JP7263809B2 - 保持機構及び搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、保持機構及び搬送装置に関し、特に、物品を保持して搬送するために用いる保持機構及び搬送装置に関する。

従来、種々の物品を搬送するため、例えば、特許文献１に開示される物品保持装置が提案されている。特許文献１の物品保持装置は、物品の上面を吸着保持する吸着保持体と、吸着保持体にて吸着保持された物品を両側方から挟持する挟持体とを備えている。

特開２０１３－３９６４４号公報

特許文献１においては、挟持体が両側方から物品を挟持するものの物品を下方から支える構成がないものである。このため、物品保持装置全体を移動させるときに、吸着保持体での吸着保持力が十分でないと、移動時の加速や慣性によって吸着保持体が物品から離れて脱落する等の問題が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、吸着部で上面が吸着された物品を安定して保持することができる保持機構及び搬送装置を提供することを目的の一つとする。

本発明における一態様の保持機構は、上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、物品の上面を吸着する吸着部と、前記吸着部による物品の保持を補助する保持補助状態と該保持補助状態を解除する退避状態とを切替可能な保持補助部とを備え、前記保持補助部は、回転支持軸と、前記保持補助状態時に、物品に当接する押さえ部材と、前記押さえ部材を付勢するばね部材とを備え、前記回転支持軸は、前記押さえ部材を回転させることで前記保持補助部の前記保持補助状態と前記退避状態とを切替可能に設けられ、前記押さえ部材は、前記保持補助状態時に、物品の水平方向における最外周縁よりも内側かつ該最外周縁の上端よりも下方で物品の側部と当接し、前記ばね部材は、一端側が前記押さえ部材の先端側に固定され、少なくとも前記押さえ部材が水平になる位置まで前記押さえ部材の先端が物品に接近する斜め上方への力を発揮することを特徴とする。

また、本発明における一態様の保持機構は、上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、物品の上面を吸着する吸着部と、前記吸着部による物品の保持を補助する保持補助状態と該保持補助状態を解除する退避状態とを切替可能な保持補助部とを備え、前記保持補助部は、回転支持軸と、前記保持補助状態時に、物品に当接する押さえ部材と、前記押さえ部材を付勢するばね部材とを備え、前記回転支持軸は、前記押さえ部材を回転させることで前記保持補助部の前記保持補助状態と前記退避状態とを切替可能に設けられ、前記押さえ部材は、前記保持補助状態時に、物品の水平方向における最外周縁で物品の側部と当接し、少なくとも一部が前記最外周縁よりも内側かつ該最外周縁の上端よりも下方に配置され、前記ばね部材は、一端側が前記押さえ部材の先端側に固定され、少なくとも前記押さえ部材が水平になる位置まで前記押さえ部材の先端が物品に接近する斜め上方への力を発揮することを特徴とする。

本発明における一態様の搬送装置は、前記保持機構と、該保持機構を移動させることで前記吸着保持した物品を搬送可能とする移動機構とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、吸着で上面が吸着された物品に対して押さえ部材が上述のように当接及び配置されるので、吸着部で吸着された物品に対して斜め下方から上方向に向かって押さえる力を作用させることができる。これにより、保持機構の移動によって物品に力が加わっても、吸着部が物品の上面から離れて吸着不良になることを防止でき、物品を安定して保持することができる。

実施の形態に係る保持機構の概略斜視図である。 実施の形態に係る保持機構の一部を断面視した正面図である。 吸着部で物品を吸着する直前を示す説明図である。 吸着部で物品を吸着した直後を示す説明図である。 保持補助部で物品を押さえる直前を示す説明図である。 他の形状をなす物品を保持した場合の図２と同様の正面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。また、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」は、各図において矢印で示した方向を基準として用いる。但し、各構成の向きは、一例にすぎず、任意の向きに変更することができる。

図１は、実施の形態に係る保持機構の概略斜視図である。図２は、実施の形態に係る保持機構の一部を断面視した正面図である。図１及び図２は、保持機構が物品を保持した状態（保持補助状態）を示す。図１及び図２に示すように、保持機構１は、後方に設けられて上下方向に沿う支持プレート２と、支持プレート２の前面に固定された昇降機構３とを備えている。支持プレート２は、不図示の搬送装置における多関節アーム等のロボットアームや２軸或いは３軸の移動装置、レール等の移動機構に接続される部分であり、物品Ｗを保持して搬送するために用いられる。従って、本実施の形態の保持機構１と、上記移動機構と備えて搬送装置を構成することができる。

ここで、本実施の形態の保持機構１で保持する物品Ｗは、一例として、上面視概略円形の弁当容器とする。本実施の形態の物品Ｗは、下部の収容部Ｗａと、収容部Ｗａの上方を閉塞する蓋部Ｗｂとを備えている。物品Ｗの側面であって蓋部Ｗｂの外周側には、つば部Ｗｃが外方に突出するように形成される。収容部Ｗａの側面は、下端から上方に向かうに従って拡がるテーパ状の傾斜面によって形成されている。ここで、物品Ｗの収容部Ｗａの下面（底面）外縁と、蓋部Ｗｂの上面外縁との間における物品Ｗの側方領域全てが物品Ｗの側部とされる。従って、かかる側部には、該外縁、つば部Ｗｃ、収容部Ｗａの傾斜面が含まれる。

昇降機構３は、前面のスライダ３ａを上下方向に移動させる１軸ロボット等によって構成され、スライダ３ａには、その前面から概略斜め前下方向に延在するブラケット４が固定されている。ブラケット４の下面にはハンド部１０が接続され、スライダ３ａの上下移動によってブラケット４及びハンド部１０が上下に移動可能となっている。

ハンド部１０は、概略円形板状に形成されて水平方向に向けられるベースプレート１１と、ベースプレート１１の下面側における面内中央領域に設けられた吸着部１２（図１では不図示）とを備えている。ベースプレート１１の上面側には、水平方向に向けられた接続板１３が複数の支持棒１４を介して連結され、接続板１３がブラケット４の下面に接続されてハンド部１０が支持される。

吸着部１２は、ベースプレート１１の下方に設けられて吸盤状若しくは蛇腹状をなす複数の吸着パッド１２ａを備えている。吸着部１２では、例えば、吸着パッド１２ａが前後及び左右の４箇所に並んで設けられている。各吸着パッド１２ａには、後述する吸引源に連通するホース（何れも不図示）が接続され、これらを通じた吸引によって吸着パッド１２ａの下面となる吸着面に負圧を生じさせて物品Ｗを上面側から吸着保持できるようになる。

保持機構１にあっては、吸着部１２による物品Ｗの保持を補助する保持補助状態と該保持補助状態を解除する退避状態とを切替可能な保持補助部２０を更に備えている。保持補助部２０は、上面視で左右方向に長い方形状に形成された枠体２１を備えている。枠体２１は、細長い板状となる前枠２２、後枠２３、左枠２４及び右枠２５を備え、上下両側を開放するように形成されている。後枠２３は、コ字状の連結部材２６（図２では不図示）を介して昇降機構３の左右両側で支持プレート２に連結されている。従って、昇降機構３によってハンド部１０を上下に移動させても、該移動によって保持補助部２０（枠体２１）は移動せず、ハンド部１０（吸着部１２）が保持補助部２０に対して独立して昇降可能となる。

保持補助部２０は、物品Ｗの側方から当接する左右一対の押さえ部材２８を有している。押さえ部材２８は、概ね板状に形成されて前後方向に沿って延出する形状を備えている。また、図１及び図２に示す物品Ｗを保持した状態において、押さえ部材２８は、左右方向にて物品Ｗに接近するに従って下降する傾斜方向に向けられている。

ここで、押さえ部材２８において、物品Ｗと対向する側の面を表面とし、反対側の面を裏面とする。押さえ部材２８は、その上端寄りの位置で回転支持軸３０を介して回転可能に支持されている。具体的には、押さえ部材２８の表面における上側に、軸受体２８ａが隆起した状態で形成され、かかる軸受体２８ａに回転支持軸３０が貫通して配設されている。回転支持軸３０の両端部は、前枠２２及び後枠２３に連結されている。押さえ部材２８は、回転支持軸３０を中心位置として、下端を左右方向に揺動する方向に回転可能に設けられている。これにより、吸着部１２で吸着した物品Ｗに対し押さえ部材２８の下端側を離間接近する方向に回転可能となっている。

押さえ部材２８は、その表面側であって軸受体２８ａの下方における概略全領域に装着される緩衝シート３１を備えている。緩衝シート３１は、ゴム等の弾性体によって形成され、物品Ｗとの接触による衝撃を緩和するよう作用する。

押さえ部材２８は、ばね部材３２によって付勢されている。ばね部材３２は、引張りばねによって構成され、各押さえ部材２８の前後両側に設けられている。

ばね部材３２は、一端（上端）が上固定軸３３を介して枠体２１に固定されている。上固定軸３３は、前後方向に延在して前枠２２及び後枠２３の内面側に固定され、１本の上固定軸３３に前後に配置された２体のばね部材３２の上端側が固定される。

また、ばね部材３２は、他端（下端）が下固定軸３４を介して押さえ部材２８に固定されている。具体的には、押さえ部材２８の裏面下側に、軸保持体２８ｂが隆起した状態で形成され、かかる軸保持体２８ｂに下固定軸３４が貫通して配設されている。下固定軸３４は、前後方向に延在して押さえ部材２８の前後両側に突出しており、１本の下固定軸３４に前後に配置された２体のばね部材３２の下端側が固定される。ばね部材３２は、少なくとも押さえ部材２８が水平になる位置まで、押さえ部材２８の下端（先端）が物品Ｗに接近する斜め上方への力を発揮する。

保持補助部２０は、ばね部材３２による回転方向とは反対方向に押さえ部材２８を駆動する駆動機構３６を左右両側に備えている。駆動機構３６は、エアシリンダ等によって構成される。具体的には、駆動機構３６は、左枠２４、右枠２５の外面側に固定されるシリンダ本体３６ａと、シリンダ本体３６ａに挿入されて左右方向に移動するロッド３６ｂと、ロッド３６ｂに先端に設けられたローラ３６ｃとを備えている。

駆動機構３６は、ローラ３６ｃ及びロッド３６ｂを退避位置と押圧位置（図３参照）とに移動させるようロッド３６ｂを駆動させる。退避位置では、図２に示すようにローラ３６ｃが押さえ部材２８の裏面から離れるようにロッド３６ｂが配置される。押圧位置では、図３に示すようにローラ３６ｃが押さえ部材２８を押し込むようにロッド３６ｂが配置される。押圧位置におけるローラ３６ｃの押さえ部材２８に対する接触位置は、回転支持軸３０より上方位置とされる。駆動機構３６での押圧位置による押し込みによって、押さえ部材２８が概略鉛直方向に沿うように配置される。

ここにおいて、押さえ部材２８を回転可能に支持する回転支持軸３０、押さえ部材２８を物品Ｗに接近する方向の力を作用させるばね部材３２、該方向と反対方向に押さえ部材２８を駆動する駆動機構３６によって押さえ部材２８を駆動する回動部が構成される。

続いて、本実施の形態の保持機構１が物品を保持する際の動作及び保持機構１を用いた搬送方法について、図２ないし図５を参照して説明する。図３は、吸着部で物品を吸着する直前を示す説明図である。図４は、吸着部で物品を吸着した直後を示す説明図である。図５は、保持補助部で物品を押さえる直前を示す説明図である。なお、図２は、保持補助部で物品を押さえた状態を示す。

本実施の形態の搬送方法では、先ず、吸着工程が実施される。図３に示すように、吸着工程を実施する前においては、駆動機構３６のロッド３６ｂ及びローラ３６ｃが押圧位置とされ、左右の押さえ部材２８が鉛直方向に向くように配置される（退避状態）。

吸着工程では、予め、搬送元のケースＣ１内に配置された物品Ｗの前後及び左右方向の座標値を取得しておき、この座標値に基づき、不図示のロボットアーム等によって保持機構１が物品Ｗの上方に移動されてから位置決めされる。この位置決めによって、物品Ｗの上面中央領域から上方に離れた位置に吸着部１２が配置される。

この位置決め後、昇降機構３が駆動されてブラケット４及びハンド部１０が下降される。かかる下降によって、吸着部１２も下降され、図４に示すように、吸着部１２の吸着パッド１２ａが物品Ｗの上面に接触する高さ位置にてハンド部１０の下降が停止される。

吸着パッド１２ａが物品Ｗの上面に接触されると、不図示の吸引源と連通した吸着部１２の吸着パッド１２ａにて負圧を生じさせて物品Ｗの上面が吸着保持される。物品Ｗが吸着保持された後、図５に示すように、昇降機構３が駆動されてブラケット４及びハンド部１０が上昇される。かかる上昇によって吸着部１２及び吸着部１２に保持された物品Ｗも上昇され、物品Ｗが左右の押さえ部材２８の間に位置する高さ位置でハンド部１０の上昇が停止される。このとき、ケースＣ１の上方に物品Ｗが取り出された状態となる。

吸着工程が実施された後に、吸着部１２による物品Ｗの吸着保持を保持補助部２０により補助する保持補助工程が実施される。保持補助工程では、図２に示すように、駆動機構３６の駆動によって押さえ部材２８の裏面からローラ３６ｃが離れる退避位置にロッド３６ｂが移動される。これにより、ばね部材３２の引張力によって押さえ部材２８が回転支持軸３０を中心として回転される。この回転によって、物品Ｗの左右の側方から押さえ部材２８が斜め上方に回動するよう変位して物品Ｗに接近する。そして、押さえ部材２８（緩衝シート３１）の先端が物品Ｗの収容部Ｗａにおける傾斜した側面（側部）を当接位置Ｔとして当接する。この当接によって、ばね部材３２及び押さえ部材２８によって物品Ｗの斜め下方向から上向きの持ち上げる力が作用して物品Ｗを下方から押さえつつ、左右方向から挟み込んで左右方向の変位も規制するようになる。このように、吸着部１２による物品Ｗの吸着保持が押さえ部材２８によって補助され、保持補助部２０が退避状態から保持補助状態に切替可能となる。

ここで、図示の物品Ｗにおいて水平方向における最外周縁はつば部Ｗｃの外縁となり、当接位置Ｔは、つば部Ｗｃの外縁より内側かつ該外縁の上端よりも下方となる。このように当接して物品Ｗの保持を補助した状態で、押さえ部材２８の上端側は水平方向にて物品Ｗの外側に配置され、押さえ部材２８の下端側は水平方向にて物品Ｗの内側に配置される。言い換えると、押さえ部材２８は、水平方向にて物品Ｗの外側から当接位置Ｔを跨って下方内側に配置される。

保持補助工程が実施された後に、ロボットアームの駆動によって保持機構１を移動して物品Ｗを移送させる移送工程が実施される。移送工程では、先ず、図２に示した状態から保持機構１を搬送先（仕分先）に向かって保持機構１を移動させる。このとき、保持機構１は水平方向や垂直方向に移動されるが、水平移動時には物品Ｗの慣性によって物品Ｗが傾いて揺動しようとする。しかしながら、吸着部１２で物品Ｗの上面を吸着しつつ、押さえ部材２８で左右方向から挟むように物品Ｗを押さえるので、物品Ｗの水平移動による揺動（振れ）が規制される。

また、垂直方向への移動時には、その加速や減速時に物品Ｗの慣性によって物品Ｗが吸着部１２から離れる力が作用する。しかしながら、押さえ部材２８が下方から上方に向かう力によって物品Ｗを押さえるので、吸着部１２から物品Ｗが離れて吸着不良となることを防止できる。

移送工程による物品Ｗの搬送先は、ロボットアームの可動範囲内にて搬送元のケースＣ１から所定距離離れたものとされる。ここでは、説明の便宜上、図２から図５を用いて説明すべく、搬送先のケースを符号「Ｃ２」とし、ケースＣ１の符号に括弧書きにて併記する。図２に示すように、ロボットアーム等によって保持機構１及び保持機構１で保持される物品ＷはケースＣ２の上方位置へと水平方向に移動されて位置決めされる。

次いで、図５に示すように、駆動機構３６の駆動によって、ローラ３６ｃで押さえ部材２８の裏面を押圧する押圧位置にロッド３６ｂが移動される。これにより、押さえ部材２８が回転支持軸３０を中心として回転され、左右の押さえ部材２８が物品Ｗの水平方向での最外周縁より左右両側（外側）に離れて鉛直方向に向くように配置される。これによって、保持補助部２０が保持補助状態から退避状態に切替可能となる。その後、図４に示すように、昇降機構３が駆動されてブラケット４及びハンド部１０が下降される。かかる下降によって、吸着部１２も下降され、図４に示すように、吸着部１２で吸着された物品ＷがケースＣ２の底部上に載置された状態でハンド部１０の下降が停止される。

そして、吸着パッド１２ａへの負圧供給が解除されて吸着部１２による物品Ｗの吸着保持が解除され、図３に示すように、昇降機構３が駆動されてブラケット４及びハンド部１０が上昇されて物品Ｗの移送が完了される。続いて、保持機構１は、搬送元となるケースＣ１上にて次に搬送される物品Ｗの上方に移動して位置決めされる。

以上のように、本実施の形態においては、吸着部１２で物品Ｗの上面を吸着保持してから、保持補助部２０の押さえ部材２８で吸着保持された物品Ｗを斜め下方から持ち上げる方向に押さえることができる。これにより、物品Ｗを下方から押さえつつ、左右方向から挟み込むことができ、保持機構１全体の移動によって物品Ｗが吸着部１２から離れる力や物品Ｗが揺動する力が作用しても、吸着パッド１２ａから物品Ｗの上面から離れることを回避することができる。この結果、吸着不良の発生を防止して物品Ｗを安定して保持することができ、ひいては、搬送速度の高速化にも対応し易くなる。

また、押さえ部材２８を上記のように回転させて物品Ｗに離間接近する方向に変位させるので、例えば、図６に示すような物品Ｗ２にあっても、上述した物品Ｗと同様に押さえ部材２８で押さえることができる。図６の物品Ｗ２にあっては、物品Ｗに比べ、左右幅が大きく上下高さが小さくなり、鉛直方向に対する押さえ部材２８の角度がθ１（図２参照）からθ２に小さくなる。また、押さえ部材２８との当接位置Ｔがつば部Ｗｃの最外周縁となって変わるものの、物品Ｗと同様に押さえ部材２８による押さえ力を作用させることができる。

本実施の形態では、吸着部１２で保持して保持補助部２０まで上昇した物品Ｗの側部が、図５に示す押さえ部材２８の回転領域Ａ内に入る全ての物品に対して押さえ部材２８による押さえ力を作用させることができる。従って、種々の形状の物品Ｗに対し、押さえ部材２８が当接して吸着部１２による物品Ｗの吸着保持を補助できるようになり、優れた汎用性を発揮することが可能となる。

また、押さえ部材２８を板状に形成したので、図３等に示すように鉛直方向に向けたときの左右幅をできるだけ小さくして装置全体のコンパクト化を図りつつ軽量化を図ることができる。

また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

上記実施の形態では、保持する物品Ｗを弁当容器としたが、保持機構１によって吸着保持できる物品であれば、上面視方形の箱状にする等、何ら限定されるものでない。例えば、サンドイッチやパン、弁当等の他の食品、各種の電気機器、装置、それらの部品としたり、弁当容器以外の箱やトレイによって梱包されたものとしたりしてもよい。更に、押さえ部材２８が物品Ｗを押さえる箇所は、物品Ｗの側部であれば他の部位としてもよい。

また、上記実施の形態では、押さえ部材２８を回転させる構成としたが、これに限定されるものでなく、物品Ｗの側部に対して離間接近する方向にスライド移動する構成としてもよい。

また、押さえ部材２８の設置数及び設置箇所は、左右の２箇所に限定されるものでない。物品Ｗの形状や吸着部１２での吸着位置等に応じ、前後及び左右の４箇所としたり、上面視で１２０°間隔毎の３箇所としたりし、設置数を増減したり、設置箇所を変更したりしてもよい。

また、保持補助部２０の駆動機構３６をシリンダとしたが、上記と同様に押さえ部材２８を回転できる限りにおいて、直動モータ等の構成に変更してもよい。

１ 保持機構
１２ 吸着部
２０ 保持補助部
２８ 押さえ部材
３０ 回転支持軸
Ｔ 当接位置
Ｗ 物品
Ｗ２ 物品

Claims (6)

1. 上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、
   物品の上面を吸着する吸着部と、
   前記吸着部による物品の保持を補助する保持補助状態と該保持補助状態を解除する退避状態とを切替可能な保持補助部とを備え、
   前記保持補助部は、回転支持軸と、前記保持補助状態時に、物品に当接する押さえ部材と、前記押さえ部材を付勢するばね部材とを備え、
   前記回転支持軸は、前記押さえ部材を回転させることで前記保持補助部の前記保持補助状態と前記退避状態とを切替可能に設けられ、
   前記押さえ部材は、前記保持補助状態時に、物品の水平方向における最外周縁よりも内側かつ該最外周縁の上端よりも下方で物品の側部と当接し、
   前記ばね部材は、一端側が前記押さえ部材の先端側に固定され、少なくとも前記押さえ部材が水平になる位置まで前記押さえ部材の先端が物品に接近する斜め上方への力を発揮することを特徴とする保持機構。
2. 上面側から物品を吸着保持する保持機構であって、
   物品の上面を吸着する吸着部と、
   前記吸着部による物品の保持を補助する保持補助状態と該保持補助状態を解除する退避状態とを切替可能な保持補助部とを備え、
   前記保持補助部は、回転支持軸と、前記保持補助状態時に、物品に当接する押さえ部材と、前記押さえ部材を付勢するばね部材とを備え、
   前記回転支持軸は、前記押さえ部材を回転させることで前記保持補助部の前記保持補助状態と前記退避状態とを切替可能に設けられ、
   前記押さえ部材は、前記保持補助状態時に、物品の水平方向における最外周縁で物品の側部と当接し、少なくとも一部が前記最外周縁よりも内側かつ該最外周縁の上端よりも下方に配置され、
   前記ばね部材は、一端側が前記押さえ部材の先端側に固定され、少なくとも前記押さえ部材が水平になる位置まで前記押さえ部材の先端が物品に接近する斜め上方への力を発揮することを特徴とする保持機構。
3. 前記押さえ部材は、前記退避状態時に、前記水平方向における前記最外周縁よりも外側に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の保持機構。
4. 前記押さえ部材は対になって設けられ、それぞれの前記押さえ部材に前記ばね部材が固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の保持機構。
5. 前記押さえ部材は、板状に形成されて前記回転支持軸と平行に延出する形状を備え、延出する方向の両側に前記ばね部材が設けられることを特徴とする請求項４に記載の保持機構。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の保持機構と、
   前記保持機構を移動させることで前記吸着保持した物品を搬送可能とする移動機構とを備えていることを特徴とする搬送装置。

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