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JP2013158874A - パラレルリンクロボットシステム - Google Patents

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JP2013158874A
JP2013158874A JP2012022026A JP2012022026A JP2013158874A JP 2013158874 A JP2013158874 A JP 2013158874A JP 2012022026 A JP2012022026 A JP 2012022026A JP 2012022026 A JP2012022026 A JP 2012022026A JP 2013158874 A JP2013158874 A JP 2013158874A
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unit
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JP2012022026A
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Kazuhiro Fukutome
和浩 福留
Nobuhiko Mihara
信彦 三原
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Priority to US13/756,597 priority patent/US20130209209A1/en
Priority to BR102013002572A priority patent/BR102013002572A2/pt
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Abstract

【課題】載置部が狭い領域である場合でも、載置動作を容易に行うことが可能なパラレルリンクロボットシステムを提供する。
【解決手段】このピッキングシステム100(ロボットシステム)は、第1コンベア30と、第1コンベア30よりも低い高さ位置に配置された第2コンベア40と、並列接続された3つのリンク機構部13と、3つのリンク機構部13の先端部13aに取り付けられた1つの吸着部15とを含むパラレルリンクロボット10と、パラレルリンクロボット10の動作を制御するロボットコントローラ20とを備える。ロボットコントローラ20は、第1コンベア30からワークWを保持して取り出す取出動作と、取出動作によって取り出されたワークWを第2コンベア40に載置する載置動作とをパラレルリンクロボット10に行わせる制御を行うように構成されている。
【選択図】図1

Description

この発明は、パラレルリンクロボットシステムに関し、特に、並列接続された複数のリンク機構部を含むパラレルリンクロボットを備えたパラレルリンクロボットシステムに関する。
従来、並列接続された複数のリンク機構部を含むパラレルリンクロボットを備えたパラレルリンクロボットシステムが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、並列接続された3つのリンク部(リンク機構部)を備えたパラレルリンクロボットが開示されている。このパラレルリンクロボットでは、3つのリンク部は、ワーク(保持対象物)を吸着して保持するための吸着パッド(保持部)などのエンドエフェクタが取り付けられる先端部側で互いに連結されており、この先端部から上方外側に向かって斜めに広がるように配置されている。
特開2011−88262号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されたパラレルリンクロボットでは、3つのリンク部(リンク機構部)が先端部から上方外側に向かって斜めに広がるように配置されているため、構造上、狭い領域で作業を行うのが困難であるという不都合がある。特に、吸着パッド(保持部)によって保持されたワーク(保持対象物)を載置するための領域(載置部)が狭い場合(たとえば箱などの小さい容器内にワークを載置する場合)に、載置動作を行うのが困難であるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、載置部が狭い領域である場合でも、載置動作を容易に行うことが可能なパラレルリンクロボットシステムを提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるパラレルリンクロボットシステムは、保持対象物が取り出される取出部と、取出部よりも低い高さ位置に配置され、取出部から取り出された保持対象物が載置される載置部と、複数の駆動源によりそれぞれ駆動される並列接続された複数のリンク機構部と、複数のリンク機構部の先端部に取り付けられた保持部とを含むパラレルリンクロボットと、パラレルリンクロボットの動作を制御する制御部とを備え、制御部は、取出部から保持対象物を保持して取り出す取出動作と、取出動作によって取り出された保持対象物を載置部に載置する載置動作とをパラレルリンクロボットに行わせる制御を行うように構成されている。
この発明の一の局面によるパラレルリンクロボットシステムでは、上記のように、制御部を、取出部から保持対象物を保持して取り出す取出動作と、取出動作によって取り出された保持対象物を取出部よりも低い高さ位置に配置された載置部に載置する載置動作とをパラレルリンクロボットに行わせる制御を行うように構成する。これにより、取出部よりも低い高さ位置に配置された載置部に対して載置動作が行われるので、取出部と載置部とが互いに同じ高さ位置に配置されている場合に比べて、高さの低い載置部に保持対象物を載置する際に複数のリンク機構部の先端部の位置が低くなる分、複数のリンク機構部をより細い形状にすることができる。その結果、載置部が狭い領域である場合でも、載置動作を容易に行うことができる。
本発明によれば、上記のように、載置部が狭い領域である場合でも、載置動作を容易に行うことができる。
本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットを用いたピッキングシステムの全体構成を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの動作範囲を説明するための概略図である。 図2に示したパラレルリンクロボットを上方から見た概略図である。 図2に示したパラレルリンクロボットの第1アーム周辺を拡大して示した拡大図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットが取出動作を行っている状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットが載置動作を行っている状態を示した概略図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボット10を用いたピッキングシステム100の構成について説明する。なお、ピッキングシステム100は、本発明の「パラレルリンクロボットシステム」の一例である。
図1に示すように、ピッキングシステム100は、天井部50の下面(矢印Z1方向側の面)に固定的に設置されたパラレルリンクロボット10と、パラレルリンクロボット10の動作を制御するために設けられたロボットコントローラ20と、2つのコンベア(第1コンベア30および第2コンベア40)とを備えている。なお、ロボットコントローラ20は、本発明の「制御部」の一例である。また、第1コンベア30および第2コンベア40は、それぞれ、本発明の「取出部」および「載置部」の一例である。
パラレルリンクロボット10は、第1コンベア30および第2コンベア40の水平方向(X方向)の中央部に対応する位置に配置されている。また、第1コンベア30および第2コンベア40は、水平面(X−Y平面)内で互いに平行に(Y方向に)延びるように配置されている。また、第1コンベア30および第2コンベア40は、それぞれの水平方向の中央部同士が水平方向に距離D1だけ離間するように配置されている。なお、第1コンベア30は、上面(矢印Z2方向側の面)に配置された所定のワークW(たとえば、食品など)を所定の方向(矢印Y1方向または矢印Y2方向)に搬送するように構成されている。また、第2コンベア40は、上面に配置された所定の深さdを有する箱60を所定の方向(矢印Y1方向または矢印Y2方向)に搬送するように構成されている。なお、ワークWは、本発明の「保持対象物」の一例である。
ここで、本実施形態では、第2コンベア40の高さ位置(Z方向の位置)は、第1コンベア30の高さ位置よりも高さH1だけ低くなるように設定されている。また、ロボットコントローラ20は、第1コンベア30上のワークWを保持して取り出す取出(ピッキング)動作(図5参照)と、取出動作によって取り出したワークWを第2コンベア40側に搬送して第2コンベア40上の箱60内に載置する載置(プレース)動作(図6参照)とをパラレルリンクロボット10に行わせる制御を行うように構成されている。
次に、図2〜図6を参照して、本実施形態によるパラレルリンクロボット10の構成について説明する。
図2および図3に示すように、パラレルリンクロボット10は、ベース部11と、ベース部11内に設けられた3つのサーボモータ12と、3つのサーボモータ12によりそれぞれ駆動される並列接続された3つのリンク機構部13と、3つのリンク機構部13の先端部13aに取り付けられ、先端部14aにワークW(図1参照)を吸着して保持するための吸着部15が設けられた1つのヘッド部14とを備えている。なお、サーボモータ12は、本発明の「駆動源」の一例である。また、吸着部15は、本発明の「保持部」の一例である。
ベース部11は、天井部50の下面(矢印Z1方向側の面)に設置される平坦な設置面11aを有するように構成されている。また、図3に示すように、ベース部11内に設けられた3つのサーボモータ12は、平面視において(矢印Z2方向側から見て)、設置面11aの中心点Oの回りに互いに等角度間隔(120度間隔)で配置されている。また、3つのリンク機構部13も、上記3つのサーボモータ12と同様に、平面視において、設置面11aの中心点Oの回りに互いに等角度間隔(120度間隔)で配置されている。
また、図2に示すように、3つのリンク機構部13は、先端部13aに向かって徐々に先細りするように、先端部13a側で互いに連結されている。ここで、3つのリンク機構部13は、互いに同様の構成を有している。具体的には、3つのリンク機構部13は、それぞれ、サーボモータ12に接続された第1アーム(上側アーム)131と、第1アーム131に接続された第2アーム(下側アーム)132とを有している。
第1アーム131は、一方端部がサーボモータ12の出力軸に取り付けられており、サーボモータ12により鉛直面(Z方向に沿った面)内で上下方向(Z方向)に回動(揺動)されるように構成されている。また、第2アーム132は、互いに平行に配置された一対のポール132aにより主として構成されている。第2アーム132の一方端部は、関節部133を介して第1アーム131の他方端部(サーボモータ12とは反対側の端部)に連結されている。また、第2アーム132の他方端部(第1アーム131とは反対側の端部)は、上記関節部133と同様の構成を有する関節部134を介してヘッド部14に連結されている。
ここで、本実施形態では、図2に示すように、第2アーム132の長さL2は、第1アーム131の長さL1よりも大きくなるように設定されている。具体的には、第2アーム132の長さL2は、第1アーム131の長さL1の2.5倍以上になるように設定されている。なお、図2は、第2アーム132の長さL2を第1アーム131の長さL1の約3倍程度に設定した構成を示している。
また、本実施形態では、図4に示すように、第1アーム131の長さL1は、第1アーム131が鉛直面内で天井部50側に最大限回動した際において、第1アーム131全体が設置面11aよりも下方(矢印Z1方向側)に位置するような長さに設定されている。これにより、リンク機構部13がどのように動作したとしても、第1アーム131が天井部50の下面(矢印Z1方向側の面)に接触することがない。
上記のように第1アーム131の長さL1および第2アーム132の長さL2が設定されていることにより、本実施形態では、パラレルリンクロボット10の鉛直方向(Z方向)に沿って延びる中心軸l上に吸着部15が位置している際において、第2アーム132の中心軸lに対する傾き角度α(図2参照)が30度未満になるように構成されている。この傾き角度αは、図2に示すように、第1アーム131の回動中心(第1アーム131のサーボモータ12側の端部)の高さ位置(Z方向の位置)と、第1アーム131と第2アーム132とが互いに連結している部分(関節部133)の高さ位置とが一致する場合に最大(図2では、約29度)となる。
また、上記のように第1アーム131の長さL1および第2アーム132の長さL2が設定されていることにより、本実施形態では、図2、図3、図5および図6の点線で示した以下の2つの領域が設定されている。すなわち、リンク機構部13の先端部13aに取り付けられたヘッド部14の先端部14aの可動範囲R1と、可動範囲R1の内側に構成される可動範囲R1よりも小さい剛性維持動作範囲R2とが設定されている。なお、剛性維持動作範囲R2とは、可動範囲R1のうち、リンク機構部13の剛性を所定の範囲内に維持することが可能な範囲(リンク機構部13の剛性が低下することに起因してヘッド部14の動作が振動的になるのを抑制することが可能な範囲)を示す領域である。
図2および図3に示すように、剛性維持動作範囲R2は、パラレルリンクロボット10のベース部11の設置面11aの中心点O(図3参照)を通って鉛直方向(Z方向)に沿って延びる中心軸l(図3参照)回りに構成される直径D2を有する円柱形状の領域である。本実施形態では、図5および図6に示すように、ロボットコントローラ20は、上記円柱形状の領域である剛性維持動作範囲R2内にヘッド部14の先端部14aが位置するようにパラレルリンクロボット10を動作させることによって、第1コンベア30からワークWを取り出す取出動作(図5参照)と、取出動作によって取り出されたワークWを第2コンベア40上の箱60内に載置する載置動作(図6参照)とをパラレルリンクロボット10に行わせるように構成されている。
なお、本実施形態では、図5および図6に示すように、載置動作時における3つのリンク機構部13(図6参照)は、取出動作時における3つのリンク機構部13(図5参照)に比べてより先細りするように構成されている。すなわち、載置動作時における3つのリンク機構部13の先細り度合い(図6の角度γ参照)は、取出動作時における3つのリンク機構部13の先細り度合い(図5の角度β参照)よりも小さくなるように構成されている。
また、本実施形態では、図5および図6に示すように、第1コンベア30の高さ位置(Z方向の位置)と第2コンベア40の高さ位置との差H1を、円柱形状の領域である剛性維持動作範囲R2の鉛直方向(Z方向)に沿った方向の高さH2以下となるように設定するのが好ましい。なお、図5および図6では、第1コンベア30の高さ位置と第2コンベア40の高さ位置との差H1と、円柱形状の領域である剛性維持動作範囲R2の鉛直方向に沿った方向の高さH2とを略等しく設定した状態を示している。
また、本実施形態では、図5および図6に示すように、第1コンベア30のワークWが取り出される取出領域と、第2コンベア40上に配置された箱60の底面のワークWが載置される載置領域との間の水平方向(X方向)に沿った方向の距離D1(第1コンベア30および第2コンベア40のそれぞれの水平方向の中央部同士の水平方向に沿った方向の距離D1)を、剛性維持動作範囲R2の水平方向に沿った方向の長さD2以下となるように設定するのが好ましい。
本実施形態では、上記のように、第1コンベア30からワークWを保持して取り出す取出動作(図5参照)と、取出動作によって取り出されたワークWを第1コンベア30よりも低い高さ位置(Z方向の位置)に配置された第2コンベア40に載置する載置動作(図6参照)とをパラレルリンクロボット10に行わせる制御を行うようにロボットコントローラ20を構成する。これにより、第1コンベア30よりも低い高さ位置に配置された第2コンベア40に対して載置動作が行われるので、第1コンベア30と第2コンベア40とが互いに同じ高さ位置に配置されている場合に比べて、高さの低い第2コンベア40にワークWを載置する際に3つのリンク機構部13の先端部13aの位置が低くなる分、3つのリンク機構部13をより細い形状にすることができる。その結果、第2コンベア40が狭い領域である場合(本実施形態のように、第2コンベア40上の所定の深さdを有する箱60内にワークWを配置する場合)でも、載置動作を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、上記のように、リンク機構部13の可動範囲R1のうち、リンク機構部13の剛性を所定の範囲内に維持することが可能な剛性維持動作範囲R2内で、パラレルリンクロボット10に取出動作(図5参照)および載置動作(図6参照)を行わせるようにロボットコントローラ20を構成する。これにより、取出動作時および載置動作時の両方において、リンク機構部13の剛性を所定の範囲内に維持することができるので、リンク機構部13の剛性が低下することに起因してヘッド部14の動作が振動的になるのを抑制することができる。その結果、安定した取出動作および載置動作を行うことができる。
また、本実施形態では、上記のように、第1コンベア30の高さ位置(Z方向の位置)と第2コンベア40の高さ位置との差H1を、円柱形状の領域である剛性維持動作範囲R2の鉛直方向(Z方向)に沿った方向の高さH2以下に設定する。これにより、容易に、剛性維持動作範囲R2内でパラレルリンクロボット10に取出動作(図5参照)および載置動作(図6参照)を行わせることができるので、取出動作時および載置動作時の両方において、リンク機構部13の剛性を所定の範囲内に容易に維持することができる。
また、本実施形態では、上記のように、第1コンベア30のワークWが取り出される取出領域と、第2コンベア40のワークWが載置される載置領域との間の水平方向(X方向)の距離D1(第1コンベア30および第2コンベア40の水平方向の中央部同士の水平方向に沿った方向の距離D1)を、剛性維持動作範囲R2の水平方向に沿った方向の長さD2(円柱形状の領域である剛性維持動作範囲R2の直径D2)以下に設定する。これにより、リンク機構部13が取出領域から載置領域に向かって水平方向に移動する際にも、リンク機構部13の剛性を所定の範囲内に容易に維持することができる。
また、本実施形態では、上記のように、3つのリンク機構部13を、先端部13aに向かって徐々に先細りするように、先端部13a側で互いに連結し、載置動作時における3つのリンク機構部13を、取出動作時における3つのリンク機構部13に比べてより先細りするように構成する。これにより、第2コンベア40が狭い領域である場合(本実施形態のように、第2コンベア40上の所定の深さdを有する箱60内にワークWを配置する場合)に、載置動作をより容易に行うことができる。
また、本実施形態では、上記のように、パラレルリンクロボット10を天井部50の下面(矢印Z1方向側の面)に固定的に設置し、パラレルリンクロボット10の3つのリンク機構部13のそれぞれの第1アーム131を、鉛直面(Z方向に沿った面)内で天井部50側に最大限回動させた際(図4参照)において、パラレルリンクロボット10の天井部50に対する設置面11aよりも下方に位置するように構成する。これにより、第1アーム131と天井部50の下面とを接触させることなく、第1アーム131を動作させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、パラレルリンクロボット10の3つのリンク機構部13のそれぞれの第2アーム132の長さL2(図2参照)を、第1アーム131の長さL1(図2参照)の2.5倍以上に設定する。これにより、リンク機構部13を容易に細い形状にすることができるので、リンク機構部13と、パラレルリンクロボット10の近傍に配置される他の設備(第1コンベア30や第2コンベア40など)とが干渉するのを容易に抑制することができる。また、サーボモータ12に接続された第1アーム131の長さL1が相対的に短くなる分、第1アーム131の重量が小さくなるので、第1アーム131を動作させる際におけるサーボモータ12の負荷を軽減することができる。
また、本実施形態では、上記のように、パラレルリンクロボット10の鉛直方向(Z方向)に沿って延びる中心軸l(図2参照)上に吸着部15が位置している際において、第2アーム132の中心軸lに対する傾き角度α(図2参照)が30度未満になるように構成する。これにより、3つのリンク機構部13が比較的細い形状となっている状態を維持しながら、3つのリンク機構部13の先端部13aに取り付けられた吸着部15を中心軸lに沿って鉛直方向に移動させることができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、3つのリンク機構部を備えたパラレルリンクロボットを用いる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、2つのリンク機構部を備えたパラレルリンクロボットを用いてもよいし、4つ以上のリンク機構部を備えたパラレルリンクロボットを用いてもよい。
また、上記実施形態では、第1コンベア(取出部)上に直接配置されたワーク(保持対象物)を取り出す例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、内部にワークが配置された箱などの容器を第1コンベア上に配置して、その第1コンベア上の容器内からワークを取り出すようにしてもよい。
また、上記実施形態では、第1コンベア(取出部)から取り出したワーク(保持対象物)を、第2コンベア(載置部)上に配置された箱内に載置する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、第1コンベアから取り出したワークを第2コンベア上に直接配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、第1コンベア(取出部)および第2コンベア(載置部)の水平方向の中央部に対応する位置にパラレルリンクロボットを配置する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、第1コンベア寄りの位置にパラレルリンクロボットを配置してもよいし、第2コンベア寄りの位置にパラレルリンクロボットを配置してもよい。
また、上記実施形態では、可動範囲のうち、剛性維持動作範囲内でリンク機構部の先端部側のヘッド部を動作させる例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、可動範囲内であれば、剛性維持動作範囲外でリンク機構部を動作させてもよい。
また、上記実施形態では、本発明の取出部および載置部の両方をコンベア(第1コンベアおよび第2コンベア)により構成する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、取出部および載置部のいずれか一方のみがコンベアであってもよい。また、本発明では、取出部および載置部の両方がコンベアではない台であってもよい。
10 パラレルリンクロボット
12 サーボモータ(駆動部)
13 リンク機構部
13a 先端部
15 吸着部(保持部)
20 ロボットコントローラ(制御部)
30 第1コンベア(取出部)
40 第2コンベア(載置部)
50 天井部
60 箱
100 ピッキングシステム(パラレルリンクロボットシステム)
131 第1アーム
132 第2アーム
133 関節部
R1 可動範囲
R2 剛性維持動作範囲
W ワーク(保持対象物)

Claims (10)

  1. 保持対象物が取り出される取出部と、
    前記取出部よりも低い高さ位置に配置され、前記取出部から取り出された前記保持対象物が載置される載置部と、
    複数の駆動源によりそれぞれ駆動される並列接続された複数のリンク機構部と、前記複数のリンク機構部の先端部に取り付けられた保持部とを含むパラレルリンクロボットと、
    前記パラレルリンクロボットの動作を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記取出部から前記保持対象物を保持して取り出す取出動作と、前記取出動作によって取り出された前記保持対象物を前記載置部に載置する載置動作とを前記パラレルリンクロボットに行わせる制御を行うように構成されている、パラレルリンクロボットシステム。
  2. 前記制御部は、前記リンク機構部の可動範囲のうち、前記リンク機構部の剛性を所定の範囲内に維持することが可能な剛性維持動作範囲内で、前記パラレルリンクロボットに前記取出動作および前記載置動作を行わせるように構成されている、請求項1に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  3. 前記剛性維持動作範囲は、前記パラレルリンクロボットの鉛直方向に沿って延びる中心軸回りに構成される円柱形状の領域であり、
    前記取出部の高さ位置と前記載置部の高さ位置との差は、前記円柱形状の領域である前記剛性維持動作範囲の鉛直方向に沿った方向の高さ以下である、請求項2に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  4. 前記取出部の前記保持対象物が取り出される取出領域と、前記載置部の前記保持対象物が載置される載置領域との間の水平方向に沿った方向の距離は、前記剛性維持動作範囲の水平方向に沿った方向の長さ以下である、請求項2または3に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  5. 前記複数のリンク機構部は、前記先端部に向かって徐々に先細りするように、前記先端部側で互いに連結されており、
    前記載置動作時における前記複数のリンク機構部は、前記取出動作時における前記複数のリンク機構部に比べてより先細りするように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  6. 前記パラレルリンクロボットは、天井部の下面に固定的に設置されており、
    前記パラレルリンクロボットの前記複数のリンク機構部は、それぞれ、鉛直面内で回動可能に構成された第1アームを含み、
    前記第1アームは、鉛直面内で前記天井部側に最大限回動した際において、前記パラレルリンクロボットの前記天井部に対する設置面よりも下方に位置するように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  7. 前記パラレルリンクロボットの前記複数のリンク機構部は、それぞれ、前記第1アームに関節部を介して連結され、前記第1アームとは反対側の端部に前記保持部が取り付けられる第2アームをさらに含み、
    前記第2アームの長さは、前記第1アームの長さの2.5倍以上である、請求項6に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  8. 前記第2アームは、前記パラレルリンクロボットの鉛直方向に沿って延びる中心軸上に前記保持部が位置している際において、前記中心軸に対する傾き角度が30度未満になるように構成されている、請求項7に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  9. 前記制御部は、前記取出動作によって保持された前記保持対象物を、前記取出部よりも低い高さ位置に位置する前記載置部上に配置された所定の深さを有する箱内に載置する前記載置動作を前記パラレルリンクロボットに行わせるように構成されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボットシステム。
  10. 前記取出部および前記載置部の少なくとも一方は、コンベアにより構成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボットシステム。
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