TW201900362A

TW201900362A - 食品保持裝置及其動作方法

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Publication number: TW201900362A
Application number: TW107111759A
Authority: TW
Inventors: 坂東賢二; 平田和範
Original assignee: 日商川崎重工業股份有限公司
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-01-01
Also published as: DE112018001851T5; KR20190126407A; JP2018176292A; CN110494262A; WO2018186350A1; US20200030990A1

Abstract

本發明之食品保持裝置係可保持或釋放具有流動性之食材之食品保持裝置。食品保持裝置具備：基底；機械手臂，其連結於上述基底；末端效應器，其設置於上述機械手臂之前端；及控制裝置，其控制上述機械手臂及上述末端效應器之動作。上述末端效應器具備：基部；旋轉關節，其具有於至少一個機械手臂之姿勢下與水平方向平行之旋轉軸；旋動部，其藉由上述旋轉關節可旋動地連結於上述基部；及前端部，其安裝於上述旋動部且具有凹部。上述控制裝置藉由使處於特定基準狀態之上述前端部之上述旋轉關節正向旋轉動作，而將收容於特定容器中之上述食材之一部分保持於上述凹部之內部，且藉由使上述前端部之上述旋轉關節反向旋轉動作而將保持於上述凹部之內部之上述食材釋放。

Description

食品保持裝置及其動作方法

本發明係關於一種食品保持裝置及其動作方法。

習知，於機內餐或便當等食品之製造現場，由作業員進行食品之裝盤作業。作業員一面用一隻手拾起由輸送帶搬送而來之食品容器並維持特定姿勢，一面用另一隻手將醬汁撒在食品上，作業後，將食品釋放至輸送帶之特定位置。

近年來，於各種領域中，就提高生產性之觀點而言，提出有機器人與作業員於相同之作業空間內共同進行作業。於在如上述之食品之製造現場中導入人型之作業機器人進行上述食品之裝盤作業之情形時，必須用以將醬汁均勻地供給至食品表面之對策。於專利文獻1中揭示有一種製造披薩之食品製造裝置。番茄醬之分配裝置具備蠕動泵，排出番茄醬之排出管分支成多個分支管。具有出口噴嘴之分支管配置於平坦之蛋糕之上方，番茄醬以特定量各自分配至均勻地分配於平坦之蛋糕之表面之若干位置。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平第9-38882號公報

然而，於上述習知之食品製造裝置中，由於排出番茄醬之排出管固定，故而為了將番茄醬均勻地分配至平坦之蛋糕表面而必須具備多個分支管。其結果為，裝置增大同時，其構造變得複雜。該情況係將具有流動性之食材分配至食品表面之所有裝置共通之課題。

本發明係為了解決如上述之課題而成者，目的在於以簡單之構成將醬汁等具有流動性之食材均勻地分配至機內餐或便當等食品之表面。

為了達成上述目的，本發明之某一形態之食品保持裝置係可保持或釋放具有流動性之食材者，且具備：基底；機械手臂，其連結於上述基底；末端效應器，其設置於上述機械手臂之前端；及控制裝置，其控制上述機械手臂及上述末端效應器之動作；上述末端效應器具備：基部；旋轉關節，其具有於至少一個機械手臂之姿勢下與水平方向平行之旋轉軸；旋動部，其藉由上述旋轉關節可旋動地連結於上述基部；及前端部，其安裝於上述旋動部且具有凹部；上述控制裝置藉由使處於特定基準狀態之上述前端部之上述旋轉關節正向旋轉動作，而將收容於特定容器中之上述食材之一部分保持於上述凹部之內部，藉由使上述前端部之上述旋轉關節反向旋轉動作而將保持於上述凹部之內部之上述食材釋放。

根據上述構成，例如藉由使旋轉關節正向旋轉動作而將醬汁等具有流動性之食材保持於凹部之內部，藉由使旋轉關節反向旋轉動作而將保持於凹部之內部之食材釋放。藉由使食材自凹部落下，可將食材均勻地供給至其他食品(例如機內餐)之整個表面。此外，上述前端部亦可具有湯勺形狀。

又，本發明之另一形態之食品保持裝置之動作方法係具備如下之調味料供給裝置之動作方法：基底；機械手臂，其連結於上述基底；末端效應器，其設置於上述機械手臂之前端；及控制裝置，其控制上述機械手臂及上述末端效應器之動作；上述末端效應器具備：基部；旋轉關節，其具有於至少一個機械手臂之姿勢下與水平方向平行之旋轉軸；旋動部，其藉由上述旋轉關節可旋動地連結於上述基部；及前端部，其安裝於上述旋動部且具有凹部；上述控制裝置包含：藉由使處於特定基準狀態之上述前端部之上述旋轉關節正向旋轉動作，而將收容於特定容器中之食材之一部分保持於上述凹部之內部；及藉由使上述前端部之上述旋轉關節反向旋轉動作而將保持於上述凹部之內部之上述食材釋放。

本發明具有以上所說明之構成，且可以簡單之構成將醬汁等具有流動性之食材均勻地分配至機內餐或便當等食品之表面。

11‧‧‧機器人

12‧‧‧基底

13‧‧‧機械手臂

14‧‧‧控制裝置

18‧‧‧末端效應器

19‧‧‧末端效應器

19a‧‧‧基部

19b‧‧‧前端部

20‧‧‧輸送帶

20a‧‧‧限制構件(輸送帶)

30‧‧‧基部

31‧‧‧保持部

32‧‧‧載置部

40‧‧‧基部

41‧‧‧旋動部

42‧‧‧前端部

42a‧‧‧凹部

42b‧‧‧柄部

60‧‧‧食品(機內餐)

60a‧‧‧食品之側部

70‧‧‧容器

71‧‧‧食材(醬汁)

圖1係表示本發明之一實施形態之機器人之整體構成之立體圖。

圖2係概略性地表示圖1之機器人之一例之整體性構成之前視圖。

圖3係表示圖2之左臂之末端效應器之構成之圖。

圖4係表示圖2之右臂之末端效應器之構成之圖。

圖5係概略性地表示控制裝置之構成之功能方塊圖。

圖6係表示機器人之運行之順序之流程圖。

圖7係表示機器人之動作(食品保持)之一例之示意圖。

圖8係表示機器人之動作(作業)之一例之示意圖。

圖9係表示機器人之動作(作業)之一例之示意圖。

圖10係表示機器人之動作(食品釋放)之一例之示意圖。

圖11係表示機器人之動作(食品保持)之另一例之示意圖。

圖12係表示機器人之動作(食品保持)之另一例之示意圖。

以下，一面參照圖式，一面對較佳之實施形態進行說明。此外，以下於所有圖式，對於相同或相符之要素標註相同之參照符號，並省略其重複之說明。又，為了使圖式容易理解，而示意性地表示各個構成要素。

(實施形態)

圖1係表示本發明之一實施形態之機器人之整體構成之立體圖。以下，將使一對臂打開之方向稱為左右方向，將與基軸之軸心平行之方向稱為上下方向，將與左右方向及上下方向正交之方向稱為前後方向。機器人11被導入至食品60之製造現場。於本實施形態中，食品60係收容於特定容器中之機內餐。以下，將食品之容器與其內容物簡單統稱為食品60。食品之容器具有頂部開放且底部封閉之形狀。食品之內容物例如包含炸豬排。機器人11係用以進行食品60之裝盤作業之裝置。

如圖1所示，機器人11係具備支持於基底12之一對機械手臂(以下，有時簡記為「臂」)13、13之雙臂機器人。機器人11可設置於相當一人程度之限制空間(例如610mm×620mm)。於機器人11之右側配置有大型之托盤容器70。托盤容器70具有頂部開放且底部封閉之形狀，且於內部收容有具有流動性之食材71。於本實施形態中，具有流動性之食材71係炸豬排用之醬汁。於機器人11之正面配置有將食品60向特定方向(圖中為自右方向往左方向)搬送之輸送帶20。於輸送帶20上之兩側沿搬送方向對向設置有一對限制構件20a。限制構件20a形成為平板狀。各限制構件20a之內壁具有與搬送方向平行之平面。輸送帶20上之食品60配置於一對限制構件20a之間。機器人11藉由連結於左臂13之末端效應器18保持輸送帶20上之食品60，並藉由連結於右臂13之末端效應器19將醬汁(71)供給至食品60之上。於本實施形態中，一對機械手臂13、13之作業區域係覆蓋配置於機器人11之右側之托盤容器70及配置於機器人11之正面之輸送帶20上之一部分之區域。

圖2係概略性地表示機器人11之一例之整體性構成之前視圖。如圖2所示，機器人11具備：基底12，其固定於台車；一對機械手臂13、13，該等支持於基底12；及控制裝置14，其收納於基底12內。各臂13係構成為可相對基底12移動之水平多關節型機械手臂，且具備臂部15、腕部17及末端效應器18、19。此外，右臂13及左臂13亦可為實質上相同之構造。又，右臂13及左臂13可獨立地動作，或可相互關聯地動作。

臂部15於本例中係由第1連桿15a及第2連桿15b所構成。第1連桿15a藉由旋轉關節J1而與固定於基底12之上表面之基軸16連結，並可繞穿過基軸16之軸心之旋轉軸線L1旋動。第2連桿15b藉由旋轉關節J2而與第1連桿15a之前端連結，並可繞被第1連桿15a之前端規定之旋轉軸線L2旋動。

腕部17係由升降部17a及旋動部17b所構成。升降部17a藉由直動關節J3而與第2連桿15b之前端連結，並可相對於第2連桿15b升降移動。旋動部17b藉由旋轉關節J4而與升降部17a之下端連結，並可繞被升降部17a之下端規定之旋轉軸線L3旋動。於左右之腕部17之旋動部17b分別連結有末端效應器18、19。即，於左右之臂13各自之前端設置有末端效應器18、19。

上述構成之各臂13具有各關節J1~J4。並且，於臂13，以與各關節J1~J4建立對應之方式設置有驅動用之伺服馬達(未圖示)及用以檢測該伺服馬達之旋轉角之編碼器(未圖示)等。又，2條臂13、13之第1連桿15a、15a之旋轉軸線L1位於同一直線上，其中一臂13之第1連桿15a與另一臂13之第1連桿15a係設置高低差地於上下配置。

圖3(A)及圖3(B)係表示設置於左臂13之末端效應器18之構成之側視圖及俯視圖。末端效應器18用於保持食品60。末端效應器18具備：基部30，其包含腕部17之旋動部17b；兩個保持部31，其等設置於基部30；及載置部32，其設置於基部30。

基部30於內部具備：直動軸31b，其於前端安裝有保持部31；及致動器(未圖示)，其沿中心軸(L4)驅動直動軸31b；藉由使該致動器驅動直動軸31b，可使保持部31相對基部30向特定方向(圖中為左右方向)移動。藉此，保持部31可向基部30之方向或其反方向移動。

保持部31於內部具備：一對爪部31a，該等設置於前端；及致動器(未圖示)，其驅動該等爪部31a；該致動器可藉由變更一對爪部31a之間隔(圖中為上下方向)來而保持食品60之側部60a。

載置部32具有側視時彎曲成L字形之平板形狀，且配置於基部30及保持部31之下部。於本實施形態中，載置部32固定於基部30。為載置食品60，前端與食品60之尺寸一致於俯視下形成為長方形。

圖4(A)及圖4(B)係表示設置於右臂13之末端效應器19之構成之前視圖及側視圖。末端效應器19用以於食品60中保持或釋放具有流動性之食材71。末端效應器19具備：基部40，其包含腕部17之旋動部17b；旋轉關節J5，其具有於至少一個機械手臂13之姿勢下與水平方向(圖中為前後方向)平行之旋轉軸線L4；旋動部41，其藉由旋轉關節J5可旋動地連結於基部40；及前端部42，其安裝於旋動部41。

基部40經由旋轉關節J4連結於腕部17之升降部17a，並且經由旋轉關節J5連結於旋動部41。基部40於側視時彎曲成大致L字形，且其內側具備旋轉關節J5之驅動部。

旋動部41經由旋轉關節J5連結於基部40，並且經由安裝構件43 安裝有前端部42。前端部42具有凹部42a及柄部42b。於本實施形態中，前端部42具有湯勺形狀。湯勺之柄部42b經由安裝構件43固定於旋動部41。於圖4中，湯勺之長度方向與鉛垂方向大致平行。湯勺之凹部42a位於下方，湯勺之柄部42b位於上方。凹部42a朝向水平之方向。以下，將如圖4之凹部42a位於前端部42之下且朝向水平方向之狀態稱為前端部42之基準狀態。

圖5係概略性地表示機器人11之控制裝置14(參照圖2)之構成之功能方塊圖。如圖5所示，控制裝置14具備CPU等運算部14a、ROM、RAM等記憶部14b、及伺服控制部14c。控制裝置14例如係具備微型控制器等電腦之機器人控制器。此外，控制裝置14可由集中控制之單獨之控制裝置14所構成，亦可由相互協作進行分散控制之多個控制裝置14所構成。

於記憶部14b記憶有作為機器人控制器之基本程式、各種固定資料等資訊。運算部14a讀取記憶於記憶部14b中之基本程式等軟體並執行，藉此控制機器人11之各種動作。即，運算部14a生成機器人11之控制指令，並將其輸出至伺服控制部14c。伺服控制部14c構成為基於由運算部14a生成之控制指令，控制與機器人11之各臂13之關節J1~J4對應之伺服馬達之驅動。又，藉由控制裝置6亦進行末端效應器18所進行之食品60之保持動作之控制、末端效應器19所進行之醬汁(71)之供給動作之控制。因此，控制裝置6進行機器人11之整體動作之控制。

其次，使用圖6之流程圖說明由控制裝置14控制之機器人11之運行動作之一例。圖7至圖10係表示機器人11之動作之一例之示意圖。

首先，機器人11藉由末端效應器18保持輸送帶20上之食品60(圖6之步驟S1)。於本實施形態中，控制裝置14控制左臂13之動作，並如圖7(A)所示將末端效應器18與輸送帶20上之特定位置對準。藉由末端效應器18之保持部31保持配置於特定位置之食品60之側部60a。此處，所謂特定位置係對向設置於輸送帶20上之一對限制構件20a之間之位置。此處，限制構件20a之間隔係略大於食品60之寬度之程度之距離。藉此，保持動作時之保持部31之位置對準可僅利用相對配置於限制構件20a之間之食品60之輸送帶20之搬送方向之位置。而且，如圖7(B)所示，於藉由末端效應器18之保持部31保持食品60之側部60a之狀態下，使保持部31向基部30之方向移動，藉此將食品60載置於載置部32。

其次，機器人11於藉由末端效應器18保持食品60之狀態下將食品60搬送至特定位置(圖6之步驟S2)。具體而言，控制裝置14控制左臂13之動作，於一邊藉由保持部31保持食品60之側部60a一邊將食品60載置於載置部32之狀態下，將食品60搬送至圖1之醬汁(71)之容器70之正上方附近之特定位置。另一方面，控制裝置14控制右臂13之動作，並如圖8(A)所示一邊將末端效應器19之前端部42維持為基準狀態，一邊使凹部42a之一部分沈入至填滿容器70之醬汁(71)中。藉由使處於基準狀態之前端部42之旋轉關節J5正向旋轉動作，將收容於特定容器70中之醬汁(71)之一部分保持於前端部42之凹部42a之內部。

其次，機器人11藉由末端效應器19對食品60進行特定作業(圖6之步驟S3)。具體而言，控制裝置14如圖8(B)所示使前端部42之旋轉關節J5反向旋轉動作，藉此釋放保持於前端部42之凹部42a內部之醬汁(71)。藉由使醬汁(71)自凹部42a落下，如圖9所示，可將醬汁(71)均勻地供給至在醬汁(71)之容器70正上方附近之位置之食品60之整個表面。因末端效應器18保持之食品60之上部之空間得以確保，故容易進行針對食品60之特定作業(例如塗醬汁)。根據本實施形態，可藉由末端效應器19以簡單之動作將醬汁(71)均勻地供給至食品60之整個表面。

其次，機器人11藉由末端效應器18將食品60釋放至輸送帶20上之特定位置(圖6之步驟S4)。具體而言，控制裝置14控制左臂13之動作，於如圖10(A)所示藉由末端效應器18之保持部31保持食品60之側部60a且將食品60載置於載置部32之狀態下，如圖10(B)所示使保持部31向前方向移動，藉此，使供給有醬汁(71)之食品60返回至輸送帶20上之特定位置。此處，所謂特定位置係對向設置於輸送帶20上之一對限制構件20a之間之位置。藉此，釋放動作時之保持部31之位置對準亦可僅利用相對配置於限制構件20a之間之食品60之輸送帶20之搬送方向之位置。機器人11於作業結束之前反覆進行步驟S1至步驟S4之動作(圖6之步驟S5)。

(其他實施形態)

此外，於本實施形態中，載置部32固定於基部30，於食品60之保持動作(圖6之步驟S1)中，於藉由保持部31保持食品60之狀態下，使保持部31向基部30之方向移動，藉此將食品60載置於載置部32(參照圖7)，但載置部32亦可構成為可移動。圖11係表示使載置部32移動之情形時之機器人之動作之一例的示意圖。於圖11中，載置部32A構成為可向基部30之方向或其反方向移動。如圖11(A)所示，藉由末端效應器18A之保持部31保持配置於特定位置之食品60之側部60a。其次，如圖11(B)所示，於藉由末端效應器18A之保持部31保持食品60之狀態下，使載置部32A向與基部30之方向相反之方向移動，藉此將食品60載置於載置部32A。因食品60一直由保持部31保持，故食品60之移動量較少。容易維持食品60之容器之內容物之狀態。作為另一例，亦可藉由控制保持部31及載置部32之兩者相對基部30之動作，而將食品60載置於載置部32。

又，於本實施形態之食品60之釋放動作(步驟S4)中，於藉由末端效應器18之保持部31保持食品60之側部60a，且將食品60載置於載置部32之狀態下，使保持部31向前方向移動，藉此使食品60返回至輸送帶20上(參照圖10)，但如圖11所示，載置部32A亦可構成為可移動。於該情形時，亦可藉由使載置部32A向基部30之方向移動，而將食品60釋放至特定位置。又，亦可藉由相對基部30控制保持部31及載置部32之兩者之動作，而將食品60釋放至特定位置。

圖12係表示食品60之保持動作之另一例之示意圖。於圖12中，保持部31之爪部31A構成為可於保持食品60之側部60a之狀態下上下方向地動作。如圖12(A)所示，藉由保持部31之爪部31A保持食品60之側部60a。並且，如圖12(B)所示，於藉由爪部31A保持食品60之側部60a之狀態下，將該食品60略向上方抬起。於將食品60之側部60a略微抬起後，如圖12(C)所示，控制保持部31之動作而將食品60載置於載置部32之上。如此，因將食品60之側部60a略向上方抬起，故容易將食品60載置於載置部32之上。

此外，雖於上述實施形態中，末端效應器18之保持部31係藉由變更一對爪部31a之間隔(圖中為上下方向)來保持食品60之側部60a之構成(參照圖3)，但並不限定於此種構成。例如亦可為如吸附保持食品60之側面般之構成。

此外，雖於上述實施形態中，食品60為機內餐，但只要為收容於特定容器中之食品，亦可為例如便當等其他食品。又，雖食材71為醬汁，但只要為收容於特定容器中之具有流動性之食材，可為調味醬等液狀之調味料，亦可為芝麻等粉狀之調味料。又，亦可為湯、咖哩之油炒麵粉糊等食材。

此外，雖於上述實施形態中，係以藉由雙臂型之機器人11進行食品之搬送作業之方式構成，但亦可由具備上述末端效應器18、19且可進行定位控制之專用裝置實現。

此外，雖上述實施形態之機器人11係水平多關節型之雙臂機器人，亦可為垂直多關節型之機器人。

根據上述說明，本發明所屬領域中具有通常知識者可明白本發明之諸多改良或其他實施形態。因此，上述說明應僅作為例示進行解釋，其係以教示本發明所屬領域中具有通常知識者執行本發明之最佳態樣為目的而提供者。可在不脫離本發明之精神之前提下，實質性地變更其構造及/或功能之詳細內容。

[產業上之可利用性]

本發明係於機內餐或便當等食品之製造現場中有用。

Claims

一種食品保持裝置，其可保持或釋放具有流動性之食材，且具備：基底；機械手臂，其連結於上述基底；末端效應器，其設置於上述機械手臂之前端；及控制裝置，其控制上述機械手臂及上述末端效應器之動作；上述末端效應器具備：基部；旋轉關節，其具有於至少一個機械手臂之姿勢下與水平方向平行之旋轉軸；旋動部，其藉由上述旋轉關節可旋動地連結於上述基部；及前端部，其安裝於上述旋動部且具有凹部；上述控制裝置藉由使處於特定基準狀態之上述前端部之上述旋轉關節正向旋轉動作，而將收容於特定容器中之上述食材之一部分保持於上述凹部之內部，藉由使上述前端部之上述旋轉關節反向旋轉動作而將保持於上述凹部之內部之上述食材釋放。
如請求項1所述之食品保持裝置，其中上述前端部具有湯勺形狀。
一種食品保持裝置之動作方法，該食品保持裝置具備：基底；機械手臂，其連結於上述基底；末端效應器，其設置於上述機械手臂之前端；及控制裝置，其控制上述機械手臂及上述末端效應器之動作；上述末端效應器具備：基部；旋轉關節，其具有於至少一個機械手臂之姿勢下與水平方向平行之旋轉軸；旋動部，其藉由上述旋轉關節可旋動地連結於上述基部；及前端部，其安裝於上述旋動部且具有凹部；上述控制裝置包含：藉由使處於特定基準狀態之上述前端部之上述旋轉關節正向旋轉動作，而將收容於特定容器中之食材之一部分保持於上述凹部之內部；及藉由使上述前端部之上述旋轉關節反向旋轉動作，而將保持於上述凹部之內部之上述食材釋放。