CN111196495A - 转移设备和转移系统 - Google Patents

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CN111196495A CN201911105782.4A CN201911105782A CN111196495A CN 111196495 A CN111196495 A CN 111196495A CN 201911105782 A CN201911105782 A CN 201911105782A CN 111196495 A CN111196495 A CN 111196495A
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和田侑也
宫崎吉弘
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Abstract

一种转移设备包括指状机构，该指状机构被配置为抓握物体的外周面，其中指状机构配备有由基部部分支撑的多个指状部分，每个指状部分包括第一骨构件、可旋转地联接到第一骨构件的一个端部部分的第二骨构件以及成对的第三骨构件，成对的第三骨构件中每一个可旋转地联接到第一骨构件的另一端部部分和基部部分，由此在第一骨构件和基部部分之间形成平行连杆机构，并且指状机构将抓握的物体转移到容纳箱。

Description

转移设备和转移系统
相关申请的交叉引用
本非临时专利申请根据35 U.S.C.§119(a)要求享有2018年11月19日在日本提交的专利申请No.2018-216611的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及转移设备和转移系统。
背景技术
在诸如苹果、梨、芒果、西红柿和黄瓜的水果/蔬菜被转移和装箱的情况下所需要的考虑和巧思不同于在其他水果/蔬菜和其他物品被转移和装箱的情况下所需要的考虑和巧思。特别地，在果皮和果肉容易损坏的桃子和西红柿被抓握并装箱的情况下，无论这种抓握和装箱工作是由人力还是由各种机器和设备来完成，都需要小心谨慎和创新的巧思。
一种水果/蔬菜转移设备使用机器、各种类型的夹具、各种类型的手段、各种类型的控制手段和控制程序来自动运输、抓握和装箱水果/蔬菜。在水果/蔬菜被装箱到容纳箱中之前，自动进行所谓的水果/蔬菜分拣，以便执行分类和分组，其中水果/蔬菜被检查以确定是否存在疾病、虫害和瑕疵，并且水果/蔬菜在颜色、光泽、形状、重量等方面进行测量。此外，这些分拣的水果/蔬菜由例如安装在机器人上的抓握手段(机械手)抓握，并且自动装箱在诸如容器和托盘的容纳箱中。因此，为了在质量、形状、大小等方面检查和测量水果/蔬菜，水果/蔬菜转移设备需要用于测量和识别质量、形状、大小等的测量手段。水果/蔬菜转移设备还需要图像处理手段和抓握/释放手段，该抓握/释放手段被配置为不损害水果/蔬菜的质量。水果/蔬菜转移设备还需要一种用于在装箱期间识别已经存储的水果/蔬菜的数量和存储在容纳箱中的水果/蔬菜的预定位置的手段。此外，水果/蔬菜转移设备需要控制手段，其能够执行控制，使得当水果/蔬菜存储在容纳箱的空间中时抓握手段和释放手段的行为不同于当水果/蔬菜存储在容纳箱的壁侧时抓握手段和释放手段的行为。
日本特开平专利公开No.2013-202728公开了一种用于根据其刚性抓握圆形和球形水果/蔬菜(诸如西红柿)的采收手设备。日本特开平专利公开No.2017-47481公开了一种食品搬运机械手。这种机械手具有三个或更多个平行于其中心轴线并与其中心轴线等距安置的指状连杆，以及用于扩大和缩小指状连杆的内切圆的同步旋转驱动设备。日本特开平专利公开No.2-180112公开了一种将保护帽附接到诸如桃子、梨、苹果、芒果和甜瓜的水果的手段。日本特开平专利公开No.2006-206193公开了一种农产品装箱系统，该系统能够选定要通过吸力一次拾取的农产品的数量，并且能够将所选定的农产品装箱在托盘包装中，该托盘包装具有指定用于装箱的布置模式。
然而，利用常规的机械手，很难稳定地抓握诸如水果的物体，并且也很难执行装箱，而不管存储位置如何。
发明内容
本申请是考虑到这些情况而提出的，并且旨在提供一种转移设备和转移系统，该转移设备和转移系统能够稳定地抓握物体并且能够对物体执行装箱(转移)，而不管存储位置如何。
根据本申请的一个方面的转移设备包括指状机构，该指状机构被配置为抓握物体的外周面，其中指状机构配备有由基部部分支撑的多个指状部分，每个指状部分包括第一骨构件、可旋转地联接到第一骨构件的一个端部部分的第二骨构件、以及成对的第三骨构件，每个第三骨构件可旋转地联接到第一骨构件的另一端部部分和基部部分，由此在第一骨构件和基部部分之间形成平行连杆机构，并且指状机构将抓握的物体转移到容纳箱。
根据本申请的一个方面的转移系统包括：容纳箱供应设备，其被配置为供应容纳箱；转移设备，其被配置为抓握物体的外周面并将物体转移到从容纳箱供应设备供应的容纳箱；以及容纳箱运出设备，其被配置为运送出存储物体的容纳箱。
根据本申请，可以稳定地抓握物体并将物体装箱(转移)，而不管存储位置如何。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述和进一步的目的和特征将更加明显。
附图说明
图1是描绘根据本发明的水果/蔬菜转移设备的示意性三维视图；
图2是描绘水果/蔬菜转移设备的平面框图，该设备还设置有除了图1中描绘的那些之外的附加设备；
图3是描绘当物体(桃子)被图1中描绘的装载设备保持(抓握)时，物体的位置和放置方向被检查和测量的状态的视图；
图4A至4D是描绘图2中描绘的检查设备和装载设备之间的物体的流动的操作视图；
图5A至5G是通过从不同的角度观看图4A至4D而获得的操作视图；
图6是详细的立体图，描绘了用于在图1和2中描绘的装载设备中使用的五指手；
图7A至7D描绘了这样的状态，在该状态下，图6中描绘的戴着手套的五指手抓握物体(桃子)并将该物体存储在保护帽中；
图8A至8E是描绘图1和2中描绘的保护帽附接设备的操作的视图；
图9A至9C是描绘图1和2中描绘的容纳箱供应设备的示意性平面图；
图10A至10C是示意性立体图，描绘了用图9A至9C中描绘的容纳箱供应设备搬运容纳箱的状态；
图11A至11F是描绘图1和2中描绘的转移设备的操作的视图；
图12是描绘用于在图11A至11F中描绘的转移设备中使用的机械手的手部分的立体图；
图13是描绘图12中描绘的手部分的指状机构的视图；
图14是描绘图12和13中描绘的机械手的指状机构抓握物体的状态的示意图；
图15A至15E描绘了过渡状态，其中图12至14中描绘的机械手从扩张爪部分接收物体；
图16A和16B是示出根据本发明的滚动存储的概念的说明图；
图17A和17B是示出当使用图12中描绘的机械手将覆盖有保护帽(衬垫)的物体存储在容纳箱的角落中时出现的不期望的状态的说明图；
图18A和18B是示出根据本发明的滚动存储的说明图，该滚动存储被设计成解决图17A和17B中描绘的问题；
图19是示出待由根据本发明的滚动存储存储物体的行为绘制外摆线曲线的说明图；
图20A至20D是存储布置图，描绘了根据每个箱中物体的数量(qy)使要存储在容纳箱中的物体的布置不同的示例；
图21是示出用于在容纳箱中存储物体的顺序的说明图。
具体实施方式
下面将基于描绘本发明的实施例的附图具体描述本发明。
图1是描绘水果/蔬菜转移系统10的示意性三维视图。水果/蔬菜转移系统10用于将诸如桃子、苹果、梨、柿子、芒果、甜瓜和西红柿的球形“水果/蔬菜”以预定的布置方式自动存储在近似长方体的容纳箱中。在该实施例中，“水果/蔬菜”是表示水果和蔬菜两者的名称。例如，在水果/蔬菜中，桃子、苹果和西红柿具有近似球形的形状，但是芒果具有与球形形状略有不同的变形球形形状。此外，在柿子中，所谓的压缩无核柿子具有与球形形状完全不同的扁平正方形形状。“果实形状指数”被认为是代表水果/蔬菜的形状的因素。“果实形状指数”代表果实的竖直直径(也称为“果实高度”)与果实的水平直径(也称为“果实直径”)的比率(通常由竖直直径/水平直径表示)。还已知果实形状根据该“果实形状指数”分为例如“球形”、“长球形”和“扁平”形状。在该实施例中，不管“果实形状指数”的值如何，具有圆形、圆锥形和扁平椭圆形的水果/蔬菜的形状被泛称为“球形形状”。
尽管水果/蔬菜转移系统10主要适用于球形水果/蔬菜的转移，但是该系统不仅适用于球形水果/蔬菜的转移，还适用于诸如芒果和柿子的形状偏离球形的变形“物体”的转移。此外，如今，桃子，芒果，甜瓜等经常以其外周面被由例如泡沫聚乙烯制成的衬垫(保护帽)保护的状态装箱。当这些保护帽所附接的物体被抓握时，并且当被抓握的物体被存储在容纳箱CB中时，保护帽可能被拆下或变形。因此，需要不同于搬运未附接保护帽的物体的方法的抓握和装箱方法。根据该实施例的水果/蔬菜转移系统10适用于附接有保护帽的物体的装箱。系统的细节将在后面描述。
水果/蔬菜转移系统10配备有装载设备1、保护帽附接设备2、容纳箱供应设备3、转移设备4和容纳箱运出设备5(参见图2)。尽管在图1中未描绘待装箱的物体，但是物体从装载设备1的一侧朝向容纳箱运出设备5运输。当根据本发明的物体被运输到装载设备1的预定位置(抓握位置)时，物体被机械手1000A一个接一个地抓握，然后它们被设置在位于后面阶段的转移设备4中的机械手1000存储(装箱)在容纳箱CB中。细节将在后面清楚地描述。
装载设备1具有例如竖直多关节机械手1000A。竖直多关节机械手具有例如可自由旋转的六轴或七轴关节，并且具有模仿例如人的手的五个指状部分的指状机构(以下称为五指手1a)安装在竖直多关节机械手的端部部分，即所谓的端部执行器。五指手1a的具体结构将在后面描述(参见图6)。五指手1a抓握运输到装载设备1的球形水果/蔬菜(物体)，例如桃子和西红柿，然后将物体运输到位于后面阶段的转移设备4。
保护帽附接设备2被制备成用已经被切割成预定长度的保护帽22覆盖物体的外周面(参见图8A至8E)。在保护帽附接设备2中，长圆柱形保护帽构件22a以扁平形状卷绕在卷绕辊24上。保护帽附接设备2配备有扩张爪部分26，每个扩张爪部分26将扁平保护帽构件22a扩张到保护帽构件22a可以附接到球形物体的圆周的程度。
尽管除了扩张爪部分26之外，保护帽附接设备2还配备有用于将保护帽构件22a切割成预定长度的切割器CUT(参见图8A至8E)、用于在竖直方向上移动扩张爪部分26的提升机构、用于打开和关闭扩张爪部分26的打开/关闭手段以及用于转动扩张爪部分26的转动手段，但是没有给这些手段指定附图标记。当放置在保护帽22上的各个物体OBJ被运输到位于后面阶段的转移设备4时，转动手段用作方向调节手段，用于进行调节，使得物体OBJ指向几乎相同的方向。由于各个物体的方向是对齐的，所以当用机械手抓握水果/蔬菜(物体)时机械手的操作和当用机械手将水果/蔬菜(物体)存储在容纳箱CB中时的操作可以作为例行程序来执行。因此，可以提高装箱的吞吐量，并且容纳箱CB内部的空间可以被有效地利用，并且可以在装箱期间被物体填充。
物体(水果/蔬菜)的“预定部分”由装载设备1在“预定方向”上插入保护帽22的内部，该保护帽22附接到扩张爪部分26并被切割成预定长度。“预定部分”和“预定方向”的含义将在后面描述。然而，一些物体没有被保护帽22覆盖。在这种情况下，保护帽附接设备2和装载设备1不是必不可少的。在不需要用保护帽22覆盖物体的情况下，物体被直接运输到转移设备4。
容纳箱供应设备3将其中装箱有物体的容纳箱CB供应到位于后面阶段的转移设备4。容纳箱供应设备3安置在水果/蔬菜转移系统10的下侧，并且被制备成例如跨越从保护帽附接设备2的几乎紧邻的下部部分到容纳箱运出设备5的范围。从容纳箱供应设备3供应的容纳箱CB的大小可以基于例如物体的竖直直径和水平直径，即果实形状指数来选择。用于本发明的容纳箱CB例如是长方体瓦楞纸箱。容纳箱供应设备3被制备成具有例如：输送机，其用于运输容纳箱CB；升降器LIFT(参见图9A至9C)，其用于在竖直方向上提升和降低容纳箱供应设备3内部的容纳箱CB；步进马达，其用于控制和驱动升降器LIFT；容纳箱抑制手段，其用于抑制和固定容纳箱CB及其折翼；和气缸，其用于驱动折翼抑制手段等。
转移设备4将物体存储在从容纳箱供应设备3供应的容纳箱CB中。转移设备4配备有机械手1000，机械手1000具有指状机构100(参见图12)，指状机构100设置有例如两个或四个指状部分，指状部分的数量小于装载设备1中制备的五指手1a的指状部分的数量。一般来说，当指状机构中指状部分的数量较大时，其抓握力得到改善，但控制变得复杂。然而，具有许多指状部分的机械手并不总是适合于这种机械手将抓握的物体存储在容纳箱CB中的情况。原因是，随着要存储在容纳箱CB中的物体的数量变大，容纳箱CB中的空间逐渐变小，安装在机械手1000上的指状机构在容纳箱内的自由度受到限制，并且机械手不能执行期望的装箱，装箱需要更长的时间，并且装箱的吞吐量变低。在机械手1000中采用执行与装载设备1中采用的五指手1a的操作不同的操作的机械手。细节将在后面描述。
容纳箱运出设备5将其中由转移设备4存储了预定数量的物体的容纳箱CB从水果/蔬菜转移系统10中运送出。容纳箱运出设备5例如具有未描绘的输送机，以便将存储物体的容纳箱CB运送出水果/蔬菜转移系统10。
图2是描绘水果/蔬菜转移系统10的框图，还描绘了除了图1中描绘的水果/蔬菜转移系统10的设备之外的一些设备。水果/蔬菜转移系统10另外设置有图1中未描绘的检查设备6和自主运输设备7。例如，在物体OBJ(桃子或西红柿)被装载设备1运输到装载设备1的上游侧，即运输到位于后面阶段的转移设备4之前，检查设备6检查果肉的质量，检查物体OBJ的外观，例如光泽和颜色，并执行所谓的物理测量，例如测量物体的果实形状指数(通常由竖直直径/水平直径表示的值)和重量。作为这些检查和测量的结果而获得的各种数据和信息被传输到PLC(可编程逻辑控制器)。基于这样的信息，PLC产生所谓的顺序控制程序，以用于根据预定过程控制各种设备和各种手段。一般来说，在某些情况下，使用与PLC分开制备的机器人控制器(CPU)来控制用于水果/蔬菜转移系统中的机器人、机械手和安装在机械手上的指状机构。然而，应该理解，图2中描述的PLC包括这种类型的CPU。
由检查设备6执行的果肉质量检查例如通过使用X光设备拍摄果肉的X光图像并通过对拍摄的图像执行数字图像处理来无损地进行。在要检查的物体是桃的情况下，检查桃是否存在例如桃果蛾损害。此外，可以使用磁共振成像(MRI)设备或者使用近红外光等来执行用于检测物体中是否存在虫损的检查，该MRI设备使用磁性和无线电波来代替X光。此外，物理测量，例如物体的形状、大小和重量的测量，可以例如通过使用具有发光器件和光接收器件的光学传感器来执行。尽管例如桃的竖直直径(果实高度)和水平直径(果实直径)的测量可以由检查设备6执行，但是测量优选地在果实被运输到检查设备6之前执行。原因是水果/蔬菜的竖直直径和水平直径的测量值被用作用于选择存储水果/蔬菜的容纳箱CB的形状和大小、确定水果/蔬菜的抓握位置和确定水果/蔬菜在容纳箱CB中的布置的重要参数。通过预先生成这些数据、参数等，可以提高装箱工作的吞吐量。
在球形水果/蔬菜(物体OBJ)已经经受上述检查和测量中的至少一者之后，物体被放置在射手器61上，并且射手器61沿着射手器轨道62从检查设备6的一侧被运输到装载设备1的一侧。物体OBJ的“预定部分”预先指向“预定方向”，并且从检查设备6的一侧运送出。例如，在物体是水果/蔬菜的情况下，这里的“预定部分”对应于果梗部分或果顶部分。此外，例如，在物体是桃子的情况下，具有浅槽形状并且从果梗部分延伸到果顶部分的果缝线可以被定位为“预定部分”。或者，在从果梗部分延伸到果顶部分的线段长度被定义为竖直直径并且垂直于竖直直径的线段长度被定义为水平直径的情况下，具有最长水平直径的部分可以被定位为预定部分。此外，“预定方向”指示物体放置在射手器61上的方向，也就是说，指示物体的果梗部分还是果顶部分向上指向。此外，在水果/蔬菜具有果缝线并且水果/蔬菜相对于装载设备1指向预定方向的情况下，该方向也包括在“预定方向”中。在任一情况下，“预定部分”和“预定方向”可以参照已经使用光学测量手段获得的物体OBJ的形状、果梗部分、果顶部分、竖直直径(高度)和水平直径(宽度)来确定。
滑块27在导轨28上滑动，并从装载设备1的一侧往复运动到转移设备4。由装载设备1从射手器61转移的物体OBJ被放置在滑块27上。扩张爪部分26固定到滑块27。扩张爪部分26首先移动到位于保护帽附接设备2前面的位置p1，以便保护帽22附接到扩张爪部分26。在该位置，保护帽22附接到扩张爪部分26。接下来，已经附接有保护帽22的扩张爪部分26(滑块27)移动到装载设备1前面的位置p2。在该位置，放置在射手器61上的物体OBJ被插入附接到扩张爪部分26的保护帽22中。接下来，由装载设备1放置在扩张爪部分26(滑块27)上的物体OBJ被转移到位于转移设备4的区域中的位置p3。转移到位置p3的物体OBJ由机械手1000存储在从容纳箱供应设备3供应的容纳箱CB中。存储有物体OBJ的容纳箱CB由容纳箱运出设备5运送出。
在容纳箱运出设备5处，自主运输设备7等待存储有物体OBJ的容纳箱CB的到达。自主运输设备7自主地或自动地将由转移设备4存储在容纳箱CB中的物体OBJ移动到预定位置或预定存储区域，而不使用轨道或沿着轨道。自主运输设备7被制备成增强自动化并节省物流中的人力。然而，存储有物体OBJ的容纳箱CB不需要自主运输，当然也可以由人力运送到预定位置。
图1和2中描绘的装载设备1、保护帽附接设备2、存储箱供应设备3、转移设备4等的更具体的结构和操作将在后面描述。
图3是示出检查和测量装载设备1要抓握的物体OBJ的位置和方向的状态的说明图。图3描绘了检查设备6、射手器轨道62、摄影装置CAM1、装载设备1和放置在射手器61上的物体OBJ。物体OBJ通常在预定方向上从检查设备6运送出。为了有效地将物体OBJ存储在具有预定形状和预定大小的容纳箱中，将物体OBJ的预定部分的方向对齐到预定方向是重要的。例如，在物体OBJ是桃子的情况下，桃子的果缝线被光学检测，并且桃子的方向基于果缝线对齐。因此，可以高效地执行装箱，并且可以提供具有漂亮外观的装箱。
为了便于解释，图3特意描绘了果缝线SL1和SL2的方向不相同而是彼此垂直(也就是说，方向偏离期望的方向)的状态。在这种状态下，当果缝线SL1和SL2彼此偏离接近90度时，物体OBJ1和OBJ2被装载设备1抓握，然后被插入附接到扩张爪部分26的保护帽22中(参见图1)。然而，在本发明中，果缝线SL1和SL2的方向由摄影装置CAM1在拍摄范围ir内拍摄，关于果缝线SL1和SL2的位置和倾斜度的信息被传输到图2中描绘的PLC，并且基于该数据和信息来调节扩张爪部分26的旋转角度。扩张爪部分26的旋转角度使用
图3中未描绘的转动手段(马达)来调节。利用这种配置，即使物体OBJ1和OBJ2的方向在物体被装载设备1转移到扩张爪部分26的阶段彼此偏离，物体也可以在装箱时对齐到预定方向的同时被存储。在水果/蔬菜没有果缝线或者果缝线的存在不明显的情况下，例如，在物体OBJ是果实的情况下，可以通过检测果实的果顶部分和果梗部分或者通过检测和测量果实的竖直直径和水平直径来检测物体的方向。在图3中，装载设备1由五指手1a、臂1b和基部1c组成。
图4A至4D示意性地描绘了物体OBJ在检查设备6和装载设备1之间的转移，同时特别注意射手器61的移动。与图3中描绘的部件相同的部件用相同的附图标记和符号表示。
图4A描绘了一种状态，其中物体OBJ正在被检查或测量或者检查和测量刚刚结束，物体OBJ被放置在沿着射手器轨道62滑动的射手器61上，并且物体OBJ被定位在检查设备6中或其附近。此时，装载设备1的五指手1a和臂1b保持联接到基部1c，同时保持它们的初始姿势，并且根本没有接近物体OBJ。
图4B描绘了一种状态，其中物体OBJ的质量检查和物理测量已经结束，物体OBJ已经被放置在射手器61上，射手器61已经沿着射手器轨道62滑动，并且物体OBJ在装载设备1的抓握位置处待命。同样在此时，五指手1a和臂1b待命，同时保持它们的初始姿势，并且根本没有接近物体OBJ。
图4C描绘了保护帽附接设备2的滑块27已经沿着导轨28滑动并且已经移动到射手器61附近的状态。此时，固定到滑块27的扩张爪部分26也已经移动到射手器61附近。此外，图4C描绘了一种状态，其中臂1b已经延伸到射手器61的一侧，以便抓握放置在射手器61上的物体OBJ，并且五指手1a正在将物体放置在保护帽附接设备2的扩张爪部分26上。
图4D描绘了一种状态，其中物体OBJ已经被放置在图4C中描绘的扩张爪部分26的一侧上，射手器61已经沿着射手器轨道62滑动并且已经返回到检查设备6的一侧，从而为将从检查设备6的一侧向装载设备1的一侧运送出的下一个物体OBJ的放置做好准备。此时，放置在保护帽附接设备2的扩张爪部分26上的物体OBJ已经移动到转移设备4的远离图4D的显示范围的一侧。此外，此时，臂1b和五指手1a已经返回到它们的初始待命状态。
像图4A至4D一样，图5A至5G描绘了射手器61、装载设备1和保护帽附接设备2的操作以及物体OBJ的位移。尽管在上述图4A至4D中特别注意射手器61的位移，但是在图5A至5G中特别注意扩张爪部分26的移动和物体OBJ的位移。装载设备1的臂1b和五指手1a的操作跟随保护帽附接设备2和物体OBJ的操作。提供摄影装置CAM1是为了检测物体OBJ的位置和方向。在图5A至5G中，与图4A至4D中描绘的部件相同的部件由相同的附图标记和符号表示。
图5A描绘了一种状态，其中物体OBJ被放置在射手器61上，臂1b已经从基部1c伸出，并且五指手1a正在接近物体OBJ以抓握物体。此时，保护帽附接设备2,特别是接收保护帽22并扩张所接收的保护帽22的扩张爪部分26还没有移动到抓握位置。因此，在图5A的显示范围中没有描绘扩张爪部分26，而是仅描绘了扩张爪部分26在其上滑动的导轨28。通过在导轨28上滑动而移动的滑块27在装载设备1的一侧待命。用于检测物体OBJ的存在和位置的摄影装置CAM1设置在射手器61上方。
图5B描绘了五指手1a已经抓握放置在射手器61上的物体OBJ并且正在远离射手器61移动的状态。此时，扩张爪部分26还没有移动到抓握位置，即射手器61与装载设备1相对的位置。像图5A一样，图5B仅描绘了导轨28。因此，滑块27和固定到其上的扩张爪部分26未被描绘。
图5C描绘了五指手1a已经抓握放置在射手器61上的物体OBJ并已移动到导轨28上方的位置的状态。在这种状态下，滑块27(扩张爪部分26)还没有到达五指手1a的抓握位置。
图5D描绘了一种状态，其中射手器61和扩张爪部分26已经移动到抓握位置，即装载设备1可以转动的区域，还描绘了物体OBJ刚好要放置在扩张爪部分26上之前的状态。此时，具有例如六个爪的扩张爪部分26在横向方向上使保护帽22扩张，使得物体OBJ被平滑地插入保护帽22中。
图5E描绘了物体OBJ被插入在扩张爪部分26中准备好的保护帽22的内部的状态。此时，五指手1a向物体的球面的一部分(例如其上出现果缝线的桃子(物体OBJ))施加轻微的力，使得物体OBJ到达保护帽22的底部部分。这消除了桃子悬置在保护帽22内的状态。稍后描述的图7C和7D中描绘了五指手1a将桃子轻微推入保护帽22中的状态。在将物体OBJ插入附接到扩张爪部分26的保护帽22中之后，五指手1a向上移动到五指手1a不妨碍滑块27移动的程度。
图5F描绘了一种状态，其中，在已经移动到扩张爪部分26上方之后，五指手1a移动到射手器61附近，即抓握操作的起始位置。此时，插入在扩张爪部分26中准备好的保护帽22中的物体OBJ保持放置在射手器61与装载设备1相对的位置。
图5G描绘了一种状态，其中，在已经移动到扩张爪部分26上方之后，五指手1a已经停止在射手器61附近，即抓握操作的起始位置，并且插入在扩张爪部分26中准备好的保护帽22中的物体OBJ被放置在滑块27上并移动到转移设备4的一侧。图5A至5G中描绘的摄影装置CAM1与图3中描绘的摄影装置CAM1相同，并且用于拍摄当装载设备1抓握物体OBJ时物体OBJ放置的位置和方向。
图6是描绘用于在装载设备1中使用的机械手1000A的轮廓配置的外部视图。根据该实施例的机械手1000A配备有五指手1a、前臂骨200、肌腱300、人造肌肉400、电磁阀600和控制板700。五指手1a中的指状部分被配置成根据由人造肌肉400扩张或收缩的肌腱300的张力而伸展或屈曲。在该实施例中，作为特征之一，关节角度和力通过执行两种肌腱300的对抗控制来自主控制，以便实现对抓握的形式、保持力、指关节的灵活性等的控制(顺应性控制)。
人造肌肉400安置在前臂骨200周围。前臂骨200对应于人的前臂骨，并且是对应于范围从腕关节到臂关节的部分的构件。人造肌肉400例如是麦吉本(Mckibben)气动致动器，并且肌肉的收缩程度由从歧管650供应的空气控制，歧管650由电磁阀600的打开/关闭操作控制。换句话说，在空气被供应到人造肌肉400内部的情况下，人造肌肉400在其横向方向上扩张，并在其纵向方向上回缩，由此肌肉收缩。相反，在空气从人造肌肉400的内部释放的情况下，人造肌肉400在其横向方向上回缩，并在其纵向方向上延伸，由此肌肉松弛。
电磁阀600使用安装在控制板700上的未描绘的CPU来控制。CPU在CPU和PLC之间发送和接收各种指令信号和控制信号，如图2所描绘。除了CPU之外，在控制板700上可以安装：在与CPU通信的各种接口中使用的输入侧连接器；输出侧连接器；用于驱动电磁阀600的线圈的线圈驱动器；以及用于处理各种信号、电压和电流的各种电子器件，包括运算放大器、比较器、晶体管、二极管和电阻器。
人造肌肉400的远侧端部部分连接到肌腱300，并且其近侧端部部分连接到万向节502。万向节502被配置成在设置在凸缘500的分界区域中的肋501内自由滑动。连接到人造肌肉400的肌腱300通过人造肌肉400的收缩而延长，并且通过人造肌肉400的松弛而缩短。
在该实施例中，尽管麦吉本气动致动器被用作人造肌肉400，但是可以采用使用马达和滑轮卷绕肌腱300的系统来代替气动致动器。此外，也许可以采用使用线性马达直接扩张和收缩肌腱300的系统，或者使用由纤维致动器形成的生物金属扩张和收缩肌腱300的系统，该纤维致动器通过电流的流动扩张和收缩。
图7A至7D描绘了这样的状态，其中图6中描绘的并且戴着手套GLV的五指手1a抓握用作物体OBJ之一的桃子，并且将物体插入到已经通过扩张爪部分26的打开/关闭操作而扩张的保护帽22中。手套GLV形成为匹配五指手1a的大小和形状，并且由例如硅橡胶、丁腈橡胶或天然橡胶制成。然而，手套GLV的材料不需要是橡胶，而是可以是合成树脂，例如聚氯乙烯。由于五指手1a戴有手套GLV，所以防止了五指手1a机械磨损，用于抓握物体OBJ的力增加，物体的质量不会恶化，并且可以确保卫生安全。
图7A描绘了一种状态，其中五指手1a将第一个桃子(物体OBJ)插入附接到在保护帽附接设备2中准备的两个扩张爪部分26之一的网状保护帽22中。在扩张爪部分26的右侧，已经附接有保护帽22的另一个扩张爪部分26为下一个处理做好准备。在这种状态下，保护帽22在与扩张爪部分26接触的部分处在横向方向上扩张，但是在远离扩张爪部分26的部分处略微回缩。
图7B描绘了紧接在图7A中描绘的状态之后的状态，更具体地说，桃子(物体OBJ)被插入已经被扩张爪部分26扩张的保护帽22中的状态。此时，保护帽22已经略微回缩的部分向内折叠回，由此保护帽22形成双重结构。
图7C描绘了一种状态，其中，在桃子被插入保护帽22之后，用五指手1a的一部分，例如其中心三个指状部分(食指、中指和无名指)中的至少一个，将物体的上部部分稍微推向保护帽22的下部部分。然而，代替指状部分，面向物体的五指手1a的手掌可以用作用于推动物体的部分。在桃子仅仅插入保护帽22的情况下，桃子不一定以稳定状态容纳在保护帽22的底部部分和侧面部分。原因是桃子可能通过保护帽22的弹性而悬置在保护帽22和扩张爪部分26内部。如果桃子在这种状态下被朝向转移设备4运输，则一定量的冲击可能施加到桃子(物体OBJ)上，桃子可能变形，并且其果皮或果肉可能被损坏。即使桃子没有变形或其果肉等没有损坏，在期望的装箱工作期间也可能会产生问题，因为当桃子在位于后面阶段的转移设备4处被抓握并从扩张爪部分26提起时会出现高度差。用五指手1a的部分轻微推动桃子可以有效地解决这类问题。这种轻微的推动是在放置第一个桃子之后执行的(参见图7B)，也是在放置第二个桃子之后执行。
图7D描绘了一种状态，其中，在将第二个桃子插入保护帽22之后，以与第一个桃子被推动时相同的方式，用五指手1a的中心三个指状部分(食指、中指和无名指)中的至少一个将物体OBJ的上部部分稍微推向保护帽22的下部部分。在根据本发明的实施例中，水果/蔬菜的果顶AP对应于物体OBJ的上部部分，并且果梗(果柄)部分PE对应于其下部部分。水果/蔬菜的果顶部分或其果梗(果柄)部分是否被定义为要抓握的上部部分可以根据水果/蔬菜的种类、竖直直径和水平直径来适当地确定。例如，在苹果或梨的情况下，与桃子的情况相反，果实被装箱，使得其果梗(果柄)部分被定义为上部部分。在任一种情况下，水果/蔬菜通常在用五指手1a抓握水果/蔬菜的方向上装箱到容纳箱中。
图8A至8E是描绘保护帽附接设备2的操作的视图。图8A至8E中描绘的部件包括保护帽构件22a、卷绕辊24、扩张爪部分26、滑块27、导轨28、辊ro和ro1、五指手1a、臂1b、机械手1000、机械手1000的手40a和臂40b以及物体OBJ。扩张爪部分26的结构未在图8A至8E中描绘，而是在稍后描述的图15A至15E中描绘。
在保护帽构件22a的切割之后，辊ro和ro1从卷绕辊24朝向扩张爪部分26运送出预定长度的保护帽构件22a，并且在预定方向上引导保护帽构件22a。扩张爪部分26由马达MO1控制并在导轨28上沿左右方向移动。
图8A描绘了保护帽构件22a即将附接到两个扩张爪部分26和26中的每一个之前的状态。保护帽构件22a通过扩张爪部分26朝向辊ro1上升而附接到扩张爪部分26和26中的每一个。扩张爪部分26的上下移动由安装在滑块27中的提升机构29控制。
在图8A中，卷绕在卷绕辊24上的扁平保护帽构件22a被多个辊ro引导至扩张爪部26的上部部分，然后被设置在扩张爪部分26附近的辊ro1打开。
图8B描绘了保护帽构件22a被切割刀片CUT切割并且保护帽22附接到扩张爪部分26的状态。更具体地，保护帽22通过使用切割刀片CUT将保护帽构件22a切割成预定长度而制成。此时，由于构成扩张爪部分26的六个爪(参见稍后描述的图15A至15E)保持关闭，保护帽22不扩张。
图8C描绘了一种状态，其中，制备在扩张爪部分26中并且已经关闭的六个爪被打开，从而将保护帽22扩张到球形物体可以插入保护帽22中的程度。然而，由于用于扩张扩张爪部分26的机构是已知的，因此省略了对其的详细解释。
图8D描绘了一种状态，其中，在滑块27在导轨28上滑动并移动到五指手1a的抓握位置，同时保持图8C中描绘的扩张爪部分26的状态之后，五指手1a将两个物体OBJ中的每一个插入保护帽22中。装载设备1的五指手1a将每个物体OBJ转移到两个扩张爪部分26中的每一个。
图8E描绘了一种状态，其中，当插入已经附接到扩张爪部分26的保护帽22中的两个物体OBJ保持放置在滑块27上时，物体OBJ移动到制备在转移设备4中的机械手1000的一侧，并且每个物体OBJ处于用手40a抓握并存储在未描绘的容纳箱CB中之前的状态。为了从由构成扩张爪部分26的六个爪包围的保护帽22中取出物体OBJ，手40a的尖端部分进入保护帽22更深处，超过六个爪的尖端部分，并且抓握物体OBJ。此时，必须防止手40a与六个爪碰撞。将参考稍后描述的图15A至15E来解释用于防止该问题的配置的示例。
图9A至9C是描绘容纳箱供应设备3的示意性平面图。容纳箱供应设备3准备用于存储物体OBJ的容纳箱CB(例如，瓦楞纸箱)，并将容纳箱供应到位于后面阶段的转移设备4。如图1所描绘，容纳箱供应设备3被制备成跨越从保护帽附接设备2的下部部分到容纳箱运出设备5的下部部分的范围。如图9A至9C所描绘，容纳箱供应设备3具有第一输送机CNVY1、第二输送机CNVY2和升降器LIFT。当容纳箱CB从第一输送机CNVY1供应到升降器LIFT时，容纳箱CB通过升降器LIFT固定在预定位置处，并且物体OBJ存储在容纳箱CB中。在存储物体的工作完成后，通过第二输送机CNVY2从图1中描绘的容纳箱运出设备5运送出装箱的物体OBJ。第二输送机CNVY2是容纳箱供应设备3的一部分，并且也是容纳箱运出设备5的一部分。
传感器SENS1检测容纳箱CB是否被放置在第一输送机CNVY1上。传感器SENS2检测容纳箱CB是否已经到达升降器LIFT。当传感器SENS2可以确认容纳箱CB已经到达升降器LIFT时，第一输送机CNVY1的操作由未描绘的控制手段停止。光通信装置OC执行与自主运输设备7的光通信，并且在装箱完成时发送指示装箱工作完成的信号。光通信装置OC设置有众所周知的光学装置，例如LED和激光器，以及其中集成了这些光学装置的光学集成电路(IC)。
图10A至10C是示意性立体图，描绘了用容纳箱供应设备3的升降器LIFT搬运容纳箱CB的状态。容纳箱CB例如是长方体瓦楞纸箱。与图9A至9C中描绘的部件相同的部件由相同的附图标记和符号表示。
图10A描绘了当容纳箱CB被放置在图9B中描绘的升降器LIFT上时容纳箱CB的部分，并且除了容纳箱CB之外，还描绘了用于将容纳箱CB固定在预定位置的容纳箱抑制器SUP、容纳箱CB的折翼FP和用于抑制容纳箱CB的折翼的折翼抑制器SUF。在图10A中，容纳箱CB被放置在能够在上下方向上移动容纳箱CB的提升机构UD上。提升机构UD的位置在几个步骤(例如三个步骤)中根据如何搬运容纳箱CB通过例如步进马达来调节。这些抑制器SUP例如由气缸驱动。容纳箱CB的折翼(盖)FP被折翼抑制器SUF抑制。
图10B描绘了用机械手1000抓握物体OBJ并将其存储在容纳箱CB中的状态。在存储时，容纳箱CB稍微倾斜，以支撑物体OBJ的存储。此时，提升机构UD被固定在预定位置。在图10B中，与图10A中描绘的部件相同的部件用相同的附图标记和符号表示。
图10C描绘了物体OBJ的装箱工作由机械手1000完成并且容纳箱CB被运送出的状态。此时，提升机构UD向下移动容纳箱CB。此外，折翼抑制器SUF移动远离折翼FP，并且容纳箱抑制器SUP也移动远离容纳箱CB，并且提升机构UD向下移动，然后等待下一个容纳箱CB的供应。
图11A至11F是描绘转移设备4的操作流程的视图。图11A至11F描绘了从由装载设备1使用用作转移设备4的一部分的机械手1000抓握放置在滑块27上的物体OBJ到将物体OBJ装箱在容纳箱CB中的一系列流程。如上所述，滑块27通过在装载设备1和转移设备4之间往复运动而在导轨28上移动。图11A至11F描绘了机械手1000，并且还描绘了构成机械手1000的手40a和臂40b。此外，图11A至11F描绘了扩张爪部分26、摄影装置CAM2、容纳箱CB和物体OBJ。尽管物体OBJ被保护帽22覆盖，但是为了便于解释和绘制，没有描绘保护帽22。
图11A描绘了一种状态，其中固定到滑块27上并且其上放置有物体OBJ的扩张爪部分26从装载设备1的一侧移动到机械手1000的抓握位置。此时，机械手1000根本不接近物体OBJ，而是保持在其待命位置待命。
图11B描绘了紧接在图11A中描绘的状态之后机械手1000的操作。图11B描绘了一种状态，其中机械手1000的手40a和臂40b已经下降到物体OBJ的抓握位置，然后机械手1000正在抓握物体OBJ。被抓握的物体OBJ被一个接一个地存储在容纳箱CB中(参见图11C和11F)。
图11C描绘了几个物体OBJ已经存储在容纳箱CB中并且该存储工作正在连续执行的状态。此时，已经存储在容纳箱CB中的物体OBJ的数量qn由安装在臂上的摄影装置CAM2在抓握物体OBJ时拍摄并识别。由于已经事先确定要存储在容纳箱CB中的物体OBJ的数量，即每个箱的数量qy，已经被存储的物体的数量qn相对于每个箱的数量qy的达到程度被监测和识别。检测和识别的数据和信息被传输到PLC(参见图2)。PLC收集然后处理数据和信息，从而控制和调节诸如机械手1000和扩张爪部分26的各种手段和设备的行为。
图11D描绘了一种状态，其中机械手1000抓握放置在扩张爪部分26上的两个物体OBJ中的第一个，滑块27在手40a和臂40b向上抬起的时刻移动到刚好在手40a下方的位置，并且机械手开始抓握第二物体OBJ的操作。因此，用于放置在扩张爪部分26上的物体OBJ的装箱工作的吞吐量提高了。
图11E描绘了一种状态，其中机械手1000抓握第二物体OBJ，并且固定有扩张爪部分26的滑块27在导轨28上滑动并且在手40a和臂40b向上抬起的时刻返回到装载设备1的一侧。在装载设备1处，接下来要转移的物体OBJ被放置在扩张爪部分26上。由装载设备1新抓握的物体OBJ也被转移到机械手1000的一侧，如图11A所描绘。
重复图11A至11E中描绘的操作，直到容纳箱CB中的物体OBJ的数量qn达到每个箱的数量qy。
图11F描绘了图11A至11E中描绘的操作已经被重复并且预定的装箱工作已完成的状态。摄影装置CAM2识别每个箱的预定量qy是否已经以预定的布置存储在容纳箱CB中。图11F描绘了数量qy＝15已经以预定布置存储的状态。在确认已经满足预定条件时，将容纳箱CB运送出到位于后面阶段的容纳箱运出设备5。
图12是描绘在转移设备4中使用的机械手1000的示意性外部视图。具有与机械手1000A的部件相同功能的部件由相同的附图标记和符号表示。机械手1000A具有指状机构100、前臂骨200、肌腱300、人造肌肉400、凸缘500和510、电磁阀600和控制板700，从而构成上述手40a。在该实施例中，指状机构100具有两个指状物(第一指状物101和第二指状物102)。第一指状物101和第二指状物102被配置成根据由人造肌肉400伸展或收缩的肌腱300的张力而伸展或屈曲。在该实施例中，作为特征之一，关节角度和力通过执行两种肌腱300的对抗控制来自主控制，以便实现对抓握形式、保持力、指关节的灵活性等的控制(顺应性控制)。在以下描述中没有必要在第一指状物101和第二指状物102之间进行区分的情况下，这些指状物中的每一个简单地称为指状物(或指状部分)。
人造肌肉400安置在前臂骨200周围。前臂骨200对应于人的前臂骨，并且是对应于范围从腕关节到臂关节的部分的构件。凸缘500和510分别设置在前臂骨200的近侧端部部分和远侧端部部分。人造肌肉400例如是麦吉本气动致动器，并且肌肉的收缩程度由从歧管650供应的空气控制，歧管650由电磁阀600的打开/关闭操作控制。换句话说，在空气被供应到人造肌肉400内部(加压控制)的情况下，人造肌肉400在其横向方向上扩张，并在其纵向方向上回缩，由此肌肉收缩。相反，在空气从人造肌肉400的内部释放(减压控制)的情况下，人造肌肉400在其横向方向上回缩，并在其纵向方向上延伸，由此肌肉松弛。
电磁阀600使用安装在控制板700上的CPU来控制。在控制板700上可以安装：在与CPU通信的各种接口中使用的输入侧连接器；输出侧连接器；用于驱动电磁阀600的线圈的线圈驱动器；以及用于处理各种信号、电压和电流的各种电子器件，包括运算放大器、比较器、晶体管、二极管和电阻器。
人造肌肉400的远侧端部部分连接到肌腱300，并且其近侧端部部分连接到万向节502。万向节502被配置成在设置在凸缘500的分界区域中的肋501内自由滑动。连接到人造肌肉400的肌腱300通过人造肌肉400的收缩而延长，并且通过人造肌肉400的松弛而缩短。
在该实施例中，尽管麦吉本气动致动器被用作人造肌肉400，但是可以采用使用马达和滑轮卷绕肌腱300的系统来代替气动致动器。此外，也许可以采用使用线性马达直接扩张和收缩肌腱300的系统，或者使用由纤维致动器形成的生物金属扩张和收缩肌腱300的系统，该纤维致动器通过电流的流动扩张和收缩。
图13是描绘指状机构100的外部视图。根据该实施例的指状机构100具有第一指状物101(例如拇指)和第二指状物102(例如食指)。指状物101和102中的每一个从近端侧依次配备有掌骨MEB、两个近节指骨PP1和PP2、中节指骨MIP和远节指骨DP。这些骨构件例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂(ABS树脂)制成。
掌骨MEB固定到前臂骨200的远侧端部部分。近节指骨PP1安置在近节指骨PP2的近侧，其一个端部可旋转地联接到掌骨MEB，并且其另一个端部可旋转地联接到中节指骨MIP。在近节指骨PP1的掌骨MEB侧上的转动芯构成掌指关节MP1。掌指关节MP1的横截面形状的一部分具有形成为圆形或椭圆形形状的曲面部分，并且与例如近节指骨PP1成一体。此外，在近节指骨PP1的中节指骨MIP侧上的转动芯构成近侧指间关节PIP1。近侧指间关节PIP1的横截面形状的一部分具有形成为圆形或椭圆形形状的曲面部分，并且与例如近节指骨PP1成一体。
近节指骨PP2安置在近节指骨PP1的远侧，其一个端部可旋转地联接到掌骨MEB，并且其另一个端部可旋转地联接到中节指骨MIP。在近节指骨PP2的掌骨MEB侧上的转动芯构成掌指关节MP2。掌指关节MP2的横截面形状的一部分具有形成为圆形或椭圆形形状的曲面部分，并且与例如近节指骨PP2成一体。此外，在近节指骨PP2的中节指骨MIP侧上的转动芯构成近侧指间关节PIP2。近侧指间关节PIP2的横截面形状的一部分具有形成为圆形或椭圆形形状的曲面部分，并且与例如近节指骨PP2成一体。
两个近节指骨PP1和PP2具有大约相同的长度，并且在掌骨MEB和中节指骨MIP之间形成平行的连杆机构。因此，在近节指骨PP1和PP2已经相对于掌骨MEB转向近侧的情况下，中节指骨MIP移位到近侧和外侧(手背侧)，同时其姿势保持不变。此外，在近节指骨PP1和PP2已经相对于掌骨MEB转向远侧的情况下，中节指骨MIP移位到远侧和内侧(手的手掌侧)，同时其姿势保持不变。
远节指骨DP是骨构件，其纵向尺寸比中节指骨MIP的纵向尺寸短，并且远节指骨DP可旋转地联接到中节指骨MIP的远侧端部部分。远节指骨DP的转动芯构成远侧指间关节DIP。远侧指间关节DIP的横截面形状的一部分具有形成为圆形或椭圆形形状的曲面部分，并且与例如中节指骨MIP成一起。
指状物101和102中的每一个都设置有两个肌腱300和300。两个肌腱300和300之一是伸肌腱300A。伸肌腱300A由拉力Fe拉动。从用作人造肌肉400之一的伸肌400A延伸的伸肌腱300A由设置在穿过肋501的通孔内部的肌腱引导件G11引导，并且延伸到近节指骨PP1。伸肌腱300A还由设置在近节指骨PP1中间的肌腱引导件G12和设置在中节指骨MIP的近侧端部部分的肌腱引导件G13引导，从而安置在中节指骨MIP的外侧(手背侧)。此外，当与近侧指间关节PIP1和PIP2以及远侧指间关节DIP的曲面部分接触时，伸肌腱300A在中节指骨MIP的纵向方向上延伸至远节指骨DP。
伸肌腱300A的远侧端部部分固定到设置在远节指骨DP中的固定端部G0。由于在伸肌腱300A和远节指骨DP之间的固定部分受到拉伸应力，因此担心其机械强度可能劣化。为了消除机械强度的这种劣化，例如，可以通过将伸肌腱300A连接到远节指骨DP的一部分来安装伸肌腱300A，从而可以减轻应力，而不用将它们彼此完全紧固。
两个肌腱300和300中的另一个是屈肌腱300B。屈肌腱300B由拉力Ff拉动。从用作人造肌肉400之一的屈肌400B延伸的屈肌腱300B由设置在穿过肋501的另一个通孔内部的肌腱引导件G21和设置在掌骨MEB中的肌腱引导件G22引导，并且延伸到近节指骨PP2，同时与近侧指间关节PIP1和PIP2的曲面部分接触。屈肌腱300B还由设置在近节指骨PP2中间的肌腱引导件G23和设置在中节指骨MIP中的两个肌腱引导件G24和G25引导，从而设置在内侧(手的手掌侧)。此外，当与近侧指间关节PIP2和远侧指间关节DIP的曲面部分接触时，屈肌腱300B在中节指骨MIP的纵向方向上延伸至远节指骨DP。
屈肌腱300B的远侧端部部分固定到设置在远节指骨DP中的固定端部G0。由于在屈肌腱300B和远节指骨DP之间的固定部分受到拉伸应力，因此担心其机械强度可能劣化。为了消除机械强度的这种劣化，例如，可以通过将屈肌腱300B连接到远节指骨DP的一部分来安装屈肌腱300B，从而可以减轻应力，而不用将它们彼此完全紧固。
尽管根据该实施例的指状机构100配备有第一指状物101(例如拇指)和第二指状物102(例如食指)，但是指状机构可以进一步配备有第三指状物(例如中指)、第四指状物(例如无名指)和第五指状物(例如小指)中的至少一个，从而配备有三个或更多个指状部分。此外，根据该实施例的指状机构100可以配备有对应于第一指状物101或第二指状物102的相同的两个或更多个指状部分。
此外，在远节指骨DP和中节指骨MIP中的至少一个中，其与待抓握的物体OBJ接触的部分(即，手的手掌侧)可以设置有力传感器，用于检测在指状机构100保持物体OBJ时施加的保持力。此外，每个关节部分可以设置有角度传感器，用于检测彼此联接的构件之间的角度(关节角度)。根据本发明的指状机构100不一定需要上述力传感器和角度传感器。然而，在预先知道物体OBJ的形状和硬度的情况下，可以通过安装这些传感器来自动控制相应的指状部分的移动范围。
图14是描绘物体OBJ被图13中描绘的指状机构100抓握的状态的示意性说明图。在该实施例中，当物体OBJ被抓握时，屈肌400B被控制在加压状态。此时，屈肌400B在横向方向上扩张，并且在纵向方向上回缩，从而拉动屈肌腱300B。通过屈肌腱300B的拉力Ff，在指尖处的远节指骨DP相对于中节指骨MIP屈曲，并且第一指状物101的近节指骨PP1和第二指状物102的近节指骨PP2都转向远侧。随着近节指骨PP1和PP2被转动，指状物101和102的中节指骨MIP移位到远侧和内侧(手的手掌侧)。因此，两个指状物101和102的中节指骨MIP和MIP延伸到指尖的一侧，同时在两者间保持几乎平行的状态，由此中节指骨MIP和MIP之间的距离减小。通过该操作，指状物101和102可以抓握物体OBJ。
在用图14中描绘的指状机构100抓握的物体OBJ是桃子的情况下，桃子具有果梗(果柄)部分PE和果顶部分AP。尽管术语“果梗(果柄)部分”和“果顶部分”根据水果/蔬菜的类型被不同地指代，但是为了便于解释，无论本文件中水果/蔬菜的类型如何，果梗(果柄)部分的相对侧都被称为果顶部分。此外，在本文件中，从水果/蔬菜的果梗(果柄)部分PE到果顶部分AP的高度被称为竖直直径，垂直于竖直直径的水果/蔬菜的宽度被称为水平直径，并且具有最大水平直径的部分附近的部分被称为水果/蔬菜的赤道部分。
图14描绘了一种状态，其中根据本发明的实施例的指状机构100的指状物101和102从果顶部分AP的一侧抓握物体OBJ的赤道部分EQ的外周面。与桃子不同，诸如苹果、梨和甜瓜的水果通常被放置成在许多情况下其果梗部分的一侧朝上。因此，在抓握这种水果/蔬菜时，指状物101和102从果梗部分朝向赤道部分EQ向下移动，并抓握从赤道部分EQ到果梗部分附近的外周面。
图14中描绘的指状机构100的配置总结如下。指状机构100配备有用作基部部分的掌骨MEB和由掌骨MEB支撑的多个指状部分(第一指状物101和第二指状物102)。第一指状物101和第二指状物102中的每一个都配备有第一骨构件(中节指骨MIP)和可旋转地联接到中节指骨MIP的一个端部部分的第二骨构件(远节指骨DP)，并且还配备有成对的第三骨构件(近节指骨PP1和PP2)，这对第三骨构件中的每一个可旋转地联接到第一骨构件(中节指骨MIP)的另一端部部分和掌骨MEB，由此在中节指骨MIP和掌骨MEB之间形成平行连杆机构。此外，图14描绘了第一指状物101和第二指状物102抓握球形水果/蔬菜(物体OBJ)的赤道部分EQ的外周面的状态。
此外，图14中描绘的指状机构100的配置总结如下。指状机构配备有：伸肌腱300A，伸肌腱300A安置在指状物101和102中的每一个的第二骨构件(远节指骨DP)相对于第一骨构件(中节指骨MIP)延伸的一侧，并且沿着第二骨构件(远节指骨DP)、第一骨构件(中节指骨MIP)和成对的第三骨构件(近节指骨PP1和PP2)中的每一个的一侧延伸；伸肌400A，其连接到伸肌腱300A，并用于扩张和收缩伸肌腱300A；屈肌腱300B，其安置在第二(远节指骨DP)相对于第一骨构件(中节指骨MIP)屈曲的一侧，并且沿着第二骨构件(远节指骨DP)、第一骨构件(中节指骨MIP)和成对的第三骨构件(近节指骨PP1和PP2)中的每一个的另一侧延伸；和屈肌400B，其连接到屈肌腱300B并用于扩张和收缩屈肌腱300B。
图15A至15E描绘了机械手1000从扩张爪部分26接收物体OBJ的过渡状态。图15A至15E比图8E中所描绘的更详细地描绘了物体OBJ在扩张爪部分26和机械手1000之间的转移。尽管图15A至15E仅描绘了一个扩张爪部分26，但是在根据本发明的实施例中提供了两个扩张爪部分26，例如，如图1所描绘。在图15A至15E中，与图5A至5G中描绘的部件相同的部件由相同的附图标记和符号表示。
图15A描绘了一种状态，其中物体OBJ已经被具有六个爪26a至26f的扩张爪部分26抓握，并且机械手1000在其待命位置处待命。扩张爪部分26的形状选择成接收球形物体OBJ而不会引起麻烦，更具体地，考虑到扩张爪部分26的结构，其中扩张爪部分26的平面形状形成为近似圆形形状，以便扩张保护帽22，并且在装箱期间扩张爪部分26不与机械手1000的具有两个或四个指状物的手40a接触。以这种方式选择的以规则六边形布置的六个爪安装在爪保持块26s上。机械手1000具有配备有例如两对指状物(即，一对第一指状物101和第二指状物102以及一对第一指状物101a和第二指状物102a)的指状机构100。在该待命状态时，铲形爪26a至26f远离指状机构100放置，物体OBJ放置在其间，由此它们不相互接触。
图15B描绘了一种状态，其中机械手1000已经向下移动到物体OBJ的抓握位置，并且第一指状物101和第二指状物102(第一指状物101a和第二指状物102a)正在接近铲形爪的宽部分。此时，第一指状物101和第二指状物102(第一指状物101a和第二指状物102a)向下移动，以便定位在由六个爪26a至26f包围的空间中。
图15C描绘了一种状态，其中指状机构的两对指状物中的一对第一指状物101和第二指状物102(或一对第一指状物101a和第二指状物102a)已经抓握物体OBJ并准备向上提升物体OBJ。此时，另一对第一指状物101a和第二指状物102a(或另一对第一指状物101和第二指状物102)不处于抓握物体OBJ的状态。
图15D描绘了一种状态，其中机械手1000在用一对第一指状物101和第二指状物102(或一对第一指状物101a和第二指状物102a)抓握物体OBJ的同时从图15C中描绘的状态略微向上移动。此时，另一对第一指状物101a和第二指状物102a(或一对第一指状物101和第二指状物102)处于与图15C中描绘的相同的状态。
图15E描绘了一种状态，其中机械手1000用两对指状物(一对第一指状物101和第二指状物102以及另一对第一指状物101a和第二指状物102a)抓握物体OBJ并向上移动远离扩张爪部分26的爪26a至26f。换句话说，在图15E中描绘的状态下，另一对第一指状物101a和第二指状物102a第一次开始抓握操作。因此，用于抓握物体OBJ的力被增强，并且物体OBJ可以在稳定状态下被装箱。
图16A和16B是示出根据本发明的滚动存储方法的示意性立体图。为了便于解释，描绘了一个示例，其中用作物体OBJ的5×3＝15个桃子(每箱数量qy)存储在容纳箱CB中。根据本发明的滚动存储方法是一种有效的存储方法，而不管每箱数量qy的差异。滚动存储方法不是普遍可用的，而是由本发明的发明人作为许多试验的结果而设计的，在这些试验中，球形物体被抓握并装箱。滚动存储方法是这样一种方法，其中在物体在已经存储的物体的圆周上滚动而不是围绕其滑动的同时，物体被存储。除了参考图16A和16B对滚动存储方法的描述之外，还将参考后面描述的附图更详细地进一步描述在存储空间特别有限的情况下的滚动存储方法。因此，参考图16A和16B给出概念描述。
图16A描绘了一种状态，其中使用机械手1000在容纳箱CB中执行物体OBJ的装箱，所有待装箱的15个物体中的14个物体已经被存储，并且根据滚动存储方法的最后一个物体的存储已经开始。在滚动存储开始时，机械手1000相对于容纳箱CB的底部部分倾斜预定角度。通过考虑第一指状物101和第二指状物102可以进入在容纳箱CB的拐角部分和已经存储的物体OBJ之间产生的空间s，并且第一指状物101和第二指状物102不与位于该物体周围的物体OBJ接触，来确定倾斜角。在桃子的果缝线SL与例如容纳箱CB的纵向方向对齐的情况下，必须避免第一指状物101和第二指状物102的部分与果缝线SL重叠。此外，必须避免图16A中描绘的线段LS具有以下这种位置关系：线段变得与果缝线SL的方向垂直。更具体地，当假设桃子的果缝线是SL并且连接第一指状物101和第二指状物102抓握水果/蔬菜(物体OBJ)的位置的线段是LS时，线段LS优选地相对于果缝线SL的方向在30(210)至60(240)度的范围内倾斜。40(220)至50(230)度的范围是进一步优选的。利用这种位置关系，第一指状物101和第二指状物102可以充分进入空间s，并且可以在所有待装箱的桃子的果缝线SL的方向对齐的同时实现装箱。即使在不采用滚动存储方法的情况下，线段LS和果缝线SL之间的位置关系也与上述位置关系相同。
图16B描绘了在采用滚动存储方法的情况下和在不采用滚动存储方法的情况下当装箱工作结束时的状态。当机械手1000转向与容纳箱CB的底部部分垂直的方向时，最后要存储的第15个物体OBJ可以平滑地存储在容纳箱CB的拐角部分中。
尽管在图16A和16B中描绘了配备有第一指状物101和第二指状物102的机械手1000，但是机械手1000可以再配备两个指状物(第一指状物101a和第二指状物102a)。
图17A和17B是示出当使用图12中描绘的机械手1000将被保护帽22覆盖的物体OBJ存储在容纳箱CB的拐角部分中时出现的不期望状态的说明图。此外，参考图16A和16B的描述也可以应用于参考图17A和17B的描述。例如，用第一指状物101和第二指状物102抓握物体OBJ的抓握操作、抓握位置和果缝线SL之间的位置关系、以及用于将物体OBJ存储在容纳箱CB中的存储过程(在图16A和16B中描绘，但在图17A和17B中未描绘)在图17A和17B中描绘的状态中几乎相同。因此，图17A和17B用于描述在物体OBJ被保护帽22覆盖的情况下的不期望的状态。
图17A描绘了这样的状态：第(n-1)个物体OBJ已经存储在容纳箱CB中并且第n个物体OBJ正在被存储到第(n-1)个物体OBJ和容纳箱CB之间形成的空间中。图17B描绘了第n个物体OBJ的存储完成的状态。保护帽22具有例如这样的结构，其中管状弹性构件在其中心部分被折回，并且物体OBJ从折回方向被推动，由此保护帽22附接到物体OBJ。因此，在力从上方施加到折回部分的情况下，出现了如图17B中描绘的保护帽22容易被拆下的问题。
图18A和18B描绘了根据本发明的滚动存储方法用于消除图17A和17B中描绘的问题的示例。图18A描绘了这样的状态：第(n-1)个物体OBJ已经存储在容纳箱CB中并且第n个物体OBJ正在被存储到第(n-1)个物体OBJ和容纳箱CB之间形成的空间中。图18B描绘了第n个物体OBJ的存储完成的状态。在该实施例中，当第n个物体OBJ被存储到上述空间中时，第n个物体OBJ在第n-1个物体OBJ的圆周上滚动(滚动存储)而不围绕其滑动的同时被存储，由此可以防止保护帽22被拆下。
此外，在物体OBJ的存储完成之后，在机械手1000的第一指状物101和第二指状物102被释放并且其指尖在指状物移动远离物体OBJ时被打开的情况下，机械手1000可能导致与保护帽22和容纳箱CB的干涉、摩擦等，由此保护帽22可能被移位并且存储的物体OBJ可能被提起。然而，在根据该实施例的机械手1000中，第一指状物101和第二指状物102可以移动远离物体OBJ，而不打开其指尖。因此，当第一指状物101和第二指状物102从容纳箱移除时，可以防止保护帽22移位，并且可以防止存储的物体OBJ被提起。
图19是示出滚动存储的机制的说明图。图19描绘了一种状态，其中物体OBJ-A已经被存储，并且另一个物体OBJ-B在与物体OBJ-A紧密接触的同时正在被存储。在图19中，为了简单起见，描绘了与保护帽22附接并且具有圆形形状的物体OBJ-A和OBJ-B。如图19所描绘，在与物体OBJ-A在点P处接触的物体OBJ-B沿着物体OBJ-A的圆周滚动的情况下，在保护帽22处不发生滑动，并且保护帽22不被拆下。
在物体OBJ-A由以位置OA为中心的固定圆表示并且物体OBJ-B由以位置OB为中心的移动圆表示的情况下，物体OBJ-B沿着图19中描绘的轨迹移动。更具体地，当在点P处与物体OBJ-A接触的物体OBJ-B在物体OBJ-A的圆周上滚动而没有滑动时，物体OBJ-B上的点P移动到点PB1，并且轨迹变成外摆线曲线。在表示物体OBJ-A的圆的半径是rA并且表示物体OBJ-B的圆的半径是rB的情况下，获得以下关系表达式。
αθ＝(rA+rB)cosθ-rB cos((rA+rB)/rB)θ
Zθ＝(rA+rB)sinθ-rB sin((rA+rB)/rB)θ
通过上述关系表达式获得的坐标被并入用于控制机械手1000的坐标计算中，并且执行用于将矢量OB-P移动到矢量OB1-PB1的控制，由此可以实现滚动存储。矢量OB-P被称为滚动矢量，而rB被称为滚动半径。
图20A至20D是示出存储状态的说明图。图20A描绘了16个物体OBJ(数量qy＝16)在彼此紧密接触的同时被存储在具有长方体形状的容纳箱中的状态。在物体OBJ的存储完成的状态下，在物体OBJ被其他物体OBJ包围的情况下，产生由符号s1至s6指定的六个空间。此外，在物体邻近容纳箱的壁侧的情况下，产生例如三个或四个空间。
类似地，图20B至20D描绘了其中15个物体OBJ(数量qy＝15)、13个物体OBJ(数量qy＝13)和12个物体OBJ(数量qy＝12)在彼此紧密接触的同时分别存储在具有长方体形状的容纳箱中的状态。经发现，物体OBJ周围产生4到6个空间。
机械手1000使用第一指状物101和第二指状物102抓握物体OBJ对应于所述空间的部分，将物体OBJ移动到存储位置，并推动物体OBJ，然后释放并移动第一指状物101和第二指状物102远离物体OBJ，由此物体OBJ被存储，同时与已经存储的其他物体紧密接触。
根据该实施例的机械手1000可以在不打开其指尖的情况下抓握物体OBJ，并且可以在不打开指尖的情况下释放被抓握的物体OBJ。因此，如图20A至20D所描绘，在物体OBJ之间或物体OBJ和容纳箱CB的壁侧之间已经产生空间的情况下，机械手1000抓握物体OBJ对应于所述空间的部分，并将物体OBJ移动到容纳箱CB中，由此物体OBJ可以在与已经存储的其他物体紧密接触的同时被存储。
然而，在诸如用作物体OBJ的果实的物体被保护帽22覆盖的情况下，当物体OBJ在彼此紧密接触的同时被存储时，附接到彼此相邻的物体OBJ的保护帽22容易被拆下。因此，这个问题必须克服。
图21是示出用于在容纳箱CB中存储例如15个物体OBJ(数量qy＝15)的顺序的说明图。当15个物体OBJ1至OBJ15存储在容纳箱CB中时，假设使用物体以物体OBJ1、OBJ2、OBJ3、...、OBJ5的顺序存储的过程。当物体OBJ1存储在容纳箱中时，容纳箱中不存在其他物体OBJ2至OBJ15，并且物体OBJ1可以确保足够的空间。在这种情况下，不应用滚动存储，但是，例如，机械手1000在容纳箱内沿图中描绘的空心箭头arw指示的方向平移移动，由此物体OBJ1可以存储在预定存储位置。物体OBJ2至OBJ4和OBJ6至OBJ9也可以类似地仅通过机械手1000的平移移动存储在预定存储位置。
另一方面，在物体OBJ5和OBJ10至OBJ15存储在容纳箱CB中的情况下，不能确保用于平移移动的足够空间，并且需要滚动存储。例如，在例如物体OBJ1至OBJ12已经被存储并且物体OBJ13被进一步存储的状态下，物体OBJ13在由图中描绘的空心箭头arw指示的方向上移动，并且在物体OBJ13分别在接触点S8和R12处与物体OBJ8和OBJ12接触的同时执行滚动存储。在水平面上将物体OBJ1的中心O1连接到物体OBJ2的中心O2的线段被假设为X轴线并且在水平面上将物体OBJ1的中心O1连接到物体OBJ6的中心O6的线段被假设为Y轴线的情况下，与X轴线和Y轴线垂直的轴线为Z轴线，在水平面上将物体OBJ1的中心O1连接到物体OBJ13的中心O13的线段是α轴线，并且在X轴线和α轴线之间形成的角度是在上述表达式中使用的α。
物体OBJ11、OBJ12、OBJ14和OBJ15以类似的方式存储在容纳箱中。在与已经存储的其它物体在两个(或一个)点处接触的同时，这些物体OBJ中的每一个根据滚动存储方法存储，由此每个物体可以被存储在容纳箱中，同时防止保护帽22被拆下。
上述水果/蔬菜转移系统10可以用几种配置不同的水果/蔬菜转移系统来代替。例如，在图2中描绘的射手器轨道62延伸到转移设备4的侧面使得物体OBJ可以从检查设备6的侧面直接被转移设备4运送出，在这样的系统的情况下，该系统可以应用于保护帽22不附接到物体的配置。此外，装载设备1可以采用与用于将物体OBJ转移到容纳箱CB的机械手1000相同类型的机械手。此外，在转移设备4被限制为处理未附接有保护帽22的物体的类型的情况下，不需要制备装载设备1、保护帽附接设备2、扩张爪部分26等，由此可以简化整个系统。
此外，尽管假设根据本发明的转移设备主要用于转移球形水果/蔬菜，但是转移设备也可以应用于抓握诸如草莓、柠檬、葡萄和香蕉的水果以及诸如黄瓜、茄子和南瓜的蔬菜。此外，转移设备还可以应用于抓握食物和食品，例如具有三角形和正方形形状的三明治和面包，而不限于水果/蔬菜。此外，尽管瓦楞纸箱被用作容纳箱的示例，但是也可以使用例如由塑料和木材制成的箱。
假设这一次已经公开的实施例在所有方面仅仅是示例，而不应理解为限制性的。本发明的范围不由以上描述限定，而是由权利要求限定，并且包括在等同于权利要求的含义和范围内的所有变化。

Claims (15)

1.一种转移设备，包括：
指状机构，其被配置为抓握物体的外周面，其中
所述指状机构配备有由基部部分支撑的多个指状部分，
所述指状部分中的每一个包括：
第一骨构件；
第二骨构件，其可旋转地联接到所述第一骨构件的一个端部部分；和
成对的第三骨构件，所述成对的第三骨构件中的每一个可旋转地联接到所述第一骨构件的另一端部部分和所述基部部分，由此在所述第一骨构件和所述基部部分之间形成平行连杆机构；并且
所述指状机构将被抓握的所述物体转移到容纳箱。
2.根据权利要求1所述的转移设备，其中，所述指状机构包括：
伸肌腱，其安置在所述第二骨构件相对于所述第一骨构件延伸的一侧，并且沿着所述第二骨构件、所述第一骨构件和所述成对的第三骨构件中的一个第三骨构件延伸；
伸肌，其连接到所述伸肌腱并且用于扩张和收缩所述伸肌腱；
屈肌腱，其安置在所述第二骨构件相对于所述第一骨构件屈曲的一侧，并且沿着所述第二骨构件、所述第一骨构件和所述成对的第三骨构件中的另一个第三骨构件延伸；和
屈肌，其连接到所述屈肌腱并且用于扩张和收缩所述屈肌腱。
3.根据权利要求2所述的转移设备，其中
所述伸肌和所述屈肌是麦吉本气动致动器。
4.根据权利要求3所述的转移设备，还包括：
加压电磁阀和减压电磁阀，其设置在供应路径的中途，以向所述麦吉本气动致动器供应压缩空气；和
控制器，其控制所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的打开/关闭操作，其中
所述控制器通过控制所述加压电磁阀和所述减压电磁阀的所述打开/关闭操作来调节所述气动致动器内部的气压，从而控制所述指状机构的所述伸肌和所述屈肌的收缩程度。
5.根据权利要求1所述的转移设备，其中
所述物体具有球形形状，并且
当所述指状机构用所述指状部分将被抓握的所述物体存储在已经存储于所述容纳箱中的物体和所述容纳箱的内壁之间的空间中时，所述指状机构移动被抓握的所述物体，使得被抓握的所述物体在已存储的物体的圆周上滚动。
6.根据权利要求5所述的转移设备，其中
所述指状机构移动所述物体，使得被抓握的所述物体上的点的轨迹变成外摆线曲线。
7.根据权利要求6所述的转移设备，其中
所述指状机构根据待存储在所述容纳箱中的所述物体的数量、所述物体在所述容纳箱中的位置以及确定所述轨迹的参数来移动所述物体。
8.根据权利要求1所述的转移设备，其中，所述指状机构的所述指状部分包括：
两个指状部分，其将在放置的物体被向上提起时使用，并且被配置为抓握所述物体；和
不同于上述两个指状部分的两个指状部分，其将在所述物体被向上提起后使用，并且被配置为帮助上述两个指状部分抓握所述物体。
9.根据权利要求1所述的转移设备，其中
所述物体是桃子，并且所述桃子被存储在所述容纳箱中，同时所述桃子的果缝线在同一方向上对齐。
10.根据权利要求9所述的转移设备，其中
所述指状机构用至少两个指状部分抓握所述桃子的外表面部分，所述外表面部分相对于所述果缝线的方向在30至60度(或210至240度)的范围内倾斜。
11.一种转移系统，包括：
容纳箱供应设备，其被配置为供应容纳箱；
根据权利要求1所述的转移设备，其被配置为抓握物体的外周面并且将所述物体转移到从所述容纳箱供应设备供应的所述容纳箱；和
容纳箱运出设备，其被配置为运送出存储有所述物体的所述容纳箱。
12.根据权利要求11所述的转移系统，还包括：
保护帽附接设备，其配备有供应用于保护物体的保护帽的供应单元和扩张爪部分，从所述供应单元供应的所述保护帽附接至所述扩张爪部分；和
装载设备，其被配置为将所述物体放置到附接至所述扩张爪部分并被扩张的所述保护帽中。
13.根据权利要求12所述的转移系统，其中
所述装载设备具有配备有模仿人的手的五个指状部分的机械手，并且
所述机械手用所述五个指状部分抓握所述物体，将所述物体放置在所述保护帽中，并且使用所述机械手的手部分将放置在所述保护帽内的所述物体推到所述扩张爪部分的底部部分。
14.根据权利要求13所述的转移系统，其中
所述五个指状部分中的每一个被配置成根据肌腱的张力而伸展或屈曲，所述肌腱使用人造肌肉来扩张或收缩，并且
所述人造肌肉是麦吉本型空气致动器。
15.根据权利要求13所述的转移系统，其中
所述机械手戴有手套。
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