JP2020089948A - 袋除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器包装プラスチックのリサイクル設備において、大量の未破袋を効率良く処理可能な装置を提供する。【解決手段】袋除去装置１００は、リサイクル設備において収集された袋を除去するための装置である。袋除去装置１００は、袋を搬送するコンベア１と、コンベア１上の袋を撮影するカメラ２と、エンドエフェクタ５が先端に設けられたロボットアーム３０と、カメラ２により撮影された画像に基づいて、ロボットアーム３０の動作を制御する制御装置４と、を備える。制御装置４が、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識し、エンドエフェクタ５により、破れていない袋を除去する除去処理を行うようにロボットアーム３０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、容器包装プラスチックのリサイクル設備において使用される袋除去装置に関する。

一般に、ごみ処理、リサイクルプラントにおける容器包装プラスチックのリサイクル設備では、大量の収集袋を破袋するために破袋機が使用される。破袋機を使用した場合であっても一部の収集袋や収集袋内の小袋は処理されず、破れていない袋がコンベア上に残ってしまう。このため、現状では、作業者により破れていない袋を破く作業や、異物除去等の選別作業が行われる。従来から、粉粒体を内包した袋を自動で開袋する自動開袋装置がある（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−１５２１１８号公報

しかし、人手による作業は、作業者の手を保護するために厚手の手袋をしなければならないため、選別作業と未破袋の袋除去作業、袋を破る作業は作業者に大きな負担がかかる。その結果、本来の異物除去作業に影響が出てしまい、リサイクル回収品の品質低下につながる。

また、特許文献１の従来技術は、開袋した際、袋の屑が粉粒体に混入しないように、開袋された袋が落下するようにローラ（搬送部）が２分割されて下に観音開きするように構成されている。このため、既存のリサイクル設備には適していない。

そこで、本発明は、容器包装プラスチックのリサイクル設備において、大量の未破袋を効率良く処理可能な装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る袋除去装置は、リサイクル設備において収集された袋を除去するための袋除去装置であって、袋を搬送するコンベアと、前記コンベア上の袋を撮影するカメラと、エンドエフェクタが先端に設けられたロボットアームと、前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記コンベア上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識し、前記エンドエフェクタにより、前記破れていない袋を除去する除去処理を行うように前記ロボットアームを制御するものである。

上記構成によれば、まず、制御装置が、コンベア上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識する。次に、エンドエフェクタにより、破れていない袋を除去する除去処理を行うようにロボットアームを制御する。これにより、既存の容器包装プラスチックのリサイクル設備において、大量の未破袋を効率良く処理することができる。

ここで、前記エンドエフェクタが、櫛状に形成された一対の把持部材を有し、所定の間隔を空けて長手方向が互いに平行になるように形成された複数の切断刃と、前記コンベアの搬送路の直上の位置において前記複数の切断刃のそれぞれが上方を向いた状態で当該複数の切断刃を支持する支持部材と、を有する切断装置を更に備え、前記除去処理は、前記一対の把持部材により、前記コンベア上の破れていない袋を把持し、前記複数の切断刃の上方から、前記袋を把持した把持部材の櫛状部と、当該複数の切断刃の間隙とを噛合わせることにより、前記袋を破る処理であってもよい。ここで所定の間隔は、少なくとも把持部材の櫛状の凸部の幅よりも大きいサイズであればよい。

また、前記エンドエフェクタが、長手状の本体部と、この本体部の長手方向の一端が尖鋭に形成されるとともに他端方向に折れ曲がって形成された先端部とを有し、前記除去処理は、前記エンドエフェクタの先端部を、前記コンベア上において前記破れていない袋に突き刺し、当該先端部を前記破れていない袋に突き刺した状態で、前記コンベアの搬送路の近傍に設けられた所定のスペースまで袋を搬送する処理であってもよい。

その他、前記エンドエフェクタが、被切断部材を互いに協働して挟んで切断するように構成された一対の切断刃を有し、前記除去処理は、前記一対の切断刃により、前記コンベア上において前記破れていない袋を破る処理であってもよい。

また、前記エンドエフェクタが、鋭利な先端部を有する一対の切断刃と、前記一対の切断刃を互いに接近又は離間させる駆動部を有し、前記除去処理は、前記一対の切断刃の先端部を互いに接近させた状態で、当該鋭利な先端部を、前記コンベア上において前記破れていない袋に突き刺し、前記鋭利な先端部を前記袋に突き刺した状態で、当該先端部を互いに離間させることにより、前記破れていない袋を破る処理であってもよい。

尚、前記制御装置が、前記ロボットアームの先端が、コンベアの搬送速度に同期するように、前記ロボットアームを制御するものであってもよい。上記構成によれば、コンベアの搬送速度に同期してロボットアームの先端が制御されるので、除去処理がし易くなる。

本発明によれば、容器包装プラスチックのリサイクル設備において、大量の未破袋を効率良く処理することができる。

本発明の第１実施形態に係る袋除去装置を示す図である。 図１のロボットの制御装置の構成を示すブロック図である。 制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 ロボットの動作の様子を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る袋除去装置を示す図である。 図５のロボットの動作の様子を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る袋除去装置を示す図である。 図７のロボットの動作の様子を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る袋除去装置を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

ごみ処理、リサイクルプラントにおける容器包装プラスチックのリサイクル設備では、大量の収集袋を破袋するために破袋機が使用される。破袋機を使用した場合であっても一部の収集袋や収集袋内の小袋は処理されず、破れていない袋がコンベア上に残ってしまう場合がある。本実施形態の袋除去装置は、破袋機の下流に配置され、破袋されていない袋を破く作業を行う。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る袋除去装置を上から見た図である。図１に示すように、袋除去装置１００は、袋を搬送するコンベア１と、コンベア１上の袋を撮影するカメラ２と、コンベア１の周囲に配置されたロボット３と、袋を破るために使用される切断装置１０とを備える。

コンベア１は、リサイクル設備において収集された大量の袋を所定方向（図では右側から左側）に搬送する無端状のベルトコンベアである。本実施形態では、コンベア１の搬送経路は直線状に設けられているが、これに限られない。

カメラ２は、コンベア１上の袋を撮影するための装置である。本実施形態では、１台のカメラ２が、ロボット３の上流側に設置される。本実施形態では、カメラ２は、床に設置された保持アームの先端に取り付けられるが、コンベア１上の袋を撮影することができれば、天井等のその他の場所に設置されてもよい。

ロボット３は、例えば６軸の垂直多関節型のロボットアーム３０を備えているが、水平多関節型のロボットアームを備えていてもよい。ロボット３のロボットアーム３０の先端にはエンドエフェクタ５が取り付けられている。本実施形態では、エンドエフェクタ５は、櫛状に形成された一対の把持部材２１を備える。把持部材２１は、基部２１ａと、基部２１ａに沿って複数の凹部と凸部とを交互に配列して構成される櫛部２１ｂとを有する。ここで一対の櫛部２１ｂは互いに対向して配置される。櫛部２１ｂ同士が対向する側の面は袋を把持しやすくするため湾曲している（図４（Ｂ）参照）。基部２１ａには、一対の把持部材２１を駆動するためのアクチュエータ（図示せず）が設けられる。これにより、一対の把持部材２１により、コンベア１上の袋を把持することができる。

切断装置１０は、長手状に形成された複数の切断刃１１と、複数の切断刃１１を支持する支持部材１２と、を有する。複数の切断刃１１は、所定の間隔を空けて長手方向が互いに平行になるように形成される。ここで所定の間隔は、少なくとも把持部材２１の櫛部２１ｂの凸部の幅よりも大きいサイズであればよい。支持部材１２は、コンベア１の搬送路の直上の位置において複数の切断刃１１のそれぞれが上方を向いた状態で複数の切断刃１１を支持するように構成される。支持部材１２は、平面視で矩形状のフレーム１２ａと、フレーム１２ａの四隅を下から支える支柱１２ｂとを備える。支柱１２ｂは床に設置されるが、天井等のその他の場所に設置されてもよい。

図２は、ロボット３の制御装置４の構成を示すブロック図である。制御装置４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。図２に示すように、制御装置４は、ＣＰＵ等の演算部４ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部４ｂと、サーボ制御部４ｃと、入出力インタフェース及び通信インタフェース（図示せず）を備える。制御装置４はカメラ２により撮影された画像に基づいて、ロボット３（ロボットアーム３０の動作）を制御するように構成されている。本実施形態では、制御装置４は、インターフェース（図示せず）を介して、ロボット３、及び、カメラ２と接続される。

記憶部４ｂには、袋除去処理用のロボット３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。画像処理部４ｄは、カメラ２により撮影された画像信号（又は映像信号）を取得し、画像処理を行う。本実施形態では、画像処理部４ｄは、画像信号に基づいて、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を識別し、袋に関するデータを演算部４ａに出力する。尚、破れていない袋の識別には、公知の画像認識技術を用いることができる。演算部４ａは、記憶部４ｂ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３の各種動作を制御する。本実施形態では、演算部４ａは、画像処理部４ｄからのコンベア１上の破れていない袋に関するデータに基づいて、ロボット３の制御指令を生成し、これをサーボ制御部４ｃに出力する。サーボ制御部４ｃは、演算部４ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボットアーム３０の関節等に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。これにより、ロボット３は、カメラ２の画像に基づいて、エンドエフェクタ５により、破れていない袋を除去する除去処理を行う。

次に、本実施形態の袋除去装置１００の動作について、図面を用いて説明する。図３は、ロボット３の制御装置４の処理の一例を示すフローチャートである。図４は、ロボット３の動作の様子を示す模式図である。図４では、簡単のため、ロボット３のエンドエフェクタ５のみ示している。図４（Ｂ）の右側の図は、左側の図のＢ−Ｂ方向から見た側面図を示している。

まず、カメラ２により、図４（Ａ）に示すように、コンベア１上を搬送されている袋Ｂが撮影される。制御装置４は、カメラ２により撮影された画像データを取得する（図３のステップＳ１０）。次に、制御装置４は、画像データに基づいて、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識する（図３のステップＳ１１）。そして、制御装置４は、破れていない袋の除去処理を実行する（図３のステップＳ１２）。具体的には、制御装置４は、エンドエフェクタ５の一対の把持部材２１，２１により、コンベア１上の破れていない袋Ｂを把持するようにロボットアーム３０を制御する。このとき、制御装置４は、ロボットアーム３０の先端が、コンベア１の搬送速度に同期するように、ロボットアーム３０を制御する。つまり、エンドエフェクタ５はコンベア１の搬送方向（図４（Ａ）では左方向）に移動しながら、袋Ｂの把持動作が実行される。

さらに、制御装置４は、図４（Ｂ）に示すように、一対の把持部材２１，２１により破れていない袋Ｂを把持した状態で、複数の切断刃１１の上方の所定の位置まで袋Ｂを搬送するようにロボットアーム３０を制御する。そして、制御装置４は、図４（Ｃ）に示すように、一対の把持部材２１，２１により破れていない袋Ｂを把持した状態で、複数の切断刃１１の上方から、把持部材２１の櫛部２１ｂの凸部と、当該複数の切断刃１１の間隙とを噛合わせるようにロボットアーム３０を制御する。複数の切断刃１１により袋Ｂが破られ、袋Ｂの破片や袋Ｂの内容物がコンベア１上に落ちる。制御装置４は、上記ステップＳ１０〜Ｓ１２を繰り返し実行し、袋の除去処理が実行される。本実施形態の袋除去装置１００によれば、既存のリサイクル設備において、大量の未破袋を効率良く処理することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の袋除去装置の基本的な構成は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る袋除去装置１００Ａを上から見た図である。図５に示すように、本実施形態の袋除去装置１００Ａは、ロボット３のエンドエフェクタ５Ａが、長手状の本体部２３と、この本体部２３の長手方向の一端が尖鋭に形成されるとともに他端方向に折れ曲がって形成された先端部２４とを有する点が第１実施形態（図１）の構成と異なる。更に、本実施形態では、切断装置１０（図１）の代わりに、コンベア１の搬送路の近傍に払い出し用の容器２０が配置されている。容器２０は、例えば床の上に配置される。

次に、本実施形態の袋除去装置１００Ａの動作について、図面を用いて説明する。図６は、ロボット３の動作の様子を示す模式図である。ここでも、簡単のため、ロボット３のエンドエフェクタ５Ａのみ示している。

まず、カメラ２により、図６（Ａ）に示すように、コンベア１上を搬送されている袋Ｂが撮影され、ここでも制御装置４は、カメラ２により撮影された画像データを取得し、取得した画像データに基づいて、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識する。そして、本実施形態では、制御装置４は、図６（Ｂ）に示すように、エンドエフェクタ５Ａの先端部２４を、コンベア１上において破れていない袋Ｂに上方から突き刺すようにロボットアーム３０を制御する。このとき、制御装置４は、ロボットアーム３０の先端が、コンベア１の搬送速度に同期するように、ロボットアーム３０を制御する。つまり、エンドエフェクタ５Ａはコンベア１の搬送方向（図６では左方向）に移動しながら、袋の突き刺し動作が実行される。

さらに、制御装置４は、図６（Ｃ）に示すように、当該先端部２４を破れていない袋に突き刺した状態で、コンベア１の搬送路の近傍に設けられた容器２０（図５参照）まで袋を搬送するようにロボットアーム３０を制御する。本実施形態では、作業者が容器２０に払い出された袋Ｂの破袋作業や、それに続く異物除去等の選別作業を行う。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の袋除去装置の基本的な構成は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る袋除去装置１００Ｂを上から見た図である。図７に示すように、本実施形態の袋除去装置１００Ｂは、ロボット３のエンドエフェクタ５Ｂが、ロボットアーム３０の先端に取り付けられた基部２５と、基部２５に取り付けられた一対の切断刃２６，２６を有する点が第１実施形態（図１）の構成と異なる。ここで基部２５には一対の切断刃２６を駆動するためのアクチュエータ（図示せず）が内蔵されている。これにより、一対の切断刃２６，２６は、被切断部材を互いに協働して挟んで切断することができる。

次に、本実施形態の袋除去装置１００Ｂの動作について、図面を用いて説明する。図８は、ロボット３の動作の様子を示す模式図である。ここでも、簡単のため、ロボット３のエンドエフェクタ５Ｂのみ示している。

まず、カメラ２により、図８（Ａ）に示すように、コンベア１上を搬送されている袋Ｂが撮影され、ここでも制御装置４は、カメラ２により撮影された画像データを取得し、取得した画像データに基づいて、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識する。そして、本実施形態では、制御装置４は、図８（Ｂ）に示すように、エンドエフェクタ５Ｂの一対の切断刃２６により、コンベア１上において破れていない袋を破るようにロボットアーム３０を制御する。このとき、制御装置４は、ロボットアーム３０の先端が、コンベア１の搬送速度に同期するように、ロボットアーム３０を制御する。つまり、エンドエフェクタ５Ａはコンベア１の搬送方向（図８では左方向）に移動しながら、袋を破る動作が実行される。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態の袋除去装置の基本的な構成は、第１実施形態と同様である。以下では、第１実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る袋除去装置１００Ｃの構成を示す図である。図９（Ａ）に示すように、本実施形態の袋除去装置１００Ｃは、エンドエフェクタ５Ｃが、鋭利な先端部を有する一対の切断刃５１，５１を有し、一対の切断刃５１，５１は互いに接近又は離間可能に構成される点が第１実施形態（図１）の構成と異なる。エンドエフェクタ５Ｃは、ロボットアーム３０の先端に取り付けられた基部５０と、基部５０に取り付けられ、一対の切断刃５１，５１を互いに接近又は離間させる駆動部５２とを備える。ここで駆動部５２には一対の切断刃５１，５１を駆動するためのアクチュエータ（図示せず）が内蔵されている。ここで各切断刃５１は、基端部５１ｂと、基端部５１ｂに取り付けられた複数の鋭利な先端部５１ａとを備える。本実施形態では５本の鋭利な先端部５１ａが基端部５１ｂに取り付けられる。５つの先端部５１ａは、刃先がいずれも下方を向き、且つ、所定の間隔を空けて長手方向が互いに平行になるように形成される。ここで所定の間隔は、例えば対象となる袋の材質やサイズ等に応じて適宜設定される。

次に、本実施形態の袋除去装置１００Ｃの動作について説明する。まず、カメラ２により、コンベア１上を搬送されている袋が撮影され、ここでも制御装置４は、カメラ２により撮影された画像データを取得し、取得した画像データに基づいて、コンベア１上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識する。そして、制御装置４は、本実施形態では、図９（Ｂ）に示すように、エンドエフェクタ５Ｃの一対の切断刃５１，５１の先端部５１ａ，５１ａを互いに接近させた状態で、当該鋭利な先端を、コンベア１上において破れていない袋に突き刺すようにロボットアーム３０を制御する。このとき、制御装置４は、ロボットアーム３０の先端が、コンベア１の搬送速度に同期するように、ロボットアーム３０を制御する。つまり、エンドエフェクタ５Ｃはコンベア１の搬送方向に移動しながら、袋の突き刺し動作が実行される。

さらに、制御装置４は、図９（Ｃ）に示すように、一対の切断刃５１，５１の鋭利な先端部５１ａ，５１ａを袋に突き刺した状態で、当該先端部５１ａ，５１ａを互いに離間させるようにロボットアーム３０を制御する。これにより、コンベア1上の破れていない袋を破ることができる。

尚、上記実施形態では、１台のロボット３０により、袋の除去作業が行われたが、複数台のロボットが使用されてもよい。また、この場合は、ロボット３０毎にカメラ２が設置される。

尚、上記実施形態では、ロボットの種類は限定されない。例えば６軸の垂直多関節型のロボットアーム３０を備えているが、水平多関節型のロボットアームを備えていてもよい。双腕型のロボット３Ａでもよいし、その他パラレルリンク型のロボットを含んでもよい。

尚、上記実施形態では、コンベア１は、無端状のベルトコンベアであったが、袋を搬送する機能を有していれば、ローラコンベアからなる回転テーブルであってもよい。

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、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、容器包装プラスチックのリサイクル設備に有用である。

１ コンベア
２ カメラ
３ ロボット
４ 制御装置
４ａ 演算部
４ｂ 記憶部
４ｃ サーボ制御部
４ｄ 画像処理部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ エンドエフェクタ
１０ 切断装置
１１ 切断刃
１２ 支持部材
２０ 容器
２１ 把持部材
２１ａ 基部
２１ｂ 櫛部
２３ 本体部
２４ 先端部
２５ 基部
２６ 切断刃
３０ ロボットアーム
５０ 基部
５１ 切断刃
５１ａ 先端部
５１ｂ 基端部
５２ 駆動部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 袋除去装置
Ｂ 袋

Claims (6)

1. リサイクル設備において収集された袋を除去するための袋除去装置であって、
   袋を搬送するコンベアと、
   前記コンベア上の袋を撮影するカメラと、
   エンドエフェクタが先端に設けられたロボットアームと、
   前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置が、
   前記コンベア上を搬送される袋のうち、破れていない袋を認識し、
   前記エンドエフェクタにより、前記破れていない袋を除去する除去処理を行うように前記ロボットアームを制御する、袋除去装置。
2. 前記エンドエフェクタが、櫛状に形成された一対の把持部材を有し、
   所定の間隔を空けて長手方向が互いに平行になるように形成された複数の切断刃と、前記コンベアの搬送路の直上の位置において前記複数の切断刃のそれぞれが上方を向いた状態で当該複数の切断刃を支持する支持部材と、を有する切断装置を更に備え、
   前記除去処理は、
   前記一対の把持部材により、前記コンベア上の破れていない袋を把持し、
   前記複数の切断刃の上方から、前記袋を把持した把持部材の櫛状部と、当該複数の切断刃の間隙とを噛合わせることにより、前記袋を破る処理である、請求項１に記載の袋除去装置。
3. 前記エンドエフェクタが、長手状の本体部と、この本体部の長手方向の一端が尖鋭に形成されるとともに他端方向に折れ曲がって形成された先端部とを有し、
   前記除去処理は、
   前記エンドエフェクタの先端部を、前記コンベア上において前記破れていない袋に突き刺し、
   当該先端部を前記破れていない袋に突き刺した状態で、前記コンベアの搬送路の近傍に設けられた所定のスペースまで袋を搬送する処理である、請求項１に記載の袋除去装置。
4. 前記エンドエフェクタが、被切断部材を互いに協働して挟んで切断するように構成された一対の切断刃を有し、
   前記除去処理は、
   前記一対の切断刃により、前記コンベア上において前記破れていない袋を破る処理である、請求項１に記載の袋除去装置。
5. 前記エンドエフェクタが、鋭利な先端部を有する一対の切断刃と、前記一対の切断刃を互いに接近又は離間させる駆動部を有し、
   前記除去処理は、
   前記一対の切断刃の先端部を互いに接近させた状態で、当該鋭利な先端部を、前記コンベア上において前記破れていない袋に突き刺し、
   前記鋭利な先端部を前記袋に突き刺した状態で、当該先端部を互いに離間させることにより、前記破れていない袋を破る処理である、請求項１に記載の袋除去装置。
6. 前記制御装置が、前記ロボットアームの先端が、コンベアの搬送速度に同期するように、前記ロボットアームを制御する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の袋除去装置。
   
   

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