CN110505946A - 食品保持装置及其动作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的食品保持装置是能够保持或释放食材的食品保持装置。食品保持装置具备：基部；一对臂，以能够驱动的方式安装于上述基部；一对前端部，设置于一对臂各自的前端；以及控制装置，控制上述一对臂的动作。上述控制装置构成为：通过控制上述一对臂的动作，来在上述一对前端部相互对置的状态下将食材保持于它们的内侧，并在上述一对前端部相互分离的状态下将在它们的内侧保持的食材释放。

Description

食品保持装置及其动作方法

技术领域

本发明涉及食品保持装置及其动作方法。

背景技术

以往，在飞机餐、盒饭等食品的制造现场由操作人员进行食品的装盘作业。操作人员例如一边用一只手拾起通过输送机搬运来的食品容器并维持为规定的姿势，一边用另一只手将少量的芝麻撒向食品，在作业后，将食品释放到输送机的规定的位置。

近年来，在各种领域中，从提高生产率的观点出发，提出了机器人与操作人员在相同的作业空间内共同进行作业这一方案。当在上述那样的食品的制造现场导入人型的作业机器人来进行上述食品的装盘作业的情况下，需要用于保持芝麻等少量且恒定量的食材并且将所保持的食材可靠地供给至食品上的对策。专利文献1中公开了一种食品装盘机器人。作为由该食品装盘机器人支承的食品容器的例子，公开了具有V字形的切口部作为粒状食品的注入口的容器、具有水壶的前端那样的突出部作为液状食品的注入口的容器。机器人使容器倾斜来把食品倒出到容器外。专利文献2中公开了一种调味料供给装置。该调味料供给装置将调味料均匀地添加至半成品(点心等食品)。该调味料供给装置构成为将盐等粉体状的调味料从螺旋送料器的前端送出(排出)。在螺旋送料器的筒状旋转轴的预先决定的前方部分设置有多个贯通孔。

专利文献1：日本特开2003-128002号公报

专利文献2：日本特开2015-223151号公报

然而，在上述专利文献1中，对操作人员而言需要将食品向容器填充的作业。即，虽然机器人能够供给食品，但无法通过机器人本身保持食品。另外，上述专利文献2的调味料供给装置被用于制造薯片等点心的点心制造系统。因此，该点心制造系统不仅具备调味料供给装置，还具备组合计量装置、包装机、供给装置、排出输送机以及滑槽。系统整体变得复杂。另外，设置空间也增大。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于，以更简单的结构可靠地保持或释放芝麻等少量且恒定量的食材。

为了实现上述目的，本发明的一个方式所涉及的食品保持装置是能够保持或释放食材的食品保持装置，具备：基部；一对臂，以能够驱动的方式安装于上述基部；一对前端部，设置于一对臂各自的前端；以及控制装置，控制上述一对臂的动作，上述控制装置构成为通过控制上述一对臂的动作，来在上述一对前端部相互对置的状态下将食材保持于它们的内侧，并在上述一对前端部相互分离的状态下将在它们的内侧保持的食材释放。

根据上述结构，能够在使一对前端部相互对置的状态下在它们的内侧保持食材(例如芝麻)，而将食材搬运至规定的位置。而且，由于通过使一对前端部相互分开，来释放在它们的内侧保持的食材，所以能够将食材装盘至食品(例如荷兰芹)。

也可以构成为：上述一对前端部各自具有凹部，上述凹部在相互对置的状态下形成中空部，并在该中空部的内侧保持食材。

根据上述结构，由于一对前端部在相互对置的状态下形成中空部，并能够在该中空部的内侧保持食材，所以易于保持少量且恒定量的食材。另外，通过适当地变更半球的容积，能够调整所保持的食材的量。此外，也可以构成为：上述凹部形成为半球状，上述中空部形成为球状。

另外，也可以构成为：上述一对前端部形成为相互互补形状，上述互补形状通过相互对置的面重合而在它们的内侧保持食材。

根据上述结构，由于一对前端部形成为相互互补形状，并且通过相互对置的面重合而在它们的内侧保持食材，所以易于保持少量且恒定量的食材。此外，上述互补形状可以具有平板形状。例如通过适当地变更平板的面积，能够调整所保持的食材的量。

另外，上述一对臂也可以构成为在由上述一对前端部保持食材的姿势下，该一对臂的前端部的位置与该一对臂的基端部的位置在水平方向分离。

根据上述结构，例如在对容纳于容器的食材进行保持的情况下，能够在水平方向上使臂的前端部的位置位于容器内，并使臂的基端部的位置位于容器外。由此，即便是当臂动作时在驱动部分(基端部)产生了灰尘等微小的异物的情况，也能够防止异物向食材的容器内落下而混入至食材。例如，也可以构成为：臂的包括前端部的部分在铅垂方向延伸，包括其基端部的部分在水平方向延伸。另外，也可以构成为：包括前端部和其基端部的臂的主体相对于铅垂方向向倾斜方向延伸。此外，上述食材可以是液体状或粉状的食材。

另外，在本发明的其他方式所涉及的食品保持装置的动作方法中，上述食品保持装置具备：基部；一对臂，以能够驱动的方式安装于上述基部；一对前端部，设置于一对臂各自的前端；以及控制装置，控制上述一对臂的动作，上述食品保持装置的动作方法包括：通过控制上述一对臂的动作，来在上述一对前端部相互对置的状态下将食材保持于它们的内侧；和通过控制上述一对臂的动作，来在上述一对前端部相互分离的状态下将在它们的内侧保持的食材释放。

本发明具有以上说明的结构，能够以更简单的结构可靠地保持或释放芝麻等少量且恒定量的食材。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的工业用机器人的简要结构的图。

图2是本发明的一个实施方式所涉及的末端执行器的侧视图。

图3是图2的末端执行器的基部手和被其把持的扩展工具的适配器的俯视图。

图4是图2所示的末端执行器的主视图。

图5是图4所示的末端执行器的前端部的局部剖视图。

图6是简要地示出控制装置的结构的功能框图。

图7是表示末端执行器的动作的示意图。

图8是本发明的第1变形例所涉及的末端执行器的侧视图。

图9是表示本发明的第2变形例所涉及的末端执行器的动作的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对优选的实施方式进行说明。其中，以下在所有的附图中对于相同或相当的元件标注相同的附图标记并省略其重复的说明。另外，为了易于理解附图，示意性地示出每一个结构元件。

(实施方式)

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的工业用机器人的简要结构的图。如图1所示，机器人11具备固定于台车的基座12、被支承于基座12的一对机械臂(以下，有时仅记载为“臂”)13、13、以及被收纳于基座12内的控制装置14。机器人11能够设置于相当于一人量的有限的空间(例如610mm×620mm)。

以下，将展开一对臂的方向称为左右方向。将与基轴的轴心平行的方向称为上下方向。将与左右方向和上下方向正交的方向称为前后方向。本实施方式的机器人11适用于食品的制造现场来进行食品的装盘作业。

各臂13是构成为能够相对于基座12在水平方向移动的水平多关节型机械臂。各臂13具备臂部15、腕部17以及末端执行器18。其中，右臂13和左臂13可以是实质上相同的构造。另外，右臂13和左臂13能够独立地进行动作、或相互关联地进行动作。

臂部15在本例子中由第1连杆15a和第2连杆15b构成。第1连杆15a通过旋转关节J1与固定于基座12的上表面的基轴16连结。第1连杆15a能够围绕通过基轴16的轴心的旋转轴线L1转动。第2连杆15b通过旋转关节J2与第1连杆15a的前端连结。第2连杆15b能够围绕被规定于第1连杆15a的前端的旋转轴线L2转动。

腕部17具有供末端执行器18安装的机械接口19。腕部17经由直动关节J3和旋转关节J4与第2连杆15b的前端连结。腕部17通过直动关节J3相对于第2连杆15b进行升降移动。腕部17能够通过旋转关节J4围绕与第2连杆15b垂直的旋转轴线L3转动。

末端执行器18分别与左右腕部17的机械接口19连结。末端执行器18设置于左右臂13各自的前端。在本实施方式中，左右末端执行器18是相同的构造。应用该末端执行器18的机器人11并不限定于本实施方式，只要是至少具备1只机械臂的工业用机器人即可。

上述结构的各臂13具有各关节J1～J4。而且，在臂13以与各关节J1～J4对应的方式设置有驱动用的伺服马达(未图示)、和检测该伺服马达的旋转角的编码器(未图示)等。另外，两只臂13、13的第1连杆15a、15a的旋转轴线L1处于同一直线上，一个臂13的第1连杆15a与另一个臂13的第1连杆15a上下设置阶梯差而配置。

接下来，对被安装于臂13的腕部17的末端执行器18进行说明。其中，由于左右的末端执行器18是相同的构造，因此这里仅对一个(右)进行说明。图2是末端执行器18的侧视图。图3是基部手60和被其把持的适配器81的俯视图。

如图2所示，末端执行器18由基部手60和扩展工具80构成。基部手60是能够把持对象物的末端执行器(机器人手)。在本实施方式中，作为基部手60，采用了由维持彼此的平行且并进的一对手指72来把持对象物的夹爪(Gripper)式末端执行器。不过，基部手60并不局限于此，只要是能够把持对象物的末端执行器即可，并不限定手指的数量、自由度。例如，作为基部手60，也可以采用具有进行旋转的一对手指的角度开闭夹爪、通过3根以上手指来把持对象物的机器人手、约束对象物的卡盘等。

如图2和图3所示，本实施方式所涉及的基部手60具备平台(platform)70、和由被支承于平台70的致动器(未图示)驱动的一对手指72。在平台70设置有机器人接口71。该机器人接口71与设置于臂13的腕部17的机械接口19(参照图1)结合。

平行的一对手指72由致动器(未图示)驱动，以一边维持平行一边相互接近/远离的方式并进移动。致动器例如可以由气缸、直动机构等构成(均未图示)。

扩展工具80用于扩展基部手60所具有的功能。扩展工具80构成为能够保持或释放对象物(食材)。扩展工具80具备适配器81、与适配器81结合的基部82、以可驱动的方式安装于基部82的一对保持臂83、以及设置于一对保持臂83各自的前端的一对前端部84。

适配器81是基部手60与扩展工具80的连接部。通过由基部手60把持适配器81，使得扩展工具80与基部手60连接。适配器81的上部是圆柱形状或圆筒形状。以下，将该圆柱或圆筒的轴心的延伸方向称为“轴心方向”(在图2、3中为上下方向)。在适配器81的外周面设置有使基部手60的手指72卡合的卡合部81a。该卡合部81a与基部手60的手指的数量、位置对应。

本实施方式所涉及的基部手60具有一对手指72，与之对应的卡合部81a是形成于适配器81的外周面的槽。当通过一对手指72从两侧夹住形成了这些槽的适配器81时，一对手指72分别嵌入至槽，成为恰似一对手指72咬住适配器81的外周面那样的方式。

作为卡合部81a的槽的槽宽度与手指72的宽度(粗细)相同或稍大。由此，一对手指72与卡合部81a卡合。即，通过一对手指72嵌入至槽，使得适配器81相对于基部手60的轴心方向位置和旋转位置被定位。

基部82与上述适配器81结合并具备两个旋转关节J5，该两个旋转关节J5具有与适配器81的轴心方向垂直的方向(在图2中为左右方向)的旋转轴线L4。两个旋转关节J5由致动器(未图示)驱动。致动器例如可以由气缸构成。

保持臂83由基端部831、中间部832以及前端部84构成(参照图2)。基端部831通过旋转关节J5与基部82连结。基端部831能够围绕通过旋转关节J5的轴心的旋转轴线L4转动。中间部832的包括基端部831的部分在水平方向延伸。包括前端部84的部分在铅垂方向延伸。即，一对保持臂83构成为在由一对前端部84保持对象物(食材)的姿势下，在水平方向(在图2中为左右方向)上前端部84的位置与基端部831的位置分离。

图4是末端执行器18的主视图。如图4所示，对于各保持臂83而言，保持臂83的长边方向能够以旋转轴线L4为中心相对于铅垂方向开闭为任意的角度。在本实施方式中，保持臂83被控制为在保持臂83的长边方向以旋转轴线L4为中心相对于铅垂方向打开为60度角度的状态、和关闭为0度角度的状态这两个状态下静止。

图5是末端执行器18的前端部84的局部剖视图。如图5所示，各前端部84具有半球状的凹部84a。在本实施方式中，半球状的凹部84a在相互对置的状态下形成球状的中空部84b。即，一对前端部84构成为在相互对置的状态下将对象物(食材)保持于它们的内侧。另外，一对前端部84构成为在相互分离的状态下将在它们的内侧保持的对象物(食材)释放。

图6是简要地示出机器人11的控制装置14(参照图2)的结构的功能框图。如图6所示，控制装置14具备CPU等运算部14a、ROM、RAM等存储部14b以及伺服控制部14c。控制装置14例如是具备微型控制器等计算机的机器人控制器。此外，控制装置14既可以由进行集中控制的单独的控制装置14构成，也可以由相互配合并进行分散控制的多个控制装置14构成。

存储部14b中存储有作为机器人控制器的基本程序、各种固定数据等信息。运算部14a通过读出并执行在存储部14b中存储的基本程序等软件，来控制机器人11的各种动作。即，运算部14a生成机器人11的控制指令，并将该控制指令向伺服控制部14c输出。伺服控制部14c构成为基于由运算部14a生成的控制指令来控制与机器人11的各臂13的关节J1～J4对应的伺服马达的驱动。另外，由基部手60对适配器81的保持动作(参照图2)和扩展工具80的保持臂83的开闭动作(参照图4)的控制也由控制装置6进行。因此，控制装置14进行机器人11整体的动作的控制。

接下来，使用图7对由控制装置14控制的机器人11的动作的一个例子进行说明。本实施方式的机器人11保持食材91，并在食品93上进行装盘作业。在本实施方式中食材91是粉状的芝麻。食材91并不局限于粉状的食材，也可以是酱汁、调味汁等液体状的食材。另外，食品93例如是荷兰芹，但并不限定于此。

首先，控制装置14控制臂13的动作而由末端执行器18的基部手60保持适配器81，并且，将扩展工具80的保持臂83控制为打开的状态。然后，如图7的(a)所示，在打开了扩展工具80的保持臂83的状态下，使扩展工具80向容纳有食材91的托盘容器90的正上方附近移动。

然后，如图7的(b)所示，控制装置14使扩展工具80下降，并且将一对保持臂83控制为关闭的状态。由此，在一对前端部84相互对置的状态下将食材91保持于它们的内侧。

之后，如图7的(c)所示，控制装置14在容纳有食品93的容器92的正上方附近将一对保持臂83控制为打开的状态。通过一对前端部84相互分离，来释放在它们的内侧保持的食材91。由此，能够将食材91装盘到容器92内的食品93上。

另外，在本实施方式中，由于各一对前端部84具有半球状的凹部84a，半球在相互对置的状态下形成球状的中空部84b，并在该中空部84b的内侧保持食材，所以易于保持少量并且恒定量的食材91。另外，通过适当地变更半球的容积，能够调整所保持的食材的量。

此外，虽然凹部84a形成为半球状，但只要能够在相互对置的状态下将食材保持于其内侧即可，并不限定于此。

另外，在本实施方式中，构成为在由一对前端部84保持食材91的姿势下，一对保持臂83的基端部831的位置与一对保持臂83的前端部84的位置在水平方向上分离(参照图2)。由此，在对容纳于容器90的食材91进行保持的情况下(参照图7)，能够在水平方向上使保持臂83的前端部84的位置位于容器90内，并能够使保持臂83的基端部831的位置位于容器90外。由此，即便是当保持臂83动作时在驱动部分(基端部)产生了灰尘等微小的异物的情况，也能够防止异物向容器90内落下而混入至食材91。此外，在本实施方式中，构成为保持臂83的包括前端部84的中间部832在铅垂方向上延伸，包括其基端部831的部分在水平方向上延伸(参照图2)，但包括前端部84和其基端部831的保持臂83的主体也可以相对于铅垂方向在倾斜方向上延伸。

(变形例)

图8是本发明的变形例所涉及的末端执行器的侧视图。如图8所示，在本变形例的扩展工具80A中，与本实施方式相比，一对前端部841各自具有平板形状这一点不同。这些平板形状构成为：通过相互对置的面重合来在它们的内侧保持对象物(食材)。由此，通过适当地变更平板的面积，能够调整所保持的食材的量。此外，一对前端部841只要形成为相互互补形状即可，例如也可以是曲面形状。即使是这样的结构，也能够通过相互对置的曲面重合而在它们的内侧保持对象物(食材)。

图9是表示本发明的第2变形例所涉及的末端执行器的动作的示意图。如图9所示，在本变形例的扩展工具80B中，与本实施方式相比，各保持臂83B构成为能够相对于基部82B平行移动这一点不同。一对保持臂83B由致动器(未图示)驱动而以一边维持平行一边相互接近/远离的方式并进移动。即使是这样的结构，也如图9的(a)～图9的(c)所示，能够在使一对前端部84相互对置的状态下将食材91保持于它们的内侧，并且通过使一对前端部84相互分开，从而将在它们的内侧保持的食材91释放。此外，图9的前端部84也可以具有图8那样的平板形状(841)。

(其他实施方式)

此外，在上述实施方式中，构成为通过双臂型的机器人11进行食品的装盘作业，但也可以通过具备上述末端执行器18并能够进行定位控制的专用装置来实现。

此外，上述实施方式的机器人11是水平多关节型的双臂机器人，但只要在机械臂的前端具备扩展工具80即可，也可以是垂直多关节型的机器人。

另外，在上述实施方式中，扩展工具80是被保持于基部手60的结构，但扩展工具80也可以直接安装于机械臂13的前端的机械接口19。

根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的许多改进、其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅作为例示来解释，并且是以向本领域技术人员教导执行本发明的最佳方式的目的而提供的。能够不脱离本发明的精神而实质地变更其构造和/或功能的详细内容。

工业上的实用性

本发明可适用于飞机餐、盒饭等食品的制造现场。

附图标记说明

11…机器人；13…机械臂；14…控制装置；18…末端执行器；60…基部手；80…扩展工具；82…基部；83…保持臂；84…前端部；84a…凹部；84b…中空部；90…容器；91…食材(芝麻)；92…容器；93…食品(荷兰芹)。

Claims (8)

1.一种食品保持装置，能够保持或释放食材，其特征在于，

所述食品保持装置具备：

基部；

一对臂，以能够驱动的方式安装于所述基部；

一对前端部，设置于一对臂各自的前端；以及

控制装置，控制所述一对臂的动作，

所述控制装置构成为：

通过控制所述一对臂的动作来在所述一对前端部相互对置的状态下将食材保持于它们的内侧，并在所述一对前端部相互分离的状态下将在它们的内侧保持的食材释放。

2.根据权利要求1所述的食品保持装置，其特征在于，

所述一对前端部各自具有凹部，

所述凹部构成为在相互对置的状态下形成中空部，并在该中空部的内侧保持食材。

3.根据权利要求2所述的食品保持装置，其特征在于，

所述凹部形成为半球状，

所述中空部形成为球状。

4.根据权利要求1所述的食品保持装置，其特征在于，

所述一对前端部形成为相互互补形状，

所述互补形状构成为通过相互对置的面重合而在它们的内侧保持食材。

5.根据权利要求4所述的食品保持装置，其特征在于，

所述互补形状具有平板形状。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的食品保持装置，其特征在于，

所述一对臂构成为在由所述一对前端部保持食材的姿势下，该一对臂的前端部的位置与该一对臂的基端部的位置在水平方向分离。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的食品保持装置，其特征在于，

所述食材是液体状或粉状的食材。

8.一种食品保持装置的动作方法，所述食品保持装置具备：基部；一对臂，以能够驱动的方式安装于所述基部；一对前端部，设置于一对臂各自的前端；以及控制装置，控制所述一对臂的动作，所述食品保持装置的动作方法的特征在于，包括：

通过控制所述一对臂的动作，来在所述一对前端部相互对置的状态下将食材保持于它们的内侧；和

通过控制所述一对臂的动作，来在所述一对前端部相互分离的状态下将在它们的内侧保持的食材释放。