JP2012201432A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送元と搬送先の載置面の高さが異なってもワークが載置面に着地するアームの昇降位置を把握できる把持装置の提供にある。
【解決手段】把持装置２０は一対のアーム２１の下端にワークＷの載置面までの距離（アーム高さｈ）を測定する測距センサ４０を備える。把持装置２０はワークＷを把持するときの把持高さをメモリに記憶しておく。ワークＷを載置面ｆに載置する際は、測距センサ４０にて検出するアーム高さｈとメモリに記憶した把持高さを比較してアームの昇降位置を把握する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ワークを把持する把持装置に関する。

従来、把持装置によりワークを把持して所定場所へワークを搬送することが行われている。搬送先では、ワークを降ろす際にワークに衝撃を与えることなく円滑に着地させることが求められている。そこで、例えば、特許文献１では、無人搬送車の所定の高さ位置に光電センサを配置している。特許文献１では、無人搬送車がロール（ワーク）を一定のストロークリフトダウンさせる際に、光電センサがロールの下面を検出し、ロールの下面から床面までの荷降ろしのリフトダウンストロークを決定している。

また、例えば、特許文献２では、移送物（ワーク）を把持するサイドクランプ部を昇降させるフォークリフトにおいて、移送物に当接する当接部と当接部を支持する腕部がリニアガイドにより相対移動可能に構成されている。さらに、当接部に突起が設けられ、腕部にリミットスイッチが設けられている。そして、荷降ろしの際には、移送物が載置面に接触し当接部と腕部の相対移動の距離が所定寸法に達したことを突起とリミットスイッチで検知している。このように、リミットスイッチの切り替わりを検知しサイドクランプ部の下降を停止させることで移送物を載置面に確実に接触させている。

特開２００５−２９３５７号公報 特開２００１−３４１８０７号公報

特許文献１に開示された無人搬送車では、一定高さの床面にワークを降ろすことは円滑に行える。しかしながら、搬送元と搬送先の床面高さが異なる場合や棚などの所定高さ位置には対応できず、床面高さに応じた円滑な着地ができないという問題がある。一方、特許文献２に開示されたフォークリフトでは、異なる高さの載置面でも移送物を着地させることができる。しかし、当接部と腕部の相対移動が所定寸法に達したことを検出するため移送物が載置面に接触した瞬間を検知できない。つまり移送物が載置面に接触するか昇降位置を正確に把握できないという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、搬送元と搬送先の載置面の高さが異なってもワークが載置面に着地するアームの昇降位置を把握できる把持装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、ワークを把持するアームと、アームを昇降するアーム昇降手段と、ワークが載置される載置面に対するアームの相対高さを検出するアーム高さ検出手段と、載置面に載置されたワークを把持したときにアーム高さ検出手段により検出されたアームの相対高さより得られる把持高さを記憶する把持高さ記憶手段と、把持高さ記憶手段に記憶した把持高さとアーム高さ検出手段により検出されるアーム高さとを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アーム高さ検出手段でワークを載置させる載置面からのアームの相対高さを検出し、アーム高さを把持高さ記憶手段に記憶させたワークを把持したときの把持高さとを比較手段で比較することができ、ワークが載置面に接触するアームの昇降位置かを搬送先の載置面高さに応じて把握できる。

さらに本発明は、上記の把持装置において、把持装置は、ワークを把持したときに検出した載置面からのアームの相対高さを把持高さとすることを特徴とする。これにより、把持高さを直接検出でき、より簡易な構成となる。

さらに本発明は、上記の把持装置において、比較手段により、把持高さ記憶手段に記憶した把持高さとアームをアーム昇降手段により下降させるときにアーム高さ検出手段により検出されるアーム高さとを比較し、把持高さとアーム高さが等しいと判断した場合にアームの下降を停止する制御手段を有することを特徴とする。これにより、比較手段により把握したワークが載置面に接触する位置に合わせてアームの下降を停止するので、ワークに衝撃を与えることなく円滑に荷降ろしすることができる。

またさらに、本発明のアームは、一対のアームであり、アームには、ワークに当接する一対の把持プレートと、アームに把持プレートを接続して支持し、把持プレートがアームに近接するとき把持プレートを上方へ揺動させ、把持プレートがアームから離隔するときに把持プレートを下方へ揺動させるリンク機構とを備えたことを特徴とする。これによると、リンク機構により把持プレートが上下に揺動されるため、ワークを把持するときに把持プレートがアームに近接しワークをわずかに持上げることができる。またワークを載置するときに把持プレートがアームから離隔して下方に揺動するのでワークをわずかに下降させて載置面へ緩やかに着地させることができる。

なお、本発明は、アーム高さ検出手段をアームの下端に設け、アーム昇降手段は、リンク機構により把持プレートがアームに対し上方へ揺動した垂直移動量だけ更にアームを下降させても良い。これにより、リンク機構によりワークが上方に揺動してもワークを載置面に着地させてから把持を解除することができる。

また、本発明は、アーム高さ検出手段を把持プレートの下端に設けても良い。これにより、リンク機構によりワークがアームに対し上下に揺動する垂直移動量を含めてアーム高さ検出手段によってアーム高さを検出できる。

本発明は、搬送元と搬送先の載置面の高さが異なってもワークが載置面に着地するアームの昇降位置を把握できる把持装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る把持装置を有したクランプリフトの側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る把持装置の概要を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る把持装置の概要を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る把持装置の荷役作業を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る把持装置の荷役作業を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る把持装置の荷役作業を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る把持装置の荷役作業を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る把持装置の荷役作業を示す正面図である。 本発明の変更例に係る把持装置の概要を示す正面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る把持装置について図に基づいて説明する。
図１に示すようにクランプリフト１には、車両の前方にマスト３が設けられている。マスト３には、マスト３を昇降させるための油圧シリンダ７が備えられている。マスト３の前面には、ブラケット１０を介してアーム２１を有した把持装置２０が前方に延出して設けられている。なお、マスト３および油圧シリンダ７はブラケット１０および把持装置２０を上下に昇降させるためのアーム昇降手段である。

把持装置２０は図２に示すように、一対のアーム２１と一対の把持プレート２２を有する。一対の把持プレート２２は、対向する左右一対のアーム２１の間に設けられている。アーム２１は矩形の板状であり、アーム２１の長手方向は、クランプリフト１の車両前後方向に一致する。アーム２１の後端部は、ブラケット１０に設けられたアクチュエータ１５に接続されている。アクチュエータ１５を駆動すると、一対のアーム２１は左右方向にアーム２１の間隔を変更する。なお、アクチュエータ１５は、例えばシリンダ式またはボールネジ式を用いることができる。

アーム２１の前端部および後端部付近には、対向するアーム２１の内側へ向かって起立したフランジ部２１Ａが設けられている。各フランジ部２１Ａには、２つの貫通孔がそれぞれ設けられている。各貫通孔にはピン２３が挿通されている。４本のピン２３には、４つのリンクバー３５の一端がそれぞれ回転可能に支持されている。また、フランジ部２１Ａの上下中央のやや下よりの位置には、突起部２１Ｂが設けられている。突起部２１Ｂにはコイルばね３０がその一端を支持されている。なお、リンクバー３５、ピン２３によりリンク機構が構成されている。また、本実施形態のコイルバネ３０は引張りばねである。

リンクバー３５の他端は把持プレート２２に設けられたフランジ部２２Ａにピン２３を介して回動可能に接続されている。また、コイルばね３０の他端は、フランジ部２２Ａの上下中央のやや上よりの位置に設けられた突起部２２Ｂに支持されている。把持プレート２２はフランジ部２２Ａのピン２３およびリンクバー３５を介してアーム２１に対し上下に揺動可能に支持されている。アーム２１には、図３に示すようにフランジ部２１Ａにストッパ２１Ｃが設けられている。ストッパ２１Ｃは、リンクバー３５を所定の角度より下側に回転しないよう規制している。本実施形態のストッパ２１Ｃは、リンクバー３５を水平面から上方に約３０度傾いた位置より下側への回転を規制する。

把持プレート２２は、アーム２１の内側に隙間を有している。把持プレート２２は、リンクバー３５、ピン２３、ストッパ２１Ｃによりアーム２１に接続され支持されている。把持プレート２２は、ワークなどに当接してアーム２１側へ押されたときに、リンクバー３５、ピン２３によりアーム２１に近接する。さらにリンクバー３５が上方へ傾動すると把持プレート２２がアーム２１に対し上方へ揺動する。把持プレート２２がアーム２１側へ押される力が取り除かれると、把持プレート２２はアーム２１に対し下方に揺動するとともにアーム２１から離隔する。

片方のアーム２１には、前方の下端部に測距センサ４０が設けられている。ここでは光学式の測距センサを使用する。測距センサ４０は、アーム２１の下端からアーム下方の面までの距離、つまりワークが載置される面に対するアームの相対高さを測定することができるアーム高さ検出手段である。なお、測距センサ４０は、図１に示すクランプリフト１の車体に設けられた制御装置５０に接続されている。制御装置５０は、測距センサ４０で検出されたアーム２１の下端から床面までの距離、つまりアーム２１の高さを一時的に記憶するメモリ５０Ａを有する。メモリ５０Ａは把持高さ記憶手段である。また、制御装置５０は、クランプリフト１のアクチュエータ１５を含む各部の駆動を制御するものである。本実施形態の制御装置５０は、メモリ５０Ａに記憶されたアーム２１の高さと、測距センサ４０により検出されるアーム高さを比較する比較手段でもある。

次に本実施形態の把持装置２０による荷役作業について説明する。なお、ここでは、搬送元の載置面である床面Ｆに載置されたワークＷを搬送先の載置面ｆに搬送する場合を説明する。
図２に示すワークＷを把持装置２０にて把持して所定の搬送先へ搬送する場合、まずクランプリフト１を搬送元のワークＷの正面に揺動する。次に、アクチュエータ１５を駆動して一対のアーム２１の間隔をワークＷの幅より大きく広げる。そして、クランプリフト１を前進させて、アーム２１の把持プレート２２をワークＷの側面に対向して位置させる。次にアクチュエータ１５を駆動し一対のアーム２１の間隔を狭めていく。

一対のアーム２１の間隔を狭めていくと、図４に示すように左右の把持プレート２２がワークＷの側面に当接する。そして更にアーム２１の間隔を狭めていくと、図５に示すように把持プレート２２がリンクバー３５によりアーム２１に対し上方へ揺動してワークＷを把持しつつ持上げる。コイルばね３０は把持プレート２２を下方へ戻すよう付勢する。そのため把持プレート２２にはワークＷを側面から把持する力が発生する。ワークＷを把持しリンクバー３５にて持上げるとき、ワークＷは床面Ｆから５ミリ程度上昇する。ワークＷの上昇高さはリンクバー３５の長さおよびリンクバー３５の傾動可能な角度によって決定されるものである。

図５に示すように、リンクバー３５によりワークＷを持上げて把持装置２０がワークＷの把持を完了したとき、制御装置５０は、測距センサ４０で検出している距離（把持高さＨ）をメモリ５０Ａに記録する。このときの把持高さＨは、床面Ｆ（載置面）とアーム２１との相対距離（相対高さ）である。その後、油圧シリンダ７を伸長してマスト３を上昇させて、アーム２１（把持装置２０）を床面Ｆから所定高さまで上昇させる。このときの所定高さは、例えば１メートル程度で良い。

次に、ワークＷを把持した状態で搬送先へクランプリフト１を走行させる。搬送先に到着したら、図６に示すように床や棚などのワークＷの載置する載置面ｆの高さより高い位置に把持装置２０を昇降させる。そしてクランプリフト１を前進させてワークＷを載置面ｆの上方に位置させる。次に、油圧シリンダ７を駆動し把持装置２０を下降させると、アーム２１およびワークＷが載置面ｆへと接近する。ここで、測距センサ４０にてアーム２１の下端と載置面ｆとの距離（アーム高さｈ）を検出する。なお、本実施形態では、アーム２１の下降開始とともに測距センサ４０でアーム高さｈを測定し始める。そして、制御装置５０は、メモリ５０Ａに記録されたワークＷを把持したときのアーム２１の把持高さＨと、下降中のアーム２１のアーム高さｈを比較する。

測距センサ４０は、アーム２１の下降中にアーム高さｈの検出を続ける。制御装置５０は、把持高さＨと下降中のアーム高さｈが同じになるまで比較を継続する。制御装置５０は、把持高さＨとアーム高さｈが同じ値となると、油圧シリンダ７の駆動を停止し、把持装置２０の下降を止める。すると、ワークＷは、載置面ｆに対し把持したときにリンクバー３５により持上がり、５ミリ程度の高さとなる。そしてアクチュエータ１５を駆動してアーム２１の左右の間隔を緩やかに広げる。一対のアーム２１の間隔が広がると、ワークＷの荷重によりリンクバー３５が徐々に水平方向に傾動する。リンクバー３５の傾動に伴い把持プレート２２はアーム２１に対し下降する。把持プレート２２が下降するとワークＷは載置面ｆへと緩やかに接近する。

さらにアーム２１間の距離を広げリンクバー３５がストッパ２１Ｃに当接するまで傾動させる。するとワークＷは載置面ｆに着地した状態となる。そして、アクチュエータ１５によりアーム２１の間隔をさらに広げる。すると、搬送先の載置面ｆにワークＷを載置でき、搬送が完了する。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ワークＷを把持するときの把持高さＨをメモリ５０Ａに記憶し、ワークＷを搬送先の載置面ｆに載置する際に測距センサ４０で検出したアーム高さｈと比較することで、ワークＷが載置面ｆに着地するアーム２１の高さ位置を把握することができる。
（２）制御装置５０は、把持高さＨとアーム高さｈを比較して同じ値になったときにアーム２１の下降を止めるため、ワークＷに載置面ｆとの衝突によるダメージを与えることなく載置面ｆに円滑に着地させることができる。

（３）測距センサ４０はアーム２１と載置面ｆとの距離（アーム高さｈ）を検出するため、ワークＷを把持した床面ＦとワークＷを載置する載置面ｆの高さが異なっていても、載置面ｆの高さに合わせてワークＷを円滑に着地させることができる。そして、制御装置５０に床面Ｆや載置面ｆの高さなどを予め設定しておく必要が無い。また、載置面ｆの高さ変更に伴う設定変更も不要である。
（４）測距センサ４０は把持装置２０に１つ設ければ良く、把持装置２０の部品点数およびコストの増加を最小限に抑えることができる。

（５）測距センサ４０でアーム高さｈを検出してワークＷが載置面ｆに当接する位置でアーム２１の下降を停止するので、作業に不慣れな初心者でもワークＷにダメージを与えることなく搬送作業が行える。
（６）測距センサ４０によりアーム高さｈを検出するので、作業者が載置面ｆおよびワークＷの下降状況を目視で確認できない状況でもワークＷにダメージを与えず載置できる。また目視で確認する必要がないので作業者の負担を軽減できる。

（７）把持装置２０は、把持プレート２２およびリンクバー３５を用いたので、ワークＷを把持すると同時に持上げることができる。また、ワークＷを載置するときは、ワークＷを緩やかに降ろすことができ、より一層円滑な載置が可能である。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る把持装置６０について説明する。
把持装置６０は、第１の実施形態の把持装置２０に測距センサ４０を追加している。図７に示すように、測距センサ４０は一対のアーム２１の両方にそれぞれ設けている。測距センサ４０は、左右で同じ物を用いており、アーム２１への取付け位置も同じである。２つの測距センサ４０はともに制御装置５０に接続されている。

次に本実施形態の把持装置６０による荷役作業について説明する。なお、ここでは、図７に示す床面Ｆ（載置面）に載置されたワークＷを図８に示す棚Ｔの載置面ｆにおける端部付近に載置する場合について説明する。

まず、作業者はクランプリフト１を操作して、図７に示すように把持装置６０でワークＷを把持して持上げる。把持する手順については第１の実施形態と同様である。ワークＷを一対の把持プレート２２で把持するとともに床面Ｆからわずかに上昇させる。そして、このときの測距センサ４０で一対のアーム２１から床面Ｆまでの距離（把持高さＨＲ、ＨＬ）をメモリ５０Ａに記憶する。

そして、図８に示すように搬送先の棚ＴへとワークＷを搬送する。作業者はクランプリフト１を操作して把持装置６０を棚Ｔの載置面ｆより高く昇降させ、棚Ｔの指定の載置場所の上方へワークＷを位置させる。本実施形態では、把持装置６０は棚Ｔの端部にワークＷを載置する。棚Ｔの端部に載置する場合、図８に示すように一方（右側）のアーム２１は載置面ｆの上方に位置する。しかし、他方（左側）のアーム２１は、棚Ｔの端部より側方に位置する。そのため、他方（左側）のアーム２１に設けられた測距センサ４０は、棚Ｔの載置面ｆを検出できず、床面Ｆまでの距離（アーム高さｈＬ）を検出する。

制御装置５０は、左右一対の測距センサ４０が検出するアーム高さｈＲ、ｈＬが異なるとき、作業者に通知する。すると作業者は、載置面ｆおよびその他の異常かどうかを目視にて確認する。異常ではない場合に載置を続行するときは、作業者は左右一対の測距センサ４０のどちらかの検出値を使用するか選択する。本実施形態では、一方（右側）の測距センサ４０により検出した値を用いるよう決定する。

制御装置５０は、作業者が選択した測距センサ４０の検出値（アーム高さｈＲ）を用いてアーム２１の下降を開始する。そして、制御装置５０は、メモリ５０Ａに記憶された把持高さＨＲ、ＨＬとアーム高さｈＲを比較して、アーム高さｈＲが把持高さＨＲ、ＨＬと同じになったとき、アーム２１の下降を停止する。そして、第１の実施形態と同様に、アクチュエータ１５によりアーム２１を広げてリンクバー３５を下方へ傾動させる。リンクバー３５の傾動とともに把持プレート２２が下降して、ワークＷが棚Ｔの載置面ｆに緩やかに着地する。さらにアーム２１を広げワークＷの搬送を完了する。

本実施形態では、第１の実施形態の効果（１）から（７）に加え、以下の効果を得る。
（８）一対のアーム２１に測距センサ４０をそれぞれ設けたため、両側でアーム２１の高さを検出することができる。
（９）制御装置５０は、左右それぞれの測距センサ４０による検出値が大きくことなる場合は、作業者に通知するので、載置面ｆに異常がある場合に誤って載置作業を続けることなくワークＷにダメージを与える虞がない。

（１０）左右の測距センサ４０で検出値が大きく異なる場合でも、作業者はどちらかの検出値を選択して載置作業を続行することができるので、棚Ｔの載置面ｆの端部やパレットの端部など載置する場所を有効に活用することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に本発明の変更例について説明する。
○上記実施形態では、把持高さＨとアーム高さｈとを比較し、同じ値となったときにアーム２１の下降を止めたが、把持高さＨとアーム高さｈの差が所定値以下になったときにアーム２１の下降を停止しても良い。また差が小さくなるにつれ下降速度を低下させても良い。

○測距センサ４０は、アーム２１の前方下端に設けたが、アーム２１の側面や後方でも載置面ｆまでの距離を測定できる位置であれば良い。
○測距センサ４０は、光学式に限らない。アーム２１の下端に設ける場合には近接センサなど多種のセンサを用いることができる。

○測距センサ４０は、図９に示すように把持プレート２２に設けても良い。把持プレート２２に設けることで、ワークＷを把持するときにリンクバー３５でワークＷが上昇する高さも把握することができる。
○把持装置２０、６０は把持プレート２２を備えなくても良い。アーム２１で直接ワークＷを把持しても良い。

○制御装置５０に床面や棚の高さを予め登録しておき、測距センサ４０での検出値が登録データと大きく異なる場合などに載置面に障害物が有りなどの異常と判断しても良い。
○リンクバー３５によりワークＷが上方へ揺動した垂直方向の垂直移動量だけ更にアーム２１を下降させても良い。この場合、把持高さＨからさらにリンクバー３５による持上げ分を下降させることで、ワークＷを載置面ｆに着地させてから把持を解除することができる。

○第２の実施形態において、２つの測距センサ４０を設けたが、３つ以上設けても良い。また、複数の測距センサ４０で載置面の傾斜を把握しても良い。
○第２の実施形態において、ワークＷを把持する際に把持高さＨＲ、ＨＬが異なる場合にも作業者に通知し、異常でない場合はどちらかの値を選択しメモリ５０Ａに記憶しても良い。

○第１の実施形態および第２の実施形態において、測距センサ４０は把持完了時におけるアーム２１から床面Ｆまでの距離を検出して把持高さとして記憶したが、これに限らない。予め既定したアーム２１の基準高さから床面Ｆまでの距離をメモリ５０Ａに記憶しておき、把持完了時のアームの相対高さを用いることができる。アーム２１がアーム２１の基準高さからの下降したか下降量を算出して把持高さを得ても良い。

○把持プレート２２は、リンクバー３５、ピン２３による支持に限らない。アーム２１に傾斜した長孔を設けて把持プレート２２側のピン２３を挿通しても良い。長孔を用いても把持プレート２２をアーム２１に対し上下に揺動でき、近接離隔可能である。
○本発明の把持装置２０、６０はフォークリフトに限らず、ハンドリフトや自動倉庫のスタッカクレーンなどに適用しても良い。

１ クランプリフト
３ マスト
７ 油圧シリンダ
１０ ブラケット
１５ アクチュエータ
２０ 把持装置
２１ アーム
２１Ａ フランジ部
２１Ｂ 突起部
２１Ｃ ストッパ
２２ 把持プレート
２２Ａ フランジ部
２２Ｂ 突起部
２３ ピン
３０ コイルばね
３５ リンクバー
４０ 測距センサ
５０ 制御装置
５０Ａ メモリ
６０ 把持装置
Ｆ 床面
ｆ 載置面
Ｔ 棚
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. ワークを把持するアームと、
   前記アームを昇降するアーム昇降手段と、
   前記ワークが載置される載置面に対する前記アームの相対高さを検出するアーム高さ検出手段と、
   載置面に載置された前記ワークを把持したときに前記アーム高さ検出手段により検出された前記アームの相対高さより得られる把持高さを記憶する把持高さ記憶手段と、
   前記把持高さ記憶手段に記憶した把持高さと前記アーム高さ検出手段により検出されるアーム高さとを比較する比較手段とを備えたことを特徴とする把持装置。
2. 前記把持装置は、前記ワークを把持したときに検出した前記載置面からの前記アームの相対高さを前記把持高さとすることを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
3. 前記把持装置は、前記比較手段により、前記把持高さ記憶手段に記憶した把持高さと前記アームを前記アーム昇降手段により下降させるときに前記アーム高さ検出手段により検出されるアーム高さとを比較し、前記把持高さと前記アーム高さが等しいと判断した場合に前記アームの下降を停止する制御手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の把持装置。
4. 前記アームは、一対のアームであり、
   前記アームには、前記ワークに当接する一対の把持プレートと、
   前記アームに前記把持プレートを接続して支持し、前記把持プレートが前記アームに近接するとき前記把持プレートを上方へ揺動させ、前記把持プレートが前記アームから離隔するときに前記把持プレートを下方へ揺動させるリンク機構とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の把持装置。
5. 前記アーム高さ検出手段は、前記アームの下端に設けられ、
   前記アーム昇降手段は、前記リンク機構により前記把持プレートが前記アームに対し上方へ揺動した垂直移動量だけ更に前記アームを下降させることを特徴とする請求項４に記載の把持装置。
6. 前記アーム高さ検出手段は、前記把持プレートの下端に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の把持装置。

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