JP7362311B2

JP7362311B2 - 把持装置

Info

Publication number: JP7362311B2
Application number: JP2019117219A
Authority: JP
Inventors: 晃川添; 哲也高富; 功木村; 武彦亀山
Original assignee: Daiwa Can Co Ltd
Current assignee: Daiwa Can Co Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: JP2021003745A

Description

この発明は、所定の箇所に載置された把持対象物を掴んで移動させる把持装置に関するもので

特許文献１には、カッターによって所定の形状に切断されたサンドイッチを掴んで後工程に移動させる装置の一例が記載されている。その装置は多関節型のロボットのアーム部に、ロータリーアクチュエータを介して把持対象物であるサンドイッチを挟み付けるトングを取り付けて構成されている。トングは一対のプレートによって構成されており、それらのプレートによってサンドイッチを、当該サンドイッチの上下方向での両側から挟み付け、かつ、各プレートによってサンドイッチを把持している状態で次工程にサンドイッチを移動させるように構成されている。サンドイッチを把持するときには、プレート同士の間隔を広げた状態でサンドイッチの下側に２枚のプレートのうちの一方のプレートを挿入し、その後、プレート同士の間隔を狭めてサンドイッチを把持するように構成されている。

特開２０１８－１２１５８号公報

上述した装置は、所定の形状に切断されたサンドイッチをトングによって掴んで次工程に移動させるものである。その把持と移動とに要する時間が長いと、サンドイッチの製造に要する時間が長くなってしまうので、迅速な把持や移動が要求される。しかしながら、トングによって急速にサンドイッチを掴むと、把持力が強くなってトングの把持の痕跡がサンドイッチに付いてしまうなどの可能性がある。また、一旦掴んだサンドイッチを迅速に離すために把持力を弱くすると、把持して移動させている間の遠心力や加速度による慣性力でサンドイッチがトングから離脱してしまう可能性がある。従来では、把持および移動の工程の高速化における上記のような課題に着目されておらず、トングによってサンドイッチを速やかに把持して後工程に移動させる点で改良の余地があった。

この発明は、高速で把持対象物を掴み、また離すことのできる把持装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、所定箇所に置かれている把持対象物の下側に挿入される第１把持片と、前記第１把持片が下側に挿入された前記把持対象物に上側から接近して前記第１把持片との間に前記把持対象物を挟み付ける第２把持片とが、前記所定箇所に対して上下方向に移動するベース部に取り付けられている把持装置であって、前記第１把持片と前記第２把持片とを、前記第１把持片と前記第２把持片との間の中心位置に対して移動させて互いに接近させる方向に動作するクローズ側アクチュエータと、前記第１把持片と前記第２把持片とを、前記中心位置に対して移動させて互いに離隔させる方向に動作するオープン側アクチュエータとを備え、前記第１把持片と前記第２把持片とは、前記第１把持片と前記第２把持片とが接近および離隔する方向での中心位置が前記ベース部の中心位置に対して前記第１把持片側にオフセットした状態で前記ベース部に保持されるとともに、前記第１把持片は、前記第１把持片と前記第２把持片との間隔が最も広くされた場合に、前記第１把持片の一部が前記ベース部の外縁部よりも外側に突き出ており、前記把持対象物の下側に挿入した前記第１把持片と前記第２把持片とを接近させて前記把持対象物を挟み付ける場合に、前記ベース部を前記所定箇所側に下降させて前記第１把持片が前記第２把持片に接近する動作をアシストするように構成されていることを特徴としている。

この発明では、前記一対の把持片は、互いに平行に配置された一対のプレートによって構成されていてよい。

この発明では、三次元的に動作可能なロボットアームと、前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、回転軸を中心にして回転するロータリーアクチュエータとを更に備え、前記ベース部は、前記ロータリーアクチュエータを介して前記ロボットアームに取り付けられており、前記回転軸と同軸上に、前記ベース部の中心が位置していてよい。

この発明によれば、互いに接近して把持対象物を挟み付ける一対の把持片のうち一方の把持片は、所定箇所に置かれている把持対象物の下側に挿入され、その状態で各把持片を接近させることにより、把持対象物を挟み付ける。その挟み付け動作は、クローズ側アクチュエータによって行うが、これに加えて、ベース部が把持対象物が置かれている所定箇所に向けて下降することにより、把持対象物の下側に挿入してある一方の把持片が、上側から把持対象物に接近する他方の把持片側に押される。すなわち、ベース部が下降することに伴って所定箇所が一方の把持片を上方向に押すことにより、把持片同士の接近すなわち把持対象物の挟み付けがアシストされ、その結果、把持対象物を従来になく速やかに把持することができ、また、装置を全体として高速化できる。

この発明に係る把持装置の一例を模式的に示す図である。図１におけるＡ矢視図である。図１におけるＢ矢視図であって、図３の（Ａ）は一対の把持片の間隔が狭い場合を示す図であり、図３の（Ｂ）は一対の把持片の間隔が広い場合を示す図である。この発明に係る把持装置によって把持対象物を把持する動作を模式的に示す図である。図４に示すＣ－Ｃ線矢視図である。

次に、この発明をより具体的に説明する。この発明に係る把持装置は、所定の箇所に置かれている把持対象物の下側に一対の把持片のうち、一方の把持片を挿入し、その一方の把持片と他方の把持片とによって把持対象物の上下方向での両側から把持対象物を把持するように構成されている。また、それらの把持片によって把持対象物を把持している状態で後工程に搬送し、後工程での所定の他の箇所に把持対象物を置いた状態で一対の把持片による把持を解除するように構成されている。把持対象物は、一例として食パンによって具材を挟み込んだサンドイッチであってよく、所定の箇所や所定の他の箇所はベルトコンベヤなどのコンベヤやテーブルなどであってよい。なお、以下に説明する実施例は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

図１は、この発明に係る把持装置の一例を模式的に示す図であり、図２は、図１におけるＡ矢視図であり、図３は、図１におけるＢ矢視図であって、図３の（Ａ）は一対の把持片の間隔が狭い場合を示す図であり、図３の（Ｂ）は一対の把持片の間隔が広い場合を示す図である。図１ないし図３に示す例における把持装置１は、三次元的に動作可能な多関節型のロボットアーム２の先端部２Ａにロータリーアクチュエータ３を介して取り付けられている。すなわち、把持装置１はロボットハンドであって、図１ないし図３に示すように、互いに平行に配置された一対の把持プレート４，５を備えた平行チャックとして構成されている。ロータリーアクチュエータ３は、回転中心軸線を中心として把持装置１を回転させることによって、把持装置１で把持するサンドイッチの姿勢あるいは向きなどに応じて各把持プレート４，５の向き（回転角度）を適宜に変更できるように構成されている。そのロータリーアクチュエータ３は把持装置１を回転させるためのアクチュエータとして、サーボモータを備えた電動式のロータリーアクチュエータ、あるいは、エアシリンダを備えた空気式のロータリーアクチュエータであってよい。

各把持プレート４，５は、この発明における把持片に相当しており、図２や図３に示すように、互いに平行に配置されており、それらの間に把持対象物であるサンドイッチを挟み付けて把持するようになっている。また、各把持プレート４，５のうち、第１把持プレート４を第２把持プレート５に接近または離隔させる長さと同じ長さ、第２把持プレート５を第１把持プレート４に接近または離隔させるように、ベース部６に各把持プレート４，５が設けられている。上記のベース部６を介してロボットアーム２の先端部２Ａに把持装置１が取り付けられている。

各把持プレート４，５を互いに接近させ、また、互いに離隔させるためのアクチュエータがベース部６に設けられている。そのアクチュエータは例えばエアシリンダであってよい。ここに示す例では、エアシリンダの両端部のそれぞれにエアチューブを介して空気ボンベやエアポンプなどの空気源（それぞれ図示せず）が接続されている。ピストンを挟んで一方側のシリンダが、圧縮空気が供給されることによって各把持プレート４，５を互いに接近させるクローズ側エアシリンダとなっており、他方側のシリンダが、圧縮空気が供給されることによって各把持プレート４，５を互いに離隔させるオープン側エアシリンダとなっている（それぞれ図示せず）。各エアチューブには空気源と各エアシリンダとを選択的に接続する図示しない切替弁がそれぞれ設けられており、それらの切替弁を制御してクローズ側エアシリンダあるいはオープン側エアシリンダに圧縮空気を供給することにより、ピストンを前後動させて各把持プレート４，５を互いに接近させ、また、互いに離隔させるようになっている。つまり、この発明に係る把持装置１は空気式の平行チャックとして構成されている。

さらに、各把持プレート４，５が互いに接近させられ、また離隔させられる方向でのベース部６の中心Ｃ１に対して、各把持プレート４，５が互いに接近させられ、また離隔させられる方向に、前記各把持プレート４，５の間隔の中心Ｃ２が予め定めた長さ、オフセットされている。図２や図３に示すように、各把持プレート４，５を互いに接近させまた離隔させる方向で、ベース部６の一方側に偏って各把持プレート４，５が設けられている。ベース部６の中心Ｃ１に対して各把持プレート４，５の間隔の中心Ｃ２をオフセットさせる量は、設計上、予め定めることができる。

また、ここに示す例では、各把持プレート４，５の間隔が最も狭められた状態では、各把持プレート４，５が互いに接近させられ、また離隔させられる方向においては、図２や図３の（Ａ）に示すように、ベース部６の外縁部６Ａよりも内側に各把持プレート４，５が位置するように構成されている。各把持プレート４，５の間隔が最も広げられた状態では、各把持プレート４，５が互いに接近させられ、また離隔させられる方向においては、図３の（Ｂ）に示すように、ベース部６の外縁部６Ａよりも外側に第１把持プレート４が位置するように構成されている。また、第２把持プレート５はベース部６の外縁部６Ａとほぼ同じ位置になるように構成されている。

各把持プレート４，５の形状について説明すると、図１に示すように、各把持プレート４，５の先端部には、各把持プレート４，５の長さ方向に対して鋭角に傾斜する傾斜部７が形成されている。そのため、各把持プレート４，５の先端部は、ベース部６側の後端部と比較して幅が狭くつまり細くなっている。これは、サンドイッチの下側に各把持プレート４，５を挿入しやすくするためである。また、各把持プレート４，５には、傾斜部７から前記長さ方向に窪んだ凹部８が形成されている。これは、後述する後工程において、サンドイッチを把持している把持プレート４，５ごと、包装材の内部にサンドイッチを挿入した場合に、凹部８から臨む包装材を介してサンドイッチを押さえ付け、かつ、その状態で、把持プレート４，５による把持を解除して包装材から各把持プレート４，５を引き抜くためである。

次に、この発明に係る把持装置１の作用について説明する。以下に説明する例は、食パンの間に具材を挟み込んだサンドイッチをカッターによって切断して商品サンドイッチを得る切断装置に適用した例である。図４は、この発明に係る把持装置１によってサンドイッチを把持する動作の一例を連続的に示す図であり、図５は、図４に示すＣ－Ｃ線矢視図である。図４および図５に示すように、ベルトコンベヤなどのコンベヤ９によって一定方向に水平にサンドイッチＷ１が搬送される。そのサンドイッチＷ１を切断するカッター１０がコンベヤ９の上方に配置されている。カッター１０によってサンドイッチＷ１を切断すると、２つの商品サンドイッチＷ２が得られるため、図４に示すように、コンベヤ９の両側に各商品サンドイッチＷ２を把持する把持装置１がそれぞれ配置されている。また、カッター１０に対して各把持プレート４，５の先端部が干渉することを抑制するために、カッター１０に対して各把持プレート４，５の傾斜部７が互いに平行な状態を維持して接近および離隔するように、各把持装置１が配置されている。つまり、各把持装置１は図４に示すように、コンベヤ９に対して斜めに配置され、かつ、コンベヤ９を挟んで互いに向かい合って配置されている。

コンベヤ９によって搬送されるサンドイッチＷ１の位置がカメラなどの適宜のセンサ（図示せず）によって取得される。把持装置１およびカッター１０が待機位置にある状態で、サンドイッチＷ１がコンベヤ９に載って把持装置１による把持動作の開始位置に移動してくると、把持装置１が取り付けられているロボットアーム２が図示しないコントローラによって動作させられる。なお、待機位置にある把持装置１を図４および図５に符号「I 」で記載してある。

待機位置に把持装置１がある場合における把持装置１の姿勢や向きについて説明する。コントローラによってロータリーアクチュエータ３が制御され、第２把持プレート５の下方に第１把持プレート４が配置されるように把持装置１が回転させられる。また、各把持プレート４，５はコンベヤ９と互いに平行にされる。更に、コントローラによってロボットアーム２が制御され、各把持プレート４，５の先端部がコンベヤ９側に向けられると共に、カッター１０と各把持プレート４，５の傾斜部７とが互いに平行になるように把持装置１の向きが変更される。また、コンベヤ９の上方に把持装置１の各把持プレート４，５が配置され、それ以外の部分はコンベヤ９の幅方向で外側に配置される。これらは後述するように、第１把持プレート４をコンベヤ９に押し付けるためである。さらに、各把持プレート４，５の間隔（以下、チャック間距離と記す。）は予め定めたチャック間距離よりも広げられる。その予め定めたチャック間距離は、各把持プレート４，５が互いに接近させられ、また離隔させられる方向において、ベース部６の外縁部６Ａよりも外側に第１把持プレート４を位置させることができ、かつ、サンドイッチＷ１の高さよりも長いチャック間距離となっている。これは実験などにより予め定めることができる。なお、待機位置に把持装置１がある場合には、オープン側エアシリンダは例えば大気開放されており、特には圧縮空気は供給されていない。そのため、クローズ側エアシリンダに対して圧縮空気を供給すると、各把持プレート４，５を互いに接近させてサンドイッチＷ１を把持できるようになっている。

把持動作の開始位置にサンドイッチＷ１が到達すると、把持装置１は上述した姿勢や向きを維持した状態でロボットアーム２によってコンベヤ９に向けて下降させられる。コンベヤ９に第１把持プレート４が接触すると、把持装置１の下降が一旦、停止させられる。コンベヤ９に第１把持プレート４が接触させられ、把持装置１の下降が一旦、停止させられた状態を図４に符号「II」で記載してある。なお、把持装置１の下降は停止しているが、把持装置１はコンベヤ９によるサンドイッチＷ１の搬送速度と同じ速度でサンドイッチＷ１と共に移動しており、そのため、搬送方向での把持装置１とサンドイッチＷ１との相対速度差はほぼない状態になっている。

次いで、ロボットアーム２によってサンドイッチＷ１に向けて各把持装置１が前進させられ、サンドイッチＷ１の下側に第１把持プレート４が挿入される。チャック間距離はサンドイッチＷ１の高さよりも長いから、第２把持プレート５は図４および図５に符号「III」で示すように、サンドイッチＷ１の上方に位置する。なお、サンドイッチＷ１の下側に第１把持プレート４を挿入した状態では、把持装置１はカッター１０の下方に位置している。つまり、カッター１０の下方にサンドイッチＷ１が到達した時点で、サンドイッチＷ１の下側に第１把持プレート４が挿入された状態となるように、コンベヤ９によるサンドイッチＷ１の搬送速度、把持動作の開始位置、把持装置１の動作速度などがそれぞれ設定されている。

ここでカッター１０について説明すると、カッター１０は例えば超音波カッター１０であり、全体として矩形状をなし、下端エッジ部が直線状の切り刃となっている。カッター１０は、その切り刃がサンドイッチＷ１の搬送方向に一致するように配置されている。なお、切り刃の刃渡り（長さ）は、サンドイッチＷ１の搬送方向でのサンドイッチＷ１の長さより長く、したがって切り刃の前端部および後端部がサンドイッチＷ１の中に入り込まないようになっている。

サンドイッチＷ１の下側に第１把持プレート４が挿入されると、サンドイッチＷ１を把持するため、チャック間距離が短くされる。具体的には、把持装置１のオープン側エアシリンダが大気開放されている状態でクローズ側エアシリンダに圧縮空気が供給される。これに加えて、クローズ側エアシリンダに圧縮空気を供給することによってチャックを閉じる動作（以下、クローズ動作と記す。）をアシストするため、ロボットアーム２による把持装置１の下降が再開される。つまり、コンベヤ９に第１把持プレート４を押し付けて各第１把持プレート４と第２把持プレート５とを互いに接近させる。コンベヤ９に第１把持プレート４を押し付けると、コンベヤ９に第１把持プレート４を押し付ける力に対する反力が第１把持プレート４に作用する。その反力によって第１把持プレート４が第２把持プレート５に向けてストロークさせられ、また、第１把持プレート４のストローク量と同じストローク量、第２把持プレート５が第１把持プレート４に向けてストロークさせられる。こうしてオープン側エアシリンダから空気が押し出される。

チャック間距離がサンドイッチＷ１の高さとほぼ同じ長さ、あるいは、短くなることによってサンドイッチＷ１が把持されると、把持装置１の下降が停止される。また、クローズ側エアシリンダへの圧縮空気の供給が停止されると共に、各シリンダからの空気の排出が停止される。つまり、チャック間距離は、サンドイッチＷ１の高さとほぼ同じ長さ、あるいは、短い長さに維持される。なお、把持装置１はサンドイッチＷ１の搬送速度と同じ速度でサンドイッチＷ１と共に移動している。コンベヤ９に第１把持プレート４を押し付けることによって第１把持プレート４に作用する反力が上述した外力に相当している。

また、図示しない昇降装置によってカッター１０が下降させられ、各把持プレート４，５によってサンドイッチＷ１が把持されるのとほぼ同時に、カッター１０によるサンドイッチＷ１の切断が開始される。カッター１０による切断が終了したときには、商品サンドイッチＷ２は各把持プレート４，５によって把持されている。この状態を図４および図５に符号「IV」で記載してある。

次いで、各把持プレート４，５によって把持されている商品サンドイッチＷ２が後工程に搬送される。この状態を図４および図５に符号「V」で記載してある。後工程は例えば、商品サンドイッチＷ２を包装材１１によって包装する包装工程であって、その包装工程では、商品サンドイッチＷ２は各把持プレート４，５ごと包装材１１の内部に挿入される。そして、凹部８から臨む包装材１１を介して商品サンドイッチＷ２をその厚さ方向での両側から挟み付ける。この状態で、オープン側エアシリンダに圧縮空気を供給し、クローズ側エアシリンダを大気開放することによって各把持プレート４，５による商品サンドイッチＷ２の把持を解除する。また、ロボットアーム２によって包装材１１から各把持プレート４，５が引き抜かれる。

上述したように、この発明に係る把持装置１では、クローズ側エアシリンダに圧縮空気を供給してクローズ動作を行う場合に、コンベヤ９に第１把持プレート４を押し付けることによって各把持プレート４，５とを互いに接近させてオープン側エアシリンダから空気を押し出す。これにより、クローズ動作をアシストしている。また、ベース部６の中心Ｃ１に対して各把持プレート４，５の間隔の中心Ｃ２がオフセットされているため、各把持プレート４，５のストローク量を大きくでき、これによりクローズ動作のアシスト量を大きくできる。その結果、サンドイッチＷ１を把持するクローズ動作を従来になく、速くできる。またこれにより把持装置１の全体としてラインスピードを向上できる。

なお、この発明は上述した実施例に限定されないのであり、各把持プレート４，５を互いに接近させ、また、互いに離隔させるためのアクチュエータは、エアシリンダに替えてモータであってもよい。つまり、この発明に係る把持装置１は空気式の平行チャックに替えて、いわゆる電動式の平行チャックであってもよい。また、オープン側エアシリンダと空気源とを接続するオープン側のエアチューブに急速排気弁を設けてもよい。このような構成であれば、上述したようなクローズ動作を行うときに、急速排気弁を設けない場合と比較して、オープン側エアシリンダからの空気の排出をより速やかに行うことができる。

１…把持装置、４…第１把持プレート（把持片）、５…第２把持プレート（把持片）、６…ベース部、６Ａ…ベース部の外縁部、Ｃ１…ベース部の中心、Ｃ２…一対の把持プレートの間隔の中心、Ｗ１…サンドイッチ。

Claims

所定箇所に置かれている把持対象物の下側に挿入される第１把持片と、前記第１把持片が下側に挿入された前記把持対象物に上側から接近して前記第１把持片との間に前記把持対象物を挟み付ける第２把持片とが、前記所定箇所に対して上下方向に移動するベース部に取り付けられている把持装置であって、
前記第１把持片と前記第２把持片とを、前記第１把持片と前記第２把持片との間の中心位置に対して移動させて互いに接近させる方向に動作するクローズ側アクチュエータと、
前記第１把持片と前記第２把持片とを、前記中心位置に対して移動させて互いに離隔させる方向に動作するオープン側アクチュエータとを備え、
前記第１把持片と前記第２把持片とは、前記第１把持片と前記第２把持片とが接近および離隔する方向での中心位置が前記ベース部の中心位置に対して前記第１把持片側にオフセットした状態で前記ベース部に保持されるとともに、
前記第１把持片は、前記第１把持片と前記第２把持片との間隔が最も広くされた場合に、前記第１把持片の一部が前記ベース部の外縁部よりも外側に突き出ており、
前記把持対象物の下側に挿入した前記第１把持片と前記第２把持片とを接近させて前記把持対象物を挟み付ける場合に、前記ベース部を前記所定箇所側に下降させて前記第１把持片が前記第２把持片に接近する動作をアシストするように構成されている
ことを特徴とする把持装置。
請求項１に記載の把持装置であって、
前記一対の把持片は、互いに平行に配置された一対のプレートによって構成されている
ことを特徴とする把持装置。
請求項１または２に記載の把持装置であって、
三次元的に動作可能なロボットアームと、
前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、回転軸を中心にして回転するロータリーアクチュエータとを更に備え、
前記ベース部は、前記ロータリーアクチュエータを介して前記ロボットアームに取り付けられており、
前記回転軸と同軸上に、前記ベース部の中心が位置している
ことを特徴とする把持装置。