JP2019214098A - 保持システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な制御で安全、確実に保持対象の上面部を保持する。【解決手段】保持対象２０１の上面部を保持して持ち上げる保持システム１００であって、保持対象２０１を保持する保持手段１１０と、保持手段１１０を上下移動自在に案内する案内手段１２０と、保持手段１１０と共に案内手段１２０を移動させる移動手段１３０と、案内手段１２０の下端部において垂れ下がった状態で保持された保持手段１１０の下端が保持対象２０１の上面より高くなるように案内手段１２０を移動させ、案内手段１２０を下降させて保持対象２０１を保持させる制御手段１４０とを備える保持システム１００。【選択図】図２

Description

本発明は、対象物品を保持して持ち上げる保持システムに関する。

従来、保持対象の上面を真空吸着などにより保持して持ち上げるピッキングロボットが存在している（例えば特許文献１）。

このようなピッキングロボットは、上面の高さ位置がバラバラの保持対象を順次保持する場合や、積み上げられた保持対象を上から順番に保持していく場合、センサやカメラなどを用いて保持対象の高さ位置を正確に測定し、保持手段を下降を正確に制御して保持対象を保持している。これにより、保持手段が保持対象に衝突し保持手段や保持対象が破損などすることを防止している。

特開２０１０−２３９４４号公報

ところが、保持対象の上面の高さ位置を正確に測定するためには高精度なセンサが必要になるが、高精度なセンサは振動などに対して弱く、高速度で移動する保持手段に適用することが困難な場合もある。また、正確に保持手段を下降させるためには高度な制御が必要となり、保持対象を保持するまでの時間が長くなるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、保持対象の上面の高さ位置が異なる場合でも、簡易的な制御により安全、確実に保持対象を保持することのできる保持システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つである保持システムは、保持対象の上面部を保持して持ち上げる保持システムであって、保持対象を保持する保持手段と、前記保持手段を上下移動自在に案内する案内手段と、前記保持手段と共に前記案内手段を移動させる移動手段と、前記案内手段の下端部において垂れ下がった状態で前記案内手段に保持された前記保持手段の下端が保持対象の上面より高くなるように前記移動手段が前記案内手段を移動させ、前記案内手段を下降させて前記保持手段に前記保持対象を保持させる制御手段とを備える。

これにより、保持手段を上下移動自在で垂れ下がった状態とすることで、保持手段を正確な高さ位置に正確に移動させることなく保持対象を保持することができる。本明細書、および特許請求の範囲において、「垂れ下がる」とは、部材の上端部が保持され、保持された部分から鉛直下方に向かって延在している状態を意味するものとして使用している。

また、保持対象の上面までの距離を非接触で検出するセンサを備え、前記制御手段は、複数の保持対象を順次保持するに際し、先に保持した保持対象に対する前記案内手段の高さ位置と次に保持する保持対象に対する前記案内手段の高さ位置とが同じになるように前記センサからの信号に基づき前記移動手段を制御して前記案内手段を下降させる制御をしてもよい。

これによれば、精度の低いセンサを用いても、上面の高さ位置が異なる保持対象を順次保持していく場合でも移動手段の無駄な動きを減らすことができ、さらに簡易な制御で保持対象を安全に保持することが可能となる。

また、前記制御手段は、複数の保持対象を個別に保持する際に、保持対象の高さにかかわらず、前記案内手段が同じ高さ位置となるように前記移動手段を制御して前記案内手段を下降させる制御をしてもよい。

これによれば、上下方向において、保持対象の高さ位置の相違が保持手段の可動範囲以内であれば、センサを用いることなく簡易な制御で安全に保持対象を保持することが可能となる。

また、前記案内手段は、前記移動手段に接続される基礎部材と、前記保持手段の外側の複数か所に垂れ下がった状態で前記基礎部材に取り付けられる鉛直部材とを備えてもよく、前記保持手段は、保持対象を保持する保持本体と、複数の前記鉛直部材に摺動可能に取り付けられ、固定された前記保持本体を前記鉛直部材に沿って案内する摺動部材とを備えてもよい。

これによれば、垂れ下がった複数本の鉛直部材により保持手段がぶれることなく上下に案内されるとともに、保持手段をコンパクト化でき、小型の保持対象に対しても簡易な制御で安全に保持することが可能となる。

本発明の保持システムによれば、簡易な制御で安全、確実に保持対象を保持することができる。

図１は、保持システムを示す斜視図である。 図２は、保持手段の近傍を示す斜視図である。 図３は、制御手段の機能構成を示すブロック図である。 図４は、保持システムの動作の流れを示すフローチャートである。 図５は、保持システムの動作の第一段階を示す図である。 図６は、保持システムの動作の第二段階を示す図である。 図７は、保持システムの動作の第三段階を示す図である。 図８は、保持システムの動作の第四段階を示す図である。 図９は、他の実施形態に係る保持システムの案内手段の下降状態を示す図である。

次に、本発明に係る保持システムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明に係る保持システムの一例を示したものに過ぎない。従って本発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、保持システムを示す斜視図である。図２は、保持手段の近傍を示す斜視図である。これらの図に示すように、保持システム１００は、例えば錠剤の薬が複数個並べて個別に収容されるＰＴＰ（ｐｒｅｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｃｋ）シートが複数個積み上げられてなる保持対象群２００から一つの保持対象２０１を持ち上げて他の容器２０２などに移載するピッキング動作を自動的に行う事ができるピッキングシステムである。本実施の形態の場合、保持システム１００は、保持手段１１０と、案内手段１２０と、移動手段１３０と、制御手段１４０とを備えている。

保持手段１１０は、保持対象２０１の上面部を保持する装置である。保持対象２０１は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、積み重ねた状態で提供されるＰＴＰシートを例示している。保持手段１１０は、保持対象２０１の上面部を保持できる装置であれば特に限定されるものではない。例えば保持手段１１０としては、非接触式の吸着保持システム、接触式の吸着保持システム、静電気を用いた保持システム、チャック式の保持システムを挙示することができる。本実施の形態の場合、保持手段１１０は、接触式の吸着保持システムを例示している。

具体的には保持手段１１０は、保持対象２０１の一平面を吸着保持することのできるノズル１１１を備えている。ノズル１１１は、柔軟性を有し伸縮自在な蛇腹状の柔軟部材１１２を先端に備えた管状の部材である。ノズル１１１は、可撓性を有するチューブ（図示省略）を介して真空ポンプ（図示省略）に接続されている。保持手段１１０が備えるノズル１１１の数は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、保持手段１１０は、２本のノズル１１１を備えている。ノズル１１１の位置関係も特に限定されるものではなく、提供される保持対象２０１の形状に合わせて配置が決定される。

本実施の形態の場合、保持手段１１０は、保持対象２０１を保持する保持本体としてのノズル１１１と、ノズル１１１を保持する摺動部材１１３と、真空系に接続されるチューブが取り付けられノズル１１１と連通している接続部材１１４とを備えている。

摺動部材１１３は、複数の鉛直部材１２１に摺動可能に架橋状に取り付けられ、固定された保持本体であるノズル１１１を鉛直部材１２１（後述）に沿って案内する部材である。本実施の形態の場合、摺動部材１１３は、ノズル１１１、および接続部材１１４が取り付けられる板状の梁部材１１５と、鉛直部材１２１と直接摺動する樹脂製のスリーブ１１６とを備えている。

案内手段１２０は、保持手段１１０を上下移動自在に案内する部材である。案内手段１２０の構造は特に限定されるものではなく、案内手段１２０の数は単数でも複数でも構わないが、本実施の形態の場合、移動手段１３０に接続される基礎部材１２２と、保持手段１１０の外側の２箇所に垂れ下がった状態で基礎部材１２２に取り付けられる鉛直部材１２１とを備えている。

基礎部材１２２は、鉛直部材１２１と移動手段１３０とを接続する構造部材である。本実施の形態の場合、基礎部材１２２は、移動手段１３０の構成部材としても機能するものであり、六角形の板状の部材である。

鉛直部材１２１は、摺動部材１１３の上下方向の移動を案内する直動ガイドであり、形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、円筒、または丸棒で構成されている。また、下端部には、摺動部材１１３の移動を規制して鉛直部材１２１から摺動部材１１３が抜け落ちるのを防止する規制部材１２３が取り付けられている。

鉛直部材１２１の最下面の高さ位置は、案内手段１２０の最上端に保持手段１１０が位置した場合の、保持手段１１０の最下面の高さ位置よりも高くなるように設定されている。これにより、保持手段１１０が保持対象２０１を保持する前に鉛直部材１２１が保持対象２０１の上端面に接触することを防止でき、保持対象２０１の鉛直部材１２１による破損を防止することができる。

本実施の形態の場合、案内手段１２０は、駆動源を備えておらず、保持手段１１０は自重により下降を案内し、保持手段１１０が保持対象２０１の上面に当接し移動手段１３０により案内手段１２０が下降した場合、案内手段１２０の上端部に向けて移動する保持手段１１０を案内する。

移動手段１３０は、案内手段１２０の上端部を支持し、保持手段１１０と共に案内手段１２０を移動させるいわゆるロボットである。移動手段１３０の種類は特に限定されるものではなく、案内手段１２０を上下方向にのみ往復動させる装置でもよい。また、移動手段１３０は、多関節ロボット、パラレルリンクロボットや、複数の直動機構が組み合わされて構成される関節を備えないロボットなどであってもよい。本実施の形態の場合、移動手段１３０としてパラレルリンクロボットを例示している。なお、本実施の形態の場合、パラレルリンクロボットが先端に備えるリンクの１つであるいわゆるプレートは、案内手段１２０の基礎部材１２２として機能している。

図３は、制御手段の機能構成を示すブロック図である。同図に示すように、制御手段１４０は、移動手段１３０、および保持手段１１０に接続され、保持システム１００の動作を制御する装置であって、移動制御部１４１と、保持制御部１４２とを備えている。制御手段１４０は、具体的に例えば、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに含まれる命令に従って、プロセッサが動作することにより、各処理を実行する装置、および、各処理を実行するハードウェア回路の少なくとも一方を備えた装置である。また、ハードウェア回路は、デジタル回路、および、アナログ回路の少なくとも一方を備えた回路である。

移動制御部１４１は、案内手段１２０と共に保持手段１１０を所定の場所に移動するように移動手段１３０が備えるモータ等の駆動源を制御する処理部である。

保持制御部１４２は、保持対象２０１を保持する、または保持している保持対象２０１を解放する制御を保持手段１１０に対して実行する処理部である。

次に、移動制御部１４１、および保持制御部１４２の制御による保持システム１００の動作について説明する。

図４は、保持システムの動作の流れを示すフローチャートである。図５〜図８は、それぞれ保持システムの動作の各段階を示す図である。まず、ピッキング位置に保持対象群２００が搬入される（Ｓ１０１）。搬入方法は特に限定されるものではないが、例えば、コンベアなどにより保持対象群２００が搬送されることによりピッキング位置に搬入される。

次に、移動制御部１４１は、図５に示すように、案内手段１２０の下端部において規制部材１２３により下降が規制され、鉛直部材１２１の下端部からさらに垂れ下がった状態で案内手段１２０に保持された保持手段１１０の下端が保持対象２０１の直上であって、保持対象２０１の上面より高い位置である第一位置に位置するように移動制御部１４１は案内手段１２０を移動させる制御を移動手段１３０に対して行う。第一位置の第一高さ位置Ｈ１は、搬入される保持対象群２００の全種類を考慮し、全ての保持対象群２００の内の最も高い高さ位置よりも垂れ下がった状態の保持手段１１０の最下面が上になるように基準高さ位置Ｂに対して予め定められている。基準高さ位置Ｂは、保持対象２０１に依存しない高さ位置であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図１に示すように、保持対象２０１を収容する容器が載置される高さ位置を基準高さ位置Ｂとしている。

次に、移動制御部１４１は、図６に示すように、案内手段１２０を第二高さ位置Ｈ２まで下降させる（Ｓ１０３）。第二高さ位置Ｈ２は、搬入される保持対象群２００の全種類を考慮し、全ての保持対象群２００の内の上面の最も高い高さ位置よりも基礎部材１２２から垂れ下がった状態で取り付けられている鉛直部材１２１の最下面が僅かに上になるように基準高さ位置Ｂに対して予め定められている。

本実施の形態の場合、案内手段１２０に対する保持手段１１０のストロークは、保持対象２０１がピッキングされていない保持対象群２００の初期状態において最上段の保持対象２０１に保持手段１１０が当接しても案内手段１２０の上端部まで到達せず、かつ保持対象２０１が順次ピッキングされ最後の１つになった場合でも保持手段１１０の最下面が最後の保持手段１１０を保持できる長さに設定されている。

次に、保持制御部１４２は、バルブなどを開けて真空系とノズル１１１とを接続する等により保持手段１１０に保持対象２０１を吸着保持させる制御を行う（Ｓ１０４）。

次に、移動制御部１４１は、図７に示すように、第一高さ位置Ｈ１よりも高くなるように案内手段１２０を上昇させる（Ｓ１０５）。

次に移動制御部１４１は、図８に示すように、容器２０２の直上であって、保持対象２０１が容器２０２の上面に当接する位置に案内手段１２０を移動させる（Ｓ１０６）。保持制御部１４２は、バルブを閉めた後、ノズル１１１内を大気に解放することにより保持している保持対象２０１を解放し保持対象２０１を容器に収容する（Ｓ１０７）。保持対象２０１を解放する際の鉛直部材１２１の最下面の高さ位置は、容器２０２に収容される保持対象２０１を最大に積み上げた際の高さよりも、保持する物品の下面が上となる高さとなる位置に設定されることが好ましい。このように保持システム１００によれば、保持対象２０１を移載する際にも、簡易な制御により保持対象２０１を落下させることなく、また、保持対象２０１を容器２０２等に押しつけることなく保持対象２０１を容器２０２等に載置することができ、また保持対象２０１を容器２０２内において積み上げることも可能となる。なお、保持対象２０１の種類、例えばある程度の高さから落下させても問題が生じないような保持対象２０１の場合、高さＨ１などにおいて保持対象２０１を解放しても構わない。

搬入された保持対象２０１の移載が所定数に到達していない場合（Ｓ１０８Ｎｏ）、移動制御部１４１は、案内手段１２０を図５に示す保持対象２０１の直上の第一高さ位置Ｈ１まで移動させ（Ｓ１０２）、案内手段１２０を図６に示す第二高さ位置Ｈ２まで下降させる（Ｓ１０３）。

次に、第一の種類の保持対象２０１の移載が終了した場合（Ｓ１０８Ｙｅｓ）であって、全ての移載作業が終了していない場合は（Ｓ１０９Ｎｏ）、新たな保持対象群２００が搬入され（Ｓ１０１）、保持対象２０１の移載が繰り返される。一方、全ての作業が終了した場合は（Ｓ１０９Ｙｅｓ）制御手段１４０の制御は終了する。

以上のように、保持対象群２００の最上段から保持対象２０１を順次ピッキングすると、保持対象群２００の高さが段階的に低くなっていくが、移動制御部１４１は、第一高さ位置Ｈ１、および第二高さ位置Ｈ２の２つの値を用いるだけで保持対象２０１を順次保持し、容器２０２等に移載することが可能となる。つまり、複数の保持対象２０１を個別に保持する際に、保持対象２０１の高さにかかわらず、案内手段１２０が同じ高さ位置である第二高さ位置Ｈ２となるように移動手段１３０を制御して案内手段１２０を下降させる制御をするだけで、保持対象２０１を順次移載できる。また、異なる種類の保持対象群２００が搬入された場合も同様である。以上のように、簡易的な制御により保持対象２０１を安全かつ正確にピッキングすることが可能であるといえる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、保持システム１００は、保持対象の上面までの距離を非接触で検出するセンサ１５０を備え、制御手段１４０は、複数の保持対象を順次保持するに際し、先に保持した保持対象２０１に対する案内手段１２０の高さ位置と次に保持する保持対象２０１に対する案内手段１２０の高さ位置とが同じになるようにセンサ１５０からの信号に基づき移動手段を制御して案内手段１２０を下降させてもよい。

具体的には、移動制御部１４１は、図９に示すように、梁部材１１５の下面に取り付けたセンサ１５０から保持手段１１０の保持対象２０１上面までの距離を取得し、保持対象２０１の上面に対し第三高さ位置Ｈ３になるように案内手段１２０を下降させる制御を行う。なお、センサ１５０からの信号に基づき保持手段１１０が保持対象２０１と干渉すると判断された場合は、案内手段１２０をＨ１またはそれ以上に高くなるように制御した後案内手段１２０を下降させる。

ここで、保持手段１１０が保持対象２０１に当接した状態において、第三高さ位置Ｈ３を、梁部材１１５が鉛直部材１２１の中間位置になるように、つまり保持手段１１０が保持対象２０１に当接していない状態で、鉛直部材１２１の下端部で垂れ下がっている状態において、基礎部材１２２の下端から保持手段１１０の下端までの距離の半分程度に設定されている。第三高さ位置Ｈ３をこのように設定することで、センサ１５０の精度が悪く、実際の距離よりも大幅に差が発生した場合でも、案内手段１２０に対する保持手段１１０の摺動によって発生した差をカバーして安全かつ確実に保持対象２０１を保持することができる。また、保持対象２０１の種類が変わることにより、センサ１５０の測定状態に差が生じた場合でも同様にいずれの種類の保持対象２０１も安全かつ確実に保持対象２０１を保持することが可能となる。

また、案内手段１２０に対する保持手段１１０のストロークが、保持対象２０１が積み上げられた保持対象群２００の高さより短い場合などにおいて、案内手段１２０が同じ高さ位置となるように移動手段１３０を制御して案内手段１２０を下降させ、保持対象群２００の最上段から少なくとも一部であって前記ストロークが許容する範囲内の保持対象２０１を順次保持する。次に前記高さ位置よりも低い高さ位置に案内手段１２０を下降させ、保持対象群２００の次の一部の保持対象２０１を順次保持するように制御手段１４０が制御してもかまわない。また、案内手段１２０を下降させる高さ位置は、基準高さ位置Ｂに対して決定してもよく、センサを用いて保持対象群２００の最上段との距離に基づき決定してもよい。

また、案内手段１２０は、鉛直部材１２１の規制部材１２３側に向かって保持手段１１０を付勢する付勢部材を備えても構わない。これにより、移動手段１３０により案内手段１２０が高速で移動する際に案内手段１２０に対して保持手段１１０が不本意に上下動することを抑制できる。

本発明は、異なる高さの保持対象を保持するピッキングシステムや、搬送装置などに利用することができる。

１００ 保持システム
１１０ 保持手段
１１１ ノズル
１１２ 柔軟部材
１１３ 摺動部材
１１４ 接続部材
１１５ 梁部材
１１６ スリーブ
１２０ 案内手段
１２１ 鉛直部材
１２２ 基礎部材
１２３ 規制部材
１３０ 移動手段
１４０ 制御手段
１４１ 移動制御部
１４２ 保持制御部
１５０ センサ
２００ 保持対象群
２０１ 保持対象
２０２ 容器

Claims (4)

1. 保持対象の上面部を保持して持ち上げる保持システムであって、
   保持対象を保持する保持手段と、
   前記保持手段を上下移動自在に案内する案内手段と、
   前記保持手段と共に前記案内手段を移動させる移動手段と、
   前記案内手段の下端部において垂れ下がった状態で前記案内手段に保持された前記保持手段の下端が保持対象の上面より高くなるように前記移動手段が前記案内手段を移動させ、前記案内手段を下降させて前記保持手段に前記保持対象を保持させる制御手段と
   を備える保持システム。
2. 保持対象の上面までの距離を非接触で検出するセンサを備え、
   前記制御手段は、
   複数の保持対象を順次保持するに際し、先に保持した保持対象に対する前記案内手段の高さ位置と次に保持する保持対象に対する前記案内手段の高さ位置とが同じになるように前記センサからの信号に基づき前記移動手段を制御して前記案内手段を下降させる制御をする
   請求項１に記載の保持システム。
3. 前記制御手段は、
   複数の保持対象を個別に保持する際に、保持対象の高さにかかわらず、前記案内手段が同じ高さ位置となるように前記移動手段を制御して前記案内手段を下降させる制御をする
   請求項１に記載の保持システム。
4. 前記案内手段は、
   前記移動手段に接続される基礎部材と、
   前記保持手段の外側の複数か所に垂れ下がった状態で前記基礎部材に取り付けられる鉛直部材とを備え、
   前記保持手段は、
   保持対象を保持する保持本体と、
   複数の前記鉛直部材に摺動可能に取り付けられ、固定された前記保持本体を前記鉛直部材に沿って案内する摺動部材とを備える
   請求項１から３のいずれか一項に記載の保持システム。

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