TWI718767B - 開箱裝置及使用其之開箱方法 - Google Patents

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TWI718767B
TWI718767B TW108141970A TW108141970A TWI718767B TW I718767 B TWI718767 B TW I718767B TW 108141970 A TW108141970 A TW 108141970A TW 108141970 A TW108141970 A TW 108141970A TW I718767 B TWI718767 B TW I718767B
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辻森俊行
東健太郎
岩友希男
長廣一平
平田和範
宮尾祥一
山根秀士
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日商川崎重工業股份有限公司
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Abstract

本發明之開箱裝置具備機器人、及切割裝置。於機器人之手腕安裝有機器人手。機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置。切割裝置具有刀鋒向下、或向斜下之切斷刀。機器人可使以保持裝置保持之箱於垂直平面內移動，且可於垂直平面內發生角度變化。

Description

開箱裝置及使用其之開箱方法
本發明係關於將已裝貨並封緘之箱拆封，取出箱中之收容物之裝置及使用其之方法。
專利文獻1等中提出包括用於將裝貨並封緘之瓦楞紙箱拆封，取出箱中之收容物之機器人之裝置。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-100118號公報
[發明所欲解決之問題]
於上述專利文獻1之裝置中，利用捆包材切斷部之刀具將瓦楞紙箱割開。但是該捆包材切斷部設置於搬送路徑中。因此，只可對應既定之瓦楞紙箱之大小、既定之封緘形態。也就是說難以對應各種箱之大小或各種封緘形態。
本發明係鑒於此種狀況而成者，目的在於提供可對應各種箱之大小或各種封緘形態之開箱裝置及開箱方法。 [解決問題之手段]
本發明之某一態樣（aspect）之開箱裝置具備機器人、及切割裝置，於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀，上述機器人可使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動。
根據該構成，可藉由機器人使以保持裝置保持之箱於鉛直平面內往上方移動，使應切開之面推壓至切斷刀，且可藉由使箱於該鉛直平面內沿切斷刀之刀鋒之延伸方向移動，可切開該應切斷之面。故而，可對應各種箱之大小或各種封緘形態，將箱拆封。而且，由於在切開箱之面時，該面朝向上方，因此箱內之收容物因自身重量而向下方挪近，因此降低收容物被切斷刀損傷之可能性。
上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、及控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述機器人控制器可以如下之方式構成：藉由上述機器人本體利用上述保持裝置保持位於既定位置之上述箱，且使以上述保持裝置保持之上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開（cut open）上述箱之朝上之面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。此處，所謂「切開箱之面」，意指於箱之面切下到達內部空間之切痕（cut line）、或形成線狀之開口。
根據該構成，機器人本體可以自動或手動控制，對應各種箱之大小或各種封緘形態，將箱拆封。
上述控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之側方之方式保持上述箱之上表面以外之面，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開上述箱之上表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
根據該構成，可切開箱之上表面。於收容物不存在上下之方向性之情形時，可藉由使拆封之箱上下翻轉，使收容物落下而自箱中取出。
上述機器人進一步使以上述保持裝置保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化亦可。
根據該構成，由於可將以保持裝置保持之箱之下表面朝向切斷刀，因此可切開箱之下表面。
上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、及控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體使以上述保持裝置保持之上述箱至少於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，藉此利用上述切斷刀切開向上或斜向上之上述箱之面，而將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之至少上表面，其後使所保持之箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或斜向上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
根據該構成，於位於既定位置之箱以僅可保持上表面之方式配置之情形時（例如複數個箱積層為多層並且複數個箱於各層配置為矩陣狀，位於既定位置之箱為最上層之箱之情形），可容易地保持位於既定位置之箱，並切開該箱之下表面。
上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之側方之方式保持上述箱之下表面以外之面，其後使所保持之箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或斜向上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
根據該構成，於位於既定位置之箱以可保持側面之方式配置之情形時（例如複數個箱配置為一行，位於既定位置之箱為前端之箱之情形），可容易地保持位於既定位置之箱，切開該箱之下表面。
上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體將以上述保持裝置保持之上述箱拆封後，使由上述切斷刀切開之面朝向下方，而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
根據該構成，可容易地利用機器人取出拆封之箱之收容物。
上述箱具有底面、與上述底面對向之頂面、及連接上述底面全周及上述頂面全周之側面，上述箱以上述頂面成為上表面之方式位於上述既定位置，上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之底面以外之面，其後使所保持之箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或斜向上之上述箱之底面，藉此將上述箱拆封，且其後藉由使由上述切斷刀切開之底面朝向下方，而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
根據該構成，可利用機器人，切開底面將箱拆封，使所拆封之箱上下翻轉而取出收容物。其結果於收容物存在上下之方向性之情形時，可於正常方向取出收容物。
上述箱於托板上作為箱集合體被載置，上述保持裝置具備檢測上述箱之位置之箱位置檢測器，上述機器人控制器以如下之方式構成亦可：基於上述箱位置檢測所檢測之上述箱之位置，以上述保持裝置保持載置於上述托板上之上述箱集合體之位於上述既定位置之上述箱。
於機器人被程式控制之情形時，檢測對象之箱為預先指定，亦特定出其位置。但是，箱之現實之位置由於托板之位置誤差、箱集合體形成時之箱之配置誤差等，而包含誤差。根據該構成，例如可藉由將檢測對象之箱之位置修正為由箱位置檢測器所檢測之位置，而準確地保持箱。
上述切割裝置之上述切斷刀可配置於上述機器人可使上述機器人手之上述保持裝置於上述切斷刀之下移動之位置。
根據該構成，機器人可將以保持裝置保持之箱自切斷刀之下方推壓至該切斷刀而切開箱。
上述機器人可為垂直多關節機器人。
根據該構成，由於機器人可將以保持裝置保持之箱以任意之姿勢推向切斷刀而切開箱，因此可容易地對應各種箱之大小或各種封緘形態，將箱拆封。
又，本發明之其他態樣（aspect）之開箱方法係使用開箱裝置者，該開箱裝置具備機器人、及切割裝置，於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀，且
包括利用上述機器人，使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動之步驟A。
根據該構成，可對應各種箱之大小或各種封緘形態，將箱拆封。而且，由於在切開箱之面時該面朝向上方，因此箱內之收容物因自身重量而向下方挪近，因此降低收容物被切斷刀損傷之可能性。 [發明之效果]
根據本發明之開箱裝置，可對應各種箱之大小或各種封緘形態，不損傷箱中之收容物而將箱拆封並取出其中之收容物。
以下，一面參照圖式一面對本發明之開箱裝置之一實施形態進行說明。另外，以下，所有圖式中對相同或相當之要素標註相同之參照符號，省略其重複之說明。又，由於以下之圖為用於說明本發明之圖，因此存在省略與本發明無關之要素之情形、為了誇張等而尺寸不準確之情形、複數個圖式中相互對應之要素不一致之情形等。又，本發明並不限定於以下之實施形態。
（實施形態） 圖1係包含本發明之一實施形態之開箱裝置之開箱系統之佈局構想圖的一例。圖2係表示機器人及卸垛區域之立體圖。圖3係表示卸垛動作中之前半部分之箱位置測量動作之圖。圖4係表示保持裝置之構成之前視圖。該開箱系統亦為開箱裝置100之作業環境作。
[構成] ｛硬體之構成｝ 參照圖1至圖4，開箱系統包括機器人1、切割裝置40、卸垛區域51、載貨托板搬送輸送帶52、托板收納區53、解袋機54、製品搬出輸送帶55、及空箱排出輸送帶56。機器人1及切割裝置40構成開箱裝置100。機器人1之動作由機器人控制器3（圖5）控制，機器人1以外之開箱系統之構成要素之動作由系統控制裝置（未圖示）控制。機器人1之動作之控制與開箱系統之控制係相互配合進行。
於該開箱系統中，於載貨托板搬送輸送帶52上搬送載置（配置）有將瓦楞紙箱（以下簡稱為「箱」）33適當集合而成之箱集合體32之托板31（以下，將載置有箱集合體32之托板稱為「載貨托板」），於卸垛區域51停止。箱33於內部收容有收容物（製品）36，由膠帶34封緘（密封）。若載貨托板31停止，則機器人1自箱集合體32舉起箱33，利用切割裝置40將箱33拆封，使收容物36落下至製品搬出輸送帶55。如此，製品搬出輸送帶55將收容物36搬送至解袋機54，解袋機54解開收容物36之袋而對收容物進行適當處理。機器人1使空箱33落下至空箱排出輸送帶56上。如此，空箱排出輸送帶56將空箱33搬出。重複該等一系列之開箱動作，若托板31上變空，則空托板31由載貨托板搬送輸送帶52搬送至托板收納區53，並且下一載貨托板31於卸垛區域51停止。於托板收納區53，堆積空托板31。
其次，對開箱裝置100詳細地進行說明。
＜機器人1＞ 機器人1只要具有於手腕2a包括保持已捆包之箱33之保持裝置10之機器人手，可使以保持裝置10保持之箱33於鉛直平面內移動即可。原因在於，可藉由機器人1使以保持裝置10保持之箱33於鉛直平面內往上方移動，而使應切開之面推壓至切斷刀41，且可藉由使箱33於該鉛直平面內向切斷刀41之刀鋒之延伸方向移動，而切開該應切斷之面。此處，所謂「切開箱33之面」，意指於箱33之面切下到達內部空間之切痕（cut line）、或形成線狀之開口。機器人1進一步只要使以保持裝置10保持之箱33於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化即可。根據該構成，由於可使以保持裝置10保持之箱33之下表面朝向切斷刀41，因此可切開箱33之下表面。
於本實施形態中，機器人1可使以保持裝置10保持之箱33於鉛直平面內移動，且可使保持裝置10保持之箱33於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化。
作為機器人1，可例示垂直多關節機器人、水平多關節機器人、三角式機器人、平行連桿機器人、開箱專用機器人等。
機器人1包括機器人本體2、及機器人控制器3（參照圖5）。
參照圖3，機器人1例如由6軸之垂直多關節機器人構成，機器人本體2由垂直多關節之機器人臂構成。由於垂直多關節機器人為眾所周知，因此省略其詳細之說明。於機器人本體2之手腕2a，安裝有具備保持裝置10之機器人手（此處，實質上僅由保持裝置10構成）。
＜瓦楞紙箱33＞ 箱33只要為可將收容物36收容於內部並封緘（密封），且可利用切斷刀41切開者即可。箱33之形態並無特別限定。此處，箱33構成為具有底面、與底面對向之頂面、及連接底面全周及頂面全周之側面之形態。具體而言，箱33為已裝貨之瓦楞紙箱。此處，例如箱33之形狀為長方體。箱33由以長方體之4個側壁所構成之四角柱狀之本體部33a、及分別形成於本體部33a之各側壁之上端及下端之翼片33b構成。藉由將翼片33b彎曲並適當組合，封閉四角柱狀之本體部33a之兩端面，而分別形成頂壁及底壁。另外，於本實施形態中，於並不特別區分箱33之上下之方向之情形時，將四角柱狀之本體部33a之兩端之壁稱為「端壁」。端壁以翼片33b不打開之方式，利用黏著膠帶（以下簡稱為「膠帶」）34封緘。根據箱33之端壁之形態，翼片33b之形狀或片數、或膠帶34之封緘態樣多種多樣，如下所示對一般者進行說明。
例如，存在將本體部33a之矩形端面之一對對向之短邊及一對長邊分別作為彎曲部，由從各一對彎曲部分別延伸之分別為相同形狀之矩形之一對短邊用之翼片33b及一對長邊用之翼片33b形成端壁者。使矩形端面之一對短邊之彎曲部彎曲，一對短邊用之翼片33b隔著間隔而沿端面延伸。接著，使矩形端面之一對長邊之彎曲部彎曲，一對長邊用之翼片33b之前緣彼此對接。並且膠帶34以覆蓋該對接部，且跨越一對長邊用之翼片33b之方式貼合一對長邊用之翼片33b。如此一來，長邊用之翼片33b之側緣與本體部33a之短邊之彎曲部重疊。膠帶34以覆蓋該重疊部，且跨越長邊用之翼片33b及本體部33a之短邊之彎曲部之方式貼合長邊用之翼片33b及箱33之側板。通常，長邊用之翼片22之側緣與本體部33a之短邊之貼合於本體部33a之2個部位形成。其結果，若前視端壁，則膠帶34成為H字形狀（以下將該膠帶之貼附態樣稱為「H字狀膠帶貼附態樣」）。另外，存在將長邊用之翼片22之側緣與本體部33a之短邊之貼合省略之態樣。於此情形時，若前視端壁，則膠帶34成為I字形狀（以下將該膠帶34之貼附態樣稱為「I字狀膠帶貼附態樣」）。於本實施形態中，例示該I字狀膠帶貼附態樣。但是，對於H字狀膠帶貼附態樣，以下所說明之開箱動作亦可完全同樣地適用。
且作為其他態樣亦存在如下者。端壁由1片翼片33b構成。翼片33b使其緣與本體部33a之側壁之底緣重疊，膠帶34以覆蓋該重疊部，且跨越翼片33b及本體部33a之側壁之方式貼合翼片33b及本體部33a之側壁。
＜箱集合體32＞ 參照圖3，箱33以於托板31上形成箱集合體32之方式堆積。箱集合體32只要箱33有規則地配置即可。要求規則性之理由在於，機器人1為了保持配置於托板31上之箱33，需要特定出各箱33在托板31上之位置。
具體而言，箱集合體32例如由整體上周面以成為同一平面之四角柱狀之方式積層之1層以上之構成。各層於俯視下，由以整體上形成幾何圖形之方式排列之1箱以上之33構成。此處，幾何圖形為正方形。當然，亦可為其他幾何圖形。各箱33以頂面成為上表面之方式配置。
＜切割裝置40＞ 參照圖2，切割裝置40設置於機器人1附近。切割裝置40具有刀鋒朝向下方之切斷刀41。另外，切斷刀41之刀鋒朝向斜下方亦可。切斷刀41只要為具有朝向下方或斜下方之刀鋒者即可。切斷刀41之形狀並無特別限定，可例示圓板狀、小刀狀、鏈鋸狀等。切斷刀41可固定，亦可移動。
切斷刀41配置於機器人1可使保持裝置10於切斷刀41之下移動之位置。原因在於，若以此方式配置，則機器人1可將以保持裝置10保持之箱33自切斷刀41之下方推壓至該切斷刀41以切開箱33。
具體而言，切割裝置40例如具備圓板狀之切斷刀41及支持體42。支持體42於圖2（及圖8D～8H、及J）中，為了便於說明，而描繪成透明。支持體42由適當之支持構造支持為所需之高度，且形成為下端開放之殼體。並且，切斷刀41經由水平之旋轉軸42a（參照圖8I），於鉛直平面內可旋轉地安裝於支持體42。切斷刀41之下端部自支持體42之下端露出。切斷刀41例如由馬達（未圖示）旋轉驅動。
＜收容物（製品）36＞ 收容物36（參照圖4）並無特別限定。可例示製品、郵件等。作為製品，可例示裝袋之製品（例如裝有食品、堅果之塑料袋、日用品）、工業材料、零件等。
＜保持裝置10＞ 參照圖3及圖4，保持裝置10此處具備本體部11、安裝部12、一對把持構件13A、13B、吸附部18、及3維位置測量器（箱位置檢測器）20。另外，於圖4中，省略3維位置測量器20之圖示。關於3維位置測量器20，將於下文詳細說明。又，於圖4中，方便起見，將圖之左右方向及上下方向分別定義為保持裝置10之左右方向及上下方向。
本體部11自左右方向觀察，形成為具有倒U字狀之剖面且沿左右方向延伸之框體（尤其參照圖3）。
於該本體部11之中央部，於上方向立設前端具有凸緣之圓筒狀之安裝部12。安裝部12之中心軸構成保持裝置10之基準軸線AR。保持裝置10以基準軸線AR與機器人本體（機器人臂）2之手腕2a之扭轉旋轉之軸線一致之方式安裝於該手腕2a。又，保持裝置10如下所述，利用機器人本體2，使本體部11以基準軸線AR與瓦楞紙箱33之中心軸大概一致之方式位於瓦楞紙箱33之上方。
於圖4中，保持裝置10以基準軸線AR沿上下方向（鉛直方向）延伸之姿勢示出。
一對把持構件13A、13B之各基端部於垂直於基準軸線AR之既定之方向（此處為左右方向）上以既定距離分離安裝於本體部11。一對把持構件13A、13B之各基端部繞與基準軸線AR之延伸方向及上述既定方向垂直（正交）之一對旋動軸線A1、A2可旋動地安裝於本體部11。分別安裝有該一對把持構件13A、13B之基端部之本體部11之部位於上述既定方向上，自本體部11之基準軸線AR相互離開相等之距離。一對把持構件13A、13B由空壓控制電路（未圖示）驅動。一對把持構件13A、13B於圖4及圖8I以外之圖中，為了簡化，以1個參照符號13表示。
一對把持構件13A、13B例如從各旋動軸線A1、A2之延伸方向觀察，形成為具有沿一對把持構件13A、13B相互接近之方向或側（以下稱為內部或內側）彎曲之剖面形狀之板狀。
於一對把持構件13A、13B之前端，分別設有向內部突出之爪15A、15B。又，於一對把持構件13A、13B之較內側之面之彎曲部更靠前端側之部分分別安裝有摩擦構件17A、17B。一對摩擦構件17A、17B只要為摩擦係數較大之構件即可，作為一對摩擦構件17A、17B，可例示由橡膠、海綿、砂紙等構成之構件。
一對把持構件13A、13B之長度及彎曲之程度於本體部11位於瓦楞紙箱33之上方之狀態下（更詳細而言，吸附部18吸附瓦楞紙箱33之上表面之中央部之狀態），例如以一對爪15A、15B分別沒入瓦楞紙箱33之左右側壁之上部，且一對摩擦構件17A、17B分別抵接於瓦楞紙箱33之左右側壁之上部之方式設定（設計）。
但是，根據收容物36之狀態（例如於收容物36較少之情形等），一對把持構件13A、13B之長度及彎曲之程度於本體部11位於瓦楞紙箱33之上方之狀態下（更詳細而言，吸附部18吸附瓦楞紙箱33之上表面之中央部之狀態），以一對爪15A、15B分別沒入瓦楞紙箱33之左右側壁之任一部分，且一對摩擦構件17A、17B分別抵接於瓦楞紙箱33之左右側壁之任一部分之方式設定（設計）亦可。
於本體部11之下表面，設有吸附部18。吸附部18例如由真空吸附墊構成。吸附部18例如以中心軸與基準軸線AR一致之方式設置。吸附部18利用上述空壓控制電路進行吸附/釋放動作。
＜3維位置測量器20＞ 如圖3所示，作為箱位置檢測器之3維位置測量器20設於保持裝置10之本體部11之側部。3維位置測量器20測量箱33之3維位置。3維位置測量器20例如由3維視覺攝影機、圖像感測器、超音波距離感測器等構成。此處，3維位置測量器20由3維視覺攝影機構成。
｛控制系統之構成｝ 圖5係表示圖1之開箱裝置100之控制系統之構成的方塊圖。
參照圖5，機器人控制器3由進行集中控制之單獨之控制器或進行分散控制之複數個控制器構成。機器人控制器3於此處由進行集中控制之單獨之控制器構成。機器人控制器3之設置場所並無特別限定。機器人控制器3例如設置於機器人本體2之基部（參照圖2）。機器人控制器30例如具備處理器Pr及記憶體Me。機器人控制器3藉由處理器Pr讀取並實行儲存於記憶體Me之既定之控制程式，控制機器人本體2及保持裝置10之動作。機器人控制器3具體而言例如由微控制器、MPU、FPGA（Field Programmable GateArray）、PLC（Programmable Logic Controller）、邏輯電路等構成。
具體而言，機器人控制器3藉由控制驅動機器人本體2之各關節之馬達而控制機器人本體2之動作，藉由控制保持裝置10之空壓控制電路而控制保持裝置10之動作。又，機器人控制器3基於3維位置測量器20之測量資料，特定出箱33之3維位置。並且，機器人控制器以基於該特定之箱33之3維位置保持箱33之方式控制機器人本體2及保持裝置10之動作，且根據上述既定之控制程式，使機器人本體2及保持裝置10進行開箱動作。
切割裝置40由上述系統控制裝置（未圖示）適當控制。另外，機器人控制器3控制切割裝置40之動作亦可。
[動作] 其次，對以上述之方式構成之開箱裝置100之動作進行說明。首先，使用圖2、圖3、及圖6，對開箱裝置100之動作之大概內容進行說明。
圖6係表示圖1之開箱裝置之開箱動作之大概內容之流程圖。機器人1及保持裝置10之動作藉由機器人控制器3之控制完成。
參照圖2、圖3、及圖6，機器人1以保持裝置10保持箱33（步驟S1）。
接著，機器人1使箱33向切割裝置40移動（步驟S2）。
接著，機器人1利用切割裝置40之切斷刀41將箱33拆封（步驟S3）。
接著，使用圖2～4、圖7、圖8A～8N，對開箱裝置100之動作詳細地進行說明。該詳細之動作例如按以下之方式完成。當然，除此之外以其他之態樣之動作完成亦可。以下，例示機器人本體2以使手腕2a位於箱33之上方之方式保持箱33之底面以外之面（上表面及側面）之保持形態下之動作。又，切斷刀41旋轉。
首先，如圖3所示，機器人1針對構成托板31上之箱集合體32之複數個箱33中之頂面露出且位於既定位置之一個箱33，以3維位置測量器20測量箱33之3維位置。該測量對象之箱33於上述既定之控制程式中預先指定，亦特定出其3維位置，但箱33之現實之3維位置由於托板31之位置誤差、箱集合體32之形成時之箱33之配置誤差等，而包含誤差，因此修正為對其進行測量而得之3維位置（步驟S1-1）。尤其於開箱裝置100中，由於利用保持裝置10之一對把持構件13A、13B把持箱33，因此為了準確地把持箱33，箱33之3維位置的準確事關重大。
接著，如圖8A所示，機器人1以吸附部18（參照圖4）吸附指定之箱33之頂面（步驟S1-2）。
接著，如圖8B所示，機器人1將所吸附之箱33抬起至既定之把持位置（步驟S1-3）。
接著，如圖8C所示，機器人1利用一對把持構件13A、13B（13）把持箱之上部（步驟S1-4）。藉此，箱33牢固地保持於機器人1，可搬送（移動）箱33。
接著，如圖8D所示，機器人1將所保持之箱33移動至切割裝置40之切斷刀41之前（步驟S2）。若詳細進行說明，機器人1於保持箱33後，藉由使箱33於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，以所保持之箱33之頂面朝向斜上方之方式改變箱33之姿勢。藉由該姿勢變化，箱33內之收容物36（圖8I參照）向箱33之下方挪近。藉此於箱33之內部空間之上部形成間隙。由於在箱33之內部空間之上部形成有間隙，即使切斷刀41以維持刀鋒刺入箱中之狀態相對於箱33相對移動，切斷刀41亦不會損傷箱33內之收容物。並且，機器人1使箱33之一短邊之一端（圖8D中之右端）位於切斷刀41之下端部之左側。
接著，機器人1使箱33沿著切斷刀41之延伸面水平移動至圖8D之右側。
藉此，如圖8F所示，沿橫方向切斷箱33之底側之膠帶34之一側（步驟S3-1）。另外，於H字狀膠帶貼附態樣之情形時，亦切斷與箱33之一短邊對應之膠帶。又，以上之切斷動作藉由使箱33於包含切斷刀41之刀鋒之延伸面之鉛直平面內移動而完成。
其次，如圖8G所示，機器人1繞手腕2a之中心軸（保持裝置10之基準軸線AR）將箱33旋轉180度，其後，與步驟S3-1同樣地，沿橫方向切斷箱33之底側之膠帶34之另一側（步驟S3-2）。另外，於H字狀膠帶貼附態樣之情形時，亦切斷與箱33之另一短邊對應之膠帶。
接著，如圖8H所示，機器人1繞手腕2a之中心軸將箱33旋轉90度並且將箱33朝向正上方，且使箱33之一側（圖8H中之右側）之短邊之中央位於切斷刀41之下端部之左側。
接著，機器人1使箱33沿著切斷刀41之延伸面水平移動至圖8H之右側。此時，如圖8I所示，由於箱33內之收容物36向箱33之下方挪近，於箱33之內部空間之上部形成有間隙，因此切斷刀41不會損傷箱33內之收容物。
藉此，如圖8J所示，沿縱方向切斷位於箱33之底側之膠帶34之底面的部分（步驟S3-3）。另外，於H字狀膠帶貼附態樣之情形時，與其同樣地，沿縱方向切斷位於箱33之底側之膠帶34之底面的部分。又，該步驟S3-3中之切斷動作亦藉由使箱33於包含切斷刀41之刀鋒之延伸面之鉛直平面內移動而完成。
如此，藉由切斷貼附於翼片33b之所有膠帶34，解除箱33之底壁之封緘狀態。
接著，機器人1將箱33移動至收容物台即製品搬出輸送帶55之上（步驟S4）。
接著，如圖8K及圖8L所示，機器人1以一面推動翼片33b一面將收容物36自箱33排出至製品搬出輸送帶55上之方式，扭轉箱33（步驟S5）。於此情形時。可以箱33橫臥之方式扭轉，以箱33正立之方式扭轉亦可。又，於扭轉以外之態樣中改變箱33之姿勢亦可。
藉此，如圖8M所示，箱33中所收容之收容物36全部落下至製品搬出輸送帶55上並排出（步驟S6）。
接著，如圖8N所示，機器人1將空箱33移動至空箱排出輸送帶56之上（步驟S7）。
接著，如圖8O所示，機器人1藉由解除保持裝置10之吸附部18之吸附並且解除一對把持構件13之把持，而解放箱33。如此，空箱33落下至空箱排出輸送帶56上（步驟S8）。落下之空箱33由空箱排出輸送帶56搬出。
並且，機器人1之後重複上述動作。
根據此種實施形態，藉由機器人1可使以保持裝置10保持之箱33於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化而將該箱33之應切開之面垂直朝向切斷刀41，將該箱33於鉛直平面內向上方移動，可將該應切開之面推壓至切斷刀41，且藉由使該箱33於鉛直平面內沿切斷刀41之延伸方向移動，可切開該應切開之面。
是以，可對應各種箱33之大小或各種封緘形態，將箱33拆封。而且，由於切開時應切開之面朝向上方，因此箱33內之收容物36因自身重量而向下方挪近，因此降低收容物36被切斷刀41損傷之可能性。
｛變形例1｝ 圖9係表示卸垛動作之其他態樣之圖。參照圖9，於本實施形態之變形例1中，於托板31上，複數個箱33配置為行狀作為箱集合體32。行之數量並無特別限定。作為此種情形，例如可列舉箱33若以縱長堆積，則箱集合體32變得不穩定之情形。
於本變形例中，該箱集合體32之成行的箱中之前端之箱33為位於既定位置之箱。機器人本體2於各時點，對位於該箱行之前端之箱33以使手腕2a位於箱33之前方（側方）之方式保持箱33之下表面以外之面（此處為3個側面（前面、左側面、及右側面））。
除此以外之方面，與上述實施形態完全相同。
根據該變形例1，於位於既定位置之箱33以可保持側面之方式配置之情形時，可容易地保持位於既定位置之箱33，切開該箱33之下表面。
｛變形例2｝ 變形例2除以下方面以外，與變形例相同。
於本變形例2中，機器人本體2於與變形例1同樣地以保持裝置10保持箱33後，不使箱33上下翻轉，而將箱33拆封。詳細地進行說明，於圖7之流程圖之步驟S3-1～S3-3中，切斷箱33之頂側之膠帶34。
根據該變形例2，可切開箱33之配置狀態下之上表面。於收容物36不存在上下之方向性之情形時，進一步可藉由使拆封之箱33上下翻轉，使收容物36落下而自箱33中取出。
（其他實施形態） 於上述實施形態以及變形例1及變形例2（以下簡稱為「上述實施形態」）中，以開箱裝置100具備操作機器人1之操作器，操作者藉由使用操作器操作機器人1而將箱33拆封之方式構成開箱裝置100亦可。於此情形時，例如，以操作者不經由控制裝置而操作機器人本體2及保持裝置10之方式，構成開箱裝置100亦可。又，例如，以利用操作器之操作將操作訊號輸入至機器人控制器3，機器人控制器3根據操作訊號控制機器人本體2及保持裝置10之動作之方式，構成開箱裝置110亦可。
於上述實施形態中，箱33可不以膠帶34封緘。例如，可藉由箱33使翼片相互卡合或黏著而封緘。又，箱33藉由適當之安裝手段（嵌合、緊固等）安裝端壁而封緘亦可。
於上述實施形態中，箱保持部具備上壁保持部（吸附部18）及一對側壁保持部（把持構件13A、13B），僅具備任一者亦可。
又，於上述實施形態中，例示了瓦楞紙箱33堆疊之情形，但瓦楞紙箱33之載置形態並不限定於此。例如，瓦楞紙箱可複數個堆疊為1行。此種情形可省略上壁保持部（吸附部18）。
又，保持裝置10保持瓦楞紙箱33之方向並無特別限定。例如，於瓦楞紙箱33使頂壁橫向或向下載置之情形時，保持裝置10只要自側方或下方保持瓦楞紙箱33即可。總之，保持裝置10只要使與瓦楞紙箱33之應切開之端壁相反之側之端壁與本體部11鄰接而保持瓦楞紙箱33即可。
又，箱保持部（18、13）只要支持瓦楞紙箱33之應切開之端壁以外之部分而保持瓦楞紙箱33即可，例如，可保持瓦楞紙箱33之稜部或角部。
於上述實施形態中，例示了吸附部18作為上壁保持部，但上壁保持部只要可支持瓦楞紙箱33之上壁並保持即可。例如，上壁保持部可具備可沒入上壁支持瓦楞紙箱33之爪。
於上述實施形態中，例示了側壁保持部由一對把持構件13A、13B構成之形態，但只要側壁保持部可支持側壁並保持瓦楞紙箱33即可。例如，側壁保持部可以沿左右方向進退夾持一對側壁之方式構成。
又，於上述實施形態中，保持裝置10之把持構件13由空壓控制電路驅動，但該把持構件13之動力源並不限定於此。例如，該把持構件13亦可由馬達驅動。
又，於上述實施形態中，切割裝置40可具有複數個切斷刀41。
又，於上述實施形態中，可省略3維位置測量器20。
由上述說明，本發明所屬技術領域具通常知識者可明確許多改良或其他實施形態。故而，上述說明應僅作為例示解釋。 [產業上之可利用性]
本發明之開箱裝置於將裝貨並封緘之箱拆封，取出箱中之收容物之裝置之技術領域中有其用處。
1:機器人 2:機器人本體 2a:手腕 3:機器人控制器 10:保持裝置 11:本體部 12:安裝部 13、13A、13B:把持構件 15A、15B:爪 17A、17B:摩擦構件 18:吸附部 20:3維位置測量器（箱位置檢測器） 31:托板 32:箱集合體 33:瓦楞紙箱（箱） 33a:本體部 33b:翼片 34:黏著膠帶（膠帶） 36:收容物 40:切割裝置 41:切斷刀 42:支持體 42a:旋轉軸 51:卸垛區域 52:載貨托板搬送輸送帶 53:托板收納區 54:解袋機 55:製品搬出輸送帶 56:空箱排出輸送帶 100:開箱裝置 A1、A2:旋動軸線 AR:基準軸線 Me:記憶體 Pr:處理器 S1~S8:步驟
[圖1]係包含本發明之一實施形態之開箱裝置之開箱系統之一例的佈局構想圖。 [圖2]係表示機器人及卸垛區域之立體圖。 [圖3]係表示卸垛動作中之前半部分之箱位置測量動作之圖。 [圖4]係表示保持裝置之構成之前視圖。 [圖5]係表示圖1之開箱裝置之控制系統之構成的方塊圖。 [圖6]係表示圖1之開箱裝置之開箱動作之大概內容之流程圖。 [圖7]係表示圖1之開箱裝置之開箱動作之詳細內容之流程圖。 [圖8A]係表示卸垛動作中之後半部分之箱舉起動作之圖。 [圖8B]係表示卸垛動作中之後半部分之箱舉起動作之圖。 [圖8C]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8D]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8E]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8F]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8G]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8H]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8I]係表示瓦楞紙箱切割中之箱內之情況之圖。 [圖8J]係表示瓦楞紙箱切割動作之圖。 [圖8K]係表示製品（收容物）搬出動作之圖。 [圖8L]係表示製品（收容物）搬出動作之圖。 [圖8M]係表示製品（收容物）搬出動作之圖。 [圖8N]係表示空箱排出動作之圖。 [圖8O]係表示空箱排出動作之圖。 [圖9]係表示卸垛動作之其他態樣之圖。
1:機器人
31:托板
32:箱集合體
40:切割裝置
51:卸垛區域
52:載貨托板搬送輸送帶
53:托板收納區
54:解袋機
55:製品搬出輸送帶
56:空箱排出輸送帶
100:開箱裝置

Claims (28)

  1. 一種開箱裝置，其具備機器人、及切割裝置，於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀，上述機器人可使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動，上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體利用上述保持裝置保持位於既定位置之上述箱，且使以上述保持裝置保持之上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開上述箱之朝上之面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
  2. 如請求項1所述之開箱裝置，其中上述控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之側方之方式保持上述箱之上表面以外之面，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開上述箱之上表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
  3. 一種開箱裝置，其具備機器人、及切割裝置於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀，上述機器人可使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動，上述機器人進一步使以上述保持裝置保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化， 上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體使以上述保持裝置保持之上述箱至少於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，藉此利用上述切斷刀切開向上或向斜上之上述箱之面而將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
  4. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之至少上表面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或斜向上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
  5. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之側方之方式保持上述箱之下表面以外之面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或斜向上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體。
  6. 如請求項1所述之開箱裝置，其中上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體將以上述保持裝置保持之上述箱拆封後，使由上述切斷刀切開之面朝向下方而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
  7. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述箱具有底面、與上述底面對向之頂面、及連接上述底面全周與上述頂面 全周之側面，上述箱以上述頂面成為上表面之方式位於上述既定位置，上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之底面以外之面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開因上述角度變化而向上或向斜上之上述箱之底面，藉此將上述箱拆封，且其後藉由使由上述切斷刀切開之底面朝向下方而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
  8. 如請求項1所述之開箱裝置，其中上述箱於托板上作為箱集合體被載置，上述保持裝置具備檢測上述箱之位置之箱位置檢測器，上述機器人控制器以如下之方式構成：基於上述箱位置檢測所檢測之上述箱之位置，利用上述保持裝置保持載置於上述托板上之上述箱集合體之位於上述既定位置之上述箱。
  9. 如請求項1所述之開箱裝置，其中上述切割裝置之上述切斷刀配置於上述機器人可使上述機器人手之上述保持裝置於上述切斷刀之下移動之位置。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之開箱裝置，其中上述機器人為垂直多關節機器人。
  11. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述機器人控制器以如下之方式構成：藉由上述機器人本體將以上述保持裝置保持之上述箱拆封後，使由上述切斷刀切開之面朝向下方，而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
  12. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述箱於托板上作為箱集合體被載置，上述保持裝置具備檢測上述箱之位置之箱位置檢測器，上述機器人控制器以如下之方式構成：基於上述箱位置檢測所檢測之上述箱之位置，以上述保持裝置保持載置於上述托板上之上述箱集合體之位於上述既定位置之上述箱。
  13. 如請求項3所述之開箱裝置，其中上述切割裝置之上述切斷刀配置於上述機器人可使上述機器人手之上述保持裝置於上述切斷刀之下移動之位置。
  14. 如請求項11至13中任一項所述之開箱裝置，其中上述機器人為垂直多關節機器人。
  15. 一種開箱方法，其係使用具備機器人、及切割裝置，於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀之開箱裝置者，且上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述開箱方法包括利用上述機器人使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動之步驟A，上述步驟A係利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體利用上述保持裝置保持位於既定位置之上述箱，且使以上述保持裝置保持之上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開上述箱之朝上之面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體之步驟。
  16. 如請求項15所述之開箱方法，其中上述步驟A係利用上述控制器，藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述 箱之側方之方式保持上述箱之上表面以外之面，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開上述箱之上表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體之步驟。
  17. 一種開箱方法，其係使用具備機器人、及切割裝置，於上述機器人之手腕安裝有機器人手，上述機器人手具有保持已捆包之箱之保持裝置，上述切割裝置具有刀鋒向下或向斜下之切斷刀之開箱裝置者，上述機器人具備包括安裝有具有上述保持裝置之上述機器人手之手腕之機器人本體、控制上述機器人本體及上述保持裝置之動作之機器人控制器，上述開箱方法包括利用上述機器人使以上述保持裝置保持之上述箱於鉛直平面內移動之步驟A，上述步驟A包括利用上述機器人，進一步使以上述保持裝置保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，上述步驟A係利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體使以上述保持裝置保持之上述箱至少於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，藉此利用上述切斷刀切開向上或向斜上之上述箱之面，而將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體之步驟。
  18. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述步驟A係利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之至少上表面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或向斜上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體之步驟。
  19. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述步驟A係利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體以使上述手腕位 於上述箱之側方之方式保持上述箱之下表面以外之面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開根據上述角度變化而向上或向斜上之上述箱之下表面，藉此將上述箱拆封，以此方式控制上述機器人本體之步驟。
  20. 如請求項15所述之開箱方法，其中上述箱旋轉方法包括利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體將以上述保持裝置保持之上述箱拆封後，使由上述切斷刀切開之面朝向下方，而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體之步驟B。
  21. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述箱具有底面、與上述底面對向之頂面、及連接上述底面全周與上述頂面全周之側面，上述箱以上述頂面成為上表面之方式位於上述既定位置，上述開箱方法包括上述步驟A及追加步驟，上述步驟A及上述追加步驟係如下之步驟：利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體以使上述手腕位於上述箱之上方之方式保持上述箱之底面以外之面，其後使所保持之上述箱於上下翻轉之旋轉方向上發生角度變化，其後使上述箱至少於鉛直平面內移動，而利用上述切斷刀切開因上述角度變化而向上或向斜上之上述箱之底面，藉此將上述箱拆封，且其後藉由使由上述切斷刀切開之底面朝向下方而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體。
  22. 如請求項15所述之開箱方法，其中上述箱於托板上作為箱集合體被載置，上述保持裝置具備檢測上述箱之位置之箱位置檢測器，於上述步驟A中，利用上述機器人控制器，基於上述箱位置檢測所檢測之上 述箱之位置，以上述保持裝置保持載置於上述托板上之上述箱集合體之位於上述既定位置之上述箱。
  23. 如請求項15所述之開箱方法，其中上述切割裝置之上述切斷刀配置於上述機器人可使上述機器人手之上述保持裝置於上述切斷刀之下移動之位置。
  24. 如請求項15至23中任一項所述之開箱方法，其中上述機器人為垂直多關節機器人。
  25. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述箱旋轉方法包括利用上述機器人控制器，藉由上述機器人本體將以上述保持裝置保持之上述箱拆封後，使由上述切斷刀切開之面朝向下方，而使上述箱之收容物落下，以此方式控制上述機器人本體之步驟B。
  26. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述箱於托板上作為箱集合體被載置，上述保持裝置具備檢測上述箱之位置之箱位置檢測器，於上述步驟A中，利用上述機器人控制器，基於上述箱位置檢測所檢測之上述箱之位置，以上述保持裝置保持載置於上述托板上之上述箱集合體之位於上述既定位置之上述箱。
  27. 如請求項17所述之開箱方法，其中上述切割裝置之上述切斷刀配置於上述機器人可使上述機器人手之上述保持裝置於上述切斷刀之下移動之位置。
  28. 如請求項25至27中任一項所述之開箱方法，其中上述機器人為垂直多關節機器人。
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