JP7341431B2 - 段積みされた箱のハンドリング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、段積みされた上面開放形の箱を、ロボットアームを利用して移動させるための、段積みされた箱のハンドリング方法及び装置に関するものである。

段ボール箱のような上面が閉鎖された箱をロボットアームを利用してハンドリングするには、特許文献１に示されたように箱の上面を吸着するハンドリング装置が広く用いられている。しかし工場において部品などの通い箱として多用されている樹脂製の箱は上面開放形の箱であるから、上面を吸着することができない。このため多くの場合には人手によるハンドリングが行われている。しかし、重量が重くしかも箱が多段に段積みされている場合には、人手によるハンドリングは容易ではない。

そのような場合、フォークリフトのフォークを箱の下面に差し込み、持ち上げて移動させる方法がある。しかしこの方法は、段積みされた箱の側面に広く開放された空間がある場合にしか利用できない。また、最上段の箱であっても、内側に位置する箱を移動させたい場合には、先ず手前にある箱を取り除かねばならない。

また特許文献２には、爪を箱の片側の上部フランジの下向き屈曲片に引っ掛け、外側に引っ張って隣接する箱との間にスペースを形成し、そのスペースを利用して箱の反対側に爪を引っ掛けて持ち上げるハンドリング装置が開示されている。しかしこの装置は、下向き屈曲片のある上部フランジを持つ箱にしか用いることができず、水平方向にのみ延びるフランジを持つ多くの箱には適用できない。

またこの装置は、同一高さの箱が並んでいる場合にしか利用できない。しかし、サイズの異なる箱が図１３のように段積みされている場合でも、上段の小さい箱を図示のようにどちらかの方向に傾斜させることで、下の箱に落下することがなくなる。これは箱の底面に段積み用（スタッキング用）の凸部が形成されているためである。箱を傾斜させる方向は、図１４のＸ方向又はＹ方向を選択することができる。しかしターゲットとなる箱の位置によっては、傾斜させることができない場合がある。

また図１５のように背の高い箱が混在している場合には、斜めにずらしたときに隣接する箱を崩してしまうおそれがある。さらに図１６のように大きさの異なる箱が複雑に組み合わされて段積みされている場合には、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの箱が互いに干渉するため、目的とする箱を直接ずらして引き出したり、傾斜させることができないことがある。

特開２０１４－１７６９２６号公報 特開平６－２０６６３４号公報

従って本発明の目的は、段積みされた上面開放形の箱を、垂直上方に引き上げて取り出すことができる段積みされた箱のハンドリング方法及びハンドリング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箱のハンドリング方法は、段積みされた上面開放形の箱を、ロボットアームに取り付けたハンドリング装置により把持して移動させる箱のハンドリング方法であって、段積みされた最上段の箱の上方に、一対の逆Ｌ字状の押さえパッドが箱の上端面に位置するようハンドリング装置を移動させ、前記押さえパッドを用いて箱の対向する２辺の上側及び内側を押さえたうえ、最上段の箱の外側面に沿って平板状のくさび部材を差し込み、このくさび部材に設けた爪を箱に近接する方向に回転させて箱の外側フランジの下面に係合させ、箱を垂直上方に持ち上げたうえで箱の下側に落下防止用ハンガーを打ち込んで箱をハンドリング装置に把持させ、その後にロボットアームによって移動させることを特徴とするものである。

なお、箱の対向する２辺を一対の逆Ｌ字状の押さえパッドで押さえることで、箱を傾けたりズラシ易くし、隣接する箱との間に微小な隙間を形成したうえで、平板状のくさび部材を差し込むことが好ましい。

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箱のハンドリング装置は、ロボットアームに取り付けて、段積みされた上面開放形の箱を把持し移動させる段積みされた箱のハンドリング装置であって、最上段の箱の対向する２辺の上端面及び内側を押さえる一対の逆Ｌ字状の押さえパッドと、最上段の箱の対向する２辺の外側面に沿って差し込まれる平板状のくさび部材と、このくさび部材に設けられ、箱に近接する方向に回転されて箱の外側フランジの下面に係合される爪と、これらの爪に引っ掛けて持ち上げられた箱の下側に打ち込まれる落下防止用ハンガーとを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、箱の対向する２辺の上側及び内側を一対の逆Ｌ字状の押さえパッドで押さえたうえ、、その外側面に沿って平板状のくさび部材を差し込み、このくさび部材に設けた爪を箱に近接する方向に回転させて箱の外側フランジの下面に係合させ、箱を垂直上方に持ち上げるので、従来のように把持具を差し込むために箱を横方向に大きくずらす必要がない。このため目的とする箱を容易に取り出すことができる。また、箱の外側フランジに下向き屈曲片がない場合にも、支障なくハンドリングが可能であるから、汎用性に優れる利点がある。

実施形態の全体概念図である。 カメラによる撮影を示す概念図である。 実施形態でハンドリングされる箱の斜視図である。 ハンドリング装置の正面図である。 箱のサイズに応じてスライダを移動させた状態を示す説明図である。 要部の斜視図である。 爪の回転機構を示す概念図である。 押さえパッドが箱の上端部を押さえた状態を示す説明図である。 くさび部材を打ち込んだ状態を示す説明図である。 落下防止用ハンガーを打ち込んだ状態を示す説明図である。 ハンドリング動作手順を示す要部の拡大図である。 ハンドリング動作手順を示す全体図である。 従来技術を示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。 従来技術の問題点を示す説明図である。 従来技術の問題点を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は実施形態の全体の概念図であり、パレット上に上面開放形の箱１０が段積みされており、その近傍に配置されたロボット１１のアームの先端に本発明のハンドリング装置１２が取り付けられている。１３は支柱１４に取り付けられたカメラである。図２に示すようにカメラ１３は複数方向から段積みされた箱１０を撮影できるように配置され、最上部の箱１０の座標を演算して、ハンドリング装置１２を目的とする箱１０の直上位置に動かす。このためには、各カメラ１３の画像から最上段の箱の長方形の形状を認識し、次に箱の角を見つけ出し、３つ以上の角が長方形に構成されるところを箱として定義する。次に各辺の中心点を求めて箱の対辺の中心２か所を計算し、３次元の位置座標を演算する。このようにして各カメラ画像から最上部の箱１０の座標を演算できるが、この技術は画像を利用したロボットの制御技術として既に公知であり、本発明の要部ではないので説明を省略する。

図３に本実施形態のハンドリング対象となる箱１０を示す。この箱１０は樹脂製で上面開放形であり、上面の周囲に外側フランジ１５が設けられている。外側フランジ１５は下向き屈曲片を持たず、水平方向だけに張り出している。その突出量は１０～２０ｍｍ程度であるものが一般的である。なお、外側フランジに下向き屈曲片を持つ箱であっても、支障なくハンドリング可能である。

図４に実施形態のハンドリング装置１２の全体を示す。２０はロボットアームの先端に装着される本体であり、２１は本体２０に設けられた水平レールである。水平レール２１の下部には、一対のスライダ２２が水平レール２１に沿って走行可能に支持されている。走行用のアクチュエータとしては例えば油圧シリンダを用いることができるが、水平レール２１に沿ってモータで走行する機構や、ボールねじによる移動機構など、適宜のアクチュエータを採用することができる。一対のスライダ２２は箱１０のサイズに応じて拡縮される。図５はその状態を示す。

図５、図６に示すように、各スライダ２２の下部には駆動ボックス２３が設けられている。この駆動ボックス２３の底面には一対の押さえパッド２６が下向きに設けられている。一対の押さえパッド２６は垂下片２７を備えた逆Ｌ字状であり、垂下片２７が目的とする最上段の箱１０の上端面の内側に入るようにスライダ２２が拡縮移動される。後述するように、この押さえパッド２６で箱１０の対向する２辺を押さえることで、箱１０を傾けたりズラシ易くし、隣接する箱との間に微小な隙間を形成することができる。

駆動ボックス２３の外側面には、略平板状のくさび部材２８が昇降手段２９によって昇降可能に設けられている。図６に示されるように、くさび部材２８は下端が尖っているがその上部は中空であり、その内部に図７のように一対の爪３０が収納されている。爪３０はリンク機構により垂直軸３１の回りに回転し、くさび部材２８の裏面（箱１０側の面）に飛び出すことができるようになっている。２４はリンク機構の駆動源である。

また図６に示すように、駆動ボックス２３のくさび部材２８の両側位置には、水平軸３２を中心として略１８０度回転する落下防止用ハンガー３３が設けられている。軸３２と駆動軸３４との間には中間軸３５が設けられ、ベルト３６により落下防止用ハンガー３３を回転させる。図４には落下防止用ハンガー３３が上方位置にある状態が示され、図１０には落下防止用ハンガー３３が振り下ろされた状態が示されている。落下防止用ハンガー３３の先端はＬ字状に屈曲されており、箱１０の外側フランジ１５の下面を確実に支えるようになっている。

以下に本発明のハンドリング装置を用いたハンドリング方法を順を追って説明する。
まず前記したように、段積みされた上面開放形の箱１０のうち、目的とする最上段の箱１０の上方にロボットアームによりハンドリング装置１２を移動させる。図１に示すように、隣接する箱どうしは略密着状態で段積みされているのが普通である。図４に示すようにハンドリング装置を箱１０の中心上に位置させたのち、図５に示すように箱１０のサイズに合わせて水平レール２１に沿ってスライダ２２を移動させる。なお、目的とする箱１０の位置及びサイズは、複数のカメラ１３の画像に基づき予め演算されている。また、箱１０の対向する２辺は長辺側と短辺側の２組存在するが、何れの対向辺を保持するかを予め演算しておき、ハンドリング装置１２の向きを合わせる。

次に図８のようにロボットハンドによりハンドリング装置１２を箱１０に向かって下降させ、一対の押さえパッド２６を箱１０の上端面に密着させる。そして隣接する箱１０との間に３～１０ｍｍ程度の微小な隙間ができるように、ロボットハンドにより箱１０を横方向にずらす。そしてこのわずかな隙間に向かってくさび部材２８を図９のように打ち込む。この動作は箱１０の片側で行い、次に反対側で行う。隣接する箱１０どうしは略密着しているが、ロボットハンドにより強制的に微小距離だけずらすことは可能である。このずらしはくさび部材２８の尖った下端が割り込むことができるようにするためであり、隣接する箱１０のない側では行う必要はない。図１１の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）と図１２の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に上記の動作を詳しく図示した。

くさび部材２８を打ち込むときには、爪３０は打ち込みの障害とならないようにくさび部材２８の内部に収納されている。箱１０の両側にくさび部材２８が打ち込まれた後、図１１の（Ｃ）に示すように、爪３０は垂直軸３１の回りに回転し、くさび部材２８の裏面側に飛び出す。爪３０の飛び出し量は例えば１０ｍｍ程度である。飛び出した爪３０は、箱１０の外側フランジ１５よりも下方位置にある。そこでロボットアームによりハンドリング装置全体を真上に上昇させると、飛び出した爪３０の上面が箱１０の外側フランジ１５の下面に係合し、図１１（Ｄ）のように箱１０は両側の爪３０によって垂直上方に引き上げられる。このとき、箱１０の側板は押さえパッド２６により内側から保持され、くさび部材２８により外側を拘束されているので、爪３０の飛び出し量がわずかであっても爪３０が箱１０の外側フランジ１５から外れることはない。

なお、図３に示した箱１０の外側フランジ１５は上端面のみに存在するので、爪３０は図９の（Ｃ）（Ｄ）に示すように上端面の外側フランジ１５に引っ掛かる。しかし箱によっては上端面のみならず、その下方にも外側フランジ１５が形成されているものもあり、その場合には爪３０は一番下の外側フランジ１５に係合することとなる。

このようにして最上段の箱１０を垂直上方に持ち上げたうえで、図１１の（Ｅ）に示すようにそれまで上方位置にあった落下防止用ハンガー３３を下方に振り下ろし、箱１０の外側フランジ１５の下面を支える。落下防止用ハンガー３３は爪３０よりも３ｍｍ程度下側に振り込まれる。このようにして箱１０の両側に落下防止用ハンガー３３を下方に振り下ろして箱１０の外側フランジ１５を両側で確実に保持し、ロボットアームにより箱１０を目的位置まで移動させる。箱１０は対向する２辺を落下防止用ハンガー３３により確実に拘束されているので、移動中に落下することはない。なお図１２（Ｃ）では落下防止用ハンガー３３は右側のみが振り下され、隣接する箱１０がある左側は振り下されていない。図１２（Ｄ）に示すように、左側は落下防止用ハンガー３３を振り下せるスペースが形成された後に、振り下される。箱１０を目的位置まで搬送し、落下防止用ハンガー３３を解放するときに、爪３０を後退させる。

以上に説明したように、本発明の段積みされた箱のハンドリング方法及び装置によれば、隣接する箱１０どうしがぴったりと段積みされている場合にも、目的とする箱１０を容易に垂直上方に抜き出して取り出すことができる。このため従来のように隣接する箱１０に影響を及ぼすことがない。また、箱の外側フランジに下向き屈曲片がない場合にも、支障なくハンドリングが可能であるから、汎用性に優れる。さらに、搬送中に箱を落下させることがなく、安全性に優れる利点がある。

１０ 箱
１１ ロボット
１２ ハンドリング装置
１３ カメラ
１４ 支柱
１５ 外側フランジ
２０ 本体
２１ 水平レール
２２ スライダ
２３ 駆動ボックス
２４ リンク機構の駆動源
２６ 押さえパッド
２７ 垂下片
２８ くさび部材
２９ 昇降手段
３０ 爪
３１ 垂直軸
３２ 軸
３３ 落下防止用ハンガー
３４ 駆動軸
３５ 中間軸
３６ ベルト

Claims (3)

1. 段積みされた上面開放形の箱を、ロボットアームに取り付けたハンドリング装置により把持して移動させる箱のハンドリング方法であって、
   段積みされた最上段の箱の上方に、一対の逆Ｌ字状の押さえパッドが箱の上端面に位置するようハンドリング装置を移動させ、前記押さえパッドを用いて箱の対向する２辺の上側及び内側を押さえたうえ、最上段の箱の外側面に沿って平板状のくさび部材を差し込み、このくさび部材に設けた爪を箱に近接する方向に回転させて箱の外側フランジの下面に係合させ、箱を垂直上方に持ち上げたうえで箱の下側に落下防止用ハンガーを打ち込んで箱をハンドリング装置に把持させ、その後にロボットアームによって移動させることを特徴とする段積みされた箱のハンドリング方法。
2. 箱の対向する２辺を一対の逆Ｌ字状の押さえパッドで押さえることで、箱を傾けたりズラシ易くし、隣接する箱との間に微小な隙間を形成したうえで、平板状のくさび部材を差し込むことを特徴とする請求項１に記載の段積みされた箱のハンドリング方法。
3. ロボットアームに取り付けて、段積みされた上面開放形の箱を把持し移動させる段積みされた箱のハンドリング装置であって、
   最上段の箱の対向する２辺の上端面及び内側を押さえる一対の逆Ｌ字状の押さえパッドと、
   最上段の箱の対向する２辺の外側面に沿って差し込まれる平板状のくさび部材と、
   このくさび部材に設けられ、箱に近接する方向に回転されて箱の外側フランジの下面に係合される爪と、
   これらの爪に引っ掛けて持ち上げられた箱の下側に打ち込まれる落下防止用ハンガーとを備えたことを特徴とする段積みされた箱のハンドリング装置。

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