JP6963897B2 - 物品把持移載装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を認識し把持し移載するための物品把持移載装置に関する。特に、物流集配拠点での多品種商品の配送箱等の詰め替え移載における自動物品移載のロボットアームを有する物品把持装置に関する。

商品物流拠点においては、大量に入荷される多品種商品を仕向け先別に仕分け包装するための商品の出荷容器への移載作業を、ロボット等を利用して行っている。この場合、他種多様な形状を有する商品の中から指定商品のみを特定し、認識し、ロボットアームを操作して商品を把持するが、このためにはカメラ画像認識装置等を用いて商品箱内を画像撮影し、特定商品のみを認識し、その商品の外形等のデータに応じてロボットアームが指定位置に移動して指定商品を把持し、その後出荷容器に移動して商品を配置（移載）する。

しかしこの作業は、商品を画像認識により特定し且つ形状の確認を要することから、アームによる商品外形に応じた保持動作など非常に綿密なプログラムによるロボット操作が必要となり、できる限り早く効率的に大量の商品を移載することを要求される物流拠点においては、作業が遅すぎる上に、綿密なプログラム制御により高価なロボットなどを必要とする等、経済的な負荷が大きく、現実的な効率化作業には至っていない。

実際のロボットアームによる商品保持においては、真空吸引パッドを商品にあてがい真空吸着によって商品を把持する手法が主技術となっているが、一様に平面をもつ物品に対しては真空吸引パッドによる吸着は対応できるが、多種多様な外観形状を有する商品を逐次吸着把持する機能を発揮する技術には至っていない。また多量の商品が入った容器の中から、容器の隅に残る最後のひとつまできちんと吸着把持することは非常にむずかしいプログラム及び技術が要求される。

たとえば、特許文献１では、ロボット等を用いた物品把持の自動化システムにおいて、人の目に替わるビジョンシステムを用いて、動作毎にワーク把持位置を計算して吸着ヘッドを用いた吸引吸着による物品把持の技術思想が開示されている。しかし、この例では、物品を吸着による手法のみで把持する技術思想であるため、様々な形状である物品を認識して把持する技術には至っていない。様々な形状である物品を探りながら認識し、且つ最も把持し易い方法を選択して行う物品把持には適合できていない。

またその他の従来技術では、ロボット等を用いた物品把持の自動化システムにおいて、人の目に代わるビジョンシステムを用いて、動作毎にワーク把持位置を計算してロボットに移動指示を出している。この方式では、ロボットシステムを用いてワークを把持する際に、ケース及びワークの位置情報を測定しロボットに動作指示しなければならない。この処理時間は各動作に必ず含まれる数字であり、サイクルタイムの拡大につながる。また、一般的なビジョンシステムは、カメラ、照明機器、コントローラにて構成され、システムの複雑化とコスト高につながっている。

特開２０１３−１６９６４０号公報

精密なプログラムに基づき稼働する高価なロボットを用いずに、様々なセンサー機能により商品を認識し特定し、最も適した方法で物品を安全に把持し、素早く移載することが可能な探りあて物品把持機能を有する把持装置であって、且つ多量の商品が入った容器の中から、容器の隅に残る最後のひとつまできちんと把持することができる物品探りあて機能を有する把持装置を提供することが本発明の課題である。

かかる課題を解決するため、本発明に係る物品探りあて物品把持移載装置は、
把持するための物品の存在を確認するための確認手段を備えた物品把持移載機構と、
前記物品の入った容器を振動させ及び／若しくは傾斜させて前記物品を前記容器の中の一定の位置に移動させることのできる容器受け台、及び／又は前記容器内にエアを吹き付け前記物品を前記容器の中の一定位置に移動させることのできるエア吐出機構と、
前記物品把持移載機構と容器受け台とエア吐出機構とを制御する制御機構と、
を具備することに特徴を有する。

また、本発明に係る物品把持移載装置は、物品を感知する感知センサーと物品を把持する把持機構と物品探り当て機能を具備することに特徴を有する。

本発明に係る物品把持移載装置は、物品の入った容器内の多量の物品を感知センサーによって確認しながら一つずつ把持し移載するが、物品が少量になった際、容器内の隅に残る物品を感知し把持し易くするため、物品の入った容器を振動させ及び／若しくは傾斜させて前記物品を前記容器の中の一定の位置である例えば容器中央部に移動させることのできる容器受け台を有する。

容器受け台は、制御機構の指示により一定の周波数振動をして物品容器を振動させることにより、容器内の物品を一定位置に移動集合させることができる。これらの振動数等振動態様は物品の重量サイズ等の個別仕様および部品容器の重量サイズ等によって予め制御機構にプログラムすることができる。物品容器内の四方に散在する物品は、一定振動により少なくとも容器内の一定位置に移動集合される。

また、本発明に係る物品把持移載装置の容器受け台は、その上部に物品容器を乗せたまま制御機構の指示により一定方向に傾斜することもできる。これにより物品容器内の四方に散在する物品を容器内の一定位置に移動集合させることができる。これらの物品移動集合は、物品感知把持する把持機構による作業負荷を軽減し、物品感知ミス・把持ミスを著しく減少させることができる。同様に本発明に係る物品把持移載装置は、エアの吹き付けノズルを有することにより、容器のなかの商品の数が減少し残り商品が容器内の四隅等に散在することになった場合にも、エアノズルが一定方向にエアを噴出することによって容器内の商品を一定位置に移動集合させることができる。これにより把持機構はその残り商品を探り当て感知しやすくなる。

上記エアノズルは、簡易移動することができるロボットアームに敷設されていても、あるいは把持機構に敷設されていてもよい。いずれも制御機構の指示に従い、容器内の必要な方向にノズルを向けてエアを噴出し残留商品を一定位置に集めることができる。これにより把持機構はその残り商品を探り当て感知しやすくなる。容器内の４隅等に残る残留商品までも残さず感知・把持・移載することができる。

本発明に係る物品把持移載装置は、感知センサーが、負圧センサー及び／若しくはレーザセンサー及び／若しくは紫外線センサー及び／若しくは赤外線センサー及び／若しくは可視光センサー及び／若しくはマイクロ波センサー及び／若しくは超音波センサーであることに特徴を有する。

また本発明に係る物品把持移載装置は、感知センサーが、リミットスイッチ及び／若しくは温度センサー（サーミスタ）及び／若しくは導電プローブ及び／若しくは光電管及び／若しくは感圧センサー及び若しくは磁気センサーであることに特徴を有する。

本発明に係る物品探りあて把持装置は、上記感知センサーによって位置を認識した物品情報を受け、上記制御機構が上記物品把持移載機構を制御することによって物品を探りあてて確認し把持することに特徴を有する。一般的に、物品把持作業において物品を認識する手法は主に画像認識によるものがほとんどであるが、本発明に係る物品探りあて把持装置は高価な画像認識を用いずに、容器内物品に対して次にどの順番でどのように物品を把持し移載するかを予め組まれたアルゴリズム通りのプログラム（例えば図１３のような動きを指す。）に従い、容器内の物品を探り当て、感知することができる。

本発明に係る本発明に係る物品把持移載装置は、上記感知センサーが、負圧（エアー圧）センサー及び／若しくはレーザセンサー及び／若しくは紫外線センサー及び／若しくは赤外線センサー及び／若しくは可視光センサー及び／若しくはマイクロ波センサー及び／若しくは超音波センサーであること、及び／又は上記感知センサーが、リミットスイッチ及び／若しくは温度センサー（サーミスタ）及び／若しくは導電プローブ及び／若しくは光電管及び／若しくは感圧センサー及び若しくは磁気センサーである。

これらの物品感知センサーは、把持機構（物品把持部）に略均一又はランダムに複数設置されており、把持機構の動きに従い物品に近接しつつ物品の存在を感知することができる。感知センサーの設置方向は限定されず、把持機構の表面全域に対して設置されていてもよい。それぞれの感知センサーは特有の感知機能を有することは周知の通りである。また画像認識を併設することを除外するものではない。

物品をどのような方法で認識するかは、たくさんの方法が既に周知技術及び慣用技術として知られている。例えば、吸引エアー負圧、光（紫外、可視、赤外）、電磁波、接触、電気、音波、温度等様々な手法を用いた認識技術がある。これらの選択には、感知するセンサーの仕組みとしての用途と、実際に認識される物品の感知される物性との両方を考慮する必要がある。

例えば、物品の温度を他の温度との比較において感知して認識する場合、感知センサー（サーミスタ）としては導電性に対する電気抵抗の差を電気感知することによって温度差として物品を認識する。超音波認識においては、物品に超音波を照射しその返信音波を捉えることによって物品の存在を感知する。感知レベルによっては物品の大きさや形状までも認識することができる。

バキュウムは把持するための吸着手法であって、物品の感知認識には関与しないが、バキュウムによって吸着された物品の重量等を検知することによって物品を感知して認識する手段としても用いることができる。またバキュウムでのエアー負圧の変化は検知センサーとしても機能する。本発明に係る物品把持移載装置は、容器受け台による振動、容器の傾斜により内容物である物品を把持機構の例えば真空吸着パッドが感知しやすい位置に移動させることができる。

本発明に係る物品把持移載装置は、上記把持機構が、上記感知センサーからの物品情報を受けた上記制御機構のプログラムに従い、物品を探りあてる動作をすることに特徴を有する。

物品を探りあてる動作とは、物品がランダムに納められた容器の中に近接しつつ、例えば内部を右回りに外郭から中心に向けて略回転するように動く動作であり、例えば内部を中心から外側へと左回りに円弧を描きながら回転するように動く動作であり、徐々に物品に近接していく。この動作を上記把持機構が行うことによって把持機構に設置された物品感知センサーは逐次物品を感知し情報を制御部に伝達する。

本発明に係る物品把持移載装置は、上記伝達情報によって次に物品把持移載機構が行う動作を決定する。これらの動作は予め決定されたアルゴリズムに従いプログラムされている制御機構の指示によって行われる。どの時点でどの物品を把持する動作に移行するかは、物品把持の容易さ又は物品との接近距離あるいは限定された物品であるか否かなどの判断アルゴリズムに基づき決定されればよい。

本発明に係る物品探りあて把持装置は、上記物品把持移載機構が、真空吸引吸着機構及び／若しくは静電吸着パッド機構及び／若しくは電磁石機構及び／若しくはピックハンド機構（図１１における２８）及び／若しくはエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドであることに特徴を有する。

物品を把持する方法は、吸着パッドによる吸引吸着把持をはじめ、静電気吸着パッドを用いた静電気吸引吸着把持、電磁石を用いた磁力吸着把持、ピックハンドのように物品を挟み掴み取る動作をするものなどがある。これらの把持機構の詳細部品は感知センサーと同様に把持機構の略全表面に設置することが可能である。

本発明に係る物品把持移載装置は、感知センサーからの物品感知情報に基づき制御機構が指示する情報に従い把持機構が物品を把持移載する。把持機構は把持される物品の態様に従い選択される。例えば、把持機構の基材が可撓性を有する部材であれば、吸着パッドが不定形状の物品を包み込むように外側から囲い吸引吸着して把持することができる。例えば、エア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンド（フレキシブルマイクロアクチュエータ）は、中空の細いチューブ状の可撓性部材を複数束ねた略指状構造からなり、中空内のエア圧を各々制御することにより指状先端部を自在に曲げることができるため、複数の略指状先端部を各々自在に調整して、あたかも人間の指のように物品を把持することができる。よって、このエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドを用いることによって、感知センサーによって認識された容器内の物品を把持し移載することができる。また、同様にエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドを用いて、前述のエア吐出機構のように、物品が少量になった際、容器内の隅に残る物品を感知把持し易くするために一定位置又は容器内中央部に移動させることもできる。エア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンド（フレキシブルマイクロアクチュエータ）は、本発明における物品把持移載機構に包含される技術思想であり、かつ前述の容器受け台及びエア吐出機構と同様の容器内物品移動機能をも併せ持つものである。

本発明に係る物品把持移載装置は、物品の特性により選択された物品のみを選択把持することもできる。例えば磁性を帯びた物品を感知したときは磁力吸着把持を行えばよい。例えば冷凍物品だけを把持する場合はサーミスタセンサーを用いて物品を選択すればよい。例えば、袋状のエアーパッキング物品を把持移載するときは吸引吸着又はピックハンドを用いて把持すればよい。

本発明に係る物品把持移載装置は、把持機構に設置する感知センサー及び把持機構詳細を限定するものではなく、複数種類のセンサー及び複数方法の把持機構詳細である物品把持機構が同一の把持機構に設置されていてもよい。各々の部品が縮小化されればされるほど把持能力は向上する。物品の種類に応じた専用把持機構を限定して選択するか又は物品の種類に応じた把持機能をひとつの把持機構に複数包含させるかは自在である。

そして上記の本発明に係る物品把持移載装置の容器受け台は、物品の入った容器を振動させ及び／若しくは傾斜させて物品を容器の中の一定の位置に移動集合させることができるため、容器内の四隅に散在する物品をなくし、物品感知漏れや把持ミスをなくすことができる。つまり、物品感知把持する把持機構による作業負荷を軽減し、物品感知ミス・把持ミスを著しく減少させることができる。

本発明に係る物品把持移載装置は、まさに人間の手が容器の中に入り、物品を探りあて、つかみ取り出す動作に近似させる機能を有する把持移載作業を行うためのものであり、かつ容器そのものもこれを補足する動きをすることによって作業効果を最大化するための技術思想である。

本発明によれば、容器内の散在する物品（商品）を最後の一つまで正確に感知選択して早く効率的に把持移載することができる。また、物品の大きさ、重さ、外形、表面状態などの性質に制約されずに把持移載することができる。本発明によれば物流拠点での多品種物品の選別移載の安全性と作業性を格段に向上させつつ、経済効率も格段に向上させることの可能な物品把持移載装置が実現される。

本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の吸着ヘッド部分の詳細を示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台を示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台を示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台のエアノズル噴射を示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の光学的センサーを用いた検知概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の接触スイッチを用いた検知概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のサーミスタを用いた検知概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の静電吸着盤を用いた吸着概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の電磁石を用いた把持概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のピックハンドを用いた把持機構概要を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の物品検知機能を投受光式光電管にした場合の概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構部分の動きを示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の動きを動作フロー図で示した概念図である。 本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の動きを動作フロー図で示した概念図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下では本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。

図１は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の全体イメージを示した概念図である。本図に示すように、出荷用の商品が入った原料ＢＯＸ２と出荷するための集荷ＢＯＸ１がコンベヤライン上を本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置に向かって移動してくる。

原料ＢＯＸ２の中には商品がランダムに入っている。図１に示すように本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置４のマニュピレータ５は、その先端に吸引装置を装備した吸着ヘッド７を具備する。吸着ヘッド７の形状は原料ＢＯＸ２の内面積より小さいか又は同等であり、原料ＢＯＸの中に入り、先に早く接触した商品を１つ吸着して把持する。上記吸引装置は、空気の供給又は吸出しのできるエアシリンダ装置等であってエア制御方法を限定するものではない。

マニュピレータ５は、その後、把持した商品を検査棚に移動させて、検査センサーは、その商品が把持すべき商品であるか否かを検査することもできる。検査方法は重量測定等であってよい。たとえば検査が完了した後は、再びマニュピレータ５が商品を吸着して集荷ＢＯＸ（集品ＢＯＸ）１に移載して終了する。

図２は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の吸着ヘッド部分の詳細を示した概念図である。本図は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のバキュウム吸引センサーを用いた検知概要を示す概念図である。同図の破線部内はバキュウム吸引センサー１０を用いた物品検知及び把持機構１２の機能を概念図で示している。同図に示すように、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置は、ロボット機構のアーム９と把持機構１２から構成される。図２においてはアーム９の先端部のみが示されており、ロボットシステム等に連接したアーム９は回転駆動機構を経由して把持機構１２と連接している。回転駆動機構は回転駆動することにより把持機構１２を自在な方向に向けることができる。アーム９はＸ、Ｙ、Ｚ軸の三次元方向に移動が可能なシステムとなっている。

エア１１で吸引された吸着パッド１３に接触した物品（商品）３は、把持機構１２によってバキュウム吸着把持される。このときセンサーとして働くバキュウム吸引センサー１０は、物品３の把持によって発生する減圧を感知（検知）する。同時に重量等を検知してもよい。これらの情報は制御機構１９に送られる。そして制御機構１９の指示に従い物品吸着がされていない吸着パッド１３のエア吸引を止め、物品把持移載機構のアーム９が働き、物品を移動し載置する。

図３は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台を示した概念図である。同図に示すように容器受け台８は、その上部の振動台１４に原料ＢＯＸ２である容器を載置し固定し、振動させることができる。振動によって原料ＢＯＸ２の中の商品３は一定位置に移動集合させることができる。図２で説明したように、把持機構１２によってバキュウム感知されて把持移載がある程度進むと、容器のなかの商品の数は減少し、しかも残り商品は容器内の四隅等に散在することになる。これにより把持機構１２は商品３を探り当てしにくくなる。このような場合に制御機構１９は容器受け台８の振動台１４を特定周波数で振動させる。

振動数や振幅はその内容物の仕様に合わせてある程度予め設定することもできる。振動により残った商品３は例えば容器２の略中央部に集まり、把持機構１２はその残り商品を探り当て感知しやすくなる。

図４は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台を示した概念図である。同図に示すように図３で説明した振動台は傾斜する傾斜台１５としての機能を発揮することもできる。容器のなかの商品の数が減少し、残り商品が容器内の四隅等に散在することになった場合に、制御機構１９は容器受け台８の傾斜台１５を定められた方向に傾斜させて、容器内の商品３を一定位置に移動集合させることができる。把持機構１２はその残り商品を探り当て感知しやすくなる。

図５は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の容器受け台のエアノズル噴射を示した概念図である。同図で示すように容器のなかの商品の数が減少し、残り商品が容器内の四隅等に散在することになった場合に、制御機構１９は容器受け台８のエアノズル２０に対して一定方向にエアを噴出するように指示を出すことができる。容器内の定められた方向にエアを噴出することによって容器内の商品３を一定位置に移動集合させることができる。把持機構１２はその残り商品を探り当て感知しやすくなる。

図６は、本発明の一実施形態に係る物品探りあて把持機構の光学的センサーを用いた検知概要を示す概念図である。図６は、概念図である図２の内部を含めた機能の概念を表している。同図に示すように、把持機構１２には光学的センサー４０（図中では光電管４０Ａ）が略均等に配列されており、その間隙に吸着パッド１３が略均等に設置されている。図２によって説明したように光学的センサー４０で感知した物品は吸着パッド１３によって真空吸着される。真空脱気システム４１はエア配管１６を通じて行われる。

同図に示すように、把持機構１２には例えば光電管４０Ａが複数設置されていて光電管４０Ａの間隙には吸着パッド１３を複数備えている。光電管４０Ａは下部にある物品に対して検出光を発信し物品の存在を感知検出するセンサー機能を備えている。

図６に示すように、光電管は均等に分散配置されているため、感知した物品の全体形状を認識することができる。認識した物品の情報は制御機構１９に送信され制御機構１９の指示に従い吸着パッド１３が物品を吸着把持する。吸着パッド１３も光電管４０Ａと同様に均等分散配置されているため、複数の吸着パッド１３による吸着把持は制御機構１９から指示する吸着パッドのみが動作する仕様であってよい。もちろん吸着において物品の接触しない部分は吸着動作に関与しないのだから問題はない。

物品の存在を認識する手段は光電管によるものに限定はしない。例えば、レーザー光を照射してその反射を捉えてもよいし、赤外線、紫外線、マイクロ波を照射してその反射を検知してもよい。光学的との定義の問題ではないが、音波例えば超音波センサーであっても同様である。つまり光学的センサーと称する部類のセンサーが対応可能であることを意味する。構造としては前記の光電管による物品感知と同様である。本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置は、このような様々な光学的センサーを任意に配設することができる。

制御機構１９は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の動きを制御するのみではなく、あらゆる物品を探りあて把持移載するためのアルゴリズムが予めプログラミングされており、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の具体的な動作はその中から抽出された一つの動作にすぎない。

図７は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の接触スイッチを用いた検知概要を示す概念図である。同図に示すように、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構１２の内部には光センサーではなく接触スイッチ４２を用いている。接触スイッチ４２の代表的なものにはリミットスイッチ４３などがある。図７の破線内にリミットスイッチ４３の概念図を示す。プランジャ４４の接触により物品を電気的に感知する機能を有する。

同図に示すように、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置は、図６の場合の光電管等の光学的センサーに換えて接触スイッチ４２を用いた物品認識機構を用いることもできる。接触式センサーの代表的なものがリミットスイッチ４３である。把持機構１２に均等分散設置されたリミットスイッチ４３は、物品との接触によってそのプランジャ４４を押し上げて接触感知機能を発揮する。

リミットスイッチ４３は、把持機構１２の下方移動に従い順次物品の表面に接触することになる。つまり接触プランジャ４４の感知情報はそのまま制御機構１９に連動することによって、物品の形状が認識される。制御機構１９は物品形状情報を解析し、最も適した吸着パッド１３を用いて物品を把持すればよいことになる。リミットスイッチ４３、吸着パッド１３は把持機構１２と共に物品吸着把持のために適した移動動作を行うことができる。ここでリミットスイッチ４３の設置される方向は図７のように下方向に限定する必要はない。リミットスイッチ４３の向く方向は任意に設定することができることを追記する。これらの方向は把持機構が探りあて機能に基づいて動作する方向に有効に設定されていればよい。

図８は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のサーミスタを用いた検知概要を示す概念図である。同図に示すように、物品を検知するセンサー機構は、サーミスタ（温度検知センサー）２３によって構成されている。サーミスタ２３は物品との接触により温度差を検知して物品を認識することができる。図６及び図７と同様に物品を感知することには変わりはない。しかしサーミスタ２３で最も特徴的なことは、感知される物品の特性にある。

サーミスタ２３は物品との接触と同時に物品の形状を認識することになるが、サーミスタ２３に一定の検知温度を付与限定することによって様々な物品の中から必要な物品を選択する機能を持つことができる。つまり多数の物品の中から例えば冷凍物のみを探りあて認識しピッキングしたい場合等に有効となる。本発明の一実施形態に係る物品探りあて把持装置のサーミスタ２３を用いた感知機能は、物品を選択選別して把持することができる。

一定の温度感知を制御機構１９から指示されたサーミスタ２３は一定の温度を有する物品のみを接触感知し、その物品情報を基に制御機構１９は吸着パッド１３を操作して物品を把持し、移載することになる。

図９は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の静電吸着盤を用いた吸着概要を示す概念図である。同図に示すように、上記までの吸着パッド１３の仕様を静電吸着盤２４に換えたものである。例えば静電吸着盤２４は表面が可撓性部材であれば物品との接触時に、静電引力による吸着力も機能し且つ物品表面を覆うように多面積にて接触し、エア吸引に換えて柔らかく柔軟に物品を把持する機能を有する。

図１０は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の電磁石を用いた把持概要を示す概念図である。同図に示すように、物品を感知するセンサー機能には電極を先端に有する導電プローブ２５を用いている。また吸着把持する仕様は吸着パッド１３に換えて電磁石２６である。破線内は導電ブローブ２５の機能概要を示している。先端のブローブに物品が接触することにより電気的に物品を感知する。

例えば把持移載される物品が磁性体仕様であれば、導電プローブ２５の物品接触感知と同時に例えば導電プローブ２５から一定電流を通じることにより、磁性体物品の磁性を喚起することができる。磁性体は電磁石２６である把持盤によって磁力吸着把持される。

本発明の一実施形態に係る物品探りあて把持装置の電磁石２６を用いた把持仕様であれば、図８におけるサーミスタ検知同様に、磁性体物品のみを選択感知し、把持移載することができる。つまり、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置は、センサー機能を自在に活用して物品の探りあて、物品の特性に応じて選別把持移載することを可能にする。

図１１は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のピックハンドを用いた把持機構概要を示す概念図である。同図に示すように、物品把持機構を吸着パッドに換えてピックハンド２８を用いている。ピックハンド２８は、その先端に複数の把持爪２９を有し、把持爪２９の開閉によって物品の表面を挟み込み把持する機能を有する。表面が軟質の物品や、布製物品、袋状物品などの把持に機能を発揮する。

図１１に示すように、例えばリミットスイッチ４３のプランジャ４４（図７破線部に示す。）で物品を感知し、且つ物品の外形状などの情報と共に軟質物品又は布製物品、袋状物品であることの感知情報も入手することができることにより、物品把持機構をピックハンド２８として選択することもできる。多数均等に配列されたピックハンド２８は、軟質物品、布製物品、不定形物品などを有効に把持移載することに機能を発揮する。

図１２は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の物品検知機能を投受光式光電管にした場合の概念図である。同図の破線部に示すように、投受光式光電管３０はその先端部が二つに分割されており片方が投光器３２、もう一方が受光器３１によって構成されており、その間隙を走る光３３の減衰を感知する。物品表面が投受光式光電管３０によって感知されることによって、上記と同様に物品認識情報を基に図１１と同様にピックハンド２８によって物品を把持移載することができる。またピックハンド２８と同様に物品把持機能を有する物品把持移載機構のひとつとして、エア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンド（フレキシブルマイクロアクチュエータ等）がある（図は省略する。）。エア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドは、中空の細いチューブを束ねて構成される略指状の可撓性部材からなり、その指状先端部の中空部は閉じられているため、中空内にエアを充填し各々のチューブエア圧の高低を制御することにより指状先端部を自在に曲げることができる。よって複数の束ねた略指状先端部を、各々自在にエア圧を調整することにより、あたかも人間の指のように自由に曲げ動かすことができる。この指状部を複数制御することにより人間の手のように物品を把持することができる。よって、このエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドを用いることによって、感知センサーによって認識された容器内の物品を把持し移載することができる。また、同様にエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドを用いて、前述のエア吐出機構のように、物品が少量になった際、容器内の隅に残る物品を感知把持し易くするために一定位置又は容器内中央部に移動させることもできる。エア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンド（フレキシブルマイクロアクチュエータ）は、本発明における物品把持移載機構に包含され、かつ前述の容器受け台及びエア吐出機構と同様の容器内物品移動機能をも併せ持つ。

図１３は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構部分の動きを示した概念図である。同図に示すように、例えば把持機構が、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置のマニピュレータ５は、原料ＢＯＸ２の中に把持機構１２が進入した際、例えば同図に示すようにＡの位置からＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの順に移動しながら（探り当てながら）内部の商品を吸着把持することができる。

把持機構１２は、最初の商品を吸着把持し、センサー感知して把持し、そして移載することができる。例えば球状の把持機構であれば、原料ＢＯＸのサイズが変更されても、原料ＢＯＸの内形状に合わせてマニピュレータ５の動きを、例えば上記Ａ〜Ｆの動作のようにプログラム設定するだけで対応することができる。本機能を以降「探り当て機能」と称する。

本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の先端器具である把持機構は、搬送ラインで用いる場合、搬送箱の投入口の大きさに合わせた面積の吸着ヘッド（おそらく長方形）又は略球形の吸着ヘッドに、例えば３０個の吸着口が設けられており、この吸着口は独立して空気の吸着コントロールが可能なものであり、吸着板が搬送箱に投入されると最初に商品に接触した吸着口のみがセンサーにより反応して吸着動作（他の吸着口はストップ）して商品に吸い付いて取り出しを行う。

上述したのは、搬送ラインで搬送箱に同一商品が入れられた箱が搬送されていると、その中から、１つだけ商品を素早く効率的に取り出す方法である。従来、この種のロボットアームに取り付けてある先端器具は、本発明と同じ吸着方式であっても、先端にはカメラ等のセンサー類が多数備えられ、これらを用いて、商品の位置を正確に割り出し、それから商品を把持するという「画像認識」「位置検出」そして「取り出し」の３度に渡る主工程を厳密なプログラムコントロールに従い作業を行うように規定されていた。

しかし、商品がそれなりのスピードで搬送されているラインで、このようにいちいち場所を確認しながら把持をしていたのでは、効率が悪く、スピードにおいても対応できない。

本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置は、ロボット自体は搬送ラインの横に置くマニピュレータタイプであっても、搬送ラインの上に設けたレールから吸着ヘッドを下ろす短軸タイプであっても、どちらでも対応できる。極めてシンプルな機械装置で対応できることになる。

図１４は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の動きを動作フロー図で示した概念図である。本図は、ピース把持移載ロボットの具体例を動作フローで示しており、把持機構の動作及び各動作におけるプログラム上の判断システムの事例を示している。

図１４では、把持機構の吸着パッド１３によって原料ＢＯＸ２の中の商品３を把持する動作フローをプロセスＡからプロセスＨの順で表している。プロセスＢで把持機構が商品に近接し、プロセスＣで商品を１つ吸着把持してプロセスＤで上昇しつつ重量等の検査を実施する。検査が合格であればプロセスＥで商品は集荷ＢＯＸ１に投入される。

例えば、プロセスＣと同じ段階であるプロセスＦのように複数商品を吸着把持してしまった場合は、プロセスＧの重量検査において、商品がひとつになるよう余分な商品の吸着を外す。重量等の検査で合格になった場合にプロセスＥに至る。検査ＮＧのコースは繰り返しの工程を示す。吸着パッドのエア圧を開放して余分な商品を落とす順番は、例えばヘッドの外側の商品から外すというように任意に設定すればよい。また重量検査でなく吸引エア圧により吸引する吸着盤の数から検査し、余分な商品の吸着を解除することにより成してもよい。

図１５は、本発明の一実施形態に係る物品把持移載装置の把持機構の動きを動作フロー図で示した概念図である。同図の破線内に示すように、略球状又は略多面体形状を有する把持機構は供給された商品ＢＯＸ内を移動しつつ商品を検知するいわゆる探り当て機能を有する。探り当て機能６については、図１３での説明の通りである。個々の吸着パッドが略球状の表面に配設されていることにより上下方向以外の方向に対して商品を検知することができる。

図１５に示すように、把持機構の吸着パッド１３によって原料ＢＯＸ２の中の商品３を把持する動作フローをプロセスＡからプロセスＨの順で表している。プロセスＢでヘッドが商品に近接し、プロセスＣで商品を１つ吸着把持してプロセスＤで上昇しつつ重量等の検査を実施する。検査が合格であればプロセスＥで商品は集荷ＢＯＸ１に投入される。

例えば、プロセスＣの段階でプロセスＦのように複数商品を吸着把持してしまった場合は、プロセスＧの重量検査において、商品がひとつになるよう余分な商品の吸着を外す。重量等の検査で合格になった場合にプロセスＥに至る。検査ＮＧのコースは繰り返しの工程を示す。吸着パッドを開放して余分な商品を落とす順番は例えばヘッドの外側の商品から外すというように任意に設定すればよい。

例えば把持機構は、図１３、図１５に示すように、把持すべき物品を自ら探し出す動作を行う機能、いわゆる「探り当て機能」６を有する。

探り当てるとは、探り当てる目的の物品又は商品との把持機構感知部の接触を介してその物品を認識検知し、目的物であるか否かを判定する作業を目的物が認識できるまで繰り返す作業の継続のことをいう。例えば画像認識やＩＲ又はＵＶ電磁波、超音波による判定は非接触検知であるが、温度、圧力、吸引圧力、重量等のセンサーによる認識は接触認識である。本発発明は、把持機構による作業であるが物品認識においては接触又は非接触について特に限定するものではない。物品又は商品の認識ができれば把持できることに変わりはないからである。

本発明に係る物品把持移載装置は、容器内の４隅等に残る残留商品までも残さず感知・把持・移載することができる。本発明に係る物品把持移載装置は、上述のように感知センサーと複数の真空吸着パッド等を具備し、最初に接触した商品を検知すると同時に把持し、移載することができ、かつ容器受け台の振動・傾斜又はエア噴射によって容器内隅に残留する商品までも一か所に集めて完全に感知・把持・移載することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、上記説明でのセンサー機構及び把持機構の個別部品仕様の違いを本発明の技術範囲外に許容するものではなく、本発明の技術思想内として包含するものである。つまりこれらはすべて、本技術思想の一部である。

上述したように、本願に係る発明によれば、物流集配拠点での他種物品の配送箱等の詰め替え移載において、高価なプログラム制御のロボットアームを使用せずに、容器の隅に残る残留商品までも簡易に選択し、把持し、移載することができる。また、物品の大きさ、重さ、外形、表面状態など態様に制約されずに把持移載することができるため、安全で作業性のよい物品移載が可能となり、経済効率も格段に向上させることの可能な物流集配拠点が実現される。

本発明は、物流集配拠点での商品の把持移載工程のみならず、あらゆる物品の把持移載に利用することができる。例えば、製造工程における組み付け部品の選択移載にも利用可能である。よって本願は、各種産業に対して大きな有益性をもたらすものである。

１ 集荷ＢＯＸ
２ 原料ＢＯＸ
３ 物品（商品）
４ 物品把握移載装置
５ マニュピレータ
６ 探り当て機能
７ 吸着ヘッド
８ 容器受け台
９ アーム
１０ バキュウム吸引センサ
１１ エア
１２ 把持機構
１３ 吸着パッド
１４ 振動台
１５ 傾斜台
１６ エア配管
１７ 真空吸引
１９ 制御機構
２０ エアノズル
２１ エア
２３ サーミスタ
２４ 静電吸着盤
２５ 導電プローブ
２６ 電磁石
２７ 導電プローブ概要
２８ ピックハンド
２９ 把持爪
３０ 投受光式光電管
３１ 受光器
３２ 投光器
３３ 光
４０ 光学センサー
４０Ａ 光電管
４１ 真空脱気システム
４２ 接触スイッチ
４３ リミットスイッチ
４４ プランジャ

Claims (5)

1. 同一物品が入れられた原料箱の中から把持するための物品の存在を確認するための確認手段としての物品を感知する感知センサー、物品を把持する把持機構、及び、プログラムによって予め決定された動作に係る位置を順に辿るように動く物品探り当て機能、を備えた物品把持移載機構であって、前記物品把持移載機構が前記原料箱に侵入し前記物品探り当て機構によって動いた後に前記感知センサーが最初の前記物品を感知することで前記物品把持移載機構が前記物品を探り当て、前記最初に感知された物品を前記把持機構によって把持して移載する、物品把持移載機構と、
   前記物品の入った容器を振動させ及び／若しくは傾斜させて前記物品を前記容器の中の一定の位置に移動させることのできる容器受け台、及び／又は前記容器内にエアを吹き付け前記物品を前記容器の中の一定位置に移動させることのできるエア吐出機構と、
   前記物品把持移載機構と、容器受け台及び／又はエア吐出機構とを制御する制御機構と
   を具備した物品把持移載装置。
2. 前記物品探り当て機能は、前記物品把持移載機構を、物品がランダムに納められた容器の中に近接しつつ、内部を右回りに外郭から中心に向けて略回転するように動く動作、あるいは、内部を中心から外側へと左回りに円弧を描きながら回転するように動く動作、もしくは、容器の内周を容器の内壁に沿うように辿り最終の内壁の後は内側に動く動作、のうちの少なくともいずれかをさせるものである、請求項１に記載の物品把持移載装置。
3. 前記感知センサーが、負圧センサー及び／若しくはレーザセンサー及び／若しくは紫外線センサー及び／若しくは赤外線センサー及び／若しくは可視光センサー及び／若しくはマイクロ波センサー及び／若しくは超音波センサーであることに特徴を有する請求項１若しくは２に記載の物品把持移載装置。
4. 前記感知センサーが、リミットスイッチ及び／若しくは温度センサー（サーミスタ）及び／若しくは導電プローブ及び／若しくは光電管及び／若しくは感圧センサー及び若しくは磁気センサーであることに特徴を有する請求項１若しくは２に記載の物品把持移載装置。
5. 前記物品把持移載機構が、真空吸引吸着機構及び／若しくは静電吸着パッド機構及び／若しくは電磁石機構及び／若しくはピックハンド機構及び／若しくはエア及び電動アクチュエータを用いた略指状のハンドであることに特徴を有する請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の物品把持移載装置。
   

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