JP2016147687A - Robot for dishing food product - Google Patents

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JP2016147687A
JP2016147687A JP2015025218A JP2015025218A JP2016147687A JP 2016147687 A JP2016147687 A JP 2016147687A JP 2015025218 A JP2015025218 A JP 2015025218A JP 2015025218 A JP2015025218 A JP 2015025218A JP 2016147687 A JP2016147687 A JP 2016147687A
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瑞穂 柴田
Mizuho Shibata
瑞穂 柴田
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Kinki University
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Kinki University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems about a shape of a hand for handling a food product, the shape is variously studied, a food product transport hand is decisively different from an industrial robot hand in property of a handling object such as viscous and elastic plasticity, viscosity, non-uniformity, considering the property of the food product, a study which pays attention to a piercing method by a needle is performed, a hand has a needle shape in the study, but, by the needle-shaped hand, when the food product is dished, a hole is formed on the food product, and sometimes a broken needle may enter in the food product.SOLUTION: A robot for dishing the food product to a container, can solve the above-mentioned problem.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、食品を盛り付けるロボットに関する。   The present invention relates to a robot for serving food.

本発明では、弁当のおかずを詰める作業を自動化することを目標に、多関節ロボットシステムを開発する。現在、市販されている弁当などのおかずを詰める作業は人手によって行われている。これは衛生面で問題があり、自動化が強く望まれている。現在研究している食品搬送システムが実用化されれば、衛生面のみならず、人件費の削減、品質の均一化などにより、製品の価格を下げることを可能とする。本発明では、ロボットアームの製作および対象食品の盛り付け法の考案、検討、改善を行う。なお、食品盛り付けロボットとしては、特許文献1のものが開示されている。   In the present invention, an articulated robot system is developed with the goal of automating the work of packing side dishes. Currently, the work of packing side dishes such as commercially available lunch boxes is performed manually. This is a sanitary problem and automation is strongly desired. If the food transport system currently under study is put into practical use, it will be possible to reduce product prices not only by hygiene, but also by reducing labor costs and making quality uniform. In the present invention, a robot arm is manufactured and a method for placing a target food is devised, studied, and improved. In addition, the thing of patent document 1 is disclosed as a food arrangement | positioning robot.

特開2003−128002号公報JP 2003-128002 A

坂本直樹,東森充,金子真,“自己締め付け効果を利用した突き刺し把持”,日本ロボット学会第31回記念学術講演概要集,pp.66,2013.Naoki Sakamoto, Mitsuru Higashimori, Makoto Kaneko, “Puncture Grabbing Using Self-Tightening Effect”, The 31st Annual Conference of the Robotics Society of Japan, pp. 66, 2013.

現在、食品を扱うハンドの形状について様々な研究がなされている。食品搬送ハンドが、産業用ロボットハンドと決定的に違う点は、粘弾塑性、粘着性、非均一性といった取り扱う対象物の性質にある。この食品の性質を考慮して、針による突き刺し方式に着目した研究(非特許文献1)がなされている。この研究では、ハンドの形状を針型としている。しかしながら、針型のハンドでは盛り付けた際に食品に穴が開いてしまう。また、破損した針が製品に混入する場合がある。本発明では、対象食品を傷つけることなく盛り付ける方法を検討する。   Currently, various studies have been conducted on the shape of hands handling food. The critical difference between the food transport hand and the industrial robot hand is the nature of the object to be handled, such as viscoelasticity, tackiness, and non-uniformity. In consideration of the properties of this food, research (Non-Patent Document 1) has been made focusing on the needle piercing method. In this research, the shape of the hand is a needle shape. However, with a needle-type hand, a hole is opened in the food when it is placed. In addition, a broken needle may enter the product. In the present invention, a method of serving the target food without damaging it is examined.

本発明は上記課題に鑑みて想到されたもので、より具体的には、食品を容器に投入することを特徴とする。   The present invention has been conceived in view of the above problems, and more specifically, is characterized in that food is put into a container.

滑降型では、から揚げが容器に着地後、転がったりする場合があるが、投入型の盛り付けでは、から揚げが回転しなくなり、容器内からこぼれることがなくなる。   In the downhill type, the fried chicken may roll after landing on the container, but in the charging type, the fried food will not rotate and will not spill out of the container.

本発明で食品を盛り付ける弁当容器である。It is a lunch container which serves food according to the present invention. 実験の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of experiment. 滑らせた回数nと静止摩擦係数μの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency | count n of sliding and the static friction coefficient (micro | micron | mu). 滑降型の盛り付け法に用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真である。It is the conceptual diagram of the robot arm used for the downhill type arrangement method, and the photograph of the robot arm actually produced. 滑走型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。It is a continuous photograph when the sliding type arrangement method is performed. 投入型の盛り付け法を用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真である。It is the conceptual diagram of the robot arm which uses the throwing type arrangement method, and the photograph of the robot arm actually produced. 投入型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。It is a continuous photograph when the throwing type arrangement method is performed. 板の上の位置pと飛距離qの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position p on a board, and the flight distance q.

<設計指針>
ロボットアームの手先に板状のロボットハンドを搭載する。ロボットハンドに対象食品が乗っている状態から始め、弁当容器に対象食品を盛り付ける。また盛り付ける際、ロボットアームが弁当容器の上空を通過することがないようにする。これは、ロボットアームからねじなどの部品が落下したとしても弁当に混入するリスクを最小限に抑えるためである。図1は、本発明で使用する弁当容器である。容器の大きさは、縦170mm横220mmである。仕切りの高さは25mmである。対象食品は、弁当容器の最も大きい左側の仕切りの中にいれる。この仕切られた台形の面積は、1.7×10mmである。
<Design guidelines>
A plate-like robot hand is mounted on the end of the robot arm. Start with the target food on the robot hand and place the target food in the lunch box. Also, when serving, the robot arm should not pass over the lunch box. This is for minimizing the risk of mixing into the lunch box even if parts such as screws fall from the robot arm. FIG. 1 shows a lunch box used in the present invention. The size of the container is 170 mm long and 220 mm wide. The height of the partition is 25 mm. The target food is placed in the largest left partition of the lunch box. The area of this partitioned trapezoid is 1.7 × 10 4 mm 2 .

<対象食品の選定>
本発明において主に取り扱う食品の選定を行う。本報告では、盛り付けおよび事前準備が最も簡易だと考えられる食品の盛り付け法を検討する。最も盛り付けが簡易だと考えられる食品として、盛り付けるときに決まった向きのない固形物を選定する。また、食品であることから対象食品の買い替えを頻繁に行わなければならない。そのため、食料品店などで容易に入手できるかどうかも考慮して、本発明では鶏肉のももの部位のから揚げを主に取り扱うことに決定した。
<Selection of target food>
In the present invention, foods mainly handled are selected. In this report, we will examine how to prepare foods that are considered the easiest to prepare and prepare. As foods that are considered to be the easiest to serve, select solids that have no fixed orientation when they are served. Moreover, since it is a foodstuff, replacement of the target food must be frequently performed. Therefore, considering whether it can be easily obtained at a grocery store or the like, in the present invention, it has been decided to mainly handle fried chicken thighs.

<ハンドの材料の選定と対象食品の特性>
市販されている10個のから揚げの静止摩擦係数を計測した。から揚げの平均質量は20.9gであった。から揚げを取り扱うことから、耐油性があり、静止摩擦係数がより小さい材料をハンドの材料に選定する。これにより、ハンド上面を利用した滑り搬送が可能となる。そこで耐油性があるプラスチック、アルミニウム、アクリルの静止摩擦係数を測定した。図2に実験の概念図を示す。それぞれの板にから揚げを1つ乗せ、その後、板を傾け、から揚げが滑り出した高さhと板の長さLから板の角度を算出する。
<Selection of hand materials and characteristics of target food>
The coefficient of static friction of 10 fried chickens on the market was measured. The average mass of fried chicken was 20.9 g. Since handling fried chicken, we select a material that is oil resistant and has a smaller coefficient of static friction as the material for the hand. Thereby, sliding conveyance using the upper surface of the hand is possible. Therefore, the coefficient of static friction of plastic, aluminum and acrylic with oil resistance was measured. FIG. 2 shows a conceptual diagram of the experiment. One fried chicken is put on each plate, then the plate is tilted, and the angle of the plate is calculated from the height h and the length L of the plate from which the fried food starts to slide.

板の角度から、静止摩擦係数νを算出する。計算式を(1)式に示す。
ν=tan(sin−1(h/L)) ・・・(1)
The static friction coefficient ν is calculated from the angle of the plate. The calculation formula is shown in Formula (1).
ν = tan (sin −1 (h / L)) (1)

この実験をから揚げ10個の両面5回ずつ計100回行った。表1に、静止摩擦係数の平均値を示す。
This experiment was carried out 100 times a total of 10 times on both sides of the fried 10 pieces. Table 1 shows the average value of the coefficient of static friction.

表1に示すように、アルミニウムの静止摩擦係数が最小であった。以後、ハンドの材料はアルミニウムを使用する。また、1つのから揚げを連続で滑らせたとき、静止摩擦係数はどのように変化するかを調べた。アルミニウムの板を使用して静止摩擦係数を上記と同様の方法で算出した。図3は、滑らせた回数nと静止摩擦係数μの関係をグラフにしたものである。近似線の式は、(2)式のように表される。
μ=2.3×10−3n+3.5×10−1 ・・・(2)
この式から、滑らせた回数が増えるほど摩擦係数は大きくなることがわかる。
As shown in Table 1, the coefficient of static friction of aluminum was the smallest. Thereafter, aluminum is used as the material of the hand. In addition, it was examined how the coefficient of static friction changes when a fried chicken is slid continuously. The static friction coefficient was calculated in the same manner as described above using an aluminum plate. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number n of sliding and the static friction coefficient μ. The equation of the approximate line is expressed as equation (2).
μ = 2.3 × 10 −3 n + 3.5 × 10 −1 (2)
From this equation, it can be seen that the friction coefficient increases as the number of times of sliding increases.

<盛り付け法の検討>
ロボットアームを使用して、から揚げを弁当容器に盛り付ける方法を2通り考案する。今回は、ロボットハンドとしてアルミニウムの板を利用した。板状のハンドに乗せた対象物体を容器付近まで移動させた後、対象物体を容器内に入れる一連の動作を盛り付けと呼ぶことにする。
<Examination of arrangement method>
There are two ways to use a robot arm to place fried chicken in a lunch box. This time, an aluminum plate was used as the robot hand. A series of operations for placing the target object in the container after the target object placed on the plate-like hand is moved to the vicinity of the container will be referred to as placing.

<滑降型>
滑降型盛り付け法は、板状のハンドを傾け、乗せてあるから揚げを滑らせて移動させる盛り付け法である。今回のハンドでは、長さ140mm幅55mmのアルミニウムのハンドを使用した。図4に滑降型の盛り付け法に用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真を示す。このロボットアームは2自由度を有している。
<Downhill type>
The downhill type laying method is a laying method in which a plate-like hand is tilted and placed so that the fried food is slid and moved. In this hand, an aluminum hand having a length of 140 mm and a width of 55 mm was used. FIG. 4 shows a conceptual diagram of a robot arm used in the downhill type arrangement method and a photograph of the actually manufactured robot arm. This robot arm has two degrees of freedom.

このロボットシステムを試作1号機とする。図5に試作1号機を用いて滑走型の盛り付け法を行ったときの連続写真を示す。滑走型の利点は、ロボットアームが2自由度を有していれば実現できることである。少ない自由度で実現できるということは、ロボットアーム全体のモータの数が少なくなり、重量も軽く、安価なロボットアームを製作できる。   This robot system is the first prototype. FIG. 5 shows a series of photographs when the sliding type arrangement method is performed using the first prototype. The advantage of the sliding type is that it can be realized if the robot arm has two degrees of freedom. The fact that it can be realized with a small degree of freedom means that the number of motors in the entire robot arm is reduced, and the robot arm can be manufactured at a low weight and at a low cost.

しかしながら、実際に滑降型の盛り付け法を試したときに、から揚げが弁当容器の上で転がったり、滑ったりする問題が生じた。から揚げが転がる原因として、から揚げが低速でアルミニウムの板の端に差し掛かるとモーメントによってから揚げが回転することが挙げられる。   However, when the downhill-type arrangement method was actually tried, there was a problem that the fried chicken rolls or slips on the lunch box. The reason why fried chicken rolls is that the fried food is rotated by the moment when the fried chicken comes to the end of the aluminum plate at a low speed.

<投入型>
投入型盛り付け法は、板状のハンドをモータで素早く駆動させることにより、から揚げを容器に投げ入れる盛り付け法である。今回は、長さ70mm幅55mmのアルミニウムのハンドを使用した。投入型の盛り付け法を用いて、から揚げを回転させず、スムーズに投入するには3自由度以上あることが望ましいと考える。
<Input type>
The throwing type laying method is a laying method in which fried chicken is thrown into a container by quickly driving a plate-like hand with a motor. This time, an aluminum hand 70 mm long and 55 mm wide was used. We think that it is desirable to have more than 3 degrees of freedom in order to smoothly feed the fried food without rotating it using the throwing type arrangement method.

図6に、投入型の盛り付け法を用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真を示す。このロボットアームは4自由度を有している。このロボットシステムを試作2号機とする。図7は、試作2号機を用いて投入型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。   FIG. 6 shows a conceptual diagram of a robot arm that uses the throwing type arrangement method and a photograph of the robot arm that was actually manufactured. This robot arm has four degrees of freedom. This robot system is the second prototype. FIG. 7 is a series of photographs when the throw-in type arrangement method is performed using the prototype No. 2 machine.

投入型の盛り付け法は、滑走型盛り付け法に比べてから揚げが容器の上で回転したり、滑ったりする可能性が低くなった。図8に、板の上の位置pと飛距離qの関係を示す。板の外側の端を基準(0mm)とする。それぞれの位置で、質量22g、一辺20mmのアルミニウムの立方体を5回ずつ飛ばし、水平飛距離の平均の値をグラフ化した。水平飛距離は、板上のから揚げの位置を起点にしている。近似線の式は、(3)式のようになる。
q=−5.1p+1.9×10 ・・・(3)
このことから、基準の位置(0mm)に近いほど飛距離が長いことがわかる。
Compared with the sliding type arrangement method, the throwing type arrangement method has a lower possibility that the fried food will rotate or slide on the container. FIG. 8 shows the relationship between the position p on the plate and the flight distance q. The outer edge of the plate is the reference (0 mm). At each position, an aluminum cube having a mass of 22 g and a side of 20 mm was blown five times, and the average value of the horizontal flight distance was graphed. The horizontal flight distance starts from the position of fried food on the board. The equation of the approximate line is as shown in equation (3).
q = −5.1p + 1.9 × 10 2 (3)
From this, it can be seen that the closer to the reference position (0 mm), the longer the flight distance.

本発明では、滑降型および投入型の盛り付け法を考案した。考案した盛り付け法を試作1号機および2号機を用いて検討した。滑降型では、から揚げが容器に着地後、転がったりする場合があった。しかしながら、投入型の考案により改善された。投入型の盛り付け法により、から揚げが回転しなくなったことで、容器に盛り付けるときに決まった向きがある食品にも対応することができる可能性がある。   In the present invention, a downhill type and a throw-in type arrangement method have been devised. The devised arrangement method was examined using prototype No. 1 and No. 2. In the downhill type, the fried chicken may roll after landing on the container. However, it was improved by the input type device. With the dough-type serving method, the fried food does not rotate, so it may be possible to handle foods that have a specific orientation when they are placed in a container.

本発明は食品の盛りつけようとして好適に利用することができる。   The present invention can be suitably used for serving food.

Claims (1)

食品を容器に投入することを特徴とする食品盛り付けロボット。
A food placement robot characterized by feeding food into a container.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110494262A (en) * 2017-04-03 2019-11-22 川崎重工业株式会社 Food holding meanss and its method of operating
JP2019209430A (en) * 2018-06-05 2019-12-12 株式会社デンソーウェーブ Cover for robot and detection system

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