JP6877156B2 - 保持装置、保持方法及び荷降ろし装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、保持装置、保持方法及び荷降ろし装置に関する。

荷物を保持しながら移動させる保持装置としては主に、真空吸着パッドを利用した真空
吸着方式が広く採用されている。これは、荷物と真空吸着パッドとの接触内部空間の空気
を排出することで内部空間の圧力を下げ大気圧との差圧で荷物保持することにより、保持
装置寸法よりも大きな荷物でも保持可能であるという理由のためである。保持装置が確実
に荷物を吸着して保持するためには荷物の形状や大きさに応じて、それに適合する吸着パ
ッドを用いることが好ましい。保持すべき荷物として複数の種類がある場合には、たとえ
ば荷物ごとに異なる吸着パッドを使い分けるために都度交換するか、或いは吸着パッドが
設けられる保持装置を交換する必要がある。

このため、荷物に吸着する吸着面の大きさを切り替えできる吸着パッドが提案されてい
る。たとえば 吸着パッド内部に負圧バルブを設けて、吸着状態に応じて吸着パッドの吸
着面積を小開口部または大開口部に選択的に切り替えるものが提案されている。しかしな
がら、構造が複雑なため小型軽量化が難しいことや吸着前に予め吸着面積を能動的に選択
することができないため保持動作に時間がかかるなどの課題があった。

特開2016-150392号公報 特開2011-183536号公報

本発明が解決しようとする課題は、荷物への吸着状態によって吸着パッドを切り替える
保持装置を提供することである。

実施形態の保持装置は、対象物に吸着可能な第１吸着パッドと、第１吸着パッドを囲み、対象物に吸着可能な第２吸着パッドと、第１吸着パッド及び第２吸着パッドを第１吸着パッドから対象物に向かう第１方向に相対的に移動させる移動機構と、第１吸着パッド及び前記第２吸着パッドの前記対象物側または他端側に備え、圧力によって形状が変形する弾性シートと、を具備する。

実施形態の保持方法は、対象物に吸着可能な第１吸着パッド及び第１吸着パッドを囲み、対象物に吸着可能な第２吸着パッドを第１吸着パッドから対象物に向かう第１方向に相対的に移動させる工程と、第１吸着パッド及び第２吸着パッドの対象物側または他端側に備える弾性シートが圧力によって変形する工程と、を具備する。

実施形態の荷降ろし装置は、実施形態の保持装置を有するマニピュレータと、マニピュ
レータの駆動を制御する制御装置と、を具備する。

第１の実施形態に係る保持装置を示す。 第１の実施形態の吸着部の外観図及び断面図を示す。 第１の実施形態に係る保持方法の動作を説明するためのフローチャートを示す。 第１の実施形態に係る保持装置の動作図を示す。 第２の実施形態に係る保持装置を示す。 第４の実施形態に係る保持装置を示す。 第３の実施形態に係る保持装置を示す。 収縮した扁平チューブの断面図と、膨張した扁平チューブの断面図を示す。 第３の実施形態に係る保持方法の動作を説明するためのフローチャートを示す。 第５の実施形態に係る荷降ろし装置の一例を示す。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは、
互いに対応するものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚
みと幅との関係、部分間の大きさの比などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。
また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場
合もある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る保持装置である。

本実施形態に係る保持装置は、対象物２０（たとえば、荷物）を吸着または脱着脱着す
るため負圧もしくは正圧を生成可能な空間部を有する吸着部１８と、吸着部１８の空間部
から流体を排出もしくは空間部に流体を供給することによって負圧もしく正圧を生成する
ための流体制御装置８（選択部ともいう）と、を含む。流体制御装置８の説明は、後述す
る。

図２は、本実施形態の吸着部１８の外観図（ａ）と吸着部１８をA-Aに沿って切断した
断面図（ｂ）である。

吸着部１８は、第１方向に筒状であって、第１方向に直交する面内で吸着面積Ｓ１を一
端（荷物２０側）に有する第１吸着パッド１と、第1吸着パット１と同軸で面積Ｓ１より
大きな吸着面積Ｓ２を一端（荷物２０側）に有する第２吸着パッド２と、第１吸着パッド
１または第２吸着パッド２と荷物との吸着面で形成される吸着空間に流体を供給または排
出するための流路３とを備える。たとえば流体として液体、気体などである。

第１方向とは、第１吸着パッド１の一端（荷物２０との吸着面、たとえば下）から第１
吸着パッド１の他端（たとえば上）に向かう方向（Ｘ軸正方向）を示している。また、第
１方向は、第１吸着パッド１の他端（たとえば上）から第１吸着パッド１の一端（荷物と
の吸着面、たとえば下）に向かう方向（Ｘ軸負方向）でもよい。第２吸着パッド２も同様
に第１方向が定義される。

本明細書内において、吸着面積とは、吸着面の内側の面積である。

吸着部１８は、さらに第１方向において第１吸着パッド１の他端上および第２吸着パッ
ド２の他端上を覆い、流体の排出または供給を阻害しないよう流路３の縁に接続された弾
性シート５と、外殻形成用のケース部６とを備え、弾性シート５、流路３およびケース部
６の間に膨張収縮可能な密閉空間部７を形成している。この密閉空間部７には流路３とは
独立して、流体を排出または供給する流路４、４が接続している。また、流路３及び流路
４、４の位置は外殻形成用のケース部６によって固定されている。

第１吸着パッド１、第２吸着パッド２は、第１方向に沿って略円筒形状に形成されてい
る。また、第１方向における吸着パッド１、２の一端は荷物２０の被吸着面に接触可能で
あって、他端で流路３に接続している。この実施形態では、第1吸着パッド１が弾性シー
ト５に支持されているため、弾性シート５が変形すると第1吸着パッド１の一端の位置が
第1方向に変化（移動）する。一方、第２吸着パッド２は弾性シート５およびケース部６
に支持されているため、弾性シート５が変形しても第２吸着パッド２の一端の位置は変化
しない。

この第２吸着パッド２は、第１吸着パッド１よりも径が大きく、略円形の形状で形成さ
れている。このため、吸着面積Ｓ２は吸着面積Ｓ１よりも大きく形成されている。

第１吸着パッド１、弾性シート５および荷物２０の被吸着面とで形成される接触内部空
間内の空気を排出または供給する流路３は貫通孔となっており、流体制御装置８と接続し
ている。流路３内部の空気の排出または供給を制御することによって、第1吸着パッド１
または第２吸着パッド２と弾性シート５と荷物の被吸着面とで形成される接触内部空間を
負圧状態または正圧状態とすることで荷物２０を吸着保持または脱着することができる。

他方で、また、密閉空間部７内の空気を排出または供給する流路４、４は貫通孔であり
、流体制御装置８と接続している。流路４、４を介して、密閉空間部７の圧力の状態を負
圧状態と正圧状態とを切り替える制御をすることにより、第１パッド１または第２パッド
２のどちらか一方で荷物２０を吸着保持するかを選択的に決定することが可能である。

本明細書内において、「荷物」とは被吸着面を持った物体である。たとえば荷物として
プラスチックや段ボール紙で構成された箱形状の物体などである。

第１吸着パッド１と第２吸着パッド２は、吸着される荷物２０側からみると、内外二重
である。内外二重とは、Ｘ軸にほぼ直交するＹ軸を含む面において第２吸着パッド２が第
１吸着パッド１を囲むことを意味する。

ここで「囲む」とは、接して囲んでもよいし、離間して囲んでもよい。

吸着面とは、第１吸着パッド１または第２吸着パッド２のいずれかが荷物２０に吸着す
る面である。

流体制御装置８は、吸着パッドへ供給または排出する流体、例えば空気の流れを制御す
る。流体制御装置８は、２系統の流路を備える。第１系統において、チューブ３Ａは、そ
の経路途中にチューブ３Ａ内の圧力を計測する第１圧力センサ８Ａを備え、切り替えバル
ブ８Ｆに接続される。制御装置８Ｃは第１圧力センサ８Ａの計測値を収集する。チューブ
３Ｃは、切り替えバルブ８Ｆと空気を供給して正圧を生成する加圧装置８Ｅとを接続する
。また、チューブ３Ｄは、切り替えバルブ８Ｆと空気を排出して負圧を生成する吸引装置
８Ｄとを接続する。

次に第２系統において、チューブ４Ａは、その経路途中に流路４、４の圧力を計測する
第２圧力センサ８Ｂを備え、切り替えバルブ８Ｆに接続する。制御装置８Ｃは第２圧力セ
ンサ８Ｂの計測値を収集する。

制御装置８Ｃは第１圧力センサ８Ａの計測値および第２圧力センサ８Ｂの計測値を用い
て、切り替えバルブ８Ｆと加圧装置８Ｅと吸引装置８Ｄの少なくとも一つの動作を制御す
る。切り替えバルブ８Ｆは、制御装置８Ｃからの指令信号に基づいて内部流路を切り替え
る。加圧装置８Ｅまたは吸引装置８Ｄは、制御装置８Ｃからの指令信号に基づいて空気の
供給量または排出量を調整する。

吸引装置８Ｄには例えば、真空ポンプを用いる。加圧装置８Ｅには例えば、コンプレッ
サーを用いる。

チューブ３Ａ、４Ａは、フレキシブルチューブであることが望ましく、加圧によって膨
張破裂することなく、吸引によってつぶれないことが望ましい。

なお、チューブ経路上のセンサは圧力センサに限らず流量センサを備えても良く、また
圧力センサと流量センサの両方を備えても良い。また圧力センサに代わって流量センサを
配置した場合は、流量センサが吸着パッドならびに密閉空間の各々に供給または排出され
る流体量を検出することで、たとえば制御装置８Ｃは供給または排出完了時間を推定する
ことや、吸着保持状態において吸着パッドと荷物との漏れ流量を検出し荷物の吸着状態維
持が可能かどうか判定することなどに活用できる。吸着状態とは、第１吸着パッド１また
は第２吸着パッド２が荷物２０に吸着している状態を示す。

吸引装置８Ｄは、真空ポンプ以外に、加圧部と真空発生器を組み合わせて負圧を発生さ
せるものを用いてもよい。なお、切替えバルブ８Ｆは、空気圧により動作するタイプのバ
ルブであっても良い。

図３に本実施形態に係る保持方法を説明するためのフローチャートを示す。マニピュレ
ータ(図示せず)の先端部に吸着部１８を配置した場合を想定して動作説明する。なお図３
は保持方法において吸着面積を大開口部である第２吸着パッド２と小開口部である第１吸
着パッド１とを選択的に切り替える動作を示す。

まず、荷物の被吸着面まで、マニピュレータ(図示せず)を用いて吸着部１８を移動させ
、第２吸着パッド２を荷物の被吸着面に押し付ける。この状態から、制御装置８Ｃは、切
り替えバルブ８Ｆに対して、チューブ３Aに吸引装置８Ｄが接続するように切り替え動作
を指示して、吸引装置８Ｄに空気の吸引を開始させる（ステップS１）。

吸引装置８Ｄが空気の吸引を開始すると、流路３を介して、第２吸着パッド２の内面と
荷物の被吸着面とで囲まれた吸着空間が負圧となって、第２吸着パッド２と荷物が密着す
る。この時、制御装置８Ｃは圧力センサ８Ａで流路３及び３Ａ内の圧力P１を計測し収集
する。制御装置８Ｃは、圧力P1を閾値Pｘと比較する。閾値Pｘは、第２吸着パッド２が荷
物を保持するのに充分な負圧を生成しているかどうかの基準となる値である（ステップS
２）。

P1＜Pｘの場合には充分な吸着力があるとしてそのまま第２吸着パッド２を用いて荷物
を吸着し保持する（ステップS２ Yes、ステップS３）。

他方で、たとえば第２吸着パッド２と被吸着面との間に隙間が生じていた場合などでは
、吸着空間に空気流入があるため充分な負圧を得ることができない。もし、P1＜Pｘでな
い場合には、充分な吸着力がないと判別する。たとえば荷物の角や凹凸部を吸着したため
、吸着パッド２と荷物被吸着面との間に少しだけすきまが生じてしまう状況などが考えら
れる。この状態で、荷物の吸着動作を行うと、第２吸着パッド２では保持できない可能性
があるため、第１吸着パッド１で確実に保持する必要がある（ステップS２ No）。

制御装置８Ｃは、まず切り替えバルブ８Ｆに対して加圧装置８Ｅと接続するように切り
替え動作を指示して、流路４、４を介して吸着部１８の膨張収縮可能な密閉空間部７内部
を加圧させる。密閉空間部７の一部は弾性シート５で形成されているため、密閉空間部７
は膨張することができる。このため、弾性シート５に支持されている第１吸着パッド１の
吸着面が、空間部７の膨張に伴い、第２吸着パッド２の吸着面よりも荷物被吸着面側に突
出するようになる。この時、制御装置８Ｃは圧力センサ８Bで流路４、４または４A内の圧
力P２を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P２を閾値Pｙと比較する（ステップS４）
。閾値Pｙは、第１吸着パッド１の吸着面が充分に荷物被吸着面側に突出しているかどう
かの基準となる値である。P２＞Pｙの場合には充分な突出量があるとして、次のステップ
である吸引動作に移行する（ステップS４ Yes）。P２＜Pｙの場合には密閉空間部７内部
の加圧を継続する（ステップS４ No）。

第１吸着パッド１を荷物の被吸着面に押し付けた状態から、制御装置８Ｃは、切り替え
バルブ８Ｆに対して、チューブ３Aに吸引装置８Ｄが接続するように切り替え動作を指示
する。次に、第１吸着パッド１で荷物を吸着可能かどうかの判定を実施する。制御装置８
Ｃは圧力センサ８Ａで流路３内の圧力P１を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P1を
閾値Pｚと比較する（ステップS５）。閾値Pｚは、第１吸着パッド１が荷物を保持するの
に充分な負圧を生成しているかどうかの基準となる値である。P1＜Pｚの場合には充分な
吸着力があるとしてそのまま第１吸着パッド１を用いて荷物を吸着し保持する（ステップ
S５ Yes、ステップS６）。他方で、たとえば第１吸着パッド１と被吸着面との間に隙間が
生じていた場合などでは、吸着空間に空気流入があるため充分な負圧を得ることができな
い。制御装置８は吸引を中止し、マニピュレータ(図示せず)に対して、吸着部１８の現在
の吸着位置から変更を指示する（ステップS５ No、ステップS７）。これによって 吸着
位置を変更して再度吸着動作を実施する。
以上の工程により、荷物を吸着し保持する。

なお、吸着パッド１、２の切替えを行う際に吸引装置８Ｄに対して制御装置８Ｃから駆
動状態の変更指令を行う制御部を備えてもよい。例えば吸引装置８Ｄの駆動部の動作周期
を変更することで空気排出量を調整し、到達真空圧力を上昇または下降させるような制御
を制御部が実施してもよい。

次に保持装置の動作について図４(a)を使って説明する。

本実施形態に係る保持装置の吸着面積Ｓ２に対して荷物の被吸着面積が十分に大きい場
合の吸着保持動作を説明する。

荷物の被吸着面積が第２吸着パッド２のＳ２よりも大きい（ここでは、大きな荷物とい
う）場合には、第２吸着パッド２が荷物に接触した後、流体制御装置８を作動させたとき
、所望の圧力を得られる。所望の圧力を得られた場合、流体制御装置８で負圧を維持し続
けることにより、大きな荷物を吸着パッドで吸着できる。吸着パッドで保持する任意の時
間が経過したら、流体制御装置８での負圧の発生を停止する。流体制御装置８での負圧の
発生を停止すると、吸着パッドの内面と荷物の被吸着面とで囲まれた吸着空間へ空気流入
があると、吸着パッド内の圧力と吸着パッドの外の大気圧とでは差が無くなるため、吸着
パッドに吸着していた大きな荷物は、自重によって吸着パッドから離間する。大きな荷物
を吸着する際には、本実施形態に係る保持装置の第２吸着パッド２と第１吸着パッド１と
の位置関係は、第２吸着パッド２の一端が、第１方向において第１吸着パッド１の一端よ
りも荷物側に位置する。

なお、吸着パッドから荷物を脱着する際に、正圧を付与して、積極的に吸着パッドの内
面と荷物の被吸着面とで囲まれた吸着空間の負圧状態を解消することで、荷物を脱着して
も良い。

本実施形態に係る保持装置の吸着面積Ｓ２に対して荷物の被吸着面積が小さい場合の吸
着保持動作に関して、図４(b)を参照して説明する。

荷物の被吸着面積が第２吸着パッド２のＳ２よりも小さい（ここでは、小さい荷物とい
う）場合では、第２吸着パッド２が荷物の被吸着面積に接触した場合において、第２吸着
パッド２の内部と外部とを連通する隙間が生じる。流体制御装置８を作動させて第２吸着
パッド２内の空気を排出して負圧を生成した場合でも、この隙間を通って、吸着パッド外
部の空気が吸着パッド内部に流入する量が多くなるため小さな負圧となり、小さい荷物へ
の第２吸着パッド２の吸着力が小さくなる。そこで吸着パッドの吸着面積を小さくするこ
とが効果的であり第２吸着パッド２から第１吸着パッド１に切り替えることが望ましい。

第１吸着パッド１に切り替えるために、流体制御装置８は流路４、４を介して空気を密
閉空間部７に供給し、密閉空間部７を加圧することで弾性シート５を荷物側に膨張させる
。密閉空間部７を加圧し弾性シート５を膨張させることで、弾性シート５に支持される第
１吸着パッド１が押し出されて、第１吸着パッド１の一端が、第１方向において第２吸着
パッド２の一端よりも荷物側に位置するようになる。すなわち、図４(a)の密閉空間部７
よりも図４(b)の密閉空間部７のほうが加圧している分だけ膨張している。これによって
、第２吸着パッド２から第１吸着パッド１を選択的に切り替えられる。

第１吸着パッド１は第２吸着パッド２よりも径が小さいため、吸着できる面積が小さい
荷物でも吸着させることができる。

本実施形態に係る保持装置によれば、荷物の吸着保持動作において、荷物への吸着状態
に応じて吸着パッドの吸着面積を選択的に切り替え可能とするため、吸着パッドが吸着保
持力の生成に寄与できない可能性を低減することで吸着パッドを必要最小限の個数だけ保
持装置に備えておけば良く、設備費用を抑制でき、また省スペース化が可能であり、さら
に作業効率が向上する。もし 画像認識装置などを用いて荷物の吸着面の大きさを事前に
検知できる場合には、図３のフローチャートで示すように、最初に第２吸着パッド２を用
いて吸着するのではなく、最初から第１吸着パッド１を用いて吸着するように制御しても
よい。

なお、第１の実施形態では内外二重の第１吸着パッド１および第２吸着パッド２とした
が、必ずしも内外二重である必要はなく多重でも良い。また第１吸着パッド１および第２
吸着パッド２の吸着部形状は、必ずしも環状形状である必要はなく、三角形状や矩形形状
でも良い。また第１吸着パッド１または第２吸着パッド２を第１方向に沿って切断した断
面形状が、円形状・多角形状(三角形、五角形など)でもよく、蛇腹形状でもよい。また、
弾性シート５の形状断面は、第１方向と平行である円柱の中心軸に対して直径が異なる形
状でもよく、例えば円錐形状や半球形状などがある。

図１では、密閉空間部７に空気を排出または供給する流路４、４として二か所図示して
いるが、少なくとも一箇所以上あれば良い。

また、図３のステップS３での第２吸着パッド２の吸着動作をより確実にするために、
同時に流路４，４を介して吸着部１８の膨張収縮可能な密閉空間部７内部を減圧させても
よい。この場合、密閉空間部７が縮小する。このため、弾性シート５で支持している第１
吸着パッド１の吸着面が第２吸着パッド２の吸着面よりも引き上げられて（第１方向に相
対的に移動して）、第２吸着パッド２の吸着を、より確実なものとすることができる。例
えば、荷物の被吸着面において第２吸着パッド２内部に凸部がある場合や吸着パッド側に
湾曲***している場合に、第１吸着パッド１が引き上げられる（第１方向に相対的に移動
する）、上記の動作は特に有効である。相対的に移動するとは、第１吸着パッド１と第２
吸着パッド２が両方移動してもよいし、片方だけが移動してもよい。

（第２の実施形態）
図５に本実施形態に係る保持装置を示す。主に第１の実施形態と異なる点を説明する。

第１の実施形態に係る保持装置では、第１吸着パッド１が第１方向において移動してい
たが、本実施形態に係る保持装置では、第２吸着パッド２を第１方向において可動させる
。また、第１実施形態に係る保持装置では、弾性シート５が第１方向において吸着パット
１、２上に設けられていたが、本実施形態に係る保持装置では、弾性シート５が吸着パッ
ト１、２下に設けられ、流体を排出または供給を阻害しないよう流路３の縁に接続され、
第１吸着パッド１の空孔内を通って第２吸着パッド２の一端につながる。すなわち、吸着
保持する荷物と弾性シート５とが接する。さらに、第１の実施形態では、密閉空間部７へ
の空気の流入出を調整することで第１吸着パッド１または第２吸着パッド２のどちらを使
用して荷物を吸着するかを選択的に決定していった。一方、本実施形態に係る保持装置で
は、第１方向において吸着パッド１、２上に基板１２が設けられている。基板１２に第２
吸着パッド２を第１方向において移動させる可動部９を２つ取り付け、その第２吸着パッ
ド２が第１方向において移動することで第１吸着パッド１または第２吸着パッド２のどち
らを使用して荷物を吸着するかを選択的に決定している。

可動部９は、流体制御装置８により、加圧または減圧することで第１方向において移動
する部分である。可動部９は、例えば、エアシリンダーが用いられる。

図５の例によらず、可動部９は少なくとも１つあればよい。

本実施形態に係る保持装置は、第１の実施形態に係る保持装置の効果に加えて、密閉空
間部７が省略できるため空気の過剰供給により密閉空間部７の許容耐圧値を超えて加圧さ
れ破裂破損するという懸念がなく、堅牢性と動作信頼性を向上できる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態と異なる点を説明する。

図６に本実施形態に係る保持装置を示す。

本実施形態に係る保持装置は、可動部９が第１吸着パッド１に１つ取り付けられており
、第２吸着パッド２を第１方向において可動させる４つのリンクを持つ機構(以下、四節
リンク機構)を備えている。

また、図６の例では、リンク部１０の軌跡を考慮するとリンク部１０と第２吸着パッド
２との接合部は円弧軌跡となるため、第１方向にほぼ直交する面を摺動することが望まし
く。例えば、ピンと長穴を組み合わせた構成でも良い。吸着時の第２吸着パッド２の位置
姿勢を安定維持するために、四節リンク機構は少なくとも３ユニット以上であることが望
ましい。例えば、四節リンク機構が２ユニットの場合は、各四節リンク機構の接合部を通
る軸周りに回転する可能性がある。また、第１実施形態に係る保持装置では、弾性シート
５が第１方向において吸着パット上に設けられていたが、本実施形態に係る保持装置では
、第２の実施形態に係る吸着装置と同様に吸着パット下に設けられている。

さらに、可動部９は２つ設ける必要はなく、少なくとも１つあればよい。また、リンク
部１０と第２吸着パッド２との接合部が摺動する機構とは別に、リンク部１０同士の接合
部がスライドしてもよい。その他、リンク部１０の材質は剛体に限らず弾性体を利用して
も良く、接合部が摺動する代わりに弾性変形しても良い。

第２吸着パッド２を移動する構造はこの限りではなく、例えば直動シリンダを直接配置
する構造でも良い。ただし、吸着パッドは空圧駆動源を利用するため、駆動源の統一によ
る省コスト化の観点から、上下動アクチュエータは電気駆動ではなく空圧駆動を利用する
ことが望ましい。

本実施形態に係る保持装置は、四節リンク機構は連動して第１方向において移動するた
め、扁平チューブを用いた第３の実施形態に係る保持装置よりも切替えバルブ８Ｆの数を
少なくすることができる。また、四節リンク機構による上下移動動作は、第１吸着パッド
１と第２吸着パッド２の平行を保つのが容易であり、堅牢な構造となる。さらに、リンク
数を減らして四節リンク機構からシリアルリンク機構とすることで部品点数を少なくする
ことができ、シリアルリンク機構の構成では第２吸着パッド２とシリアルリンク機構と基
台１２とで閉リンク構造となり、その効果により第２吸着パッド２に傾斜対応性を付与す
ることができる。

（第４の実施形態）
図７に本実施形態に係る保持装置を示す。

本実施形態に係る保持装置は、基板１２と、基板１２内に空気を供給または排出する流
路３と、第１方向において基板１２に設けられた内外二重の扁平チューブ１１と、第１方
向において扁平チューブ下と基板１２下を覆い、扁平チューブが膨張または縮小すること
で形状が変形する弾性シート５と、流体制御装置８を含む。

また、第１実施形態に係る保持装置では、弾性シート５が第１方向において吸着パット
上に設けられていたが、本実施形態に係る保持装置では、吸着パット１、２（本実施形態
では内外二重に設けられた扁平チューブ１１、２１の内、内側の扁平チューブ１１は第１
吸着パッド１に、外側の扁平チューブ２１は第２吸着パッド２に対応している）下に設け
られている。なお図７では扁平チューブ１１は環状形状を想定して図示しているが、矩形
形状などの多角形状でも良い。

第２の実施形態に係る保持装置と本実施形態に係る保持装置の異なる点は、切り換えバ
ルブ８Fから保持装置への流路が増加している点にある。図７では１箇所流路が増加して
おり、合計で流路は３系統を有する。チューブ１１Ａは、内側の扁平チューブ１１と切り
替えバルブ８Ｆとを接続し、チューブ１１Ａの経路途中に第３圧力センサ８Ｇを備える。

切り替えバルブ８Ｆは、第１の実施形態と同様にチューブ３Ｃ、３Ｄによって加圧装置
８Ｅ、吸引装置８Ｄに接続される。チューブ４Ａは、外側の扁平チューブ２１と切り替え
バルブ８Ｆとを接続し、チューブ４Ａの経路途中に第２圧力センサ８Bを備える。

図８に収縮した扁平チューブ１１の断面(a)、膨張した扁平チューブ１１の断面(b)を示
す。扁平チューブ１１とは、たとえば、直径１２ｍｍの熱可塑性チューブを加熱した状態
で圧接により断面形状を扁平形状にし、その状態で冷却することで得られるものである。
例えば、熱可塑性チューブの材質としてウレタン製、ナイロン製、フッ素樹脂製、ポリオ
レフィン製やポリウレタンエラストマ製などがある。

扁平チューブ１１に流体が供給されていないとき、扁平チューブ１１の断面は扁平状態
となる。扁平チューブ１１に流体が供給されると、扁平チューブ１１の断面の短手方向に
力が発生し膨張する。図７の例では、短手方向は第１方向に対応する。

また、扁平チューブを環状に配置し、個々に流体制御装置８によって加圧減圧し、保持
装置の吸着直径を変化させる。図６の例では、扁平チューブ１１を第１方向にほぼ直交す
る面において内外二重に配置している。

図９に本実施形態に係る保持装置の動作を説明するためのフローチャートを示す。

マニピュレータ(図示せず)の先端部に保持装置を配置した場合を想定して動作説明する
。具体的には、保持装置の外側と内側の扁平チューブ１１の膨張収縮を制御することで、
吸着面積を大開口部と小開口部とに選択的に切り替える動作を示す。

まず、制御装置８Ｃは、切り替えバルブ８Ｆに対して、チューブ４Ａに加圧装置８Eが
接続するように切り替え動作を指示して、外側の扁平チューブ２１に空気を供給する。こ
れにより、外側の扁平チューブ２１を膨張する。この時、制御装置８Ｃは圧力センサ８B
で外側の扁平チューブ２１内の圧力P２を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P２を閾
値Pｂと比較する。閾値Pｂは、外側の扁平チューブ２１の膨張に伴い、外側の扁平チュー
ブ２１で構成された吸着面が十分に突出したかどうかの基準となる値である。P２＞Pｂの
場合には充分な吐出量があると判断して、次のステップへ移行する（ステップＳ１１）。

次に荷物の被吸着面まで、マニピュレータ(図示せず)を用いて吸着部１８を移動させ、
吸着部１８を荷物の被吸着面に押し付ける。この状態から、制御装置８Ｃは、切り替えバ
ルブ８Ｆに対して、チューブ３Ａに吸引装置８Ｄが接続するように切り替え動作を指示し
て、吸引装置８Ｄの吸着内部空間の空気の排出を開始する（ステップS１２）。

吸引装置８Ｄが流路３を介して空気の排出を開始すると、外側の扁平チューブ２１と弾
性シート５とで構成された吸着面と荷物の被吸着面とで囲まれた空間が負圧となって、荷
物が密着する。この時、制御装置８Ｃは圧力センサ８Ａで流路３または３A内の圧力P１を
計測し収集する。ステップＳ１３において、制御装置８Ｃは、圧力P1を閾値Pｘと比較す
る（ステップＳ１３）。閾値Pｘは、外側の扁平チューブ２１で構成された吸着面が荷物
を保持するのに充分な負圧を生成しているかどうかの基準となる値である。

P1＜Pｘの場合には充分な吸着力があるとしてそのまま外側の扁平チューブ２１で構成
された吸着面を用いて荷物を吸着し保持する（ステップＳ１３ Ｙｅｓ、ステップS１４）
。

他方で、たとえば外側の扁平チューブ２１と被吸着面との間に隙間が生じていた場合な
どでは、吸着空間に空気流入があるため充分な負圧を得ることができない。もし、P1＜P
ｘでない場合には、充分な吸着力がないと判別する。たとえば荷物の角や凹凸部を吸着し
たため、外側の扁平チューブ２１と荷物被吸着面との間に少しだけすきまが生じてしまう
状況などが考えられる。この状態で、荷物の吸着動作を行うと、保持できない可能性があ
るため、内側の扁平チューブ１１で保持する（ステップＳ１３ Ｎｏ）。

制御装置８Ｃは、切り替えバルブ８Ｆに対して、チューブ４Ａに吸引装置８Ｄが接続す
るように切り替え動作を指示して、外側の扁平チューブ２１から空気を排出する。これに
より、外側の扁平チューブ２１を収縮する。それと同時に、制御装置８Ｃは、切り替えバ
ルブ８Ｆに対して、チューブ１１Ａに加圧装置８Ｅが接続するように切り替え動作を指示
して、内側の扁平チューブ１１へ空気を供給する。これにより、内側の扁平チューブ１１
を膨張する。これにより、外側の扁平チューブ２１と弾性シート５とで構成された吸着面
が沈降し、内側の扁平チューブ１１と弾性シート５とで構成された吸着面が突出すること
で、小さな吸着面積を形成する。なおこの時、制御装置８Ｃは圧力センサ８Bで外側の扁
平チューブ２１内の圧力P２を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P２を閾値Pｂと比
較する。閾値Pｂは、外側の扁平チューブ２１の縮小に伴い、外側の扁平チューブ２１で
構成された吸着面が十分に沈降したかどうかの基準となる値である。P２＜Pｂの場合には
充分な沈降量があると判断する。また、制御装置８Ｃは圧力センサ８Gで内側の扁平チュ
ーブ１１内の圧力P３を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P３を閾値Pｇと比較する
。閾値Pｇは、内側の扁平チューブ１１の膨張に伴い、内側の扁平チューブ１１で構成さ
れた吸着面が十分に突出したかどうかの基準となる値である。P３＞Pｇの場合には充分な
沈降量があると判断して、次のステップへ移行する。(ステップＳ１５)。

次に、制御装置８Ｃは、切り替えバルブ８Ｆに対して、チューブ３Ａに吸引装置８Ｄが
接続するように切り替え動作を指示する。次に、内側の扁平チューブ１１と弾性シート５
とで構成された吸着面で荷物を吸着可能かどうかの判定を実施する。制御装置８Ｃは圧力
センサ８Ａで流路３内の圧力P１を計測し収集する。制御装置８Ｃは、圧力P1を閾値Pｚと
比較する（ステップＳ１６）。閾値Pｚは、内側の扁平チューブ１１と弾性シート５とで
構成された吸着面が荷物を吸着保持するのに充分な負圧を生成しているかどうかの基準と
なる値である。P1＜Pｚの場合には充分な吸着力があるとしてそのまま内側の扁平チュー
ブ１１と弾性シート５とで構成された吸着面を用いて荷物を吸着し保持する（ステップＳ
１６ Ｙｅｓ、ステップS１７）。他方で、たとえば内側の扁平チューブ１１と弾性シート
５とで構成された吸着面と被吸着面との間に隙間が生じていた場合などでは、吸着空間に
空気流入があるため充分な負圧を得ることができない。制御装置８は吸引動作を中止し、
マニピュレータ(図示せず)に対して、吸着部１８の吸着位置変更を指示する（ステップＳ
１６ Ｎｏ、ステップS１８）。これによって吸着位置を変更して再度吸着動作を実施する
。

図７の例によらず、扁平チューブ１１を多重に配置してもよい。

第２の実施形態に係る保持装置の効果に加えて、本実施形態に係る保持装置は、小型軽
量に構成可能で、容易に吸着面積を多段的に選択可能な吸着面を実現できる。

（第５の実施形態）
図１０は、荷降ろし装置の一例を示す図である。

本実施形態の荷降ろし装置は、かご台車１９から荷物を自動コンベア１４に必要な数量
だけ移載するために、第１〜４の実施形態に係るいずれかの保持装置を有するマニピュレ
ータ１３と、自動コンベア１４を制御する搬送制御装置１５と、ロボット制御装置１６と
、３次元位置認識装置１７とを含む。

自動コンベア１４は、搬送制御装置１５と通信可能なように接続され、搬送制御装置１
５は、ロボット制御装置１６と通信可能なように接続され、ロボット制御装置１６は、マ
ニピュレータ１３および３次元位置認識装置１７と通信可能なように接続されている。な
お図１０では有線により通信する場合の図であるが無線で通信しても良い。

なお、マニピュレータ１３とは、複数の関節を有し、これらの関節を回動または直動さ
せることにより、保持装置を移動させることができるロボットのことである。

３次元位置認識装置１７として、荷物位置姿勢を検出する少なくとも一つ以上の距離画
像センサ１７Ｂ、１７Ｂ、１７Ｂを設ける。また、計算機１７Ａは複数のセンサ１７Ｂで
得られた複数の距離画像を用いて、荷物の位置姿勢を推定する。

この例の場合のマニピュレータ１３は、垂直多関節型のロボットである。

本実施形態に係る荷降ろし装置では、かご台車１９に積載された荷物のうち、距離画像
センサ１７Ｂを使用して、距離画像センサ１７Ｂ計測値に基づいて荷物の個数と位置姿勢
情報を算出する計算機１７Ａとを備えたので、かご台車１９に積載された荷物の中で吸着
保持が可能な最上面の荷物の３次元位置を計測することが可能である。

第１〜４の実施形態に係る保持装置を利用して荷物吸着保持する場合の全体処理フロー
を説明する。まず、搬送制御装置１５は自動コンベア１４の荷物受け入れ準備が整うと、
３次元位置計測要求信号を３次元位置認識装置１７の計算機１７Ａへ送信する。計算機１
７Ａは、３次元位置計測要求信号を受信すると、３次元位置計測を開始する。すなわち、
計算機１７Ａは複数のセンサ１７Ｂで得られた複数の距離画像を用いて、複数の荷物の位
置姿勢情報を計測する。そして、複数の荷物の位置姿勢情報から、マニピュレータ１３で
移載可能な荷物の取り出し手順を決定する。このとき、転倒している荷物が検出された場
合は、エラー検出信号を搬送制御装置１５へ送信する。エラー検出がない場合は、３次元
位置情報をロボット制御装置１６へ送信する。ロボット制御装置１６は、３次元位置情報
を受信すると、マニピュレータ１３の保持装置を動作させて、荷物をかご台車１９上から
自動搬送コンベア上に移載する。移載がすべて完了すると、ロボット制御装置１６は、移
載完了信号を３次元位置認識装置１７へと送信する。３次元位置認識装置１７では、かご
台車１９上に荷物が残っているかどうか３次元位置計測を再実施する。荷物が残っている
場合は、３次元位置情報をロボット制御装置１６へ送信し、荷物の移載を行う。荷物が残
っていない場合は、かご台車１９移載完了信号を搬送制御装置１５へ送信する。搬送制御
装置１５は、かご台車１９の移載完了信号を受信すると、作業者などに通知して、荷物が
なくなったかご台車１９を作業者などが移動し、次のかご台車１９を供給する。実際に、
マニピュレータ１３の保持部で吸着保持し易い、最上段の荷物を認識する必要がある。そ
こで、３次元計測手段の荷物の位置姿勢情報により、荷物取り出し順序を検討することが
可能となる。ロボット制御装置１６は、送信されてきた３次元位置情報に基づき、マニピ
ュレータ１３を動作させて、かご台車１９から荷物を少なくとも１個ずつ取出して、自動
コンベア１４上に移載する。移載された荷物は、自動コンベア１４により搬送され、例え
ば行先別に仕分けされた荷物が荷積み作業でかご台車１９に積載される。

図１０の例によらず、かご台車１９はパレットでも良い。第１〜４の実施形態に係る保
持装置はマニピュレータ１３にのみ設置されるわけではなく、かご台車１９などに取り付
けても良い。また、第１〜４の実施形態に係る保持装置への空気の流入出動作は人手で操
作しても良い。

上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラ
ムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを
予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した保持装置による効果
と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュー
タに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、
ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ-ＲＯＭ、ＣＤ-Ｒ、ＣＤ-ＲＷ、ＤＶＤ-ＲＯＭ
、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ、Ｂｌｕ-ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃなど）、半導体メモ
リ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読
み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュー
タは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに
記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の保持装置と同様な動作
を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み
込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。 また、記録媒体からコン
ピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュー
タ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネ
ットワーク等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実
行してもよい。 さらに、本実施形態における記録媒体は、コンピュータあるいは組み込
みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝達されたプログ
ラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。 また、記録媒体
は１つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本実施
形態における記録媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

なお、本実施形態におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記録媒体に記憶さ
れたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パ
ソコン、マイコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム
等の何れの構成であってもよい。 また、本実施形態におけるコンピュータとは、パソコ
ンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによ
って本実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

また、本実施形態において、密閉空間部７に空気を排出または供給して吸着パッド１、
２を相対的に移動させる機構、可動部９を用いて吸着パッド１、２を相対的に移動させる
機構、リンク機構、扁平チューブ１１、２１に空気を排出または供給して吸着パッド１、
２を相対的に移動させる機構のそれぞれを移動機構とも呼ぶ。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々
な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置
き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、説明の範囲や要旨に含ま
れると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである
。

１・・第１吸着パッド、２・・第２吸着パッド、３・・流路、４・・流路、５・・弾性シ
ート、６・・外殻ケース部、７・・密閉空間部、８・・流体制御装置、９・・可動部、１
０・・リンク部、１１・・扁平チューブ、１２・・基板、１３・・マニピュレータ、１４
・・自動コンベア、１５・・搬送制御装置、１６・・ロボット制御装置、１７・・３次元
位置認識装置、１８・・吸着部、１９・・かご台車、２０・・荷物

Claims (14)

1. 対象物に吸着可能な第１吸着パッドと、
   前記第１吸着パッドを囲み、前記対象物に吸着可能な第２吸着パッドと、
   前記第１吸着パッド及び前記第２吸着パッドを前記第１吸着パッドから前記対象物に向かう第１方向に相対的に移動させる移動機構と、
   前記第１吸着パッド及び前記第２吸着パッドの前記対象物側または他端側に備え、圧力によって形状が変形する弾性シートと、
   を具備する保持装置。
2. 前記移動機構によって、前記第１吸着パッドは前記第２吸着パッドより前記対象物側に
   位置する請求項１記載の保持装置。
3. 前記移動機構によって、前記第２吸着パッドは前記第１吸着パッドより前記対象物側に位置する請求項１または２に記載の保持装置。
4. 前記対象物の吸着状態を検知し、前記吸着状態に基づいて、前記第１吸着パッドと前記第２吸着パッドのどちらを用いるか選択する選択部と、
   をさらに具備する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保持装置。
5. 前記第１吸着パッドおよび前記第２吸着パッドがリング形状または多角形状である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持装置。
6. 前記第１吸着パッドと前記第２吸着パッドを前記第１方向に沿って切断した断面が円形状または多角形状または蛇腹形状である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持装置。
7. 前記第１吸着パッドおよび前記第２吸着パッドが、扁平チューブで構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の保持装置。
8. 前記移動機構が、リンク機構である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の保持装置。
9. 前記移動機構が、空気を排出または供給して移動させる機構である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の保持装置。
10. 前記移動機構が、可動部を用いて移動させる機構である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の保持装置。
11. 前記第１吸着パッドまたは前記第２吸着パッドを用いる際に、もう一方の吸着パッドよりも吸着性を向上もしくは低下させる制御部をさらに備える請求項４に記載の保持装置。
12. 前記第１吸着パッド、前記第２吸着パッドの他に複数の吸着パッドを前記第２吸着パッドの外側に設けられる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の保持装置。
13. 対象物に吸着可能な第１吸着パッド及び前記第１吸着パッドを囲み、前記対象物に吸着可能な第２吸着パッドを前記第１吸着パッドから前記対象物に向かう第１方向に相対的に移動させる工程と、
    前記第１吸着パッド及び前記第２吸着パッドの前記対象物側または他端側に備える弾性シートが圧力によって変形する工程と、
    を具備する保持方法。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の保持装置を有するマニピュレータと、
    前記マニピュレータの駆動を制御する制御装置と、を具備する荷降ろし装置。

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