JP4026773B2 - 食材の把持移動方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性変形可能で押付け板により押付けられると復元力を有するあらゆる種類の食材を、簡単な構造の把持機構で把持力の制御を行わずに把持可能とし、把持した食材をたとえばコンベアに載せられた弁当箱、トレイ内等の所望の場所に正確に移動させることができる食材の把持移動方法及び装置に関する。

最近弁当箱、トレイ等の所望の位置に各種の食材を入れてパックする作業は、衛生上の理由及びコスト低減の観点から、人手による作業を排除し、自動化及び無人化が進んでいる。
しかし自動化及び無人化のための制御が高度化、精密化するにつれ、装置が複雑化、高コスト化してきている。すなわち冷凍食品などのように形状が安定している定形物以外の非定形物、あるいは軟弱物等を食品把持移動ロボットのハンドで確実に把持するのはなかなか難しく、そのため食品を把持するハンド自体の構造が複雑化してしまい、また食品毎に専用ハンドを用意しなければならない等の問題が生じ、それに伴ってロボットシステムが高額化してしまう問題がある。

たとえば特許文献１（特開２００３−１２８００２号公報）には、弁当箱や皿などの盛り付け容器に、形状が一定でない軟弱食材を盛り付ける場合に好適な食品盛り付けロボットとして、基本的な構成として、食品が収容された状態でロボットに供給される食品運搬用容器を同ロボットのハンドにより把持する手段と、この把持された食品運搬用容器を盛り付け容器の上方に運搬する手段と、食品運搬用容器に収容された食品を食品運搬用容器から盛り付け容器に盛り付ける盛り付け手段とを備えた食品盛り付けロボットが開示されている。

特開２００３−１２８００２号公報

しかるに特許文献１に開示されている食品盛り付けロボットにおいては、食品をハンドで直接把持するのではなく、食品運搬用容器に収容された食品を食品運搬用容器から外部に出すことで、盛り付け容器に盛り付ける方式を採用してあり、この場合の具体的な盛り付け手段として、食品運搬用容器に切欠き部を設け、食品運搬用容器を傾けて食品を盛り付け容器に落下させたり、あるいは食品運搬用容器に開閉口を設け、開閉口を開いて食品を落下させたり、あるいはハンドに取り付けられたヘラのような補助部材で食品を押し出し乃至かき出して落下させたりしている。
このような複雑な動作をしているため、依然として制御装置が複雑化し、高額化してしまうという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、特許文献１のように、食品運搬用容器に収容された食品を食品運搬用容器から外部に出すことで、盛り付け容器に盛り付ける方式ではなく、食材をロボットハンドを用いて直接把持する方式を採用し、その場合において食材を確実に把持し、弁当箱、トレイ等の所望の位置に正確に移動させ、かつ制御を複雑化及び高額化を招くことなく、簡単な装置で達成することができる食材の把持移動方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するもので、図２に示すように、押付け板１３にて食材を復元力を有するように弾性変形させて押し付ける工程と、同押付け工程と同時に又はその後に前記復元力を利用した把持機構１４，１５で食材を把持する工程と、食材を把持しながら所定の位置に食材を移動させる工程４とからなる食材の把持移動方法であって、
前記押付け板１３が、垂直方向に昇降させる空気エネルギ源６を有するアクチュエータ５に連結されて、復元力を有するストローク位置までに弾性変形可能な昇降ストロークを有するとともに、前記アクチュエータ５と押付け板１３との間の連結部に、左右方向に対称に延在する腕部先端夫々に空気シリンダ１４、１４を下向き傾斜させて取り付け、該空気シリンダ１４、１４先端に位置するピストンロッド１４ａ、１４ａに取り付けられた針状ピン１５，１５を垂直方向に対して水平側に傾斜させた方向に沿って食材側に侵入可能に構成し、前記押付け板１３により弾性変形させた食材に、押付け板１３の左右両側より針状ピンを前記傾斜した方向に沿って射し込み、傾斜させた針状ピン１５，１５と前記食材の復元力を利用して食材を把持しながら移動するようにしたことを特徴とする。
請求項２は請求項１に係る発明を実施するための装置発明で、図２に示すように、食材を復元力を有するように押付け板１３により弾性変形させる押付け手段と、同押付け手段の押付けによる弾性変形による前記復元力を利用した把持機構１４，１５で食材を把持する保持手段と、食材を把持しながら所定の位置に食材を移動させる手段４とからなる食材の把持移動装置であって、
前記押付け板１３が、垂直方向に昇降させる空気エネルギ源６を有するアクチュエータ５に連結されて、復元力を有するストローク位置までに弾性変形可能な昇降ストロークを有するとともに、前記アクチュエータ５と押付け板１３との間の連結部に、左右方向に対称に延在する腕部先端夫々に空気シリンダを下向き傾斜させて取り付け、該空気シリンダ１４、１４先端に位置するピストンロッド１４ａ、１４ａに取り付けられた針状ピン１５，１５を垂直方向に対して水平側に傾斜させた方向に沿って食材側に侵入可能に構成し、前記押付け板により弾性変形させた食材に、押付け板１３の左右両側より針状ピンを前記傾斜させた方向に沿って射し込み、傾斜させた針状ピン１５，１５と前記食材の復元力を利用した食材を把持しながら移動するようにしたことを特徴とする食材の把持移動装置にある。

本発明方法においては、まず食材を押付け板で押付けて弾性変形させ、そのとき食材に生じる復元力を利用した把持機構により食材を確実に把持し、これによって所定の位置に食材を確実に移動させる。
また本発明装置においては、前記押付け板と同押付け板の押付けによって押付け板に作用する食材の復元力を利用した把持機構とによって、食材を確実に把持し、所定の位置に食材を移動させる。
前記把持機構の具体的な態様は前記押付け板が食材を押付けている状態で食材に挿入される傾斜させた針状ピン部材である。
あるいは、食材を前記押付け板で押し付けた状態で前記傾斜させた針状ピンを挿入し、食材の復元力を利用して同傾斜させた針状ピンと食材との間に摩擦力を発生させて、これによって食材を確実に把持する。

また好ましくは、前記把持機構が前記押付け板が食材を押付けている状態で食材に挿入される傾斜させた針状ピン部材であり、食材の前記移動工程後、再び下降し、前記押付け板で食材を押付けながら前記傾斜させた針状ピン部材を食材から引き抜く拘束解除工程を具備出来る。
このように押付け板を利用することにより、拘束時及び開放時における食材の位置及び姿勢を安定させることができる。
また好ましくは、前記押付け板及び前記把持機構を、その動作が制御装置によって制御される腕の先端に一体となって取り付け、同腕を移動させることにより、食材に対し本発明の把持移動装置の操作及び制御が容易となり、その本発明の特徴を一層効果的に発揮させることができる。

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以上のように、本発明によれば、簡単な構造でかつ複雑な制御を必要とすることなく、食材の確実な把持、及び所定の場所への正確な移動を達成できる。すなわち食材の多種多様さおよび剛性ある固定物とは異なるある程度の軟弱さをもっているが故の困難性にかかわらず、押付け板による押付けに対して発生する食材の復元力を利用した把持機構であるため、装置の複雑化、高コスト化を招かず、簡単な装置で確実な把持が可能となる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明の第１実施例に係る食材把持移動ロボットの全体立面図、図２は、前記第１実施例のハンド部の拡大立面図、図３は、前記第１実施例の押付け板１３を図２のＡ方向から視た底面図、図４は、本発明の比較例のハンド部に係る拡大立面図、図５は、前記比較例の左側面図である。

本発明の第１実施例に係る食材把持移動ロボットの全体立面図である図１において、１は基台上に立設されたロボット架台で、同架台１の上部に、軸線ａを中心に回動する第１関節２、及び軸線ｂを中心に回動する第２関節３から構成される多関節のアーム４が装着され、同アーム４の先端部には、後述するハンド部１１に軸線ｃ方向の往復動と回転運動とを与える１軸２自由度のアクチュエータ５が装着されている。８は、本実施例のロボットを駆動するための動力源に接続された各種ケーブルを収納した配管、９は食材ｈをロボット架台１まで搬送してくる食材搬送コンベアである。

前記第１実施例のハンド部を示す図２〜３において、６及び７は、アクチュエータ５に駆動用圧空気を供給又は排出する空気供給口及び空気排気口である。１２は、アクチュエータ５の図示しない駆動軸に連結されたハンド本体であり、アクチュエータ５により往復動及び回転を行う。１３はハンド本体１２の先端に取り付けられた押付け板であり、図３に示すように、４ヶ所の溝１３ａをもち、各溝１３ａに後述するピン１５が挿入される。なお押付け板１３はアクチュエータ５により、ちょうど押付け板１３が食材ｈに押圧して食材ｈが弾性変形する位置までのストロークを付与されている。
ハンド本体１２の左右に延びた腕１２ａ，１２ｂの先端には空気シリンダ１４が装着され、空気シリンダ１４のピストンロッド１４ａにそれぞれ２本ずつ合計４本のピン１５が取り付けられている。

係る第１実施例において、アクチュエータ５によって予め定められた所定の長さのストロークを有する押付け板１３が食材ｈ（たとえばハンバーグ）に対し、所定長さ接近し、食材ｈを押圧し弾性変形を生じさせる位置まで下降し、食材ｈを押圧し、食材ｈを弾性変形させる。
これと同時にあるいはその後空気シリンダ１４を作動して、ピン１５を押付け板１３の溝１３ａの間から突出し、食材ｈの中に刺し込む。
食材ｈには押付け板１３による押付けによって復元力が発生しており、ピン１５の食材ｈへの挿入により前記復元力が押付け板１３とピン１５に作用することによってピン１５と食材ｈとの間及び押付け板１３と食材ｈとの間に摩擦力が発生し、これによって、ハンド部１１は食材ｈを落下させることなく、確実に把持することができる。

その後多関節アーム４を回動させて、把持した食材ｈを所定の場所、たとえば図示しない食品盛り付けベルトコンベア上を運ばれている弁当箱内等に移動する。
食材ｈの前記移動工程後、再び下降し、押付け板１３で食材ｈを押付けながらピン１５を食材ｈから引き抜く。
このように押付け板１３を利用することにより、拘束時及び開放時における食材の位置及び姿勢を安定させることができる。

このように第１実施例によれば、食材ｈを押付け板１３によって押付けによる食材ｈの復元力を利用して、確実に食材ｈを把持することができるとともに、押付け板１３は所定のストロークを付与され、食材の種類によってストロークの調整を行うことがないため、複雑な制御装置を必要としないという利点がある。
また押付け板１３及びピン１５のようなきわめて簡単な装置で、食材に確実な把持及び移動を可能とする。

図４〜５は、本発明の比較例に係り、図２においてアクチュエータ５の下方に接続されているハンド部１１を別な構造のハンドに置き換えたものであり、第１実施例と同様に、ハンド部２１は、図１に示す食材把持移動ロボットに取付けられた１軸２自由度のアクチュエータ５に接続されて、往復動及び回転駆動される。
図４〜５において、２２ａ，２２ｂは、一対の押付け板であり、空気シリンダ２４の一対の駆動片２３ａ，２３ｂに接続され、空気シリンダ２４の作用により互いに接近又は離れる方向に動く。２２ａ‘，２２ｂ’が離れたときの位置である。なお押付け板２２ａ，２２ｂは、空気シリンダ２４により一定のストロークで駆動される。すなわち互いに接近したときは、食材を押圧して弾性変形させる位置までであり、また同押付け板は、弾性を有する材料でつくられるか、あるいは空気シリンダ２４の図示しない駆動ピストンに対してばね部材を介して接続されることにより、弾性を付与されている。従って同押付け板は、食材の種類が変わってもある程度の許容範囲を有する。

２５及び２６は、アクチュエータ５に駆動用圧空気を供給又は排出する空気供給口６又は空気排気口７と接続して空気シリンダ２４に駆動用空気を供給又は排出する空気供給口及び空気排出口である。
押付け板２２ａ，２２ｂには、図５に示されるように、把持機構としての複数の穴２７が設けられ、押付け板２２ａ，２２ｂが食材を両側から押圧したとき、食材の弾性変形による復元力が穴２７に作用して、食材が穴２７に入り込み、食材と穴２７との間に摩擦力が発生して、十分な把持力が発生する。

比較例において、上記のように、押付け板２２ａ，２２ｂによる押圧力により、食材の復元力が発生し、これにより食材と穴２７との間に摩擦力が発生して、十分な把持力が発生するため、食材を確実に把持可能となる。
すなわち食材がある程度の軟弱性を有するため、押付け板２２ａ，２２ｂで両側から挟みこんだ際に、穴２７に食材の一部がはみ出し、適度な引っ掛かりができる。このため把持力の制御を行わずに軟弱な食材を把持することができる。
また押付け板の厚さ（ばね定数）、穴又は凹部の数及び大きさを変えることにより、多種の食材に対応することができる。

また押付け板２２ａ，２２ｂのストロークを一定とし、かつ同押付け板に弾性力を付与したことにより、ストロークの調整を不要とし、制御が簡単で、高コスト化を招くことなく、また種類の違う食材にそのまま対応可能である。
なお、第１実施例において、押付け板及び把持機能をロボット架台１で制御される多関節アーム４の先端に一体に取り付けたことにより、把持移動装置の操作及び制御が容易となる利点をもつ。

本発明によれば、弾性変形可能で押付け板により押付けられると復元力を有するあらゆる種類の食材を把持して、たとえば食材盛り付けコンベアに載せられた弁当箱、トレイ内等の所望の場所に正確に移動させるに際し、簡単な構造で十分な把持機能を有するとともに、食材を正確に所望の位置に移動させることができる食材の把持移動方法及び装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る食材把持移動ロボットの全体立面図である。 前記第１実施例のハンド部の拡大立面図である。 前記第１実施例の押付け板１３を図２のＡ方向から視た底面図である。 本発明の比較例のハンド部の拡大立面図である。 前記比較例の左側面図である。

符号の説明

１ ロボット架台
２ 第１関節
３ 第２関節
４ 多関節アーム
５ １軸２自由度アクチュエータ
６、２５ 空気供給口
７、２６ 空気排出口
８ 各種ケーブル用配管
９ 食材搬送コンベア
１１，２１ ハンド部
１２ ハンド本体
１２ａ，１２ｂ 腕
１３，２２ａ，２２ｂ 押付け板
１３ａ 溝
１４、２４ 空気シリンダ
１４ａ ピストンロッド
１５ ピン（針部材）
２３ａ 駆動片
２７ 穴又は凹部
ｈ 食材

Claims (2)

1. 押付け板にて食材を復元力を有するように弾性変形させて押し付ける工程と、同押付け工程と同時に又はその後に前記復元力を利用した把持機構で食材を把持する工程と、食材を把持しながら所定の位置に食材を移動させる工程とからなる食材の把持移動方法であって、
   前記押付け板が、垂直方向に昇降させる空気エネルギ源を有するアクチュエータに連結されて、復元力を有するストローク位置までに弾性変形可能な昇降ストロークを有するとともに、前記アクチュエータと押付け板との間の連結部に、左右方向に対称に延在する腕部先端夫々に空気シリンダを下向き傾斜させて取り付け、該空気シリンダ先端に位置するピストンロッドに取り付けられた針状ピンを垂直方向に対して水平側に傾斜させた方向に沿って食材側に侵入可能に構成し、前記押付け板により弾性変形させた食材に、押付け板の左右両側より針状ピンを前記傾斜させた方向に沿って射し込み、傾斜させた針状ピンと前記食材の復元力を利用して該食材を把持しながら移動するようにしたことを特徴とする食材の把持移動方法。
2. 食材を復元力を有するように押付け板により弾性変形させる押付け手段と、同押付け手段の押付けによる弾性変形による前記復元力を利用した把持機構で食材を把持する保持手段と、食材を把持しながら所定の位置に食材を移動させる手段とからなる食材の把持移動装置であって、
   前記押付け板が、垂直方向に昇降させる空気エネルギ源を有するアクチュエータに連結されて、復元力を有するストローク位置までに弾性変形可能な昇降ストロークを有するとともに、前記アクチュエータと押付け板との間の連結部に、左右方向に対称に延在する腕部先端夫々に空気シリンダを下向き傾斜させて取り付け、該空気シリンダ先端に位置するピストンロッドに取り付けられた針状ピンを垂直方向に対して水平側に傾斜させた方向に沿って食材側に侵入可能に構成し、前記押付け板により弾性変形させた食材に、押付け板の左右両側より針状ピンを前記傾斜させた方向に沿って刺し込み、傾斜させた針状ピンと前記食材の復元力を利用して該食材を把持しながら移動するようにしたことを特徴とする食材の把持移動装置。

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