JP6728677B2 - 製函装置 - Google Patents
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Description
ロボットの第1のアームのエンドエフェクタが、アーム先端が接続した上壁と、上壁と面方向が交叉する一対の側壁を有する端部部材と該端部部材に取り付けられた吸着手段を有し、
吸着手段は前記一対の側壁で挟まれ、吸着手段の先端部が該側壁の短手方向に端部部材から突出し、
箱保持装置は、ロボットに対向する箱保持面を有し、該箱保持面が着脱自在に箱を保持する吸着手段を備える
製函装置を提供する。
箱保持面として、面方向が交叉する第1の箱保持面と第2の箱保持面を有し、第1の箱保持面と第2の箱保持面がそれぞれ箱を着脱自在に保持する吸着手段を備えている箱保持装置を提供する。
図1は、本発明の一実施例の製函装置1を構成するロボット10及び箱保持装置50を含む各装置の配置図であり、図2はロボット10の正面図である。
本発明の製函装置ではロボットを複数使用することが好ましい。ロボットを別個に複数使用しても良いし、1つの基部にロボットを複数設置していても良い。ロボットの種類としてはパラレルリンクロボットでもシリアルリンクロボットでもよいが、好ましくは、シリアルリンクの垂直多関節型ロボットとし、軸数を6又は7とする。本実施例の製函装置では、垂直多関節型ロボットである第1のアーム11と第2のアーム12を有する双腕型ロボットを設けている。即ち、つまり1つの基部13に2つのアームを設けており、各アームの軸数は6である。アームが接続する基部13に回転軸を設けることにより、アームの軸数が6であっても、7軸とする場合と同様にアーム自身の、例えば肘部位置の姿勢制御をすることができる。また、アームの動作範囲を広くすることもできる。
第1のアーム11は上述のように6軸を有し、その先端部11aにエンドエフェクタ20が接続されている。図3A、図3Bに示すように、エンドエフェクタ20は端部部材21と、この端部部材21に取り付けられた吸着手段40を有する。
さらに、吸着失敗の際に空気の流入を停止させる落下防止用チェック弁を吸着手段40に設けてもよい。
本実施例では第2のアーム12も6軸を有し、その先端部12aにエンドエフェクタ30が接続されている(図2)。図7A、図7Bに示すように、第2のアーム12のエンドエフェクタ30は、端部部材31と、この端部部材31に取り付けられた撮像装置45、照明装置46、プッシャー47を有する。撮像装置45や照明装置46は、第1のアーム11の端部部材21に取り付けられているものと同様に、このエンドエフェクタ30近傍のバーコード、符号等を読み取ることを可能とする。
第1のアーム11と第2のアーム12は基部13に接続されている(図2)。基部13は水平回転部14を有し、水平回転部14から上方を水平回転させることを可能としている。これにより、箱保持装置50、中仕切り保持装置60、操作盤80、箱材供給装置100、中仕切り材供給装置110、及び箱型に成形した箱の搬送装置120等の装置を、ロボット10を取り囲むようにコンパクトに配置することが可能となる。さらに、ロボット10は水平回転のみでこれらの装置に向かえるので、装置に向かうためのロボット10の移動時間が少なくなり、製函作業を高速に行うことが可能となる。さらに基部13が、昇降機構や、仰角と俯角をとれる機構を有すと、上下方向の作業範囲を広くすることが可能となる。
基部13の上方で、ロボット10の正面視における幅方向中央部には、人型ロボットの顔面に相当する位置に撮像装置15が設けられている。撮像装置15は、左右の撮像部から撮影対象物を撮るステレオカメラとなっており、ロボット10の周りの箱材供給装置100、中仕切り材供給装置110、操作盤80等に貼られたマーカーを撮像し、画像認識することによりロボット10とマーカーが貼られた周辺装置等との位置関係を測定し、ロボットの動作補正を可能とする。また、撮像装置15は、箱材又は箱A、並びに中仕切り材又は中仕切りB等の物品の位置だけでなく、物品の色や形等の判別、バーコードの読み取りなどの情報認識なども可能とする。
本発明の製函装置において、箱保持装置50はロボット10に対向する箱保持面を有し、その箱保持面には着脱自在に箱を吸引保持する吸着手段が備えられている(図1)。図1、図9A、図9Bに示したように、本実施例の製函装置1の箱保持装置50は、箱保持面として、面方向が互いに交叉する第1の箱保持面51Aと第2の箱保持面51Bを有する。より具体的には、第1の箱保持面51Aはロボット10の正面の基部13に対向しており、ロボット10による操作が可能となっている。第1の箱保持面51Aは、面の延在方向が鉛直方向である。第2の箱保持面51Bも第1の箱保持面51Aと同様、多関節ロボット10によって操作可能な位置にある。第2の箱保持面51Bと第1の箱保持面51Aとのなす角度は直角であり、また、第2の箱保持面51Bの面の延在方向も鉛直方向となっている。本実施例では、第1の箱保持面51Aは面の延在方向が鉛直方向であるが、本発明において第1の箱保持面51Aの延材方向は水平や斜めであっても良い。また、第1の箱保持面51Aの延在方向が水平や斜めであっても、第2の箱保持面51Bと第1の箱保持面51Aとがなす角度は直角とすることが好ましい。一方、箱保持面51A、51Bの延在方向は、ロボットの種類や設置位置によって、鉛直、水平、斜め等適宜最適なものが選ばれる。本実施例の如く第1の箱保持面51Aと第2の箱保持面51Bの延在方向をそれぞれ鉛直方向とすると、後述する箱保持装置50の移動装置との組み合わせによって、箱保持装置50の設置面積を最小にできるので最も好ましい。
しかも、箱のサイズ、開き位置、開き方向、A型以外の箱形式への変更など、箱の仕様変更にも容易に対応することができる。例えば、ロボットのアーム動作を変更するだけで種々の箱の仕様変更に対応することができる。
中仕切り保持装置60は、製函工程の中で、必要に応じて、平板状の中仕切りBを所定形状に折り曲げるとき、また、折り曲げた中仕切りBを箱内に挿入するときに使用する。
<操作盤>
操作盤80には、エンドエフェクタに設けられたプッシャー47でロボット10が、箱保持装置50の箱保持面51A、51Bの昇降、吸着パッド53A、53Bによる吸着又はその解除、ベルトコンベア121の稼動又は停止等の操作を行う操作ボタンが設けられている。製函装置1における個々の作業工程を、製函装置1の動きを管理する演算装置で行うだけでなく、操作盤80からも行えるようにすることで、ロボット10の操作時間が短縮されて生産性を高めることができ、また、ロボットに代わって人が箱保持装置50等を操作して製函作業を行うことが可能となる。
底側外フラップ折り曲げ装置70(図1、図21)は、外フラップ折り台71と外フラップ曲げ板72を備えている。外フラップ折り台71は、箱Aの底部の短辺より短い幅で、箱の底部の長辺より長い長さとなっている。外フラップ折り台71は、箱Aの内フラップの基部側から片持ち支持されている。片持ち支持部73は、箱Aを次工程に送る方向と反対側から支持する。外フラップ折り台71の片持ちされていない側には、箱型に折られた箱の搬送装置120が設置されている。
図1に示すように、ロボット10において撮像装置15の設置側をロボットの正面とした場合に、平板状に畳まれた箱である箱材を供給する箱材供給装置100は、第1のアーム11側の斜め後方に配置され、箱材Aを立てて積層した状態で保持する。この箱材供給装置100には、該装置100のロボット10と反対側から箱材Aが供給される。また、箱材の供給装置100は、立てた箱材Aの積層状態が崩れないように、立てた箱材Aを取り出し方向へ押圧する押圧機能を得るため、底板101が箱材Aの取り出し方向へ下り斜面となっており、また、ガイド102を備えている。なお、押圧機能は、箱をロボット方向へ押すエアシリンダーなどの直線押し装置や、箱の底に設置されたベルトコンベアなどにて得てもよい。
図1に示すように、中仕切り材供給装置110は、箱材供給装置100と箱保持装置50との間に設置され、平板状の中仕切りである中仕切り材Bを立てて積層した状態で保持する。中仕切り材供給装置110には、該装置110のロボット10と反対側から中仕切り材Bが供給される。中仕切り材供給装置110においても、立てた中仕切り材Bの積層状態が崩れないように、立てた中仕切り材Bの取り出し方向へ下り傾斜となった底板111とガイド112が設けられている。また、ロボット側の中仕切り材の取り出し口には、中仕切り材Bを1枚ずつ取り出せるようにストッパ113が設けられている。
箱型に成形した箱を搬送する箱の搬送装置120は、ベルトコンベア121を備える。ベルトコンベアに代えてローラーコンベア等を設けてもよい。ベルトコンベア121上には、箱型に広げた箱の上側内フラップを箱の外側へ押え込む、平板状の内フラップ規制ガイド122が設けられている(図1、図21)。内フラップ規制ガイド122の入口側は、箱Aがベルトコンベア121と内フラップ規制ガイド122との間に容易に進入できるように上側に曲げられている。この間を箱Aが通過することで、上側内フラップの外側への開きが確実となる。この外側への開きによって、次工程での箱詰め作業において、上側内フラップが邪魔にならず作業が容易になる。
本実施例の製函装置1を使用し、次の工程で製函作業を行うことができる。
図11に示すように、箱材供給装置100に平板状に畳まれた箱(箱材)Aが立てた状態でセットされる。また、必要に応じて中仕切り材供給装置110に平板状の中仕切り(中仕切り材)Bが立てた状態でセットされる。なお、図11等では、エンドエフェクタ20、エンドエフェクタ30の動作および箱材Aや中仕切りBの成形状態などを分かりやすく示すためロボット10のアームを図から省略した。
製函作業管理装置で作業続行が決定されると、ロボット10は、第1のアーム11をさらに伸ばして吸着パッド41を、箱材供給装置100の取り出し位置にある箱材Aに接触させ、吸着パッド41で箱材Aを吸着し、その箱材Aを箱材供給装置100から取り出す。このとき、箱材Aが僅かに変形することで、その箱材Aは、取り出し位置で箱材を押さえているストッパ113をすり抜け、図12に示すように、箱材供給装置100から取り出される。また、箱材供給装置100に設けられた押圧機能によって、次の折りたたまれた箱材がガイド112に沿って取り出し位置にセットされる。
箱材の取り出し後、ロボット10は水平回転部14を箱保持装置50側に回転させ、箱材Aを箱保持装置50の第1の箱保持面51Aに対して接近させ、図13に示すように、吸着している箱材の長さ面A1と反対側の長さ面を第1の箱保持面51Aの吸着手段52Aの吸着パッド53Aに吸着させる。なお、図13では中仕切り保持装置60の記載を省略している。このとき、ロボット10に対向する幅面A2の側辺(折り畳まれた箱材の折り山Apとなっている側辺)を第1の箱保持面51Bに近接させる。また、第2のアーム12のエンドエフェクタ30の上壁32を上向きにし、その側壁33bを、第1の箱保持面51Bから離れた位置にある箱材の折り山Aqに近接させる。
図14に示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20の吸着パッド41は、箱材の長さ面A1を吸着したまま箱保持装置50の第2の箱保持面51B側に僅かに移動して、平板状に畳まれた箱Aを少し開き、その吸着パッド41を真空破壊して箱の吸着を解除し、直ちにエンドエフェクタ20を箱の長さ面A1上から第2の箱保持面51B側に退避させる。
図17A、図17B、図17Cに示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20及び第2のアーム12のエンドエフェクタ30は箱Aの底側に移動する。そして、図18A、図18B、図18Cに示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20の側壁23bから突出している板状部24(側壁23bに板状部24が突出していない場合には、その側壁23b)と、第2のアーム12のエンドエフェクタ30の側壁33aがそれぞれ底側内フラップA3を押し、これらのエンドエフェクタ20、30が互いに近づくように動き、さらに、図19A、図19Bに示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20の先端側と、第2のアーム12のエンドエフェクタ30の先端側が上向きとなるように動作し、底側内フラップA3は折線を中心に回転するように折り込まれる。このとき、左右のアーム11、12のエンドエフェクタ20、30における接続端であるアーム末端側が、それまで底側内フラップA3を押していたときよりも僅かに下がるようにアーム11、12を動作させると内フラップA3が自然に折りこまれるので好ましい。内フラップA3の箱Aの内側へ折り曲げは、折り曲げ角θ1が90°を超えるところまで行う。折り曲げ角θ1が90°を超えることによって、内フラップA3の先端は開いた箱Aの胴部内側に達し、元に戻ることなく箱Aの内側に保持される。また、折り曲げ角が90°を超えることによって、次に外フラップA4を折るときに内フラップA3が邪魔になることを防止できる。
第2のアーム12のエンドエフェクタ30に取り付けられているプッシャー47が、操作盤80に設けられている箱保持装置50の下降ボタンを押すことで、図21に示すように箱保持装置50を下降させ、内フラップA3の折り山を、底側外フラップ折り曲げ装置70の外フラップ折り台71に当接させる。
図21に示したように、箱Aが外フラップ折り台71上に降下し、該外フラップ折り台71に当接したとき、底側外フラップA4は垂下している。図22Aは図21のx−x断面図である。
こうして箱型に成形された箱は、その内部に中仕切りを挿入しないで箱として使用される場合、図23Aに示すように、上側内フラップA3tが箱Aの外側へ開かれ、搬送装置120に送り出され、物品の充填工程などで使用される。
箱保持装置50が備える吸着手段52A、52Bの吸着パッド53A、53Bを真空破壊し、吸着を解除する。この真空破壊の指令は、第2のアーム12のエンドエフェクタ30に取り付けられているプッシャー47が操作盤80の押しボタンを押すことにより行われるようにしてもよい。
本発明の製函装置1において、中仕切りの挿入、あるいは中仕切りの折り曲げと挿入は、底側外フラップを折り曲げた後(工程7)、必要に応じて行われる。本実施例では、一例として、平板状の中仕切りをZ形に折り曲げて箱内に挿入する作業を説明する。図24Aに示すように、この平板状の中仕切りBzは、2つの折線La、Lbと、それらで区切られた第1面Bz1、第2面Bz2、第3面Bz3を有する。製函装置1では、これを図24Bに示すように、ロボット10から見て折線Laを山折り、折線Lbを谷折りに折り曲げ、中仕切りBzをZ形にする。
ロボット10の水平回転部14が、第1のアーム11のエンドエフェクタ20に取り付けられている吸着パッド41によって中仕切り材供給装置110(図1)から平板状の中仕切りBを取り出し可能となる位置まで回転する。
ロボット10は水平回転部14を、第1のアーム11のエンドエフェクタ20の吸着パッド41で吸着している中仕切り材Bを中仕切り保持装置60に移載可能な位置まで回転させ、中仕切り材Bを中仕切り保持装置60に接近させ、中仕切り材Bの第2面の裏側を中仕切り保持装置60の吸着パッド63に吸着させる。このとき、中仕切り保持装置60の角部64a、64bと中仕切りの折線La、Lbを合わせる。
図31A、図31Bに示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20に取り付けられた吸着パッド付41で中仕切りの第3面Bz3の裏側の上側を吸着しながら、第3面Bz3をさらに折りこみ、第3面Bz3と第2面Bz2のなす角θ3を鋭角にする。そして、第2のアーム12のエンドエフェクタ30の端部部材31の側壁33bの縁辺33b1の先端側が第1面Bz1から僅かに離れるように該端部部材31を傾斜させ、該縁辺33b1の中央部33b1Qのみが第1面Bz1の上辺と接するようにする。この接触部で端部部材31の側壁33bの縁辺33b1の中央部33b1Qが中仕切りの第1面Bz1の上辺に僅かにめり込むため、中仕切りは滑ったり落下したりすることなく保持される。
続いて、図34A、図34Bに示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタ20はほぼ同じ高さを保ちながら、第2のアーム12のエンドエフェクタ30を下げる。これにより、中仕切りBの第1面Bz1の下方の端が箱A内の幅面側に挿入される。また、上述の折線Lbの折れ山の当接後、第1のアーム11のエンドエフェクタ20に取り付けられている吸着パッド41の吸着面が箱Aの幅面A2と平行となり、中仕切りBの折線Lbにおける角度は鋭角から開かれ、90°に近づく。同時に第2のアーム12のエンドエフェクタ30を、ロボットから見て左前方に移動し、中仕切りBの折線Laにおける角度を鋭角にする。図33A、図33Bと同様に、図34Aではエンドエフェクタ20、30の記載を省略し、図34Bにエンドエフェクタ20、30の配置を示した。
図37に示すように、第2のアームのエンドエフェクタ30の端部部材31の上壁32が中仕切りの第1面Bz1と平行になるまでエンドエフェクタ30は回り込むようにロボット10の前方へ進み、端部部材31の側壁33bの縁辺33b1を中仕切りの第1面Bz1に当接させる。このとき、端部部材31の先端側の上壁32の短辺は下向きであり、プッシャー47の先端が箱の内フラップを外側に開くが、プッシャー47にはショックアブソーバーが設けられており、プッシャー47で箱の上側内フラップが傷つくことはない。
図39に示すように、第1のアーム11のエンドエフェクタの端部部材21の側壁23aの末端側の短辺23a1、または吸着パッド41の端面を中仕切りBの第2面Bz2の上方から該中仕切りBに当接させ、中仕切りBを箱A内に押し込む。この際、中仕切りBは、その第1面Bz1が第2のアーム12の先端部12aに取り付けられた端部部材31の内側面Sに接しつつ滑りながら下方に移動する。
本発明の製函装置は、平板状から箱型に成形する箱の形態や箱に挿入する中仕切りの形態に応じて、第1のアームの端部部材の形状や第2のアームの端部部材の形状を適宜変更することができる。
10 ロボット
11 第1のアーム
11a 第1のアームの先端部
12 第2のアーム
12a 第2のアームの先端部
13 基部
14 水平回転部
15 撮像装置
16 移動装置
17 左右首回転部
18 上下首振り部
20 第1のアームのエンドエフェクタ
21 端部部材
22 上壁
23a、23b 側壁
23a1、23b1 側壁の長辺、側壁の長手方向に延びた縁辺
24 板状部
24a 板状部の端部
25 断面コ字形の棒材
26 短冊状板材
27 断面L字形の棒材
28 断面L字形の棒材
29 平板状の棒材
30 第2のアームのエンドエフェクタ
31 端部部材
32 上壁
33a、33b 側壁
33a1、33b1 側壁の縁辺
33b1Q 側壁の縁辺の中央部
34 断面コ字形の棒材
35 断面L字形の棒材
36 平板状の棒材
40 吸着手段
41 吸着パッド
42 ベローズ型吸着パッド
43 バッファ
45 撮像装置
46 照明装置
47 プッシャー
50 箱保持装置
51A 第1の箱保持面
51B 第2の箱保持面
52A、52B 吸着手段
53A、53B 吸着パッド
54 上下移動装置
60、60P、60Q、60R 中仕切り保持装置
61 中仕切り保持面
62 吸着手段
63 吸着パッド
64a、64b 角部
65、65a、65b 側面
65’ 仮想的な側面
65p’、65q’ 仮想的な側面の上辺、下辺
66 ブラケット
67 棒材
70 底側外フラップ折り曲げ装置
71 外フラップ折り台
72 外フラップ曲げ板
73 片持ち支持部
74 回転軸
80 操作盤
100 箱材供給装置
101 底板
102 ガイド
103 ストッパ
110 中仕切り材供給装置
111 底板
112 ガイド
113 ストッパ
120 搬送装置
121 ベルトコンベア
122 内フラップ規制ガイド
a 端部部材の側壁の長手方向
b 端部部材の側壁の短手方向
A 箱、箱材
A1 箱の長さ面
A2 箱の幅面
A3 内フラップ
A3t 上側内フラップ
A4 外フラップ
Ap、Aq、Ar 箱の折り山
B 中仕切り、中仕切り材
La、Lb 折線
Bz Z形中仕切り
Bz1 Z形中仕切りの第1面
Bz2 Z形中仕切りの第2面
Bz3 Z形中仕切りの第3面
Bt 凸形中仕切り
Bc C形中仕切り
L1 吸着手段の先端部の、端部部材の長手方向の端部部材からの突出量
L2 吸着手段の先端部の、端部部材の短手方向の端部部材からの突出量
L3 吸着パッドの先端の径
L4 吸着パッドの中央の取り付け部の長さ
L5 端部部材の短辺の内法の長さ
L6 プッシャーの端部部材からの突出量
L7 中仕切り保持面の幅
S 端部部材の内側面
θ1 底側内フラップの折り曲げ角度
θ2 上側内フラップの折り曲げ角度
θ3 中仕切りの第3面と第2面のなす角度
θ4 中仕切り保持面と仮想的な側面とのなす角度
Claims (10)
- 先端にエンドエフェクタが接続された複数のアームを有するロボットと箱保持装置を備え、平板状に畳まれた箱を箱型に成形する製函装置であって、
ロボットの第1のアームのエンドエフェクタが、アーム先端が接続した上壁と、上壁と面方向が交叉する一対の側壁を有する端部部材と該端部部材に取り付けられた吸着手段を有し、
吸着手段は前記一対の側壁で挟まれ、吸着手段の先端部が該側壁の短手方向に端部部材から部分的に突出し、
箱保持装置は、ロボットに対向する箱保持面を有し、該箱保持面が着脱自在に箱を保持する吸着手段を備え、
平板状に畳まれた箱を角筒状に広げる作業が、前記エンドエフェクタと箱保持装置を用いて行われる製函装置。 - 第1のアームのエンドエフェクタにおいて、吸着手段の先端部が端部部材の側壁の長手方向に該端部部材から突出している請求項1記載の製函装置。
- 箱保持装置が、箱保持面として、第1の箱保持面と第2の箱保持面を有し、第1の箱保持面と第2の箱保持面のなす角が直角である請求項1又は2記載の製函装置。
- 箱保持装置が、鉛直方向に設けられた箱保持面を有する請求項1〜3のいずれかに記載の製函装置。
- 箱保持装置が、鉛直方向に対して斜めに設けられた箱保持面を有する請求項1〜3のいずれかに記載の製函装置。
- 箱保持装置の箱保持面がスライド移動自在である請求項1〜5のいずれかに記載の製函装置。
- 箱保持装置の下方に、箱の底側外フラップの折り曲げに使用する底側外フラップ折り台と底側外フラップ曲げ板を有し、箱保持装置が移動することで箱を底側外フラップ折り台に当接させる請求項4記載の製函装置。
- ロボットが第2のアームを有し、該第2のアームのエンドエフェクタが、断面コ字形の端部部材を有する請求項1〜7のいずれかに記載の製函装置。
- 第2のアームのエンドエフェクタの端部部材に、製函作業のパネル操作を行うプッシャーが取り付けられている請求項8記載の製函装置。
- 吸着手段により着脱自在に中仕切りを保持する中仕切り保持装置を備える請求項1〜9のいずれかに記載の製函装置。
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-
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