JP5779338B2 - 物品ハンドリング装置 - Google Patents

Description

本発明は物品ハンドリング装置に関する。

物品の大量生産を行う製造ラインでは、完成した物品の箱詰めも自動化装置で行われる。最近ではロボット等の物品ハンドリング装置で箱詰めを行う装置も多く見受けられるようになっている。その例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１には、包装体を吸着する吸着部と包装体の耳部を折り曲げる耳折り部を備えたロボットハンドにより、ガゼット付き包装体を箱に供給する箱詰め装置が記載されている。

特許文献２には、起函用ハンドで起函したケースに、集積された物品を保持用ハンドで保持して充填するロボット式ケーサが記載されている。

物品のハンドリングに、双腕型ロボットが使用されることもある。双腕型ロボットの例を特許文献３、４に見ることができる。

特開２００８−１２７０２７号公報 特開２００５−１１９７３０号公報 特開２０１０−１２０１０２号公報 特開２００７−１３０７３３号公報

本発明は、物品を順次搬入する物品搬入コンベアから物品を取り上げ、物品受け止め部に積み込むという作業を能率良く遂行することができる物品ハンドリング装置を提供することを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、物品ハンドリング装置は、複数の物品を順次搬入する１個の物品搬入コンベアと、それぞれ前記物品搬入コンベア上の前記物品を吸着する吸着具を備えた第１ピッキングヘッド及び第２ピッキングヘッドと、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドを独立して上昇、降下及び水平移動させる移載ロボットと、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドが前記搬入コンベアから取り上げてきた前記物品を受け止める１個の物品受け止め部と、前記ピッキングヘッド及び前記移載ロボットの制御装置を備え、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドには、前記物品をその軸線まわりに回動させる姿勢変更装置が付属しており、前記制御装置は、前記物品搬入コンベアから前記物品を取り上げて前記物品受け止め部の所定の位置に下ろす動作を前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドに交互に行わせ、前記物品が前記物品受け止め部に受け止められた後にもう一つの前記物品が下ろされるとき、後の前記物品を前の前記物品の上に重ならせ、且つ後の前記物品をその軸線回りに回動させて角度をつけてから下ろす制御を行うことにより、前記物品をドミノ倒し状態に並べることで前記物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを行うものであり、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドの一方が前記物品搬入コンベアから前記物品受け止め部に向かい、他方が前記物品受け止め部から前記物品搬入コンベアに向かうとき、相互を安全距離に保つ。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の物品ハンドリング装置において、前記制御装置は、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドの水平移動高さを異ならせて前記安全距離を確保する。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の物品ハンドリング装置において、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドは、それぞれ上方から垂下したロボットアームの下端にカンチレバーの形で支持されるものであり、前記第１ピッキングヘッドとそれに組み合わせられる前記ロボットアームの連結位置と、前記第２ピッキングヘッドとそれに組み合わせられる前記ロボットアームの連結位置は、正反対である。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の物品ハンドリング装置において、前記物品受け止め部には前記物品搬入コンベアを挟むように配置された第１物品受け止め部と第２物品受け止め部があり、前記制御装置は前記第１物品受け止め部に対する前記物品の積み込みと前記第２物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを交互に遂行する。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の物品ハンドリング装置において、前記物品受け止め部には前記物品搬入コンベアの片側に配置された第１物品受け止め部と第２物品受け止め部があり、前記制御装置は前記第１物品受け止め部に対する前記物品の積み込みと前記第２物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを交互に遂行する。

本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の物品ハンドリング装置において、前記第１物品受け止め部と前記第２物品受け止め部の一方に対し物品積み込み動作が遂行されている間、他方に対しては物品積み出し動作が遂行される。

本発明によると、１個の物品搬入コンベアから物品を吸着して１個の物品受け止め部の所定の位置に下ろす動作を第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドに交互に行わせ
、物品が物品受け止め部に受け止められた後にもう一つの物品が下ろされるとき、後の物品を前の物品の上に重ならせ、且つ後の物品を、第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドに付属する姿勢変更装置でその軸線回りに回動させて角度をつけてから下ろす制御を行うことにより、物品をドミノ倒し状態に並べることで物品受け止め部に対する物品の積み込みを行うものであるから、作業をきわめて能率良く遂行することができる。また、第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドの一方が物品搬入コンベアから物品受け止め部に向かい、他方が物品受け止め部から物品搬入コンベアに向かうとき、相互が安全距離に保たれるから、移載ロボット自体あるいは物品が衝突して破損するおそれはない。

本発明に係る物品ハンドリング装置の概念を示す斜視図である。 物品受け止め部の断面図である。 第１ピッキングヘッドとそれを支えるロボットアームの側面図である。 第１ピッキングヘッドとそれを支えるロボットアームの正面図である。 第１ピッキングヘッドとそれを支えるロボットアームの正面図であって、図４と異なる状態を示すものである。 第２ピッキングヘッドとそれを支えるロボットアームの正面図である。 第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドを並べて示す側面図である。 並べられた第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドの下面図である。 第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドの動作説明図である。 図９と同様の動作説明図にして、物品ハンドリング装置の第２実施形態を示すものである。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。物品ハンドリング装置１０がハンドリングの対象とするのは物品１である。物品１としては、複数種類のフィルムを積層した気密性ラミネートフィルムからなる自立型パウチに流動物を封入したものを想定する。物品１は、物品搬入コンベア１１の上に、長手方向をコンベア走行方向に整列させる形で、互いに所定間隔を保って１列に並べられ、順次送られてくる。

物品搬入コンベア１１が順次搬入する物品１を、移載ロボット１２が１個ずつ取り上げる。移載ロボット１２は双腕ロボットの一種であり、図１では第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４によりロボットの機構部分を代表させている。移載ロボット１２としては、一般的に用いられている産業用ロボット（直角座標型、水平多関節型、垂直多関節型、パラレルリンク型など）を用いればよく、特に形式は限定されない。

第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４はそれぞれ下面に複数個ずつの吸着具を有し、真空吸着で物品１をピッキングする。制御装置１５が移載ロボット１２を制御する。制御装置１５は物品ハンドリング装置１０全体を制御するものでもある。

物品搬入コンベア１１の両側（左右）に第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７が配置される。第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７は、偏平な八角形断面の筒を軸線が水平になるように横倒しにして、上部を切り開き、水平方向の一端（図１において手前側の端）を、物品１の束を放出する放出口１６ａ、１７ａとした、という構造になっている。なお第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の断面形状は、後述する梱包箱２の平面形状が偏平な八角形であることに合わせたものであり、梱包箱２の平面形状が矩形であれば、第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の断面形状も矩形で構わない。

移載ロボット１２は、第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に対し集中的に物品１の積み込みを行い、それが完了したら他方の物品受け止め部に対し集中的に物品１の積み込みを行う、という動作を繰り返す。移載ロボット１２は、第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７に対し、物品１を１個ずつ、総個数が６個になるまで（図２参照）、束状に重ねる形で積み込みを行う。

所定個数（図では６個としたが、これに限定されるものではない）の物品１を束状に重ねて受け止めた、すなわち満載状態となった第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７に、段ボール製の梱包箱２を嵌合させる。梱包箱２は所定形状に打ち抜かれた段ボールシートをサック貼りしたものであって、完成状態では平面形状が偏平な八角形となる。梱包箱２はその周壁部分が第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７の外側にすっぽりと被さる寸法とされている。

梱包箱２は、サックを起函した上で、使用時に底面となる側の口を閉ざし、使用時に天面となる側の口は開いたままにする。その状態の梱包箱２が、開いた口が第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７に向くように横倒しにされて梱包箱搬入コンベア１８に載置され、互いに所定間隔を保ちつつ梱包箱搬入コンベア１８により搬入される。

梱包箱搬入コンベア１８上の梱包箱２は、満載状態となった第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７に向けて押し出され、その口の中に、放出口１６ａ、１７ａの側から第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７を取り込んで行く。

第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７と、その外側に嵌合させた梱包箱２を、梱包箱２の口が上になるように姿勢変更する。すると、第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７の中の物品１は、放出口１６ａまたは放出口１７ａから梱包箱２の中に落とし込まれる。その後、姿勢変更された第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７は高さがそのままに保たれた状態で、梱包箱２のみ降下させる。すると、物品１を移された梱包箱２が第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７から離れる。第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７から離れた梱包箱２は梱包箱搬出コンベア１９に載置され、次工程へと運び去られる。

続いて、移載ロボット１２のより詳細な構造を、図３から図８までの図面に基づき説明する。

第１ピッキングヘッド１３は、上方から垂下する第１ロボットアーム２０の下端に、カンチレバーの形で水平に支持されている。第１ピッキングヘッド１３は、平面形状長方形のヘッド本体１３ａと、ヘッド本体１３ａの一端から、ヘッド本体１３ａの長手方向と直角な面内において斜め上方に突き出す連結管１３ｂを備える。連結管１３ｂは軸２１で第１ロボットアーム２０に連結されており、第１ピッキングヘッド１３は軸２１を中心に垂直面内で回動可能である。

第１ピッキングヘッド１３のヘッド本体１３ａの下面から、複数の吸着具２２が突き出す。吸着具２２は軟質の合成樹脂またはゴムからなる蛇腹状の部品であり、図８に示すように計８個が２列で千鳥状に配置される。各吸着具２２は、ヘッド本体１３ａの内部と連結管１３ｂを通じて真空吸引ホース２３に連通している。８個の吸着具２２は、図７に示す通り、物品１の形状に合わせてそれぞれの下端の高さが設定されている。

第１ピッキングヘッド１３には姿勢変更装置２４が付属する。姿勢変更装置２４は、第１ロボットアーム２０と連結管１３ｂを連結するエアシリンダ２５により構成される。エアシリンダ２５はクレビスタイプであり、エアシリンダ本体２５ａは第１ロボットアーム２０に回動可能に取り付けられ、ロッド２５ｂの先端は連結管１３ｂに回動可能に取り付けられている。

図４の状態ではエアシリンダ２５はロッド２５ｂを引っ込めており、第１ピッキングヘッド１３は、吸着具２２が真下を向くように保持されている。図５の状態ではエアシリンダ２５がロッド２５ｂを押し出し、第１ピッキングヘッド１３を軸２１を中心に図において反時計方向に回動させる。これにより、吸着具２２は斜め下を向く。

第２ピッキングヘッド１４の支持の仕方も第１ピッキングヘッド１３と同様である。すなわち図６に示すように、第２ピッキングヘッド１４は、上方から垂下する第２ロボットアーム３０の下端に、カンチレバーの形で水平に支持されている。第２ピッキングヘッド１４は、平面形状長方形のヘッド本体１４ａと、ヘッド本体１４ａの一端から、ヘッド本体１４ａの長手方向と直角な面内において斜め上方に突き出す連結管１４ｂを備える。連結管１４ｂは軸３１で第２ロボットアーム３０に連結されており、第２ピッキングヘッド１４は軸３１を中心に垂直面内で回動可能である。

第２ピッキングヘッド１４のヘッド本体１４ａの下面から、複数の吸着具３２が突き出している。吸着具３３は軟質の合成樹脂またはゴムからなる蛇腹状の部品であり、図８に示すように計８個が２列で千鳥状に配置される。各吸着具３２は、ヘッド本体１４ａの内部と連結管１４ｂを通じて真空吸引ホース３３に連通している。８個の吸着具３２は、図７に示す通り、物品１の形状に合わせてそれぞれの下端の高さが設定されている。

第２ピッキングヘッド１４には姿勢変更装置３４が付属する。姿勢変更装置３４は、第２ロボットアーム３０と連結管１４ｂを連結するエアシリンダ３５により構成される。エアシリンダ３５はクレビスタイプであり、エアシリンダ本体３５ａは第２ロボットアーム３０に回動可能に取り付けられ、ロッド３５ｂの先端は連結管１４ｂに回動可能に取り付けられている。

第２ピッキングヘッド１４は第１ピッキングヘッド１３に対し「逆勝手」であり、正面から見たとき、連結管１４ｂの突き出し方向が第１ピッキングヘッド１３の連結管１３ｂとは逆になっている。また、第１ピッキングヘッド１３の姿勢変更装置２４は第１ロボットアーム２０の左側に配置されていたのに対し、第２ピッキングヘッド１４の姿勢変更装置３４は第２ロボットアーム３１の右側に配置されている。

図６の状態ではエアシリンダ３５はロッド３５ｂを引っ込めており、第２ピッキングヘッド１４は、吸着具３２が真下を向くように保持されている。エアシリンダ３５がロッド３５ｂを押し出すと、第２ピッキングヘッド１４が軸３１を中心に図において時計方向に回動する。これにより、吸着具３２は斜め下を向く。

図７において、連結管１３ｂは左側にあり、連結管１４ｂは右側にあることからわかるように、第１ピッキングヘッド１３と第１ロボットアーム２０の連結位置は図７において左側であり、第２ピッキングヘッド１４と第２ロボットアーム３０の連結位置はその正反対の右側である。すなわち、第１ロボットアーム２０と第２ロボットアーム３０は互いに離れていて、そこから、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４が向かい合わせに突き出す形になっている。このような配置により、吸着具２２と吸着具３２は、姿勢変更装置２４と姿勢変更装置３４によって傾けられたとき、同じ方向を向くことになる。

制御装置１５は、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４を次のように動作させる。

制御装置１５は、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４を独立して三次元移動させる。そして第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４に、物品搬入コンベア１１の上から物品１を１個ずつ取り上げさせ、第１物品受け止め部１６または第２物品受け止め部１７に積み込ませる。第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７への物品１の積み込みは、一方が満載になってから他方への積み込みを開始するという形で、交互に行う。

第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に積み込みを行っている間、その前のシーケンスで満載にされた他方からの物品１の積み出し動作が遂行される。この場合の積み出し動作は、梱包箱２への物品１の移し替えということになる。

第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４は、休みなしで第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に物品１を積み込む。これにより、物品１の積み込み能率が向上する。

第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に物品１を積み込む動作を図９に基づき説明する。図９は物品搬入コンベア１１を走行方向における手前側から見た状態を示す。すなわち図１とは視点が逆転している。物品１の長手方向は紙面と垂直になっている。

図９は、第２物品受け止め部１７に対し物品１の積み込みが行われている状態を示している。第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４は、物品搬入コンベア１１から物品１を吸着して取り上げ、第２物品受け止め部１７の所定の位置に下ろすという第１のゲートモーションと、物品１を第２物品受け止め部１７に下ろした後、上昇して物品搬入コンベア１１の上に戻り、降下するという第２のゲートモーションを、交互に繰り返す。

第２のゲートモーションの水平移動高さは第１のゲートモーションの水平移動高さより高く設定されている。高さの差は、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４が、物品搬入コンベア１１と第２物品受け止め部１７の中間地点で、全く接触することなく安全に交錯できる値に設定されている。すなわち、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４の高さの違いをもって、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４の安全距離が確保される。

第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４は、長手方向を物品１の長手方向に一致させて物品１を吸着する。姿勢変更装置２４、３４が第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４の角度を変えれば、物品１は長手方向の軸線まわりに回動することになる。

制御装置１５は、物品１が第２物品受け止め部１７に受け止められた後にもう一つの物品１が下ろされるとき、後の物品１を前の物品１の上に重ならせ、且つ後の物品１をその軸線回りに回動させて角度をつけてから下ろす制御を行う。これにより、図９に示すように、物品１は第２物品受け止め部１７の内部でドミノ倒し状態に並ぶことになる。物品１をこのように並べられるということは、複数の物品１を束状にまとめる上で便利である。

移載ロボット１２は、第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に対し集中的に物品１の積み込みを行い、それが完了したら他方の物品受け止め部に対し集中的に物品１の積み込みを行う、という動作を繰り返すものであって、第１ピッキングヘッド１３と第２ピッキングヘッド１４の動きは片時も止まることがない。このため、物品搬入コンベア１１を一時停止させるなどして物品１を物品搬入コンベア１１の上で待機させるといった制御は不要であり、能率良く物品１の積み込みを行うことができる。

図１０に物品ハンドリング装置１０の第２実施形態を示す。第１実施形態と異なるのは第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の配置である。第１実施形態では物品搬入コンベア１１の両側に第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７が配置されていたが、第２実施形態では物品搬入コンベア１１の片側に第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７が横並びに配置されている。移載ロボット１２が、第１物品受け止め部１６と第２物品受け止め部１７の一方に対し集中的に物品１の積み込みを行い、それが完了したら他方の物品受け止め部に対し集中的に物品１の積み込みを行う、という動作を繰り返す点は第１実施形態と変わらない。

以上本発明の実施形態を説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、梱包箱そのものを物品受け止め部として用いるといった変更が可能である。また、第１ピッキングヘッドと第２ピッキングヘッドを安全距離に保つのに、双方の水平方向間隔を変えるといった変更も可能である。

本発明は、物品ハンドリング装置に利用可能である。

１ 物品
２ 梱包箱
１０ 物品ハンドリング装置
１１ 物品搬入コンベア
１２ 移載ロボット
１３ 第１ピッキングヘッド
１４ 第２ピッキングヘッド
１５ 制御装置
１６ 第１物品受け止め部
１７ 第２物品受け止め部
１８ 梱包箱搬入コンベア
１９ 梱包箱搬出コンベア
２０ 第１ロボットアーム
２４ 姿勢変更装置
３０ 第２ロボットアーム
３４ 姿勢変更装置

Claims (6)

1. 複数の物品を順次搬入する１個の物品搬入コンベアと、
   それぞれ前記物品搬入コンベア上の前記物品を吸着する吸着具を備えた第１ピッキングヘッド及び第２ピッキングヘッドと、
   前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドを独立して上昇、降下及び水平移動させる移載ロボットと、
   前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドが前記搬入コンベアから取り上げてきた前記物品を受け止める１個の物品受け止め部と、
   前記ピッキングヘッド及び前記移載ロボットの制御装置を備え、
   前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドには、前記物品をその軸線まわりに回動させる姿勢変更装置が付属しており、
   前記制御装置は、前記物品搬入コンベアから前記物品を取り上げて前記物品受け止め部の所定の位置に下ろす動作を前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドに交互に行わせ、前記物品が前記物品受け止め部に受け止められた後にもう一つの前記物品が下ろされるとき、後の前記物品を前の前記物品の上に重ならせ、且つ後の前記物品をその軸線回りに回動させて角度をつけてから下ろす制御を行うことにより、前記物品をドミノ倒し状態に並べることで前記物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを行うものであり、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドの一方が前記物品搬入コンベアから前記物品受け止め部に向かい、他方が前記物品受け止め部から前記物品搬入コンベアに向かうとき、相互を安全距離に保つことを特徴とする物品ハンドリング装置。
2. 前記制御装置は、前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドの水平移動高さを異ならせて前記安全距離を確保することを特徴とする請求項１に記載の物品ハンドリング装置。
3. 前記第１ピッキングヘッドと前記第２ピッキングヘッドは、それぞれ上方から垂下したロボットアームの下端にカンチレバーの形で支持されるものであり、前記第１ピッキングヘッドとそれに組み合わせられる前記ロボットアームの連結位置と、前記第２ピッキングヘッドとそれに組み合わせられる前記ロボットアームの連結位置は、正反対であることを特徴とする請求項１または２に記載の物品ハンドリング装置。
4. 前記物品受け止め部には前記物品搬入コンベアを挟むように配置された第１物品受け止め部と第２物品受け止め部があり、前記制御装置は前記第１物品受け止め部に対する前記物品の積み込みと前記第２物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを交互に遂行する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の物品ハンドリング装置。
5. 前記物品受け止め部には前記物品搬入コンベアの片側に配置された第１物品受け止め部と第２物品受け止め部があり、前記制御装置は前記第１物品受け止め部に対する前記物品の積み込みと前記第２物品受け止め部に対する前記物品の積み込みを交互に遂行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の物品ハンドリング装置。
6. 前記第１物品受け止め部と前記第２物品受け止め部の一方に対し物品積み込み動作が遂行されている間、他方に対しては物品積み出し動作が遂行されることを特徴とする請求項４または５に記載の物品ハンドリング装置。

Images