JP5865385B2 - 紙シートのスタックの自動取扱及び通気 - Google Patents

Description

本発明は、印刷工場における紙シートの使用に関連して複数の矩形の紙シートからなるワークスタックの取扱及び通気を行う方法に関する。

印刷産業では、複数の紙シートからなる小さな山、すなわち、ワークスタック（例えば、高さ２〜１５センチメートル）が、将来の処理（例えば、紙揃、切断、折り、又は印刷）のために、大きな山、すなわち、基本スタック（例えば、高さ１００センチメートル）から分けて取り除かれる。

それらの将来の処理工程の際には、各シートが残りのシートから個々に分離されることが重要である。これを達成するには、隣り合った紙同士が「着くこと」で一体となることを避けるべく、個々のシート同士の間に空気を導入すること（通風）が不可欠である。

基本的な通風処理では、紙シートの小さな山（ワークスタック）を、スタックの窪みが頂部側よりも底部側において大きくなるように曲げられ、したがって全ての隣り合うシート同士の間に空気が吸い込まれる空間が生じることによって、隣り合うシート同士が着いて一体となる傾向が除去される。

今度は、ワークスタックは紙揃機、典型的には、振盪（ｓｈａｋｉｎｇ）箱又は振動卓まで、運ばれ、そこで、ワークスタックの通気（ａｅｒａｔｉｎｇ）によって、シートの縁部が揃えられることがある。

これは非常に労働集約的であり、持上げ及び曲げの動作を手作業で行う者に害をなす可能性がある。この通気の処理を自動化すべく試行がなされているが、結果は満足できるものではない。

したがって、本発明の主な目的は、この処理をより満足できるように自動化することによって、手作業を機械的手段によって置換することである。

本発明によると、この目的は次により達成される。
自動化装置を提供する工程であって、該自動化装置は第１及び第２の把持装置を備え、該第１及び第２の把持装置には各々相互に対向する第１及び第２のフィンガが設けられており、該第１及び第２のフィンガは、それらの間で前記ワークスタックの把持と解放とを行うべく互いに向かって移動するように、また互いから離れて移動するように構成されており、また互いから離れて移動するように構成されており、各把持装置は少なくとも４自由度を有するべく、好適には５自由度、最も好適には６自由度を有するべく構成されている、前記工程と、
前記第１の把持装置の前記第１のフィンガを前記ワークスタックの底部のシートより下方に挿入し、前記ワークスタックの第１の角又はその付近に配置するとともに、前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記底部のシートより下方に挿入し、前記ワークスタックの第２の角又はその付近に配置する工程であって、前記第１及び第２の角は前記ワークスタックの同じ縁部に位置する、前記工程と、
前記ワークスタックの前記第１及び第２の角を持上げて回転させる工程であって、前記
ワークスタックの両把持装置の間に位置する部分が上向きの凹状に窪んだ部分を形成するように、前記第１及び第２の把持装置を持上げて、前記第１及び第２の把持装置を互いにほぼ反対向きの第１の方向に回転させる、前記工程と、
前記第２のフィンガを移動して前記ワークスタックの頂部のシートに接触させることによって、前記ワークスタックを把持する工程と、
前記第１の方向に対しほぼ反対向きの第２の方向に前記第１及び第２の把持装置を回転させる工程であって、前記底部のシートよりも上向きの凹状に窪んでいない形状となるように、好適には前記頂部の紙がほぼ平坦な形状となるように、前記頂部のシートが前記把持装置同士の間で引っ張られる前記工程と、を備える方法。

この結果、いかなる手作業も伴わず、ワークスタックにおける紙のシートは効果的に通気が行われる。
本発明によると、前記第１のフィンガ及び第２のフィンガは、持上げ及び回転の際、前記ワークスタックの縁部に対して０〜９０度の間の角度、好適には１０〜８０度の間の角度、より好適には３０〜６０度の間の角度、さらに好適には４０〜５０度の間の角度、最も好適には４４〜４６度の間の角度で延びている。

この結果、シート同士が着いて一体となることを妨げるためにも重要なことだが、隣り合うシート同士が互いに対して水平に、前記縁部に平行又は直角に変位することが達成される。

有利には、前記把持装置は、それぞれ前記角から０〜５０センチメートルの間、好適には０〜３０センチメートルの間、より好適には０〜１０センチメートルの間、最も好適には０〜５センチメートルの間の位置にある点において、前記ワークスタックを把持する場合がある。

本発明によると、前記ワークスタックは、複数の紙シートからなる基本スタックの紙シートの頂部を含む場合があり、前記第１の把持装置の前記第１のフィンガは紙シートの縁部を損傷することなく前記基本スタックに挿入可能である鋭先端部を有し、前記方法は、
前記第１の把持装置の前記第１のフィンガを前記基本スタックに挿入する工程であって、それによって形成されるワークスタックの底部の紙シートと、基本スタックの残りのうち頂部のシートとの間に隙間が形成される、前記工程と、
前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記隙間に挿入する工程と、
両第１のフィンガが前記底部のシートに当接するように、前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記第１の把持装置の前記第１のフィンガから離れ前記第２の角に向かって移動させる工程と、を含む
この結果、基本スタックからのワークスタックの分離は、シートの縁部を損傷することなく実行され、両フィンガは前記ワークスタックの同じ底部のシートに当接する。

第２の態様では、本発明は、本発明による方法を実行するための自動化装置に関する。
本発明によると、前記把持装置は、少なくとも４自由度、好適には５自由度、最も好適には６自由度を有するマニプレータアームにそれぞれ取り付けられている。

この結果、ワークスタックにおける紙シートの通気を十分に行うべく、把持装置の必要な移動が達成できる。
本発明の目下好適な一実施形態では、前記自動化装置は前記マニプレータアーム同士を互いに独立に制御するための制御手段を含む。

そのような二腕ロボットは、本発明による方法を実行する最も効率的な手段であると考えられる。
本発明によると、前記マニプレータアームは、少なくとも１つの回転可能なジョイント、好適には２つの回転可能なジョイント、より好適には３つの回転可能なジョイント、最も好適には４つの回転可能なジョイントをそれぞれ有し、前記第１及び第２の把持装置の自由度のうちの少なくとも１つは前記回転可能なアームジョイントにより提供され、前記マニプレータアームにはそれぞれ、少なくとも１つの回転アクチュエータと、随意で少なくとも１つの線形アクチュエータとが設けられている。

第３の態様では、本発明は、複数の矩形の紙シートからなるワークスタックの揃え及び通気を行うためのシステムであって、
複数の紙シートからなるスタックと、上述の自動化装置と、上述の方法の実行後に前記紙シートを揃えるために前記ワークスタックを受け取るための傾斜振動卓と、を備えるシステムに関する。

最後の態様では、本発明は、上記で指定した方法を実行するための２つの独立に制御されるマニプレータアームを有する自動化装置の使用に関する。

紙のシートからなる基本の又は元のスタックの概略斜視図。 基本スタックの頂部からのワークスタックの分離の開始を示す図。２つの下側の把持装置のフィンガを挿入し、ワークスタックの角の付近のそれぞれの位置に配置する方法を示す図。 ２つの下側の把持装置のフィンガを挿入し、ワークスタックの角の付近のそれぞれの位置に配置する方法を示す図。 ２つの下側の把持装置のフィンガを挿入し、ワークスタックの角の付近のそれぞれの位置に配置する方法を示す図。 ２つの下側の把持装置のフィンガを挿入し、ワークスタックの角の付近のそれぞれの位置に配置する方法を示す図。 ワークスタックの角の持上げを示す図。 ワークスタックの角の把持を示す図。 把持装置の「外向き」の回転と、それによる複数のシートの分離及び通気を示す図。 本発明による二腕ロボットによるワークスタックの底部への２つの把持装置の挿入を示す概略斜視図。 図８と同一の状況を反対方向から拡大して見た状況を示す図。 剛体の自由度の定義を示す図。 剛体の自由度の定義を示す図。

以下において、本発明は、添付の図面を参照しつつ、より詳細に説明される。図面は、単に例として本発明の実施形態を示すものである。
本発明について、図１〜図１２を参照しつつ以下に記載する。

「左」の把持装置又はグリッパは、シートを損傷することなく大きな山（図２参照）における紙のシートの間に挿入が可能である鋭先端部を備える下側フィンガを有する。「右」のグリッパは、下記で説明されるが、シートを損傷することなくシート同士の間で移動可能である、シリンダ形状の突出部を備える下側フィンガを有する。

満足のゆく手法により、主スタックからワークスタックを分離してワークスタックの通気を行い、また紙揃機（シェーカーボックス又は振動卓としても知られる）へのワークスタックの搬送を行うには、グリッパは少なくとも４自由度、好適には５自由度、最も好適
には６自由度を有する必要がある。各把持装置の自由度は、好適には、他の把持装置の自由度から独立している。

本特許出願の文脈においては、自由度は図１１及び図１２に示すように、Ｘ，Ｙ及びＺ軸による３次元座標系に関連して定義される。初めの３つの自由度は、この３つの軸に対して平行な運動であり、他の３つの自由度は、この３つの軸の各々の回りの回転である。

さらに、本特許出願の文脈においては、用語「紙シート」は、紙、プラスチック、段ボール、ラミネート紙からなるものなど、任意の印刷可能な材料のシートを含むと理解される。

二腕ロボットによって実行される工程について、図２〜図８を参照しつつ以下に記載する。
（１）左グリッパの下側フィンガＡ１をシートの基本スタックの左前角近くに動かす。

（２）この下側フィンガを上向きに、また基本スタックの中へと内向きに動かし（図２）、紙シートの大きい方のスタックから、より小さなワークスタックを分離させ、鋭先端部を２つの隣り合う紙のシートの間に挿入することによりワークスタックを大きい方のスタックから分離する隙間を生じさせる。この上側のシートの集合は、操作の対象となるシートの小ワークスタックである。

（３）持上げられたワークスタックと残りのスタックとの間の隙間に、右グリッパの下側フィンガＢ１の丸みのある突出部Ｂ３（図１０参照）を配置する（図３）。このフィンガを隙間中で側方に（図４）、最右角に到達するまで（図５）動かす。この丸みのある突出部は、隙間を形成しているシートに沿って、それらのシートを損傷することなく滑動する。これにより、両グリッパが同一の紙の集合に作用することが確実になる。

（４）以下でより詳細に記載されるが、グリッパをワークスタックの２つの反対の角の適切な位置に配置しておく。
（５）グリッパを両方とも持上げ、左グリッパを時計回りに右グリッパを反時計回りに回転させることで（図６）、ワークスタックが上向きに凹状になる。

（６）２つのグリッパの上側フィンガＡ２及びＢ２をそれぞれ、下側フィンガＡ１及びＢ１それぞれに向かうように閉じると、ワークスタックのシートの頂部及び底部に圧力を加えることにより、２つのグリッパがワークスタックを上向きに凹状に保持するようになる（図７）。

（７）左右のグリッパＡ及びＢは、それぞれ反時計回りと時計回りに回転し（図８）、ワークスタックの上側のシートがほぼ平坦な形状に引っ張られる一方、下側のシートはなおも上向きに凹状である。この動作により、紙のシートは分離させられる。空気がシート同士の間に吸い込まれ、分離を補助する。さらに、空気がシート同士の隙間に吹き込まれ得る。

（８）把持されたワークスタックは適切に通気されており、揃えるために、図示しないシェーカーボックス又は振動卓まで、さらなる処理のため動かされる。
紙シートの把持及び通気について、図１〜図１０に図によって示す。

ここで図１を参照する。紙シートからなる元のスタックは、移動する必要のあるより小さなワークスタックが分離される予定のスタックを示す。右側の座標系は、スタックの向きと位置を定義しており、道具すなわちロボットのグリッパの運動の記述に用いられる。

ここで図２を参照する。第１工程は、左グリッパの鋭先端部を有する下側フィンガＡ１を紙シートの大きな山の角の近傍に動かす。第２工程は、下側フィンガＡ１を矢印１の向きに上向きに、内向きに（例えば、図２の座標系における方向ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）（１，１，４）、すなわち、３つの座標軸に沿った３自由度を利用する）、第１工程の際に達成された最左角の初めの位置から動かす。

下側フィンガＡ１の上向きの、内向きの運動でスタックに対して２枚の紙のシートの間に入り込み、隙間を生じさせシートのワークスタックを選択する。これに用いられるフィンガは先端が鋭先端部を備えるように形成されており、シートを損傷しない（ｐｒｏｔｅｃｔ）ための丸みのある縁部（示されていない）を有する。

左グリッパの下側フィンガＡがスタックの前左角に挿入されている場合を示しているが、以下で記載されるように、右グリッパの下側フィンガＢ１を挿入するための隙間を生じさせるべく、挿入点が角に近い限り、スタックの前縁部に垂直に（Ｙ軸に平行）又はスタックの左縁部に垂直に（Ｘ軸に平行）も挿入されたとしてもよいことに、注目すべきである。

図１は右グリッパの下側フィンガＢ１の挿入を示す。
右グリッパの下側フィンガＢ１は第２工程で生じた隙間の中へ、スタックの縁部に垂直に動かされる。シリンダ形状又は丸みのある突出部Ｂ３を有する下側フィンガＢ１（図１０参照）は下側フィンガＡ１の隣に挿入される。この動作は矢印３により示されており、ｙ方向である。

ここで図４を参照する。下側フィンガＢ１は縁部に沿って隙間の中で動かされることで、ワークスタックの底部のシートを残りのスタックの頂部のシートから分離する。この動作はスタックの右角の直前で静止する。この動作は矢印５で示されており、Ｘ方向である。

フィンガＡ１は矢印４の方向に動かされるものが示されており、一般にｘ軸に平行である。
ここで図５を参照する。フィンガＢ１の回転はｚ軸回りであり、９０度程度の場合が示されており、フィンガＢ１もほぼｘ軸に平行である。その回転は矢印６によって示されている。

ここで図６を参照する。フィンガＡ１及びフィンガＢ１の持上げ及び回転が矢印７と矢印８によってそれぞれ示されている。その動作は紙が図７に示されている位置になるまで継続する。この結果、各グリッパの上側フィンガを動かすことによりグリッパが閉じられてワークスタックの頂部（ｕｐｐｅｒｍｏｓｔ）のシートに接触する以前に、スタックにおける紙のシートの位置関係の変化が達成され、シート同士の間に空気を吸い込むことが可能となる。

ここで図７を参照する。グリッパの下側フィンガＡ１及びＢ１の回転及び持上げの後、ワークスタックが両グリッパにより強固に把持されるように、フィンガＡ２及びＢ２をフィンガＡ１及びＢ１それぞれに向かって（ｔｏｗｒｄｓ）動かすことにより両グリッパは閉じられる。

フィンガＡ１及びフィンガＢ１の位置（ｐｓｉｔｉｏｎ）は図５〜７ではＸ軸に平行なものとして示されているが、フィンガはＸ軸に対して角度をなして延びていることが目下最善と考えられることは指摘されるべきである（（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（−２，２，０）の方向
に向かうことが好適である）。なぜならば、図７と図８に示すようにグリッパが閉じてワークシートの頂部と底部とのシートに当接する前に、隣接するシートのＸ軸方向とＹ軸方向の両方の方向における相対変位を伴うからである。

ここで図８を参照する。グリッパＡ及びグリッパＢが矢印９及び矢印１０の方向に「外向き」に逆戻りして回転する時に、すなわち、グリッパＡは反時計回りにグリッパＢは時計回りに回転する時に、紙のスタックは強固に保持されている一方で、スタックはさらに通気される。なぜならば、各シートの窪みが内側より外側で大きくなるように紙シートのワークスタックを曲げる時に、全ての隣り合うシートの間に空気が吸い込まれるためである。グリッパの回転は、一又は二以上の回数繰り返される場合がある。

ここで図９および図１０を参照する。その図は紙シートのワークスタックを分離し、取扱い、通気する二腕ロボット装置を示している。各腕は６つの回転するジョイントを対応する回転アクチュエータと共に有しており、記号“＊”により示されている、これらジョイントのうち５つは、近接した腕要素の縦の方向に対して垂直な回転軸を有するジョイントである一方、記号“＊＊”により示されている、これらのジョイントのうち１つは、前記縦の方向に対して平行な回転軸を有する。

線形アクチュエータを備える伸縮自在の要素は言うまでもなく、回転アクチュエータを備えるさらなる回転するジョイントは、ワークスタックの通気操作におけるさらなる柔軟性を可能にすべく組み込まれ得る。

望まれる効果の一部は、グリッパＡ及びグリッパＢがワークスタックの同じ縁部のところでワークスタックを異なる位置で把持することにより達成され得る。しかし、２つのグリッパがワークスタックを図７と図８（ロボットから見た前縁部）によって示されているようにスタックの同一の縁部に位置するスタックの２つの角又はその近くに把持する場合、はるかに優れた最良の結果が得られる。

Claims (11)

1. 印刷工場における紙シートの使用に関連して複数の矩形の紙シートからなるワークスタックの取扱及び通気を行う方法において、
   自動化装置を提供する工程であって、該自動化装置は第１及び第２の把持装置を備え、該第１及び第２の把持装置には各々相互に対向する第１及び第２のフィンガが設けられており、該第１及び第２のフィンガは、それらの間で前記ワークスタックの把持と解放とを行うべく互いに向かって移動するように、また互いから離れて移動するように構成されており、各把持装置は少なくとも４自由度を有するべく構成されている、前記工程と、
   前記第１の把持装置の前記第１のフィンガを前記ワークスタックの底部のシートの直後に挿入し、前記ワークスタックの第１の角又はその付近に配置するとともに、前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記底部のシートの直後に挿入し、前記ワークスタックの第２の角又はその付近に配置する工程であって、前記第１及び第２の角は前記ワークスタックの同じ縁部に位置する、前記工程と、
   前記ワークスタックの前記第１及び第２の角を持上げて回転させる工程であって、前記ワークスタックの両把持装置の間に位置する部分が上向きの凹状に窪んだ部分を形成するように、前記第１及び第２の把持装置を持上げて、前記第１及び第２の把持装置を互いにほぼ反対向きの第１の方向に回転させる、前記工程と、
   前記第２のフィンガを移動して前記ワークスタックの頂部のシートに接触させることによって、前記ワークスタックを把持する工程と、
   前記第１の方向に対しほぼ反対向きの第２の方向に前記第１及び第２の把持装置を回転させる工程であって、前記底部のシートよりも上向きの凹状に窪んでいない形状となるように、前記頂部のシートが前記第１及び第２の把持装置同士の間で引っ張られる前記工程と、を備える方法。
2. 前記第１のフィンガ及び第２のフィンガは、持上げ及び回転の際、前記ワークスタックの縁部に対して０〜９０度の間の角度で延びている、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２の把持装置は、それぞれ前記第１及び第２の角から０〜５０センチメートルの間の位置にある点において、前記ワークスタックを把持する、請求項１又は２に
   記載の方法。
4. 前記ワークスタックは、複数の紙シートからなる基本スタックの紙シートの頂部を含み、前記第１の把持装置の前記第１のフィンガは紙シートの縁部を損傷することなく前記基本スタックに挿入可能である鋭先端部を有し、前記方法は、
   前記第１の把持装置の前記第１のフィンガを前記基本スタックに挿入する工程であって、それによって形成されるワークスタックの底部の紙シートと、基本スタックの残りのうち頂部のシートとの間に隙間が形成される、前記工程と、
   前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記隙間に挿入する工程と、
   両第１のフィンガが前記底部のシートに当接するように、前記第２の把持装置の前記第１のフィンガを前記第１の把持装置の前記第１のフィンガから離れ前記第２の角に向かって移動させる工程と、を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を実行するための自動化装置。
6. 前記第１及び第２の把持装置は、少なくとも４自由度を有するマニプレータアームにそれぞれ取り付けられている、請求項５に記載の自動化装置。
7. 前記マニプレータアーム同士を互いに独立に制御するための制御手段を含む、請求項６に記載の自動化装置。
8. 前記マニプレータアームは、少なくとも１つの回転可能なジョイントをそれぞれ有し、前記第１及び第２の把持装置の自由度のうちの少なくとも１つは前記回転可能なアームジョイントにより提供される、請求項６又は７に記載の自動化装置。
9. 前記マニプレータアームにはそれぞれ、少なくとも１つの回転アクチュエータが設けられている、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の自動化装置。
10. 複数の矩形の紙シートからなるワークスタックの揃え及び通気を行うためのシステムであって、
    複数の紙シートからなるスタックと、請求項５〜９のいずれか一項に記載の自動化装置と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法の実行後に前記紙シートを揃えるために前記ワークスタックを受け取るための傾斜振動卓と、を備えるシステム。
11. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を実行するための２つの独立に制御されるマニプレータアームを有する自動化装置の使用。

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