特許 7545706 製品移し替え装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】製品移し替え装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/00 20060101AFI20240829BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

B25J13/00 Z

B25J9/06 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020072354

(22)【出願日】2020-04-14

(65)【公開番号】P2021169129

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2023-04-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000206093

【氏名又は名称】大森機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092598

【弁理士】

【氏名又は名称】松井 伸一

(72)【発明者】

【氏名】平澤 勝人

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０８７７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１９３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－００２８９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０２－１９８７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１０９９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２７４４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｂ６５Ｇ ４７／００ － ４７／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送容器に収納された複数の製品を、包装機のコンベアに搬送方向に沿って一列に並ぶように移し替える製品移し替え装置であって、
前記製品をピックアップして所定の場所にその製品を移し替えるスカラロボットを２台備え、
それら２台のスカラロボットは、それぞれ単腕のロボットアームを有し、
前記２台のスカラロボットは、前記ロボットアームのそれぞれの主軸を同一線上に位置するように上下に配置し、
前記製品をピックアップする作業エリアを２分割し、前記２台のスカラロボットは、その２分割した別々の前記作業エリアを担当することを特徴とする製品移し替え装置。

【請求項2】

前記２台のスカラロボットは、前記製品をピックアップする前記作業エリアを撮影する１つのカメラで撮影した画像データに基づいて、動作することを特徴とする請求項１に記載の製品移し替え装置。

【請求項3】

前記２台のスカラロボットは、床置き型と天吊り型を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の製品移し替え装置。

【請求項4】

前記２台のスカラロボットは、ともに床置き型を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の製品移し替え装置。

【請求項5】

前記２台のスカラロボットは、１台のコントローラからの指令に基づき動作するようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製品移し替え装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スカラロボットを用いた製品移し替え装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、番重やコンテナなどに収納された製品をコンベアに移し替えたり、コンテナ上を移動する製品を番重やコンテナなどに移し替えたりする場合、人手や、例えば特許文献１に開示されたスカラロボットを用いた製品移し替え装置などを用いることがある。

【0003】

例えば、コンベアが包装機のコンベアの場合、包装機の処理速度にあわせて製品を移し替える必要があり、その処理速度が一台のスカラロボットの処理能力を超えた場合には、例えば２台のスカラロボットを横に配置し、同じ作業エリアに対してそれぞれのスカラロボットが製品の移し替え処理を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１－１８３３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したように、例えば２台の床置き型のスカラロボットを横に配置して移し替え処理を行う場合、２台分の設置面積を確保する必要がある。また、スカラロボットが、製品をピックアップするためには、製品が存在するエリアをカメラで撮影し、撮影した画像データをコントローラに与え、コントローラがピックアップ対象の製品の位置を認識し、認識した位置に基づいてスカラロボットのロボットアームの動作を制御する必要がある。よって、スカラロボットごとにそれらカメラ並びにコントローラを設ける必要があり、システムの大型化並びにコスト高を招く。さらに、例えばピックアップ対象の製品が、上下に積み重なっていて、上から順番にピックアップするシステムでは、製品の高さ方向の位置も認識する必要がある。このような場合には、例えば、３Ｄカメラのように、上方から撮影して高低差も検出できるカメラを用いる必要があり、係る３Ｄカメラは非常に高価なため、上記のコストの問題はより顕著となる。

【0006】

上述した課題はそれぞれ独立したものとして記載しているものであり、本発明は、必ずしも記載した課題の全てを解決できる必要はなく、少なくとも一つの課題が解決できればよい。またこの課題を解決するための構成についても単独で分割出願・補正等により権利取得する意思を有する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明の製品移し替え装置は、（１）搬送容器に収納された複数の製品を、包装機のコンベアに搬送方向に沿って一列に並ぶように移し替える製品移し替え装置であって、製品をピックアップして所定の場所にその製品を移し替えるスカラロボットを２台備え、それら２台のスカラロボットは、それぞれ単腕のロボットアームを有し、前記２台のスカラロボットの前記ロボットアームのそれぞれの主軸を同一線上に位置するように上下に配置し、前記製品をピックアップする作業エリアを２分割し、前記２台のスカラロボットは、その２分割した別々の前記作業エリアを担当するとよい。

【0008】

このようにすると、２台のスカラロボットを上下に配置することで設置スペースを削減できる。２台のスカラロボットのそれぞれのロボットアームの基点となる主軸を基準とした作業エリアの水平平面内の座標軸（Ｘ－Ｙ）を同じにすることができ、所定の位置にある製品の位置を特定する座標値も共通となる。よって、２台のスカラロボットの制御が容易になる。

【0009】

（２）前記２台のスカラロボットは、前記製品をピックアップする前記作業エリアを撮影する１つのカメラで撮影した画像データに基づいて、動作するように構成するとよい。上述したように、２台のスカラロボットの作業エリアに対する座標軸を共通にすることができるため、２台のスカラロボットが１つのカメラを共有でき、システムのコンパクト化を図ることができる。

【0010】

（３）前記２台のスカラロボットは、床置き型と天吊り型を用いるとよい。このようにすると、例えば一方のスカラロボットの座標を反転させることで２台のスカラロボットの水平平面内の座標（Ｘ軸とＹ軸）を共通にすることができ、所望の位置にある製品をピックアップし、所定位置にプレイスする際の制御アルゴリズムを同じにすることができる。また、スカラロボットの一方を天吊り型にすることで、床置き型のスカラロボットの周囲のレイアウトに自由度が増す。

【0011】

（４）前記２台のスカラロボットは、ともに床置き型を用いるとよい。このようにすると、各ロボットの水平平面内の座標（Ｘ軸とＹ軸）をそのまま共通座標として使うことでき、所望の位置にある製品をピックアップし、所定位置にプレイスする際の制御アルゴリズムを同じにすることができる。

【0012】

（５）前記２台のスカラロボットは、１台のコントローラからの指令に基づき動作するようにするとよい。このようにすると、システムのコンパクト化を図ることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、以下の少なくともいずれかの１つの効果を奏する。例えば、設置面積を小さくする。２台のスカラロボットの主軸に対する作業エリアの座標軸を共通化することができ、ロボットアームに対する制御が容易になる。システム構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る製品移し替え装置の好適な一実施形態を示す正面図である。

【図2】その斜視図である。

【図3】その作用を説明する平面図である。

【図4】本発明に係る製品移し替え装置の好適な別の実施形態を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について図面に基づき、詳細に説明する。なお、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

【0016】

本実施形態の製品移し替え装置１０は、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２と、作業エリアを撮影するカメラ１３と、そのカメラ１３で撮影した画像データに基づき第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２の動作を制御するコントローラ１４を備える。

【0017】

第一スカラロボット１１は、床置き型の単腕スカラロボットである。第一スカラロボット１１は、床に設置される上下方向すなわち垂直方向に延びるベース部２０と、そのベース部２０の上端側に水平平面内で所定角度範囲内で正逆回転自在に取り付けられる第一アーム部２１と、その第一アーム部２１の先端側（ベース部２０への非接続側）に水平平面内で所定角度範囲内で正逆回転自在に取り付けられる第二アーム部２２と、その第二アーム部２２の先端側（第一アーム部２１への非接続側）に昇降移動可能に取り付けられる支持ロッド２４と、その支持ロッド２４の下端側に取り付けられるハンド部２５等を備える。

【0018】

ベース部２０は、台座２０ａの上面側に起立形成される円筒状の胴体２０ｂを有する。胴体２０ｂ内の上方所定位置に駆動モータが内蔵され、その駆動モータの出力軸を直接或いはその出力軸に連係して回転する回転軸が、第一アーム部２１の基端側に連結される。これにより、その駆動モータの正逆回転に伴い、第一アーム部２１が基端側の回転軸（起点側の軸）を中心に正逆回転する。

【0019】

第一アーム部２１は、扁平な帯状からなり、ベース部２０の上下方向の軸に対して直交する方向に延びるように配置される。これにより、第一アーム部２１は、水平平面内で回転する。

【0020】

第二アーム部２２は、扁平な帯状からなり、その基端側を第一アーム部２１の先端側の上面側に連結して、水平方向に延びるように配置する。そして第一アーム部２１と第二アーム部２２の連結部分には、その一方側に駆動モータを配置し、その駆動モータの回転を受けて、第一アーム部２１と第二アーム部２２が水平平面内で相対的に回転し、両者のなす角が変移する。

【0021】

支持ロッド２４は、例えば第二アーム部２２の先端側に配置した駆動モータの出力を受けて昇降する。上述した３つの駆動モータを動作させることで、第一アーム部２１と第二アーム部２２をそれぞれ所望の角度で回転させるとともに、支持ロッド２４の下端位置を昇降させ、支持ロッド２４の下端に取り付けたハンド部２５を、作業エリアの三次元空間の任意の位置に位置させることができる。

【0022】

ハンド部２５は、作業エリア内で待機する製品を保持可能とするもので、例えば、吸引力を利用したり、挟み込んで把持するようにしたりするなど、各種の機能を用いて構成するとよい。ハンド部２５が挟み込んで把持するようにした場合、ハンド部２５を水平平面内で自転する機能を備え、製品の向きに合わせてハンド部２５の向きを調整可能とするとよい。係るハンド部２５を回転させるための駆動モータを備える。

【0023】

第二スカラロボット１２は、天吊り型の単腕スカラロボットである。第二スカラロボット１２は、装置の機枠の天井面等の適宜位置に吊り下げ固定され、上下方向すなわち垂直方向に延びるベース部３０と、そのベース部３０の下端側に水平平面内で所定角度範囲内で正逆回転自在に取り付けられる第一アーム部３１と、その第一アーム部３１の先端側（ベース部３０への非接続側）に水平平面内で所定角度範囲内で正逆回転自在に取り付けられる第二アーム部３２と、その第二アーム部３２の先端側（第一アーム部３１への非接続側）に昇降移動可能に取り付けられる支持ロッド３４と、その支持ロッド３４の下端側に取り付けられるハンド部３５等を備える。

【0024】

ベース部３０は、台座３０ａの下面側に起立形成される円筒状の胴体３０ｂを有する。胴体２０ｂ内の下方所定位置に駆動モータが内蔵され、その駆動モータの出力軸を直接或いはその出力軸に連係して回転する回転軸が、第一アーム部３１の基端側に連結される。これにより、その駆動モータの正逆回転に伴い、第一アーム部３１が基端側の回転軸（起点側の軸）を中心に正逆回転する。

【0025】

第一アーム部３１は、扁平な帯状からなり、ベース部３０の上下方向の軸に対して直交する方向に延びるように配置される。これにより、第一アーム部３１は、水平平面内で回転する。

【0026】

第二アーム部３２は、扁平な帯状からなり、その基端側を第一アーム部３１の先端側の上面側に連結して、水平方向に延びるように配置する。そして第一アーム部３１と第二アーム部３２の連結部分には、その一方側に駆動モータを配置し、その駆動モータの回転を受けて、第一アーム部３１と第二アーム部３２が水平平面内で相対的に回転し、両者のなす角が変移する。

【0027】

支持ロッド３４は、例えば第二アーム部３２の先端側に配置した駆動モータの出力を受けて昇降する。上述した３つの駆動モータを動作させることで、第一アーム部３１と第二アーム部３２をそれぞれ所望の角度で回転させるとともに、支持ロッド３４の下端位置を昇降させ、支持ロッド３４の下端に取り付けたハンド部３５を、作業エリアの三次元空間の任意の位置に位置させることができる。

【0028】

ハンド部３５は、作業エリア内で待機する製品を保持可能とするもので、例えば、吸引力を利用したり、挟み込んで把持するようにしたりするなど、各種の機能を用いて構成するとよい。ハンド部３５が挟み込んで把持するようにした場合、ハンド部３５を水平平面内で自転する機能を備え、製品の向きに合わせてハンド部３５の向きを調整可能とするとよい。係るハンド部３５を回転させるための駆動モータを備える。

【0029】

ここで本実施形態では、第二スカラロボット１２を第一スカラボッと１１の上方に配置し、さらに、それら第一スカラロボット１１並びに第二スカラロボット１２のロボットアームの基点、すなわち、それぞれの第一アーム部２１，３１の回転中心となる基点側の主軸Ｌ１を同一線上に位置させる。これにより、第一スカラロボット１１におけるロボットアームの基点となる主軸を基準とした作業エリアの水平平面内の座標軸（Ｘ－Ｙ）と、第二スカラロボット１２におけるロボットアームの主軸を基準とした作業エリアの水平平面内の座標軸（Ｘ－Ｙ）が同じ（反転した状態で一致）になる。つまり、作業エリア内のある位置にある製品を特定する座標値（ｘ，ｙ）が、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２で共通になる。

【0030】

よって、カメラ１３で作業エリアを撮影した画像データに存在する製品の座標値は、第一スカラロボット１１並びに第二スカラロボット１２で共通するため、個々のスカラロボット毎にカメラを設ける必要は無く、一台のカメラ１３で撮影した画像データに基づき第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２の制御が可能となる。さらに、コントローラ１４は、８軸制御を可能とするものとし、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２を一つのコントローラ１４で制御可能となる。

【0031】

本実施形態によれば、２台のスカラロボットを上下に重ねて配置するため、設置スペースが、２台を横に並べるのに比べて半分以下にできるとともに、カメラ並びにコントローラを共通にでき、システム構成をコンパクトにでき、コストの削減を図ることができる。

【0032】

また第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２は、主軸を同一線上に配置すれば必ずしも同じものの床置き型と天吊り型を用いる必要はないが、同じスカラロボットの床置き型と天吊り型を用いると、制御が容易になりより好ましい。

【0033】

さらに、例えば２本のロボットアームを備える双腕スカラロボットの場合、２つのロボットアームを動かすための駆動力も大きくなり、大きな駆動モータが必要になるとともに、２つのロボットアームをささえる必要から、筐体も大きくする必要があり、大型化をまねく。これに対し、本実施形態では、単腕スカラロボットであるため、駆動モータも小さいもので済み、筐体も小さくなり、コンパクトとなる。

【0034】

本実施形態の製品移し替え装置１０は、例えば、図３に示すように、番重１などの搬送容器に収納された複数の製品３を、包装機のコンベア２に順次移し替える作業に用いるとよい。すなわち、コンベア２の製品供給位置の横に、製品３が収納された番重１を置く。カメラ１３は、少なくとも番重１が撮影エリアに入り、より好ましくは製品３の供給先のコンベア２の搬送面も撮影エリアに入るようにするとよい。

【0035】

このようにすると、カメラ１３で撮影した画像データをコントローラ１４に送る。コントローラ１４は、取得した画像データから個々の製品３の座標値を求め、複数収納された製品３の内、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２のそれぞれの移し替え対象の製品を特定し、特定したそれぞれの製品の座標値から、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２のそれぞれに対し、それぞれのハンド部２５，３５が移し替え対象の製品３の上に移動するように指令を送る。この指令により、各駆動モータが所定方向に所定量回転する。そして、第一スカラロボット１１は、自己のハンド部２５を所定の製品３の上に移動し、製品を保持してピックアップする。同様に第二スカラロボット１２は、自己のハンド部３５を所定の製品３の上に移動し、製品を保持してピックアップする。

【0036】

その後、適宜のタイミングで、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２は、コントローラ１４からの指令に従い、適宜のタイミングでそれぞれのハンド部２５，３５を、コンベア２上の所定位置に移動し、そこで製品３の保持を解除する。これにより、製品３は、コンベア２上の所望位置に移し替えが完了する。

【0037】

このとき、第一スカラロボット１１と第二スカラロボット１２は、例えば作業エリアを２分割し、各エリアを担当するようにしてもよいし、そのように区分けすること無く同じエリア内に対してそれぞれが処理してもよい。例えば番重内に整列して製品が収納されるような場合には、作業エリアを左右等に分けて行うとより好ましい。

【0038】

上述した実施形態では、床置き型のスカラロボットと天吊り型のスカラロボットを上下に配置し、軸を一致させるようにしたが、例えば図４に示すように、床置き型の第三スカラロボット４１と、床置き型の第四スカラロボット４２を上下に重ねるとともに、それぞれのロボットアームの主軸Ｌ２を一致させるとよい。特に、ベース部２０，３０が薄いものに適用するとよい。上側に配置する第四スカラロボット４２は、第三スカラロボット４１のロボットアームに干渉しないように、適宜の取り付け台の上などに設置するとよい。

【0039】

この第三スカラロボット４１と第四スカラロボット４２は、主軸を同一線上に配置すれば必ずしも同じものを用いる必要はないが、同一のスカラロボットを用いると、制御が容易になりより好ましい。なおその他の構成並びに作用等は、上述した図１ないし図３に示した実施形態と略同様であるため、対応する部材に同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0040】

上述した実施形態では、番重等の搬送容器内に収納された製品をコンベアに移し替えるシステムに適用した例を説明したが、本発明はこれに限ることは無く、例えばコンベア上を流れる製品をピックアップして番重等の搬送用容器や、段ボール箱その他の箱体その他の容器などに移し替えるシステムや、コンベア間の移し替えなど各種のシステムに適用できる。

【0041】

また、カメラ１３は、３Ｄカメラとするとよい。このようにすると、高さ方向の座標も認識できるため、例えば番重などの中に複数の製品が上下に重なって収納されているような場合に、ピックアップしようとする座標上に存在する最上方の製品の高さに応じてハンド部２５，３５を適切な高さ位置に移動させ、製品を損傷することなくピックアップすることができる。係る３Ｄカメラを用いた場合でも、２台のスカラロボットは、係る１台の３Ｄカメラを共用できるのでよい。

【0042】

以上、本発明の様々な側面を実施形態並びに変形例を用いて説明してきたが、これらの実施形態や説明は、本発明の範囲を制限する目的でなされたものではなく、本発明の理解に資するために提供されたものであることを付言しておく。本発明の範囲は、明細書に明示的に説明された構成や製法に限定されるものではなく、本明細書に開示される本発明の様々な側面の組み合わせをも、その範囲に含むものである。本発明のうち、特許を受けようとする構成を、添付の特許請求の範囲に特定したが、現在の処は特許請求の範囲に特定されていない構成であっても、本明細書に開示される構成を、将来的に特許請求する可能性があることを、念のために申し述べる。

【符号の説明】

【0043】

１ ：番重
２ ：コンベア
３ ：製品
１０ ：製品移し替え装置
１１ ：第一スカラロボット
１２ ：第二スカラロボット
１３ ：カメラ
１４ ：コントローラ
２０ ：ベース部
２１ ：第一アーム部
２２ ：第二アーム部
２４ ：支持ロッド
２５ ：ハンド部
３０ ：ベース部
３１ ：第一アーム部
３２ ：第二アーム部
３４ ：支持ロッド
３５ ：ハンド部
４１ ：第三スカラロボット
４２ ：第四スカラロボット
Ｌ１ ：主軸
Ｌ２ ：主軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】