品４を吸着する吸着器６が取り付けられている。図５は吸着器６の拡大断面図を示している。吸着器６は、吸着管２３の先端に吸着パッド２０を設けたものであり、吸着パッド２０に吸着口２２が形成されている。吸着口２２から空気が吸着管２３内を経て吸引され、吸着口２２に物品４が吸着される。吸着パッド２０の先端側は、べローズ２１が形成され伸縮可能になっている。この構成によれば、吸着対象の物品４の吸着開始時に、吸着パッド２１を物品４に圧接することが可能になり、吸着が確実になる。図５に示した吸着器６は一例であり、この構成に限るものではなく、少なくとも吸着口２２を有するものであればよい。

図２において、センサ走査用のロボット３３にセンサ３０が取り付けられている。センサ走査用ロボット３３は、センサ移動レール３２と移動体３１を備えている。移動体３１がセンサ移動レール３２に沿ってＸ軸方向に移動し、これと一体にセンサ３０がＸ軸方向（物品４を横切る方向）に走査される。センサ３０は高さ計測が可能なレーザセンサである。詳細は後に説明するとおり、センサ３０を走査させて、最も高い位置にある物品４の位置情報を検出する。

以上のように構成された自動供給装置１によれば、図１において、センサ３０により検出された物品４が順次、組合せ計量機２のバケット３５上に供給される。組合せ計量機２は、バケット３５上の物品４から設定重量に最も近い製品重量となるバケットの３５の組み合わせを割り出し、選択したバケット３５を開くことにより、物品がベルト３６上に落下し排出部３７まで搬送される。

以下、本実施形態に係る自動供給装置１について、ブロック図及びフローチャートを参照しながらより具体的に説明する。図６は、本実施形態に係る自動供給装置１の制御を説明するブロック図である。前記のとおり、本実施形態に係る自動供給装置１はロボット１０を６ユニット設けているが、図６のブロック図は、便宜のため２ユニット分のみに対応した図示としている。自動供給装置１の制御は、タッチパネル７（図１）により各種設定、指示が入力され、この入力情報に基づいて制御手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）４０の指令に従い制御プログラムが実行されることにより自動供給装置１が作動する。

図６において、センサ３０（図２）は、物品４上を走査させて、最も高い位置にある物品４を調べるためのものであり、最も高い位置にある物品４の電圧値がＡ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ４１によりデジタル値に変換されて、ＣＰＵ４０に送られる。位置決めユニット４２、コントローラ４３及びロボット１０は、吸着器６を移動対象の物品４の位置まで移動させるように作動するとともに、物品４を吸着した後の吸着器６を組合せ計量機２のバケット３５上に移動させるように作動する。

また、図６において、位置決めユニット４２、コントローラ４３及びロボット３３（図２）は、センサ３０（図２）を走査させるために作動する。このように、吸着器６を移動させるロボット１０と、センサ３０を走査させるロボット３３はそれぞれ単独に動作する。このことにより、物品４を吸着した吸着器６がロボット１０により移動している間に、次工程用の物品４の検出をセンサ３０で行うことができ、時間的なロスを防止することができる。

図６において、位置決めユニット４２及びコントローラ４３は、便宜のためＣＰＵ４０とは別に図示しているが、これらはＣＰＵ４０に含まれ制御手段の一部を構成している。また、位置決めユニット４２及びコントローラ４３は、前記のとおり、吸着器６の移動及びセンサ３０の走査のためのものであるが、図６では便宜のため、位置決めユニット４２及びコントローラ４３は、吸着器６の移動用とセンサ３０の走査用とで、それぞれ別に図示している。

さらに、図６において、Ｉ／Ｏ（Input/Output）ユニット４４は、バルブ４５を開く駆動信号を出力する。バルブ４５が開くと、吸着器６内が真空発生器４６により真空引きされ、吸着器６の吸着口２２（図５）の部分には吸引力が生じ、物品４が吸着器６に吸着される。

図７は、本実施形態に係る自動供給装置１の動作の過程を示すフローチャートである。前記のとおり、本実施形態では６個の各トレイ３に対応させたロボット１０を６ユニット備えている。便宜のため以下の説明は、１ユニット分のロボット１０の動作を説明しながら、組合せ計量機１の動作を説明する。タッチパネル７（図１）の操作により運転が開始すると、センサーサーチ（ステップ１００）が開始する。これにより、図２においてセンサ３０がＸ軸方向（トレイ３の物品４を横切る方向）に走査される。物品４が発見されない場合は運転は終了する。物品４が発見される場合は、センサ３０は物品４の高さを計測して位置最高点の位置情報（座標値）を検出する。この位置情報に係る電圧値がＡ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ４１（図６）によりデジタル値に変換されて、ＣＰＵ４０（図６）に送られる。

一方、図６において、位置決めユニット４２を介してロボット１０の現在位置がＣＰＵ４０へ送られる。図８はロボット１０の現在位置を示すトレイ３近傍の拡大斜視図である。ＣＰＵ４０は、位置決めユニット４２を介してロボット１０を移動させる位置を指示する。この指示に基づいて、コントローラ４３はパルスを出力する。ロボット１０はパルス数に応じてパルスモータが回転し、図１に示したＸ軸方向ロボット１１、Ｙ軸方向ロボット１２及びＺ軸方向ロボット１３が、目的地に向けて移動する（図７のステップ１０１）。この移動により、ロボット１０に固定された吸着器６の吸着口２２（図２、図５）が、物品４の位置最高点に到達する。図９は、吸着器６が物品４を吸着する位置に達したときのロボット１０の位置を示すトレイ３近傍の拡大斜視図である。

この状態になると、図６において、Ｉ／Ｏユニット４４は、バルブ４５を開く駆動信号を出力する。このことにより、吸着器６内が真空発生器４６により真空引きされ、吸着器６の吸着口２２（図２、図５）の部分には吸引力が生じ、物品４が吸着器６に吸着される（図７のステップ１０２）。図１０は吸着器６に物品４が吸着された状態を示す縦断面図である。図１０では物品４は大きさが統一された状態で図示しているが、物品が農作物の場合、大きさにはばらつきがある。このため、最上層の部分の物品４には高低があり、厳格な精度で検出しなくても物品４の位置最高点を検出することが可能である。

図９において、吸着器６に物品４が吸着された後は、物品４は組合せ計量機２のバケット３５上に運ばれる。図６において、ＣＰＵ４０は、位置決めユニット４２にロボット１０を移動させる位置を指示する。この指示に基づいて、コントローラ４３はパルスを出力する。ロボット１０はパルス数に応じて移動する。図１１及び図１２は、物品４の移動途中を示している。図１１は、図９の状態から物品４はロボット１０のＺ軸方向の移動に伴って持ち上げられた状態を示している。図１２は、図１１の状態から物品４がロボット１０の移動と一体に組合せ計量機２側に移動した状態を示している。

図１３は、物品４が組合せ計量機２のバケット３５上に到達した状態を示している。この状態では、図６において、Ｉ／Ｏユニット４４は、バルブ４５を閉じる駆動信号を出力する。このことにより、真空発生器４６による真空引きが停止し、物品４が組合せ計量機２のバケット３５に向けて落下する。図１４は、物品４がバケット３５に落下し、組合せ計量機２に投入された状態を示している（図７のステップ１０３）。

以後、同じ動作を繰り返して、空のバケット３５に、物品４を順次投入していく。組合せ計量が実行されると、設定重量に近い組み合せの物品４がバケット３５からベルト３６上に落下し排出部３７まで搬送される。さらに同じ動作が繰り返えされ、選択された組み合わせの物品４がべルト３６上に落下し排出部３７まで搬送される。

排出された物品４については、別途付設した結束機で結束作業を行ってもよいが、作業者が結束作業を行ってもよい。作業者が結束作業を行う場合であっても、組合せ計量機２への物品４の供給は自動化されるので、作業人員の削減を図ることができる。また、ロボット１０を複数ユニット（本実施形態では６ユニット）設け同時に稼働させるようにすれば、一度に設置する供給元の物品４をより多くすることができ、物品４の補給回数を削減できるとともに、時間当たりの供給量も多くなるので、作業能率が向上する。

本実施形態では、吸着器６に吸着する物品４は、常に最高位置にある物品４である。このため、図１１のように物品４を持ち上げる際には、他の物品４と干渉することがないため、組合せ計量機２への物品４の安定した供給が可能になる。これに対し、無作為に任意の物品４を吸着するようにした場合は、吸着した物品４の上に物品４があれば、これに吸着した物品４が引っ掛かり、吸着した物品４が落下する可能性が高くなるとともに、トレイ３内の物品４の整列状態が乱れてしまう。

図１０において、物品４を組合せ計量機２へ順次供給して物品４の数が減るにつれて、吸着する物品４の位置は下方に下がっていく。吸着器６は、吸着管２３を有しているので、ロボット１０がトレイ３内に入り込むことなく、物品４を吸着可能である。このことにより、ロボット１０とトレイ３との干渉を防ぐことができる。

また、吸着器６は吸着口２２から吸引された空気が流通する簡素な構造で足り直径方向に大きくする必要がないので、吸着器６は細長に形成できる。このことにより、物品４を収容したトレイ３の内壁面近傍やトレイ３の底部の物品４の吸着も可能になり、トレイ３内の物品４を余すことなく吸着することが可能になる。さらに、吸着器６には爪の開閉機構等の可動機構は不要であるため、可動部がトレイ３や隣接する物品４と干渉することがなく、多数の物品４を積層した状態であっても容易に物品４を吸着することができる。

吸着器６は交換可能な構成としておけば、より長い吸着管２３を用いることにより、深さの大きいトレイ３にも対応可能になる。また、図９に示したように、吸着管２３にねじ部２４を設け、吸着器６の高さ方向の位置調整ができるようにしてもよい。この構成によっても、深さの大きいトレイ３にも対応可能になる。

以上、本実施形態について説明したが、本実施形態は供給元の物品が多数の物品を積層した状態である場合に適しており、物品は長尺物に限るものではない。また、本実施形態のロボット１０は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に移動可能な構成で説明したが、物品４の受け渡しができればよく、本実施形態の構成に限るものではない。

また、本実施形態では、Ｘ軸方向に走査するセンサ３０を用いて物品の最も高い位置を検出する例を示したがこの構成に限るものではない。例えば、撮像センサで物品の最も高い位置を検出し、画像処理装置を用いて物品の座標を算出してもよい。

１ 自動供給装置
２ 組合せ計量機
３ トレイ
４ 物品
６ 吸着器
１０ ロボット（吸着器移動用）
２２ 吸着口
２３ 吸着管
３０ センサ
３３ ロボット（センサ走査用）
４０ ＣＰＵ（制御手段）
４６ 真空発生器

Claims (7)

1. 組合せ計量機へ物品を供給するための自動供給装置であって、
   トレイに収容された物品を吸着する吸着口を有する吸着器と、
   前記吸着器に接続された真空発生器と、
   前記吸着器を移動させるロボットと、
   前記ロボット及び前記真空発生器を制御する制御手段とを備え、
   物品は長尺農作物であり、
   １つの前記ロボットが移動させる前記吸着器が吸着する物品は１つであり、
   前記制御手段は、対象物品の位置までの前記ロボットの移動、前記真空発生器の作動による対象物品の前記吸着器による吸着、及び前記吸着した対象物品の前記組合せ計量機への投入を制御し、
   物品の高さ方向の位置を検出するセンサをさらに備えており、
   前記制御手段は、前記センサが検出した最も高い位置にある物品の位置に、前記吸着口が到達するように前記ロボットを移動させて、前記最も高い位置にある物品を吸着する指令を出力し、
   前記吸着器は、前記最も高い位置にある物品を吸着し、前記組合せ計量機へ供給し、
   前記指令の繰り返しにより、１つの前記トレイについて、最も高い位置にある物品が１つずつ前記組合せ計量機へ供給されることを特徴とする自動供給装置。
2. 前記吸着器は、物品の高さ方向に伸びた吸着管を備えており、前記吸着管の先端に前記吸着口が形成されている請求項１に記載の自動供給装置。
3. 前記ロボットを複数備えており、前記複数のロボットが同時に稼働する１又は２に記載の自動供給装置。
4. 前記吸着器は高さ方向の位置調整が可能である請求項１から３のいずれかに記載の自動供給装置。
5. 前記吸着器は交換可能である請求項１から４のいずれかに記載の自動供給装置。
6. 前記吸着器は高さ方向の位置調整が可能である請求項１から５のいずれかに記載の自動供給装置。
7. 前記吸着器の先端に伸縮可能なべローズを設けている１から６のいずれかに記載の自動供給装置。
   

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