JPH0723122B2 - ロボットを用いた箱詰方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボットを用いて、４面が規制された外箱内
に中箱を一定の順序で、且つ一定の収納パターンに従っ
て積付ける方法に関する。

〔従来の技術〕

ロボットを用いて、４面が規制された外箱内に中箱を積
付ける方法として特開昭60−197529号に開示される方法
が従来より知られている。この方法は、緩衝機構を備え
たハンドに中箱を把持せしめて、積付ける目標位置付近
までは中箱を直線的に移動させ、ついで、目標位置付近
に達したら中箱を螺旋状に旋回されながら移動させて目
標位置に到達させるというものである。この方法によれ
ば、既に積付けた中箱が正規の積付け位置よりずれてい
ても、現在積付けようとしている中箱の螺旋移動中に当
該中箱と既に積み付けた中箱とが接触して既に積付けて
いた中箱の位置が矯正されるとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述の従来の方法では、積付ける中箱同士
を接触させるものであるので、緩衝機構を備えていると
はいえハンドに把持した中箱が外れるという問題がある
のは否めない事実である。

また、外箱の内寸とこの中に収める中箱の寸法とに余裕
がない場合に、外箱の内壁すれすれに収める中箱につい
ては中箱の姿勢制御とロボットの位置決め精度をかなり
の高精度で制御しなければ、外箱内壁と中箱とが接触し
て中箱の把持が外れたり、把持姿勢が悪くなったりし
て、中箱適正にを外箱の中に収めることができないが、
上述の従来の方法ではかかる問題に対処できないもので
あった。

本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、外箱
の内寸とこの中に収める中箱の外寸法とに余裕がない場
合であっても、これを確実に箱詰めすることのできる方
法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、ロボットを用い
て、規制された外箱内に複数の中箱を一定の順序で多段
且つ多行多列に箱詰めする方法において、各段の箱詰行
列における最終行，最終列以外の中箱の積付けグループ
Ａと、最終行且つ最終列の中箱の積付けグループＤと、
該グループＤを除く最終行の積付けグループＢと、前記
グループＤを除く最終列の積付けグループＣの４つのグ
ループに箱詰用の前記中箱を分類し、ついで前記ロボッ
トにより前記中箱の天部を吸着把持せしめるとともにこ
れを作動せしめて、前記グループＡの中箱についてはこ
れを積付け位置に対し斜め上方から直線動作で移動せし
めて箱詰めし、グループＢの中箱についてはこれを積付
け姿勢よりも該各積付け列の中心側に天部を傾斜させた
姿勢で積付け位置の上部空間へ中箱底面の一部を挿入さ
せ、しかる後該中箱を積付け姿勢に起こして直線動作に
よって箱詰めし、グループＣの中箱についてはこれを積
付け姿勢よりも該各積付け行の中心側に天部を傾斜させ
た姿勢で積付け位置の上部空間へ中箱底面の一部を挿入
させ、しかる後該中箱を積付け姿勢に起こして直線動作
によって箱詰めし、グループＤの中箱についてはこれを
積付け姿勢よりも前記外箱の中心側に天部を傾斜させた
姿勢で積付け位置の上部空間へ中箱底面の一部を挿入さ
せ、しかる後該中箱を積付け姿勢に起こして直線動作に
よって箱詰めすることをその要旨とする。また、前記中
箱の天部を吸着把持するに際し、吸引装置に接続される
真空吸着手段と該真空吸着手段から延出する支持板とを
備えるロボットハンドを用い、前記真空吸着手段に中箱
の天部を吸着把持せしめ、且つ前記支持板に前記中箱の
側部を支持せしめるようにしてもよい。

〔作用〕

本発明の構成によれば、順次所定位置に供給される中箱
の天部をロボットにより吸着把持して外箱の上方へ搬送
させ、これを外箱内に積付けるのであるが、外箱内への
積付け位置が最終行，最終列以外のグループであるグル
ープＡの中箱の積付けについては、積付け位置の周辺が
十分に空いているため把持した中箱を積付け位置に対し
斜め上方から直線動作で移動せしめることにより、何の
支障もなく箱詰めされる。

また、積付け位置の空間が三方の面に囲まれている、グ
ループＤを除く最終行の積付けグループであるグループ
Ｂの中箱については、まず、積付け姿勢よりも当該各積
付け列の中心側にその天部を傾斜せしめ、ついでその姿
勢で積付け位置の上部空間に中箱底面の一部を挿入せし
め、しかる後該中箱を積付け姿勢に起こし、直線動作に
よって箱詰めする。すなわち、この作動により、前記積
付け位置の上部空間に挿入された底面の一部を中心とし
て中箱は回転され、当該空間上部に中箱底面全体が無理
なく挿入される結果、外箱の内寸が適正である限り、中
箱は無理なく積付け位置に収められる。このことは、グ
ループＣの中箱についても同様である。

また、積付け位置の空間が四方の面に囲まれている、最
終行且つ最終列の中箱の積付けグループであるグループ
Ｄの中箱については、まず、積付け姿勢よりも前記外箱
の中心側にその天部を傾斜せしめ、ついでその姿勢で積
付け位置の上部空間へ中箱底面の一角を挿入させ、しか
る後該中箱を積付け姿勢に起こして直線動作によって箱
詰めする。この場合もグループＢと同様に中箱は無理な
く積付け位置に収められる。

以上のように本願発明によれば、外箱の内壁すれすれに
収められる中箱について、まず、中箱の底面全体を積付
け位置の空間上部に挿入し、その後これを積付け位置に
押し込むので、外箱の内寸とこの中に収める中箱の寸法
とに余裕がない場合であっても、無理なくこれを詰める
ことができる。

さらに、中箱の天部を吸着把持するに際し、吸引装置に
接続される真空吸着手段と該真空吸着手段から延出する
支持板とを備えるロボットハンドを用い、前記真空吸着
手段に中箱の天部を吸着把持せしめ、且つ前記支持板に
前記中箱の側部を支持せしめるようにすれば、真空吸着
盤による吸着力の作用方向に対し傾いた荷重を支持板で
受けることができるので、外力に対して安定した吸着把
持ができ、安定した箱詰めができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図から第14図に基づいて説明す
る。第１図は外箱内に中箱が積付けられた状態を表わす
平面図で図に示す様に列方向にｎ個、行方向にｍ個の中
箱ｂが外箱ａに積付けられる。この中箱ｂを隅から一定
の順序で箱詰めする作業をロボットに行なわせるのに本
発明では以下の方法で行なわせる。

まず第１図に示すように、中箱を積付けた状態を外箱の
上方から見て、各段の最終行且つ最終列の中箱をグルー
プＤ、グループＤを除く最終行の中箱をグループＢ、グ
ループＤを除く最終列の中箱をグループＣ、それら以外
の中箱をグループＡとして、４つのグループに分類す
る。そして、分類された各グループは同一の積付動作で
ロボットによる積付制御を行うものである。

このように、中箱の積付パターンとして、少く共この４
つに分類することにより箱詰ロボットの制御を簡略化
し、かつオフラインティーチングを可能にする箱詰ロボ
ットの制御方法を提供するものである。

次に分類された各グループの中箱の積付動作について説
明する。

中箱切り出し供給装置により所定位置に供給される中箱
ｂをロボットハンドにより吸着把持し、外箱ａの中央上
方へ搬送させた後、第２図から第５図に示す積付け動作
経路の通過点を経由することにより中箱の箱詰めを行な
う。

まずグループＡについては、第２図（ここでは２行１列
目の積付けを示す）に示す様にロボットハンドで吸着把
持した中箱ｂを一旦目標とする積付け位置から中箱ｂの
高さ寸法の略1/2、長さ寸法の略1/2、幅寸法の略1/2の
余裕を持させたP1点の位置へ移動させ（第２図
（ａ））、次に積付け目標位置へ以前に積付けられた中
箱ｂを押し付けるように直線動作で挿入させる（第２図
（ｂ））。次にグループＢについては、第３図（ここで
は、４行１列目の積付けを示す。）に示す様に中箱ｂを
一旦目標とする積付け位置から列方向へ中箱ｂの幅寸法
の略1/2手前で、且つ水平方向に対し、ω≒60゜の傾き
を持たせたPO点の位置へ移動させ（第３図（Ｃ））、次
に前回積付けた中箱ｂと外箱ａの横内壁の隙間に中箱ｂ
の先端部を本実施例では中箱の高さ寸法の略1/10をこじ
り入れる様に、P1点の位置へ移動（第３図（ｄ））させ
た後、積付け目標位置へ該中箱ｂを直線動作で挿入させ
る（第３図（ｅ））。

更にグループＣについては、第４図（ここでは１行４列
目の積付けを示す。）に示す様に、中箱ｂと一旦目標と
する積付け位置から行方向へ中箱ｂの長さ寸法の略1/2
の位置で、且つ水平方向に対して≒30゜の傾きを持た
せたPO点へ移動させ（第４図（ｆ））、次に前回積付け
た中箱ｂと外箱ａの奥内壁の隙間に中箱ｂの先端部分
を、本実施例では中箱ｂの高さ寸法の略1/10をこじり入
れる様P1点の位置へ移動（第４図（ｇ））させた後、積
付け目標位置へ該中箱ｂを直線動作で挿入させる（第４
図（ｈ））。

最後にグループＤについては第５図（ここでは４行４列
目の積付けを示す。）に示す様に、中箱ｂを水平面に対
して該中箱ｂのＦ面の傾きを略30゜、Ｅ面の傾きωを
略60゜それぞれ傾けた姿勢で列、行の最終挿入位置の頭
上PO点へ搬送させ（第５図（ｉ））、その後、その傾斜
姿勢で中箱ｂの高さ寸法の略1/10こじり入れる様P1点の
位置へ移動（第５図（ｊ））させた後、積付け目標位置
へ該中箱ｂを直線動作で挿入させる（第５図（ｋ））。
ここに中箱ｂのＥ面、Ｆ面をそれぞれ傾けた姿勢で目標
場所へ挿入させるのは、挿入空き部の列方向及び行方向
が中箱の規定寸法より狭くなっていても中箱ｂを斜め方
向から挿入することによってこじり入れ易くするためで
ある。

又、本実施例に於ては、外箱ａを一方に傾斜させた状態
で中箱を挿入するように述べたが、これは、外箱ａを傾
斜させることによって挿入された中箱ｂが傾斜面に沿っ
て移動し、中箱間を密に積付けできるものであるが、前
述した様に、Ｄグループの積付けにおいても、又、コー
ナ部の積付け部においても、前回の中箱を押し付けなが
ら、又、中箱とコーナ部との間を割込みながら入れるた
め、外箱ａは水平にした状態でも良い。

次に第６図に示す本発明を用いた箱詰ロボットシステム
について説明する。図において、（49）は箱詰装置で外
箱ａを搬送するコンベヤ（１）と、外箱ａを所定位置で
停止させるストッパ（２）と、停止した外箱ａを傾斜さ
せて位置決めする傾斜装置（３）と、中箱ｂを外箱ａに
箱詰めするロボット（４）とを有し、傾斜装置（３）の
上方の所定位置に中箱ｂを順次供給する中箱切り出し供
給装置（５）が付設してある。ロボット（４）は吸着式
のロボットハンド（６）を有する。傾斜装置（３）の搬
送方向上手側には幅寄せ装置（７）が設けてある。中箱
切り出し供給装置（５）は切り出し時の位置基準となる
中箱ストッパ（11）と、ロボット（４）による取り出し
位置に中箱ｂを切り出すと同時に次の中箱ｂの固定を行
うＬ形ヘッド（9a）を有する切り出しプッシャー（９）
とにより構成される。切り出しプッシャー（９）はエア
シリンダ等からなる。搬送台（８）には側面基準ガイド
（10）と、これに対する間隔が中箱ｂの幅によりガイド
シフト装置（14）の駆動で自動調整可能な可動ガイド
（12）とが設けてある。切り出しプッシャー（９）は可
動ガイド（12）と共に移動可能に設けてある。ロボット
（４）による取り出し位置には中箱ｂストッパ（11）と
対向して可動ガイド（13）を設け、中箱ｂの幅に応じて
可動ガイド（13）の位置を自動調整するガイドシフト装
置（15）が設けてある。中箱ストッパ（11）および可動
ガイド（13）には中箱ｂの下面側縁を受ける突条が設け
てある。

コンベヤ（１）は駆動式のローラコンベヤからなり、外
箱ａの転倒防止ガイド（1b）を有する。ストッパ（２）
はシリンダ装置等の昇降装置でコンベヤローラ（1a）の
間から突没可能である。

第７図に示す様に、傾斜装置（３）は、コンベヤローラ
（1a）間から突没する櫛歯状の底面持ち上げ手段（19）
と側面基準盤（20）とを互いに直角に固定して軸受（2
1）に回転軸（22）とともに回転自在に支持したもので
ある。底面持ち上げ手段はエアシリンダ等からなる傾斜
駆動装置（図示せず）により上下に回動駆動される。

側面基準盤（20）は外箱ａを吸着する位置合せ吸着手段
（24）を一部に有する。位置合せ吸着手段（24）は、側
面基準盤（20）の基準面に設けた凹部状の吸着口からな
り、フレキシブルチューブ（25）でブロワー等の吸引装
置に接続してある。

幅寄せ装置（７）は、幅寄せガイド（16）と、修正基準
となる側面基準ガイド（17）とからなる。幅寄せガイド
（16）は、支柱（18）に水平回動自在に支持し、ばね部
材（図示せず）によりコンベヤ（１）の搬送方向と逆方
向のトルクを与えてある。また、逆方向回転端をストッ
パ等により規制してある。

各部の寸法はつぎのように定める。コンベヤ（１）の幅
ｄおよび底面持ち上げ手段（19）の幅ｇは、各々外箱ａ
の最大のものの幅および長さよりも大きくする。位置合
せ吸着手段（24）の横幅ｅおよび縦幅ｆは、各々外箱ａ
の最小のものの長さおよび高さよりも小さくする。

第８図ないし第12図に示すように、ロボットハンド
（６）は、真空吸着盤（31）と、この真空吸着盤の前方
に延び中箱ｂを支持する支持板（32）とを有する。真空
吸着盤（31）は、パイプ（33）の先端に固定してあり、
パイプ（33）は基端にロボットアーム（35）への取付用
のフランジ（34）を有する。パイプ（33）は、先端部か
らフランジ（34）の外周にわたりフランジ（34）側が広
がる円錐状のカバー（36）で覆ってある。パイプ（33）
は真空吸着盤（31）に連通した吸引路を兼用し、カバー
（36）から突出した吸引ホースニップル（39）が分岐管
（38）の接続口である。

真空吸着盤（31）は、前面の略全体が吸着口（31a）と
なる箱状のものであり、吸着口（31a）を通気材（40）
で覆うとともに、吸着口（31a）の外周にウレタン樹脂
製等の吸着パッド（41）が設けてある。通気材（40）は
金属メッシュを用いてあるが、多孔板や格子材を用いて
も良い。

ロボットハンド（６）の取付けは、フランジ（34）の取
付孔（42）（第12図）に挿通した固定ねじをロボットア
ーム（35）（第９図）のハンド取付フランジ（43）に固
定することにより行う。

ロボット（４）は、人間に近い箱詰め動作を実現する多
軸タイプ（この例では６軸）の汎用ロボットを用いてあ
る。すなわち、基台（44）上での支柱（45）の水平回転
（矢印θ１）、ロボットアーム（35）の肩部での上下回
動（矢印θ２）、ロボットアーム（６）の関節部での上
下屈曲（矢印θ３）、手首部（47）（第９図）のアーム
中心軸ｐ回りでの回転（矢印θ４）、手首部（47）の前
記軸Ｐと直交する軸ｑ回りでの折曲り（矢印θ５）、回
転継手（48）におけるハンド取付フランジ（43）の回転
（矢印θ６）が可能なものであ。ロボット（４）の本体
にはこの他の種々の形式のものを用いることができる。

又、本実施例では、最初に積付ける中箱についても、他
の中箱と同様、一定の挿入経路で積付けるように述べた
が、最初の中箱は他の中箱との干渉がないため、単独経
路で真っすぐ挿入させるようにしてもよい。これは各段
についても適用できるため、これによりロボットの積付
け時間の短縮化を図ることができる。

更に本実施例では中箱を一箱ずつ積付けるよう述べた
が、第13図に示す様にロボットハンドの吸着盤を複数
（例えば２個）つけ、真空系を独立にすることにより複
数固（例えば２箱）の中箱を吸着把持して積付けること
ができる。積付ける配列の列数がロボットハンドの吸着
盤の数で割り切れない場合（例えば５列）は、第14図に
示す様にグループ分けし、１列目の積付けを中箱１箱ず
つ行ない、２列目以降を複数個（例えば２箱）ずつ積付
ければ、最終列を積付ける際に、ロボットハンドの吸着
盤が外箱ａに干渉することなく箱詰めできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、箱詰用ロボットハンドに中箱を
吸着する真空吸着盤と、吸着した中箱を支持する支持板
とを設け、しかも中箱の積付け制御を４つのグループに
分類し、同一グループに属する中箱は同一の積付け動作
で箱詰制御するようにしたから、箱詰ロボット制御を簡
略化し、かつ、オフラインティーチングを可能とするも
のである。

又、この発明に係るロボットの制御方法は、外箱の隅へ
の箱詰めを行なう際に、中箱を積付け位置方向へ前傾し
た姿勢で積付け位置の頭上空間へ中箱の一部を挿入させ
て、該中箱を積付け姿勢に起こし、該中箱の先端部をこ
じり入れた後、直線動作によって箱詰めするため、箱の
製作寸法精度が悪く、内寸法にゆとりが少ない外箱への
箱詰めでも安定して行なうことができる。またロボット
ハンドは真空吸着盤から前に延びる支持板を有するの
で、真空吸着盤による吸着力の作用方向に対して傾いた
荷重を支持板で受けることができる。そのため、前記の
ように傾けた外箱に対して中箱を斜め姿勢で箱詰めする
につき、確実に吸着でき、箱詰め作業が行い易い。しか
も前記のように寸法精度の悪い外箱に内側から力を加え
て箱詰めするにつき、支持板の支持により押し付け力に
耐えることができ、中箱の吸着の外れを防止できるとい
う効果がある。

また、各積付け動作経路の通過点がロボットの持つワー
ルド座標系に対し明確であるため、目標位置の計算をパ
ソコン等を用いてオフラインで中箱の積付けデータを入
力するオフラインティーチングに適している。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図は外箱内の各中
箱の積付け位置を４グループに分類した分類配置図、第
２図から第５図は第１図に於いて区画分類された各区画
グループにおける各中箱の積付け動作経路を示すもの
で、第２図はグループＡ、第３図はグループＢ、第４図
はグループＣ、第５図はグループＤを示し、それぞれの
各動作変化点での姿勢を一部破断正面図（右図）及びそ
の一部破断側面図（左図）で示す。第６図は本発明を箱
詰ロボットシステムに用いた装置全体の斜視図、第７図
はコンベヤ及び傾斜装置の斜視図、第８図はロボットハ
ンドの斜視図、第９図はロボットアームの斜視図、第10
図ないし第12図はそれぞれロボットハンドの側面図、平
面図及び正面図を示し、第13図は吸着盤を２個有するロ
ボットハンドの斜視図、第14図は第13図のロボットハン
ドを用いた場合の４グループに分類する分類配置図を表
わす。 ａ……外箱、ｂ……中箱、 （１）……コンベア、（３）……傾斜装置、 （４）……ロボット、 （５）……中箱切出し供給装置、 （６）……ロボットハンド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットを用いて、規制された外箱内に複
   数の中箱を一定の順序で多段且つ多行多列に箱詰めする
   方法において、 各段の箱詰行列における最終行，最終列以外の中箱の積
   付けグループＡと、最終行且つ最終列の中箱の積付けグ
   ループＤと、該グループＤを除く最終行の積付けグルー
   プＢと、前記グループＤを除く最終列の積付けグループ
   Ｃの４つのグループに箱詰用の前記中箱を分類し、 ついで前記ロボットにより前記中箱の天部を吸着把持せ
   しめるとともにこれを作動せしめて、 前記グループＡの中箱についてはこれを積付け位置に対
   し斜め上方から直線動作で移動せしめて箱詰めし、 グループＢの中箱についてはこれを積付け姿勢よりも該
   各積付け列の中心側に天部を傾斜させた姿勢で積付け位
   置の上部空間に中箱底面の一部を挿入させ、しかる後該
   中箱を積付け姿勢に起こして直線動作によって箱詰め
   し、 グループＣの中箱についてはこれを積付け姿勢よりも該
   各積付け行の中心側に天部を傾斜させた姿勢で積付け位
   置の上部空間へ中箱底面の一部を挿入させ、しかる後該
   中箱を積付け姿勢に起こして直線動作によって箱詰め
   し、 グループＤの中箱についてはこれを積付け姿勢よりも前
   記外箱の中心側に天部を傾斜させた姿勢で積付け位置の
   上部空間へ中箱底面の一部を挿入させ、しかる後該中箱
   を積付け姿勢に起こして直線動作によって箱詰めするこ
   とを特徴とするロボットを用いた箱詰方法。
2. 【請求項２】中箱の天部を吸着保持するに際し、吸引装
   置に接続される真空吸着手段と該真空吸着手段から延出
   する支持板とを備えるロボットハンドを用い、前記真空
   吸着手段に中箱の天部を吸着把持せしめ、且つ前記支持
   板に前記中箱の側部を支持せしめることを特徴とする請
   求項１記載のロボットを用いた箱詰方法。