WO2020040056A1 - 食品箱詰装置及びその動作方法 - Google Patents

食品箱詰装置及びその動作方法 Download PDF

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WO2020040056A1
WO2020040056A1 PCT/JP2019/032152 JP2019032152W WO2020040056A1 WO 2020040056 A1 WO2020040056 A1 WO 2020040056A1 JP 2019032152 W JP2019032152 W JP 2019032152W WO 2020040056 A1 WO2020040056 A1 WO 2020040056A1
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food
area
control device
container
obstacle
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恵太 笹木
和範 平田
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川崎重工業株式会社
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    • B65G47/74Feeding, transfer, or discharging devices of particular kinds or types
    • B65G47/90Devices for picking-up and depositing articles or materials

Definitions

  • the present invention relates to a food packaging device and an operation method thereof.
  • Patent Literature 1 discloses an apparatus that detects an arrangement state of processed foods in a tray.
  • This device includes a distance sensor that measures a distance to a surface position in the tray.
  • the detection signal indicating the bottom position of the tray indicates a value equal to or less than a predetermined reference height position
  • the bottom detection signal is output, and the shortage abnormality detection is performed by the determination unit.
  • a signal is output.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to minimize a decrease in work efficiency even when an abnormality occurs in the arrangement state of food items in a food boxing operation.
  • a food boxing device is a device for boxing food in a container having an open top surface, a base portion, and a robot arm attached to the base portion.
  • a hand unit attached to the robot arm and configured to hold or release the food, a storage unit that stores an arrangement order of a plurality of foods in the container in advance, and the food according to the arrangement order.
  • a control device that controls the operation of the robot arm so as to arrange in the container, and an abnormality detection unit configured to detect whether there is an obstacle in an area where the food is to be arranged,
  • the control device according to the arrangement order, when arranging the food in the container, it is detected by the abnormality detection unit that there is an obstacle in the area where the food should be arranged In this case, the food to not disposed in the area, and controls the operation of the robot arm.
  • the control device may arrange the robot so that the food is arranged in an area different from the area. Controls arm movement.
  • the packaging operation can be continued.
  • the control device when it is detected by the abnormality detection unit that there is an obstacle in the area where the food is to be arranged, so as to arrange the food in the next area adjacent to the area, The operation of the robot arm may be controlled.
  • the food when it is detected that an obstacle is present in the area where the food is to be arranged, the food is arranged in the next area adjacent to the area, and thus the food is packed in the food boxing operation. Even if an abnormality occurs in the arrangement state of the boxes, the packing operation can be continued without terminating the operation.
  • the food packaging device may further include an alarm device that performs an alert operation when the abnormality detection unit detects that an obstacle is present in the area where the food is to be arranged.
  • the alert device when it is detected that an obstacle is present in the area where the food is to be arranged, the alert device performs an alert operation, so that the operator is likely to notice abnormalities.
  • the control device may control the operation speed of the robot arm to be reduced when the abnormality detection unit detects that an obstacle is present in an area where food is to be arranged.
  • the abnormality detection unit detects that an obstacle is present in the area, the operation speed of the robot arm is reduced, and the surrounding workers who notice the abnormality remove the obstacle. And so on.
  • the control device controls, when the abnormality detection unit detects that an obstacle is present in an area where food is to be arranged, to reduce the operation speed of the robot arm in an area close to the area. You may do so.
  • the operation speed of the robot arm is reduced in an area (for example, an adjacent area) close to the area where the presence of an obstacle is detected in the area by the abnormality detection unit.
  • the surrounding worker who notices the abnormality can easily work while maintaining the above.
  • the hand unit is configured to hold or release a plurality of food groups, and the control device arranges the food in the container as one unit for each of the plurality of food groups according to the arrangement order.
  • the operation of the robot arm may be controlled.
  • the packing operation can be performed for each of a plurality of food groups, so that the working efficiency is improved.
  • An operation method of a food boxing device includes a base, a robot arm attached to the base, and a hand attached to the robot arm and configured to hold or release food.
  • a storage unit for storing in advance an arrangement order of a plurality of foods in a container having an open upper surface, and controlling the operation of the robot arm so as to arrange the foods in the container according to the arrangement order.
  • a control device an abnormality detection unit configured to detect whether there is an obstacle in an area where the food is to be arranged, and an operation method of a food boxing device including the abnormality detection unit, wherein the control device includes: When arranging the food in the container in accordance with the arrangement order, if the abnormality detection unit detects that an obstacle is present in a region where the food is to be arranged, the food is regarded as an obstacle. It does not put in the area, and controls the operation of the robot arm.
  • the present invention has the configuration described above, and can minimize a decrease in work efficiency even when an abnormality occurs in the arrangement state of food items in the food boxing operation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a food boxing device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the end effector (hand unit).
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the control device of the robot.
  • FIG. 4 is a plan view of the container showing the arrangement order of the food items.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of the operation of the robot in the packing operation.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the robot in the packing operation.
  • FIG. 7 is a plan view of the container when an abnormality occurs in the packing operation.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the robot when an abnormality occurs.
  • FIG. 9 is a plan view of the container packed by the robot after the occurrence of the abnormality.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a food boxing device according to a first embodiment of the present invention.
  • the food boxing device 1 is introduced into, for example, a food manufacturing site.
  • the food packaging apparatus 1 of the present embodiment is configured by a robot 11.
  • the robot 11 of the present embodiment performs an operation of boxing the food 40 into the container 41 (hereinafter, also simply referred to as “boxing operation”).
  • the robot 11 is a dual-arm robot including a pair of robot arms (hereinafter, also simply referred to as “arms”) 13 and 13 supported on a base 12.
  • the robot 11 will be described as a horizontal articulated dual-arm robot, but a vertical articulated dual-arm robot can be employed.
  • the robot 11 can be installed in a limited space (for example, 610 mm ⁇ 620 mm) corresponding to one person.
  • a limited space for example, 610 mm ⁇ 620 mm
  • the direction in which the pair of arms 13 and 13 are expanded 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-back direction.
  • Each arm 13 has an arm 15 and a wrist 17. Further, the rotation axes of the proximal links constituting the two arms 15, 15 are on the same straight line, and the left arm 13 and the right arm 13 are arranged with a vertical difference. Note that the left and right arms 13, 13 may have substantially the same structure.
  • Each arm 13 has four joints, and a driving servomotor (not shown) and an encoder serving as a position sensor for detecting a rotation angle of the servomotor so as to be associated with each joint. (Not shown) and the like are provided.
  • the left and right arms 13, 13 can operate independently or can operate in relation to each other.
  • An end effector 18 for holding or releasing the food 40 is attached to a tip of each arm 13.
  • the transport device 50 is arranged in front of the robot 11.
  • the transport device 50 is a device for sequentially transporting the food items 40 on the transport path 51 to a position before the robot 11.
  • the transport device 50 extends in the left-right direction.
  • the food 40 is a food product having a certain shape, for example, a rice ball and a sandwich.
  • the food 40 of the present embodiment is a triangular rice ball wrapped with a film.
  • the outer surface of the food 40 is composed of two parallel triangular planes and three rectangular planes provided on three sides surrounding the outer periphery of the triangular plane.
  • the onigiri wrapped in a film has a film projecting upward so as to be easily opened, but the upper film is not shown here.
  • the food device 40 is sequentially conveyed by the conveying device 50 in an upright state in which two triangular planes face in the vertical direction and one rectangular plane faces down.
  • a work table 52 is provided near the left side of the base 12 of the robot 11.
  • the container 41 is arranged on the work table 52. Since the upper surface of the container 41 is open, the robot 11 can pack the food 40 from above.
  • the container 41 has a rectangular bottom portion 41a, and has a side portion 41b provided substantially perpendicular to the bottom portion 41a along the edge of the rectangular bottom portion 41a.
  • the container 41 has a space in which forty (5 ⁇ 8) foods 40 can be stored.
  • the robot 11 holds the four foods 40 transported by the transporting device 50 by the end effector 18 provided at the tip of the arm 13, and as a unit for each of the four foods 40 groups, The operation of arranging 40 at a predetermined position in the container 41 is repeated to perform a box packing operation.
  • the robot 11 performs a similar operation with the two arms 13, 13.
  • the plurality of containers 41 are arranged adjacent to each other on the work table 52.
  • the container 41 for which the packing operation has been completed is shipped, for example, by an operator (not shown).
  • the robot 11 of the present embodiment has an abnormality detection function for detecting an abnormality during the packing operation in the left and right end effectors 18.
  • the “abnormality during the packing operation” refers to a situation in which an obstacle exists in the area where the food 40 is to be arranged. If the operation of the robot 11 is continued in this situation, the arrangement state of the food items 40 is broken, and the work efficiency is reduced.
  • FIG. 2 is a front view and a side view showing the configuration of the end effector (hand unit) 18.
  • the end effector 18 is configured to be able to hold or release four foods 40 arranged in a predetermined direction in an upright state. The four foods 40 are held in a state where the triangular planes of the adjacent foods 40 are in contact with each other.
  • the end effector 18 includes a base 20 connected to the wrist 17 via a wrist joint 25 that is a rotating joint, a support member 21 attached to the base 20, and a pair of grip members 22 supported by the support member 21. And
  • the pair of gripping members 22 are configured to sandwich four foods 40 arranged in a predetermined direction from both sides thereof.
  • the gripping members 22 extend over the side surfaces of the four foods 40 in a predetermined direction. That is, the gripping member 22 has a size that covers a range between the food 40 located at the head of the four foods 40 and the food 40 located at the tail of the four foods 40.
  • the gripping member 22 has a shape corresponding to the inclination of the side surface of the food 40, and has a contact surface 22 a that comes into contact with the food 40.
  • the pair of gripping members 22 have, for example, a rectangular flat plate shape, and have two opposing flat main surfaces. These main surfaces are the contact surfaces 22a that contact both sides of the food 40.
  • the pair of gripping members 22 are arranged in a C shape so that the distance between the gripping members decreases toward the connection portion, and is formed in a chevron shape (inverted V shape) expanding downward.
  • the pair of gripping members 22 hold the four foods 40 therebetween by reducing the distance between the pair of gripping members 22 by the driving member 23 connected to the base ends of the pair of gripping members 22.
  • the support member 21 has an elastic member 21a and a hard member 21b.
  • the elastic member 30 is configured to be able to expand and contract in the vertical direction.
  • the elastic member 30 is a spring having one end connected to the base 20 and the other end connected to the support member 21.
  • the rigid member 21b is an elongate member that has an actuator (not shown) inside and is configured to be vertically movable.
  • the support member 21 is configured to be switchable between a first state in which the pair of gripping members 22 are supported by the rigid member 21b and a second state in which the pair of gripping members 22 is supported by the elastic member 21a.
  • the first state the upper end of the rigid member 21 b is connected to the base 20 by moving upward, and the lower end is connected to the support member 21.
  • the second state the upper end of the rigid member 21 b is released from the connection with the base 20 by moving downward, and the lower end is connected to the support member 21.
  • the base 20 includes a force detection unit 32 for detecting a force acting on the elastic member 21a from the support member 21 therein.
  • the specific configuration of the force detection unit 32 is not particularly limited as long as the force acting on the spring can be detected.
  • FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the control device of the robot 11.
  • the control device 14 includes a storage unit 140 such as a ROM and a RAM, an arithmetic unit 141 such as a CPU, and a servo control unit 142.
  • the control device 14 is, for example, 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 control device 14 is communicably connected to the force detection unit 32 and the alarm device 60.
  • the storage unit 140 stores information such as a basic program as a robot controller and various fixed data.
  • the operation unit 141 controls various operations of the robot 11 by reading and executing software such as a basic program stored in the storage unit 140. That is, the arithmetic unit 141 generates a control command for the robot 11 and outputs this to the servo control unit 142.
  • the servo control unit 142 is configured to control driving of an actuator such as a servo motor corresponding to a joint of each arm 13 of the robot 11 based on a control command generated by the calculation unit 141.
  • the control device 14 also controls the drive of the actuator of the end effector 18. Therefore, the control device 14 controls the operation of the entire robot 11.
  • the calculation unit 141 includes an abnormality detection unit 141a that detects an abnormality during the packing operation.
  • the data detected by the force detector 32 in the second state is sent to the control device 14.
  • the abnormality detection unit 141a is configured to determine whether or not an abnormality has occurred during the packing operation based on the force detected by the force detection unit 32.
  • the abnormality detection unit 141a is a functional block realized by executing a predetermined program in the calculation unit 141.
  • the control device 14 is communicably connected to the alarm device 60.
  • the alarm device 60 is configured to perform an alert operation in accordance with a command from the control device 14.
  • FIG. 4 is a plan view of the container 41 showing the arrangement order of the food items 40.
  • the arrangement area provided on the bottom 41a of the container 41 is divided into eight sub-areas.
  • the numbers (1 to 10) given to the respective arrangement areas indicate the arrangement order of the food items 40.
  • the end effector 18 of the robot 11 is configured to be able to hold or release four food groups 40 in an upright state.
  • the robot 11 is configured to repeat the operation of arranging the food 40 at a predetermined position in the container 41 as one unit for each group of four foods 40, and to perform a packing operation of 40 foods 40 (FIG. 1).
  • each arrangement area is rectangular in plan view, and the area of each arrangement area corresponds to the area of the bottom of the four foods 40.
  • the arrangement order and other information of the food items 40 are stored in the storage unit 140 of the control device 14 in advance before the operation.
  • the control device 14 controls the operation of the arm 13 so as to execute the packing operation in accordance with the arrangement order.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation procedure of the robot 11.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the robot 11. In the present embodiment, since the two arms 13 perform the same operation, the operation of one arm 13 will be mainly described.
  • the control device 14 controls the operation of the arm 13 to hold the four foods 40 by the end effector 18 and transports the foods 40 to a predetermined height above the empty container 41, as shown in FIG. (Step S1 in FIG. 5). At this time, in the transport operation, the control device 14 switches the pair of grip members 22 of the end effector 18 to the first state in which the pair of grip members 22 are supported by the rigid member 21b (see FIG. 2).
  • control device 14 controls the operation of the arm 13 according to the arrangement order (see FIG. 4), as shown in FIG. 6B, and determines the four foods 40 held by the end effector 18 in a predetermined manner. From the height to the bottom 41a of the container 41 (step S2 in FIG. 5). At this time, in the descending operation, the control device 14 switches the pair of grip members 22 of the end effector 18 to the second state in which the pair of grip members 22 are supported by the elastic members 21a (see FIG. 2).
  • the force detector 32 detects a force acting on the elastic member 21a from the support member 21 (see FIG. 2), and sends the detection data to the control device 14.
  • the control device 14 receives the detection data, and the abnormality detection unit 141a determines whether or not an abnormality has occurred during the box packing operation based on the force detected by the force detection unit 32 (step in FIG. 5). S3).
  • FIG. 6C for example, if there is no obstacle in the first arrangement area of the container 41, the bottom of the food 40 held by the end effector 18 lands on the bottom 41 a of the container 41. .
  • the abnormality detection unit 141a of the control device 14 determines that there is no obstacle in the first arrangement area (that is, the first arrangement area has no obstacle). (NO in step S3 of FIG. 5).
  • control device 14 controls the operation of the arm 13 to release the food 40 held by the end effector 18 in the first arrangement area in the container 41, as shown in FIG. Step S4 in FIG. 5). Then, the process returns to step S1, and the next packing area is packed in a box.
  • FIG. 7 is a plan view of the container 41 when an abnormality occurs in the box packing operation.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the robot when an abnormality occurs. As shown in FIG. 7, the food 40 located at the end of the group of four foods 40 arranged in the third arrangement area falls down and exists as an obstacle in the fourth arrangement area.
  • the control device 14 controls the operation of the arm 13, holds the four foods 40 on the transport device 50 by the end effector 18, and is disposed on the work table 52, as shown in FIG. It is transported to a predetermined height above an empty container 41 (step S1 in FIG. 5). At this time, in the transport operation, the control device 14 switches the pair of grip members 22 of the end effector 18 to the first state in which the pair of grip members 22 are supported by the rigid member 21b (see FIG. 2).
  • control device 14 controls the operation of the arm 13 according to the arrangement order (see FIG. 4), as shown in FIG. 8B, and determines the four foods 40 held by the end effector 18 in a predetermined manner. From the height to the bottom 41a of the container 41 (step S2 in FIG. 5). At this time, in the descending operation, the control device 14 switches the pair of grip members 22 of the end effector 18 to the second state in which the pair of grip members 22 are supported by the elastic members 21a (see FIG. 2).
  • the force detector 32 detects the force acting on the elastic member 21a from the support member 21 (see FIG. 2), and sends out the detection data to the control device 14.
  • the control device 14 receives the detection data, and the abnormality detection unit 141a determines whether or not an abnormality has occurred during the box packing operation based on the force detected by the force detection unit 32 (step in FIG. 5). S3).
  • the obstacle since the obstacle is present in the fourth arrangement area of the container 41, the bottom of the food 40 held by the end effector 18 is located above the obstacle, Does not land on the bottom 41a.
  • the abnormality detection unit 141a in the control device 14 determines that an obstacle is present in the fourth arrangement area (that is, It is determined that an abnormality has occurred during the packing operation (YES in step S3 in FIG. 5).
  • control device 14 does not arrange the food item 40 in the fourth arrangement area.
  • the control device 14 performs an alarm process (Step S5 in FIG. 5). Specifically, control device 14 transmits a command to alarm device 60.
  • the alarm device 60 performs an alarm process according to a command from the control device 14. Surrounding workers are more likely to notice abnormalities, and can perform tasks such as removing obstacles.
  • the control device 14 sets the food 40 as the fourth arrangement area.
  • the operation of the robot arm is controlled so as to be arranged in different arrangement areas.
  • the control device 14 controls the operation of the robot arm so that the food 40 is arranged in the next fifth arrangement area (see FIG. 4) adjacent to the fourth arrangement area (Step S6 in FIG. 5). ).
  • FIG. 9 is a plan view of the container packed by the robot after the occurrence of the abnormality. As shown in FIG. 9, even when the abnormality is detected, the food 41 is packed in the container 41 except for the fourth arrangement area. After the boxing operation is completed, the operator can perform an operation such as removing an obstacle. As described above, even when an abnormality occurs in the arrangement state of the food items during the packing operation of the food items, it is possible to minimize the decrease in the operation efficiency.
  • the control device 14 reduces the operation speed of the arm 13. It may be controlled.
  • the maximum speed of the operation speed after deceleration is set to, for example, 250 mm / s specified as a low speed control in ISO10218-1. Thereby, the safety of the surrounding workers can be ensured, and the workers can easily perform an operation such as removing an obstacle.
  • the control device 14 may perform control so as to reduce the operating speed of the arm 13 in an arrangement area close to the fourth arrangement area where the presence of an obstacle is detected by the abnormality detection unit 141a.
  • the placement area close to the fourth placement area may be, for example, a fifth placement area next to the fourth placement area or a sixth placement area adjacent to the fourth placement area (see FIG. 4).
  • the food boxing device of the above embodiment is constituted by a horizontal articulated dual-arm robot, a vertical articulated dual-arm robot may be employed.
  • the end effector 18 is configured to be able to hold or release the four foods 40 arranged in a predetermined direction.
  • the number of foods 40 to be held varies depending on the storage volume of the container 41. Is also good. For example, one to three foods 40 may be held, or five or more foods 40 may be held.
  • the container 41 may be a container having an open upper surface. Although the container 41 can store 40 foods 40, the storage volume is not limited to this.
  • the abnormality detection function of the above-described embodiment is configured to be incorporated in the end effector 18, it is incorporated in a feedback control loop of the control device, and the deviation amount (position deviation, speed deviation or current deviation) in the feedback control is determined. It may be configured to make an abnormality determination based on this.
  • the presence or absence of an obstacle may be determined by a distance sensor that measures the distance to the surface position of the bottom 41a of the container 41.
  • an image of the work site may be captured by a vision sensor (for example, by a camera), and abnormality determination (fallover determination) may be performed by image processing technology. This improves the accuracy of the abnormality determination.
  • the present invention is useful as a food boxing device.

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Abstract

本発明の食品箱詰装置は、上面が開口した容器に食品を箱詰めする装置である。制御装置は、配置順序に従って、食品を容器内に配置する際に、異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域には配置しないように、ロボットアームの動作を制御する。

Description

食品箱詰装置及びその動作方法
 本発明は、食品箱詰装置及びその動作方法に関する。
 一般に、トレイ等の容器に食品を詰め込む食品の製造現場では、意図しない事象によって食品の配列状態に異常が発生する場合がある。特許文献1には、トレー内の加工食品の配列状態を検知する装置が開示されている。この装置は、トレー内の表面位置までの距離を計測する距離センサを備えている。複数の加工食品がトレー上に配置され、トレーの底面位置を示す検出信号が、予め定められた基準高さ位置以下の値を示す場合に底面検知信号を出力され、判別手段から欠品異常検知信号が出力されるようになっている。
特開平9-104420号公報
 しかし、上記特許文献1の従来技術は、食品の配列状態に異常が発生した場合は装置の動作を停止させなければならない。このため、作業が中断し、作業効率が低下してしまう。
 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、食品の箱詰め作業において食品の配列状態に異常が発生した場合でも作業効率の低下を最小限に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食品箱詰装置は、上面が開口した容器に食品を箱詰めする装置であって、ベース部と、前記ベース部に取り付けられたロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられ、前記食品を保持又は解放可能に構成されたハンド部と、前記容器内において複数の食品の配置順序を予め記憶しておく記憶部と、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、前記食品を配置すべき領域に障害物が在るか否かを検知するよう構成された異常検知部と、を備え、前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置する際に、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域には配置しないように、前記ロボットアームの動作を制御するものである。
 例えば前記制御装置は、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域とは異なる領域に配置するように、前記ロボットアームの動作を制御する。
 上記構成によれば、食品を容器内に配置する際に、食品を配置すべき領域に障害物(例えば転倒した食品)が在ることが検知された場合には、当該食品は当該領域には配置されない。これにより、食品の箱詰め作業において食品の配列状態に異常が発生した場合でも箱詰め作業が継続することができる。
 前記制御装置は、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域に隣接した次の領域に配置するように、前記ロボットアームの動作を制御するようにしてもよい。
 上記構成によれば、食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品は当該領域に隣接した次の領域に配置されるので、食品の箱詰め作業において食品の配列状態に異常が発生した場合でも作業を終了することなく箱詰め作業が継続することができる。
 上記食品箱詰装置は、前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、アラート動作を行う警報装置を更に備えてもよい。
 上記構成によれば、食品を配置すべき領域に障害物が在ることを検知された場合には、警報装置によりアラート動作が行われるので、作業者は異常に気付き易くなる。
 前記制御装置は、前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、前記ロボットアームの動作速度を減速させるように制御するようにしてもよい。
 上記構成によれば、異常検知部によって当該領域に障害物が在ることを検知された場合には、ロボットアームの動作速度が減速するので、異常に気付いた周囲の作業者は障害物を取り除く等の作業を施し易くなる。
 前記制御装置は、前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該領域に近い領域における前記ロボットアームの動作速度を減速させるように制御するようにしてもよい。
 上記構成によれば、異常検知部によって当該領域に障害物が在ることが検知された領域の近い領域(例えば隣接領域)におけるロボットアームの動作速度が減速するので、周囲の作業者の安全性を確保しつつ、異常に気付いた周囲の作業者は作業をし易くなる。
 前記ハンド部は、複数の食品群を保持又は解放可能に構成され、前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記複数の食品群毎に一単位として、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御するようにしてもよい。
 上記構成によれば、複数の食品群毎に箱詰め作業できるので、作業効率が向上する。
 本発明のその他の形態に係る食品箱詰装置の動作方法は、ベース部と、前記ベース部に取り付けられたロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられ、食品を保持又は解放可能に構成されたハンド部と、上面が開口した容器内において複数の食品の配置順序を予め記憶しておく記憶部と、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、前記食品を配置すべき領域に障害物が在るか否かを検知するよう構成された異常検知部と、を備えた食品箱詰装置の動作方法であって、前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置する際に、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域には配置しないように、前記ロボットアームの動作を制御するものである。
 本発明は、以上に説明した構成を有し、食品の箱詰め作業において食品の配列状態に異常が発生した場合でも作業効率の低下を最小限にすることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る食品箱詰装置を示す図である。 図2は、エンドエフェクタ(ハンド部)の構成の一例を示した図である。 図3は、ロボットの制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図4は、食品の配置順序を示した容器の平面図である。 図5は、箱詰め作業におけるロボットの動作の手順を示すフローチャートである。 図6は、箱詰め作業におけるロボットの動作を説明するための図である。 図7は、箱詰め作業における異常発生時の容器の平面図である。 図8は、異常発生時のロボットの動作を説明するための図である。 図9は、異常発生後にロボットにより箱詰めされた容器の平面図である。
 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。
 (第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態に係る食品箱詰装置の構成を示す図である。図1に示すように、食品箱詰装置1は、例えば食品の製造現場に導入される。本実施形態の食品箱詰装置1は、ロボット11により構成される。本実施形態のロボット11は、食品40を容器41に箱詰めする作業(以下、単に「箱詰め作業」ともいう)を行う。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」ともいう)13,13を備えた双腕ロボットである。なお、このロボット11について、水平多関節型の双腕ロボットを説明するが、垂直多関節型の双腕ロボットを採用することができる。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。以下では、一対のアーム13,13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。
 各アーム13,13は、アーム部15とリスト部17とを備えている。また、2つのアーム部15,15を構成する基端側リンクの回転軸線は同一直線上にあり、左のアーム13と右のアーム13とは上下に高低差を設けて配置されている。なお、左右のアーム13,13は、実質的に同じ構造であってもよい。各アーム13,13は、4つの関節を有し、各関節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位置センサであるエンコーダ(図示せず)等が設けられている。左右のアーム13,13は、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。各アーム13,13の先端には食品40を保持又は解放するためのエンドエフェクタ18,18が取り付けられている。
 ロボット11の前方には搬送装置50が配置される。搬送装置50は搬送経路51上の食品40をロボット11の手前まで順次搬送するための装置である。搬送装置50は左右方向に延びている。食品40は、一定の形状を有する食料品であって、例えば、おにぎりおよびサンドイッチが例示される。本実施形態の食品40は、フィルムで包装された三角形状のおにぎりである。食品40の外側表面は、互いに平行な2つの三角形状平面と、三角形状平面の外周を囲む三辺に設けられた3つの矩形状平面とで構成される。また、通常、フィルムで包装されたおにぎりは、開封し易いように上部にフィルムを突出させているが、ここでは上部のフィルムは図示していない。食品40は、搬送装置50により、2つの三角形状平面が鉛直方向を向き、且つ、一の矩形状平面を下にした起立状態で順次搬送される。
 また、ロボット11のベース12の左側近傍には作業テーブル52が設置される。作業テーブル52の上には容器41が配置されている。容器41は上面が開口しているので、ロボット11は、上方から食品40の箱詰め作業を行うことができる。本実施形態では、容器41は、矩形の底部41aを有し、矩形の底部41aの縁に沿って、底部41aと略垂直方向に設けられた側部41bを有する。容器41は、40個(5×8)の食品40を収納可能な空間を有する。本実施形態では、ロボット11は、アーム13の先端に設けられたエンドエフェクタ18により、搬送装置50によって搬送されてきた4つの食品40を保持し、4つの食品40群毎に一単位として、食品40を容器41内の所定の位置に配置する動作を繰り返して箱詰め作業を行うように構成されている。本実施形態では、ロボット11は、2本のアーム13,13で同様な作業を行う。ここでは、作業テーブル52の上には、複数の容器41が隣接して配置されている。箱詰め作業が終了した容器41は例えば作業者(図示せず)によって出荷される。
 本実施形態のロボット11は、箱詰め作業中において異常を検知する異常検知機能を左右のエンドエフェクタ18に備えている。尚、「箱詰め作業中における異常」とは、食品40を配置すべき領域に障害物が存在している状況をいう。この状況でロボット11の動作を継続した場合、食品40の配列状態が崩れてしまい、作業効率が低下する。
 次に、エンドエフェクタ18の構成の一例について説明する。尚、左右のエンドエフェクタ18の構成は同じであるので、ここでは一方の構成についてのみ説明する。図2は、エンドエフェクタ(ハンド部)18の構成を示した正面図及び側面図である。図2に示すように、エンドエフェクタ18は、起立状態で所定の方向に並べられた4つの食品40を保持又は解放可能に構成される。4つの食品40は、隣接する食品40の三角形状平面同士が接触した状態で保持される。
 エンドエフェクタ18は、回転関節である手首関節25を介してリスト部17に連結されている基部20と、基部20に取り付けられた支持部材21と、支持部材21によって支持される一対の把持部材22とを有する。
 一対の把持部材22は、所定方向に並べられた4つの食品40をその両側から挟むように構成される。把持部材22は、所定方向において4つの食品40の側面に亘って延びている。つまり、把持部材22は、4つの食品40の先頭に位置する食品40と、最後尾に位置する食品40との間の範囲に及ぶ寸法である。把持部材22は、食品40の側面の傾斜に応じた形状を有し、且つ、食品40に当接する当接面22aを有する。一対の把持部材22は、例えば矩形の平板形状であって、対向する二つの平らな主面を有する。これらの主面が食品40の両側に当接する当接面22aである。一対の把持部材22は、その互いの間隔が接続部分に向かって狭くなるように、ハの字形状に配置され、下方に拡がる山形形状(逆V字形状)に形成される。また、一対の把持部材22の基端側に接続された駆動部材23により、一対の把持部材22は互いの間隔を縮めて4つの食品40を挟んで保持する。
 支持部材21は、弾性部材21a及び硬性部材21bを有する。弾性部材30は上下方向に伸縮可能に構成されている。本実施形態では、弾性部材30は一端が基部20に接続され、他端が支持部材21に接続されたバネである。硬性部材21bは、内部にアクチュエータ(図示せず)を有し、上下方向に移動可能に構成された長手部材である。
 支持部材21は、硬性部材21bによって一対の把持部材22を支持する第1の状態と、弾性部材21aによって一対の把持部材22を支持する第2の状態との間に切り替え可能に構成される。硬性部材21bは、第1の状態では、上端が上方向に移動することにより基部20に接続され、下端が支持部材21に接続される。一方、硬性部材21bは、第2の状態では、上端が下方向に移動することにより基部20との接続から解放され、下端が支持部材21に接続される。基部20は、第2の状態において、支持部材21から弾性部材21aに作用する力を検出する力検出部32を内部に備える。尚、力検出部32の具体的な構成はバネに作用する力を検出できれば、特に限定されない。
 図3は、ロボット11の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3に示すように、制御装置14は、ROM、RAM等の記憶部140と、CPU等の演算部141と、サーボ制御部142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。制御装置14は力検出部32および警報装置60と通信可能に接続されている。
 記憶部140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141は、記憶部140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141は、ロボット11の制御指令を生成し、これをサーボ制御部142に出力する。サーボ制御部142は、演算部141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の関節に対応するサーボモータ等のアクチュエータの駆動を制御するように構成されている。また、制御装置14は、エンドエフェクタ18のアクチュエータの駆動制御も行う。よって、制御装置14は、ロボット11全体の動作の制御を行う。
 また、演算部141は、箱詰め作業中における異常を検知する異常検知部141aを備えている。力検出部32によって第2の状態において検出されたデータは制御装置14に送出される。異常検知部141aは、力検出部32により検出された力に基づいて、箱詰め作業中に異常が発生したか否かを判定するように構成される。異常検知部141aは、演算部141において、所定のプログラムが実行されることによって、実現される機能ブロックである。また、本実施形態では、制御装置14は、警報装置60と通信可能に接続されている。警報装置60は、制御装置14からの指令に従って、アラート動作を行うように構成されている。
 次に、以上のように構成された食品箱詰装置1の動作について図面を用いて説明する。図4は、食品40の配置順序を示した容器41の平面図である。図4に示すように、容器41の底部41aに設けられた配置エリアは8つのサブエリアに分割されている。各配置エリアに付された番号(1~10)は、食品40の配置順序を示している。本実施形態では、ロボット11のエンドエフェクタ18は4つの食品40群を起立状態で保持又は解放可能な構成である。ロボット11は、4つの食品40群毎に一単位として、食品40を容器41内の所定の位置に配置する動作を繰り返し、40個の食品40の箱詰め作業を行うように構成されている(図1参照)。このため、各配置エリアの形状は平面視で矩形状であり、各配置エリアの面積は4つの食品40の底部の面積に相当する。尚、食品40の配置順序その他の情報は、動作に先立って、制御装置14の記憶部140に予め記憶されている。制御装置14は、配置順序に従って、箱詰め作業を実行するようにアーム13の動作を制御する。
 図5は、ロボット11の動作の手順を説明するためのフローチャートである。図6は、ロボット11の動作を説明するための図である。本実施形態では、2本のアーム13は同様な作業を行うので、1本のアーム13の動作を中心に説明する。
 まず、制御装置14は、図6(A)に示すように、アーム13の動作を制御して、エンドエフェクタ18により4つの食品40を保持し、空の容器41の上の所定の高さまで搬送する(図5のステップS1)。このとき、制御装置14は、搬送動作においては、エンドエフェクタ18の一対の把持部材22を、硬性部材21bによって支持する第1の状態に切り換える(図2参照)。
 次に、制御装置14は、配置順序(図4参照)に従って、図6(B)に示すように、アーム13の動作を制御して、エンドエフェクタ18により保持された4つの食品40群を所定の高さから容器41の底部41aまで下降させる(図5のステップS2)。このとき、制御装置14は、下降動作においては、エンドエフェクタ18の一対の把持部材22を、弾性部材21aによって支持する第2の状態に切り換える(図2参照)。
 次に力検出部32は、第2の状態において、支持部材21から弾性部材21aに作用する力を検出し(図2参照)、その検出データを制御装置14に送出する。制御装置14は、その検出データを受信し、異常検知部141aは、力検出部32により検出された力に基づいて、箱詰め作業中に異常が発生したか否かを判定する(図5のステップS3)。図6(C)に示すように、例えば容器41の1番目の配置エリアに何も障害物が存在しなければ、エンドエフェクタ18によって保持された食品40の底部は容器41の底部41aに着地する。力検出部32において検出される力は微弱(例えば所定の閾値よりも小さい)であるので、制御装置14において異常検知部141aは、第1配置エリアには障害物が存在しない(つまり、正常である)と判定する(図5のステップS3でNO)。
 この場合は、制御装置14は、図6(D)に示すように、アーム13の動作を制御して、容器41内の第1配置エリアにおいてエンドエフェクタ18により保持された食品40を解放する(図5のステップS4)。そして、ステップS1に戻り、次の配置エリアに箱詰め作業を行う。
 次に、箱詰め作業において異常が発生した場合の動作について説明する。図7は、箱詰め作業における異常発生時の容器41の平面図である。図8は、異常発生時のロボットの動作を説明するための図である。図7に示すように、3番目の配置エリアに配置した4つの食品40群のうちの端に位置する食品40が転倒し、4番目の配置エリアに障害物として存在している。
 制御装置14は、図8(A)に示すように、アーム13の動作を制御して、エンドエフェクタ18により搬送装置50上の4つの食品40を保持し、作業テーブル52の上に配置された空の容器41の上の所定の高さまで搬送する(図5のステップS1)。このとき、制御装置14は、搬送動作においては、エンドエフェクタ18の一対の把持部材22を、硬性部材21bによって支持する第1の状態に切り換える(図2参照)。
 次に、制御装置14は、配置順序(図4参照)に従って、図8(B)に示すように、アーム13の動作を制御して、エンドエフェクタ18により保持された4つの食品40群を所定の高さから容器41の底部41aまで下降させる(図5のステップS2)。このとき、制御装置14は、下降動作においては、エンドエフェクタ18の一対の把持部材22を、弾性部材21aによって支持する第2の状態に切り換える(図2参照)。
 次に、力検出部32は、支持部材21から弾性部材21aに作用する力を検出し(図2参照)、その検出データを制御装置14に送出する。制御装置14は、その検出データを受信し、異常検知部141aは、力検出部32により検出された力に基づいて、箱詰め作業中に異常が発生したか否かを判定する(図5のステップS3)。図8(C)に示すように、容器41の第4配置エリアには障害物が存在しているので、エンドエフェクタ18によって保持された食品40の底部は障害物の上に位置し、容器41の底部41aに着地しない。この場合は、力検出部32において検出される反力は強い(例えば所定の閾値よりも大きい)ので、制御装置14において異常検知部141aは、第4配置エリアには障害物が存在する(つまり、箱詰め作業中に異常が発生した)と判定する(図5のステップS3でYES)。
 この場合、制御装置14は、食品40を第4配置エリアには配置しない。本実施形態では制御装置14は、アラーム処理を行う(図5のステップS5)。具体的には、制御装置14は、警報装置60に指令を送信する。警報装置60は、制御装置14からの指令に従って、アラーム処理を行う。周囲の作業者は異常に気付き易くなり、障害物を取り除く等の作業を行うことができる。
 そして、制御装置14は、図8(D)に示すように、異常検知部141aによって第4配置エリアに障害物が在ることが検知された場合には、食品40を第4配置エリアとは異なる配置エリアに配置するように、ロボットアームの動作を制御する。本実施形態では、制御装置14は、食品40を第4配置エリアに隣接した次の第5配置エリア(図4参照)に配置するように、ロボットアームの動作を制御する(図5のステップS6)。
 その後、ロボット11は、箱詰め作業を継続する(図5のステップS1へ戻る)。図9は、異常発生後にロボットにより箱詰めされた容器の平面図である。図9に示すように、異常が検知された場合であっても、第4配置エリアを除いて、容器41には食品40が箱詰めされている。箱詰め作業終了後に、作業者は障害物を取り除く等の作業をすることができる。このように、食品の箱詰め作業において食品の配列状態に異常が発生した場合でも作業効率の低下を最小限にすることができる。
 また、制御装置14は、異常検知部141aによって食品を配置すべきエリアに障害物が在ることが検知された場合(図5のステップS6)には、アーム13の動作速度を減速させるように制御してもよい。減速後の動作速度の最大速度は、例えば、ISO10218-1に低速制御として規定されている250mm/sに設定する。これにより、周囲の作業者の安全性を確保できるとともに、作業者は障害物を取り除く等の作業を施し易くなる。このとき、制御装置14は、異常検知部141aによって障害物が在ることが検知された第4配置エリアに近い配置エリアにおけるアーム13の動作速度を減速させるように制御するようにしてもよい。第4配置エリアに近い配置エリアとは、例えば第4配置エリアの次の第5配置エリアや第4配置エリアに隣接した第6配置エリアでもよい(図4参照)。
 尚、食品40の配置順序(図4参照)は、隣接する配置エリアで連続するようにしたが、これに限定されるものではない。
(その他の実施形態)
 尚、上記実施形態の食品の箱詰め装置は、水平多関節型の双腕ロボットで構成されたが、垂直多関節型の双腕ロボットを採用してもよい。
 尚、上記実施形態では、エンドエフェクタ18は、所定の方向に並べられた4つの食品40を保持又は解放可能に構成されたが、容器41の収納容積に応じて食品40の保持数は異なってもよい。例えば、1個乃至3個の食品40を保持してもよいし、5個以上の食品40を保持してもよい。また、容器41は上面が開口している容器であればよい。容器41は、40個の食品40が収納可能であったが、収納容積はこれに限られない。
 尚、上記実施形態の異常検知機能は、エンドエフェクタ18に組み込まれるように構成されたが、制御装置のフィードバック制御ループに組み込まれ、フィードバック制御における偏差量(位置偏差、速度偏差又は電流偏差)に基づいて、異常判定を行うように構成されていてもよい。また、容器41の底部41aの表面位置までの距離を計測する距離センサにより、障害物の有無を判定してもよい。また、ビジョンセンサ(例えばカメラによる)で作業現場を撮像し、画像処理技術によって異常判定(転倒判定)を行ってもよい。これにより異常判定精度が向上する。
 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、食品の箱詰め装置として有用である。
1 食品箱詰装置
11 ロボット
12 ベース
13 アーム
14 制御装置
17 リスト部
18 エンドエフェクタ
20 基部
21 支持部材
21a 弾性部材
21b 硬性部材
22 把持部材
23 駆動部材
25 手首関節
32 力検出部
40 食品(おにぎり)
41 容器
41a 底部(容器)
41b 側部(容器)
50 搬送装置
51 搬送経路
52 作業テーブル
60 警報装置
140 記憶部
141 演算部
141a 異常検知部
142 サーボ制御部

Claims (8)

  1.  上面が開口した容器に食品を箱詰めする装置であって、
     ベース部と、
     前記ベース部に取り付けられたロボットアームと、
     前記ロボットアームに取り付けられ、前記食品を保持又は解放可能に構成されたハンド部と、
     前記容器内において複数の食品の配置順序を予め記憶しておく記憶部と、
     前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
     前記食品を配置すべき領域に障害物が在るか否かを検知するよう構成された異常検知部と、を備え、
     前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置する際に、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域には配置しないように、前記ロボットアームの動作を制御する、
    食品箱詰装置。
  2.  前記制御装置は、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域とは異なる領域に配置するように、前記ロボットアームの動作を制御する、請求項1に記載の食品箱詰装置。
  3.  前記制御装置は、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域に隣接した次の領域に配置するように、前記ロボットアームの動作を制御する、請求項1又は2に記載の食品箱詰装置。
  4.  前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、アラート動作を行う警報装置を更に備える、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の食品箱詰装置。
  5.  前記制御装置は、前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、前記ロボットアームの動作速度を減速させるように制御する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の食品箱詰装置。
  6.  前記制御装置は、前記異常検知部によって食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該領域に近い領域における前記ロボットアームの動作速度を減速させるように制御する、請求項3に記載の食品箱詰装置。
  7.  前記ハンド部は、複数の食品群を保持又は解放可能に構成され、
     前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記複数の食品群毎に一単位として、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する、
    請求項1乃至6のいずれか一項に記載の食品箱詰装置。
  8.  ベース部と、前記ベース部に取り付けられたロボットアームと、前記ロボットアームに取り付けられ、食品を保持又は解放可能に構成されたハンド部と、上面が開口した容器内において複数の食品の配置順序を予め記憶しておく記憶部と、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置するように前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、前記食品を配置すべき領域に障害物が在るか否かを検知するよう構成された異常検知部と、を備えた食品箱詰装置の動作方法であって、
     前記制御装置は、前記配置順序に従って、前記食品を前記容器内に配置する際に、前記異常検知部によって当該食品を配置すべき領域に障害物が在ることが検知された場合には、当該食品を当該領域には配置しないように、前記ロボットアームの動作を制御する、食品箱詰装置の動作方法。
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