JP6928229B2 - 容器受渡し装置 - Google Patents

Description

本発明は容器受渡し装置に関し、詳しくは移送手段のグリッパにロボットのハンドを同期させて移動させ、上記ハンドとグリッパとによって上記容器を同時に保持しながら当該容器の受け渡しを行う容器受渡し装置に関する。

従来、飲料充填装置等の分野において、搬送装置と搬送装置との間で容器の受渡しが行われており、このような容器受渡し装置として、容器を把持するグリッパを備えた移送手段と、上記容器を保持するハンドを有するロボットと、これらを制御する制御手段とを備えたものが知られている（特許文献１）。
上記特許文献１の容器受渡し装置では、上記移送手段のグリッパに上記ロボットのハンドを同期させて移動させ、上記ハンドとグリッパとによって上記容器を同時に保持しながら当該容器の受け渡しを行うようになっている。

特許第４８７３２８７号公報

しかしながら、このような容器受渡し装置において異常が発生し、上記制御手段が上記ロボットおよび移送手段を緊急に停止させると、同期して移動していたハンドとグリッパとが同時に停止しない場合があり、上記ハンドとグリッパとが同時に容器を把持している領域においてハンドやグリッパが破損する恐れがあった。
このような問題に鑑み、本発明は異常停止時にハンドやグリッパの破損を防止することが可能な容器受渡し装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる容器受渡し装置は、容器を把持するグリッパを備えた移送手段と、上記容器を保持するハンドを有するロボットと、上記移送手段と上記ロボットとを制御する制御手段とを備え、
上記移送手段のグリッパに上記ロボットのハンドを同期させて移動させ、上記ハンドとグリッパとによって上記容器を同時に保持しながら当該容器の受け渡しを行う容器受渡し装置において、
上記移送手段に、上記グリッパを揺動させる揺動手段と、当該揺動手段を作動させて上記グリッパを上記ハンドから退避させる作動手段とを設け、
上記制御手段は、異常発生時に上記移送手段と上記ロボットとに対して同時に緊急停止を指令するようになっており、
上記制御手段は、異常発生時に上記移送手段と上記ロボットとに対して同時に緊急停止を指令する際、上記作動手段を作動させて、上記グリッパと上記ハンドとの間で容器の受け渡しを行う受け渡し領域内に位置するグリッパを上記ハンドから退避させることを特徴としている。

上記発明によれば、上記ロボットおよび移送手段を緊急に停止させる際に、上記制御手段が上記作動手段を作動させて、上記受渡し領域内に位置するグリッパの揺動手段により、当該受渡し領域内に位置するグリッパを上記ロボットのハンドから退避させることが可能となっている。
その結果、ロボットのハンドと移送手段のグリッパとが同時に停止しなくても、これらが同時に容器を保持することが無いため、これらハンドおよびグリッパの破損を防止することができる。

本実施例にかかる容器受渡し装置の平面図 グリッパの平面図 グリッパを揺動させる揺動手段および作動手段を示す側面図 作動手段を示す正面図 ロボットのハンドの動作を示す側面図 ハンドの正面図

以下図示実施例について説明すると、図１は容器１の受渡しを行いながら搬送する容器受渡し装置２を示し、横転状態の容器１を搬送する供給コンベヤ３と、起立状態の容器１を搬送する移送手段４と、供給コンベヤ３上の横転状態の容器１を保持し、これを起立状態としてから上記移送手段４に受け渡すロボット５とを備え、これらは制御手段６によって制御されるようになっている。
上記容器１としては例えばペットボトルを搬送するようになっており、筒状の本体部１ａの上部に設けられた首部１ｂには、当該首部１ｂを囲繞するフランジ部１ｃ（図３参照）が形成されている。
本実施例において、上記供給コンベヤ３は空の容器１を供給するようになっており、上記移送手段４の下流側には、飲料等を充填する充填装置や、キャッピングを行うキャッパ等を備えた充填システムが配置され、この充填システムは複数のスターホイール７を備えている。そして上記容器受渡し装置２は上記充填システムの一部を構成するものとなっている。

上記供給コンベヤ３は、上記制御手段６によって制御されるモータＭによって駆動されるとともに、その搬送速度は上記モータＭに接続されたエンコーダＥを介して制御手段６によって認識されるようになっている。
また供給コンベヤ３には上記容器１の幅よりも若干広い間隔でサン３ａが設けられており、上記容器１は上記首部１ｂが上記移送手段４側を向くように載置されるとともに、サン３ａとサン３ａとの間でランダムな位置および向きで搬送されるようになっている。
そして供給コンベヤ３の上方には、上記ロボット５による容器１の取り出し位置よりも上流側に、上記容器１を撮影するカメラ８が設けられており、当該カメラ８が撮影した容器１の画像を上記制御手段６が画像認識して、サン３ａとサン３ａとの間に位置する容器１の位置および傾きを認識するようになっている。

上記移送手段４は、水平面において循環走行される無端状のチェーンコンベヤ１１と、当該チェーンコンベヤ１１に等間隔に設けられて上記容器１を把持するグリッパ１２とを備え、上記ロボット５によって起立状態とされた容器１を受け取って、これを下流側に隣接する上記スターホイール７に受け渡すようになっている。
上記チェーンコンベヤ１１は、複数のスプロケット１１ａと、スプロケット１１ａの間に張設されたチェーン１１ｂと、当該チェーン１１ｂに等間隔に設けられて上記グリッパ１２の設けられる保持部材１３（図３参照）とによって構成されている。
上記スプロケット１１ａのうち、一つのスプロケット１１ａは上記制御手段６によって制御されるモータＭによって駆動され、上記グリッパ１２の移動速度は上記モータＭに接続されたエンコーダＥを介して上記制御手段６によって認識されるようになっている。
また上記スターホイール７は上記チェーンコンベヤ１１と同期して作動するとともに、図示しないが上記グリッパ１２と同じ間隔で把持手段を備えており、上記移送手段４とスターホイール７とが接近した位置でグリッパ１２から上記把持手段へと容器１が受け渡されるようになっている。

図２は上記グリッパ１２の平面図を示しており、ベース部材１４の先端部に設けられて上記容器１の首部１ｂを支持する支持部１５と、上記ベース部材１４に設けられた一対の把持部材１６とから構成されている。
上記ベース部材１４は、上記グリッパ１２によって容器１を受け取る際には略水平を向くようになっており、その先端に設けられた上記支持部１５が上記容器１のフランジ部１ｃの下方に位置するようになっている。
上記支持部１５はその先端部が上記容器１の首部１ｂに合わせて円弧状に形成されており、容器１をグリッパ１２によって把持すると、首部１ｂが嵌合するようになっている。
上記把持部材１６はそれぞれ基端部がベース部材１４に固定された板バネ１７の先端に設けられており、把持部材１６は上記板バネ１７の弾性変形によって開閉するようになっている。
また把持部材１６の先端部には爪部１６ａが形成されており、容器１をグリッパ１２によって把持した状態では、上記爪部１６ａと上記支持部１５との間で容器１の首部１ｂを挟持するようになっている。
さらに、上記把持部材１６と把持部材１６との間には、把持部材１６同士を常時閉鎖方向に付勢するバネ１８が設けられており、上記グリッパ１２で容器１を保持する際および当該グリッパ１２から容器１を取り出す際には、上記容器１を把持部材１６の間で強制的に移動させ、上記バネ１８の付勢力に抗して把持部材１６同士を強制的に開かせるようになっている。

そして本実施例の移送手段４は、上記グリッパ１２を揺動させる揺動手段２１と、当該揺動手段２１を作動させる作動手段２２とを備えている。図３は上記移送手段４における図１のＩＩ−ＩＩ部の断面図を示すとともに、図３（ａ）は上記グリッパ１２が上記ロボット５から容器１を受け取る受取り位置に位置した状態を、図３（ｂ）は後述する異常発生時にグリッパ１２が上記ロボット５から離れる方向へ退避した退避位置に位置した状態を示している。
上記揺動手段２１は、先端に上記グリッパ１２の固定されたロッド２３と、当該ロッド２３の基部に設けられたピニオン部２４と、上記保持部材１３に移動可能に設けられて上記ピニオン部２４に噛合するラック部２５と、上記ラック部２５に連結されたカムフォロア２６とから構成されている。
上記ロッド２３は上記保持部材１３に支持軸２７を介して揺動可能に軸支されており、上記支持軸２７は水平に設けられることで、上記ロッド２３の先端に設けられたグリッパ１２を上記支持軸２７を中心として上下方向に揺動させるようになっている。
上記ピニオン部２４は上記ロッド２３の基端部に固定され、上記ロッド２３と共に上記支持軸２７を中心に回転するように設けられている。一方上記ラック部２５は上記ピニオン部２４と噛合するとともに、上記保持部材１３に形成された係合溝１３ａに沿って上下に移動可能に設けられている。
このような構成により、上記ラック部２５が上下に移動すると、当該ラック部２５に噛合したピニオン部２４と一体となってロッド２３が揺動し、これにより上記ロッド２３の先端に設けられたグリッパ１２が上記受取り位置と退避位置との間で上下に移動するようになっている。

そして、上記ラック部２５の下端部にはプレート２８を介して上記カムフォロア２６が設けられており、このカムフォロア２６は上記チェーン１１ｂの下方に無端状に形成されたカム２９に沿って移動するようになっている。
上記カム２９は上記チェーンコンベヤ１１に沿って無端状に設けられるとともに、カムフォロア２６の移動軌跡の上下に設けられており、カムフォロア２６が下降位置に位置した状態を維持して、上記グリッパ１２が受取り位置に位置するようになっている。
そしてカムフォロア２６がこの下降位置から上昇位置に上昇すると、上記ピニオン部２４とともにロッド２３が回転し、グリッパ１２が退避状態に位置するようになっている。

そして、上記揺動手段２１を作動させる作動手段２２は、上記無端状に設けられたカム２９の一部分に設けられており、上下に移動可能に設けられた可動カム２９ａと、当該可動カム２９ａを昇降させる昇降手段３０とから構成されている。
上記作動手段２２を構成する可動カム２９ａの設けられる範囲は、図１に示す受渡し領域Ｐとなっており、具体的には、移送手段４におけるグリッパ１２の移動する区間に、上記ロボット５のハンド５ｂの作業可能範囲が重複した範囲となっている。
上記可動カム２９ａは通常上記カム２９と同じ高さの下降位置に位置しており、上記昇降手段３０が上記可動カム２９ａを昇降させると、上記カムフォロア２６が下降位置から上昇位置へと上昇し、上記グリッパ１２が受渡し位置から退避位置へと移動するようになっている。
上記カム２９における可動カム２９ａの上流側および下流側に隣接する部分において、上方に位置するカムレールの端部には、上記可動カム２９ａが上昇する際にカムフォロア２６が通過できる程度の逃がしｇが形成されている。

本実施例のロボット５としては従来公知の６軸のロボットを用いることができ、図５に示すように、アーム５ａの先端には例えば特開平１０−７７０９５号公報に記載した構成を有するハンド５ｂが設けられている。
上記ハンド５ｂは、上記アーム５ａにより図１において一点鎖線で示す作業可能範囲内で移動可能となっており、上記移送手段４のグリッパ１２が移動する受渡し領域Ｐでは、当該グリッパ１２の移動に同期して移動し、起立状態の容器１を受け渡すようになっている。
図６に示すように、本実施例のハンド５ｂは容器１を吸着保持する吸着ヘッド３１を２組備え、各組の吸着ヘッド３１は上記移送手段４に設けられたグリッパ１２の間隔と同じ間隔で設けられている。
また各吸着ヘッド３１は上記アーム５ａの先端に固定された板状のフレーム３２に対して個別に揺動可能に設けられており、当該フレーム３２の先端部および基端部にはそれぞれフレーム３２を貫通するように設けられた支持軸３３が設けられ、このうち先端側の支持軸３３の両端には、一端に上記吸着ヘッド３１が固定されたブラケット３４が揺動可能に設けられている。
またフレーム３２の基端側に設けられた支持軸３３の両端には、図示しないエア供給手段に接続されたエアシリンダ３５が回転可能に設けられており、当該エアシリンダ３５の先端は上記ブラケット３４の他端に連結されている。
このような構成により、上記エアシリンダ３５が伸縮すると、上記ブラケット３４が上記支持軸３３を中心に揺動することとなり、その結果上記ブラケット３４の先端に設けられた吸着ヘッド３１が揺動するようになっている。

上記ブラケット３４の端部には、上記吸着ヘッド３１に隣接した位置に断面コ字形のセンタリングガイド３６が固定されており、上記吸着ヘッド３１が容器１の本体部１ａの下側の外周面を吸着保持すると、上記センタリングガイド３６は上記本体部１ａの上側を支持するようになっている。
図６に示すように、上記センタリングガイド３６は上記容器１の本体部１ａの直径と略同じ幅を有しており、またその先端は上記吸着ヘッド３１よりも突出するように設けられている。
このため、上記容器１をハンド５ｂによって保持する際には、最初にセンタリングガイド３６が容器１の本体部１ａに接触し、その後容器１に沿ってセンタリングガイド３６が下降すると、上記吸着ヘッド３１が本体部１ａの外周面を吸着保持し、容器１が安定した状態で保持されるようになっている。
なお、センタリングガイド３６は図３（ａ）から図３（ｂ）へ移動する際、グリッパ１２の把持部材１６が通過可能な大きさ、形状としており、センタリングガイド３６とグリッパ１２とがお互いに干渉しないようにしている。

上記２つのエアシリンダ３５は、上記制御手段６によって個別に制御されるようになっており、これにより上記ブラケット３４に設けられた上記吸着ヘッド３１をそれぞれ個別に下記第１位置および第２位置に位置させるようになっている。
上記第１位置は、上記フレーム３２がアーム５ａによって下方を向いた状態において、上記吸着ヘッド３１およびセンタリングガイド３６が下方を向いた状態であり、上記第２位置は、同じく上記フレーム３２がアーム５ａによって下方を向いた状態において、上記吸着ヘッド３１およびセンタリングガイド３６が約４５°移送手段４側に傾いた状態となっている。
供給コンベヤ３上の容器１を保持する際には、２つの吸着ヘッド３１のうち一方が第１位置に位置し、他方の吸着ヘッド３１を上記第２位置に位置させて、供給コンベヤ３から退避させるようになっている。
そして容器１を上記移送手段４のグリッパ１２に受け渡す際には、２つの吸着ヘッド３１をともに上記第２位置に位置させ、その状態で上記ロボット５が上記アーム５ａによって上記フレーム３２を斜め４５°に傾斜させ、これにより吸着ヘッド３１に吸着保持された容器１を起立状態とするようになっている。

以下、上記構成を有する容器受渡し装置２の動作について説明すると、まず容器受渡し装置２における正常運転時において、上記供給コンベヤ３は横転状態の容器１を搬送し、このとき各容器１は首部１ｂが移送手段４側を向いているものの、サン３ａとサン３ａとの間でランダムな向きで搬送されるようになっている。
上記容器１が供給コンベヤ３の上方に設けられたカメラ８の下方を通過すると、カメラ８が撮影した画像を制御手段６によって認識し、サン３ａとサン３ａとの間における容器１の有無や、容器１の位置および向きが認識される。
その後、制御手段６は、エンコーダＥから得た供給コンベヤ３の搬送速度に基づいて、認識した容器１が供給コンベヤ３のどの位置を搬送されているかを認識し続けるようになっている。

横転状態の容器１が上記供給コンベヤ３によってロボット５の作業可能範囲まで搬送されると、ロボット５は上記アーム５ａによってハンド５ｂを移動させ、上記供給コンベヤ３上の容器１を保持する。
このとき、図５に示すように、ロボット５は上記アーム５ａによって上記フレーム３２を下方に向けており、また一方の吸着ヘッド３１を第１位置に、他方の吸着ヘッド３１を第２位置に位置させている。
続いて、ロボット５は上記制御手段６が認識した各容器１の位置および向きに基づいて、上記第１位置に位置した吸着ヘッド３１およびセンタリングガイド３６の向きを調整し、その後当該吸着ヘッド３１を上記供給コンベヤ３の搬送速度に同期させながら下降させる。
すると、最初に上記センタリングガイド３６が容器１に接触し、その後当該センタリングガイド３６によって姿勢が維持されたまま、上記吸着ヘッド３１が容器１の本体部１ａを吸着保持する。
このようにして一方の吸着ヘッド３１で容器１を吸着保持すると、ロボット５はハンド５ｂを一旦上昇させ、上記一方の吸着ヘッド３１を第１位置から第２位置に揺動させ、吸着した容器１を供給コンベヤ３より持ち上げる。
逆に、他方の吸着ヘッド３１を第２位置から第１位置に揺動させて、その後は、上記一方の吸着ヘッド３１の時と同様、上記他方の吸着ヘッド３１を用いて供給コンベヤ３の容器１を吸着保持する。

このようにして２つの吸着ヘッド３１でそれぞれ容器１を吸着保持すると、ロボット５はアーム５ａを移動させて、上記フレーム３２を略４５°に傾斜させ、さらに第１位置に位置していた上記他方の吸着ヘッド３１を第１位置から第２位置に揺動させる。これにより、ハンド５ｂによって保持した２本の容器が起立状態となる。
一方、上記制御手段６は上記移送手段４によるグリッパ１２の位置および搬送速度をエンコーダＥを介して認識しており、これによりロボット５は上記ハンド５ｂを上記移送手段４によって移動するグリッパ１２に同期させながら接近させる。
このとき、作動手段２２は可動カム２９ａを下降位置に位置させており、これにより受渡し領域Ｐを移動する各グリッパ１２のカムフォロア２６は下降位置を維持するため、グリッパ１２は容器１の受け取りが可能な受取り位置に位置している。
そして上記受渡し領域Ｐにおいて、上記ロボット５が上記吸着ヘッド３１に保持された容器１を上記グリッパ１２に対して押し込み、ハンド５ｂと上記グリッパ１２とで瞬間的に容器１を保持したら、吸着ヘッド３１の負圧が解消されるとともに、ロボット５がハンド５ｂを上記グリッパ１２より離脱させ、容器１の受渡しが完了する。
その後、グリッパ１２はチェーンコンベヤ１１によって上記スターホイール７まで移動し、チェーンコンベヤ１１と上記スターホイール７とが接近した位置において容器１の受渡しが行われ、飲料の充填などの生産作業が行われる。そして、所定量の生産が完了すると、ロボット５への容器１の供給を停止し、容器受渡し装置２を含む充填システムを正常に停止させる。

次に、受渡し装置２の上流に配置された装置や下流の充填システムに異常が発生した場合など、上記ロボット５や移送手段４を緊急に停止する際の動作について説明する。
上述した様に、上記ロボット５と移送手段４とは異なる駆動手段によって駆動されており、異常発生時にロボット５もしくは移送手段４に対して制御手段６が同時に停止を指令したとしても、ロボット５に比べて移送手段４のほうが停止までに時間がかかる場合がある。
そのため、上記受渡し領域Ｐにおいて、移送手段４のグリッパ１２とロボット５のハンド５ｂとによって同時に容器１を保持していると、その停止までにかかる時間の違いからグリッパ１２とハンド５ｂとが破損する恐れがある。
そこで本実施例では、上述したような異常が発生し、上記制御手段６がロボット５および移送手段４に対して緊急停止を指令すると同時に、上記移送手段４に設けた作動手段２２にも作動を指令するようになっている。
すると、図３（ｂ）に示すように、上記作動手段２２における昇降手段３０が可動カム２９ａを下降位置から上昇位置へと上昇させ、これにより揺動手段２１におけるカムフォロア２６が上昇し、上記グリッパ１２が受渡し位置から退避位置へと回転する。

制御手段６が緊急停止の指令を発した時に、ロボット５のハンド５ｂが保持していた容器１がグリッパ１２に受け渡された直後であっても、直ちにグリッパ１２が退避位置へと移動するため、ロボット５のハンド５ｂと移送手段４のグリッパ１２とが同期している間に容器１を退避させることができる。従って、グリッパ１２および把持された容器１の移動軌跡が、上記ロボット５の吸着ヘッド３１やセンタリングガイド３６とは干渉しないようになっている。
このことから、ロボット５のハンド５ｂと移送手段４のグリッパ１２とに緊急停止指令を受けてから停止するまでの時間に違いがあって、これらが同期して移動しなくなっても、同時に容器１を保持することはなく、また相互に衝突することも無いので、ハンド５ｂやグリッパ１２、そして容器１の破損を防止することができる。
そして、異常停止の状態から容器受渡し装置２を復帰させる際、停止時間の違いからロボット５のハンド５ｂの位置と移送手段４のグリッパ１２の位置との間にずれが生じることとなる。
しかしながら、上記制御手段６はエンコーダＥからの信号に基づいて各グリッパ１２の位置を認識しているため、再作動時には制御手段６が当該グリッパ１２の位置に基づいて上記ロボット５のハンド５ｂを制御するようになっている。

なお本実施例では、移送手段４のグリッパ１２は起立状態の容器１を上記ロボット５のハンド５ｂから受け取るようになっているが、グリッパ１２が横転状態の容器１を把持する構成として、上記ロボット５のハンド５ｂによって上方から横転状態で容器１を受け取るようにしてもよい。なお、その場合のグリッパ１２が退避する方向は下方となる。
また上記グリッパ１２を退避位置に移動させる揺動手段２１およびこれを作動させる作動手段２２については、上記可動カム２９ａによりカムフォロア２６を昇降させて、上記ラック部２５を昇降させる構成に対して、当該ラック部２５をエアシリンダによって昇降可能とし、当該エアシリンダを上記制御手段７によって制御する構成とすることも考えられる。

１ 容器 ２容器受渡し装置
３ 供給コンベヤ ４ 移送手段
５ ロボット ５ｂ ハンド
６ 制御手段 １２ グリッパ
２１ 揺動手段 ２２ 作動手段
Ｐ 受渡し領域

Claims (1)

1. 容器を把持するグリッパを備えた移送手段と、上記容器を保持するハンドを有するロボットと、上記移送手段と上記ロボットとを制御する制御手段とを備え、
   上記移送手段のグリッパに上記ロボットのハンドを同期させて移動させ、上記ハンドとグリッパとによって上記容器を同時に保持しながら当該容器の受け渡しを行う容器受渡し装置において、
   上記移送手段に、上記グリッパを揺動させる揺動手段と、当該揺動手段を作動させて上記グリッパを上記ハンドから退避させる作動手段とを設け、
   上記制御手段は、異常発生時に上記移送手段と上記ロボットとに対して同時に緊急停止を指令するようになっており、
   上記制御手段は、異常発生時に上記移送手段と上記ロボットとに対して同時に緊急停止を指令する際、上記作動手段を作動させて、上記グリッパと上記ハンドとの間で容器の受け渡しを行う受け渡し領域内に位置するグリッパを上記ハンドから退避させることを特徴とする容器受渡し装置。

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