JP2020029303A - 食品供給装置及び食品供給装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スープなどの食品を大量に生産する食品製造現場において生産性を高める。【解決手段】食品供給装置（１）は、流動性を有する食品（４０）を上面が開口した容器（４１）に供給する装置である。制御装置（１４）は、ノズル（２４ａ）の先端が下方を向いた状態で当該ノズル（２４ａ）を介して食品（４０）を容器（４０）に供給するよう供給装置（２４）の動作を制御し、供給動作を停止させた後、ノズル（２４ａ）の先端が水平又は斜め上方に向くように、回転機構（２３）の動作を制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、流動性を有する食品を供給する装置及びその動作方法に関する。

従来、スープ等の流動性を有する食品の製造現場では、作業者によりスープの充填作業が行われていた。例えばコンベア等の搬送装置によって所定の容器が順次搬送され、熟練された作業者は充填装置の供給口から容器に所定量のスープを供給する。

近年、食品の製造現場において自動化が進んでいる。例えば特許文献１には液体充填装置が開示されている。昇降装置が昇降用エアシリンダを駆動することで、充填ノズルが昇降する。充填作業の終了後、充填ノズルを上昇させると、充填ノズルの下方に位置する液受けによって充填ノズルから垂れ落ちる液体が受け取られる。

特許文献２にはロータリー型充填弁が開示されている。ロータリー型充填弁は、弁室を構成するケーシングと、シリンダ室を構成し弁室の内周に沿って回転するようケーシング内に配置される回転体と、シリンダ室内を往復動自在なシャトル型のピストンとで構成されている。ポンプにより移送液を供給し、ポンプからの圧力でピストンを押し下げてシリンダ室内に移送液を送り込み、回転体を１８０度回転させて、再びポンプにより移送液を供給し、ピストンを押し下げて、その際、前回シリンダ室内に送り込まれた移送液を送り出すようになっている。

特開２００９−１７９３２４号公報 特開平８−３１２８２０号公報

しかし、上記従来技術の充填装置は、搬送装置によって順次搬送されてくる容器にスープを供給する作業を想定したものではない。このため、これらの装置を、上記食品製造現場に適用した場合は、作業中に液だれが発生し、生産性の低下が懸念される。

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、スープなどの食品を大量に生産する食品製造現場において生産性を高め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供給装置は、流動性を有する食品を上面が開口した容器に供給する装置であって、ノズルと、前記ノズルと接続され、当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給する供給装置と、前記ノズルの先端を、水平な回転軸線を中心に回転可能に構成された回転機構と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ノズルの先端が下方を向いた状態で当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給するよう前記供給装置の動作を制御し、前記供給動作を停止させた後、前記ノズルの先端が水平又は斜め上方に向くように、前記回転機構の動作を制御するものである。

上記構成によれば、ノズルを介して容器に食品を供給した後は、ノズルの先端を水平又は斜め上方に向けるので、流動性を有する食品の液だれを防止することができる。

上記食品供給装置は、所定の搬送方向に沿って順次搬送される前記容器に対して前記ノズルの先端の位置を移動可能に構成された移動部を更に備え、前記制御装置は、前記ノズルの先端を前記容器の動きに追従させるように前記移動部を制御しつつ、前記容器に前記食品を供給するように前記供給装置の動作を制御するようにしてもよい。

上記構成によれば、例えば搬送装置によって順次搬送される容器に対してノズルの先端を追従させながら食品の供給作業を行うことができるので、食品の液だれを防止することができる。

前記制御装置は、前記供給動作を停止させた後、前記容器の動きに合わせて、前記ノズルの先端を前記搬送方向に回転させるように、前記回転機構の動作を制御するようにしてもよい。

上記構成によれば、供給動作を停止させた後、容器の動きに合わせて、ノズルの先端を搬送方向に回転させるので、食品の液だれを防止することができる。

前記移動部は、ベースに取り付けられたロボットアームであって、前記ノズル及び前記回転機構は、前記ロボットアームの先端に取り付けられていてもよい。

上記構成によれば、従来は人が行っていた食品供給作業を、ロボットにより実現することができる。

本発明のその他の形態に係る食品供給装置の動作方法は、ノズルと、前記ノズルと接続され、当該ノズルを介して、流動性を有する食品を上面が開口した容器に供給する供給装置と、前記ノズルの先端を、水平な回転軸線を中心に回転可能に構成された回転機構と、制御装置と、を備えた食品供給装置の動作方法であって、前記制御装置は、前記ノズルの先端が下方を向いた状態で当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給するよう前記供給装置の動作を制御し、前記供給動作を停止させた後、前記ノズルの先端が水平に向くように、前記回転機構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、スープなどの食品を大量に生産する食品製造現場において生産性を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る食品供給装置の全体の構成を示す図である。 図２は、図１のロボットのエンドエフェクタの構成を示した図である。 図３は、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４は、食品供給動作の手順を示したフローチャートである。 図５は、食品供給動作の一例を示した説明図である。

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。

図１は、本発明の一実施形態に係る食品供給装置１の全体の構成を示す図である。図１に示すように、食品供給装置１は、例えば食品の製造現場に導入される。本実施形態の食品供給装置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、流動性を有する食品４０（例えばスープ）を上面が開口した容器４１に供給する作業（食品供給作業）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。ただし、食品供給装置１はロボット１１により構成される場合に限定されない。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。左のアーム１３の先端には容器４１を保持又は解放するためのエンドエフェクタ１８が取り付けられている。右のアーム１３の先端には食品４０を容器４１に供給するためのエンドエフェクタ１９が取り付けられている。

ロボット１１の左側方にはテーブル８０が配置されている。テーブル８０上には容器４１を載置するための容器置台８２が配置されている。容器４１は例えば逆截頭円錐型のカップ容器である。容器４１は薄い紙又は合成樹脂等で形成される。容器４１は上下に多段に堆積された状態（以下、単に「集合体」ともいう）で容器置台８２に載置される。

ロボット１１の正面には搬送装置５０が配置される。搬送装置５０は、ロボット１１によって供給された容器４１を搬送経路５１に沿った搬送方向（図では左側から右側）に搬送するベルトコンベアである。本実施形態の搬送経路５１は直線状に形成されている。搬送経路５１には通過センサ６０が設けられている。通過センサ６０は、搬送経路５１上の検出位置を容器４１が通過したことを検出し、検出信号をロボット１１のロボットコントローラに出力するように構成されている。本実施形態では、通過センサ６０は搬送経路５１の一方の側壁に設けられた投光部と、他方の側壁に設けられた受光部を備える光電センサである。搬送装置５０の前方にはテーブル８１が配置されている。テーブル８１上には計量器７０が配置されている。計量器７０はスープが充填された容器４１の重量を測るために使用される。

本実施形態の食品の製造現場では、一方のロボットアーム１３によって、テーブル８０上の容器置台８２に載置された容器４１の集合体を保持し、集合体を保持しながら最下位の容器４１を搬送装置５０の搬送経路５１上に順次供給し、他方のロボットアーム１３によって、搬送経路５１上の容器４１にスープなどの食品４０が供給される。従って、ロボット１１の作業領域は、容器置台８２が配置されたテーブル８０、及び搬送装置５０の搬送経路５１の一部を覆う領域である。

次に、食品４０を容器４１に供給するためのエンドエフェクタ１９の構成について図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、エンドエフェクタ１９の構成を示した正面図である。図２（Ｂ）は、エンドエフェクタ１９を示した側面図である。

エンドエフェクタ１９は、回転関節である手首関節３０を介してリスト部１７に連結されている基部２０と、容器４１を保持するための容器保持ユニット２１と、食品４０を供給するための食品供給ユニット２２と、を備える。

容器保持ユニット２１は、基部２０に取り付けられた支持部材２１０と、支持部材２１０によって支持される一対の把持部材２１１とを有する。一対の把持部材２１１は支持部材２１０の内部に設けられたアクチュエータ（例えばエアシリンダ）によって駆動されて、平行を維持しながら互いに近接・離反するように並進移動する。これにより、容器保持ユニット２１は、容器４１の縁を下から支持可能な支持姿勢（第１姿勢）と、その支持を解放する解放姿勢（第２姿勢）との間で動作することができる。

食品供給ユニット２２は、ノズル２２０と、ノズル２２０の先端を、水平な回転軸線Ｌを中心に回転可能に構成された回転機構２２１と、ノズル２２０に接続された供給装置（ここでは図示せず）と、を備える。ノズル２２０は、供給管２２２を介して供給装置本体に接続される。回転機構２２１は、回転関節３１を介して基部２０に連結され、駆動部２２３の内部に設けられたアクチュエータ（例えばサーボモータ）によって基部２０に対して回転駆動するように構成されている。本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、ノズル２２０の先端が下方を向いた位置を供給位置と称し、ノズル２２０の先端が水平を向いた位置を非供給位置と称する。

図３は、ロボット１１の制御装置１４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、ＣＰＵ等の演算部１４ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃ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は通過センサ６０及び供給装置本体６２と通信可能に接続されている。

記憶部１４ｂ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１４ａは、記憶部１４ｂ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１４ａは、ロボット１１の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１４ｃに出力する。サーボ制御部１４ｃは、演算部１４ａ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１８，１９のアクチュエータの駆動制御も行う。また、供給装置本体６２は、制御装置１４からの動作指令に従って、食品４０の供給動作の開始又は停止するように構成されている。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、通過センサ６０からの検出信号が制御装置１４に送出される（図１参照）。検出信号は、容器４１が搬送経路５１上の検出位置を通過したことを示す信号である。演算部１４ａは、通過センサ６０の検出信号を受信した場合は、供給装置本体６２の動作指令を生成し、供給装置本体６２に動作指令を送信するようになっている。

図４は、食品供給動作の手順を示したフローチャートである。図５は、食品供給動作の一例を示した説明図である。

まず、制御装置１４は、通過センサ６０から検出信号を受信した場合、図５（Ａ）に示すように、右のロボットアーム１３の動作を制御して、エンドエフェクタ１９のノズル２２０の位置を、容器４１の上の所定の高さに合わせる（図４のステップＳ１）。このとき、制御装置１４は、回転機構２２１の動作を制御して、ノズル２２０の先端の位置を非供給位置から供給位置に変更する。

次に、制御装置１４は、図５（Ｂ）に示すように、供給装置本体６２の動作を制御して、ノズル２２０の先端が下方を向いた状態でノズル２２０を介して食品４０を容器４１に供給する（図４のステップＳ２）。このとき、制御装置１４は、ノズル２２０の先端を容器４１の動きに追従させるように右のロボットアーム１３の動作を制御する（図４のステップＳ３）。これにより、食品４０が容器４１に正確に供給されるので液だれすることはない。

次に、制御装置１４は、図５（Ｃ）に示すように、供給装置本体６２の動作を停止させて（図４のステップＳ４）。このとき、制御装置１４は、右のロボットアーム１３の動作を制御して、ノズル２２０の先端を上空に退避させる（図４のステップＳ５）。

次に、制御装置１４は、図５（Ｄ）に示すように、供給動作を停止させた後、容器４１の動きに合わせて、ノズル２２０の先端を搬送方向に回転させるように、回転機構２２１の動作を制御する（図４のステップＳ６）。このように、食品供給後は、ノズル２２０の先端の位置を供給位置から非供給位置に変更する。非供給位置ではノズルの先端が水平に向くので、流動性を有する食品の液だれを防止することができる。

その後は、制御装置１４は、通過センサ６０から検出信号の受信を待機し、図４のステップＳ１に戻る。また、エンドエフェクタ１９の移動中はノズル２２０の先端が非供給位置に維持されるので、液だれすることはない。

尚、本実施形態では、ノズル２２０の先端が水平を向いた位置を非供給位置としたが、ノズル２２０の先端が斜め上方に向いた位置を非供給位置としてもよい。この構成でも液だれを防止することができる。

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、食品の製造現場において有用である。

１ 食品供給装置
１１ ロボット
１２ ベース
１３ ロボットアーム
１４ 制御装置
１７ リスト部
１８，１９ エンドエフェクタ
２０ 基部
２１ 容器保持ユニット
２２ 食品供給ユニット
４０ 食品（スープ）
４１ 容器
５０ 搬送装置
５１ 搬送経路
６０ 通過センサ
６２ 供給装置本体
７０ 計量器
８０，８１ テーブル
８２ 容器置台
２１０ 支持部材
２１１ 一対の把持部材
２２０ ノズル
２２１ 回転機構
２２２ 供給管
２２３ 駆動部

Claims (5)

1. 流動性を有する食品を上面が開口した容器に供給する装置であって、
   ノズルと、
   前記ノズルと接続され、当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給する供給装置と、
   前記ノズルの先端を、水平な回転軸線を中心に回転可能に構成された回転機構と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記ノズルの先端が下方を向いた状態で当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給するよう前記供給装置の動作を制御し、前記供給動作を停止させた後、前記ノズルの先端が水平又は斜め上方に向くように、前記回転機構の動作を制御する、食品供給装置。
2. 所定の搬送方向に沿って順次搬送される前記容器に対して前記ノズルの先端の位置を移動可能に構成された移動部を更に備え、
   前記制御装置は、
   前記ノズルの先端を前記容器の動きに追従させるように前記移動部を制御しつつ、前記容器に前記食品を供給するように前記供給装置の動作を制御する、請求項１に記載の食品供給装置。
3. 前記制御装置は、
   前記供給動作を停止させた後、前記容器の動きに合わせて、前記ノズルの先端を前記搬送方向に回転させるように、前記回転機構の動作を制御する、請求項２に記載の食品供給装置。
4. 前記移動部は、ベースに取り付けられたロボットアームであって、
   前記ノズル及び前記回転機構は、前記ロボットアームの先端に取り付けられている、請求項２又は３に記載の食品供給装置。
5. ノズルと、前記ノズルと接続され、当該ノズルを介して、流動性を有する食品を上面が開口した容器に供給する供給装置と、前記ノズルの先端を、水平な回転軸線を中心に回転可能に構成された回転機構と、制御装置と、を備えた食品供給装置の動作方法であって、
   前記制御装置は、
   前記ノズルの先端が下方を向いた状態で当該ノズルを介して前記食品を前記容器に供給するよう前記供給装置の動作を制御し、前記供給動作を停止させた後、前記ノズルの先端が水平に向くように、前記回転機構の動作を制御する、食品供給装置の動作方法。

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