JP7495729B2 - コンテナ移載システム - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 株式会社フジキカイ 美濃工場 内覧会、令和２年１０月５日（資料１，２参照）

本発明は、狭隘なエリアで移載物として特にコンテナに対し、いわゆる段ばらしや段積みを可能にしながら移載する移載ロボットと、それを採用したコンテナ移載システムに関する。

従来、様々な分野において産業用ロボットを用いた自動化が進み、生産ラインにおける成形機から排出される又は取り出される成形品を自動的にコンテナに箱詰めするシステムや近時ではおにぎりやサンドイッチ等のコンビニエンスストア向けの惣菜をピッキングしてコンテナに詰める産業用ロボット等も開発されてきている。

例えば、特許文献１には「物品移載装置」という名称で、弁当や惣菜等の物品を配送用コンテナとしての番重に詰め込む物品移載装置が開示されている。この物品移載装置では、詰め込むロボットを中央に配し、前方よりコンベアで搬送される物品を掴んで左右にある番重に詰め、一方の番重が満杯になるとその番重をコンベアで排出し、他方の番重にロボットで物品を詰めつつ、空の番重をコンベアを用いて排出した側の作業エリアに供給する。このようにすることでラインを停止させることなく効率的に作業を実施することができる。

また、特許文献２には「多関節ロボット」という名称で、液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れする多関節ロボットが開示されている。この多関節ロボットは、この特許文献２の図１に示されるように、上下移動機構１１が図中矢印で示されるハンド部８の移動方向と同方向のコラム１２側面において配置され台座１３によって回動可能に構成されている。また、上下移動機構１１とアーム２の基端の関節部とを連結する支持部材１０は、ハンド部の移動方向に突出し、支持部材１０が下端に移動した際でも台座１３に干渉しないようにハンド部８の移動方向にオフセットしたように形成されている。

さらに、特許文献３には「産業用ロボット装置」という名称で、基台に鉛直軸を介して枢着された旋回台に設けられた柱体に案内されて昇降する昇降台から突設される腕を備えて、収納棚から物品を能率よく移送できるロボット装置が開示されている。この産業用ロボット装置では、昇降台から突設される腕が、基部腕と、この基部腕の回動端の下端に一端が鉛直軸を介して枢着されて回動動作する中間腕と、この中間腕の回動端の上面に一端が鉛直軸を介して枢着されて回動動作する先端腕とから構成され、この先端腕の回動端の下側に吸着面が中間腕の下面よりも下側に配置される吸着把手を設けることで、収納棚がその上下方向及び間口方向に互いに配置されて、物品との間口方向及び上下方向の余裕寸法が少なくても物品を容易に吸着して能率的に移送することができる。

特開２０１７－９５２８２号公報 特許第４１６８４０９号公報 特許第３３７６２７５号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術は、コンテナの移動に複数のコンベアとリフトを使用しており、さらにコンテナを取り出す段ばらし装置やコンテナを積み上げる段積み装置が必要であり、コンテナの移動に関する装置やその制御が複雑となっており、作業効率も悪いという課題があった。
また、特許文献２に開示される技術は、自立して液晶用のガラス基板や半導体ウェハ等の薄板状のワークをストッカに出し入れするロボットであるが、大型の薄板状のワークの搬送が目的であることもあって、台座の回動軸とコラムが離れており台座が回動するとコラムが大きく回動することになり、狭隘な敷地でのアームも含めた自由な回動が困難であるという課題があった。
さらに、特許文献３に開示される技術では、図１に示されるとおり、自立した柱体３で昇降台４が昇降するが、多段の腕を突設して上下動する昇降台４と、昇降台４に駆動力を付加するボールネジ５（特許文献３中には符号のみ存在して符号の説明なし）に螺合して上下動するボールネジ昇降ナット（特許文献３の図１中に符号なしの状態でボールネジ５に螺合していると考えられる部材が図示されている）との間に昇降台４を案内するために固定されたリニアガイドレールが必要である。すなわち、昇降台４とボールネジ昇降ナットという２つの可動物に挟まれた状態でリニアガイドレールという固定物を構成する必要があるため、リニアガイドレールは昇降台４とボールネジ５を結ぶ直線上には設置することができず、両側に分割するなどして可動物を避けて設ける必要がある。したがって、リニアガイドレールやそのリニアガイドレールに嵌合する構造が大型化し重量化するという課題があった。この点については発明の実施の形態の説明時に詳細に説明する。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、狭隘な敷地であっても場所を取ることなく設置が可能である移載ロボットを提供することを目的としている。また、狭隘な敷地であっても移載物が鉛直方向に積み上げられた状態から段ばらし可能であり、移載物を鉛直方向に段積みも可能である移載ロボットを提供することも目的としている。さらに、移載物がコンテナである場合に狭隘な敷地であってもコンテナを効率的に移載可能なコンテナ移載システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、第１の発明である移載ロボットは、移載物を把持するハンドと、このハンドを水平に連結するアームと、このアームの基端を支持し、鉛直方向に延びて長手軸回りに回動可能なボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに螺合し前記アームの前記基端を保持して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジ昇降ナットと、前記ボールネジシャフトの前記長手軸方向に平行に配置されるリニアガイドレールと、このリニアガイドレールに係合し前記ボールネジ昇降ナットを固定して昇降するスライダと、前記ボールネジシャフトと前記リニアガイドレールを前記長手軸方向に支持するコラムと、このコラムの頂部に導出される旋回軸と、この旋回軸を介して前記コラムを支持する支持構造物と、を備えることを特徴とするものである。
上記構成の移載ロボットでは、アームを保持するボールネジ昇降ナットを固定して昇降するスライダを係合するリニアガイドレールを長手軸方向に支持するコラムの頂部に旋回軸を導出して、この旋回軸を介して支持構造物を設けることで、支持構造物がアームをはじめボールネジシャフトやリニアガイドレールの荷重を支えるコラムを自立可能に支持するように作用する。また、この支持構造物はコラムの回動を許容しながらコラムを自立可能に支持するように作用する。
なお、アームの基端がボールネジ昇降ナットの機能を持ち、ボールネジシャフトと螺合してもよい。

また、第２の発明である移載ロボットは、第１の発明において、前記支持構造物は、前記ハンド及び前記アームの可動範囲の外側に跨設されることを特徴とするものである。
上記構成の移載ロボットでは、支持構造物がハンド及びアームの可動範囲の外側に跨設されるので、支持構造物がハンド及びアームの作動の影響を受けることなくコラムを支持するように作用する。また、コラムの回動時も同様にハンドやアームの動作の影響を受けることなくコラムを自立可能に支持するように作用する。なお、本願発明において「ハンド及びアームの可動範囲」とは、制御も含めた可動範囲を意味しており、ハンド及びアームを限界まで伸長させた範囲を意味するものではない。すなわち、ハンド及びアームを制御することで可動範囲は狭くすることが可能であり、その制御限界でハンド及びアームが動作する範囲を意味している。

第３の発明である移載ロボットは、第１又は第２の発明において、前記スライダ及び前記リニアガイドレールは、水平断面において前記ボールネジシャフトを挟んで前記アームとは反対側に配置されることを特徴とするものである。
上記構成の移載ロボットでは、固定されるリニアガイドレールが、アームの基端を保持して上下動するボールネジ昇降ナットが螺合するボールネジシャフトを挟んで、アームとは反対側に配置されるので、可動の部分であるボールネジ昇降ナット及びアームと固定の部分であるリニアガイドレールを区分けして配置するように作用する。

第４の発明であるコンテナ移載システムは、前記移載物がコンテナである第１乃至第３のいずれか１つの発明である移載ロボットと、前記移載ロボットが把持する前記コンテナを供給するために積み上げておく段ばらしエリアと、この段ばらしエリアから前記移載ロボットによって移載される前記コンテナにワークを詰めるコンテナ詰めロボットに前記コンテナを供給するための移送先エリアと、この移送先エリアからワークが収容された前記コンテナを前記移載ロボットが把持して積み上げる段積みエリアと、を有し、前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアは前記コラムの前記旋回軸を中心に放射状に配置されることを特徴とするものである。
上記構成のコンテナ移載システムでは、支持構造物がコラムの回動を許容しながらコラムを支持することで、移載ロボットは、ハンドとアームを用いてコラムの旋回軸を中心に放射状に配置された段ばらしエリアからコンテナを把持して移送先エリアへ移送し、移送先エリアからコンテナを把持して段積みエリアへ移送するように作用する。

第５の発明であるコンテナ移載システムは、前記移載物がコンテナである第２の発明である移載ロボットと、前記移載ロボットが把持する前記コンテナを供給するために積み上げておく段ばらしエリアと、この段ばらしエリアから前記移載ロボットによって移載される前記コンテナにワークを詰めるコンテナ詰めロボットに前記コンテナを供給するための移送先エリアと、この移送先エリアからワークが収容された前記コンテナを前記移載ロボットが把持して積み上げる段積みエリアと、を有し、前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアは前記コラムの前記旋回軸を中心に放射状に配置され、前記支持構造物は前記コンテナと干渉しないように前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアの外側に跨設されることを特徴とするものである。
上記構成のコンテナ移載システムでは、支持構造物がハンド及びアームの可動範囲及びコンテナと干渉しないように段ばらしエリア、移送先エリア及び段積みエリアの外側に跨設され、コラムの回動を許容しながら支持することで、移載ロボットは、ハンドとアームを用いてコラムの旋回軸を中心に放射状に配置された段ばらしエリアからコンテナを把持した状態でも安定して移送先エリアへ移送し、移送先エリアからコンテナを把持した状態で安定して段積みエリアへ移送するように作用する。

第１の発明に係る移載ロボットでは、支持構造物を設けることで移載ロボットが必ずしも自立する必要がなく、コラム及びその周辺の構造、さらには移載ロボット自体を小型化、簡素化及び軽量化することが可能である。コラムの回動を許容しながらコラムを支持するので、狭隘な敷地でもハンド及びアームの可動範囲を拡げることが可能で、敷地の効率的な活用が可能である。

第２の発明に係る移載ロボットでは、ハンド及びアームの可動範囲の外側に跨設される支持構造物を設けることで、ハンド及びアームの駆動を妨げることなく、コラム及びその周辺の構造、さらには移載ロボット自体を小型化、簡素化及び軽量化することが可能である。

第３の発明に係る移載ロボットでは、可動の部分であるボールネジ昇降ナット及びアームと固定の部分であるリニアガイドレールを区分けして配置するので、コラム、リニアガイドレール、スライダ、ボールネジ昇降ナット及びアームの基端の構造の組合せとして小型化、簡素化及び軽量化することが可能である。

第４の発明に係るコンテナ移載システムでは、小型化された移載ロボットを採用することでシステムの小型化が可能である。また、支持構造物がコラムを支持することで、移載ロボットはハンドとアームを用いてコンテナを安定的に移送することが可能である。また、その際には支持構造物はコラムの回動を許容するので、コラムの旋回軸を中心とする段ばらしエリア、移送先エリア及び段積みエリアの放射状の配置と相俟って、移載ロボットはコンテナをそれぞれのエリア間で迅速かつ効率的に移送することが可能である。

第５の発明に係るコンテナ移載システムでは、小型化された移載ロボットを採用することでシステムの小型化が可能である。また、支持構造物がハンド及びアームの可動範囲及びコンテナと干渉しないように段ばらしエリア、移送先エリア及び段積みエリアの外側に跨設され、コラムの回動を許容しながら支持するので、移載ロボットは、コラムの旋回軸を中心として放射状に配置される段ばらしエリア、移送先エリア及び段積みエリア内でコンテナを安定した状態で迅速かつ効率的に移送することが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る移載ロボットとこの移載ロボットを備えた本発明の第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムの正面側からの全体斜視概念図である。 第１の実施の形態に係る移載ロボットと第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムの背面側からの全体斜視概念図である。 第１の実施の形態に係る移載ロボットの内部構造を示す垂直方向概念図である。 第１の実施の形態に係る移載ロボットの内部構造を示す水平方向概念図である。 （ａ）は第１の実施の形態に係る移載ロボットの内部構造の水平方向模式図であり、（ｂ）は従来技術に係る移載ロボットの内部構造の水平方向模式図である。 第１の実施の形態に係る移載ロボットのアームとハンドの構成を示す概念図である。 第１の実施の形態に係る移載ロボットのハンドの平面図である。 （ａ）は第１の実施の形態に係る移載ロボットのハンドがアンチャック状態である場合の概念図、（ｂ）は同様にチャック状態である場合の概念図である。 第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムによってコンテナが移送される状態を移載ロボット側から示す概念図である。 第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムによってコンテナが移送される状態をコンテナ側から示す概念図である。

以下に、本発明の第１の実施の形態に係る移載ロボットと第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムについて図１－図１０を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る移載ロボットとこの移載ロボットを備えた本発明の第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムの正面側からの全体斜視概念図であり、図２は同様に背面側からの全体斜視概念図である。図３は移載ロボットの内部構造を示す垂直方向概念図である。
図１、図２及び図３において、移載ロボット１は概ね、本体１ａと、本体１ａから延設される第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３と、本体１ａを支える門型支持構造物１５ｂから構成されている。また、コンテナ移載システム１ｂは、移載ロボット１と段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１から構成されている。
まず、移載ロボット１の本体１ａは、敷地に強固に固定された水平支持構造物１５ａ上に鉛直方向に立設され、その内部には鉛直方向に立設されるコラム８が収容されカバー７で覆われている。図３では内部構造を理解容易とするために正面視して手前側のカバー７を切り欠いて示している。コラム８の頂部にはコラム上部板１３が設けられ、このコラム上部板１３にはコラム上部旋回軸１３ａが設けられている。このコラム上部旋回軸１３ａはベアリング（図示せず）を介して支持アーム１４に接続され、支持アーム１４は門型支持構造物１５ｂに固定されている。この門型支持構造物１５ｂは水平支持構造物１５ａに連結され強固に固定されている。なお、ベアリングは必要に応じて設置されるものであり、摺動に支障がなければ省略してもよい。
また、門型支持構造物１５ｂは、水平方向に形成される梁材１５ｃとそれを支える２本の垂直方向に形成される柱材１５ｄによって構成され、移載ロボット１の第１アーム２０、第２アーム２２やハンド２３の移動に伴う重心移動によって発生する水平方向に働く力に抗し、移載ロボット１の本体１ａの直立を支えるものであり、移載ロボット１の荷重を支えるものではない。
したがって、本体１ａはそれだけで自立する必要がなく、門型支持構造物１５ｂによって強固に固定・支持され、細長であっても安定して鉛直方向に立設される。また、門型支持構造物１５ｂ自体も移載ロボット１の荷重に耐える必要がないため簡素化やコンパクト化が可能である。さらに、２本の柱材を第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の可動範囲の外側に配置するように跨設されているので、設置によって第１アーム２０、第２アーム２２やハンド２３の作動に支障はない。
移載ロボット１の本体１ａの側面からは第１アーム２０が延設されており、この第１アーム２０は第２アーム回動軸２１を介して回動可能に第２アーム２２に連結され、この第２アーム２２にはハンド回動軸２７によって回動可能にハンド２３が接続されている。このハンド２３によってコンテナ２６が把持される。
移載ロボット１及びコンテナ移載システム１ｂは筐体パネル１７によって覆われるが、実施の形態についての説明を容易にするために図１、図２では一部のみ図示している。

次に、コンテナ移載システム１ｂについて説明する。コンテナ移載システム１ｂは移載物としてのコンテナ２６を移載ロボット１によって移載するシステムである。コンテナ２６は移載ロボット１の門型支持構造物１５ｂを挟んで本体１ａとは反対側に設けられる段ばらしエリア２８と段積みエリア２９に積まれている。段ばらしエリア２８に積まれたコンテナ２６を移載ロボット１のハンド２３で把持し、図１，２に示される第１移送先エリア３０又は第２移送先エリア３１に移載し、図１，２には図示されないコンテナ詰めロボットを用いてコンテナ２６内に成形品や惣菜等のワークを収容し、コンテナ２６内に規定の数量のワークが収容されたら移載ロボット１がそのコンテナ２６を再び把持して段積みエリア２９に積む作業を行う。移送先エリアが２つあるのは、コンテナ詰めロボットが一方の移送先エリアにあるコンテナ２６に詰め終わった際に、他方の移送先エリアにあるコンテナ２６に空き時間なくワークを詰める作業を継続可能とするためである。
図１，２に示されるとおり、コンテナ移載システム１ｂにおける段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１は移載ロボット１の周囲に略等距離に放射状に配置されているので、略等距離に放射状に配置されていない場合と比較すると、移載ロボット１は第１アーム２０と第２アーム２２が形成する角度を、第２アーム回動軸２１を頻繁に制御して変更する必要がなく、コンテナ２６を把持して迅速かつ効率的にエリア間を移載可能である。
また、段ばらしエリア２８及び段積みエリア２９は水平支持構造物１５ａによって区分けされており、作業者によってその位置を確認しながら容易に段ばらしエリア２８にコンテナ２６を積み上げたり、段積みエリア２９から積み上がったコンテナ２６を引き出すことが可能である。
第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１の詳細な配置やエレベーション（高さ方向位置）はコンテナ詰めロボットの配置も考慮して決定される。
コンテナ移載システム１ｂについては、図９、図１０を参照しながら詳述する。

次に、図３を参照しながら移載ロボット１の本体１ａ内部の説明を行う。
図３において、第１アーム２０の基端４は、本体１ａ内に鉛直方向に設置され長手軸方向に回動可能なボールネジシャフト２に螺合してボールネジシャフト２の回動によって昇降するボールネジ昇降ナット３に載置・保持されている。したがって、第１アーム２０の基端４はボールネジシャフト２によって支持されており、基端４からその先端側のハンド２３にいたる荷重はボールネジシャフト２によって支持されている。そして、基端４はさらに、本体１ａ内で鉛直方向に、すなわちボールネジシャフト２の長手軸方向に平行に設置されるリニアガイドレール６に係合して昇降するスライダ５に固定されている。リニアガイドレール６は移載ロボット１の本体１ａ全体の荷重を長手軸方向に支えて背骨のように機能するコラム８に固定されている。
なお、第１アーム２０の基端４はボールネジシャフト２とは直接接触するものではなく、非接触にボールネジ昇降ナット３上に載置・保持されているが、基端４をボールネジ昇降ナット３上に固定してもよい。
ボールネジシャフト２はタイミングベルト１１を介して昇降用モータ１０に接続されており、昇降用モータ１０の駆動によって回動する。ボールネジシャフト２の回動によってボールネジ昇降ナット３が上下動し、第１アーム２０の基端４も上下動する。これは第１アーム２０の基端４を載置・保持するボールネジ昇降ナット３が固定されるスライダ５がリニアガイドレール６に係合することで、ボールネジシャフト２の回動によるボールネジ昇降ナット３の共回りを防止して実現されるものである。
本体１ａの下端にはコラム８をはじめ昇降用モータ１０やボールネジ昇降ナット３を支持するコラム下部板９が設置されており、このコラム下部板９には
コラム下部旋回軸９ａが形成されている。また、このコラム下部旋回軸９ａはタイミングベルト１２及び減速機を介して本体１ａの回動用モータ（図示せず）と接続されている。また、本体１ａ内部の構造を簡素化してコラム下部旋回軸９ａとコラム上部旋回軸１３ａによる本体１ａの旋回軸とボールネジシャフト２の回動軸の位置を略同位置に存在させたため、移載ロボット１の本体１ａを鉛直方向に細長に構成して、狭隘な敷地に設置することが可能となっている。さらに、門型支持構造物１５ｂによる強固な固定によって鉛直方向細長の構成を安定化させている。

次に、移載ロボットの内部構造を示す水平方向概念図（図４）を参照しながら、本体１ａの内部構造についてさらに説明を追加する。
図４において、正面視左側が第１アーム２０側を示している。第１アーム２０の基端４は本体１ａのカバー７内側に立設されるボールネジシャフト２に螺合して上下動するボールネジ昇降ナット３に載置・保持されており、その端部にはスライダ５が固定されており、このスライダ５はコラム８の側面に設置されたリニアガイドレール６に係合して基端４及びボールネジ昇降ナット３と共に上下動している。そして、リニアガイドレール６は固定部材１８を介してコラム８に固定されている。
図中十字で示される符号１６は本体旋回軸中心を示している。この本体旋回軸中心１６の水平面の位置に、図３を参照して説明したコラム下部旋回軸９ａとコラム上部旋回軸１３ａが存在している。

図５を参照しながら、本実施の形態に係る移載ロボット１における第１アーム２０の基端４、ボールネジシャフト２、スライダ５、リニアガイドレール６及びコラム８の配置について詳細に説明する。図５の（ａ）は移載ロボットの内部構造の水平方向模式図であり、（ｂ）は従来技術に係る移載ロボットの内部構造の水平方向模式図である。これらの図中、ハッチング箇所は固定部分、すなわちボールネジシャフト２、リニアガイドレール６、固定部材１８及びコラム８を示しており、その他は上下動する可動部分、すなわち第１アーム２０の基端４、ボールネジ昇降ナット３及びスライダ５を示している。
（ａ）は既に図４を参照しながら説明したとおりの配置となっている。
一方、（ｂ）は特許文献３に開示される従来技術の移載ロボットにおける配置を示しており、（ａ）との相違点は、第１アーム２０の基端４がボールネジ昇降ナット３に載置・保持されるものの、その配置としては可動部分の基端４に対して、可動部分のボールネジ昇降ナット３の位置よりも固定部分のリニアガイドレール６の方が近接している。すなわち、可動部分が固定部分によって分断されている構成となっており、固定部分であるリニアガイドレール６、固定部材１８及びコラム８を可動部分の基端４とボールネジ昇降ナット３を結ぶ直線上から外して両脇に構成させる必要がある。また、基端４を大きく取る必要があり、さらに、ボールネジ昇降ナット３に載置・保持するための追加部材１９を設ける必要があり、本体１ａの水平断面において巨大化すると同時に、本体１ａの重量も増加するものと考えられる。その結果、本体１ａを支える水平支持構造物１５ａや門型支持構造物１５ｂの大型化も懸念され、狭隘な敷地への移載ロボット１の設置が困難となってしまう。
逆に言えば、図５（ａ）のように第１アーム２０の基端４をそのままボールネジシャフト２のボールネジ昇降ナット３に載置・保持し、その端部をスライダ５に固定して、リニアガイドレール６に係合させ、そのリニアガイドレール６をコラム８に固定部材１８を介して固定するという配置を採用している。すなわち、可動部分と固定部分を区分して可動部分を第１アーム２０側に配置し、固定部分を水平断面においてボールネジシャフト２を挟んで第１アーム２０とは反対側に配置することで移載ロボット１の本体１ａを細くコンパクト化し軽量化を図ると同時に門型支持構造物１５ｂを設けることで第１アーム２０、第２アーム２２やハンド２３の動作に支障のない状況を担保しながら安定化させて狭隘な敷地への設置を可能としているのである。
なお、本実施の形態においてはリニアガイドレール６を固定部材１８を介してコラム８に固定したが、コラム８を強固な構造とできる場合には固定部材１８を介さず、リニアガイドレール６を直接コラム８に固定してもよい。

図６－図８を参照しながら、移載ロボット１の第１アーム２０と第２アーム２２及びハンド２３について説明する。図６は移載ロボットのアームとハンドの構成を示す概念図であり、図７は移載ロボットのハンドの平面図である。また、図８（ａ）は移載ロボットのハンドがアンチャック状態である場合の概念図であり、（ｂ）は同様にチャック状態である場合の概念図である。
図６において、移載ロボット１の第１アーム２０は本体１ａ内に立設されるボールネジシャフト２に螺合するボールネジ昇降ナット３に載置・保持される基端４から延設され、第２アーム回動軸２１を介して回動可能に第２アーム２２がその上部側に配設される。第２アーム２２の第２アーム回動軸２１とは逆の端部には下方にハンド２３が設置されている。
図７において、ハンド２３はコンテナ２６を把持して移載するという目的に特化して構成されており、左右一対のハンド２３が設けられており、これらはチャック機構２５によってハンド２３の把持爪２４，２４同士の間隔の幅を狭めたり拡げたりすることで把持爪２４，２４をコンテナ２６に係止したり、係止を解除したりすることが可能である。
具体的には、図８（ａ）に示されるように、チャック機構２５をアンチャック状態にすることでハンド２３の把持爪２４，２４同士の間隔の幅を拡げてコンテナ２６の縁から放している。同図（ｂ）では、チャック機構２５をチャック状態にすることでハンド２３の把持爪２４，２４の間隔を狭めてコンテナ２６の縁に係るようにして把持している。

以上説明した本実施の形態に係る移載ロボット１では、本体１ａの鉛直方向の上下端にそれぞれコラム上部旋回軸１３ａとコラム下部旋回軸９ａを設け、本体１ａは、そのコラム上部旋回軸１３ａを支持アーム１４を介して、第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の可動範囲外に跨設された門型支持構造物１５ｂによって強固に支持されている。したがって、移載ロボット１の本体１ａを静止時及び第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の作動時にも干渉することなく安定して保持することが可能である。したがって、本体１ａを鉛直方向に細長に構成して狭隘な敷地に設置しても安定して移載ロボット１を作動させることが可能である。
なお、本実施の形態においては、移載ロボット１の本体１ａを支持する支持構造物を門型支持構造物１５ｂとして説明したが、本体１ａの回動や第１アーム２０、第２アーム２２あるいはハンド２３の動作と干渉しない構造であれば、門型としなくともよい。門型の支持構造物とすることで強度を増すことと第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の可動範囲との境界に設けることが可能であることから、狭隘な敷地における支持構造物としては効果的と考えられるものの、例えば本体１ａと並立するような支持構造物が設置できて本体１ａを強固に支持可能であれば、門型としなくともよく、このような構成を排除するものではない。

さらに、第１アーム２０の基端４、ボールネジ昇降ナット３、スライダ５といった可動部分とリニアガイドレール６、固定部材１８、コラム８といった固定部分を区分して、可動部分を第１アーム２０側に配置し、固定部分を水平断面においてボールネジシャフト２を挟んで第１アーム２０とは逆側に配置することで、移載ロボット１の本体１ａの内部を簡素化し細くコンパクト化することが可能であり、よって軽量化することも可能である。
なお、本実施の形態においては、第１アーム２０の基端４をボールネジシャフト２とは非接触としてボールネジ昇降ナット３に載置・保持したが、基端４の構造にボールネジ昇降ナット３の機能を持たせるためにネジ溝を形成させてボールネジシャフト２に螺合させるようにしてもよい。その際には、ボールネジ昇降ナット３の機能を備えた基端４をスライダ５に固定する。
また、本実施の形態においては、水平支持構造物１５ａ上に移載ロボット１の設置を行い、門型支持構造物１５ｂもこの水平支持構造物１５ａで固定しているが、移載ロボット１は常に水平支持構造物１５ａ上に設置されなくとも、設置される敷地の状況に鑑みて直接敷地面に設置してもよいし、門型支持構造物１５ｂも直接敷地面に固定してもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムについて図９及び図１０を参照しながら説明を追加する。図９は第２の実施の形態に係るコンテナ移載システムによってコンテナが移送される状態を移載ロボット側から示す概念図であり、図１０は同様にコンテナ側から示す概念図である。これらの図において、既に図１－図８で説明した構成については同一の符号を付し、その構成については説明を省略する。また、それ以前の図間における共通の構成についても同様である。
図９及び図１０において、移載ロボット１が段ばらしエリア２８、第１移送先エリア３０、第２移送先エリア３１及び段積みエリア２９の中心に配置されている。また、コンテナ詰めロボット３２が第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１あるいはこれらの近傍でコンテナ２６にワークを詰める作業ができるように配置されている。さらに、移載ロボット１の門型支持構造物１５ｂは第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の可動範囲の外側であって、さらに、段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１の外側に跨設されている。
なお、コンテナ詰めロボット３２自体は今回の発明に係る実施の形態には含まれないためコンテナ詰めロボット３２の先端に設けられるマニプレータについては省略している。
コンテナ移載システム１ｂは、移載ロボット１と段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１から構成されている。コンテナ移載システム１ｂの移載ロボット１は、段ばらしエリア２８に積まれたコンテナ２６をハンド２３の把持爪２４で把持し、これを第１移送先エリア３０又は第２移送先エリア３１のいずれか、例えば、第１移送先エリア３０に移載して把持を解除する。
コンテナ詰めロボット３２は、移載ロボット１によって移載された第１移送先エリア３０に存在している空のコンテナ２６の中に成形品や惣菜等のワークを収容する。その間に、移載ロボット１は段ばらしエリア２８から別のコンテナ２６を把持して第２移送先エリア３１にコンテナ２６を移載する。
コンテナ詰めロボット３２は、第１移送先エリア３０のコンテナ２６内に所定の数量のワークを収容すると、空き時間なくまだワークが収容されていない第２移送先エリア３１に移載されているコンテナ２６の方を向き、続けてワークを第２移送先エリア３１のコンテナ２６に収容することができる。
移載ロボット１は、コンテナ詰めロボット３２が第２移送先エリア３１に移載されたコンテナ２６にワークを詰めている最中に、第１移送先エリア３０で所定の数量のワークが収容されたコンテナ２６をハンド２３によって把持し、今度は段積みエリア２９へ移載する。また、その後に段ばらしエリア２８から別のコンテナ２６を把持して第１移送先エリア３０へコンテナ２６を移載する。
コンテナ詰めロボット３２は、第２移送先エリア３１のコンテナ２６内に所定の数量のワークを収容すると、空き時間なくワークが収容されていない第１移送先エリア３０に移載されているコンテナ２６の方を再び向いて、続けてワークを第１移送先エリア３０に移載されているコンテナ２６に収容することができる。

このように移載ロボット１は連続するように段ばらしエリア２８から第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１に空のコンテナ２６を移載して、コンテナ詰めロボット３２によって交互にワークが所定数量収容された後に、対応する移送先エリアからワークが詰められたコンテナ２６をハンド２３によって把持し、段積みエリア２９へ移載する。この繰り返しによって、絶え間なく段ばらしエリア２８からの空のコンテナ２６の供給とワークが詰まったコンテナ２６の段積みエリア２９への回収が可能となる。段ばらしエリア２８のすべての空のコンテナ２６が供給され終わると、作業従事者は積み上げた空のコンテナ２６を段ばらしエリア２８に搬入し、段積みエリア２９に所定の段数コンテナ２６が積み上げられると、作業従事者はワークが収容されたコンテナ２６を段積みエリア２９から搬出する。
段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１は移載ロボット１を中心として放射状に配置され、それぞれ移載ロボット１から略等距離に配置されるため、放射状で略等距離に配置されない場合と比較すれば、第１アーム２０及び第２アーム２２の長さを一定に近い状態で維持することができ、第１アーム２０と第２アーム２２の角度の変化も微小であることから頻繁な制御は不要であり、迅速な第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の作動と移送を可能として、狭隘な敷地内での迅速で効率的なコンテナ２６のエリア間移載とコンテナ詰めロボット３２に対するコンテナ２６の供給と回収を実現することが可能である。

なお、図９と図１０の両図に示されるとおり、段ばらしエリア２８におけるコンテナ２６と段積みエリア２９におけるコンテナ２６の重ね段数が異なるが、これは空のコンテナ２６が積まれる段ばらしエリア２８ではコンテナ２６の重なり部分を多くすることが可能であり、ワークが収容されて積まれる段積みエリア２９のコンテナ２６では収容されたワークの損傷等を防止するため重なりを少なくしなければならないためである。同じコンテナ２６であるが、その向きを交互に変えたり変えなかったりすることで深く積むことができたり浅く積むことができる構造が採用されているため重ね段数を変えることが可能となっている。
したがって、両図のように段ばらしエリア２８から第１移送先エリア３０や第２移送先エリア３１にコンテナ２６を搬入し、段積みエリア２９へコンテナ２６を搬出するためには、コンテナ２６を１８０°回転させる必要がある。その際には門型支持構造物１５ｂの柱材１５ｄ間ではコンテナ２６の対角線長を通過させる必要がある。したがって、本体旋回軸中心１６を門型支持構造物１５ｂの梁材１５ｃの上、あるいはその近傍に存在させるよりも、本体旋回軸中心１６を門型支持構造物１５ｂを挟んで段ばらしエリア２８や段積みエリア２９とは反対側に離して存在させ、本体１ａを支持アーム１４の長さ分門型支持構造物１５ｂの梁材１５ｃとはずらして支持させることで、柱材１５ｄ間の寸法をより狭くしているのである。
すなわち、本体旋回軸中心１６と門型支持構造物１５ｂの柱材１５ｄの位置を一直線上に配列するよりも、本体旋回軸中心１６は門型支持構造物１５ｂの柱材１５ｄを結ぶ線上から段ばらしエリア２８及び段積みエリア２９の方向にずらして配置することで柱材１５ｄ間距離を狭めることが可能であり、より狭隘なスペースに配置することが可能となる。
但し、支持アーム１４を介するまでもなく門型支持構造物１５ｂの柱材１５ｄ間距離が十分な狭さで狭隘な敷地内に設置可能である場合には支持アーム１４を介することなく本体１ａのコラム上部旋回軸１３ａを門型支持構造物１５ｂの梁材１５ｃに接続してもよい。
また、移載ロボット１の門型支持構造物１５ｂが第１アーム２０、第２アーム２２及びハンド２３の可動範囲の外側でかつ段ばらしエリア２８、段積みエリア２９、第１移送先エリア３０及び第２移送先エリア３１の外側に跨設されているため、アームやハンドと干渉することなく、また、コンテナ２６の段ばらしや段積み、移送エリアへの供給と回収に支障をきたすものではなく、安定して強固に移載ロボット１の本体１ａを自立可能に支持することが可能である。また、上記の位置はすべて外側であることから、本体１ａの周囲においてはスペースを支持のために空ける必要がなく、移載ロボット１とその周囲に放射状に配置されるそれぞれのエリアに干渉等の支障をきたすものではない。

以上説明したように、本発明の請求項１－請求項５に記載された発明は、様々な産業分野における組立、加工、生産のために必要なワーク（部品）やコンビニエンスストア等に供給されるおにぎりやサンドイッチ等の惣菜のようなワークを収容するためのコンテナを供給及び回収するための移載ロボット及びコンテナ移載システムとして広く利用が可能である。

１…移載ロボット １ａ…本体 １ｂ…コンテナ移載システム ２…ボールネジシャフト ３…ボールネジ昇降ナット ４…基端 ５…スライダ ６…リニアガイドレール ７…カバー ８…コラム ９…コラム下部板 ９ａ…コラム下部旋回軸 １０…昇降用モータ １１…タイミングベルト １２…タイミングベルト １３…コラム上部板 １３ａ…コラム上部旋回軸 １４…支持アーム １５ａ…水平支持構造物 １５ｂ…門型支持構造物 １５ｃ…梁材 １５ｄ…柱材 １６…本体旋回軸中心 １７…筐体パネル １８…固定部材 １９…追加部材 ２０…第１アーム ２１…第２アーム回動軸 ２２…第２アーム ２３…ハンド ２４…把持爪 ２５…チャック機構 ２６…コンテナ ２７…ハンド回動軸 ２８…段ばらしエリア ２９…段積みエリア ３０…第１移送先エリア ３１…第２移送先エリア ３２…コンテナ詰めロボット

Claims (4)

1. 移載物としてコンテナを把持するハンドと、このハンドを水平に連結するアームと、このアームの基端を支持し、鉛直方向に延びて長手軸回りに回動可能なボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに螺合し前記アームの前記基端を保持して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジ昇降ナットと、前記ボールネジシャフトの前記長手軸方向に平行に配置されるリニアガイドレールと、このリニアガイドレールに係合し前記ボールネジ昇降ナットを固定して昇降するスライダと、前記ボールネジシャフトと前記リニアガイドレールを前記長手軸方向に支持するコラムと、このコラムの頂部に導出される旋回軸と、この旋回軸を介して前記コラムを支持する支持構造物と、を備える移載ロボットと、前記移載ロボットが把持する前記コンテナを供給するために積み上げておく段ばらしエリアと、この段ばらしエリアから前記移載ロボットによって移載される前記コンテナにワークを詰めるコンテナ詰めロボットに前記コンテナを供給するための移送先エリアと、この移送先エリアからワークが収容された前記コンテナを前記移載ロボットが把持して積み上げる段積みエリアと、を有し、
   前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアは前記コラムの前記旋回軸を中心に放射状に配置されることを特徴とするコンテナ移載システム。
2. 前記移載ロボットの前記支持構造物は、前記ハンド及び前記アームの可動範囲の外側に跨設されることを特徴とする請求項１記載のコンテナ移載システム。
3. 前記移載ロボットの前記スライダ及び前記リニアガイドレールは、水平断面において前記ボールネジシャフトを挟んで前記アームとは反対側に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンテナ移載システム。
4. 移載物としてコンテナを把持するハンドと、このハンドを水平に連結するアームと、このアームの基端を支持し、鉛直方向に延びて長手軸回りに回動可能なボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに螺合し前記アームの前記基端を保持して前記長手軸に沿う方向に駆動するボールネジ昇降ナットと、前記ボールネジシャフトの前記長手軸方向に平行に配置されるリニアガイドレールと、このリニアガイドレールに係合し前記ボールネジ昇降ナットを固定して昇降するスライダと、前記ボールネジシャフトと前記リニアガイドレールを前記長手軸方向に支持するコラムと、このコラムの頂部に導出される旋回軸と、この旋回軸を介して前記コラムを支持し前記ハンド及び前記アームの可動範囲の外側に跨設される支持構造物と、を備える移載ロボットと、前記移載ロボットが把持する前記コンテナを供給するために積み上げておく段ばらしエリアと、この段ばらしエリアから前記移載ロボットによって移載される前記コンテナにワークを詰めるコンテナ詰めロボットに前記コンテナを供給するための移送先エリアと、この移送先エリアからワークが収容された前記コンテナを前記移載ロボットが把持して積み上げる段積みエリアと、を有し、
   前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアは前記コラムの前記旋回軸を中心に放射状に配置され、前記支持構造物は前記コンテナと干渉しないように前記段ばらしエリア、前記移送先エリア及び前記段積みエリアの外側に跨設されることを特徴とするコンテナ移載システム。

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