JP7580720B2 - 蓋付通い箱のハンドリング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓋が付いた通い箱を蓋が付いた状態のまま移動させることができる、蓋付通い箱のハンドリング方法及び装置に関するものである。

段ボール箱などの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ためには、特許文献１に示されたように吸着パッドによって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。しかし生産工場において部品の通い箱として多用されている樹脂製の箱は上面が開放されているため、その上面を吸着することができない。このため人手によるハンドリングが一般的である。しかし通い箱の重量が重く、多段積みされているような場合には人手によるハンドリングは容易ではない。

そこで特許文献２に示されるように、上面が開放された通い箱をロボットハンドを用いてハンドリングする装置が開発されている。この装置は水平軸を中心として上下方向に回転するハンガーを備え、このハンガーを通い箱のフランジの下側に打ち込むことにより箱の片側を持ち上げ、水平方向に引っ張ってずらし、反対側の隙間を利用して反対側のハンガーも通い箱のフランジの下側に打ち込み、搬送する方法を採用している。しかしこの特許文献２の装置は、取り扱い対象となる通い箱のフランジの形状寸法が一定である場合にしか利用できないものであった。

ところが、工場の物流に用いられている通い箱１のフランジ２の形状は、図１に示されるように１段フランジ、２段フランジ、３段フランジ、先端が下方にオーバーハングしたフランジなど様々であり、最下段のフランジ位置が異なっている。

また、通い箱１に蓋を被せた蓋付通い箱も、生産工場における物流に広く用いられている。図２に示されるように、何れの蓋３の端部にも立ち上ったフランジ４が形成されているが、フランジ４の幅や形状は様々である。このようなフランジ形状が様々な通い箱１に、フランジ形状の異なる様々な蓋３が被せられた蓋付通い箱は、ハンガーの振込み高さが一定である特許文献２の装置によっては、ハンドリングすることはできない。しかも通い箱１の蓋３は単に載せられているだけであって段ボール箱の蓋のように固定されていないので、特許文献１の吸着式の装置によってもハンドリングすることはできない。従って蓋付通い箱も、これまで専ら人手によってハンドリングされていた。

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上記した従来の問題点を解決し、端部のフランジ形状の異なる様々な蓋が被せられた蓋付通い箱を、蓋付きのままロボットにより移動させることができる、蓋付通い箱のハンドリング方法及び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蓋付通い箱のハンドリング方法は、フランジ付きの蓋が取り付けられた通い箱を、ロボットアームに取付けたハンドリング装置により蓋付きのまま把持して移動させる蓋付通い箱のハンドリング方法であって、押さえパッドと、昇降可能なフォークとを左右に備えたハンドリング装置を蓋付通い箱の中央上方に移動させ、左右の押さえパッドを蓋の外側に拡開させて蓋のフランジの内面及び上面に接触させ、フォークを蓋の外側で下降させたうえ、フォークに内蔵させた爪を通い箱のフランジの下面に差し込んで蓋付通い箱を蓋付きのまま把持し、ハンドリング装置により移動させることを特徴とするものである。

なお、蓋付通い箱の座標とそのフランジの形状をカメラで撮影し、ハンドリング装置の移動位置とフォークの下降量を制御することが好ましい。隣接する蓋付通い箱との間にすきまがない場合には、片側の押さえパッドとフォークにより蓋付通い箱の片側を把持して片側のみ持ち上げることで、下部の箱とのはまり込んだ部分を外し、持ち上げた片側の方向に外側に引張り、その後、反対側の押さえパッドとフォークにより蓋付通い箱の反対側を把持し、持ち上げて移動させることができる。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の蓋付通い箱のハンドリング装置は、ロボットアームに取付けて、フランジ付きの蓋が取り付けられた通い箱を蓋付きのまま把持して移動させる蓋付通い箱のハンドリング装置であって、ロボットアームに接続される本体と、本体に対して左右に拡縮移動される一対のスライダと、各スライダに設けられた押さえパッド及び昇降可能なフォークと、押さえパッドを蓋のフランジの内面に押し付ける押出手段と、フォークの内部に収納されており、下降したフォークの内側に突出される爪とを備えたことを特徴とするものである。

なお、フォークの爪は、フォークに内蔵された垂直軸により水平回転するものであることが好ましい。

本発明によれば、端部のフランジ形状の異なる様々な蓋が被せられた蓋付通い箱を、蓋付きのままロボットアームにより移動させることができる。また本発明によれば、隣接する蓋付通い箱との間にすきまがない状態で段積みされた蓋付通い箱も、ハンドリングすることができる。

通い箱のフランジの様々な形状を示す断面図である。 通い箱に様々なフランジ形状の蓋を被せた状態を示す断面図である。 蓋と通い箱の中央切断端面図である。 システムの全体図である。 ハンドリング装置の正面図である。 ハンドリング装置の左側面図である。 要部の拡大正面図である。 押さえパッド部分の平面図である。 押さえパッドの駆動機構を示す斜視図である。 フォークから爪が突出した状態を示す斜視図である。 ハンドリング工程を示す概念的な要部断面図である。 デパレタイジング工程の説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
（蓋付通い箱の構造）
先ず図３により、ハンドリング対象となる蓋付通い箱に付き説明する。図３の（A）は蓋３の中央切断端面図、図３の（B）は通い箱１の中央切断端面図である。通い箱１はその上端に外向きに突出したフランジ２を備え、底部にも下部フランジ５を備えている。また底面には段積み用の突起６が形成されている。この突起６はフランジ２の内側に入るサイズであり、蓋のない通い箱１どうしを直接積み上げた際の横ずれを防止するためのものである。また、蓋が存在する蓋つきの通い箱の上にもこの突起６がフランジ２の内側に入り込み、横ずれを防止する事ができる構造になっている。蓋３の周囲には上向きにフランジ４が形成されるとともに、通い箱１のフランジ３の内側に入る小突起７が下向きに形成されている。図３では通い箱１のフランジ２は１段タイプ、蓋３のフランジ４は図２の（B）のタイプとしたが、これに限定されるものではない。

図３の（C）は通い箱１に蓋３を被せて蓋付通い箱とした状態を示す中央切断端面図である。図示のように蓋３の小突起７が通い箱１のフランジ２の内側に入り、蓋３の横ずれを防止している。蓋３の周囲はフランジ４で囲まれているので、蓋３の中央部はくぼんだ状態となっている。図３の（D）は蓋付通い箱を積み重ねた状態を示す中央切断端面図である。この状態では、上側の蓋付通い箱の下部フランジ５が下側の蓋付通い箱の蓋３のフランジ４の上に載り、上側の蓋付通い箱の突起６が下側の蓋付通い箱の蓋３のフランジ４の内側に入る。このような構造によって、蓋付通い箱は多段積みができるようになっている。本発明では、図３の（D）に示されたように多段積みされた蓋付通い箱を、蓋付きのままハンドリングする。

（ハンドリング装置）
図４はシステムの全体図である。本発明のハンドリング装置１０は、多軸ロボットのロボットアーム１１の先端に取り付けられている。蓋付通い箱はパレット１２上に多段積みされており、複数台のカメラを組み合わせた３Ｄビジョン１３が複数方向から蓋付通い箱を撮影し、コンピュータは３Ｄビジョン１３の画像データから、蓋付通い箱の座標と通い箱１のフランジ２のタイプを演算し、認識する。

図５はハンドリング装置の正面図、図６はその左側面図である。１５はロボットアーム１１の先端に取り付けられる本体、１６は本体１５の下面に取付けられた水平な基板である。以下の説明では、図５の紙面の左右方向を左右方向と呼び、図６の紙面の左右方向を前後方向と呼ぶこととする。図５に示されるように基板１６は左右方向に一体に形成されているが、前後方向には分離されており、それぞれが本体１５の下面に取付けられている。

前後２枚の基板１６の下面には、左右方向に延びるリニアガイド１７がそれぞれ取り付けられている。リニアガイド１７には左右２つのスライダブロック１８が搭載されており、各スライダブロック１８に上下方向に延びるスライダ１９が固定されている。また図５に示すように、前側の基板１６の左端にはサーボモータ２０が搭載されており、ボールネジ２１を回転する。このボールネジ２１は等ピッチであるが、途中でねじの方向が逆になっており、一方が右ねじ、他方が左ねじとなっている、そしてスライダ１９の上部のブラケットに支持されたナット２２が、ボールネジ２１の左右の部分に螺合している。このため、サーボモータ２０を特定方向に回転させると、スライダ１９は中心から同一距離だけ離れて左右に拡がり、逆方向に回転させると同一距離だけ中心側に戻る拡縮動作を行うこととなる。

スライダ１９には上下方向に延びる垂直基板２３が固定されており、その左右の端部に上下方向のリニアガイド２４が設けられている。これらのリニアガイド２４にはフォーク２５が支持されており、左右の垂直基板２３にそれぞれ設けられた昇降機構２６により、フォーク２５を昇降することができるようになっている。

図７、図８、図９に示すように、垂直基板２３の下端には小型のリニアガイド２７によって水平スライド板２８が支持されており、その端部には押さえパッド２９が固定されている。押さえパッド２９は断面L字状の断面を持ち、垂直面３０と水平面３１を備えている。図７に示したように、押さえパッド２９は蓋３のフランジ４の内側面と上面に当接させるための部材である。

この水平スライド板２８は、押圧手段によって駆動される。図８、図９に示すようにこの実施形態では押圧手段はカム機構である。すなわち、水平スライド板２８の押さえパッド２９とは反対側には溝カム３２が設けられており、垂直基板２３にはカムローラ３３を前後方向に駆動する送りねじ３４とその駆動モータ３５が設けられている。このため水平スライド板２８はこのカム機構によって移動し、押さえパッド２９を強力に蓋３のフランジ４の内面に押し付けることができる。このカム機構は、図７に示すように垂直基板２３の内面側ブラケット３９に設けられている。

図５、図６に示されるように、フォーク２５は左右方向の幅が狭く、前後方向の幅が広い扁平な中空体であって、その前後方向の端部付近には縦軸３６が収納されている。この縦軸３６の下端には爪３７が取り付けられており、この縦軸３６の上端には回転機構３８が設けられている。この回転機構３８は前後の縦軸３６を反対方向に９０度回転させることによって、前後の爪３７を水平方向に回転させる。爪３７はフォーク２５の内部に収納されているが、図１０に示すように、フォーク２５を降下させた後にフォーク２５から出て通い箱１のフランジ２の下面に差し込まれる。

このほか、垂直基板２３には図５、図６に示されるように、蓋３のフランジ４の上面を検出するためのセンサー４０が取り付けられている。

（ハンドリング方法）
以下に、上記のハンドリング装置によって段積みされた蓋付通い箱をハンドリングする方法を説明する。
先ず図４に示した３Ｄビジョン１３により複数方向から蓋付通い箱を撮影し、コンピュータが画像処理を行い、蓋付通い箱の座標と、通い箱１のフランジ２のタイプを演算し、認識する。また段積みされた蓋付通い箱を移動させる順を演算する。この演算結果に従い、ロボットアーム１１はハンドリング対象となる蓋付通い箱の中央上方にハンドリング装置１０を移動させる。このとき、図５，図６に示したように、蓋付通い箱の長辺側の２辺中央を押さえパッド２９でグリップできるようにハンドリング装置１０の方向を定める。これによってスライダ１９の拡縮運動幅を小さくし、ハンドリング装置１０を小型化することが可能となる。もし蓋付通い箱の短辺側の２辺を押さえパッド２９でグリップする場合には、スライダ１９の拡縮運動幅を大きくする必要があるからハンドリング装置１０が大型化し、その重量も増加するためロボットの負荷が大きくなり好ましくない。

次にロボットアーム１１によりハンドリング装置１０を蓋付通い箱に向かって降下させ、押さえパッド２９を蓋３の上面に接触させる。この状態を図１１の（A）に示す。蓋付通い箱の座標は予め認識されているため、必要な降下量も分かっているはずであるが、センサー４０により蓋３のフランジ４の上面を検出しながら降下させることが好ましい。このようにセンサー４０を用いるのは、蓋３が透明である場合には３Ｄビジョン１３が蓋３のフランジ４の上面を正確に検出できず、通い箱１のフランジ２の上面を誤って読み取ってしまうおそれがあるためである。

次にサーボモータ２０によりボールネジ２１を回転させ、垂直基板２３を左右の外側に向けて移動させる。垂直基板２３にはフォーク２５や押さえパッド２９が取り付けられているためこれらも外側に移動し、押さえパッド２９の垂直面３０が蓋３のフランジ４の内面に当接し、図１１の（B）に示すように押さえパッド２９の水平面３１が蓋３のフランジ４の上面に当接した状態となる。

次に図１１の（C）に示すように、フォーク２５を蓋３の外側で下降させる。フォーク２５の下降量は通い箱１のフランジ２のタイプにより異なるが、コンピュータはフランジ２の段数を認識しているから、一番下のフランジ２の下側まで降下させたうえで、図１０に示すように爪３７を水平面内で回転させて一番下のフランジ２の下面に差し込む。このように爪３７は水平回転させるため爪３７に負荷は掛からず、スムーズに回転させることができるとともに、箱の重さを回転のスラスト方向で支えることができる利点がある。この状態を図１１の（D）に示す。

ここで、このシステムの上面からの箱の位置や形状の検出装置は、３Ｄビジョン１３で３次元的な座標を検出して動作に移る。この３Ｄビジョン１３は積載された通い箱の山の真上から検出する場合が多い。そのため、通い箱のフランジ２が、図１に示すような１段、２段、３段を上から見分けることが難しい場合もある。この場合はフォーク２５を最も下降の寸法を要する3段フランジの下降位置まで下げる。そこで爪３７を内側に差し込んでフォーク２５を上昇させる。フランジ２の段数にかかわらずフランジ２の下部に爪が接触して支える状態まで切ると、上昇中のモーターが動かなくなり電流値が大きく変化する。この変化してきた信号でフランジ２の下部に接触したと認識して完了をかける。

図１１の（D）の状態では、蓋付通い箱の長辺の中央部は押さえパッド２９とフォーク２５により挟まれており、通い箱１のフランジ２の下面に爪３７が挿入されている。この状態から更に前記のカム機構によって押さえパッド２９を強力に蓋３のフランジ４に押し付け、がたつきのないように確実に保持して持ち上げる。なお、爪３７が通い箱１のフランジ２に接触すると持ち上げに必要な荷重が増加するから、モーターの負荷電流の変化によりフランジ２を掴んだことが確認できる。もし確認できない場合には誤動作のおそれがあるので、装置を停止して警告を発する。

もしハンドリング対象となる蓋付通い箱の左右に十分なすきまがあれば、上記の動作を蓋付通い箱の長辺の両側で同時に行い、ハンドリング装置１０は蓋付通い箱の両側を蓋付きのままチャックすることができるから、ロボットアーム１１により持ち上げて任意の位置まで移動させることができる。

しかし図４に示したように蓋付通い箱は隣接する蓋付通い箱との間にほとんど隙間のない状態で段積みされていることが多い。このため図１２に示すように、先ず側方が開放されている側で蓋付通い箱の片側の辺をチャックし、片側だけをロボットの動作により傾けて持ち上げることで、下部の横ずれ防止の通い箱１の6の部分を上に外す。その後把持した片側の方向に、開放されている側方にずらせて隣接する蓋付通い箱との間に隙間を形成する。そしてその隙間にフォーク２５を差し込み、反対側の辺をチャックする。このようにして対向する２辺をチャックし、ロボットアーム１１により任意の位置に移動させることができる。

蓋付でないただの通い箱１を積み上げた積載状態の場合にも、この把持装置で搬送可能である。押さえパッド２９は、蓋付の場合は蓋３のフランジ４の内面と上面を固定する。蓋が無い場合は通い箱のフランジ２の上面と通い箱１の内側１０ｍｍ程度の側面を内側から固定する。通い箱１は、上に次の箱を重ねるために上面すれすれまで中の製品を入れることはされておらず、必ず２０ｍｍ程度の上面のフランジ２の下で製品を収納するようになっている。フォーク２５は通い箱１の外側にさしこまれて、通い箱１のフランジ２の下部に差し込まれて持ち上げる。つまり、蓋がついてる通い箱と蓋が無い通い箱が混在している箱の山からでも、汎用的に本発明の把持装置ならフォークや押さえパッドの位置を外部信号で変えることで汎用的に運搬が可能である。

以上に、段積みされた蓋付通い箱をデパレタイジングする工程を説明したが、手順を逆にすれば、蓋付通い箱をパレタイジングすることも可能である。

本発明の利点を整理すると、次の通りである。
（１）端部のフランジ形状の異なる様々な蓋が被せられた蓋付通い箱を、蓋付きのままチャックして移動させることができる。
（２）蓋付通い箱のサイズが異なる場合にも、同一のハンドリング装置を用いることができ、ヘッド交換の無駄時間を削減することができる。
（３）蓋付通い箱の対向する長辺をチャックすることにより、ハンドリング装置の小型化と軽量化を図ることができ、ロボットの負荷も小さくできるので設備コストが安価となる。
（４）蓋付通い箱をデパレタイジングする場合にも、パレタイジングする場合にも用いることができる。
（５）蓋付でないただの通い箱状態でも把持して搬送可能なため、蓋付の通い箱と蓋無しの通い箱が混在している積載の通い箱の山の中からでも、汎用的に一つの把持装置で運搬が可能である。

１ 通い箱
２ フランジ
３ 蓋
４ フランジ
５ 下部フランジ
６ 段積み用の突起
７ 小突起
１０ ハンドリング装置
１１ ロボットアーム
１２ パレット
１３ ３Ｄビジョン
１５ 本体
１６ 基板
１７ リニアガイド
１８ スライダブロック
１９ スライダ
２０ サーボモータ
２１ ボールネジ
２２ ナット
２３ 垂直基板
２４ リニアガイド
２５ フォーク
２６ 昇降機構
２７ 小型のリニアガイド
２８ 水平スライド板
２９ 押さえパッド
３０ 垂直面
３１ 水平面
３２ 溝カム
３３ カムローラ
３４ 送りねじ
３５ 駆動モータ
３６ 縦軸
３７ 爪
３８ 回転機構
３９ 内面側ブラケット
４０ センサー

Claims (5)

1. フランジ付きの蓋が取り付けられた通い箱を、ロボットアームに取付けたハンドリング装置により蓋付きのまま把持して移動させる蓋付通い箱のハンドリング方法であって、
   押さえパッドと、昇降可能なフォークとを左右に備えたハンドリング装置を蓋付通い箱の中央上方に移動させ、左右の押さえパッドを蓋の外側に拡開させて蓋のフランジの内面及び上面に接触させ、
   フォークを蓋の外側で下降させたうえ、フォークに内蔵させた爪を通い箱のフランジの下面に差し込んで蓋付通い箱を蓋付きのまま把持し、ハンドリング装置により移動させることを特徴とする蓋付通い箱のハンドリング方法。
2. 蓋付通い箱の座標とそのフランジの形状をカメラで撮影し、ハンドリング装置の移動位置とフォークの下降量を制御することを特徴とする請求項１に記載の蓋付通い箱のハンドリング方法。
3. 片側の押さえパッドとフォークにより蓋付通い箱の片側を把持して、片側だけ持ち上げて下部の箱とのはまり込みをはずし、外側に引張り、その後、反対側の押さえパッドとフォークにより蓋付通い箱の反対側を把持し、持ち上げて移動させることを特徴とする請求項１に記載の蓋付通い箱のハンドリング方法。
4. ロボットアームに取付けて、フランジ付きの蓋が取り付けられた通い箱を蓋付きのまま把持して移動させる蓋付通い箱のハンドリング装置であって、
   ロボットアームに接続される本体と、
   本体に対して左右に拡縮移動される一対のスライダと、
   各スライダに設けられた押さえパッド及び昇降可能なフォークと、
   押さえパッドを蓋のフランジの内面に押し付ける押出手段と、
   フォークの内部に収納されており、下降したフォークの内側に突出される爪とを備えたことを特徴とする蓋付通い箱のハンドリング装置。
5. フォークの爪は、フォークに内蔵された垂直軸により水平回転するものであることを特徴とする請求項４に記載の蓋付通い箱のハンドリング装置。

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