JP7409076B2 - ピッキング装置 - Google Patents

Description

本開示は、磁力によってワークをピッキングするピッキング装置に関する。

従来、バラ積みされた複数のワークの中から電磁石ハンドによる磁力を用いてワークを吸着するピッキング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１５４２３１号公報

しかしながら、従来のピッキング装置では、ワークを吸着する際に磁石がワークに衝突することによるワークへの衝撃が考慮されていなかった。このため、衝突によってワークに衝撃が加わる可能性があるという課題があった。

本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、磁力によってワークを吸着する際にワークへの衝撃を低減することができるピッキング装置を得ることを目的とするものである。

本開示に係るピッキング装置は、上下方向に移動する可動部を有する上下機構と、可動部に接続され、磁力によってワークを吸着するための磁石と、磁石の側面を覆う筒と筒の下面を塞ぐ底板とを有し、磁石の周囲を上下方向に移動可能に設けられ、非磁性材料で構成されるカバーと、カバーと磁石との上下方向の位置ずれの発生を検出する位置ずれセンサと、カバーが可動部に連動して下方に移動しているときに、カバーが磁石の周囲を相対的に上方向に移動して位置ずれが発生し、位置ずれの発生が検出されることでカバーがワークに接触したことを検知すると、可動部の移動速度を小さくする制御部と、を備える。

本開示に係るピッキング装置は、磁力によってワークを吸着する際にワークへの衝撃を低減することができるという効果を有する。

実施の形態１のピッキング装置を示す全体構成図。 実施の形態１のピッキング装置の一部を示す要部構成図。 実施の形態１のピッキング装置によるピッキング動作を示すフローチャート。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドの初期状態を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドの可動部の高速モードでの降下を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドのワークへの接触時の動作を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドの可動部の低速モードでの降下を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドがワークを吸着した状態を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドの可動部の上昇を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドがワークを吊り下げた状態を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドのシリンダがカバーを押下げる動作を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の吸着ハンドからワークを離脱する動作を示す断面図。 実施の形態１のピッキング装置の変形例の吸着ハンドの一部を示す要部断面図。 実施の形態２のピッキング装置を示す全体構成図。

以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。また、以下では、物が重力で落下する方向を下方向（－Ｚ方向）、その反対方向を上方向（＋Ｚ方向）と定義して説明する。

実施の形態１．
実施の形態１のピッキング装置について、図１から図１４を用いて説明する。

まず、本実施の形態のピッキング装置１００の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態のピッキング装置１００を示す全体構成図である。

ピッキング装置１００は、ワーク９０をピッキングする吸着ハンド１０、吸着ハンド１０を水平面内（Ｘ－Ｙ面内）の２方向に移動可能とする水平機構４０、ならびに吸着ハンド１０の動作および水平機構４０の動作を制御する制御部３０から構成される。なお、ワーク９０、複数のワーク９０を収納する収納箱６０およびワーク９０の搬送先である搬送台７０は、ピッキング装置１００の構成には含まれない。

吸着ハンド１０は、水平機構４０に取り付けられることによって、水平面内（Ｘ－Ｙ面内）の２方向に移動可能に設けられている。また、詳細は後述するが、吸着ハンド１０は、上下方向（±Ｚ方向）に移動する動作をしてワーク９０をピッキングする。吸着ハンド１０は制御部３０に接続されており、吸着ハンド１０の動作の制御は、制御部３０によって行われる。

制御部３０は、演算部３１、判断部３２、速度変更部３３および駆動制御部３４を有する。制御部３０はピッキング装置１００の吸着ハンド１０および水平機構４０の動作を制御するものであり、制御の詳細については後述する。

水平機構４０は、水平面内（Ｘ－Ｙ面内）に自由度を持つ移動機構である。水平機構４０は、吸着ハンド１０を水平方向に移動させることができる。水平機構４０は制御部３０に接続されており、水平機構４０の動作の制御は、制御部３０によって行われる。

ワーク９０を収納するための収納箱６０は、上面を有さない直方体状の箱体であり、水平機構４０による吸着ハンド１０の水平面内の可動範囲の下方に置かれる。収納箱６０は、ワーク９０を複数個収納するのに適切な大きさを有しており、収納箱６０内には複数のワーク９０がバラ積みされている。

搬送台７０は、水平機構４０による吸着ハンド１０の水平方向での可動範囲の下方において、収納箱６０が設けられる位置と別個の位置に設けられる台である。吸着ハンド１０によってワーク９０が吸着されて吊り下げられた後、水平機構４０を動作させることにより吸着ハンド１０を搬送台７０の上方へ移動させることでワーク９０を搬送し、その後ワーク９０が離脱されて搬送台７０上に載置される。

ワーク９０は、磁力によって吸着される材料で構成され、例えば鋼材のＳＳ４００から構成されるものとする。図１に示すワーク９０は、Ｍ１６、長さ５０ｍｍの六角キャップボルトである。なお、ワーク９０のボルト径および長さは、これに限られるものではない。また、ワーク９０は、磁力によって吸着されるものであればボルトでなくても構わない。

ここで、吸着ハンド１０の構成について、図２を用いて詳しく説明する。図２は、本実施の形態のピッキング装置１００の一部として吸着ハンド１０および制御部３０を示す要部構成図であり、吸着ハンド１０の上下移動における初期状態を表す。なお、制御部３０は、図１に示すように水平機構４０に接続されているが、図２では水平機構４０は図示を省略している。

吸着ハンド１０は、固定部１ａおよび可動部１ｂを有する上下機構としてのスライドアーム１、スライドアーム１の可動部１ｂに取り付けられたシャフト保持部２、シャフト保持部２の下部に取り付けられたシャフト３、シャフト３の下部に取り付けられた磁石４、シャフト３の周囲にシャフト３と摺動可能に設けられシャフト３をガイドするガイド部５、ガイド部５が取り付けられ磁石４の周囲を覆うカバー６、カバー６に固定された発光部７ａおよびシャフト保持部２に固定された受光部７ｂからなる位置ずれセンサとしての光センサ７、スライドアーム１の可動部１ｂに取り付けられた押出機構としてのエアシリンダ８、ならびにスライドアーム１の固定部１ａの上部に取り付けられた重量センサ９から構成される。

スライドアーム１は、上下方向（±Ｚ方向）に１軸の自由度を持ち、固定部１ａに対して可動部１ｂがスライドして移動する上下機構である。スライドアーム１の固定部１ａの上部には重量センサ９が取り付けられ、可動部１ｂの側面の下側にはシャフト保持部２、側面の上側にはエアシリンダ８がそれぞれ取り付けられている。また、スライドアーム１は、シャフト保持部２、シャフト３、磁石４、ガイド部５、カバー６、光センサ７およびエアシリンダ８の総荷重と移動時に発生するモーメントとに耐え得る強度に設計されている。制御部３０は、スライドアーム１の可動部１ｂの駆動形態として、高速モードと高速モードよりも速度が小さい低速モードとの２種類の速度モードを有している。

シャフト保持部２は、円柱形状に形成され、長手方向がスライドアーム１のスライド方向と平行になるように可動部１ｂの側面の下側に取り付けられている。また、シャフト保持部２は、下面側の中央にねじ穴を有しており、シャフト３の雄ねじが取り付けられる。さらに、シャフト保持部２には、光センサ７の受光部７ｂが固定されている。スライドアーム１の可動部１ｂが上下方向に移動すると、シャフト保持部２も連動して上下方向に移動する。なお、シャフト保持部２は、円柱形状に限られず、略円柱状または角柱形状などの形状で形成されてもよい。

シャフト３は、円柱形状に形成され、その両端に雄ねじを有している。シャフト３の上端は、シャフト３の長手方向の軸と同一軸上にシャフト保持部２が位置するように、シャフト保持部２のねじ穴に取り付けられる。一方、シャフト３の下端には、磁石４が取り付けられる。また、シャフト３は、ガイド部５内を上下方向に摺動し、かつ、カバー６の内部に収まる径を有する。シャフト３は、ワーク９０を吸着する際に、その衝撃または荷重によって変形しない太さ・材料で形成されることが望ましい。なお、シャフト３は、円柱形状に限られず、略円柱状、円筒形状または角柱形状などの形状で形成されてもよい。

磁石４は、円柱形状に形成された永久磁石である。磁石４の上面には中心にねじ穴が形成されており、シャフト３の雄ねじと接続されて取り付けられる。また、磁石４の外径は、ガイド部５の内径より大きく、円筒形状のカバー６の内径より小さい。磁石４はシャフト３およびシャフト保持部２を介して可動部１ｂに接続されているため、スライドアーム１の可動部１ｂが上下方向に移動すると、磁石４も連動して上下方向に移動する。なお、シャフト保持部２およびシャフト３を設けずに、長尺の磁石を可動部１ｂに直接固定し、ガイド部５内をこの長尺の磁石が摺動する構成としてもよい。

ガイド部５は、円筒形状を有しており、カバー６の内面に取り付けられている。ガイド部５の円筒内部をシャフト３が摺動するため、ガイド部５はシャフト３の長手方向と同軸上の向きに設けられている。また、ガイド部５の内径は、シャフト３がガイド部５内を摺動した際、シャフト３がぶれなく摺動することができる径とする。ガイド部５はシャフト３の摺動により摩擦力を受けるため、耐摩耗性が高い例えばポリアセタールなどの樹脂材料で構成することが望ましい。カバー６の内面にガイド部５が設けられていることによって、シャフト３はシャフト３の長手方向である上下方向（±Ｚ方向）に移動する方向が定められる。

カバー６は、磁石４の側面を覆う円筒形状で内部が空間となっており、円筒の上部および下部はそれぞれ上板６ａおよび底板６ｂで塞がれている。カバー６は、下面が底板６ｂで塞がれて磁石４がワーク９０側に露出していないので、ワーク９０に鉄粉などの異物が付着していてもカバー６の内部の空間に下面から磁力で引き寄せられて異物が侵入することが抑制される。その結果、異物混入に起因するカバー６内部での磁石４の滑らかな移動が妨げられることを抑制することができる。

また、カバー６の円筒の側面には、スライドアーム１と対向する側に長孔６ｃが２つ互いに平行して形成されている。なお、図２では２つの長孔６ｃのうち１つを図示している。長孔６ｃにはスライドアーム１にシャフト保持部２を固定するボルト（図示せず）が通り、ガイド部５と協働してカバー６が上下方向（±Ｚ方向）に移動するためのガイドとなっている。なお、カバー６に設けられた長孔は、これに限られるものではなく、カバー６が上下方向に移動することを妨げないものであれば、他の形態であっても構わない。他の形態の場合は、カバー６の上下方向の移動はガイド部５のみでガイドされることになる。

カバー６の円筒内部には、シャフト保持部２、シャフト３、磁石４、ガイド部５および光センサ７が設けられており、このうちガイド部５はカバー６の円筒の内面に固定されている。また、カバー６は、磁石４に吸着されないために、非磁性材料で形成される。さらに、カバー６は、ワーク９０に接触して僅かではあるが衝撃を受けるため、摩耗・衝撃に強く、軽量化が図れる例えば樹脂で製作することが望ましい。このようなカバー６の材料としては、例えばポリアセタールまたはポリイミドなどが用いられる。なお、カバー６は円筒形状で下面が底板６ｂで塞がれる構成としているが、カバーとしては円筒形状に限らず、磁石４の側面を覆う筒で下面が底板で塞がれた構成であればよい。

カバー６の長手方向すなわち上下方向（±Ｚ方向）の長さは、シャフト保持部２、シャフト３および磁石４がそれぞれ取り付けられた状態での上下方向（±Ｚ方向）の長さよりも長く設けられる。そして、カバー６は、シャフト保持部２、シャフト３および磁石４の周囲を上下方向に移動可能に設けられている。カバー６が自重によって下側に移動して静止した状態（初期状態）では、図２に示すように、カバー６の円筒と底板６ｂと磁石４の下面とで囲まれた領域には、図２において破線で示された下部空間１１が存在する。初期状態において、下部空間１１によるカバー６の底板６ｂの内側上面と磁石４の下面との間の距離Ａは、磁石４の磁力によってワーク９０がカバー６の底板６ｂ側から吸着されない距離とすることが望ましい。なお、カバー６は、自重によって初期状態となるものに限られず、エアシリンダ８によって押下げられて初期状態となるものとしてもよい。

カバー６は、初期状態では上板６ａの内面がシャフト保持部２の上面に接しているため、初期状態のままスライドアーム１の可動部１ｂが下方（－Ｚ方向）に移動した場合、カバー６の底板６ｂの下面に外部から接触する物体が無ければ、可動部１ｂに連動してシャフト保持部２、シャフト３および磁石４が下方（－Ｚ方向）に移動するのと同様、カバー６も連動して下方（－Ｚ方向）に移動する。一方、可動部１ｂが下方に移動し、可動部１ｂに連動してシャフト保持部２、シャフト３、磁石４およびカバー６が下方に移動している時に、カバー６の底板６ｂに例えばワーク９０が接触した場合、シャフト保持部２、シャフト３および磁石４は下方に移動し続けるが、カバー６はシャフト保持部２、シャフト３および磁石４に対して上方に移動し、見かけ上はほぼ静止した状態となる。そして、カバー６の上板６ａの内側下面はシャフト保持部２の上面から離間して上部空間ができ、底板６ｂの内面と磁石４の下面との間の下部空間１１が狭まる。この動作についての詳細は後述する。

光センサ７は、カバー６の内側側面に固定された発光部７ａおよびシャフト保持部２に固定された受光部７ｂからなり、カバー６の底板６ｂの下面がワーク９０に接触したタイミングを検知するための位置ずれセンサである。光センサ７の発光部７ａと受光部７ｂは、図２に示す初期状態において互いに対向する位置に設けられる。すなわち、カバー６が初期状態の位置にあるとき、発光部７ａからの光を受光部７ｂが受光することができる。一方で、カバー６が初期状態から磁石４の周囲を移動した場合には、カバー６に固定された発光部７ａとシャフト保持部２に固定された受光部７ｂとの上下方向（±Ｚ方向）での位置にずれが生じ、受光部７ｂは発光部７ａからの光を受光できなくなる。したがって、カバー６の底板６ｂがワーク９０に接触してカバー６が押上げられて位置がずれることで受光部７ｂは発光部７ａからの光を受光できなくなるため、カバー６の底板６ｂがワーク９０に接触したタイミングを検知することが可能となる。言い換えれば、位置ずれセンサとしての光センサ７は、磁石４がシャフト保持部２に連動して移動するので、カバー６と磁石４との初期状態からの上下方向の位置ずれ発生を検出することができる。光センサ７による受光信号は、受光部７ｂに接続された制御部３０の速度変更部３３に出力される。

エアシリンダ８は、スライドアーム１の可動部１ｂの側面の上側に取り付けられた単動押出し式の押出機構である。エアシリンダ８は、カバー６の上板６ａの上面中央部を下方（－Ｚ方向）に押出すことができる位置に設けられる。また、エアシリンダ８は、磁石４によって吸着されたワーク９０を離脱するために十分な推力があるものとする。なお、押出機構としてのエアシリンダ８は、カバー６を下方に押下げることにより磁石４によって吸着されたワーク９０を離脱できるものであればよく、空圧式に限らず例えば油圧式または電磁式のシリンダなどを用いることもできる。

重量センサ９は、スライドアーム１の固定部１ａの上部に取り付けられており、スライドアーム１、シャフト保持部２、シャフト３、磁石４、ガイド部５、カバー６、光センサ７およびエアシリンダ８、ならびに磁石４によって吸着されたワーク９０の合計重量を測定する。測定された重量は制御部３０に重量信号として出力され、ワーク９０の吸着動作前の重量と吸着動作後の重量との差を算出して、ワーク９０の単体重量で割ることで、吸着したワーク９０の個数を算出することができる。

以上のように構成された吸着ハンド１０には、図２に示すように、スライドアーム１、光センサ７の受光部７ｂ、エアシリンダ８および重量センサ９に制御部３０がそれぞれ接続されている。以下、制御部３０の詳細について説明する。

制御部３０は、図１および図２に示すように、吸着ハンド１０の光センサ７の受光部７ｂおよび重量センサ９からそれぞれ受光信号および重量信号が入力され、水平機構４０および吸着ハンド１０のスライドアーム１の移動の動作、ならびに吸着ハンド１０のエアシリンダ８の押出し動作をそれぞれ制御するように接続されている。また、制御部３０は、演算部３１、判断部３２、速度変更部３３および駆動制御部３４を有する。

演算部３１は、重量センサ９に接続され、重量センサ９で測定された合計重量のデータが入力される。演算部３１は、入力された合計重量のデータを用いて、吸着動作前と吸着動作後との合計重量の差を算出する。そして、算出した差を予め記憶されまたは外部から入力されたワーク９０の１個分の重量で割ることで、吸着したワーク９０の個数を算出する。そして、演算部３１は、算出したワーク９０の吸着個数を判断部３２に出力する。

判断部３２は、演算部３１から入力されたワーク９０の吸着個数に基づいて、ピッキングの成否および次の制御を判断し、判断結果を駆動制御部３４に出力する。例えば、ワーク９０の吸着個数が「１」であれば、ワーク９０の単体でのピッキングができたと判断して、ワーク９０の搬送開始を指令する制御信号を出力する。一方で、ワーク９０の吸着個数が「０」または「２以上」であれば、ワーク９０の単体でのピッキングができなかったと判断して、再度ワーク９０の吸着を試みることを指令する制御信号を出力する。これらの判断についての詳細は、図３の説明において後述する。

速度変更部３３は、光センサ７の受光部７ｂに接続され、光センサ７の受光部７ｂが発光部７ａからの光を受光したか否かを示す受光信号が入力される。そして、速度変更部３３は、受光部７ｂから入力された受光信号に基づいて、スライドアーム１の可動部１ｂの速度モードを設定して駆動制御部３４に出力する。例えば、吸着ハンド１０によるワーク９０の吸着動作の開始時には、可動部１ｂの速度モードを高速モードとすることを指令する制御信号を駆動制御部３４に出力する。そして、スライドアーム１の可動部１ｂが高速モードで下方に移動している時に、受光部７ｂが発光部７ａからの光を受光しなくなったことで磁石４とカバー６との上下方向の位置ずれ発生を示す受光信号が速度変更部３３に入力されると、速度変更部３３は、受光信号によりカバー６がワーク９０に接触したことを検知し、可動部１ｂを低速モードに変更することを指令する制御信号を駆動制御部３４に出力する。吸着動作についての詳細は、図３を用いたピッキング装置１００のピッキング動作の説明において後述する。

駆動制御部３４は、判断部３２および速度変更部３３からの入力情報に基づいて、スライドアーム１、エアシリンダ８および図１に示す水平機構４０の駆動を制御する。例えば、判断部３２からワーク９０の搬送開始を指令する制御信号が入力されると、駆動制御部３４は、水平機構４０を動作させて吸着ハンド１０を搬送台７０の上方に移動させることによりワーク９０を搬送することを指令する制御信号を出力する。また、ワーク９０の離脱が必要な場合、駆動制御部３４は、エアシリンダ８を押下げる動作を指令する制御信号を出力する。さらに、速度変更部３３から速度モードの変更を入力されると、駆動制御部３４は、スライドアーム１の可動部１ｂの移動速度の変更を指令する制御信号を出力する。これらの制御の詳細については、図３の説明において後述する。

次に、ピッキング装置１００によるピッキング動作について、図３から図１２を用いて説明する。図３は、本実施の形態のピッキング装置１００によるピッキング動作を示すフローチャートである。また、図４から図１２は、本実施の形態のピッキング装置１００の吸着ハンド１０の一連の各動作または状態を連続して説明するための断面図である。なお、図４から図１２では、矢印によって移動の方向および速度を概略的に示している。

まず、制御部３０の駆動制御部３４は、図１の水平機構４０を制御して、吸着ハンド１０をワーク９０がバラ積みされている収納箱６０の上方の位置まで水平面内（Ｘ－Ｙ面内）を移動させる（ステップＳ１０１）。このとき、図４に示すように、吸着ハンド１０は、初期状態としてカバー６の上板６ａの内側下面がシャフト保持部２の上面に接する位置までカバー６が降下しており、カバー６の底板６ｂの内面と磁石４の下面との間には既に説明したように破線で示された下部空間１１を有する。

ここで、ステップＳ１０１における吸着ハンド１０の水平面内（Ｘ－Ｙ面内）での移動について詳しく説明する。吸着ハンド１０は、水平機構４０を駆動させることにより、水平面内（Ｘ－Ｙ面内）を規則的に移動するように制御するとよい。具体的には、予め収納箱６０を設置する位置を規定した位置情報を制御部３０に記憶させておき、収納箱６０の範囲内を一定範囲ごとに区画する。そして、一区画ずつ吸着ハンド１０を順番に移動させ、その都度後述するステップＳ１０３からステップＳ１０７の吸着動作を行うものとする。あるいは、吸着ハンド１０の移動がランダムになるように制御することもできる。ランダムにする場合は、予め収納箱６０を設置する範囲を同様に記憶させておき、その範囲内において乱数で生成させた位置情報にしたがって位置を変えてその都度吸着動作を行う。このようにすることで、いずれにしても、二次元センサなどによるワーク９０の位置情報を用いることなくピッキングを行うことが可能となる。

図３に戻って、水平機構４０の動作完了後、重量センサ９は、吸着ハンド１０による吸着動作前の重量測定を行う（ステップＳ１０２）。ここでは、スライドアーム１、シャフト保持部２、シャフト３、磁石４、ガイド部５、カバー６、光センサ７およびエアシリンダ８の合計重量が測定されることになる。重量測定した結果は、重量センサ９から制御部３０の演算部３１に重量信号として出力され、一時的に演算部３１に保存される。なお、ワーク９０が吸着されていない時の重量を予め演算部３１に記憶しておくようにすれば、ステップＳ１０２を省略することもできる。

ステップＳ１０２の重量測定後、駆動制御部３４は、吸着ハンド１０のスライドアーム１の駆動を制御して、図５に示すように、可動部１ｂを高速モードで降下させる（ステップＳ１０３）。ここでは、可動部１ｂの降下に連動して、下部空間１１を有したまま磁石４およびカバー６が一体で降下する。なお、このときの速度モードの設定は速度変更部３３によって行われ、ステップＳ１０３では高速モードに設定されている。

可動部１ｂが降下を開始すると、速度変更部３３は、光センサ７の受光部７ｂからの入力に基づいて、光センサ７の発光部７ａと受光部７ｂとの位置ずれ発生の有無からカバー６とワーク９０との接触の有無を監視する（ステップＳ１０４）。具体的には、光センサ７の受光部７ｂは、速度変更部３３に連続して受光信号を出力し続ける。速度変更部３３は、受光信号から受光部７ｂが発光部７ａからの光を受光していて磁石４とカバー６との上下方向の位置ずれ発生が無い場合は接触を検知しないが、受光信号から受光部７ｂが発光部７ａからの光を受光しなくなって磁石４とカバー６との上下方向の位置ずれが発生するとカバー６がワーク９０に接触したことを検知することになる。

位置ずれ発生が無く、速度変更部３３がカバー６とワーク９０の接触を検知していない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻って、高速モードのままで可動部１ｂの降下を続ける。そして再び速度変更部３３は接触の有無を監視する。

一方、位置ずれが発生し、速度変更部３３がカバー６とワーク９０との接触を検知した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、スライドアーム１の可動部１ｂの降下速度を低速モードに変更することを指令する制御信号を駆動制御部３４に出力する。そして、駆動制御部３４は、速度変更部３３からの制御信号を受けて低速モードに変更して降下するようにスライドアーム１の可動部１ｂの移動速度を制御する（ステップＳ１０５）。

ここで、ステップＳ１０４における接触の有無の判断およびステップＳ１０５について以下詳しく説明する。

ステップＳ１０４において、可動部１ｂは高速モードで降下を続け、速度変更部３３はカバー６とワーク９０の接触の有無を監視する。可動部１ｂが降下を続けると、降下した先にワーク９０が存在する場合は、図６に示すように、カバー６の底板６ｂの下面がワーク９０に接触することになる。なお、この時点では、下部空間１１によりワーク９０と磁石４との間は距離Ａだけ離間しているため、ワーク９０は磁石４によっては吸着されない。

そして、カバー６の底板６ｂの下面がワーク９０に接触した後も可動部１ｂが降下を続けると、シャフト保持部２、シャフト３および磁石４は可動部１ｂに連動して降下を続け、一方で、カバー６は降下せずにシャフト保持部２、シャフト３および磁石４の周囲を相対的に上方向に移動する。このとき、図７に示すように、光センサ７の発光部７ａと受光部７ｂとの上下方向での位置にはずれが生じており、可動部１ｂは低速モードで下方に移動している。

つまり、図６に示す動作と図７に示す動作との間において、光センサ７の発光部７ａと受光部７ｂとの上下方向での位置に僅かにずれが生じた段階で、発光部７ａからの光を受光していないことを示す受光信号が速度変更部３３に出力され、速度変更部３３は、受光部７ｂから入力された受光信号に基づいて、カバー６とワーク９０の接触を検知する（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）。

接触が検知された後は、駆動制御部３４は低速モードで降下するように可動部１ｂの速度を制御する（ステップＳ１０５）。そして、可動部１ｂが低速モードで降下してカバー６が磁石４の周囲を相対的に上方に移動することにより、図７に示すように、下部空間１１は初期状態よりも狭くなり、シャフト保持部２の上面とカバー６の上板６ａの内面との間が離間して、下部空間１１が狭まった高さ分だけ上部空間１２ができる。

ステップＳ１０５で可動部１ｂの速度が低速モードに変更された後、駆動制御部３４は、図８に示すように、速度変更部３３によってカバー６がワーク９０に接触したことを検知したタイミングを基準にして、可動部１ｂを距離Ａだけ降下させてから停止させる（ステップＳ１０６）。そうすると、吸着ハンド１０はピッキング対象となるワーク９０を、カバー６を介して磁石４によって吸着することができる。

ワーク９０の吸着後、駆動制御部３４は、図９に示すように、スライドアーム１の可動部１ｂを、ワーク９０が吸着ハンド１０から離脱して落下しても他の複数のワーク９０および落下したワーク９０への衝撃が問題とならない定位置まで上昇させて停止させる（ステップＳ１０７）。これにより吸着ハンド１０は、磁石４によって吸着されたワーク９０を収納箱６０から引き上げて吊り下げた状態となる。

以上のステップＳ１０３からステップＳ１０７までを吸着ハンド１０によるワーク９０の吸着動作とする。

スライドアーム１の可動部１ｂの移動停止後すなわち吸着動作の終了後、重量センサ９は、吸着動作後の重量測定を行う（ステップＳ１０８）。ここでは、スライドアーム１、シャフト保持部２、シャフト３、磁石４、ガイド部５、カバー６、光センサ７およびエアシリンダ８と、吊り下げられたワーク９０が存在する場合は当該ワーク９０との合計重量が測定されることになる。重量測定した結果は、制御部３０の演算部３１に重量信号として出力される。

演算部３１は、重量センサ９から入力された吸着動作前および吸着動作後の重量測定の結果に基づいて、吸着動作前後での合計重量の差を算出してワーク９０の１個分の重量で割ることで、吸着ハンド１０が吸着して吊り下げているワーク９０の吸着個数を算出する（ステップＳ１０９）。そして、演算部３１は、算出した吸着個数の情報を判断部３２に出力する。なお、算出する吸着個数は、端数を四捨五入または切り捨てることにより、０以上の整数として求めることとする。

次に、判断部３２は、演算部３１から入力されたワーク９０の吸着個数が「０」であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

吸着個数が「０」である場合は（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、判断部３２は、吸着ハンド１０によってワーク９０を吸着できなかったと判断して、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０１では、駆動制御部３４は、再び水平機構４０を動作させて前回吸着動作を行った位置と別の位置に吸着ハンド１０を移動させる。

一方、吸着個数が「０」でない場合は（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、判断部３２は、さらに、演算部３１から入力されたワーク９０の個数が「２以上」であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。

吸着個数が「２以上」である場合は（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、判断部３２は、吸着ハンド１０によってワーク９０が複数個吸着された、すなわちワーク９０を単体で吸着できなかったと判断して、駆動制御部３４へワーク９０の離脱を指令する制御信号を出力する。駆動制御部３４は、水平機構４０を動作させず、すなわち吸着ハンド１０の水平面内での位置を移動させずに収納箱６０の上方でエアシリンダ８を押下げることにより吸着ハンド１０からワーク９０を離脱させる（ステップＳ１２１）。ワーク９０の離脱後、エアシリンダ８を引き戻し、カバー６が自重により初期状態に戻った後に、ステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０１では、駆動制御部３４は、再び水平機構４０を動作させて前回吸着動作を行った位置と別の位置に吸着ハンド１０を移動させる。

一方、吸着個数が「２以上」でない場合は（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、吸着個数は「０」でも「２以上」でもなく、すなわち「１」である。このとき判断部３２は、吸着ハンド１０によってワーク９０を単体で吸着して吊り下げることができたと判断して、ワーク９０の搬送開始を指令する制御信号を駆動制御部３４に出力する。駆動制御部３４は、まず、スライドアーム１の可動部１ｂを上限まで上昇させてから停止させる（ステップＳ１１２）。

可動部１ｂの停止後、駆動制御部３４は、水平機構４０を動作させて吸着ハンド１０を水平面内（Ｘ－Ｙ面内）で移動させ、図１０に示すように、ワーク９０を吊り下げたままの状態で搬送を行う（ステップＳ１１３）。

水平機構４０によって吸着ハンド１０が搬送台７０の上方まで移動されると、駆動制御部３４は、水平機構４０による吸着ハンド１０の移動を停止させる。そして、駆動制御部３４は、図１１に示すように、エアシリンダ８を押下げる。そうすると、図１２に示すように、ワーク９０は吸着ハンド１０から搬送台７０へと離脱される（ステップＳ１１４）。ワーク９０の離脱後、エアシリンダ８を引き戻し、カバー６が自重により初期状態に戻る。

このようにしてワーク９０が搬送台７０に搬送されることによって、単体のワーク９０のピッキングが完了する。

このように構成されたピッキング装置１００の効果について説明する。

ピッキング装置１００は、カバー６がワーク９０に接触した後に可動部１ｂの移動速度を高速モードから低速モードに変更することができるため、スライドアーム１の可動部１ｂが高速モードのまま降下することでカバー６を介して磁石４がワーク９０に強く衝突し、ワーク９０が衝撃を受けることを抑制することができる効果を奏する。ワーク９０に衝撃が加わることでワーク９０に傷がつくことが懸念されるが、衝撃を低減することで傷がつくことを防止できる。

特に、磁石４として永久磁石を用いる場合、吸着動作時に磁力の調整ができないため、スライドアーム１に連動して磁石４が下方に移動することによる下向きの速度および磁石４の磁力によってワーク９０が吸い寄せられることによる上向きの速度の双方によってワーク９０に衝撃が加わることが懸念される。そこで、本実施の形態のピッキング装置１００では、磁石４がワーク９０を吸着し得る距離まで接近する前にカバー６がワーク９０に接触することにより、磁石４とワーク９０との間が下部空間１１によって距離Ａだけ離れた状態でスライドアーム１の速度を低速モードに変更することができる。これにより、磁石４が下方に移動することによる下向きの速度が小さくなることから、相対的にワーク９０に加わる衝撃は小さくなるといえる。

また、ピッキング装置１００の吸着ハンド１０では、初期状態で下部空間１１を有するように構成しているため、磁石４に永久磁石を用いてもカバー６をエアシリンダ８によって押出すことで吸着しているワーク９０を離脱させることが可能となる。これによって、ピッキングに磁力の調整を必要とせず、電磁石用の電源が不要になるなど、装置構成の簡略化を図ることができる効果を奏する。

さらに、カバー６の内部にはガイド部５が設けられており、シャフト３がガイド部５内を摺動するため、シャフト３がぶれなく摺動することができる。これによって、磁石４が上下方向にぶれなく移動することが可能となり、安定したピッキング動作を行うことができる効果を奏する。なお、シャフト保持部２およびシャフト３を設けずに長尺の磁石がガイド部５内を摺動する場合も同様である。

また、ピッキング装置１００は、規則的またはランダムに収納箱６０の範囲内の上方で水平機構４０を動作させてその都度図３のステップＳ１０３からステップＳ１０７に示した吸着動作を行うため、ワーク９０の位置情報を取得することなくピッキングを行うことができる効果を奏する。これにより、位置情報を取得するための構成が不要となるため、ピッキング装置１００全体での低コスト化をすることができる。

特に、ビジョンセンサなどを用いて位置情報を取得してピッキングを行う場合、例えば表面に光沢があるまたは表面が鏡面のワーク、複雑な構造を有するワークなど、パターン光による位置情報検出が困難なワークには適用することができなかった。また、センサでの位置情報認識時からワークが動いてしまった場合にもピッキングできないという課題があった。したがって、本実施の形態のピッキング装置１００であれば位置情報を必要としないため、このようなワークに対してもピッキングを行うことができるという効果を奏する。

また、カバー６は非磁性材料で構成されるため、磁石４の磁力の影響を受けない。そのため、磁石４の周囲を滑らかに移動することができる。また、吸着ハンド１０において磁石４がカバー６に覆われているため、磁石４に金属片や金属粉などの異物が付着することを防ぐことができ、異物混入に起因するカバー６内部での磁石４の滑らかな移動が妨げられることを防ぐことができる効果を奏する。したがって、磁石４はカバー６によって少なくとも下面側が覆われていればよい。

実施の形態１のピッキング装置の変形例について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態のピッキング装置１００を変形したピッキング装置の吸着ハンドの一部を示す要部断面図である。

吸着ハンドにおいて、磁石４の径をワーク９０の径よりも小さくすることで、図１３のような状態では２つのワーク９０はいずれも吸着されない。

このように構成されたピッキング装置にあっては、ワーク９０を複数個吸着しない、すなわち単体でピッキングすることができる効果を奏する。このため、ワーク９０が０個または１個吸着されるものとして、吊り下げられたワーク９０の吸着個数の判断を省略して搬送することもできる。

なお、本実施の形態では、磁石４とカバー６との上下方向での位置ずれ発生を検出する位置ずれセンサとして光センサ７を用いる構成について説明したが、これに限られるものではなく、磁気センサを用いたオートスイッチなどを用いることもできる。

また、本実施の形態では、吊り下げられたワーク９０の重量を測定するために重量センサ９を用いる構成について説明したが、重量センサ９の代わりに力覚センサを用いることもできる。

本実施の形態では、スライドアーム１は高速モードと低速モードとの２種類の速度モードを有しており、高速モードから低速モードに変更されるものとして説明したが、磁石４とカバー６との位置ずれが検出された後にその速度が低下するものであればこれに限られるものではなく、速度は徐々に低下するものとしてもよいし、３段階以上の速度の速度モードを有するものとしてもよい。

また、本実施の形態では、初期状態で図２に示す下部空間１１を有する構成について説明したが、これに限られるものではなく、少なくともピッキング装置の吸着動作においてカバー６の底板６ｂの下面がワーク９０に接触する直前までに磁石４の下面と底板６ｂの内側上面との間を距離Ａだけ離間した下部空間１１を有する構成とすればよい。

スライドアーム１は本実施の形態で示した１軸（Ｚ軸）のみに自由度を持ち固定部１ａに対して可動部１ｂがスライドして移動するものに限られるものではなく、２軸以上に自由度を持ち単軸動作が可能であるロボットアームなどを用いても構わない。

また、本実施の形態では、磁石４として永久磁石を用いる場合について説明したが、電磁石を用いることもできる。電磁石を用いる場合は、磁力の調整が容易なため、対象となるワークの重量に応じて磁力を変更することであらゆるワークに対応することができるという効果を奏する。また、カバー６が移動可能に設けられることによって衝撃を低減することができるため、吸着前後での磁力の調整を必要とせず、より簡易な構成とすることができる効果を奏する。

さらに、磁石４は、永久磁石または電磁石のいずれを用いる場合にあっても、磁力にマージンを設けることができる。これによって、ワーク９０の搬送時における揺れなどによってワーク９０が落下することを防止することができる効果を奏する。ワーク９０を単体でピッキングするためには、磁力は２個のワークを吸着可能な磁力よりも小さいものとすることが望ましい。

実施の形態２．
実施の形態２のピッキング装置について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態のピッキング装置２００を示す全体構成図である。

ピッキング装置２００は、実施の形態１のピッキング装置１００に二次元情報取得部として二次元センサ５０をさらに設けたものである。ピッキング装置２００のその他の構成については、ピッキング装置１００と同様であるため、説明を省略する。

二次元センサ５０は、二次元の情報を取得する二次元情報取得部である。なお、二次元センサ５０は、二次元情報を取得するものであればこれに限られるものではなく、カメラなどを用いてもよい。

実施の形態１ではピッキング装置１００の水平機構４０を動作させて吸着ハンド１０を移動させるにあたり、規則的またはランダムに移動させることにより位置情報を何ら必要としない動作について説明したが、ピッキング装置２００は、二次元でのワーク９０の位置情報を取得してピッキングを行う。

すなわち、本実施の形態のピッキング装置２００では、実施の形態１で説明した図３のステップＳ１０１において、二次元センサ５０によって吸着対象とする単体のワーク９０の位置情報を取得して駆動制御部３４に出力し、駆動制御部３４は、入力された位置情報に基づいて吸着対象とする特定のワーク９０の上方へ吸着ハンド１０を水平機構４０によって移動させる。

このように構成されたピッキング装置２００にあっては、吸着対象とする特定のワーク９０が存在することを認識した位置に吸着ハンド１０を移動させるため、ピッキングの成功率が上がり、ピッキングの所要時間を短縮することができる効果を奏する。

また、ピッキング装置２００は、吸着動作において速度モードを高速モードから低速モードに変更するため、ワーク９０に与える衝撃を低減することができる効果を奏する。特に、本実施の形態では、二次元の位置情報を使用するが、上下方向すなわち高さ方向の位置情報は必要としないため、パターン光によって高さ方向の位置情報を取得するビジョンセンサを用いることなく吸着動作をすることができる。したがって、例えば表面に光沢があるまたは表面が鏡面のワーク、複雑な構造を有するワークなど、パターン光による位置情報の検出が困難なワークにも適用することができ、このようなワークの吸着動作においてもワーク９０に与える衝撃を低減することができる効果を奏する。

さらに、ピッキング装置２００は二次元の位置情報のみを取得することでピッキングを行うことができるため、ビジョンセンサなどを用いて三次元の位置情報を取得してピッキングを行う場合と比較して、低コスト化ができるという効果を奏する。

なお、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略することも、本開示の範囲に含まれる。

１ スライドアーム（上下機構）、１ａ 固定部、１ｂ 可動部、２ シャフト保持部、３ シャフト、４ 磁石、５ ガイド部、６ カバー、６ａ 上板、６ｂ 底板、６ｃ 長孔、７ 光センサ（位置ずれセンサ）、７ａ 発光部、７ｂ 受光部、８ エアシリンダ（押出機構）、９ 重量センサ、１０ 吸着ハンド、１１ 下部空間、１２ 上部空間、３０ 制御部、３１ 演算部、３２ 判断部、３３ 速度変更部、３４ 駆動制御部、４０ 水平機構、５０ 二次元センサ（二次元情報取得部）、６０ 収納箱、７０ 搬送台、９０ ワーク、１００、２００ ピッキング装置。

Claims (10)

1. 上下方向に移動する可動部を有する上下機構と、
   前記可動部に接続され、磁力によってワークを吸着するための磁石と、
   前記磁石の側面を覆う筒と前記筒の下面を塞ぐ底板とを有し、前記磁石の周囲を上下方向に移動可能に設けられ、非磁性材料で構成されるカバーと、
   前記カバーと前記磁石との上下方向の位置ずれの発生を検出する位置ずれセンサと、
   前記カバーが前記可動部に連動して下方に移動しているときに、前記カバーが前記磁石の周囲を相対的に上方向に移動して前記位置ずれが発生し、前記位置ずれの発生が検出されることで前記カバーが前記ワークに接触したことを検知すると、前記可動部の移動速度を小さくする制御部と、
   を備えたピッキング装置。
2. 前記制御部は、
   前記可動部の駆動形態として高速モードおよび前記高速モードよりも速度が小さい低速モードを有し、
   前記カバーが前記ワークに接触したと判断する前は前記可動部を前記高速モードで下方に移動させ、
   前記カバーが前記ワークに接触したと判断した後は前記可動部を前記低速モードに変更して下方に移動させること
   を特徴とする請求項１に記載のピッキング装置。
3. 前記カバーの前記筒の内部にガイド部が設けられていること
   を特徴とする請求項１または２に記載のピッキング装置。
4. 前記上下機構は、水平機構に取り付けられていること
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピッキング装置。
5. 前記制御部は、前記ワークが収納された収納箱の上方の範囲内で前記上下機構を水平方向に規則的に移動させた後に、前記可動部を下方に移動させること
   を特徴とする請求項４に記載のピッキング装置。
6. 前記制御部は、前記ワークが収納された収納箱の上方の範囲内で前記上下機構を水平方向に乱数で生成させた位置情報にしたがって移動させた後に、前記可動部を下方に移動させること
   を特徴とする請求項４に記載のピッキング装置。
7. 二次元情報のみを取得する二次元情報取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記二次元情報取得部によって前記ワークの二次元での位置のみを認識し、前記上下機構を前記ワークの上方まで水平方向に移動させた後に、前記可動部を下方に移動させること
   を特徴とする請求項４に記載のピッキング装置。
8. 前記ワークを吊り下げ可能な位置まで前記可動部を上方に移動させた状態で、吊り下げられた前記ワークの重量を測定するための重量センサをさらに有し、
   前記制御部は、前記重量センサで測定された重量に基づいて吊り下げられた前記ワークの個数を算出し、前記個数が１であると判断した場合は、前記上下機構を水平方向に移動させて前記ワークを搬送すること
   を特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載のピッキング装置。
9. 前記磁石の径は、前記ワークの径よりも小さいこと
   を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のピッキング装置。
10. 前記磁石は、永久磁石であること
    を特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のピッキング装置。

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