JP7311101B2 - 段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法とその装置に関するものである。

現状の物流の業界では、上面が密閉された段ボール箱が主として用いられている。このように上部が密閉された段ボール箱は、上部より吸着パッドで吸着して移動させることができるので、密着状態で積み上げられた状態であっても、真上に引き抜いて運搬することが可能である。

しかし小型の機械部品などの物流には、上面のない上面開放型の樹脂製の箱が主として用いられている。この上面開放型の箱は口部周縁に短いフランジが設けられている。このような上面開放型の箱は吸着パッドが使えないため、ほとんどの場合には人がフランジ部分に手を掛けてハンドリングしている。この人手による作業は、箱の重量によっては作業者の負担が大きくなる。

そこで特許文献１には、段積みされた上面開放型の箱のハンドリング装置が提案されている。このハンドリング装置は、爪を楕円軌道で箱の上面のフランジの下側に差し込み、少し持ち上げながら水平方向に引きずる動きをする。しかしそのためにはフランジの端部に爪を引っ掛かるための下向きの折り返しが付いている必要があり、折り返しなしのフランジだけの箱には適用することができなかった。

またこのハンドリング装置は、爪をスイングさせる回転中心となるポイントが固定されているため、一定サイズの箱であればハンドリングが可能であるが、サイズの異なる箱については用いることができなかった。このように、特許文献１のハンドリング装置は、フランジの端部に爪を引っ掛かるための下向きの折り返しが付いている一定サイズの箱にしか適用できないという問題があった。実際の物流においては、フランジの端部に下向きの折り返しがなく、しかもサイズの異なる上面開放型の箱が用いられているため、多くの場合には人手によるハンドリングが必要であった。

特開平６－２０６６３４号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、フランジの端部に下向きの折り返しがなく、しかもサイズの異なる上面開放型の箱を人手に頼らずにハンドリングすることができる、段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法とその装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法は、ロボットアームの先端に取り付けられた把持ヘッドを、段積みされた上面開放型の箱の直上位置に移動させ、前記把持ヘッドの下部の両側に設けられた一対の伸縮パッドを外側に拡げて箱の対向する２辺の口部内面に押し付けて箱を固定したうえ、前記把持ヘッドの両側に搭載された一対のハンガーを振り下して箱の前記対向する２辺の口部周面のフランジの下面に係合させて箱を把持し、ロボットアームにより箱を移動させる工程からなり、サイズの異なる箱を把持可能としたことを特徴とするものである。

なお、前記一対のハンガーのうち、片側のハンガーで箱の片側口部を把持し、箱の片側を持ち上げることにより、箱の底部が下側の箱の口部にはまり込んだ部分のうち片側のみをはめ込んだ状態から開放し、箱を斜めにしたままロボットアームによりこの箱を水平方向に移動させたうえ、反対側のハンガーで箱の反対側の口部を把持することができる。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング装置は、ロボットアームの先端に取り付けられた把持ヘッドを備え、この把持ヘッドの下部の両側に、外側に拡げて箱の対向する２辺の口部内面に押し付けられて箱を固定する一対の伸縮パッドと、前記把持ヘッドの両側に搭載されて振り下され、箱の前記対向する２辺の口部周面のフランジの下面に係合する爪を備えた一対のハンガーと、これらのハンガーを伸縮することでサイズの異なる箱を把持可能とする駆動機構を搭載したことを特徴とするものである。

なお、各ハンガーはその伸縮方向と直交する方向に分割されており、把持ヘッドは、各ハンガーの伸縮方向と直交する方向の幅調整機構を備えることが好ましい。

本発明によれば、フランジの端部に下向きの折り返しがない上面開放型の箱を、確実に把持して移動させることができる。また、一対の伸縮パッドを箱の対向する２辺の口部内面に接触するまで拡げて箱を固定したうえ、一対のハンガーを用いて箱を把持するため、箱のサイズが一定でない場合にも確実なハンドリングが可能である。

本発明の実施形態を示す全体図である。 上面開放型の箱の斜視図である。 多段に積み上げられた箱とカメラを示す斜視図である。 把持ヘッドを斜め下方から見た斜視図である。 把持ヘッドの正面図である。 把持ヘッドの側面図である。 箱を把持する手順の説明図である。 箱を把持する他の手順の説明図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す模式的な全体図であり、１０はパレット上に多段に積み上げられた直方体状の箱である。図１では箱１０は単なる四角形で表示されているが、本実施形態でハンドリングされるのは図２に示すように、口部周縁に外向きの短いフランジ１１を備えた上面開放型の樹脂製の箱である。積み上げを容易にするため、箱１０の底は凸部になっていて一段下の箱１０の開放部にはまり込んでいる。これは１０ｍｍ程度の場合が多い。箱１０の内部には機械部品などが収納されるが、収納物の最高高さは箱の上面よりも例えば２０ｍｍ程度低く設定されている。多段に積み上げられた箱１０の上方には照明装置１２とカメラ１３が設置されている。図３に示すようにカメラ１３は異なる位置に複数台が設置されており、箱１０の積み上げ状態を異なる方向から撮影している。

これらのカメラ１３の画像は図１に示される座標演算装置１４に入力され、多段に積み上げられた多数の箱１０の全体座標、及び移動対象となる最上部の箱１０の座標が演算される。この座標の演算方法としては、画像から箱１０の四隅の位置を定義し、それらを通る長方形を定義し、その各辺の中心点を求める方法や、画像解析のプログラムからフランジ１１の輪郭を求める方法、さらにディープラーンニングを利用して箱１０のフランジ１１の角の形状を学習させる方法など、各種方法を用いることができる。しかしこれらの座標算出方法は公知の技術であり、市販のソフトを利用して実施できるので、説明を省略する。なお、移動対象となる最上部の箱１０の座標とともに、その箱１０を移動させる方向も自動的に決定することができる。

図１に示すように、多段に積み上げられた箱１０の近傍には多軸ロボット２０が設置され、そのロボットアーム２１の先端に取り付けられた把持ヘッド３０を用いて、箱１０の把持ハンドリングを行う。四方が密着状態で囲まれた箱１０を抜き取ることはできないため、箱１０のハンドリングは最上段であり、かつ少なくとも一側方に空間がある位置の箱１０から順に行うものとする。図１に示すように座標演算結果はＰＬＣ１５を介してロボット制御盤２２に入力され、ロボットアーム２１が把持ヘッド３０を移動させようとする箱１０の直上位置に移動させる。この位置をロボットの第２原点とする。ＰＬＣ１５はアンプ１６を介して把持ヘッド３０に搭載されたモータ１７等を駆動する。１８は把持ヘッド３０に搭載されたセンサである。

次に図４以下を参照しつつ、把持ヘッド３０の構造を説明する。図４は把持ヘッドを斜め下方から見た斜視図であり、図５はその正面図である。これらの図において、３１は上部ベースであり、その上部にロボットアーム２１の先端が接続されている。３２は上部ベース３１の下方に支柱３３を介して平行に取り付けられた下部ベースである。下部ベース３２の下面には前後２本のガイドロッド３４が紙面の左右方向に設けられており、これらのガイドロッド３４上に、左右一対の伸縮パッド３５がスライド可能に支持されている。

伸縮パッド３５は平板３６とその端部に設けられた垂下片３７とを備え、下部ベース３２の下面に設けられた一対の電動アクチュエータ３８により左右方向にスライドできるようになっている。この平板３６は箱１０の上面と接触するものであり、垂下片３７は箱１０の口部内面に押し付けられるものである。その作用については後述する。

上部ベース３１の左右の端部には、左右一対のハンガー４０とその駆動機構４１が搭載されている。これらは図４に示すように伸縮パッド３５の平板３６と連結された上部平板４４上に搭載されており、伸縮パッド３５とともに下部ベース３２上を左右方向にスライドするものである。

ハンガー４０は図５に示す上方位置から図４に示す下方位置まで、駆動機構４１によって振り降ろされる。ハンガー４０は先端に屈曲させた爪４２を備えており、この爪４２は図４のように振り下ろされたときに、箱１０の口部周面のフランジ１１の下面に係合するものである。

なお、図４、図６に示されるようにハンガー４０は前後に分割されており、図５に示される適宜の幅調整機構４３によって伸縮方向と直交する方向にスライドできるようにしておくことが好ましい。これは箱１０のサイズの大小に対応させるためであるが、幅調整機構４３は本発明の必須要件ではなく、省略することも可能である。図６の右図にハンガー４０を前後に開いた状態を示す。

図７に把持ヘッド３０の動作を示す。先ず（Ａ）のように把持ヘッド３０を移動対象となる箱１０の直上位置に移動させ、停止させる。次に（Ｂ）のように左右一対の伸縮パッド３５を外側に移動させて開きながら（Ｃ）のように箱１０の上面に向けて把持ヘッド３０の全体を降下させる。この降下の動きはロボットアーム２１により行われる。

把持ヘッド３０を降下させると伸縮パッド３５の平板３６が箱１０の上面に当たり、その状態でさらに左右一対の伸縮パッド３５を外側に開くと、伸縮パッド３５の垂下片３７が箱１０の対向する２辺の口部内面に押し付けられる。なお、押し付け状態となったことは、電動アクチュエータ３８の負荷電流により検出可能であるから、左右一対の伸縮パッド３５を箱１０の口部内面に接触するまで拡げることができる。このようにして左右の伸縮パッド３５を箱１０の左右の口部内面に押し付けることにより、箱１０は把持ヘッド３０に対してセンタリングされた状態で固定される。なお、所定距離だけ伸縮パッド３５を開いても負荷電流に変化がない場合には、異常が発生している可能性があるため、装置を停止させる。これにより搬送中に箱１０を落下させるなどの危険を防止することができる。

その後、図７の（Ｅ）に示すようにハンガー４０を駆動機構４１によって振り降ろせば、ハンガー４０の先端の爪４２が箱１０の対向する２辺の口部周面のフランジ１１の下面に係合する。この結果、箱１０は伸縮パッド３５とハンガー４０とによって、確実に把持される。その後に、ロボットアーム２１により任意の位置に移動させることができる。なお、ハンガー４０の振り下しの際にも駆動機構の負荷電流を監視し、箱１０に当たるべき位置まで振り下しても負荷電流が変化しない場合には、異常が発生している可能性があるため、装置を停止させるものとする。

このように本発明によれば、フランジの端部に下向きの折り返しがない上面開放型の箱を、確実に把持して移動させることができる。また、左右一対の伸縮パッドを箱の口部内面に接触するまで拡げて箱を固定したうえ、左右一対のハンガー４０を用いて箱を把持するため、箱１０のサイズが一定でない場合にも確実なハンドリングが可能である。

次に図８により、具体的な動作の一例を説明する。ここに示されるのは、密着状態で多段に積み上げられた箱１０のうち、一側方に空間がある位置の箱１０を移動させる手順である。

先ず図８の（Ａ）のように、側方に空間がある右側のハンガー４０を振り下して、箱の右側の口部を把持する。次に（Ｂ）のように把持ヘッド３０を傾けて右側を少し持ち上げながら、（Ｃ）のように水平方向に箱１０を移動させる。最初に右側を持ち上げる理由は、箱１０の底は凸部になっていて、一段下の箱１０の開放部にはまり込んでいる事が一般的であるからである。これは箱を段積みしやすくするためである。そのはまり込みがあると水平に移動できないため、箱１０の片側を持ち上げてこのはまり込み部分を片側のみはめ込んだ状態から開放する事で、この持ち上げた方向に向けて水平にずらせることができる。なお、箱１０の反対側の凸部は一段下の箱の開放部にまだはまり込んではいるが、水平方向にはフランジ１１に沿って滑っていくので、重量は半減されて水平移動が可能になる。その結果、箱１０の左側にも空間ができるので、（Ｄ）のように左側のハンガー４０を振り下して、箱の左側の口部を把持することができる。その後は（Ｅ）、（Ｆ）のように任意の位置に移動させることができる。この方法によれば、隣接する箱の間に隙間がない場合にも、箱１０の把持ハンドリングが可能となる。

以上に説明したように、本発明によれば多段に積み上げられた上面開放型の箱１０を、確実に把持して移動させることができる。また、箱１０のサイズが一定でない場合にも確実なハンドリングが可能である。

１０ 上面開放型の箱
１１ フランジ
１２ 照明装置
１３ カメラ
１４ 座標演算装置
１５ ＰＬＣ
１６ アンプ
１７ モータ
１８ センサ
２０ 多軸ロボット
２１ ロボットアーム
２２ ロボット制御盤
３０ 把持ヘッド
３１ 上部ベース
３２ 下部ベース
３３ 支柱
３４ ガイドロッド
３５ 伸縮パッド
３６ 平板
３７ 垂下片
３８ 電動アクチュエータ
４０ ハンガー
４１ 駆動機構
４２ 爪
４３ 幅調整機構
４４ 上部平板

Claims (4)

1. ロボットアームの先端に取り付けられた把持ヘッドを、段積みされた上面開放型の箱の直上位置に移動させ、前記把持ヘッドの下部の両側に設けられた一対の伸縮パッドを外側に拡げて箱の対向する２辺の口部内面に押し付けて箱を固定したうえ、前記把持ヘッドの両側に搭載された一対のハンガーを振り下して箱の前記対向する２辺の口部周面のフランジの下面に係合させて箱を把持し、ロボットアームにより箱を移動させる工程からなり、サイズの異なる箱を把持可能としたことを特徴とする段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法。
2. 前記一対のハンガーのうち、片側のハンガーで箱の片側口部を把持し、箱の片側を持ち上げることにより、箱の底部が下側の箱の口部にはまり込んだ部分のうち片側のみをはめ込んだ状態から開放し、箱を斜めにしたままロボットアームによりこの箱を水平方向に移動させたうえ、反対側のハンガーで箱の反対側の口部を把持することを特徴とする請求項１に記載の段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング方法。
3. ロボットアームの先端に取り付けられた把持ヘッドを備え、この把持ヘッドの下部の両側に、外側に拡げて箱の対向する２辺の口部内面に押し付けられて箱を固定する一対の伸縮パッドと、前記把持ヘッドの両側に搭載されて振り下され、箱の前記対向する２辺の口部周面のフランジの下面に係合する爪を備えた一対のハンガーと、これらのハンガーを伸縮することでサイズの異なる箱を把持可能とする駆動機構を搭載したことを特徴とする段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング装置。
4. 各ハンガーはその伸縮方向と直交する方向に分割されており、把持ヘッドは、各ハンガーの伸縮方向と直交する方向の幅調整機構を備えることを特徴とする請求項３に記載の段積みされた上面開放型の箱の把持ハンドリング装置。

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