WO2018169043A1 - ロボットとロボットの運転方法 - Google Patents

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WO2018169043A1
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food
end effector
arm
robot hand
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和範 平田
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川崎重工業株式会社
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    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1612Programme controls characterised by the hand, wrist, grip control

Definitions

  • the present invention relates to a robot and a method for operating the robot.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to reliably convey a long and flexible food such as pasta to a predetermined position.
  • a robot is a robot that conveys a long and flexible food to a predetermined position, and a base and a first robot arm connected to the base And a second robot arm, a robot hand provided on the first robot arm and configured to hold the food, and an end effector provided on the second robot arm,
  • the end effector is configured to support a longitudinal intermediate portion of the food with the food hanging from the end of the robot hand, holding the food with the robot hand, and the end effector with the end effector.
  • the said foodstuff is conveyed in the state which supported the longitudinal direction intermediate part of the foodstuff.
  • the end effector of the other robot arm causes the middle portion of the food in the longitudinal direction. Can be supported. Thereby, it can convey, after shortening the dimension of the up-down direction of the full length of foodstuffs.
  • the amount of movement of the robot arm on the robot hand side in the vertical direction is small, which is suitable for a SCARA robot having a short vertical stroke, for example.
  • the end effector has a rod-shaped tip portion extending in a horizontal direction in the posture of at least one robot, and the rod-shaped tip portion is a middle portion in the longitudinal direction of food suspended from the end portion of the robot hand. It may operate to intersect.
  • the end effector since the rod-shaped tip of the end effector extends in the horizontal direction, the end effector operates by intersecting with the longitudinal intermediate portion of the food suspended from the end of the robot hand.
  • the middle part in the longitudinal direction of the food can be supported by the front end part.
  • the end effector has a flat plate-like tip portion extending in a horizontal plane in the posture of at least one robot, and the flat plate-like tip portion is a longitudinal length of the food suspended from the end portion of the robot hand. You may operate
  • the end effector since the flat end of the end effector extends in the horizontal plane, the end effector operates by crossing the middle portion in the longitudinal direction of the food suspended from the end of the robot hand.
  • the longitudinal middle portion of the food can be supported by the tip of the effector.
  • the end effector has a U-shaped or V-shaped tip in a plan view in the posture of at least one robot, and the U-shaped or V-shaped tip is an end of the robot hand. You may operate
  • the tip end portion of the end effector is U-shaped or V-shaped, the end effector of the end effector is operated by operating so as to intersect with the longitudinal intermediate portion of the food hanging from the end of the robot hand.
  • tip part can support the longitudinal direction intermediate part of a foodstuff. Moreover, it is easy to align the position of the end effector with the center of the food.
  • the U shape or V shape may be a notch.
  • the end effector has a spoon-shaped tip having a recess, and the spoon-shaped tip has the opening of the recess facing upward in the posture of at least one robot. You may operate
  • the end effector since the tip portion of the end effector is spoon-shaped, the end effector operates so as to intersect with the longitudinal intermediate portion of the food hanging from the end of the robot hand with the opening of the recess facing upward.
  • the longitudinal direction intermediate part of a foodstuff can be supported by the recessed part of a spoon.
  • the robot hand has a plurality of fingers that hold the food between them with a lower tip closed, and an opening / closing drive device that operates the fingers in the opening direction that is the holding direction and the opposite direction. And after holding the food with the fingers, a food unraveling operation is performed in which the fingers are opened to drop the food, and the food is transported after the food unraveling operation.
  • the pasta can be loosened by repeating the operation of picking up and dropping the pasta, for example.
  • the flexibility of the pasta increases and it becomes easier to hold the pasta.
  • the robot hand may descend after the food holding operation, and then stop suddenly. According to the above configuration, for example, an excessive amount of pasta is shaken off, and an appropriate amount of pasta can be held.
  • a method for operating a robot comprising: a base; a first robot arm and a second robot arm coupled to the base; and the first robot arm.
  • a robot hand configured to hold the robot and an end effector provided to the second robot arm, the robot hand holding a long and flexible food And supporting the intermediate portion in the longitudinal direction of the food while the food is suspended from the end of the robot hand by the end effector, holding the food by the robot hand, and an end effector And transporting the food to a predetermined position while supporting a longitudinal intermediate portion of the food.
  • the present invention has the above-described configuration and can reliably convey a long and flexible food such as pasta to a predetermined position.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing an overall configuration of an example of the robot of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the end effector (robot hand) of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the end effector of FIG.
  • FIG. 5 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the control device.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for operating the robot.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the operation of the robot.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of the operation of the robot.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an end effector according to a first modification.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an end effector according to a second modification.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an end effector according to a third modification.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an end effector according to a fourth modification.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • the robot 11 is a double-arm robot provided with a pair of robot arms (hereinafter simply referred to as “arms”) 13 and 13 supported by a base 12.
  • the direction in which the pair of arms are spread is referred to as the left-right direction
  • the direction parallel to the axis of the base shaft is referred to as the up-down direction
  • the direction orthogonal to the left-right direction and the up-down direction is referred to as the front-rear direction.
  • the robot 11 is applied to the manufacturing site of the food 40.
  • the food 40 is pasta.
  • the robot 11 is a device for transporting the food 40 to a predetermined position.
  • the robot 11 can be installed in a limited space (for example, 610 mm ⁇ 620 mm) corresponding to one person.
  • a large tray container 60 is disposed on the right side of the robot 11.
  • the tray container 60 is open at the top and contains a large amount of food 40 inside.
  • a combination weighing instrument 50 for the food 40 is disposed in front of the robot 11.
  • the combination weigher 50 includes a plurality of weighing conveyors 51 and a transfer conveyor 52 arranged on a table in front of the robot 11.
  • the robot 11 holds a predetermined amount (for example, an amount corresponding to one meal) of the food 40 from the tray container 60 by the end effector (18) connected to each of the arms 13 and 13, and the food 40 is transferred to the weighing conveyor. It is conveyed to a predetermined position on 51.
  • the weighing conveyor 51 measures the weight of the food 40 arranged on the belt, and then sends the food 40 on the belt to the conveyor 52 by rotation of the belt.
  • the transfer conveyor 52 sends the food 40 sent from each weighing conveyor 51 to the food supply port 53 at a predetermined interval.
  • the worker performs the work of arranging each food 40 supplied from the food supply port 53.
  • the work area of the pair of arms 13, 13 covers the tray container 60 disposed on the right side of the robot 11 and the entire combination weighing instrument 50 disposed on the front surface of the robot 11.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing the overall configuration of an example of the robot 11.
  • the robot 11 includes a base 12 fixed to the carriage, a pair of arms 13 and 13 supported by the base 12, and a control device 14 housed in the base 12.
  • Each arm 13 is a horizontal articulated robot arm configured to be movable with respect to the base 12.
  • Each arm 13 includes an arm part 15, a wrist part 17, and end effectors (18, 19).
  • the right arm 13 and the left arm 13 may have substantially the same structure. Also, the right arm 13 and the left arm 13 can operate independently or operate in association with each other.
  • the arm portion 15 is composed of a first link 15a and a second link 15b.
  • the first link 15 a is connected to a base shaft 16 fixed to the upper surface of the base 12 by a rotary joint J ⁇ b> 1 and is rotatable around a rotation axis L ⁇ b> 1 passing through the axis of the base shaft 16.
  • the second link 15b is connected to the distal end of the first link 15a by the rotary joint J2, and is rotatable around the rotation axis L2 defined at the distal end of the first link 15a.
  • the list unit 17 includes an elevating unit 17a and a rotating unit 17b.
  • the raising / lowering part 17a is connected with the front-end
  • the rotating part 17b is connected to the lower end of the elevating part 17a by the rotary joint J4, and can be rotated around the rotation axis L3 defined at the lower end of the elevating part 17a.
  • the end effectors (18, 19) are connected to the rotating portions 17b of the left and right wrist portions 17, respectively. That is, the end effectors (18, 19) are provided at the tips of the left and right arms 13, respectively.
  • Each arm 13 having the above configuration has each joint J1 to J4.
  • the arm 13 is provided with a drive servomotor (not shown) and an encoder (not shown) for detecting the rotation angle of the servomotor so as to be associated with each joint J1 to J4. It has been.
  • the rotation axes L1 of the first links 15a and 15a of the two arms 13 and 13 are on the same straight line, and the first link 15a of one arm 13 and the first link 15a of the other arm 13 are up and down. It is arranged with a height difference.
  • 3A and 3B are a front view and a plan view showing the configuration of the end effector (18) provided on the right arm 13, respectively.
  • the end effector (18) is a robot hand configured to hold the food 40.
  • the end effector (18) is referred to as a robot hand 18.
  • the robot hand 18 includes a base portion 18a connected to the rotating portion 17b of the right wrist portion 17, three fingers 18b for holding food, and an opening / closing drive device 18c for the fingers 18b.
  • the number of fingers 18b may be four or more.
  • the base 18a is formed in a cylindrical shape. Fingers 18b are provided on the outer surface of the lower end of the base 18a at equal intervals (for example, at intervals of 120 degrees) via the opening / closing drive device 18c.
  • the finger 18b is formed in a rod shape.
  • the lower side of the finger 18b is bent in the center direction of the rotation axis L3 of the base portion 18a (hereinafter also referred to as the holding direction).
  • the opening / closing drive device 18c includes an actuator (not shown) such as a servo motor. By driving the actuator, the finger 18b operates in the holding direction (the central direction of the rotation axis L3) and the opening direction that is the opposite direction.
  • the robot hand 18 is configured to hold the food 40 between each other by closing the interval between the lower tips of the fingers 18b (hereinafter also referred to as holding operation).
  • FIGS. 4A and 4B are a front view and a plan view showing the configuration of the end effector 19 provided on the left arm 13.
  • the end effector 19 includes a base portion 19 a connected to the rotating portion 17 b of the left wrist portion 17 and a distal end portion 19 b.
  • the base 19a is formed in a cylindrical shape.
  • a tip 19b is provided at the lower end of the base 18a.
  • the distal end portion 19b has a T shape in a plan view, and the rod at the distal end extends in the horizontal direction (front-rear direction in FIG. 4) in the posture of at least one robot 11.
  • the end effector 19 is configured to support a longitudinal intermediate portion of the food 40 in a state where the food 40 is suspended from the end of the robot hand 18.
  • the robot 11 holds the food 40 with the robot hand 18 (see FIG. 3) of the right arm 13 and supports the food 40 with the end effector 19 (see FIG. 4) of the left arm 13. It is comprised so that the foodstuff 40 may be conveyed in a state.
  • FIG. 5 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the control device 14 (see FIG. 2) of the robot 11.
  • the control device 14 includes a calculation unit 14 a such as a CPU, a storage unit 14 b such as a ROM and a RAM, and a servo control unit 14 c.
  • the control device 14 is a robot controller including a computer such as a microcontroller.
  • the control device 14 may be configured by a single control device 14 that performs centralized control, or may be configured by a plurality of control devices 14 that perform distributed control in cooperation with each other.
  • the storage unit 14b stores information such as a basic program as a robot controller and various fixed data.
  • the calculation unit 14a controls various operations of the robot 11 by reading and executing software such as a basic program stored in the storage unit 14b. That is, the arithmetic unit 14a generates a control command for the robot 11 and outputs it to the servo control unit 14c.
  • the servo control unit 14c is configured to control the driving of the servo motors corresponding to the joints J1 to J4 of each arm 13 of the robot 11 based on the control command generated by the calculation unit 14a.
  • the control device 6 also controls the holding operation of the food 40 by the fingers 18 b of the robot hand 18. Therefore, the control device 6 controls the operation of the entire robot 1.
  • FIG. 7 and 8 are schematic diagrams illustrating an example of the operation of the robot.
  • the robot 11 performs a loosening operation of the food 40 prior to the conveying operation of the food 40 (step S1 in FIG. 6).
  • the loosening operation of the food 40 refers to an operation of temporarily holding the food 40 with the fingers 18b of the robot hand 18 and then releasing the food 40 by opening the fingers 18b.
  • the control device 14 controls the operation of the right arm 13 to move the robot hand 18 to a position immediately above the tray container 60 containing the food 40 as shown in FIG. 7A. .
  • the robot hand 18 is lowered to temporarily hold the food 40 stored in the tray container 60.
  • toe 18b is open
  • the pasta (40) can be loosened by repeating a series of operations of picking up and dropping the pasta (40) of the tray container 60 by the robot hand 18.
  • the flexibility of the pasta (40) increases and it becomes easier to hold the pasta (40).
  • movement of the foodstuff 40 is suitably set by the state of foodstuff (40), ambient temperature environment, etc.
  • the robot 11 again holds the food 40 by the robot hand 18 for transport (step S2 in FIG. 6).
  • the control device 14 controls the operation of the right arm 13 to lower the robot hand 18 from the position immediately above the tray container 60, and closes the finger 18b to hold the food 40, and holds the predetermined position. Raise to.
  • the food 40 is a long and flexible pasta, as shown in FIG. 8A, the food 40 held by the robot hand 18 is suspended from the end of the finger 18b. .
  • the robot 11 performs a shake-off operation of the food 40 (step S3 in FIG. 6).
  • the control device 14 controls the operation of the right arm 13 to lower the robot hand 18 holding the food 40 to a predetermined position as shown in FIG. Then, it is suddenly stopped at a predetermined position (see FIG. 8B). Thereby, an excessive amount of pasta (40) is shaken off, and an appropriate amount of pasta (40) can be held.
  • movement of the foodstuff 40 is suitably set according to the quantity of the pasta (40) equivalent to one meal, for example.
  • the robot 11 supports the food 40 held by the robot hand 18 by the end effector 19 (step S4 in FIG. 6).
  • the control device 14 controls the operation of the left arm 13, and as shown in FIG. 8C, the control device 14 has a rod-like shape extending in the horizontal direction of the end effector 19 (the front-rear direction in FIG. 8).
  • the distal end portion 19b is moved so as to intersect the longitudinal direction intermediate portion 40a of the food 40 hanging from the end portion of the robot hand 18 (right direction in the figure).
  • the longitudinal intermediate portion 40 a of the food 40 that hangs down from the end of the robot hand 18 is supported by the rod-shaped tip 19 b of the end effector 19.
  • the robot 11 holds the food 40 with the robot hand 18 and transports the food 40 to a predetermined position with the end effector 19 supporting the longitudinal intermediate portion 40a of the food 40 (step S5 in FIG. 6). ).
  • the control device 14 controls the operation of the left and right arms 13 to hold the food 40 with the robot hand 18 and the end effector 19 with the food 40 as shown in FIG.
  • the food 40 is moved while maintaining the state where the longitudinal intermediate portion 40a is supported (left direction in the figure). Thereby, after shortening the dimension of the up-down direction of the full length of the foodstuff 40, it can convey reliably to the predetermined position on the measurement conveyor 51 of the combination measuring device 50 (refer FIG. 1).
  • the robot 11 repeats the operations from step S2 to step S5 until the work is completed (step S6 in FIG. 6).
  • the end effector 19 of the present embodiment has a configuration having a rod-shaped tip portion 19b extending in the horizontal direction (the front-rear direction in FIG. 8) in the posture of at least one robot 11, but is not limited to this configuration. I can't.
  • a configuration of a modified example of the end effector 19 will be described.
  • FIGS. 9A and 9B are a front view and a plan view showing a configuration according to a first modification of the end effector 19 provided on the left arm 13.
  • the tip 19b of the end effector 19 according to this modification extends in a horizontal plane (a plane defined in the front-rear direction and the left-right direction in FIG. 9) in the posture of at least one robot 11. It has a flat plate shape.
  • the flat tip portion 19b of the end effector 19 extends in the horizontal plane, the longitudinal direction middle of the food 40 hanging from the end portion of the robot hand 18 is the same as in the above embodiment.
  • the front end portion 19b of the end effector 19 can support the longitudinal intermediate portion 40a of the food 40.
  • FIGS. 10A and 10B are a front view and a plan view showing a configuration according to a second modification of the end effector 19 provided on the left arm 13.
  • the distal end portion 19 b of the end effector 19 according to the present modification has a V shape in plan view in the posture of at least one robot 11.
  • the tip end portion 19b of the end effector 19 is V-shaped, it intersects with the longitudinal intermediate portion 40a of the food 40 hanging from the end portion of the robot hand 18 as in the above embodiment.
  • the longitudinal direction intermediate portion 40a of the food 40 can be supported by the tip 19b of the end effector 19. Further, it is easy to align the end effector 19 with the center of the food 40.
  • the V shape may be a notch.
  • FIG. 11A and FIG. 11B are a front view and a plan view showing a configuration according to a first modification of the end effector 19 provided in the left arm 13.
  • the distal end portion 19 b of the end effector 19 according to the present modification has a U shape in plan view in the posture of at least one robot 11.
  • the tip end portion 19b of the end effector 19 is U-shaped, it intersects with the longitudinal intermediate portion 40a of the food 40 hanging from the end portion of the robot hand 18 as in the above embodiment.
  • the U shape may be a notch.
  • FIGS. 12A and 12B are a front view and a plan view showing a configuration according to a first modification of the end effector 19 provided in the left arm 13.
  • the tip 19b of the end effector 19 according to this modification has a spoon-like tip 19b having a recess 19c.
  • the tip 19b of the end effector 19 has a spoon shape
  • the food hanging from the end of the robot hand 18 with the opening of the recess 19c facing upward is similar to the above embodiment.
  • the longitudinal intermediate portion 40a of the food 40 can be supported by the recess 19c of the spoon.
  • the robot hand (18) holding the pasta (40) is rotated on the spoon (19) so that a person turns the pasta using a fork on the spoon, thereby improving the unity of the pasta (40). It may be transported after that.
  • noodle strings such as udon, soba, and ramen, may be sufficient, for example.
  • the food transport operation is performed by the double-armed robot 11.
  • the food can be realized by a dedicated device that includes the robot hand 18 and the end effector 19 and is capable of positioning control. Good.
  • the robot 11 of the above embodiment is a horizontal articulated double-arm robot, but may be a vertical articulated robot.
  • the present invention is useful for the production site of long and flexible foods such as pasta.
  • Robot 13 Robot arm 14 Controller 18 End effector (robot hand) 18a base 18b finger 19 end effector 19a base 19b tip 40 food (pasta) 40a Longitudinal intermediate portion 50 of food 50
  • Combination weighing device 51 Weighing conveyor 52

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Abstract

ロボット(11)は、ベース(12)と、ベース(12)に連結された第1のロボットアーム(13)および第2のロボットアーム(13)と、第1のロボットアーム(13)に設けられ、食品(40)を保持するように構成されたロボットハンド(18)と、第2のロボットアーム(13)に設けられたエンドエフェクタ(19)と、第1のロボットアーム(13)及び第2のロボットアーム(13)の動作を制御する制御装置と、を備える。エンドエフェクタ(19)は、食品(40)がロボットハンド(18)の端部から垂下した状態で、食品(40)の長手方向中間部を支持可能に構成され、制御装置は、ロボットハンド(18)で食品(40)を保持し、かつ、エンドエフェクタ(19)で食品(40)の長手方向中間部を支持した状態で食品(40)を搬送するように第1のロボットアーム(13)及び第2のロボットアーム(13)の動作を制御する。

Description

ロボットとロボットの運転方法
 本発明は、ロボットとロボットの運転方法に関する。
 パスタ等の長尺かつ柔軟な食品の製造現場では、作業者は食品を最適な量だけ手で掴みとって食品を盛り付ける。近年、様々な分野において、生産性向上の観点から、ロボットと作業者が同じ作業空間内で共同して作業を行うことが提案されている。上記のような食品の製造現場において、人型の作業ロボットを導入する場合、食品を確実に保持し、かつ、搬送するための対策が必要になる。従来から、うどん、そば、ラーメン等の麺線からなる食品を移送するロボットがある(特許文献1及び特許文献2参照)。
特許第5477665号 特許第2788302号
 しかし、上記従来の特許文献1および特許文献2のロボットハンドで食品を保持した場合、食品は長尺かつ柔軟性を有するため、ロボットハンドの端部から垂下した状態になる。このような状態で食品を所定位置に搬送する場合、食品が他の装置や周囲の作業者に接触する、又は、その一部が途中で落下してしまう可能性がある。
 本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、パスタ等の長尺かつ柔軟な食品を所定位置に確実に搬送することを目的としている。
 上記目的を達成するために、本発明のある形態に係るロボットは、長尺かつ柔軟な食品を所定の位置に搬送するロボットであって、ベースと、前記ベースに連結された第1のロボットアームおよび第2のロボットアームと、前記第1のロボットアームに設けられ、前記食品を保持するように構成されたロボットハンドと、前記第2のロボットアームに設けられたエンドエフェクタと、を備え、前記エンドエフェクタは、前記食品が前記ロボットハンドの端部から垂下した状態で、前記食品の長手方向中間部を支持するように構成され、前記ロボットハンドで前記食品を保持し、かつ、エンドエフェクタで前記食品の長手方向中間部を支持した状態で前記食品を搬送する。
 上記構成によれば、一方のロボットアームのロボットハンドにより保持された食品(例えばパスタ)がそのロボットハンドの端部から垂下した状態で、他方のロボットアームのエンドエフェクタにより、食品の長手方向中間部を支持することができる。これにより、食品の全長の上下方向の寸法を短くしてから搬送することができる。搬送動作において、ロボットハンド側のロボットアームの上下方向の移動量が少なくなるので、例えば上下方向のストロークの短いスカラロボットに適している。
 前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、水平方向に延在する棒状の先端部を有し、前記棒状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作してもよい。
 上記構成によれば、エンドエフェクタの棒状の先端部が水平方向に延在しているので、ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作することにより、エンドエフェクタの先端部で食品の長手方向中間部を支持することができる。
 また、前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、水平面内において延在する平板状の先端部を有し、前記平板状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作してもよい。
 上記構成によれば、エンドエフェクタの平板状の先端部が水平面内において延在しているので、ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作することにより、エンドエフェクタの先端部で食品の長手方向中間部を支持することができる。
 また、前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、平面視でU字状又はV字状の先端部を有し、前記U字状又はV字状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作してもよい。
 上記構成によれば、エンドエフェクタの先端部がU字状又はV字状であるので、ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作することにより、エンドエフェクタの先端部で食品の長手方向中間部を支持することができる。また、食品の中心にエンドエフェクタの位置を合わせやすい。U字状又はV字状は切欠きでもよい。
 また、前記エンドエフェクタは、凹部を有するスプーン状の先端部を有し、前記スプーン状の先端部は、少なくとも一つのロボットの姿勢において、前記凹部の開口が上方を向いた状態で、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作してもよい。
 上記構成によれば、エンドエフェクタの先端部がスプーン状であるので、凹部の開口が上方を向いた状態で、ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作することにより、スプーンの凹部で食品の長手方向中間部を支持することができる。また、人がスプーンの上でフォークを使ってパスタを回すように板の上でパスタを回してまとまりをよくしてから搬送してもよい。
 ところで、前記ロボットハンドは、下側先端の間隔が閉じて相互間で前記食品を保持する複数のフィンガーと、これらのフィンガーを前記保持方向とその逆方向である開放方向とに動作させる開閉駆動装置と、を備え、前記フィンガーで前記食品を保持した後に、フィンガーを開放して食品を落下させる食品ほぐし動作を行い、当該食品ほぐし動作の後に、前記食品を搬送してもよい。
 上記構成によれば、例えばパスタをつまみあげては落とすという動作を繰り返すことにより、パスタをほぐすことができる。パスタの柔軟性が増し、パスタを保持しやすくなる。
 前記ロボットハンドは、前記食品の保持動作の後、下降し、その後、急停止してもよい。上記構成によれば、例えば余分な量のパスタが振るい落とされ、適切な量のパスタを保持することができる。
 また、本発明の他の形態に係るロボットの運転方法は、ベースと、前記ベースに連結された第1のロボットアームおよび第2のロボットアームと、前記第1のロボットアームに設けられ、前記食品を保持するように構成されたロボットハンドと、前記第2のロボットアームに設けられたエンドエフェクタと、を備えるロボットの運転方法であって、前記ロボットハンドにより、長尺かつ柔軟な食品を保持することと、前記エンドエフェクタにより、前記食品が前記ロボットハンドの端部から垂下した状態で、前記食品の長手方向中間部を支持することと、前記ロボットハンドで前記食品を保持し、かつ、エンドエフェクタで前記食品の長手方向中間部を支持した状態で前記食品を所定の位置に搬送することと、を含む。
 本発明は、以上に説明した構成を有し、パスタ等の長尺かつ柔軟な食品を所定位置に確実に搬送することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係るロボットの全体の構成を示す斜視図である。 図2は、図1のロボットの一例の全体的な構成を概略的に示す正面図である。 図3は、図2のエンドエフェクタ(ロボットハンド)の構成を示した図である。 図4は、図2のエンドエフェクタの構成を示した図である。 図5は、制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 図6は、ロボットの運転の手順を示すフローチャートである。 図7は、ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図8は、ロボットの動作の一例を示す模式図である。 図9は、第1変形例に係るエンドエフェクタの構成を示した図である。 図10は、第2変形例に係るエンドエフェクタの構成を示した図である。 図11は、第3変形例に係るエンドエフェクタの構成を示した図である。 図12は、第4変形例に係るエンドエフェクタの構成を示した図である。
 以下、好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したものである。
 (実施形態)
 図1は、本発明の一実施形態に係るロボットの全体の構成を示す斜視図である。図1に示すように、ロボット11は、ベース12に支持された一対のロボットアーム(以下、単に「アーム」と記載する場合がある)13,13を備えた双腕ロボットである。以下では、一対のアームを広げた方向を左右方向と称し、基軸の軸心に平行な方向を上下方向と称し、左右方向および上下方向に直交する方向を前後方向と称する。ロボット11は、食品40の製造現場に適用される。本実施形態では食品40はパスタである。ここでは長尺かつ柔軟なパスタの麺線の集合体を総称して食品40と称する。ロボット11は、食品40を所定の位置に搬送するための装置である。ロボット11は、人一人分に相当する限られたスペース(例えば610mm×620mm)に設置することができる。ロボット11の右側には大型のトレイ容器60が配置される。トレイ容器60は上方が開口し、内部には大量の食品40が収容されている。ロボット11の正面には食品40の組み合せ計量器50が配置される。組み合せ計量器50は、ロボット11の正面のテーブル上に配置された、複数の計量用コンベア51、および、搬送用コンベア52を有する。ロボット11は、各アーム13,13に連結されたエンドエフェクタ(18)により、トレイ容器60内から所定量(例えば一食分に相当する量)の食品40を保持し、食品40を、計量用コンベア51上の所定の位置に搬送する。計量用コンベア51は、ベルト上に配置された食品40の重量を計測し、その後、ベルトの回転により、ベルト上の食品40を搬送用コンベア52に送り出す。搬送用コンベア52は各計量用コンベア51から送り出された食品40を、所定の間隔で、食品供給口53に送り出す。作業者は食品供給口53から供給された各食品40の盛り付け作業を行う。本実施形態では、一対のアーム13,13の作業領域は、ロボット11の右側に配置されたトレイ容器60、および、ロボット11の正面に配置された組み合せ計量器50全体を覆う。
 図2は、ロボット11の一例の全体的な構成を概略的に示す正面図である。図2に示すように、ロボット11は、台車に固定されたベース12と、ベース12に支持された一対のアーム13、13と、ベース12内に収納された制御装置14と、を備えている。各アーム13は、ベース12に対して移動可能に構成された水平多関節型ロボットアームである。各アーム13は、アーム部15とリスト部17とエンドエフェクタ(18、19)を備えている。なお、右のアーム13および左のアーム13は、実質的に同じ構造であってもよい。また、右のアーム13および左のアーム13は、独立して動作する、又は、互いに関連して動作することができる。
 アーム部15は、本例では、第1リンク15aおよび第2リンク15bとで構成されている。第1リンク15aは、ベース12の上面に固定された基軸16と回転関節J1により連結され、基軸16の軸心を通る回転軸線L1まわりに回動可能である。第2リンク15bは、第1リンク15aの先端と回転関節J2により連結され、第1リンク15aの先端に規定された回転軸線L2まわりに回動可能である。
 リスト部17は、昇降部17aおよび回動部17bにより構成されている。昇降部17aは、第2リンク15bの先端と直動関節J3により連結され、第2リンク15bに対し昇降移動可能である。回動部17bは、昇降部17aの下端と回転関節J4により連結され、昇降部17aの下端に規定された回転軸線L3まわりに回動可能である。
 エンドエフェクタ(18、19)は、左右のリスト部17の回動部17bにそれぞれ連結されている。つまり、エンドエフェクタ(18、19)は、左右のアーム13の各々の先端に設けられている。
 上記構成の各アーム13は、各関節J1~J4を有する。そして、アーム13には、各関節J1~J4に対応付けられるように、駆動用のサーボモータ(図示せず)、および、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ(図示せず)等が設けられている。また、2本のアーム13、13の第1リンク15a、15aの回転軸線L1は同一直線上にあり、一方のアーム13の第1リンク15aと他方のアーム13の第1リンク15aとは上下に高低差を設けて配置されている。
 図3(A)及び図3(B)は、右のアーム13に設けられたエンドエフェクタ(18)の構成を示した正面図及び平面図である。エンドエフェクタ(18)は、食品40を保持するように構成されたロボットハンドである。以下、エンドエフェクタ(18)をロボットハンド18と称する。ロボットハンド18は、右のリスト部17の回動部17bに連結された基部18aと、食品を保持する3本のフィンガー18bと、フィンガー18bの開閉駆動装置18cと、を備える。尚、フィンガー18bの数は4本以上であってもよい。
 基部18aは、円筒状に形成される。基部18aの下端の外側表面にはフィンガー18bが開閉駆動装置18cを介して等間隔(例えば120度間隔)に設けられている。フィンガー18bは、棒状に形成される。フィンガー18bの下側は基部18aの回転軸線L3の中心方向(以下では、保持方向ともいう)に曲がっている。開閉駆動装置18cは、内部にサーボモータ等のアクチュエータ(図示せず)を有する。このアクチュエータの駆動により、フィンガー18bは保持方向(回転軸線L3の中心方向)とその逆方向である開放方向とに動作する。ロボットハンド18は、フィンガー18bの下側先端の間隔が閉じることにより相互間で食品40を保持するように構成されている(以下、保持動作ともいう)。
 図4(A)及び図4(B)は、左のアーム13に設けられたエンドエフェクタ19の構成を示した正面図及び平面図である。図4に示すように、エンドエフェクタ19は、左のリスト部17の回動部17bに連結された基部19aと、先端部19bと、を備える。
 基部19aは、円筒状に形成される。基部18aの下端に先端部19bが設けられている。先端部19bは、平面視でT字形状を有し、少なくとも一つのロボット11の姿勢において、先端の棒が水平方向(図4では前後方向)に延在する。エンドエフェクタ19は、後述するように、食品40がロボットハンド18の端部から垂下した状態で、食品40の長手方向中間部を支持するように構成される。本実施形態では、ロボット11は、右のアーム13のロボットハンド18(図3参照)で食品40を保持し、かつ、左のアーム13のエンドエフェクタ19(図4参照)で食品40を支持した状態で食品40を搬送するように構成されている。
 図5は、ロボット11の制御装置14(図2参照)の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図5に示すように、制御装置14は、CPU等の演算部14aと、ROM、RAM等の記憶部14bと、サーボ制御部14cと、を備える。制御装置14は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置14は、集中制御する単独の制御装置14によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置14によって構成されていてもよい。
 記憶部14bには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部14aは、記憶部14bに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット11の各種動作を制御する。すなわち、演算部14aは、ロボット11の制御指令を生成し、これをサーボ制御部14cに出力する。サーボ制御部14cは、演算部14aにより生成された制御指令に基づいて、ロボット11の各アーム13の関節J1~J4に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。また、ロボットハンド18のフィンガー18bによる食品40の保持動作の制御も制御装置6によって行われる。よって、制御装置6は、ロボット1全体の動作の制御を行う。
 次に、制御装置14により制御されるロボット11の運転動作の一例について図6のフローチャートを用いて説明する。図7および図8は、ロボットの動作の一例を示す模式図である。
 最初に、ロボット11は、食品40の搬送動作に先立って、食品40のほぐし動作を行う(図6のステップS1)。食品40のほぐし動作とは、ロボットハンド18のフィンガー18bで食品40を一旦保持した後に、フィンガー18bを開放して食品40を落下させる動作をいう。具体的には、制御装置14は、右のアーム13の動作を制御して、図7(A)に示すように、ロボットハンド18を食品40が収容されたトレイ容器60の直上付近に移動させる。そして、図7(B)および図7(C)に示すように、ロボットハンド18を下降させてトレイ容器60に収容された食品40を、一旦、保持する。その後、ロボットハンド18を上昇させるとともに、フィンガー18bを開放して食品40を落下させる。図7(D)に示すように、(1)保持動作、(2)上昇動作、(3)開放動作、(4)下降動作、(5)保持動作の順に行う。すなわち、ロボットハンド18により、トレイ容器60のパスタ(40)をつまみあげては落とすという一連の動作を繰り返すことにより、パスタ(40)をほぐすことができる。パスタ(40)の柔軟性が増し、パスタ(40)を保持しやすくなる。尚、食品40のほぐし動作の回数は、食品(40)の状態、周囲の温度環境等によって適宜設定される。
 次に、ロボット11は、搬送のために、ロボットハンド18により、再び、食品40の保持動作を行う(図6のステップS2)。具体的には、制御装置14は、右のアーム13の動作を制御して、トレイ容器60の直上付近からロボットハンド18を下降させるとともに、フィンガー18bを閉じて食品40を保持し、所定の位置まで上昇させる。ここで、食品40は長尺かつ柔軟性のあるパスタであるので、図8(A)に示すように、ロボットハンド18により保持された食品40は、フィンガー18bの端部から垂下した状態になる。
 次に、ロボット11は、食品40の保持動作の後、食品40の振い落とし動作を行う(図6のステップS3)。具体的には、制御装置14は、右のアーム13の動作を制御して、図8(A)に示すように食品40を保持したロボットハンド18を所定の位置まで上昇させた状態から、下降し、その後、所定の位置で急停止させる(図8(B)参照)。これにより、余分な量のパスタ(40)が振るい落とされ、適切な量のパスタ(40)を保持することができる。尚、食品40の振い落とし動作の回数は、例えば一食分に相当するパスタ(40)の量に応じて適宜設定される。
 次に、ロボット11は、エンドエフェクタ19により、ロボットハンド18により保持された食品40を支持する(図6のステップS4)。具体的には、制御装置14は、左のアーム13の動作を制御して、図8(C)に示すように、エンドエフェクタ19の水平方向(図8では前後方向)に延在した棒状の先端部19bを、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部40aと交差するように動作させる(同図では右方向)。これにより、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部40aが、エンドエフェクタ19の棒状の先端部19bにより支持される。
 最後に、ロボット11は、ロボットハンド18で食品40を保持し、かつ、エンドエフェクタ19で食品40の長手方向中間部40aを支持した状態で食品40を所定位置に搬送する(図6のステップS5)。具体的には、制御装置14は、左右のアーム13の動作を制御して、図8(D)に示すように、ロボットハンド18で食品40を保持し、かつ、エンドエフェクタ19で食品40の長手方向中間部40aを支持した状態を維持しながら食品40を移動させる(同図では左方向)。これにより、食品40の全長の上下方向の寸法を短くしてから、組み合せ計量器50の計量用コンベア51上の所定の位置に確実に搬送することができる(図1参照)。ロボット11は、作業終了までステップS2からステップS5の動作を繰り返す(図6のステップS6)。
 尚、本実施形態の食品40の搬送動作では、ロボットハンド18側のロボットアーム13の上下方向の移動量が少なくなるので、本実施形態のロボットアーム13のような上下方向のストロークの短い水平多関節型アームに適している。
 (変形例)
 尚、本実施形態のエンドエフェクタ19は、少なくとも一つのロボット11の姿勢において、水平方向(図8の前後方向)に延在する棒状の先端部19bを有する構成であったが、この構成に限られない。以下、エンドエフェクタ19の変形例の構成について説明する。
 図9(A)及び図9(B)は、左のアーム13に設けられたエンドエフェクタ19の第1変形例に係る構成を示した正面図及び平面図である。図9に示すように、本変形例に係るエンドエフェクタ19の先端部19bは、少なくとも一つのロボット11の姿勢において、水平面内(図9では前後方向および左右方向で規定される平面)において延在する平板形状を有する。本変形例によれば、エンドエフェクタ19の平板状の先端部19bが水平面内において延在しているので、上記実施形態と同様に、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部40aと交差するように動作することにより、エンドエフェクタ19の先端部19bで食品40の長手方向中間部40aを支持することができる。
 図10(A)及び図10(B)は、左のアーム13に設けられたエンドエフェクタ19の第2変形例に係る構成を示した正面図及び平面図である。図10に示すように、本変形例に係るエンドエフェクタ19の先端部19bは、少なくとも一つのロボット11の姿勢において、平面視でV字形状を有する。
 本変形例によれば、エンドエフェクタ19の先端部19bがV字形状であるので、上記実施形態と同様に、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部40aと交差するように動作することにより、エンドエフェクタ19の先端部19bで食品40の長手方向中間部40aを支持することができる。また、食品40の中心にエンドエフェクタ19の位置を合わせやすい。尚、V字形状は切欠きでもよい。
 図11(A)及び図11(B)は、左のアーム13に設けられたエンドエフェクタ19の第1変形例に係る構成を示した正面図及び平面図である。図11に示すように、本変形例に係るエンドエフェクタ19の先端部19bは、少なくとも一つのロボット11の姿勢において、平面視でU字形状を有する。本変形例によれば、エンドエフェクタ19の先端部19bがU字状であるので、上記実施形態と同様に、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部40aと交差するように動作することにより、エンドエフェクタ19の先端部19bで食品40の長手方向中間部40aを支持することができる。また、食品40の中心にエンドエフェクタ19の位置を合わせやすい。尚、U字状は切欠きでもよい。
 図12(A)及び図12(B)は、左のアーム13に設けられたエンドエフェクタ19の第1変形例に係る構成を示した正面図及び平面図である。図12に示すように、本変形例に係るエンドエフェクタ19の先端部19bは、凹部19cを有するスプーン状の先端部19bを有する。
 本変形例によれば、エンドエフェクタ19の先端部19bがスプーン状であるので、凹部19cの開口が上方を向いた状態で、上記実施形態と同様に、ロボットハンド18の端部から垂下した食品40の長手方向中間部と交差するように動作することにより、スプーンの凹部19cで食品40の長手方向中間部40aを支持することができる。また、人がスプーンの上でフォークを使ってパスタを回すように、スプーン(19)の上でパスタ(40)を保持したロボットハンド(18)を回転させ、パスタ(40)のまとまりをよくしてから搬送してもよい。
 (その他の実施形態)
 尚、上記実施形態では食品40は、パスタであったが、長尺かつ柔軟な食品であれば、例えばうどん、そば、ラーメン等の麺線でもよい。
 尚、上記実施形態では、双腕型のロボット11により食品の搬送作業を行うように構成されたが、上記ロボットハンド18およびエンドエフェクタ19を備え、位置決め制御が可能な専用装置で実現されてもよい。
 尚、上記実施形態のロボット11は、水平多関節型の双腕ロボットであるが、垂直多関節型のロボットでもよい。
 上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。
 本発明は、パスタ等の長尺かつ柔軟な食品の製造現場に有用である。
11 ロボット
13 ロボットアーム
14 制御装置
18 エンドエフェクタ(ロボットハンド)
18a 基部
18b フィンガー
19 エンドエフェクタ
19a 基部
19b 先端部
40 食品(パスタ)
40a 食品の長手方向中間部
50 組み合せ計量器
51 計量用コンベア
52 搬送用コンベア
60 容器

Claims (8)

  1.  長尺かつ柔軟な食品を所定の位置に搬送するロボットであって、
     ベースと、
     前記ベースに連結された第1のロボットアームおよび第2のロボットアームと、
     前記第1のロボットアームに設けられ、前記食品を保持するように構成されたロボットハンドと、
     前記第2のロボットアームに設けられたエンドエフェクタと、
     前記第1のロボットアーム及び第2のロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
     前記エンドエフェクタは、前記食品が前記ロボットハンドの端部から垂下した状態で、前記食品の長手方向中間部を支持可能に構成され、
     前記制御装置は、前記ロボットハンドで前記食品を保持し、かつ、エンドエフェクタで前記食品の長手方向中間部を支持した状態で前記食品を搬送するように前記第1のロボットアーム及び第2のロボットアームの動作を制御する、ロボット。
  2.  前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、水平方向に延在する棒状の先端部を有し、
     前記棒状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作する、請求項1に記載のロボット。
  3.  前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、水平面内において延在する平板状の先端部を有し、
     前記平板状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作する、請求項1に記載のロボット。
  4.  前記エンドエフェクタは、少なくとも一つのロボットの姿勢において、平面視でU字状又はV字状の先端部を有し、
     前記U字状又はV字状の先端部は、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作する、請求項1に記載のロボット。
  5.  前記エンドエフェクタは、凹部を有するスプーン状の先端部を有し、
     前記スプーン状の先端部は、少なくとも一つのロボットの姿勢において、前記凹部の開口が上方を向いた状態で、前記ロボットハンドの端部から垂下した食品の長手方向中間部と交差するように動作する、請求項1に記載のロボット。
  6.  前記ロボットハンドは、下側先端の間隔が閉じて相互間で前記食品を保持する複数のフィンガーと、
     これらのフィンガーを前記保持方向とその逆方向である開放方向とに動作させる開閉駆動装置と、を備え、
     前記フィンガーで前記食品を保持した後に、フィンガーを開放して食品を落下させる食品ほぐし動作を行い、当該食品ほぐし動作の後に、前記食品を搬送する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のロボット。
  7.  前記ロボットハンドは、前記食品の保持動作の後、下降し、その後、急停止する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のロボット。
  8.  ベースと、前記ベースに連結された第1のロボットアームおよび第2のロボットアームと、前記第1のロボットアームに設けられ、前記食品を保持するように構成されたロボットハンドと、前記第2のロボットアームに設けられたエンドエフェクタと、前記第1のロボットアーム及び第2のロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備えるロボットの運転方法であって、
     前記ロボットハンドにより、長尺かつ柔軟な食品を保持することと、
     前記エンドエフェクタにより、前記食品が前記ロボットハンドの端部から垂下した状態で、前記食品の長手方向中間部を支持することと、
     前記ロボットハンドで前記食品を保持し、かつ、エンドエフェクタで前記食品の長手方向中間部を支持した状態で前記食品を所定の位置に搬送することと、
    を含む、方法。
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