WO2016038932A1 - 荷役装置及び把持装置 - Google Patents

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WO2016038932A1
WO2016038932A1 PCT/JP2015/063448 JP2015063448W WO2016038932A1 WO 2016038932 A1 WO2016038932 A1 WO 2016038932A1 JP 2015063448 W JP2015063448 W JP 2015063448W WO 2016038932 A1 WO2016038932 A1 WO 2016038932A1
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cargo handling
take
tip
belt
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秀一 中本
春菜 衛藤
小川　昭人
淳也 田中
隆史 園浦
秋葉　敏克
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株式会社 東芝
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a cargo handling device and a gripping device.
  • a cargo handling device that performs cargo handling work, it is possible to handle loads (objects) that are difficult to grip with conventional adsorption-type end effectors, such as luggage with large surface irregularities, easily deformable luggage, and bags covered with paper bags or paste paper. It has been demanded. Moreover, it is desirable that the gripping device applied to the cargo handling device can handle various shapes of loads.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a cargo handling device and a gripping device capable of handling loads in various states.
  • the cargo handling apparatus includes a base, a first linear motion unit, a second linear motion unit, a moving conveyor, a take-out arm, and a gripping unit.
  • the first linear motion part is supported by the base and is movable in the vertical direction.
  • the second linear motion part is supported by the first linear motion part and is movable in the front-rear direction.
  • the moving conveyor is supported by the second linear motion part and includes a belt for transporting the load.
  • the take-out arm is disposed on the side of the moving conveyor, takes out the load and places it on the belt.
  • a gripping part is provided at the tip of the take-out arm and grips the load.
  • the gripping device includes a passive elastic joint, a first tip portion, and a second tip portion.
  • the passive elastic joint is provided at the tip of the robot arm.
  • the first tip portion and the second tip portion are connected to the passive elastic joint and are held by the passive elastic joint so as to be substantially orthogonal to each other when not in contact with the object and substantially parallel when in contact with the object.
  • FIG. 10A It is a side view explaining the operation example of the cargo handling apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is a top view which shows an example of the package conveyance method which concerns on 1st Embodiment. It is a top view which shows an example of the package conveyance method which concerns on 1st Embodiment. It is a side view which shows the structural example of the holding part which concerns on 1st Embodiment. It is a side view explaining operation
  • FIG. 10 is a top view showing another example of the structure of the gripping part according to the first embodiment and showing the posture of the gripping part when gripping the front surface of a load. It is a side view which shows the holding part of FIG. 11A. It is a top view which shows the attitude
  • FIG. 1A is a top view schematically showing the cargo handling apparatus 10 according to the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the cargo handling apparatus 10 taken along the line BB ′ shown in FIG. 1A
  • the box pallet 50 is located in front of the cargo handling apparatus 10
  • the transport table 60 is located behind the cargo handling apparatus 10.
  • an intermediate shelf 51 is provided inside the box pallet 50
  • luggage 53 is stacked and accommodated in the box pallet 50.
  • the box pallet 50 has wheels 52 so that the box pallet 50 can move, and the cargo handling device 10 and the transport table 60 are fixed to the ground.
  • the cargo handling device 10 may be movable.
  • the cargo handling device 10 can include wheels or can move along a rail.
  • the cargo handling device 10 transfers the cargo 53 accommodated in the box pallet 50 to the transport table 60.
  • the cargo handling device 10 includes a base 12, a first linear motion portion 14, a second linear motion portion 16, a moving conveyor 18, and a pair of extraction arms 20.
  • the base 12 includes, for example, a base portion 12A that is in contact with the ground, and a plurality of vertical members 12B that extend from the base portion 12A in the vertical direction (vertical direction). In the example shown in FIG. 1B, four vertical members 12B are provided at the four corners of a rectangular parallelepiped base portion 12A.
  • the first linear motion portion 14 is supported by the base 12 so as to be movable in the vertical direction.
  • the first linear motion mechanism 15 that drives the first linear motion portion 14 in the vertical direction is provided in one of the vertical members 12B, and guide rails along the vertical direction are provided in the remaining three vertical members 12B. .
  • the first linear motion unit 14 can move in the vertical direction by being driven by the first linear motion mechanism 15.
  • the second linear motion part 16 is supported by the first linear motion part 14 so as to be movable in the front-rear direction.
  • the front-rear direction is orthogonal to the vertical direction, that is, a direction parallel to the horizontal plane.
  • the first linear motion portion 14 is provided with a second linear motion mechanism 17 that drives the second linear motion portion 16 in the front-rear direction.
  • the second linear motion part 16 can move in the front-rear direction by being driven by the second linear motion mechanism 17.
  • the moving conveyor 18 is supported by the second linear motion part 16. That is, the moving conveyor 18 is supported by the base 12 via the first linear motion portion 14 and the second linear motion portion 16 and can move in the vertical direction and in the front-rear direction. Thereby, the tip of the moving conveyor 18 can reach the entire range in the box pallet 50.
  • the moving conveyor 18 conveys the luggage 53 taken out from the box pallet 50 by the take-out arm 20, and puts the luggage 53 into the conveyance table 60.
  • the moving conveyor 18 includes an annular belt 19 for transporting the luggage 53 in the transport direction indicated by the arrow A.
  • the belt 19 is wound around pulleys 22, 23 and 24.
  • the pulleys 22, 23, and 24 rotate about an axis along a direction perpendicular to the vertical direction and the front-rear direction.
  • the pulley 22 is located at the front end of the moving conveyor 18, the pulley 24 is located at the rear end of the moving conveyor 18, and the pulley 23 is located between the pulley 22 and the pulley 24.
  • the diameter of the pulley 23 is the same as the diameter of the pulley 24, and the diameter of the pulley 22 is smaller than the diameter of the pulley 23.
  • the moving conveyor 18 when viewed from the side, the moving conveyor 18 becomes narrower toward the tip at the front portion and has a constant thickness at the rear portion.
  • the belt 19 rotates in response to torque generated by a motor (not shown).
  • the output shaft of the motor is connected to the pulley 23, for example.
  • the pair of take-out arms 20 are arranged on the side of the moving conveyor 18. Specifically, the pair of take-out arms 20 are supported by the first linear motion portion 14 so as to face each other via the moving conveyor 18. That is, the pair of extraction arms 20 is supported by the base 12 via the first linear motion portion 14 and can move in the vertical direction.
  • the take-out arm 20 By arranging the take-out arm 20 on the side of the moving conveyor 18 in this way, the moving conveyor 18 can be inserted into a space where the vertical gap is narrow. This is advantageous when the packages 53 stacked in the box pallet 50 are taken out, particularly when the intermediate shelf 51 is avoided. For example, when taking out the back luggage 53-1 after taking out the front luggage 53-1, the moving conveyor 18 enters the gap between the intermediate shelf 51 and the luggage 53-3 and reaches the vicinity of the luggage 53-2. can do.
  • Each take-out arm 20 takes out the load 53 from the box pallet 50 and places the load 53 on the belt 19.
  • the take-out arm 20 is formed by three rotary joints 25, 26, 27 and two links 28, 29, and the tip thereof moves on a plane. This plane is a horizontal plane or a plane slightly inclined from the horizontal plane.
  • the distal end of the take-out arm 20 is a rotary joint 27 and moves on a plane inclined from a horizontal plane.
  • the plane on which the tip of the take-out arm 20 moves is parallel to the belt 19 in the front portion of the moving conveyor 18.
  • a grip portion 21 that grips the luggage 53 is provided at the tip of the take-out arm 20.
  • the gripping part 21 grips the luggage 53 by, for example, vacuum suction.
  • the cargo handling device 10 takes out the cargo 53 to the moving conveyor 18 by the take-out arm 20 and carries the cargo 53 on the moving conveyor 18. That is, the luggage 53 is carried while being supported from below.
  • the load 53 can be transferred to the transport table 60 without dropping the load 53.
  • the baggage 53 can be transferred to the transport table 60 without damaging the baggage 53.
  • the cargo handling apparatus 10 can be made more compact than the conventional cargo handling apparatus by using the take-out arm 20 and the moving conveyor 18 in combination. As a result, the cargo handling apparatus 10 can take out a load placed in a narrow space, such as a load 53 accommodated in a box pallet 50 having an intermediate shelf 51.
  • the number of the extraction arms 20 is not limited to the example which is two like this embodiment.
  • only one take-out arm 20 may be provided on the side of the moving conveyor 18.
  • the take-out arm 20 is not limited to an example including three active joints (specifically, rotary joints 25, 26, and 27) as in the present embodiment, but one, two, or four or more active joints. It may have a joint.
  • FIG. 2 schematically shows a control system of the cargo handling device 10.
  • the cargo handling device 10 includes a conveyor control unit 31, an arm control unit 32, and a sensor unit 33.
  • the conveyor control unit 31 performs positioning control of the moving conveyor 18 with respect to a package to be taken out (also referred to as a target package). Specifically, the conveyor control unit 31 controls the first linear motion mechanism 15 so that the front end of the moving conveyor 18 is at the same height as the lower surface of the target luggage so that the moving conveyor 18 approaches the target luggage.
  • the second linear motion mechanism 17 is controlled.
  • the lower surface position of the target luggage is detected by the sensor unit 33.
  • the sensor unit 33 detects the position and shape of the target luggage and generates a detection signal.
  • the sensor unit 33 includes, for example, an image sensor that captures an image of the target luggage and generates an image signal, and an image processing section that performs image processing on the image signal to detect the lower surface position of the target luggage.
  • the image sensor is provided in the base portion 12 ⁇ / b> A of the base 12.
  • the sensor unit 33 may not include an image processing unit, and the conveyor control unit 31 may perform a process of detecting the lower surface position of the target luggage.
  • the conveyor control unit 31 determines the position of the moving conveyor 18 when the take-out arm 20 takes out the target luggage, and moves the moving conveyor 18 as described above.
  • the conveyor control unit 31 further controls the rotation of the belt 19 of the moving conveyor 18. Specifically, the conveyor control unit 31 controls a motor connected to the belt 19.
  • the arm control unit 32 performs positioning control of the take-out arm 20 with respect to the target luggage. Specifically, the arm control unit 32 determines a position to be gripped in the target luggage based on a detection signal received from the sensor unit 33. Then, the arm control unit 32 drives the rotary joints 25, 26, and 27 so that the tip of the extraction arm 20, that is, the gripping unit 21 comes into contact with the determined position. The arm control unit 32 further drives the gripping unit 21 to grip the target luggage.
  • FIGS. 3A to 8B 3A, FIG. 4A, FIG. 5A, FIG. 6A, FIG. 7A, and FIG. is there. 3B, FIG. 4B, FIG. 5B, FIG. 6B, FIG. 7B, and FIG. 8B respectively show the cargo handling device 10 along the line BB ′ shown in FIG. FIG. 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, and 8A, the intermediate shelf 51 and the luggage 53 disposed thereon are omitted.
  • the first linear motion unit 14 is driven by the first linear motion mechanism 15, and the moving conveyor 18 has a height at the tip of the lower surface of the target luggage 53-1. Ascend to match.
  • the second linear motion unit 16 is driven by the second linear motion mechanism 17, and the moving conveyor 18 moves forward so as to approach the target luggage 53-1. Subsequently, the take-out arm 20 is driven so as to press the grip portion 21 against the side surface of the target luggage 53-1, and the target luggage 53-1 is gripped by the grip section 21.
  • the take-out arm 20 moves the target luggage 53-1 onto the belt 19 of the moving conveyor 18.
  • the belt 19 is driven in synchronization with the take-out arm 20. That is, when the take-out arm 20 moves on the belt 19, the belt 19 is rotationally driven so that the target luggage is conveyed in the conveyance direction indicated by the arrow A in FIG. 5B.
  • the tip of the take-out arm 20 moves on a plane inclined from the horizontal plane, the target luggage 53-1 is taken out slightly above the horizontal direction. As a result, friction between the target luggage 53-1 and the underlying luggage 53-3 is reduced, and the target luggage 53-1 can be easily taken out.
  • the take-out arm 20 does not prevent the target luggage 53-1 from flowing on the belt 19.
  • the arm control unit 32 retracts the take-out arm 20 from the moving conveyor 18.
  • the moving conveyor 18 conveys the target luggage 53-1 and stops after the entire target luggage 53-1 is placed on the belt 19.
  • a plurality of packages 53 can be placed on the moving conveyor 18, as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the cargo handling device 10 is operated so as to place a load 53 that can be placed on the moving conveyor 18.
  • three packages 53-1, 53-2, and 53-3 are placed on the moving conveyor 18.
  • the first linear motion unit 14 is driven by the first linear motion mechanism 15, and thereby the moving conveyor 18 is lowered to the position of the transport table 60.
  • the moving conveyor 18 is driven, that is, the belt 19 is rotated, whereby the luggage 53 is put into the transport table 60.
  • the transport table 60 is, for example, a belt conveyor device that transports the luggage 53 in the transport direction indicated by the arrow B in FIG. 8A.
  • the destination (unloading place) to which the cargo handling apparatus 10 transfers the package is not limited to a dynamic platform such as the transport table 60 but may be a static platform such as a pallet or a work table.
  • the conveyance direction A of the moving conveyor 18 is substantially orthogonal to the conveyance direction B of the conveyance table 60.
  • the luggage 53 is conveyed by the moving conveyor 18 in a state aligned in the conveying direction A of the moving conveyor 18, the luggage 53 is inclined with respect to the conveying direction B of the conveying table 60 after being loaded into the conveying table 60. It becomes a posture.
  • the luggage 53 is aligned with the conveyance direction of the conveyance table 60 on the conveyance table 60.
  • the take-out arm 20 is loaded on the moving conveyor 18 in a state in which the posture is inclined with respect to the transport direction A in consideration of the posture change at the time of loading into the transport base 60. 53 is placed.
  • the packages 53 can be aligned in the transport direction B on the transport table 60.
  • the cargo handling device 10 takes out the cargo 53 to the moving conveyor 18 by the take-out arm 20 and carries the cargo 53 on the moving conveyor 18. Thereby, the load 53 can be transferred to the unloading place without dropping the load 53 and without damaging the load 53.
  • FIG. 10A schematically shows an example of the structure of the grip portion 21.
  • 10A includes a passive elastic joint 91 provided at the distal end of the take-out arm 20, and a first distal end portion 92 and a second distal end portion 93 connected to the passive elastic joint 91.
  • the suction pad 94 is provided on the surface of the first tip portion 92 and the second tip portion 93 that contacts the load.
  • the first tip portion 92 and the second tip portion 93 are substantially orthogonal to each other due to the action of the elastic body forming the passive elastic joint 91. Retained.
  • the first tip portion 92 and the second tip portion 93 are pressed against the front surface of the load 95. Thereby, the first tip portion 92 and the second tip portion 93 are passively expanded until they are substantially parallel to each other, and come into contact with the front surface of the luggage 95. Thereby, the gripping part 21 can grip the luggage 95.
  • the grip portion 21 can also grip the corners of the luggage 97 in a state where the first tip portion 92 and the second tip portion 93 are substantially orthogonal.
  • the gripping portion 21 shown in FIG. 10A is not limited to application to the cargo handling device 10 but can be applied to any other device.
  • FIG. 11A schematically shows another structure example of the grip portion 21.
  • 11A includes a rotary joint 101 provided at the tip of the take-out arm 20, a rotary joint 102 provided at the tip of the rotary joint 101, and a tip 103 provided at the tip of the rotary joint 102. And comprising.
  • the rotary joints 101 and 102 are driven by a drive source (not shown) such as a motor.
  • the rotation axis of the rotation joint 101 is substantially orthogonal to the rotation axis of the rotation joint 102.
  • the distal end surface (also referred to as a gripping surface) of the distal end portion 103 has a rectangular shape.
  • a suction pad 104 is provided on the distal end surface.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are a top view and a side view showing the posture of the grip portion 21 when gripping the front surface of the luggage.
  • 11C and 11D are a top view and a side view showing the posture of the grip portion 21 when gripping the top surface of the load.
  • the gripper 21 shifts to the posture shown in FIGS. 11C and 11D by rotating the rotary joint 101 by 90 degrees from the posture shown in FIGS. 11A and 11B.
  • the gripper 21 shifts to the posture shown in FIGS. 11E and 11F by rotating the rotary joint 102 by 90 degrees from the posture shown in FIGS. 11C and 11D.
  • the short side of the holding surface can be matched with the width direction of the load. As a result, it is possible to grip even a narrow load.
  • FIG. 12A is a top view schematically showing a cargo handling device 10 including a modification of the take-out arm 20 according to the present embodiment
  • FIG. 12B is a cargo handling device 10 along the line BB ′ shown in FIG. 12A
  • FIG. The take-out arm 20 shown in FIGS. 12A and 12B further includes a ball caster 111 that contacts the belt 19 of the moving conveyor 18.
  • the ball caster 111 is provided at the distal end portion of the take-out arm 20, specifically, the link 29.
  • the weight of the load and the weight of the take-out arm 20 are supported by the moving conveyor 18 via the ball caster 111. Thereby, the weight supported by the extraction arm 20 can be reduced.
  • the extraction arm 20 can be made compact.
  • the links 28 and 29 can be made thin.
  • the cargo handling apparatus includes a movable conveyor that is movable in the vertical direction as well as in the front-rear direction, and a take-out arm that is disposed on the side of the movable conveyor and is movable in the vertical direction.
  • a load is moved using a moving conveyor and a take-out arm together.
  • a second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the structure of the take-out arm.
  • elements that is, take-out arms
  • description of the same elements as those in the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 13 schematically shows a cargo handling apparatus 130 according to the second embodiment.
  • the take-out arm 20 of the present embodiment includes a rotary joint 131 provided on the first linear motion portion 14, a linear motion joint 132 connected to the tip of the rotary joint 131, and a linear motion A rotating joint 133 connected to the tip of the joint 132;
  • the linear motion joint 132 is an active joint driven by a drive source (not shown) and performs a linear motion operation.
  • the distance between the rotary joint 131 and the rotary joint 133 changes according to the linear motion of the linear joint 132.
  • the posture of the grip portion 21 can be changed by driving the rotary joint 131.
  • the mechanism is complicated by forming the take-out arm 20 using the linear motion joint 132, but the take-out arm 20 can easily take the load avoidance posture, and further, a singular point is hardly generated. As a result, the control becomes easier.

Abstract

　一実施形態に係る荷役装置は、ベース、第１直動部、第２直動部、移動コンベア、取出アーム、及び把持部を備える。第１直動部は、前記ベースに支持され、垂直方向に移動可能である。第２直動部は、前記第１直動部に支持され、前後方向に移動可能である。移動コンベアは、前記第２直動部に支持され、荷物を搬送するためのベルトを備える。取出アームは、前記移動コンベアの側方に配置され、前記荷物を取り出して前記ベルトに載せる。把持部は、前記取出アームの先端に設けられ、前記荷物を把持する。

Description

荷役装置及び把持装置
　本発明の実施形態は、荷役装置及び把持装置に関する。
　荷役作業を行う荷役装置において、従来の吸着型エンドエフェクタでは把持しにくい荷物（物体）、例えば、表面の凹凸が大きい荷物、変形しやすい荷物、紙袋やのし紙で覆われた荷物などをハンドリングできることが求められている。また、荷役装置に適用される把持装置は、様々な形状の荷物をハンドリングできることが望ましい。
米国特許第６，９２３，６１２号
　本発明が解決しようとする課題は、様々な状態の荷物をハンドリングすることができる荷役装置及び把持装置を提供することである。
　実施形態に係る荷役装置は、ベース、第１直動部、第２直動部、移動コンベア、取出アーム、及び把持部を備える。第１直動部は、前記ベースに支持され、垂直方向に移動可能である。第２直動部は、前記第１直動部に支持され、前後方向に移動可能である。移動コンベアは、前記第２直動部に支持され、荷物を搬送するためのベルトを備える。取出アームは、前記移動コンベアの側方に配置され、前記荷物を取り出して前記ベルトに載せる。把持部は、前記取出アームの先端に設けられ、前記荷物を把持する。
　実施形態に係る把持装置は、受動弾性関節と、第１先端部及び第２先端部と、を備える。受動弾性関節は、ロボットアームの先端に設けられる。第１先端部及び第２先端部は、前記受動弾性関節に接続され、物体と接触しない状態では互いに略直交し、物体と接触した状態では略平行になるように、前記受動弾性関節によって保持される。
第１の実施形態に係る荷役装置を示す上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置を示す側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の制御系を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する上面図である。 第１の実施形態に係る荷役装置の動作例を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る荷物搬送方法の一例を示す上面図である。 第１の実施形態に係る荷物搬送方法の一例を示す上面図である。 第１の実施形態に係る把持部の構造例を示す側面図である。 図１０Ａに示した把持部の動作を説明する側面図である。 図１０Ａに示した把持部の動作を説明する側面図である。 図１０Ａに示した把持部の動作を説明する側面図である。 第１の実施形態に係る把持部の他の構造例を示すものであって、荷物の前面を把持する場合における把持部の姿勢を示す上面図である。 図１１Ａの把持部を示す側面図である。 荷物の上面を把持する場合における把持部の姿勢を示す上面図である。 図１１Ｃの把持部を示す側面図である。 荷物の上面を把持する場合における把持部の姿勢を示す上面図である。 図１１Ｅの把持部を示す側面図である。 第１の実施形態に係る取出アームの変形例を示す上面図である。 第１の実施形態に係る取出アームの変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る荷役装置を示す上面図である。
　以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。
　（第１の実施形態）
　図１Ａは、第１の実施形態に係る荷役装置１０を概略的に示す上面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示したＢ－Ｂ′線に沿う荷役装置１０の断面図である。図１Ａに示されるように、荷役装置１０の前方にボックスパレット５０が位置し、荷役装置１０の後方に搬送台６０が位置している。図１Ｂに示されるように、ボックスパレット５０の内部には中間棚５１が設けられており、ボックスパレット５０内に荷物５３が積み重なって収容されている。本実施形態では、ボックスパレット５０は、移動することができるように車輪５２を有し、荷役装置１０及び搬送台６０は地面に固定されている。なお、荷役装置１０は移動可能であってもよい。例えば、荷役装置１０は、車輪を備えることができ、或いは、レールに沿って移動することができる。
　荷役装置１０は、ボックスパレット５０に収容されている荷物５３を搬送台６０に移載する。荷役装置１０は、ベース１２、第１直動部１４、第２直動部１６、移動コンベア１８、及び１対の取出アーム２０を備える。ベース１２は、例えば、地面に接触する基底部１２Ａと、基底部１２Ａから垂直方向に（上下方向に）延在する複数の縦部材１２Ｂと、を含む。図１Ｂに示される例では、４つの縦部材１２Ｂが直方体状の基底部１２Ａの四隅に設けられている。
　第１直動部１４は、垂直方向に移動可能にベース１２に支持されている。例えば、縦部材１２Ｂの１つに、第１直動部１４を垂直方向に駆動する第１直動機構１５が設けられ、残り３つの縦部材１２Ｂに、垂直方向に沿ったガイドレールが設けられる。第１直動部１４は、第１直動機構１５によって駆動されることによって垂直方向に移動することができる。
　第２直動部１６は、前後方向に移動可能に第１直動部１４に支持されている。本実施形態では、前後方向は、垂直方向と直交し、すなわち、水平面に平行な方向である。例えば、第１直動部１４に、第２直動部１６を前後方向に駆動する第２直動機構１７が設けられる。第２直動部１６は、第２直動機構１７によって駆動されることによって前後方向に移動することができる。
　移動コンベア１８は、第２直動部１６に支持されている。すなわち、移動コンベア１８は、第１直動部１４及び第２直動部１６を介してベース１２に支持されており、垂直方向に並びに前後方向に移動することができる。これにより、移動コンベア１８の先端は、ボックスパレット５０内の全ての範囲に到達することができる。移動コンベア１８は、取出アーム２０によってボックスパレット５０から取り出された荷物５３を搬送し、この荷物５３を搬送台６０に投入する。
　移動コンベア１８は、矢印Ａによって示される搬送方向に荷物５３を搬送するための環状ベルト１９を備える。ベルト１９は、プーリ２２、２３、２４に巻き掛けられている。プーリ２２、２３、２４は、垂直方向及び前後方向と直交する方向に沿った軸の周りに回転する。プーリ２２は移動コンベア１８の前端部に位置し、プーリ２４は移動コンベア１８の後端部に位置し、プーリ２３はプーリ２２とプーリ２４との間に位置している。プーリ２３の直径はプーリ２４の直径と同じであり、プーリ２２の直径はプーリ２３の直径より小さい。すなわち、側方から見たときに、移動コンベア１８は、前方部分では、先端に向かうにつれて細くなり、後方部分では、一定の厚さを有する。ベルト１９は、例えば、図示しないモータが発生するトルクを受けて回転する。モータの出力軸は、例えば、プーリ２３に連結される。
　１対の取出アーム２０は、移動コンベア１８の側方に配置されている。具体的には、１対の取出アーム２０は、移動コンベア１８を介して互いに対向するように、第１直動部１４に支持されている。すなわち、１対の取出アーム２０は、第１直動部１４を介してベース１２に支持されており、垂直方向に移動することができる。このように取出アーム２０を移動コンベア１８の側方に配置することによって、上下方向の隙間が狭い空間に移動コンベア１８を挿入することが可能になる。このことは、ボックスパレット５０内に積み重ねられた荷物５３を取り出す場合、特に、中間棚５１を回避する場合において有利である。例えば、手前の荷物５３－１を取り出した後に奥の荷物５３－２を取り出す場合、移動コンベア１８は、中間棚５１と荷物５３－３との間の隙間に入り、荷物５３－２近傍に到達することができる。
　各取出アーム２０は、ボックスパレット５０から荷物５３を取り出し、この荷物５３をベルト１９に載せる。本実施形態では、取出アーム２０は、３つの回転関節２５、２６、２７及び２つのリンク２８、２９により形成され、その先端は平面上を動く。この平面は、水平面、又は水平面から少し傾いた平面である。本実施形態では、取出アーム２０の先端は、回転関節２７であり、水平面から傾いた平面上を動く。図１Ｂに示される例では、取出アーム２０の先端が動く平面は、移動コンベア１８の前方部分におけるベルト１９に平行である。取出アーム２０の先端には、荷物５３を把持する把持部２１が設けられている。把持部２１は、例えば、真空吸着によって荷物５３を把持する。
　このように、荷役装置１０は、取出アーム２０で荷物５３を移動コンベア１８へと取り出し、移動コンベア１８上に荷物５３を載せて運ぶ。すなわち、荷物５３は下から支えられた状態で運ばれる。これにより、把持部２１で把持しにくい荷物であっても、荷物５３を落下させることなく、搬送台６０に荷物５３を移載することができる。さらに、変形しやすい荷物や表面が紙で包装された荷物であっても、荷物５３を破損することなく、搬送台６０に荷物５３を移載することができる。
　荷物をパレットから搬送台にアームで直接に移載する従来の荷役装置では、アームが大型になる。このため、従来の荷役装置は、設置場所が限られる。さらに、従来の荷役装置は、ボックスパレットのボックス内に収容された荷物にアクセスすることができない。本実施形態の荷役装置１０は、取出アーム２０と移動コンベア１８を併用することにより、従来の荷役装置と比べてコンパクトにすることができる。その結果、荷役装置１０は、中間棚５１を有するボックスパレット５０に収容された荷物５３など、狭い空間に配置された荷物を取り出すことができる。
　なお、取出アーム２０の数は、本実施形態のような２本である例に限定されない。例えば、１本の取出アーム２０のみが移動コンベア１８の側方に設けられていてもよい。また、取出アーム２０は、本実施形態のような３つの能動関節（具体的には、回転関節２５、２６、２７）を備える例に限らず、１つ、２つ、又は４つ以上の能動関節を備えたものであってもよい。
　図２は、荷役装置１０の制御系を概略的に示している。荷役装置１０は、コンベア制御部３１、アーム制御部３２、及びセンサ部３３を備える。コンベア制御部３１は、取り出す対象となる荷物（対象荷物ともいう。）に対する移動コンベア１８の位置決め制御を行う。具体的には、コンベア制御部３１は、移動コンベア１８の先端が対象荷物の下面と同じ高さになるように、第１直動機構１５を制御し、移動コンベア１８を対象荷物に近づけるように、第２直動機構１７を制御する。対象荷物の下面位置は、センサ部３３によって検出される。
　センサ部３３は、対象荷物の位置及び形状を検出して検出信号を生成する。センサ部３３は、例えば、対象荷物を撮像して画像信号を生成する画像センサと、画像信号に対して画像処理を施して対象荷物の下面位置を検出する画像処理部と、を備える。画像センサは、例えば、ベース１２の基底部１２Ａに設けられる。なお、センサ部３３が画像処理部を備えず、コンベア制御部３１が対象荷物の下面位置を検出する処理を行ってもよい。コンベア制御部３１は、センサ部３３から受け取る検出信号に基づいて、取出アーム２０によって対象荷物を取り出すときの移動コンベア１８の位置を決定し、上述したように移動コンベア１８を移動させる。コンベア制御部３１は、さらに、移動コンベア１８のベルト１９の回転制御を行う。具体的には、コンベア制御部３１は、ベルト１９に連結されたモータを制御する。
　アーム制御部３２は、対象荷物に対する取出アーム２０の位置決め制御を行う。具体的には、アーム制御部３２は、センサ部３３から受け取る検出信号に基づいて、対象荷物における把持すべき位置を決定する。そして、アーム制御部３２は、決定した位置に取出アーム２０の先端、すなわち、把持部２１が接触するように、回転関節２５、２６、２７を駆動する。アーム制御部３２は、さらに、対象荷物を把持するために、把持部２１を駆動する。
　次に、図３Ａから図８Ｂを参照して、荷役装置１０の動作例を説明する。
　図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａは、ボックスパレット５０内に積み重ねて収容されている荷物５３を搬送台６０に移動させる一連の動作を概略的に示す上面図である。図３Ｂ、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂ、図８Ｂはそれぞれ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａに示されるＢ－Ｂ′線に沿う荷役装置１０の断面図である。なお、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａでは、中間棚５１及びその上に配置された荷物５３は省略されている。
　図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、まず、第１直動部１４が第１直動機構１５によって駆動され、移動コンベア１８は、その先端の高さが対象荷物５３－１の下面の高さと合うように上昇する。
　図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、第２直動部１６が第２直動機構１７によって駆動され、移動コンベア１８が対象荷物５３－１に近づくように前進する。続いて、取出アーム２０が把持部２１を対象荷物５３－１の側面に押し付けるように駆動され、対象荷物５３－１が把持部２１によって把持される。
　図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、取出アーム２０は、対象荷物５３－１を移動コンベア１８のベルト１９上に移動させる。このとき、ベルト１９は取出アーム２０と同期して駆動される。すなわち、取出アーム２０がベルト１９上に移動させる際には、ベルト１９は、対象荷物が図５Ｂの矢印Ａによって示される搬送方向に搬送されるように回転駆動される。それにより、対象荷物５３－１をベルト１９上に載せるのが容易になる。さらに、取出アーム２０の先端が水平面から傾いた平面上を動くことから、対象荷物５３－１は、水平方向より若干上方に取り出されることとなる。それにより、対象荷物５３－１とその下にある荷物５３－３との間の摩擦が軽減され、対象荷物５３－１を取り出し易くなる。
　図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、対象荷物５３－１がベルト１９上に載せられた後に、取出アーム２０は、対象荷物５３－１がベルト１９上を流れるのを妨げないように、荷物回避姿勢に移る。すなわち、アーム制御部３２は、移動コンベア１８上から取出アーム２０を退避させる。移動コンベア１８は、対象荷物５３－１を搬送し、対象荷物５３－１全体がベルト１９上に載った状態になった後に停止する。
　図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、及び図６Ａに示される動作を繰り返すことで、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、移動コンベア１８上に複数の荷物５３を載せることができる。例えば、荷役装置１０は移動コンベア１８上に載せられるだけの荷物５３を載せるように動作される。図７Ａ及び図７Ｂに示される例では、３つの荷物５３－１、５３－２、５３－３が移動コンベア１８上に載っている。
　次に、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、第１直動部１４が第１直動機構１５によって駆動され、それにより、移動コンベア１８が搬送台６０の位置まで下降する。その後に、移動コンベア１８が駆動され、すなわち、ベルト１９が回転し、それにより、荷物５３が搬送台６０に投入される。搬送台６０は、例えば、図８Ａの矢印Ｂで示される搬送方向に荷物５３を搬送するベルトコンベア装置である。荷役装置１０が荷物を移載する先（荷下ろし場所）は、搬送台６０のような動的な台に限らず、例えばパレットや作業台などの静的な台であってもよい。
　荷物５３を移動コンベア１８から搬送台６０に投入するときには、動いている２つのベルトに荷物５３が跨がる状態が一時的に生じる。このため、移動コンベア１８の搬送方向Ａが搬送台６０の搬送方向Ｂと異なる場合、搬送台６０への投入時に荷物の姿勢が変化する。本実施形態では、移動コンベア１８の搬送方向Ａは搬送台６０の搬送方向Ｂと略直交する。例えば、荷物５３が移動コンベア１８の搬送方向Ａに整列した状態で移動コンベア１８によって搬送される場合、搬送台６０への投入後には、荷物５３は、搬送台６０の搬送方向Ｂに対して傾いた姿勢となる。搬送台６０上では荷物５３は搬送台６０の搬送方向に整列していることが望ましい。一実施形態では、図９Ａに示されるように、取出アーム２０は、搬送台６０への投入時の姿勢変化を考慮して、搬送方向Ａに対して姿勢を傾けた状態で移動コンベア１８に荷物５３を載せる。それにより、図９Ｂに示されるように、搬送台６０においてその搬送方向Ｂに荷物５３を整列することができる。
　このように、荷役装置１０は、取出アーム２０で荷物５３を移動コンベア１８へと取り出し、移動コンベア１８上に荷物５３を載せて運ぶ。これにより、荷物５３を落下させることなく、さらに、荷物５３を破損することなく、荷下ろし場所に荷物５３を移載することができる。
　次に、把持部２１の構造について具体的に説明する。　
　図１０Ａは、把持部２１の構造例を概略的に示している。図１０Ａに示される把持部２１は、取出アーム２０の先端に設けられた受動弾性関節９１と、受動弾性関節９１に接続された第１先端部９２及び第２先端部９３と、を備える。例えば、把持部２１が吸着型のものである場合、第１先端部９２及び第２先端部９３における荷物と接触する面に吸着パッド９４が設けられる。
　第１先端部９２及び第２先端部９３に外力が加わっていない状態では、受動弾性関節９１を形成する弾性体の作用により、第１先端部９２及び第２先端部９３は互いに略直交するように保持される。
　図１０Ｂに示されるように、前面（荷役装置１０に対向する側面）が広い荷物９５を把持する場合、第１先端部９２及び第２先端部９３が荷物９５の前面に押し付けられる。それにより、第１先端部９２及び第２先端部９３は、互いに略平行になるまで受動的に広がり、荷物９５の前面に接触する。それにより、把持部２１は、荷物９５を把持することができる。
　一方、図１０Ｃに示されるように、前面が狭いが上面が広い荷物９６を把持する場合、第１先端部９２及び第２先端部９３が荷物９６の上面に押し付けられる。それにより、第１先端部９２及び第２先端部９３は、互いに略平行になるまで受動的に広がり、荷物９６の上面に接触する。それにより、把持部２１は、荷物９６を把持することができる。
　なお、把持部２１は、図１０Ｄに示されるように、第１先端部９２及び第２先端部９３が略直交した状態で荷物９７の角を把持することもできる。
　このように、把持部２１を受動的な機構により形成することにより、様々な形状の荷物をハンドリングすることができる。図１０Ａに示される把持部２１は、荷役装置１０への適用に限らず、任意の他の装置に適用することもできる。
　図１１Ａは、把持部２１の他の構造例を概略的に示している。図１１Ａに示される把持部２１は、取出アーム２０の先端に設けられた回転関節１０１と、回転関節１０１の先端に設けられた回転関節１０２と、回転関節１０２の先端に設けられた先端部１０３と、を備える。回転関節１０１及び１０２は、モータなどの駆動源（図示せず）によって駆動される。回転関節１０１の回転軸は回転関節１０２の回転軸と略直交する。先端部１０３の先端面（把持面とも称する。）は長方形状である。先端面に吸着パッド１０４が設けられる。
　図１１Ａ及び図１１Ｂは、荷物の前面を把持するときの把持部２１の姿勢を示す上面図及び側面図である。図１１Ｃ及び図１１Ｄは、荷物の上面を把持するときの把持部２１の姿勢を示す上面図及び側面図である。把持部２１は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示される姿勢から回転関節１０１を９０度回転させることで、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示される姿勢に移行する。荷物の幅が狭い場合、把持部２１は、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示される姿勢から回転関節１０２を９０度回転させることで、図１１Ｅ及び図１１Ｆに示される姿勢に移行する。これにより、把持面の短辺を荷物の幅方向と合わせることができる。その結果、幅の狭い荷物でも把持することができる。
　図１２Ａは、本実施形態に係る取出アーム２０の変形例を含む荷役装置１０を概略的に示す上面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示されるＢ－Ｂ′線に沿った荷役装置１０の断面図である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示される取出アーム２０は、移動コンベア１８のベルト１９に接するボールキャスタ１１１をさらに備えている。ボールキャスタ１１１は、取出アーム２０の先端部分に、具体的には、リンク２９に設けられている。この構造では、荷物の重量及び取出アーム２０の自重がボールキャスタ１１１を介して移動コンベア１８によって支えられる。これにより、取出アーム２０で支える重量を低減することができる。その結果、取出アーム２０をコンパクトにすることができる。例えば、リンク２８及び２９を細くすることができる。
　以上のように、本実施形態に係る荷役装置では、垂直方向に並びに前後方向に移動可能な移動コンベアと、移動コンベアの側方に配置された垂直方向に移動可能な取出アームと、を備え、移動コンベア及び取出アームを併用して荷物を移動させる。これにより、様々な状態の荷物をハンドリングすることができる。
　（第２の実施形態）
　図１３を参照して第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、取出アームの構造が第１の実施形態と異なる。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる要素（すなわち取出アーム）について説明し、第１の実施形態と同じ要素についての説明は省略する。
　図１３は、第２の実施形態に係る荷役装置１３０を概略的に示している。図１３に示されるように、本実施形態の取出アーム２０は、第１直動部１４上に設けられた回転関節１３１と、回転関節１３１の先端に接続された直動関節１３２と、直動関節１３２の先端に接続された回転関節１３３と、備える。直動関節１３２は、図示しない駆動源によって駆動される能動関節であり、直動動作を行う。直動関節１３２の直動動作に応じて、回転関節１３１と回転関節１３３との間の距離が変化する。また、回転関節１３１の駆動によって把持部２１の姿勢を変えることができる。
　本実施形態では、直動関節１３２を用いて取出アーム２０を形成することにより、機構は複雑になるが、取出アーム２０が荷物回避姿勢を取りやすく、さらに、特異点も生じにくくなる。その結果、制御が行い易くなる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (15)

  1. 　ベースと、
    　前記ベースに支持され、垂直方向に移動可能な第１直動部と、
    　前記第１直動部に支持され、前後方向に移動可能な第２直動部と、
    　前記第２直動部に支持され、荷物を搬送するためのベルトを備える移動コンベアと、
    　前記移動コンベアの側方に配置され、前記荷物を取り出して前記ベルトに載せる取出アームと、
    　前記取出アームの先端に設けられ、前記荷物を把持する把持部と、
    　を具備する荷役装置。
  2. 　前記取出アームの前記先端は、水平面に対して傾いた平面上を動く、請求項１に記載の荷役装置。
  3. 　前記ベルトは、前記取出アームが前記ベルトに前記荷物を載せる際に回転駆動される、請求項１又は２に記載の荷役装置。
  4. 　前記取出アームは、１以上の能動関節を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の荷役装置。
  5. 　前記荷物に対する前記移動コンベアの位置決め制御と前記ベルトの回転制御とを行うコンベア制御部と、
    　前記荷物に対する前記取出アームの位置決め制御を行うアーム制御部と、をさらに具備する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の荷役装置。
  6. 　前記荷物の下面の位置を検出して検出信号を生成する検出部をさらに具備し、
    　前記コンベア制御部は、前記検出信号に基づいて、前記取出アームによって前記荷物を取り出すときの前記移動コンベアの位置を決定する、請求項５に記載の荷役装置。
  7. 　前記荷物を位置及び形状を検出して検出信号を生成する検出部をさらに具備し、
    　前記アーム制御部は、前記検出信号に基づいて、前記荷物の把持すべき位置を決定する、請求項５に記載の荷役装置。
  8. 　前記取出アームは、前記荷物の重量を支えるために、前記ベルトに接するキャスタを備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の荷役装置。
  9. 　前記移動コンベアは、前記ベルトに載せられた前記荷物を搬送台に投入する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の荷役装置。
  10. 　前記移動コンベアは、前記ベルトに複数の荷物を載せた後に、前記複数の荷物を前記搬送台に投入する、請求項９に記載の荷役装置。
  11. 　前記取出アームは、前記ベルトが前記荷物を搬送する搬送方向に対して傾けて前記荷物を前記ベルトに載せる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の荷役装置。
  12. 　前記移動コンベアを介して前記取出アームと対向する他の取出アームをさらに具備する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の荷役装置。
  13. 　前記把持部は、前記取出アームの前記先端に設けられた受動弾性関節と、前記受動弾性関節に接続された第１先端部及び第２先端部と、を備え、前記第１先端部及び前記第２先端部は、前記荷物と接触しない状態では互いに略直交し、前記荷物と接触した状態では略直交ないし略平行になるように、前記受動弾性関節によって保持される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の荷役装置。
  14. 　前記第１先端部及び前記第２先端部は、前記荷物を吸着パッドで把持する、請求項１３に記載の荷役装置。
  15. 　ロボットアームの先端に設けられる受動弾性関節と、
    　前記受動弾性関節に接続された第１先端部及び第２先端部と、を具備し、
    　前記第１先端部及び前記第２先端部は、物体と接触しない状態では互いに略直交し、物体と接触した状態では略直交ないし略平行になるように、前記受動弾性関節によって保持される、把持装置。
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