WO2021261573A1 - 積付用ロボットハンド、ロボット及び物品保持方法 - Google Patents

Abstract

積付用ロボットハンドは、第１部材と、第２部材と、駆動装置と、を備える。前記第２部材は、前記第１部材との間で物品を挟んで保持可能である。前記駆動装置は、前記第２部材を、前記第１部材に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる。前記駆動装置は、移動ベースと、流体シリンダと、圧力調整部と、制御部と、を備える。前記移動ベースは、駆動源の駆動によりスライド移動可能である。前記流体シリンダは、前記移動ベースに取り付けられる。前記圧力調整部は、前記流体シリンダの作動圧力を変更可能である。前記制御部は、前記圧力調整部を制御する。前記流体シリンダの伸縮方向は、前記移動ベースのスライド移動方向と平行である。前記第２部材は、前記流体シリンダのうち、前記移動ベースに対して相対移動可能な部分に取り付けられる。

Description

積付用ロボットハンド、ロボット及び物品保持方法

　本発明は、主として、積付作業を行うためにロボットに取り付けられるロボットハンドに関する。

　この種のロボットハンドは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１において、ロボットパレタイザが備えるロボットハンドは、ベース体を備える。ベース体には、固定挟持体と、可動挟持体と、が取り付けられている。物品は、固定挟持体と可動挟持体とで、両側方から挟持される。可動挟持体とベース体との間には、エアシリンダ等の挟持体用シリンダが架設されている。

特許第５１１２１１５号公報

　上記特許文献１の構成は、様々な大きさの物品を保持するために可動挟持体の可動ストロークを大きくしようとすると、挟持体用シリンダが大型化し、コンパクト性の実現が難しかった。また、硬さ等が異なる様々な物品を１つのロボットハンドで積み付ける場合、シリンダによる保持力が固定であると、柔らかい物品を押しつぶしたりするおそれもあった。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、様々な物品を破損させずに積み付けることが可能で、シリンダの小型化が容易な積付用ロボットハンドを提供することにある。

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　本発明の第１の観点によれば、以下の構成の積付用ロボットハンドが提供される。即ち、積付用ロボットハンドは、第１部材と、第２部材と、駆動装置と、を備える。前記第２部材は、前記第１部材との間で物品を挟んで保持可能である。前記駆動装置は、前記第２部材を、前記第１部材に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる。前記駆動装置は、移動ベースと、流体シリンダと、圧力調整部と、制御部と、を備える。前記移動ベースは、前記駆動源の駆動によりスライド移動可能である。前記流体シリンダは、前記移動ベースに取り付けられる。前記圧力調整部は、前記流体シリンダの作動圧力を変更可能である。前記制御部は、前記圧力調整部を制御する。前記流体シリンダの伸縮方向は、前記移動ベースのスライド移動方向と平行である。前記第２部材は、前記流体シリンダのうち、前記移動ベースに対して相対移動可能な部分に取り付けられる。

　これにより、物品の硬さに応じて、第２部材が物品を押し付ける力を、圧力調整部により容易に変更することができる。また、物品の寸法誤差を、流体シリンダのストロークで容易に吸収することができる。従って、様々な物品に柔軟に対応しながら、物品の損傷等を回避して円滑に積み付けることができる。

　本発明の第２の観点によれば、積付用ロボットハンドによる以下のような物品保持方法が提供される。前記積付用ロボットハンドは、第１部材と、第２部材と、駆動装置と、を備える。前記第２部材は、前記第１部材との間で物品を挟んで保持可能である。前記駆動装置は、前記第２部材を、前記第１部材に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる。前記駆動装置は、移動ベースと、流体シリンダと、圧力調整部と、制御部と、を備える。前記移動ベースは、駆動源の駆動によりスライド移動可能である。前記流体シリンダは、前記移動ベースに取り付けられる。前記圧力調整部は、前記流体シリンダの作動圧力を変更可能である。前記制御部は、前記サーボモータ及び前記圧力調整部を制御する。当該物品保持方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。前記第１工程では、前記第２部材と前記第１部材との間で物品を挟んだ状態とするために前記第２部材を移動させるストロークのうち一部だけ、前記第２部材を前記第１部材に近づける。前記第２工程では、前記ストロークの残りだけ、前記第２部材を前記第１部材に近づける。前記第１工程における前記第２部材の移動は、前記駆動源の駆動により行われる。前記第２工程における前記第２部材の移動は、前記流体シリンダの駆動により行われる。

　これにより、第１工程で物品の大きさに応じて第２部材の位置を大まかに定め、第２工程で物品を実際に挟むことができる。物品の寸法誤差は、第２工程で駆動される流体シリンダのストロークで適切に吸収することができる。流体シリンダによる第２部材の押付け力を圧力調整部で調整することで、柔らかい物品でも適切に保持することができる。

　本発明によれば、様々な物品を破損させずに積み付けることが可能で、シリンダの小型化が容易な積付用ロボットハンドを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロボットハンドを備えるパレタイジングロボットの全体的な構成を示す模式図。 ロボットハンドを説明する模式図及びブロック図。 サーボモータ及び空気圧シリンダの駆動により物品を保持する動作を説明する図。 ロボットハンドで物品を保持した状態を説明する図。

　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロボットハンド２０を備えるパレタイジングロボット１の全体的な構成を示す模式図である。図２は、ロボットハンド２０を説明する模式図及びブロック図である。

　図１に示すパレタイジングロボット（ロボット）１は、食品、飲料等の物品５を、図示しないコンベアからパレット６の上に並べることができる。パレタイジングロボット１は、パレット６の上に並んでいる物品５をコンベアに移動させる用途で用いても良い。

　パレタイジングロボット１は、ロボット本体１０と、ロボットハンド２０と、を備える。

　ロボット本体１０は、公知の垂直多関節型ロボットとして構成されている。このロボットの自由度は４又は６とすることができるが、これに限定されない。

　ロボットハンド２０は、ロボット本体１０の先端に固定されている。ロボット本体１０がアームを様々に動かすことにより、ロボットハンド２０は様々な方向に移動したり向きを変えたりすることができる。

　ロボットハンド２０は、ベース枠（ベース部材）３０と、固定板（第１部材）３１と、移動板（第２部材）３２と、駆動装置３３と、を備える。

　ベース枠３０は、ロボットハンド２０の上部に配置されている。ベース枠３０は、枠体状に構成されている。このベース枠３０に、駆動装置３３を構成するサーボモータ（駆動源）４１及び空気圧シリンダ（流体シリンダ）４２が配置されている。

　固定板３１は、ベース枠３０の縁部に固定されている。固定板３１は、ベース枠３０から下方へ延びるように配置されている。固定板３１は、移動板３２と、水平方向で対向している。固定板３１において移動板３２と向かい合う面は、搬送対象の物品５に接触可能である。

　移動板３２は、固定板３１と同様に、ベース枠３０から下方へ延びるように配置されている。移動板３２は、ベース枠３０に固定された図略の案内部材（例えば、レール）に沿ってスライド移動可能に支持されている。移動板３２は、固定板３１と平行に向けられている。移動板３２の移動方向は、固定板３１の厚み方向と平行であり、移動板３２の厚み方向と平行である。移動板３２において固定板３１と向かい合う面は、搬送対象の物品に接触可能である。

　ロボットハンド２０において、固定板３１と移動板３２との間の空間の下側は開放されている。ロボットハンド２０を下降させて、この空間に物品５を下から上に相対的に差し込んだ状態で移動板３２を固定板３１に近づけることにより、固定板３１と移動板３２とで物品５を挟んで保持することができる。

　駆動装置３３は、サーボモータ４１と、空気圧シリンダ４２と、を備える。

　サーボモータ４１は、減速機付きのサーボモータとして構成されている。減速機の出力軸には、ネジ軸５１が連結されている。ネジ軸５１には、スライド部材（移動ベース）５２がネジ結合されている。スライド部材５２は、ネジ軸５１の回転に連動してスライド移動する。このように、サーボモータ４１は、スライド部材５２を移動させる駆動源として機能する。

　サーボモータ４１は、図２に示すようにドライバ４５及びサーボコントローラ４６を備える。ドライバ４５はサーボモータ４１に電気的に接続される。サーボコントローラ４６は公知のプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）として構成され、ドライバ４５に電気的に接続される。

　サーボコントローラ４６は、ドライバ４５に指令信号を出力する。サーボモータ４１にはエンコーダ４７が設けられており、このエンコーダ４７は、サーボモータ４１の出力軸の回転角度を検出することができる。エンコーダ４７は、検出した回転角度を表す信号をドライバ４５に出力する。ドライバ４５は、サーボコントローラ４６から入力された指令信号と、エンコーダ４７から入力された回転角度と、を比較し、その誤差をゼロにするようにサーボモータ４１を制御する（フィードバック制御）。

　空気圧シリンダ４２は、図２に示すように、スライド部材５２に、ブラケット６１を介して取り付けられている。空気圧シリンダ４２は、その伸縮方向がスライド部材５２の移動方向と平行になるように配置されている。

　空気圧シリンダ４２が備えるシリンダロッド６２の先端が、移動板３２に固定されている。ブラケット６１には複数のガイド孔６３が形成されており、それぞれのガイド孔６３を、移動板３２に固定された棒状のガイドロッド６４が通過している。これにより、移動板３２のスライド部材５２に対する移動方向を案内することができる。

　シリンダロッド６２の伸縮による移動板３２の移動ストロークＳ２は、サーボモータ４１の回転による移動板３２の移動ストロークＳ１よりも短い（Ｓ２＜Ｓ１）。

　空気圧シリンダ４２に空気を供給するために、圧縮空気源６５が工場に設置されている。圧縮空気源６５と空気圧シリンダ４２との間には、電空レギュレータ（圧力調整部）６６と、電磁弁６７と、が配置されている。

　電空レギュレータ６６は、比例制御弁の一種であり、入力される信号に応じて空気圧力を制御することができる。

　電磁弁６７は、電空レギュレータ６６と空気圧シリンダ４２との間に配置されている。電磁弁６７は、入力される信号に応じて開閉を切り換えることができる。

　ロボットハンド２０は、公知のコンピュータからなる制御部７０を備える。制御部７０は、電空レギュレータ６６、電磁弁６７、及びサーボコントローラ４６のそれぞれに対し、電気的に接続されている。

　制御部７０には、物品５を保持する場合のサーボモータ４１の回転位置（言い換えれば、スライド部材５２の位置）、及び、電空レギュレータ６６への圧力指令値が、予め記憶されている。

　本実施形態では、サーボモータ４１、ドライバ４５、サーボコントローラ４６、スライド部材５２、空気圧シリンダ４２、電空レギュレータ６６、電磁弁６７、及び制御部７０により、移動板３２を駆動するための駆動装置３３が構成されている。

　次に、ロボットハンド２０が物品５を保持する場合の制御について、図３及び図４を参照して説明する。

　図３（ａ）の状態で、コンベア７に載っている物品５をロボットハンド２０が保持するとき、制御部７０は、サーボモータ４１を、物品５の大きさに応じて設定された回転位置となるように制御する。サーボモータ４１の回転によってスライド部材５２が移動するので、図３（ｂ）に示すように移動板３２は固定板３１に近づく（第１工程）。このとき、空気圧シリンダ４２のシリンダロッド６２は退避した状態で維持される。

　第１工程が完了した図３（ｂ）の状態で、固定板３１と移動板３２との距離が、物品５の水平方向の寸法よりも少しだけ大きくなるように、サーボモータ４１が制御される。従って、サーボモータ４１を駆動しただけでは、固定板３１及び移動板３２によって物品５は保持されない。

　第１工程が完了した時点で、固定板３１と物品５の間、又は、移動板３２と物品５の間には、小さな隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１の大きさの合計は、物品５の寸法誤差に応じて変化するが、空気圧シリンダ４２の伸縮によるストロークＳ２で吸収できる大きさである。

　続いて、制御部７０は電磁弁６７を開く。これに伴って、圧縮空気が空気圧シリンダ４２に供給されるので、シリンダロッド６２が進出する。この結果、移動板３２が固定板３１に更に近づく（第２工程）。最終的には、上述の隙間Ｇ１が消失して、図４（ｃ）に示すように、固定板３１及び移動板３２によって物品５が挟まれた状態で保持される。

　このように、物品５の保持状態を実現するために移動板３２が固定板３１に近づく向きで移動するストロークのうち、一部はサーボモータ４１の駆動により行われ、残りの一部は空気圧シリンダ４２の駆動により行われる。

　電磁弁６７を切り換える前に、制御部７０は、圧力指令値を電空レギュレータ６６へ出力する。従って、シリンダロッド６２の進出に伴って移動板３２が物品５を押し付ける力は、圧力指令値に応じた大きさとなる。

　多種類の物品５を１つのパレットに混載する場合、物品５の大きさ、重量及び硬さが様々に異なることが想定される。物品５の硬さを考慮した圧力で空気圧シリンダ４２が移動板３２を物品５に押し付けるように電空レギュレータ６６を制御することで、物品５のバリエーションに対応しながら円滑なパレタイズ作業を実現することができる。

　空気圧シリンダ４２を用いずにサーボモータ４１だけで物品５を保持することも、理論的には可能である。しかしながら、実際の物品５には寸法誤差があるため、サーボモータ４１の位置制御では、移動板３２が物品５を押し付ける力を適度に調整することが難しい。この点、本実施形態では、物品５に多少の寸法誤差があっても、当該誤差が空気圧シリンダ４２の伸縮ストロークに含まれている限り、移動板３２を安定して物品５に押し付けることができる。このときの押付け力も、電空レギュレータ６６を介した圧力調整によって、物品５に応じた強さとすることができる。

　また、本実施形態の構成は、特許文献１のように空気圧シリンダで（サーボモータなしで）物品を保持する構成と比較して、空気圧シリンダ４２のストロークを小さくすることができる。従って、様々な大きさの物品５を柔軟に保持可能としながら、空気圧シリンダ４２の小型化及び軽量化を容易に実現することができる。

　同種の物品５を連続して積み付けていく場合は、サーボモータ４１の駆動を省略することができる。即ち、サーボモータ４１を駆動して、物品５の寸法を考慮してスライド部材５２の位置を定めるのは、１個目の積付けだけで良い。２個目以降の積付けでは、空気圧シリンダ４２の伸縮によって移動板３２を小さなストロークで移動させるだけで、物品５の保持／保持解除を切り換えることができる。これにより、積付け作業の効率化を実現することができる。

　続いて、２つの変形例を説明する。

　図２に鎖線で示すように、ロボットハンド２０が、移動板３２の位置を検知可能な位置センサ８１を備えるように変更することができる。この位置センサ８１としては、ポテンショメータ、距離計等、公知のセンサを採用することができる。位置センサ８１は、制御部７０に対して電気的に接続される。

　ロボットハンド２０において物品５を掴むために空気圧シリンダ４２に圧縮空気を供給しても、何らかの理由で、空気圧シリンダ４２の伸長が行われなかった（又は、十分な距離だけ伸長しなかった）場合を考える。この場合、移動板３２の位置の異常を位置センサ８１によって検出した制御部７０は、サーボモータ４１を例外的に駆動して、移動板３２を正常な位置（言い換えれば、固定板３１と移動板３２とで物品５を保持できる位置）まで移動させる。これにより、物品５の保持失敗を回避することができる。

　図２に鎖線で示すように、ロボットハンド２０が圧力センサ８２を備えるように変更することができる。この圧力センサ８２は、空気圧シリンダ４２のシリンダ室において、空気圧シリンダ４２を伸長させるために圧縮空気が供給される側の圧力を検知することができる。圧力センサ８２は、制御部７０に対して電気的に接続される。

　制御部７０は、圧力センサ８２の検出圧力に応じてサーボモータ４１を制御する。例えば、圧力センサ８２の検出圧力が所定の閾値を上回る場合、制御部７０はサーボモータ４１を制御して、移動板３２の物品５に対する押付け力を緩める方向にスライド部材５２を移動させる。一方、検出圧力が所定の閾値を下回る場合、移動板３２の物品５に対する押付け力を強める方向にスライド部材５２を移動させる。これにより、サーボモータ４１による押付け力の調整を実現できる。

　上記の２つの変形例では、位置センサ８１又は圧力センサ８２の検出信号に応じてサーボモータ４１の制御が行われている。これに代えて、又はこれに加えて、電空レギュレータ６６の制御が行われても良い。

　以上に説明したように、本実施形態のロボットハンド２０は、固定板３１と、移動板３２と、駆動装置３３と、を備える。移動板３２は、固定板３１との間で物品５を挟んで保持可能である。駆動装置３３は、移動板３２を、固定板３１に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる。駆動装置３３は、スライド部材５２と、空気圧シリンダ４２と、電空レギュレータ６６と、制御部７０と、を備える。スライド部材５２は、サーボモータ４１の駆動によりスライド移動可能である。空気圧シリンダ４２は、スライド部材５２に取り付けられる。電空レギュレータ６６は、空気圧シリンダ４２の作動圧力を変更可能である。制御部７０は、電空レギュレータ６６を制御する。空気圧シリンダ４２の伸縮方向は、スライド部材５２のスライド移動方向と平行である。移動板３２は、空気圧シリンダ４２のうち、スライド部材５２に対して相対移動可能な部分であるシリンダロッド６２に取り付けられる。

　これにより、物品５の硬さに応じて、移動板３２が物品５を押し付ける力を、電空レギュレータ６６により容易に変更することができる。また、物品５の寸法誤差を、空気圧シリンダ４２のストロークで容易に吸収することができる。従って、様々な物品５に柔軟に対応しながら、物品５の損傷等を回避して円滑に積み付けることができる。

　また、本実施形態のロボットハンド２０において、スライド部材５２を移動させる駆動源はサーボモータ４１である。

　サーボモータ４１と空気圧シリンダ４２の組合せにより、全体としてコンパクトな構成を実現することができる。

　また、本実施形態のロボットハンド２０は、移動板３２の位置を検知可能な位置センサ８１を備えるように変更することができる。この場合、制御部７０は、位置センサ８１の検知結果に応じて、サーボモータ４１及び電空レギュレータ６６のうち少なくとも何れかを制御する。

　これにより、例えば空気圧シリンダ４２が正常に動作しない場合に、サーボモータ４１を用いて物品５を保持することができる。あるいは、移動板３２の位置に応じた押付け力の調整を実現できる。

　また、本実施形態のロボットハンド２０は、空気圧シリンダ４２のシリンダ室の圧力を検知可能な圧力センサ８２を備えるように変更することができる。この場合、制御部７０は、圧力センサ８２の検知結果に応じて、サーボモータ４１及び電空レギュレータ６６のうち少なくとも何れかを制御する。

　これにより、移動板３２が物品５を押す力等を、検知された圧力を参照して調整することができる。

　また、本実施形態のパレタイジングロボット１は、ロボットハンド２０を備える。

　これにより、多品種の物品５を積み付ける場合に好適なロボットを提供することができる。

　以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　ドライバ４５、サーボコントローラ４６、電空レギュレータ６６、電磁弁６７、及び制御部７０は、ロボットハンド２０に内蔵されても良いし、ロボットハンド２０の外部に配置されても良い。

　流体シリンダとして油圧シリンダを用いても良い。しかしながら、上記の実施形態のように空気圧シリンダ４２を用いると、空気のバネ性を活用して移動板３２で物品５を押すことができ、好ましい。

　空気圧シリンダ４２のシリンダ側をブラケット６１に取り付けるのに代えて、シリンダロッド側をブラケット６１に取り付けても良い。この場合、シリンダ側が移動板３２に固定されることになる。

　ブラケット６１を省略して、空気圧シリンダ４２を、ネジ移動するスライド部材５２に直接固定しても良い。

　１　パレタイジングロボット（ロボット）
　５　物品
　２０　ロボットハンド（積付用ロボットハンド）
　３１　固定板（第１部材）
　３２　移動板（第２部材）
　３３　駆動装置
　４１　サーボモータ（駆動源）
　４２　空気圧シリンダ（流体シリンダ）
　５２　スライド部材（移動ベース）
　６６　電空レギュレータ（圧力調整部）
　７０　制御部
　８１　位置センサ
　８２　圧力センサ

Claims (6)

1. 　積付用ロボットハンドであって、
   　第１部材と、
   　前記第１部材との間で物品を挟んで保持可能な第２部材と、
   　前記第２部材を、前記第１部材に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる駆動装置と、
   を備え、
   　前記駆動装置は、
   　駆動源の駆動によりスライド移動可能な移動ベースと、
   　前記移動ベースに取り付けられる流体シリンダと、
   　前記流体シリンダの作動圧力を変更可能な圧力調整部と、
   　前記圧力調整部を制御する制御部と、
   を備え、
   　前記流体シリンダの伸縮方向は、前記移動ベースのスライド移動方向と平行であり、
   　前記第２部材は、前記流体シリンダのうち、前記移動ベースに対して相対移動可能な部分に取り付けられることを特徴とする積付用ロボットハンド。
2. 　請求項１に記載の積付用ロボットハンドであって、
   　前記駆動源はサーボモータであることを特徴とする積付用ロボットハンド。
3. 　請求項１又は２に記載の積付用ロボットハンドであって、
   　前記第２部材の位置を検知可能な位置センサを備え、
   　前記制御部は、前記位置センサの検知結果に応じて、前記駆動源及び前記圧力調整部のうち少なくとも何れかを制御することを特徴とする積付用ロボットハンド。
4. 　請求項１から３までの何れか一項に記載の積付用ロボットハンドであって、
   　前記流体シリンダのシリンダ室の圧力を検知可能な圧力センサを備え、
   　前記制御部は、前記圧力センサの検知結果に応じて、前記駆動源及び前記圧力調整部のうち少なくとも何れかを制御することを特徴とする積付用ロボットハンド。
5. 　請求項１から４までの何れか一項に記載の積付用ロボットハンドを備えることを特徴とするロボット。
6. 　積付用ロボットハンドによる物品保持方法であって、
   　前記積付用ロボットハンドは、
   　第１部材と、
   　前記第１部材との間で物品を挟んで保持可能な第２部材と、
   　前記第２部材を、前記第１部材に対して近づく方向及び離れる方向に移動させる駆動装置と、
   を備え、
   　前記駆動装置は、
   　駆動源の駆動によりスライド移動可能な移動ベースと、
   　前記移動ベースに取り付けられる流体シリンダと、
   　前記流体シリンダの作動圧力を変更可能な圧力調整部と、
   　前記圧力調整部を制御する制御部と、
   を備え、
   　当該物品保持方法は、
   　前記第２部材と前記第１部材との間で物品を挟んだ状態とするために前記第２部材を移動させるストロークのうち一部だけ、前記第２部材を前記第１部材に近づける第１工程と、
   　前記ストロークの残りだけ、前記第２部材を前記第１部材に近づける第２工程と、
   を含み、
   　前記第１工程における前記第２部材の移動は、前記駆動源の駆動により行われ、
   　前記第２工程における前記第２部材の移動は、前記流体シリンダの駆動により行われることを特徴とする物品保持方法。

Images