特開 2025-4804 ロボットハンドおよび容器のハンドリング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004804

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】ロボットハンドおよび容器のハンドリング方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 15/08 20060101AFI20250108BHJP

   B65B 43/46 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

B25J15/08 Q

B65B43/46 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104637

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】514074382

【氏名又は名称】カワダロボティクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】力石 直也

(72)【発明者】

【氏名】菊池 稔

【テーマコード（参考）】

3C707

3E030

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707AS04

3C707BS10

3C707DS01

3C707ES03

3C707ET08

3C707EV02

3C707EV23

3C707EV27

3C707NS07

3E030AA01

3E030DA01

3E030DA02

3E030GA01

3E030GA03

(57)【要約】

【課題】簡素な構造で複数品種の容器のハンドリングが可能であり、品種変更にも容易に対応できるロボットハンドおよび容器のハンドリング方法を提供する。
【解決手段】横倒しの容器の開口部を水平方向に開閉して把持する一対の把持部と、前記把持部のそれぞれの先端に配置され、前記容器の開口部を把持して前記容器を回動可能に支持する回転部材と、前記容器が直立した状態で前記容器の開口部を拘束する位置出し部材と、を備える、ロボットハンドである。ロボットハンドを用いて容器をハンドリングする方法であって、横倒しの容器の開口部を水平軸に対し回動可能に把持する把持ステップと、前記容器の開口部を把持したまま上方に持ち上げて、前記容器の自重により、前記容器を直立させる直立ステップと、直立した前記容器の開口部を位置決め部材で拘束する拘束ステップと、前記容器を収容治具に収容する収容ステップと、を含む、容器のハンドリング方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に開閉して、横倒しの容器の開口部を把持する一対の把持部と、
前記把持部のそれぞれの先端に配置され、前記容器の開口部を把持して前記容器を回動可能に支持する回転部材と、
前記容器が直立した状態で前記容器の開口部を拘束する位置出し部材と、
を備える、ロボットハンド。

【請求項2】

前記位置出し部材は、前記容器の開口部を囲い込み、前記開口部と３点以上で接触するように配置されている、請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記容器の開口部の中心軸と、ロボットハンドの回転軸とが一致している、請求項１または２に記載のロボットハンド。

【請求項4】

ロボットハンドを用いて容器をハンドリングする方法であって、
横倒しの容器の開口部を水平軸に対し回動可能に把持する把持ステップと、
前記容器の開口部を把持したまま上方に持ち上げて、前記容器の自重により、前記容器を直立させる直立ステップと、
直立した前記容器の開口部を位置決め部材で拘束する拘束ステップと、
前記容器を収容治具に収容する収容ステップと、
を含む、容器のハンドリング方法。

【請求項5】

前記拘束ステップでは、位置出し部材が前記容器の開口部を囲い込んで３点以上で接触して拘束する、請求項４に記載の容器のハンドリング方法。

【請求項6】

さらに、直立した状態で拘束された前記容器の開口部の中心軸とロボットハンドの回転軸を一致させて、所定の回転角度で回転させる回転ステップを含む、請求項４または５に記載の容器のハンドリング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、簡素な構造で複数品種のボトル等の容器のハンドリングが可能であり、品種変更にも容易に対応できる、ロボットハンドおよび容器のハンドリング方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボトル等の容器は、日用品・食品・工業製品など様々な業界において包装資材として用いられている。容器、たとえば、ボトルに入った製品を生産する場合、空のボトルへの内容品の充填や閉栓作業は、一般的に専用機械などで自動化されている。しかしながら生産過程において、向きや姿勢が定まっていないバラ置きの状態からボトル自体を個々にハンドリングするような作業が伴う場合がある。とりわけ複数品種の製品を多品種少量生産する場合は、異なる品種のボトルを効率よく、ハンドリングする手法が求められる。

【0003】

ボトル容器は、品種によって容器の形状やサイズに大きな差があるが、それに対して開口部は径のサイズ差はあるものの、閉栓部材が取り付くために、共通した円柱状の形状をしている。このワークの特性を活かすことで、複数品種のボトル容器のハンドリングが可能と考えられる。

【0004】

特許文献１には、ボトル状のワークのハンドリングを行うロボットハンドとして、ボトルの頭部を掴む把持機構とボトルの側面を吸着する吸着機構とが一体化したものが開示されている。そのロボットハンドを用い、箱に整列された状態のボトルの頭部を把持し、横向きに姿勢変更を行いコンベアへ排出するためのものである。

【0005】

特許文献２には、ロボットのハンドに、容器等の物品をハンドリングする物品案内部材を備える物品取扱具及びその物品案内部材の成形方法が開示されている。物品案内部材は形状記憶部材として、多様な形状に対応するとともにボトルの本体側面を吸着ピックし、ボトル開口部側面を支持する形状を付加した構造が提案されている。

【0006】

特許文献３には、簡素な機構のハンドで、ワークの姿勢変更ができるロボットハンドとして、爪先に備えた自由に回転する機構でワークの姿勢を変更し、一定以上の力を加えるとローラ部の回転を止める構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平０９－１４２４１１号公報

【特許文献2】特開平１１－２５４３７３号公報

【特許文献3】特開２０１２－１７１０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来技術には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ボトルのピック時の姿勢が一定の立っている状態でしかピックができないことや、ボトルの向きの変更、つまり、対称軸を回転軸とする回転が難しいなどの問題があった。

【0009】

また、特許文献２に記載の技術では、ボトルの品種が変わった際に、吸着パッドの位置や形状部分の変更が必要となるほか、ボトルの向きの合わせ、つまり、対称軸を回転軸とする回転も難しい問題があった。

【0010】

また、特許文献３に開示の構造では、ハンド爪先内でのワークの姿勢が均一に定まりにくく精密な作業において作業不良を起こす問題があった。

【0011】

それゆえ、本発明では、簡素な構造で複数品種のボトル容器のハンドリングが可能であり、品種変更にも容易に対応できるロボットハンドおよび容器のハンドリング方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を有利に解決する本発明にかかるロボットハンドは、水平方向に開閉して、横倒しの容器の開口部を把持する一対の把持部と、前記把持部のそれぞれの先端に配置され、前記容器の開口部を把持して前記容器を回動可能に支持する回転部材と、前記容器が直立した状態で前記容器の開口部を拘束する位置出し部材と、を備えることを特徴とするものである。

【0013】

なお、本発明にかかるロボットハンドは、
（ａ）前記位置出し部材は、前記容器の開口部を囲い込み、前記開口部と３点以上で接触するように配置されていること、
（ｂ）前記容器の開口部の中心軸と、ロボットハンドの回転軸とが一致していること。
などが好ましい実施態様になり得る。

【0014】

上記課題を有利に解決する本発明にかかる容器のハンドリング方法は、ロボットハンドを用いて容器をハンドリングする方法であって、横倒しの容器の開口部を水平軸に対し回動可能に把持する把持ステップと、前記容器の開口部を把持したまま上方に持ち上げて、前記容器の自重により、前記容器を直立させる直立ステップと、直立した前記容器の開口部を位置決め部材で拘束する拘束ステップと、前記容器を収容治具に収容する収容ステップと、を含むことを特徴とするものである。

【0015】

なお、本発明にかかる容器のハンドリング方法は、
（ｃ）前記拘束ステップでは、位置出し部材が前記容器の開口部を囲い込んで３点以上で接触して拘束すること、
（ｄ）さらに、直立した状態で拘束された前記容器の開口部の中心軸とロボットハンドの回転軸を一致させて、所定の回転角度で回転させる回転ステップを含むこと、
などが好ましい実施態様になり得る。

【発明の効果】

【0016】

本発明にかかるロボットハンドおよび容器のハンドリング方法によれば、簡素な構造で複数品種のボトル等の容器のハンドリングが可能であり、容器の品種変更にも容易に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態にかかるロボットハンドの構造を示す斜視図である。

【図2】上記実施形態にかかるロボットハンドの三面図であって、（ａ）は正面図を表し、（ｂ）は上面図を表し、（ｃ）は左側面図を表す。

【図3】上記実施形態にかかるロボットハンドの各部の動きを模式的に示す正面図である。

【図4】上記実施形態にかかるロボットハンドを用いて容器のハンドリングを行う様子を表す模式斜視図である。

【図5】（ａ１）～（ｆ１）は上記実施形態にかかるロボットハンドを用いて行う容器のハンドリング方法の手順を示す模式正面図であり、（ａ２）～（ｆ２）は同じく模式右側面図である。

【図6】（ａ）～（ｃ）は上記実施形態にかかるロボットハンドが横置きのボトルを直立させる様子を示す概略斜視図である。

【図7】把持した容器を直立させて、位置決め部材で拘束した様子を表す斜視図である。

【図8】上記実施形態で取り扱う容器の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための部材や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。ここに、図１は本発明の一実施形態にかかるロボットハンドの構造を示す斜視図である。図２は上記実施形態にかかるロボットハンドの三面図であって、（ａ）は正面図を表し、（ｂ）は上面図を表し、（ｃ）は右側面図を表す。図４は上記実施形態にかかるロボットハンドを用いて容器のハンドリングを行う様子を示す斜視図である。図８は上記実施形態で取り扱う容器の一例を示す斜視図である。

【0019】

本実施形態にかかるロボットハンドの作業対象物（ワーク）は、図８に示すように略円筒形状の開口部９ｂを持ち、その開口部９ｂに接合された本体部９ａを持つ、たとえば、ボトル状の容器９である。この容器９は、品種によって、開口部９ｂの径の大きさや長さ、本体部９ａの断面形状や寸法、長径短径比や大きさ、長さが異なる。

【0020】

本実施形態にかかるロボットハンド１は、エア駆動により開閉動作を行う一対のチャック３を備える。また、ロボットハンド１は、それぞれのチャック３の先端にワーク９の姿勢変更を行うためのローラ機構５を備える。また、ロボットハンド１は、ワーク９の位置出しを行うための位置出し爪４ｄを備える。

【0021】

それぞれのローラ機構５は、互いに対向して配置され、回転軸５ａが共通している。ローラ機構５は、軸内にベアリングが搭載されており、自由に回転するローラとなっている。ローラ機構５のボトル９の開口部９ｂが接触する面はシリコンやゴムなどの摩擦力が高い素材で構成される。

【0022】

本実施形態にかかるロボットハンド１の上部は、多関節ロボット１２と接続を行うためのツールチェンジャ２が備えられており、ツールチェンジャ２は、固定用金具２ａにチャック３と併せて固定されている。

【0023】

チャック３の開閉動作を行う可動部４には、１段目フィンガ４ａがそれぞれ取り付けられている。１段目フィンガ４ａの中段には、エア駆動による伸縮機構４ｂが複数取り付けられている。伸縮機構４ｂの先端には、２段目フィンガ４ｃが取り付けられている。２段目フィンガ４ｃの先端部は、位置出しを行うための二又状の位置出し爪４ｄを有する。図３に示すように、チャック３による第一の可動部７と伸縮機構４ｂによる第二の可動部８により、ロボットハンド１の爪先部が２段階に同一方向に動作する構造となっている。

【0024】

多関節ロボット１２の図示しない撮像手段や外部の撮像手段と画像解析装置とを組み合わせて、図４に示すようなピックテーブル１０上のワーク９の配置や向きを把握して、ピックアンドプレイスの最適な作業手順を構築することが好ましい。エア駆動のためのエアはエア制御器から供給される。

【0025】

次に、上記実施形態にかかるロボットハンド１を用いた容器９のハンドリング方法について説明する。図４に一例を示すように、ロボットハンド１は、たとえば、多関節ロボット１２の先端のエンドエフェクタとして取り付けられている。ピックテーブル１０の上にボトル９が様々な方向で横向きの状態で供給されている。多関節ロボット１２により任意のボトル９の位置に合わせて、ロボットハンド１を移動させてピッキング動作を行う。ピッキング後に、ボトル９を９０°回転して直立させ、その開口部９ｂが上向きになるようにする。その後、ボトル９を運んで、セット用治具１１のくぼみ１１ａに、ボトル本体部９ａを挿入する。このセット用治具１１は、製品をボトル９充填するための自動機にボトル９を整列供給するための治具であり、挿入作業後に空のセット用治具１１が順次多関節ロボット１２の前に供給される。

【0026】

ピッキング時の詳細動作を図５に示し、以下に説明する。
（ａ）ワークのピッキング（図５（ａ１）および（ａ２））
多関節ロボット１２が、ロボットハンド１を、ピックテーブル１０上のボトル９の位置姿勢に合わせて、ロボットハンド１の一対のローラ機構５が、ボトル開口部９ｂを囲い込む位置になるように移動させる。この時、第一の可動部７と第二の可動部８は共に外側に開いた状態である。

【0027】

（ｂ）ボトル開口部の把持（図５（ｂ１）および（ｂ２）、図６（ａ））
ボトル９の開口部９ｂとロボットハンド１の一対のローラ機構５とがそれぞれ接するように、第一の可動部７を内側に動作させて、ローラ機構５によるボトル開口部９ｂの把持を行う（図６（ａ））。

【0028】

（ｃ）ボトルの姿勢変更（図５（ｃ１）および（ｃ２）、図６（ｂ）および（ｃ））
多関節ロボット１２がロボットハンド１を上方に持ち上げるように動作する。ボトル９の本体部９ａがローラ機構５の回転軸５ａを中心に回動し自重で垂れ下がるように動作することで、ボトル９の姿勢が直立した状態になる（図６（ｂ）から（ｃ））。この時、ボトル９の開口部９ｂは受動的なローラ機構５で挟まれており、抵抗なく姿勢の変更が行われる。

【0029】

（ｄ）ボトルの位置出し（図５（ｄ１）および（ｄ２））
ロボットハンド１の第二の可動部８を内側に動作させ、円形の形状を位置出しするための位置出し爪４ｄの各先端部が計４カ所でボトル開口部９ｂに接触する（図７）。４点で接触することで、ロボットハンド１内のボトル９の開口部９ｂの位置出し、つまり、ロボットハンド１の回転軸１ａとボトル開口部の中心軸との軸合せ、およびボトル９の落下防止の効果を発揮する。また、ボトル開口部９ｂの直径が異なる複数の品種の把持を行うことができる。

【0030】

（ｅ）位相変更（図５（ｅ１）および（ｅ２））
ボトル９の品種により、本体部９ａに図示しない印字などがあり、セット用治具１１に挿入する際の向きがある場合は、ボトル開口部９ｂの中心軸と一致させたロボットハンド１の回転軸１ａを多関節ロボット９で動作することによりボトル９の向きを調整する。

【0031】

（ｆ）治具へセット（図５（ｆ１）および（ｆ２））
多関節ロボット１２を動作させ、セット用治具１１のくぼみ１１ａに、ボトル９の本体部９ａを挿入する。セット用治具１１の奥までボトル９を挿入した後に第一の可動部７を外側に動作し、ボトル９を解放し、ロボットハンド１を上方へ退避することで作業が完了する。

【産業上の利用可能性】

【0032】

かくして、本発明にかかるロボットハンドおよび容器のハンドリング方法は、簡素な構造で、ボトル容器のピッキング・姿勢変更が歩留まりよく行える。また、チャックの可動範囲内であれば、共通のハンドで複数品種のボトル容器のハンドリングが可能となる。異なる可動範囲のチャックに付け替えることで、対応可能な品種の拡大を容易に行う事が可能である。したがって、作業効率が向上し生産性が増大するので、産業上有用である。また、本発明におけるロボットハンドの吸着機構やチャックの形状を変更することで、ボトル以外のワークにおいて、ピッキングと姿勢変更を伴うハンドリングにも用いることができる。本発明におけるロボットハンドは、多関節ロボットだけでなく、自動機に取り付けることでも使用することができる。

【符号の説明】

【0033】

１ ロボットハンド
１ａ （ロボットハンドの）回転軸
２ ツールチェンジャ
２ａ 固定用金具
３ チャック
４ 把持部
４ａ １段目フィンガ
４ｂ 伸縮機構
４ｃ ２段目フィンガ
４ｄ 位置出し爪
５ ローラ機構
５ａ （ローラ機構の）回転軸
７ 第一の可動部
８ 第二の可動部
９ ボトル（ワーク、容器）
９ａ （容器、ボトル）本体部
９ｂ （容器、ボトル）開口部
１０ ピックテーブル
１１ セット用治具
１１ａ くぼみ
１２ 多関節ロボット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-03

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に開閉して、横倒しの容器の開口部を把持する一対の把持部と、
前記把持部のそれぞれの先端に対向して配置され、共通の回転軸をもって回動可能であり、前記容器の開口部を把持して前記容器を回動可能に支持する回転部材と、
前記容器が直立した状態で前記容器の開口部を拘束する位置出し部材と、
を備える、ロボットハンド。

【請求項2】

前記位置出し部材は、前記容器の開口部を囲い込み、前記開口部と３点以上で接触するように配置されている、請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記容器の開口部の中心軸と、ロボットハンドの回転軸とが一致している、請求項１または２に記載のロボットハンド。

【請求項4】

ロボットハンドを用いて容器をハンドリングする方法であって、
共通の回転軸をもって回動可能に対向して固定された回転部材を用いて、横倒しの容器の開口部を水平軸に対し回動可能に把持する把持ステップと、
前記容器の開口部を把持したまま上方に持ち上げて、前記容器の自重により、前記容器を直立させる直立ステップと、
直立した前記容器の開口部を位置決め部材で拘束する拘束ステップと、
前記容器を収容治具に収容する収容ステップと、
を含む、容器のハンドリング方法。

【請求項5】

前記拘束ステップでは、位置出し部材が前記容器の開口部を囲い込んで３点以上で接触して拘束する、請求項４に記載の容器のハンドリング方法。

【請求項6】

さらに、直立した状態で拘束された前記容器の開口部の中心軸とロボットハンドの回転軸を一致させて、所定の回転角度で回転させる回転ステップを含む、請求項４または５に記載の容器のハンドリング方法。

【手続補正書】

【提出日】2024-11-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に開閉して、横倒しの容器の開口部を把持する一対の把持部と、
前記把持部のそれぞれの先端に対向して配置され、共通の回転軸をもって回動可能であり、前記容器の開口部を把持して前記容器を回動可能に支持する回転部材と、
前記容器が直立した状態で前記容器の開口部を拘束する位置出し部材と、
を備え、
前記回転部材は前記容器とともに回動するように構成されている、ロボットハンド。

【請求項2】

前記位置出し部材は、前記容器の開口部を囲い込み、前記開口部と３点以上で接触するように配置されている、請求項１に記載のロボットハンド。

【請求項3】

前記容器の開口部の中心軸と、ロボットハンドの回転軸とが一致している、請求項１または２に記載のロボットハンド。

【請求項4】

ロボットハンドを用いて容器をハンドリングする方法であって、
共通の回転軸をもって回動可能に対向して固定された回転部材を用いて、横倒しの容器の開口部を水平軸に対し回動可能に把持する把持ステップと、
前記容器の開口部を把持したまま上方に持ち上げて、前記容器の自重により、前記容器を直立させる直立ステップと、
直立した前記容器の開口部を位置決め部材で拘束する拘束ステップと、
前記容器を収容治具に収容する収容ステップと、
を含み、
前記直立ステップでは、前記回転部材が前記容器とともに回動する、容器のハンドリング方法。

【請求項5】

前記拘束ステップでは、位置出し部材が前記容器の開口部を囲い込んで３点以上で接触して拘束する、請求項４に記載の容器のハンドリング方法。

【請求項6】

さらに、直立した状態で拘束された前記容器の開口部の中心軸とロボットハンドの回転軸を一致させて、所定の回転角度で回転させる回転ステップを含む、請求項４または５に記載の容器のハンドリング方法。