JP7290307B2 - 物品集積装置 - Google Patents

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Description

本発明は、物品集積装置に関する。
従来、物品をコンベアによって搬送し、ロボットを使って途中で物品を別のコンベアに積み替える装置として、物品集積装置が利用されている。例えば、特許文献１（特開２０１２－１８８２３１号公報）に記載の物品集積装置では、物品を搬送コンベアから取り出して集積コンベアに移載して集積させるパラレルロボットが、物品を仮置台に仮置することによって、物品のオーバーフローによる系外排出を防止している。
しかしながら、集積コンベアが搬送コンベアと直列に配置されている場合、上記のような仮置台はなく、パラレルロボットが取り出せないと判断された物品は、そのまま集積コンベアに載ってしまう虞がある。それを防止するため、パラレルロボットの可動範囲よりも上流側で若干の余裕を持って物品を排出しておくことも考えられるが、かかる場合、実際には排出されなくてもよい物品まで無駄に排出されるという事態が起こり得る。
本発明の課題は、物品の無駄な排出を軽減することができる物品集積装置を提供することにある。
本発明の第１観点に係る物品集積装置は、搬送されてくる物品をロボットによって所定場所に移して集積する物品集積装置であって、搬送部と、集積部と、排出部と、物品位置検出部と、制御部とを備えている。搬送部は、物品を搬送する。集積部は、搬送部と直列に配置され、物品を集積する。排出部は、搬送部にある物品を集積部以外のエリアへ排出する。物品位置検出部は、物品の位置を検出する。制御部は、物品を排出するか否かを判定する。また、排出部は、ロボットが物品を保持して集積部に移すことができる範囲であるロボット可動範囲内に配置される。制御部は、物品が排出部によって排出され得る位置に到達するまでに、ロボットによって物品を保持することができないと判断した場合、排出部を介して物品を排出する。
この物品集積装置では、物品を排出すべきか否かの判断をする時間的余裕が、［ロボット可動範囲よりも上流側で物品を排出する仕様の物品集積装置］に比べて、物品がロボット可動範囲の上流端から排出部の排出位置まで搬送されてくる時間の分だけ多くとれるので、物品の無駄な排出を低減することができる。
また、この物品集積装置では、物品の位置を検出することができるので、排出部をロボット可動範囲の下流端限界まで近接配置することができる。
さらに、この物品集積装置では、「ロボットによる保持をすることができずに物品が搬送部から集積部に直接移るか否か」の判断を、物品がロボット可動範囲の下流端限界に近接するまで継続することができるので、［ロボット可動範囲よりも上流側で物品を排出する仕様の物品集積装置］に比べて、当該判断の精度が上がり、物品の無駄な排出を低減することができる。
本発明の第２観点に係る物品集積装置は、第１観点に係る物品集積装置であって、搬送部が物品を載せて搬送する搬送面を有している。集積部は搬送面から移されてくる物品を受ける集積面を有している。搬送面と集積面との水平方向の最短距離は、物品の厚み寸法以下である。
この物品集積装置では、搬送面上の物品をロボットが取り損なった場合でも、或いは、排出されるべき物品が排出部で排出されなかった場合でも、搬送面と集積面との隙間から物品が落下することは防止される。
本発明の第３観点に係る物品集積装置は、第１観点に係る物品集積装置であって、搬送部は物品を載せて搬送する搬送面を有している。集積部は搬送面から移されてくる物品を受ける集積面を有し、搬送面と集積面とは平面視で重複している。
本発明の第４観点に係る物品集積装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係る物品集積装置であって、物品は不等間隔で搬送されてくる。
この物品集積装置では、排出部がロボット可動範囲内に配置されているので、短い間隔で物品が搬送されてくるときは、「ロボットによる保持をすることができずに物品が搬送部から集積部に直接移るか否か」の判断をロボット可動範囲の下流端限界に近接するまで待って行えばよい。一方、長い間隔で物品が搬送されてくる場合は、早めに保持すればよい。
本発明に係る物品集積装置では、物品を排出すべきか否かの判断をする時間的余裕が、［ロボット可動範囲よりも上流側で物品を排出する仕様の物品集積装置］に比べて、物品がロボット可動範囲の上流端から排出部の排出位置まで搬送されてくる時間の分だけ多くとれるので、物品の無駄な排出を低減することができる。
本発明の一実施形態に係る物品集積装置の概略平面図。 物品集積装置の概略側面図。 パラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。 パラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。 パラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。 変形例に係る物品集積装置のパラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。 変形例に係る物品集積装置のパラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。 変形例に係る物品集積装置のパラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（１）物品集積装置の全体構成および前後構成
図１は、本発明の一実施形態に係る物品集積装置の概略平面図である。また、図２は、物品集積装置の概略側面図である。図１および図２において、この物品集積装置は、例えばポテトチップスを袋の中に充填した包装物Ｂを生産して箱詰めする食品工場のラインに設置される装置であって、搬送コンベアとしての第１コンベア１０、集積コンベアとしての第２コンベア２０およびロボット３０から構成される。
この食品工場のラインでは、物品集積装置の上流側に配備された製袋包装機（図示せず）において包装物Ｂが生成され、重量検査や異物混入検査を経て、物品集積装置の第１コンベア１０に載せられる。物品集積装置では、ロボット３０によって第１コンベア１０から第２コンベア２０へと包装物Ｂが積み替えられ、第２コンベア２０が包装物Ｂを下流側に搬送していく。物品集積装置の下流側には箱詰め装置（図示せず）が配備されており、ダンボール箱の中に包装物Ｂが詰められていく。
（２）物品集積装置の詳細構成
（２－１）第１コンベア１０
第１コンベア１０は、物品集積装置の上流側からロボット可動範囲まで包装物Ｂを搬送するための搬送機器である。ここで、ロボット可動範囲とは、ロボット３０が物品を保持して移動できる範囲をいう。また、第１コンベア１０として、駆動ローラおよび従動ローラに無端ベルトを掛け渡したベルトコンベアを採用しているが、ベルトを用いずに多数のローラが並ぶローラコンベアを採用してもよい。
図３Ａ～図３Ｃは、パラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図である。図３Ａ～図３Ｃにおいて、第１コンベア１０の上には、包装物Ｂが搬送方向Ａ（図１参照）に沿って一列に並び、その状態で包装物Ｂが搬送方向に送られる。ここでは、第１コンベア１０が、連続的に包装物Ｂを送っている。
（２－２）第２コンベア２０
第２コンベア２０は、その上流端（前端）が第１コンベア１０の下流端（後端）に隣接するように配置される搬送機器であり、ロボット３０が載置した包装物Ｂを下流側へと搬送する役割を果たす。
第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３との水平方向の最短距離は、包装物Ｂの厚み寸法以下に設定されている。それゆえ、第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３との隙間から包装物Ｂが落下することは防止される。
なお、第１コンベア１０と同様に、第２コンベア２０としてベルトコンベアを採用しているが、ローラコンベアを採用することも可能である。
図１に示すように、第２コンベア２０の上には、包装物Ｂが搬送方向に沿って１列また複数列に並ぶ。本実施形態では、一列を例に説明する。
第２コンベア２０の搬送方向は、第１コンベア１０の搬送方向Ａと同じである。具体的には、第２コンベア２０の搬送方向に沿った中心線Ｌ２は、第１コンベア１０の搬送方向Ａに沿った中心線Ｌ１と一致しており、第２コンベア２０は、第１コンベア１０の搬送方向Ａの下流側に、第１コンベア１０と一直線上に並ぶように配置されている。
また、第２コンベア２０の上で１列に並ぶ包装物Ｂは、図１および図２に示すように、上下に重なるように載置される。そして、上下に包装物Ｂが重なるように載置されると、第２コンベア２０は所定の送り量だけ包装物Ｂを下流側に送る。すなわち、第２コンベア２０は、間欠的に包装物Ｂを搬送する。
（２－３）ロボット３０
ロボット３０は、図２に示すように、３組のリンクを持つパラレルリンクロボットである。ロボット３０は、ベース３２と、ベース３２の下方に均等間隔で取り付けられた３個のサーボモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、これらのサーボモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃによりそれぞれ駆動されるパラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃとを備えている。
（２－３－１）ベース３２
ベース３２は、図１に示すように、平面的に第１コンベア１０の下流端と第２コンベア２０の上流端と重なるように配備される。
（２－３－２）パラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃ
パラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃの各上端は、サーボモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各出力軸に連結されており、各下端は、吸着保持部３８に連結されている。各パラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃは、それぞれ、サーボモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各出力軸から吸着保持部３８へと延びている。
ロボット３０の動作時には、各サーボモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各出力軸の回転量および回転の向きが適宜制御され、各パラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃの下端が水平方向および鉛直方向に移動して、吸着保持部３８が一定の三次元空間内の任意の位置に移動するようになっている。
（２－３－３）吸着保持部３８
ロボット３０の吸着保持部３８は、その下部に複数の吸着パッド（図示せず）を有している。各吸着パッドは、真空ポンプや真空ブロア（図示せず）から延びている吸引チューブ３６に接続されており、包装物Ｂの吸着保持状態および吸着解除状態が切り替わる。吸着パッドによる包装物Ｂの吸着および吸着の解除によって、吸着保持部３８は包装物Ｂを掴んだり離したりすることになる。
具体的には、第１コンベア１０の上の包装物Ｂを吸着保持部３８が掴み、パラレルリンクアーム３４ａ，３４ｂ，３４ｃが包装物Ｂを掴んだ吸着保持部３８を持ち上げて平面移動させ、第２コンベア２０の上で吸着保持部３８による包装物Ｂを解除する。これにより、包装物Ｂが吸着保持部３８から離れ、第２コンベア２０の上に載置される（図３Ａ～図３Ｃ参照）。
なお、図１において、第１コンベア１０の下流端の近くにある包装物Ｂも、第２コンベア２０の上流端の近くにある両列の包装物Ｂも、ロボット可動範囲に入っている。
（２－４）エアジェット装置４０
本実施形態では、第１コンベア１０を常時動かして、１列の包装物Ｂを連続搬送させながらロボット３０による集積動作を行わせており、その第１コンベア１０の搬送速度やロボット３０の動作状況によっては包装物Ｂが第１コンベア１０の下流端から第２コンベア２０へ移ってしまうことも想定される。
それゆえ、第１コンベア１０の下流端の近傍に、第１コンベア１０の側方からジェット気流を吹き出して包装物Ｂを第１コンベア１０から排出する、エアジェット装置を配備している。これにより、ロボット３０で処理できなかった包装物Ｂをラインの外に振り分け、再びラインの上流側に戻すことも可能になる。
（２－５）物品位置検知センサ５０
物品位置検知センサ５０は、包装物Ｂが所定の検知位置を通過したことを検知するセンサである。本実施形態では、第１コンベア１０の搬送方向の上流側のうち、ロボット可動範囲よりも上流側で、第１コンベア１０の側方に配置されている。
（２－６）コントローラ６０
コントローラ６０は、物品位置検知センサ５０の検知信号、および第１コンベア１０に装備されているエンコーダ（図示しない）の出力から、包装物Ｂが検知位置を通過した後の位置を演算し、当該位置に基づいて、ロボット３０およびエアジェット装置４０の動作を制御する。
（３）物品集積装置の動作
ここでは、上述のように第１コンベア１０によって１列で搬送されてきた包装物Ｂが、ロボット３０によって第２コンベア２０の上に１列に積み替えられる動作について説明する。
（３－１）集積動作
第１コンベア１０のベルトの物品載置面１３の上に載って搬送されてきた包装物Ｂは、第１コンベア１０の下流端の近傍および第２コンベア２０の上流端の近傍の上方に位置するロボット３０によって保持され（図３Ａの包装物Ｂ６を参照）、持ち上げられる。包装物Ｂ６を吸着保持したロボット３０の吸着保持部３８は、包装物Ｂ６を第１コンベア１０から持ち上げた状態で水平方向に移動し（図３Ｂ参照）、第２コンベア２０の上方に向かう。包装物Ｂ６よりも先に積み替えられた包装物Ｂ５が既に第２コンベア２０の上に載置されているが、図３Ｃに示すように、ロボット３０は包装物Ｂ６を包装物Ｂ５の斜め上方の位置まで移動させる。この図３Ｃに示す状態からロボット３０は吸着保持部３８による包装物Ｂ６の吸着保持の解除を行い、包装物Ｂ５および第２コンベア２０の上に包装物Ｂ６が載置される。
なお、図３Ａに示す上下に重なって第２コンベア２０の物品載置面２３の上に載っている包装物Ｂ１，Ｂ２および包装物Ｂ３，Ｂ４は、包装物Ｂ５よりも前に積み替えされた包装物Ｂであり、積み替え後に一度、間欠搬送されたものである。また、図３Ａ～図３Ｃに示すように、第１コンベア１０はロボット３０による包装物Ｂの集積動作中も連続的に動いており、積み替え中の包装物Ｂ６に続く包装物Ｂ７は、その位置が段々と下流側に移動する。
（３－２）排出動作
第１コンベア１０の上流側では、製袋包装機において包装物Ｂが生成され、重量検査や異物混入検査を経て、第１コンベア１０に載せられている。仮に、製袋包装機において包装物Ｂが８０個／分の速度で生産されている場合でも、第１コンベア１０に流れてくる包装物Ｂは、必ずしも、８０個／分の間隔で搬送されてくるとは限らず、実際には約２０％のバラツキ、すなわち、６０個／分～１００個／分に相当する間隔で搬送される。
かかる場合、コントローラ６０が、包装物Ｂが生産速度６０個／分に相当する間隔で第１コンベア１０上を搬送されていると判断したときは、ロボット可動範囲に入った包装物Ｂを早々に保持して第２コンベア２０に移して集積すればよい。
一方、コントローラ６０が、包装物Ｂが生産速度１００個／分に相当する間隔で第１コンベア１０上を搬送されていると判断したときは、ロボット可動範囲に入った包装物Ｂを、エアジェット装置４０による排出ポイントに到達するまでに、ロボット３０が当該包装物Ｂを保持して第２コンベア２０に移せるか否かを判断し、移せないと判断したときは、排出ポイントにおいてエアジェット装置４０により当該包装物Ｂを排出する。
（４）物品集積装置の特徴
（４－１）
物品集積装置では、排出部としてのエアジェット装置４０が、ロボット可動範囲内に配置されているので、物品たる包装物Ｂを排出すべきか否かの判断をする時間的余裕が、［ロボット可動範囲よりも上流側で物品を排出する仕様の物品集積装置］に比べて、包装物Ｂがロボット可動範囲の上流端から排出位置まで搬送されてくる時間の分だけ多くとれるので、包装物Ｂの無駄な排出を低減することができる。
（４－２）
第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３との水平方向の最短距離は、包装物Ｂの厚み寸法以下であるので、第１コンベア１０の物品載置面１３上の包装物Ｂをロボット３０が取り損なった場合でも、或いは、排出されるべき包装物Ｂが排出ポイントで排出されなかった場合でも、第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３との隙間から包装物Ｂが落下することは防止される。
（４－３）
コントローラ６０が、物品位置検知センサ５０の検知信号、および第１コンベア１０に装備されているエンコーダの出力から、包装物Ｂが検知位置を通過した後の位置を演算することができるので、排出部であるエアジェット装置４０をロボット可動範囲の下流端限界まで近接配置することができる。
（４－４）
コントローラ６０は、包装物Ｂが排出部であるエアジェット装置４０によって排出され得る位置に到達するまでに、ロボット３０によって包装物Ｂを保持することができないと判断した場合、エアジェット装置４０を介して物品を排出する。その結果、「ロボット３０による保持をすることができずに包装物Ｂが第１コンベア１０から第２コンベア２０に直接移るか否か」の判断を、包装物Ｂがロボット可動範囲の下流端限界に近接するまで継続することができるので、［ロボット可動範囲よりも上流側で包装物Ｂを排出する仕様の物品集積装置］に比べて、当該判断の精度が上がり、包装物Ｂの無駄な排出を低減することができる。
（４－５）
包装物Ｂは不等間隔で搬送されてきても、排出部であるエアジェット装置４０がロボット可動範囲内に配置されているので、短い間隔で包装物Ｂが搬送されてくるときは、「ロボットによる保持をすることができずに包装物Ｂが第１コンベア１０から第２コンベア２０に直接移るか否か」の判断をロボット可動範囲の下流端限界に近接するまで待って行えばよい。一方、長い間隔で包装物Ｂが搬送されてくる場合は、早めに保持すればよい。
（５）変形例
上記の実施形態では、図２および図３Ａ～図３Ｃに示すように、第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３との高さ位置が同じになるように、両コンベア１０，２０の設置を行っている。第２コンベア２０に包装物Ｂを重ねずに置く使い方もする場合には、このような配置が好適であると言える。
しかし、第２コンベア２０の上に複数の包装物Ｂを上下に重ねて積む使い方をすることが多いのならば、両コンベアの物品載置面の高さ位置を変えることも有効である。
図４Ａ～図４Ｃは、変形例に係る物品集積装置のパラレルリンクロボットによる物品の集積動作の一状態図である。図４Ａ～図４Ｃにおいて、物品集積装置では、上記実施形態の第２コンベア２０に代えて、物品載置面１２３の高さ位置が第１コンベア１０の物品載置面１３よりも低い第２コンベア１２０を採用している。
この変形例では、第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア１２０の物品載置面１２３との間に段差を設けて、当該両コンベアを配置しているため、上記の実施形態のように包装物Ｂ６を高く持ち上げる（図３Ｂ，図３Ｃ参照）必要がなくなり、図４Ｂ，図４Ｃに示すように少しだけ包装物Ｂ９を持ち上げて第２コンベア１２０の上に水平移動させれば、包装物Ｂ９が第２コンベア１２０に載っている包装物Ｂ８の上方に位置するようになる。
その結果、包装物Ｂ９を移載するロボット３０の動作の移載経路が両コンベア１０，１２０の段差の分だけ短くなって、積み替えに要する時間が短くなる。
また、第１コンベア１０の物品載置面１３と第２コンベア２０の物品載置面２３とが平面視で重複しているので、両者の隙間から包装物Ｂが落下することもない。
１０ 第１コンベア（搬送部）
１３ 物品載置面（搬送面）
２０ 第２コンベア（集積部）
２３ 物品載置面（集積面）
３０ ロボット
４０ エアジェット装置４０（排出部）
５０ 物品位置検出センサ（物品位置検出部）
６０ コントローラ（制御部）
１２０ 第２コンベア（集積部）
１２３ 物品載置面（集積面）
Ｂ 包装袋（物品）
特開２０１２－１８８２３１号公報

Claims (4)

  1. 搬送されてくる物品をロボットによって所定場所に移して集積する物品集積装置であって、
    前記物品を搬送する搬送部と、
    前記搬送部と直列に配置され、前記物品を集積する集積部と、
    前記搬送部にある前記物品を前記集積部以外のエリアへ排出する排出部と、
    前記物品の位置を検出する物品位置検出部と、
    前記物品を排出するか否かを判定する制御部と、
    を備え、
    前記排出部は、前記ロボットが前記物品を保持して前記集積部に移すことができる範囲であるロボット可動範囲内に配置され、
    前記制御部は、前記物品が前記排出部によって排出され得る位置に到達するまでに、前記ロボットによって前記物品を保持することができないと判断した場合、前記排出部を介して前記物品を排出する、
    物品集積装置。
  2. 前記搬送部は前記物品を載せて搬送する搬送面を有し、
    前記集積部は前記搬送面から移されてくる前記物品を受ける集積面を有し、
    前記搬送面と前記集積面との水平方向の最短距離は、前記物品の厚み寸法以下である、
    請求項１に記載の物品集積装置。
  3. 前記搬送部は前記物品を載せて搬送する搬送面を有し、
    前記集積部は前記搬送面から移されてくる前記物品を受ける集積面を有し、
    前記搬送面と前記集積面とは、平面視で重複している、
    請求項１に記載の物品集積装置。
  4. 前記物品は不等間隔で搬送されてくる、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物品集積装置。
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