JP7407755B2 - 物品搬送ロボットシステムおよび物品載置棚 - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムは、移動棚200に載置された取っ手付き箱体Bxを下ろす作業、あるいは、取っ手付き箱体Bxを移動棚200に積み込む作業を行うために利用され、主に、ロボットハンド100、ロボットアームRA、制御装置および移動棚200から構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
ロボットハンド100は、図1から図9に示されるように、主に、電動機110、フレーム120、リンク機構130、吸着ヘッドユニット140、着脱式ぜんまいバネユニット150、可撓チューブ160、センサ取付板170および距離センサ180から構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
電動機110は、正逆回転可能な電動機であって、その回転軸がボールネジ115の回転軸と一致するようにボールネジ115に取り付けられている。すなわち、このボールネジ115は、電動機110の回転方向を切り換えることによって水平スライダ(後述)SHのスライド方向を切り換えることができる。なお、本実施の形態においてこの電動機110には負荷検出装置(図示せず)が接続されており、同負荷検出装置によって電動機110の負荷が検出される。
フレーム120は、図1から図9に示されるように、主に、天板121、底板122、背面板123、後方側面板124および前方側面L字板125から構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
リンク機構130は、例えば、マジックハンド等に利用される伸縮可能なレージトング式リンク機構であって、本実施の形態では図6~図9に示されるように14本の節(リンク)K1~14、23本のリンクピンP1~23、後側垂直スライダSVrおよび水平スライダSHから構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
吸着ヘッドユニット140は、図1および図5に示されるように、主に、前面パネル141、支持板142、吸着パッドユニット143、車輪144、ガイドローラ145、前側垂直レールRVf、前側垂直スライダSVfおよび前側支持突起部146から構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
着脱式ぜんまいバネユニット150は、図10に示されるように、主に、ぜんまいバネ151、ホルダ152、シャフト153および締結ブロック154から構成されている。ぜんまいバネ151は、従前から存在するものであって、ホルダ152に巻き付くように付勢されている。すなわち、人の手でぜんまいバネ151が延ばされた後、人の手が離されるとぜんまいバネ151はその付勢力によってホルダ152に巻き付く。ホルダ152は、ぜんまいバネ151の片端を保持する円柱状の保持部材(ボビン)である。シャフト153は、図10に示されるようにホルダ152の軸方向に沿ってホルダ152の両方向に向かって延びている。なお、このシャフト153は、上述の通り、図3に示される支持爪122Bによって着脱自在に支持される。締結ブロック154は、ぜんまいバネ151のもう片端を吸着ヘッドユニット140の前面パネル141の下側突起部141bに固定するための部材であって、上述の通り、吸着ヘッドユニット140の前面パネル141の下側突起部141bにねじ止めされる。
可撓チューブ160は、図1および図2等に示される通り、元配管SPの出口側に接合されていると共に、上述の通り、吸着パッドユニット143の主管MPの基端側に接合されている。なお、図1および図2等に示されるように、元配管SPの入口には配管口MSが接合されており、その配管口MSはフレーム120の天板121の後端部に設けられている。また、この可撓チューブ160は、図8および図9に示されているように、リンク機構130の最伸長状態時にも対応する十分な長さとされている。
センサ取付板170は、上述の通り、フレーム120の底板122の開口OPのやや後側の裏側面に取り付けられており、その両端側に距離センサ180を保持している。
距離センサ180は、正面側に位置する物体との距離を検出するセンサであって、上述の通り、センサ取付板170の両端側に保持されている。
ロボットアームRAは、特に限定されないが、例えば、既存の六軸ロボットアーム等である(図14および図15参照)。
制御装置は、ロボットハンド100およびロボットアームRAにそれぞれ通信接続されており、ロボットハンド100やロボットアームRAに対して制御信号を送ると共に、ロボットハンド100やロボットアームRAから各種信号を受信している。なお、特に、この制御装置は、ロボットハンド100の電動機110や、減圧ポンプに通信接続されており、電動機110の回転方向や減圧ポンプの発停等を制御している。
移動棚200は、取っ手付き箱体Bxを収納するためのものであって、図11~図13に示されるように、底壁210、天壁230、支柱240、仕切り壁250、棚板220、案内板Wvおよび車輪Trから構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。
ここでは、移動棚200から取っ手付き箱体Bxを引き出す際のロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置の制御例、および、移動棚200に取っ手付き箱体Bxを収納する際のロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置の制御例について説明する。
先ず、箱体搬送ロボットシステムの使用者は、移動棚200を規定の位置に規定の向きで固定してからロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置を作動させる。ロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置が作動し始めると、初期位置で待機しているロボットハンド100が、ロボットアームRAによって、規定の高さ方向位置にまで持ち上げられると共に幅方向位置にまで移動させられながら、ロボットハンド100の正面が移動棚200の正面と対向し且つ伸縮構造体KPの構成面(仮想の垂直面Fp)が鉛直方向に平行になるように姿勢制御される。このとき、ロボットハンド100に設けられる一対の距離センサ180が、隣接する案内板Wvと案内板Wv(隣接する前側案内板Wv1と前側案内板Wv1、または、隣接する後側案内板Wv2と後側案内板Wv2)とに対向している。次に、一対の距離センサ180の検出距離の差が許容範囲に収まるように(理想的には検出距離の差が0になるように)ロボットアームRAによってロボットハンド100の姿勢が制御される(このとき、ロボットハンド100は、隣接する案内板Wvと案内板Wvとにほぼ正対している。)。次いで、ロボットハンド100の電動機110が作動し始め、リンク機構130が伸びていく。そして、吸着ヘッドユニット140が移動棚200にまで到達すると、ガイドローラ145が、隣接する案内板Wvと案内板Wvとに接触しながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140を移動棚200の奥へと導く。この際、車輪144は移動棚200の底壁210または棚板220を転がっていく。そして、負荷検出装置によって検出される電動機110の負荷が閾値を超過すると、電動機110を一旦停止させると共に減圧ポンプを動作させて吸着パッド143bによって取っ手付き箱体Bxを吸着させる。その後、電動機110を逆転させて、リンク機構130を縮ませると、ガイドローラ145が、隣接する案内板Wvと案内板Wvとに接触しながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140を移動棚200の手前へと導く。そして、最終的にロボットハンド100を初期状態(収縮状態)に戻させる。このとき、ロボットハンド100の底板122の前側部分122Aに取っ手付き箱体Bxが載置されている(すなわち、取っ手付き箱体Bxが、移動棚200から引き出されている。)。この状態で、ロボットアームRAがロボットハンド100を搬送先(例えば、ベルトコンベアの始発位置等)まで移動させる。ロボットアームRAによりロボットハンド100が搬送先に到達すると、ロボットハンド100の電動機110が作動し始め、リンク機構130が伸びていき、吸着ヘッドユニット140によって取っ手付き箱体Bxが搬送先に押し出される。
先ず、箱体搬送ロボットシステムの使用者は、移動棚200を規定の位置に規定の向きで固定してからロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置を作動させる。ロボットハンド100、ロボットアームRAおよび制御装置が作動し始めると、初期位置で待機しているロボットハンド100が、ロボットアームRAによって、取っ手付き箱体Bxが置かれた箱体受取先(例えば、ベルトコンベアの終着位置等)まで移動させられる。より詳細には、「ロボットハンド100の正面が、箱体受取先に置かれた取っ手付き箱体Bxの前壁と対向し」、且つ、「ロボットハンド100の底板122の前側部分122Aに取っ手付き箱体Bxが載置された際に、ロボットハンド100の底板122の前側部分122Aと取っ手付き箱体Bxの底壁とが接触する」ように、ロボットハンド100がロボットアームRAによって移動させられる。ロボットアームRAによりロボットハンド100が箱体受取先に到達すると、ロボットハンド100の電動機110が作動し始め、リンク機構130が伸びていく。そして、吸着ヘッドユニット140が取っ手付き箱体Bxの前壁にまで到達すると、電動機110を一旦停止させると共に減圧ポンプを動作させて吸着パッド143bによって取っ手付き箱体Bxを吸着させる。その後、電動機110を逆転させて、リンク機構130を縮ませ、初期状態(収縮状態)に戻させる。このとき、ロボットハンド100の底板122の前側部分122Aに取っ手付き箱体Bxが載置されている。この状態で、ロボットアームRAがロボットハンド100を移動棚200まで移動させる。そして、ロボットハンド100が、ロボットアームRAによって、規定の高さ方向位置にまで持ち上げられると共に幅方向位置にまで移動させられながら、ロボットハンド100の正面が移動棚200の正面と対向し且つ伸縮構造体KPの構成面(仮想の垂直面Fp)が鉛直方向に平行になるように姿勢制御される。このとき、ロボットハンド100に設けられる一対の距離センサ180が、隣接する案内板Wvと案内板Wv(隣接する前側案内板Wv1と前側案内板Wv1、または、隣接する後側案内板Wv2と後側案内板Wv2)とに対向している。次に、一対の距離センサ180の検出距離の差が許容範囲に収まるように(理想的には検出距離の差が0になるように)ロボットアームRAによってロボットハンド100の姿勢が制御される(このとき、ロボットハンド100は、隣接する案内板Wvと案内板Wvとにほぼ正対している。)。次いで、ロボットハンド100の電動機110が作動し始め、リンク機構130が伸びていく。そして、吸着ヘッドユニット140および取っ手付き箱体Bxが移動棚200にまで到達すると、ガイドローラ145が、隣接する案内板Wvと案内板Wvとに接触しながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140および取っ手付き箱体Bxを移動棚200の奥へと導く。この際、車輪144は移動棚200の底壁210または棚板220を転がっていく。そして、負荷検出装置によって検出される電動機110の負荷が閾値を超過すると、電動機110を一旦停止させると共に減圧ポンプを停止させて、吸着パッド143bから取っ手付き箱体Bxを放させる。これにより、取っ手付き箱体Bxを移動棚200に収納することができる。その後、電動機110を逆転させて、リンク機構130を縮ませると、ガイドローラ145が、隣接する案内板Wvと案内板Wvとに接触しながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140を移動棚200の手前へと導く。そして、最終的に、ロボットハンド100を初期状態(収縮状態)に戻させ、ロボットハンド100が、ロボットアームRAによって、初期位置まで移動させられる。
(1)
本実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムでは、移動棚200は、取っ手付き箱体Bxを載置するための底壁210および棚板220と、ロボットハンド100の吸着ヘッドユニット140を移動棚200の奥や手前へ導くための案内板Wvとを有している。案内板Wvは、底壁210および棚板220の上面から垂直方向に沿って上方に延びると共に、隣接する案内板Wvと案内板Wvとが平行になるように奥行方向に沿って配設されている。また、ロボットハンド100は、移動棚200に載置された取っ手付き箱体Bxを吸着パッド143bによって吸着した後、電動機110を逆転させてリンク機構130を縮ませ、隣接する案内板Wvと案内板Wvとにガイドローラ145を接触させながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140を移動棚200の手前へと導き、取っ手付き箱体Bxを移動棚200から引き出すことができる。あるいは、ロボットハンド100の底板122の前側部分122Aに取っ手付き箱体Bxが載置された状態で、ロボットハンド100は、電動機110を作動させてリンク機構130を伸ばし、隣接する案内板Wvと案内板Wvとにガイドローラ145を接触させながら、移動棚200の奥行方向に沿って吸着ヘッドユニット140および取っ手付き箱体Bxを移動棚200の奥へと導き、吸着パッド143bから取っ手付き箱体Bxを放して取っ手付き箱体Bxを移動棚200に収納することができる。このため、この箱体搬送ロボットシステムを用いることによって、移動棚200に載置された取っ手付き箱体Bxを下ろす作業、あるいは、取っ手付き箱体Bxを移動棚200に積み込む作業を自動的且つスムースに行うことができる。
(A)
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムではロボットアームRAにロボットハンド100が連結されていたが、ロボットハンド100は、フレーム式の移動機構に連結されていてもよい。また、ロボットハンド100は、常に、伸縮構造体KPの構成面(仮想の垂直面Fp)が鉛直方向に平行になるように取り付けられてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムのロボットハンド100では駆動源として電動機110が採用されると共に伸縮構造体KPの伸縮を実現する機構としてボールネジ115および水平スライダSHから成る機構が採用されたが、(i)駆動源および伸縮機構としてエアシリンダや油圧シリンダ等が採用されてもよいし、(ii)駆動源として電動機が採用されると共に伸縮構造体KPの伸縮を実現する機構としてラック・アンド・ピニオン機構が採用されてもよいし、(iii)駆動源として電動機が採用されると共に伸縮構造体KPの伸縮を実現する機構として株式会社椿本チエイン製のジップチェーンアクチュエータ(登録商標)が採用されてもよいし、(iv)駆動源として電動機が採用されると共に伸縮構造体KPの伸縮を実現する機構としてSERAPID社製のROLLBEAMが採用されてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムのロボットハンド100では伸び切った伸縮構造体KPを初期の収縮状態に戻すことを目的として着脱式ぜんまいバネユニット150が設けられていたが、同目的を達成する他の手段として(i)コイルバネが採用されてもよいし、(ii)電動機、ワイヤおよびクラッチ等から成る機構が採用されてもよい。かかる場合、伸縮構造体KPが伸びる際にワイヤが繰り出され、伸縮構造体KPが縮む際に電動機によってワイヤが巻き取られる。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムのロボットハンド100では物品の把持手段として吸着パッドユニット143が採用されたが、これに代えて二指ハンドや五指ハンド等の指付ハンドユニットや、チャックユニット等が採用されもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムのロボットハンド100では電動機110、前側支持突起部146および後側支持突起部123Aが上側に配設されていたが、電動機110、前側支持突起部146および後側支持突起部123Aは下側(例えば、底板122の下側等)に配設されてもよい。かかる場合、前側垂直スライダSVfおよび後側垂直スライダSVrの初期位置(収縮状態にあるときの位置)は、前側垂直レールRVfおよび後側垂直レールRVrの上端位置であり、前側垂直スライダSVfおよび後側垂直スライダSVrは、水平スライダSHの前進に伴って下降し、水平スライダSHの後退に伴って上昇する。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200では底壁210、天壁230および支柱240によって囲まれる空間を仕切り壁250が幅方向に2つに仕切っていたが、仕切り壁250は設けられなくてもよい。かかる場合、底壁210、天壁230および支柱240によって囲まれる空間が幅方向に仕切られない。または、仕切り壁250が2つ以上設けられてもよい。かかる場合、底壁210、天壁230および支柱240によって囲まれる空間が幅方向に3つ以上に仕切られる。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200では底壁210、天壁230、支柱240および仕切り壁250によって囲まれる2つの空間に棚板220がそれぞれ5つずつ配設されていたが、これらの空間に配設される棚板220の数は取っ手付き箱体Bxの高さに応じて適宜調整されてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200では案内板Wvが底壁210および棚板220の上面から垂直方向に沿って上方に延びていたが、案内板Wvが天壁230および棚板220の下面から垂直方向に沿って下方に延びていてもよい。かかる場合、取っ手付き箱体Bxの突起部Prの上端がこの案内板Wvの下端より上側に位置することが好ましい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200では、案内板Wvは前側案内板Wv1および後側案内板Wv2から形成され、前側案内板Wv1および後側案内板Wv2との間に隙間Wv3が形成されるように前側案内板Wv1および後側案内板Wv2は一定距離離間していたが、前側案内板Wv1および後側案内板Wv2との間に隙間Wv3は形成されなくてもよい。すなわち、前側案内板Wv1および後側案内板Wv2が連結していてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200に載置される取っ手付き箱体Bxには右側壁および左側壁から外方に延びる突起部Prが形成されていたが、突起部Prは右側壁および左側壁のいずれか一方から外方に延びていてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムの移動棚200では底壁210、天壁230、支柱240、仕切り壁250および棚板220によって囲まれる12つの空間に、案内板Wvがそれぞれ6つずつ配設されていたが、これらの空間に配設される案内板Wvの数は取っ手付き箱体Bxの幅(突起部Prを含む)に応じて適宜調整されてもよい。
先の実施の形態に係る箱体搬送ロボットシステムでは、移動棚200の底壁210または棚板220に載置された取っ手付き箱体Bxは、ロボットハンド100の吸着パッド143bによって吸着され、移動棚200から引き出されていた。しかし、取っ手付き箱体Bxは、押出部400によって移動棚200から押し出されてもよい。以下、図14および図15を参照して、移動棚200の後側に取っ手付き箱体Bxを押し出す際の押出部400、ロボットアームRAおよび制御装置の制御例について説明する。
140 吸着ヘッドユニット(把持部)
143 吸着パッドユニット(把持部)
145 ガイドローラ(被ガイド部)
200 移動棚(箱体載置棚)
220 棚板
400 押出部
Bx 取っ手付き箱体(箱体)
Pr 突起部(突起)
Wv 案内板(案内壁)
Claims (2)
- 物品を把持する把持部と、被ガイド部とを有するロボットハンドと、
前記ロボットハンドで把持する前記物品を載置する物品載置棚と
を備え、
前記ロボットハンドは、前記物品載置棚に対して直線運動可能であって、前記物品載置棚から前記物品を直動して引き出すか押し出し、或いは前記物品載置棚に前記物品を直動して収納するように構成され、
前記物品載置棚は、前記物品を載置する棚板と、直線運動中の前記ロボットハンドを案内する案内壁とを有し、
前記直線運動中の前記ロボットハンドは、前記案内壁に前記被ガイド部が接触して転がりながら案内される、
物品搬送ロボットシステム。 - 被ガイド部を有し、物品を押し出す押出部と、
前記押出部で押し出す前記物品を載置する物品載置棚と
を備え、
前記押出部は、前記物品載置棚に対して直線運動可能であって、前記物品載置棚から前記物品を直動して押し出し、或いは前記物品載置棚に前記物品を直動して収納するように構成され、
前記物品載置棚は、前記物品を載置する棚板と、直線運動中の前記押出部を案内する案内壁とを有し、
前記直線運動中の前記押出部は、前記案内壁に前記被ガイド部が接触して転がりながら案内される、
物品搬送ロボットシステム。
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