JP2020168691A - ソフトグリッパー - Google Patents

Abstract

【課題】細かい食材や柔らかい食品をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供すること。【解決手段】ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された３個以上のスコップ要素を備える。スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されている。突出要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々には、複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されている。スコップ要素は、当該スコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲する。隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、スコップ要素が湾曲している状態で、３０ｍｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーに関し、特には、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに把持することができるソフトグリッパーに関する。

弁当や惣菜の工場では、容器内に複数の食材が盛り付けられ、包装後に出荷されている。弁当や惣菜の工場で製造される製品は、多種多様であるし、製品の切替も比較的頻繁に行われている。このため、製造ラインの自動化の難易度が高く、一連の作業のほとんどを人手に頼っている。

ところが、近い将来、人手不足の深刻化が見込まれている。このため、ロボット導入による各工程の自動化が検討されている。食材盛付作業の自動化も、その一環として検討されている。

ロボットが食材盛付作業を自動的に行うためには、柔らかくて形状も不定である多種多様な食材をソフトに（傷つけることなく）把持できるソフトグリッパーが必要である。

ソフトグリッパーに関連する従来の特許文献としては、例えば以下の特許文献１〜２が挙げられる。特に、特許文献２には、タコの足のように表裏両方に湾曲可能な放射状の爪部材を有する構成が開示されている（図２２（特許文献２の図８Ｃに対応）参照）。

特許第６２９１５５３号公報 ＷＯ２０１２／１４８４７２Ａ２

ソフトグリッパーがコーン粒等の細かい食材を把持するためには、当該細かい食材を掬い上げた後のソフトグリッパーの各要素間の隙間が小さいことが重要である（隙間が大きいとせっかく掬い上げた細かい食材が落下してしまう）。本件発明者は、掬い上げ動作の後のソフトグリッパーの各要素間の隙間を小さくするために、当該各要素が掬い上げ動作の前後でどのような構成及び配置であることが有効か、鋭意検討を進めてきた。

本発明は、以上の課題に鑑みて創案されたものである。本発明の目的は、細かい食材をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供することである。

本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された３個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記３個以上のスコップ要素は、当該３個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、前記３個以上のスコップ要素が湾曲している状態で、３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、であることを特徴とするソフトグリッパーである。

本発明によれば、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離が、スコップ要素が湾曲している状態で３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、であることにより、細かい食材を把持する性能において優れている。スコップ要素が湾曲している状態での当該小さい隙間は、スコップ要素の外面上に内部に空気室を有する突出要素を複数立設し、圧縮空気供給路を介して当該複数の突出要素の空気室に圧縮空気を供給することでスコップ要素の湾曲動作（掬い上げ動作）を実現することで達成される。

柔軟な材料としては、シリコン、軟質ポリエチレン、軟質ポリプロピレン、軟質ポリウレタン等が例示される。好ましいショア硬度は、１０〜９０度である。

また、例えば、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室を含んでいることが好ましい。

本件発明者による知見によれば、このような空気室のレイアウトが採用される時、複数の横空気室に圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素の湾曲動作（掬い上げ動作）が好適に実現され、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離（隙間）を３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下に低減することが容易である。

また、この場合においては、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室を更に含んでいることが好ましい。

これによれば、複数の縦空気室に圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素が平面視でも円弧状に湾曲されるため、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の側縁間の間隙を５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、にまで小さくすることができる。

別の例では、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、互いに略等しい立体形状を有しており、先端部を通る上下方向において中央列として整列されると共に、当該中央列の左側及び右側にそれぞれ左列及び右列として整列されていることが好ましい。

本件発明者による知見によれば、このような空気室のレイアウトが採用される場合においても、スコップ要素の湾曲動作（掬い上げ動作）が好適に実現され、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離（隙間）を３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下に低減することが容易である。

また、この場合においては、前記左列を構成する空気室の数が、前記右列を構成する空気室の数と等しく、前記中央列を構成する空気室の数が、前記左列を構成する空気室の数または前記右列を構成する空気室の数よりも多いことが更に好ましい。

これによれば、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とに圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素が平面視でも円弧状に湾曲されるため、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の側縁間の間隙も小さくすることができる。

また、前記ベース部材は、前記３個以上のスコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有していてもよい。

なお、スコップ要素がベース部材から下向きに垂下する方向は、鉛直下向き方向に限定されず、スカート状に下方側が広がるような方向とされてもよい。この場合、湾曲動作（掬い上げ動作）前のスコップ要素が、より広く開口することとなり、細かい食材を把持することがより容易となる。

また、少なくとも本件出願の時点では、複数の横空気室と複数の縦空気室とを含み、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離の寸法を限定しない構成についても、特許としての保護を請求する。すなわち、本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された３個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記３個以上のスコップ要素は、当該３個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室と、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室と、を含んでいることを特徴とするソフトグリッパーである。

また、本発明は、以上の特徴のいずれかを有するソフトグリッパーと、前記ソフトグリッパーを支持して位置決めするロボットアームと、前記ソフトグリッパーを前記ロボットアームに対して回転駆動させる回転駆動機構と、を備えたことを特徴とするソフトグリッパーシステムである。

本発明のソフトグリッパーシステムによれば、ロボットアームの制御によって各スコップ要素の先端部が把持対象物の中に挿入された後、回転駆動機構を駆動させることによって、把持対象物の中に、各スコップ要素によって把持対象領域の内外を区分けする溝のような跡を付けることができる。このような跡付け動作によって、その後に各スコップ要素の圧縮空気供給路に圧縮空気を供給して各スコップ要素を湾曲変形させて各スコップ要素の先端部同士を互いに近接させる時、跡付け動作を実施しない場合と比較して、比較的多量の食材を把持することができる。

前記跡付け動作の際、前記回転駆動機構は４５°以上回転されることが好ましく、９０°以上回転されることがより好ましく、特には１３５°以上回転されることが好ましい。本件発明者によれば、回転角度が大きい程、把持量が安定する。

本発明によれば、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離が、スコップ要素が湾曲している状態で３０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下であることにより、細かい食材を把持する性能において優れている。スコップ要素が湾曲している状態での当該小さい隙間は、スコップ要素の外面上に内部に空気室を有する突出要素を複数立設し、圧縮空気供給路を介して当該複数の突出要素の空気室に圧縮空気を供給することでスコップ要素の湾曲動作（掬い上げ動作）を実現することで達成される。

本発明の第１実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。 図１のソフトグリッパーの正面図である。 図１のソフトグリッパーの平面図である。 図１のソフトグリッパーにおいて、突出要素が立設されたスコップ要素外側部の側面図である。 図４の突出要素が立設されたスコップ要素外側部の内面図である。 図４の突出要素が立設されたスコップ要素外側部の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。 図７のソフトグリッパーの正面図である。 図７のソフトグリッパーの平面図である。 図７のソフトグリッパーにおいて、突出要素が立設されたスコップ要素外側部の正面図である。 図７のソフトグリッパーにおけるスコップ要素の縦断面図である。 図７のソフトグリッパーにおけるスコップ要素の平面図である。 本発明の第３実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。 図１３のソフトグリッパーの正面図である。 図１３のソフトグリッパーの底面図である。 本発明の第４実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。 図１６のソフトグリッパーの正面図である。 図１６のソフトグリッパーの底面図である。 本発明の第５実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。 図１９のソフトグリッパーの正面図である。 図１９のソフトグリッパーの底面図である。 従来のソフトグリッパーの一例を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施形態の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るソフトグリッパー１０の斜視図であり、図２は、図１のソフトグリッパー１０の正面図であり、図３は、図１のソフトグリッパー１０の平面図である。

図１乃至図３に示すように、本実施形態のソフトグリッパー１０は、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに（傷つけることなく）把持するソフトグリッパーであって、把持対象物の上方に位置決めされるベース部材１１を備えている。

本実施形態のベース部材１１は、厚さ６ｍｍの略十字状部材１１ａと、当該略十字状部材１１ａの下面側に固定された厚さ５ｍｍの４つの四分割円弧板１１ｂと、を有している。略十字状部材１１ａの上面側には、４本の支柱１２（例えば、高さ３０ｍｍ）を介して、円環状のロボットアーム取付部１３（例えば、内径１６ｍｍ、外径４０ｍｍ、高さ６ｍｍ）が設けられている。

ベース部材１１の四分割円弧板１１ｂの各々の下面から鉛直方向下向きに、柔軟なシリコン製のスコップ要素２０が垂下されている。４個のスコップ要素２０は、平面視で周方向に隣り合うように配置されている。各スコップ要素２０の形状は、２段階のテーパ形状となっており、上下方向の長さは６２ｍｍであり、ベース部材１１側の端部からテーパ角度が変わる部位２０ｍまでの上下方向の長さは５０ｍｍであり、ベース部材１１側の端部の幅は４３ｍｍであり、テーパ角度が変わる部位２０ｍでの幅は２３ｍｍである。また、４個のスコップ要素２０（の内面）は、平面視で、一辺６０ｍｍの各辺上に位置するように配置されている。

続いて、図４は、図１のソフトグリッパー１０において、突出要素３１〜３９が立設されたスコップ要素外側部２０ａの側面図であり、図５は、図４の突出要素３１〜３９が立設されたスコップ要素外側部２０ａの内面図であり、図６は、図４の突出要素３１〜３９が立設されたスコップ要素外側部２０ａの斜視図である。

図１乃至図６に示すように、スコップ要素２０の各々の外面上には、内部に空気室４１〜４９を有する９個の突出要素３１〜３９が左右対称に立設されている。より具体的には、９個の突出要素３１〜３９が立設されたスコップ要素外側部２０ａが、スコップ要素内側部２０ｂと接着されることで、スコップ要素２０が構成されている。スコップ要素外側部２０ａの厚みは２ｍｍであり、スコップ要素外側部２０ｂの厚みは２ｍｍである。

突出要素３１は、先端部２０ｔからの上下方向長さ１２．５ｍｍ〜１５．５ｍｍの領域で、幅１９ｍｍに亘って、高さ５ｍｍ（スコップ要素外側部２０ａの上面（外面）に対して）だけ突出する直方体部３１ａと、当該直方体部３１ａの下面側からスコップ要素２０の先端部２０ｔまで延在する傾斜部３１ｂと、からなっている。傾斜部３１ｂの傾斜角度は、例えば２２°程度である。

突出要素３２〜３４は、それぞれ先端部２０ｔからの上下方向長さ１６．５ｍｍ〜１９．５ｍｍ、２０．５ｍｍ〜２３．５ｍｍ、２４．５ｍｍ〜２７．５ｍｍの領域で、幅１９ｍｍに亘って、それぞれ高さ６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ（スコップ要素外側部２０ａの上面に対して）だけ突出している。

突出要素３５〜３９は、先端部２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋、左方向を−として、それぞれ幅−９．５ｍｍ〜−６．５ｍｍ、−５．５ｍｍ〜−２．５ｍｍ、−１．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、２．５ｍｍ〜５．５ｍｍ、６．５ｍｍ〜９．５ｍｍの領域で、上下方向長さ２８．５ｍｍ〜５５．５ｍｍに亘って、高さ８ｍｍ（スコップ要素外側部２０ａの上面に対して）だけ突出している。

空気室４１〜４９は、いずれもスコップ要素外側部２０ａを貫いて、各突出要素３１〜３９の内部に広がっている。スコップ要素外側部２０ａが接着されるスコップ要素外側部２０ｂの上面は、平坦である。

空気室４１は、突出要素３１の直方体部３１ａ内及びスコップ要素外側部２０ａ内において、先端部２０ｔからの上下方向長さ１３．５ｍｍ〜１４．５ｍｍの領域で、幅１５ｍｍに亘って、高さ５．５ｍｍ（スコップ要素内側部２０ｂとの接着面に対して）の広がりを有している。

空気室４２〜４４は、それぞれ突出要素３２〜３４内及びスコップ要素外側部２０ａ内において、先端部２０ｔからの上下方向長さ１７．５ｍｍ〜１８．５ｍｍ、２１．５ｍｍ〜２２．５ｍｍ、２５．５ｍｍ〜２６．５ｍｍの領域で、幅１５ｍｍに亘って、それぞれ高さ６．５ｍｍ、７．５ｍｍ、８．５ｍｍ（スコップ要素内側部２０ｂとの接着面に対して）の広がりを有している。

空気室４５〜４９は、それぞれ突出要素４５〜４９内及びスコップ要素外側部２０ａ内において、先端部２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋、左方向を−として、それぞれ幅−８．５ｍｍ〜−７．５ｍｍ、−４．５ｍｍ〜−３．５ｍｍ、−０．５ｍｍ〜０．５ｍｍ、３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ、７．５ｍｍ〜８．５ｍｍの領域で、上下方向長さ３０．５ｍｍ〜５３．５ｍｍに亘って、高さ８．５ｍｍ（スコップ要素内側部２０ｂとの接着面に対して）だけ突出している。

以上のようなレイアウトにより、突出要素３１〜３４（及びスコップ要素外側部２０ａ）によって形成される空気室４１〜４４は、周方向（横方向）に互いに平行に延びる横空気室となっており、突出要素３５〜３９（及びスコップ要素外側部２０ａ）によって形成される空気室４５〜４９は、横空気室４１〜４４よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる縦空気室となっている。

更に、図４乃至図６に示すように、全ての空気室４１〜４９は、スコップ要素外側部２０ａに形成された縦圧縮空気供給路２０ｃ及び横圧縮空気供給路２０ｄによって、共通に連通されている。

縦圧縮空気供給路２０ｃは、先端部２０ｔを通る上下方向に延びており、その上端部は、スコップ要素２０の外面上の突出要素３７の更に上方に形成された圧縮空気導入部５１の空気供給路５２に連通し、その下端部は、空気室４１に連通している。縦圧縮空気供給路２０ｃは、例えば幅３ｍｍ、高さ１ｍｍに形成されている。

横圧縮空気供給路２０ｄは、空気室４５の上下方向の中間位置から空気室４９の上下方向の中間位置まで周方向（横方向）に延びており、途中で縦圧縮空気供給路２０ｃと交差している。横圧縮空気供給路２０ｄは、例えば幅３ｍｍ、高さ１ｍｍに形成されている。

圧縮空気導入部５１の空気供給路５２には、例えば圧縮空気供給チューブ（不図示）を介して、圧縮空気供給装置（不図示）が接続されている。そして、当該圧縮空気供給装置によって各スコップ要素２０の圧縮空気導入部５１の空気供給路５２に圧縮空気を供給することで、各空気室４１〜４９を当該圧縮空気によって膨張変形させ、これによって各スコップ要素２０の先端部２０ｔ同士が互いに近接するように、各スコップ要素２０を湾曲させることが可能となっている。

特に本実施形態のソフトグリッパー１０によれば、対応する圧縮空気を供給することによって、横空気室４１〜４４だけでなく縦空気室４５〜４９をも膨張することによって各スコップ要素２０が平面視でも円弧状に湾曲され、隣接するスコップ要素２０の側縁間の間隙も小さくなるような位置姿勢に各スコップ要素２０を湾曲させることができる。本件発明者によれば、ソフトグリッパー１０の材質がショアＡ硬度１０の場合、対応する圧縮空気の圧力は２０ｋＰａ程度であり、ソフトグリッパー１０の材質度がショアＡ硬度３０の場合、対応する圧縮空気の圧力は７０ｋＰａ程度であり、ソフトグリッパー１０の材質がショアＡ硬度６０の場合、対応する圧縮空気の圧力は２３０ｋＰａ程度であることが好ましい。

なお、突出要素３１〜３９及び圧縮空気導入部５１とスコップ要素外側部２０ａとは、３次元プリンタ等を用いて、予め一体的に成形されてもよいし、別々に形成されて互いに接着等されてもよい。

（第１実施形態の作用）
次に、以上のように構成されたソフトグリッパー１０の作用について説明する。

本実施形態のソフトグリッパー１０は、ロボットアーム取付部１３が不図示のロボットアーム（例えば川崎重工業株式会社製のｄｕＡｒｏ）に取り付けられて利用される。

ロボットアームは、例えば不図示のセンサまたは画像処理システム等を介して、把持対象物である食材の位置と把持した食材の盛り付け先の容器の位置とを把握する。そして、例えば所定の制御プログラムを実行することによって、食材を把持するようにソフトグリッパー１０を移動させ、食材を把持した後に容器までソフトグリッパー１０を移動させる。

食材を把持する際、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー１０のベース部材１１が食材（把持対象物）の上方（例えば所定高さ）に位置決めされ、各スコップ要素２０の先端部２０ｔが食材の中に挿入される。

そして、圧縮空気供給装置によって各スコップ要素２０の圧縮空気導入部５１の空気供給路５２に圧縮空気が供給される。これにより、各空気室４１〜４９が当該圧縮空気によって膨張変形され、特に横空気室４１〜４４の膨張によって各スコップ要素２０が湾曲変形され、各スコップ要素２０の先端部２０ｔ同士が互いに近接する。

更に本実施形態の場合、横空気室４１〜４４だけでなく縦空気室４５〜４９をも膨張することによって各スコップ要素２０が平面視でも円弧状に湾曲されるため、隣接するスコップ要素２０の側縁間の間隙が小さくなる（５ｍｍ程度）位置姿勢に各スコップ要素２０を湾曲させることができる。これにより、コーン粒等の細かい食材であっても、把持した後（掬い上げた後）にこぼすことなく所望の容器（または所望の他の搬送先）まで搬送することができる。

（第２実施形態の構成）
次に、図７は、本発明の第２実施形態に係るソフトグリッパー１１０の斜視図であり、図８は、図７のソフトグリッパー１１０の正面図であり、図９は、図７のソフトグリッパー１１０の平面図である。

図７乃至図９に示すように、本実施形態のソフトグリッパー１１０も、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに（傷つけることなく）把持するソフトグリッパーであって、把持対象物の上方に位置決めされるベース部材１１１を備えている。

本実施形態のベース部材１１１も、厚さ６ｍｍの略十字状部材１１１ａと、当該略十字状部材１１１ａの下面側に固定された厚さ５ｍｍの４つの四分割円弧板１１１ｂと、を有している。略十字状部材１１１ａの上面側には、４本の支柱１１２（例えば、高さ３０ｍｍ）を介して、円環状のロボットアーム取付部１１３（例えば、内径１６ｍｍ、外径４０ｍｍ、高さ６ｍｍ）が設けられている。

ベース部材１１１の四分割円弧板１１１ｂの各々の下面から鉛直方向下向きに、柔軟なシリコン製のスコップ要素１２０が垂下されている。４個のスコップ要素１２０は、平面視で周方向に隣り合うように配置されている。各スコップ要素１２０の形状は、向かい合う一対の円弧状側部とテーパ状の先端領域とからなっており、上下方向の長さは５２ｍｍであり、ベース部材１１側の端部から円弧状側部の下端（テーパ状の先端領域の上端）１２０ｍまでの上下方向の長さは４９ｍｍであり、ベース部材１１側の端部の幅は５４ｍｍであり、円弧状側部の下端（テーパ状の先端領域の上端）１２０ｍでの幅は６ｍｍであり、円弧状側部の曲率半径は７．５ｃｍである。また、４個のスコップ要素１２０（の内面）は、平面視で、一辺５９ｍｍの正方形の各辺上に位置するように配置されている。

続いて、図１０は、図７のソフトグリッパー１１０において、突出要素１３１〜１４５が立設されたスコップ要素外側部１２０ａの正面図であり、図１１は、図１０のスコップ要素外側部１２０ａの先端部１２０ｔを通る鉛直平面による縦断面図であり、図１２は、図１０のスコップ要素外側部１２０ａの平面図である。

図７乃至図１２に示すように、スコップ要素１２０の各々の外面上には、内部に空気室１５１〜１６５を有する１５個の突出要素１３１〜１４５が左右対称に立設されている。より具体的には、１５個の突出要素１３１〜１４５が立設されたスコップ要素外側部１２０ａが、スコップ要素内側部１２０ｂと接着されることで、スコップ要素１２０が構成されている。スコップ要素外側部１２０ａの厚みは２ｍｍであり、スコップ要素外側部１２０ｂの厚みは２ｍｍである。

突出要素１３１は、先端部１２０ｔからの上下方向長さ９．２ｍｍ〜１５．２ｍｍの領域で、幅６ｍｍに亘って、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出する直方体部１３１ａと、当該直方体部１３１ａの下面側からスコップ要素１２０の先端部１２０ｔまで延在する傾斜部１３１ｂと、からなっている。傾斜部１３１ｂの傾斜角度は、例えば４１°程度である。

突出要素１３２〜１３５は、それぞれ先端部１２０ｔからの上下方向長さ１６．４ｍｍ〜２２．４ｍｍ、２３．６ｍｍ〜２９．６ｍｍ、３０．８ｍｍ〜３６．８ｍｍ、３８ｍｍ〜５２ｍｍの領域で、幅６ｍｍに亘って、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出している。

突出要素１３６〜１３９は、それぞれ先端部１２０ｔからの上下方向長さ１６．４ｍｍ〜２２．４ｍｍ、２３．６ｍｍ〜２９．６ｍｍ、３０．８ｍｍ〜３６．８ｍｍ、３８ｍｍ〜４４ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−１０．２ｍｍ〜−４．２ｍｍに亘って（それぞれ突出要素１３２〜１３５の左隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出している。

突出要素１４０〜１４３は、突出要素１３６〜１３９と左右対称に、それぞれ先端部１２０ｔからの上下方向長さ１６．４ｍｍ〜２２．４ｍｍ、２３．６ｍｍ〜２９．６ｍｍ、３０．８ｍｍ〜３６．８ｍｍ、３８ｍｍ〜４４ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋として幅４．２ｍｍ〜１０．２ｍｍに亘って（それぞれ突出要素１３２〜１３５の右隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出している。

更に突出要素１４４は、先端部１２０ｔからの上下方向長さ３０．８ｍｍ〜３６．８ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−１７．４ｍｍ〜−１１．４ｍｍに亘って（突出要素１３８の更に左隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出している。

更に突出要素１４５は、先端部１２０ｔからの上下方向長さ３０．８ｍｍ〜３６．８ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋として幅１１．４ｍｍ〜１７．４ｍｍに亘って（突出要素１４２の更に右隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）だけ突出している。

空気室１５１〜１６５は、いずれもスコップ要素外側部１２０ａを貫いて、各突出要素１３１〜１４５の内部に広がっている。スコップ要素外側部１２０ａが接着されるスコップ要素外側部１２０ｂの上面は、平坦である。

空気室１５１は、突出要素１３１の直方体部１３１ａ内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、先端部１２０ｔからの上下方向長さ１０．２ｍｍ〜１４．２ｍｍの領域で、幅４ｍｍに亘って、高さ６ｍｍ（スコップ要素内側部１２０ｂとの接着面に対して）の広がりを有している。

空気室１５２〜１５５は、それぞれ突出要素１３２〜１３５内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、先端部１２０ｔからの上下方向長さ１７．４ｍｍ〜２１．４ｍｍ、２４．６ｍｍ〜２８．６ｍｍ、３１．８ｍｍ〜３５．８ｍｍ、３９ｍｍ〜４３ｍｍの領域で、幅４ｍｍに亘って、高さ６ｍｍ（スコップ要素内側部１２０ｂとの接着面に対して）の広がりを有している。

空気室１５６〜１５９は、それぞれ突出要素１３６〜１３９内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、それぞれ先端部１２０ｔからの上下方向長さ１７．４ｍｍ〜２１．４ｍｍ、２４．６ｍｍ〜２８．６ｍｍ、３１．８ｍｍ〜３５．８ｍｍ、３９ｍｍ〜４３ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−９．２ｍｍ〜−５．２ｍｍに亘って（それぞれ空気室１５２〜１５５の左隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）の広がりを有している。

空気室１６０〜１６３は、空気室１５６〜１５９と左右対称に、それぞれ突出要素１４０〜１４３内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、それぞれ先端部１２０ｔからの上下方向長さ１７．４ｍｍ〜２１．４ｍｍ、２４．６ｍｍ〜２８．６ｍｍ、３１．８ｍｍ〜３５．８ｍｍ、３９ｍｍ〜４３ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋として幅５．２ｍｍ〜９．２ｍｍに亘って（それぞれ空気室１５６〜１５９の右隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）の広がりを有している。

空気室１６４は、突出要素１４４内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、先端部１２０ｔからの上下方向長さ３１．８ｍｍ〜３５．８ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−１６．４ｍｍ〜−１２．４ｍｍに亘って（空気室１５８の左隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）の広がりを有している。

空気室１６５は、空気室１６４と左右対称に、突出要素１４５内及びスコップ要素外側部１２０ａ内において、先端部１２０ｔからの上下方向長さ３１．８ｍｍ〜３５．８ｍｍの領域で、先端部１２０ｔを通る上下方向の仮想線に対して右方向を＋として幅１２．４ｍｍ〜１６．４ｍｍに亘って（空気室１６２の左隣の領域で）、高さ６ｍｍ（スコップ要素外側部１２０ａの上面に対して）の広がりを有している。

以上のようなレイアウトにより、突出要素１３１〜１３５（及びスコップ要素外側部１２０ａ）によって形成される空気室１５１〜１５５は、先端部１２０ｔを通る上下方向において中央列として整列されており、当該中央列の左側において、突出要素１３６〜１３９（及びスコップ要素外側部１２０ａ）によって形成される空気室１５６〜１５９は、左列として整列されており、中央列の右側において、突出要素１４０〜１４３（及びスコップ要素外側部１２０ａ）によって形成される空気室１６０〜１６３は、右列として整列されている。

そして、左列を構成する空気室１５６〜１５９の数「４」は、右列を構成する空気室１６０〜１６３の数「４」と等しく、中央列を構成する空気室１５１〜１５５の数「５」は、左列を構成する空気室の数ないし右列を構成する空気室の数「４」よりも多くなっている。

また、本実施形態では、各空気室１５１〜１６５は、互いに略等しい立体形状を有している。

更に、図１０乃至図１２に示すように、全ての空気室１５１〜１６５は、スコップ要素外側部１２０ａに形成された圧縮空気供給路１２０ｃ〜１２０ｈによって、共通に連通されている。

第１圧縮空気供給路１２０ｃは、先端部１２０ｔを通る上下方向に延びており、その上端部は、スコップ要素１２０の外面上の突出要素１３５の更に上方に（例えば当該突出要素１３５と一体的に）形成された圧縮空気導入部１７１の空気供給路１７２に連通し、その下端部は、空気室１５１に連通している。

第２圧縮空気供給路１２０ｄは、空気室１５６の左右方向の中間位置から空気室１５９の左右方向の中間位置まで上下方向に延びており、第３圧縮空気供給路１２０ｅは、空気室１６０の左右方向の中間位置から空気室１６３の左右方向の中間位置まで上下方向に延びている。

第４圧縮空気供給路１２０ｆは、空気室１５９の上下方向の中間位置から空気室１６３の上下方向の中間位置まで周方向（左右方向）に延びており、第５圧縮空気供給路１２０ｇは、空気室１５８の上下方向の中間位置から空気室１６４の上下方向の中間位置まで周方向（左右方向）に延びており、第６圧縮空気供給路１２０ｈは、空気室１６２の上下方向の中間位置から空気室１６５の上下方向の中間位置まで周方向（左右方向）に延びている。

第１圧縮空気供給路１２０ｃ〜第６圧縮空気供給路１２０ｈは、いずれも、例えば幅２２ｍｍ、高さ１１ｍｍに形成されている。

圧縮空気導入部１７１の空気供給路１７２には、例えば圧縮空気供給チューブ（不図示）を介して、圧縮空気供給装置（不図示）が接続されている。そして、当該圧縮空気供給装置によって各スコップ要素１２０の圧縮空気導入部１７１の空気供給路１７２に圧縮空気を供給することで、各空気室１５１〜１６５を当該圧縮空気によって膨張変形させ、これによって各スコップ要素１２０の先端部１２０ｔ同士が互いに近接するように、各スコップ要素１２０を湾曲させることが可能となっている。

特に本実施形態のソフトグリッパー１１０によれば、対応する圧縮空気を供給することによって、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とが膨張することによって各スコップ要素２０が平面視でも円弧状に湾曲され、隣接するスコップ要素１２０の側縁間の間隙が小さくなる（３ｍｍ程度）位置姿勢に各スコップ要素１２０を湾曲させることができる。本件発明者によれば、ソフトグリッパー１０の材質がショアＡ硬度１０の場合、対応する圧縮空気の圧力は２０ｋＰａ程度であり、ソフトグリッパー１０の材質度がショアＡ硬度３０の場合、対応する圧縮空気の圧力は７０ｋＰａ程度であり、ソフトグリッパー１０の材質がショアＡ硬度６０の場合、対応する圧縮空気の圧力は２３０ｋＰａ程度であることが好ましい。

なお、突出要素１３１〜１４５及び圧縮空気導入部１７１とスコップ要素外側部１２０ａとは、３次元プリンタ等を用いて、予め一体的に成形されてもよいし、別々に形成されて互いに接着等されてもよい。

（第２実施形態の作用）
次に、以上のように構成されたソフトグリッパー１１０の作用について説明する。

本実施形態のソフトグリッパー１１０は、ロボットアーム取付部１１３が不図示のロボットアーム（例えば川崎重工業株式会社製のｄｕＡｒｏ）に取り付けられて利用される。

ロボットアームは、例えば不図示のセンサまたは画像処理システム等を介して、把持対象物である食材の位置と把持した食材の盛り付け先の容器の位置とを把握する。そして、例えば所定の制御プログラムを実行することによって、食材を把持するようにソフトグリッパー１１０を移動させ、食材を把持した後に容器までソフトグリッパー１１０を移動させる。

食材を把持する際、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー１１０のベース部材１１１が食材（把持対象物）の上方（例えば所定高さ）に位置決めされ、各スコップ要素１２０の先端部１２０ｔが食材の中に挿入される。

そして、圧縮空気供給装置によって各スコップ要素１２０の圧縮空気導入部１７１の空気供給路１７２に圧縮空気が供給される。これにより、各空気室１５１〜１６５が当該圧縮空気によって膨張変形され、各スコップ要素１２０の先端部１２０ｔ同士が互いに近接する。

更に本実施形態の場合、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とが膨張することによって各スコップ要素２０が平面視でも円弧状に湾曲されるため、隣接するスコップ要素１２０の側縁間の間隙が小さくなる（３ｍｍ程度）位置姿勢に各スコップ要素１２０を湾曲させることができる。これにより、コーン粒等の細かい食材であっても、把持した後（掬い上げた後）にこぼすことなく所望の容器（または所望の他の搬送先）まで搬送することができる。

（その他の変形例）
以上に説明された実施形態では、スコップ要素２０、１２０の数が「４」であるが、「３」で構成することも可能であるし、「５」以上で構成することも可能である。また、スコップ要素の形状は、互いに同一であることが好ましいが、少なくとも本件出願の時点ではそのような態様に限定されず、例えば、スコップ要素の数が偶数の場合、相対的に大きいスコップ要素と相対的に小さいスコップ要素とが周方向に交互に配置される態様も採用可能である。

また、以上に説明された実施形態では、スコップ要素２０、１２０の湾曲変形前の形態が平坦形状（平面視で直線状）となっているが、予め円筒体の一部に相当する形状（平面視で円弧状）を有していてもよい。この場合、ベース部材との接着部も、直線状でなく円弧状となる。更には、複数のスコップ要素を周方向に接続した状態で予め形成しておいて、それらを筒状に丸めて（ロールアップして）ベース部に接着した構成が採用されてもよい。

また、少なくとも本件出願の時点では、第１実施形態において縦空気室４５〜４９を設けない変形例も採用可能である。この場合、縦空気室４５〜４９が設けられていた領域が平坦な領域として残存されてもよいし、縦空気室４５〜４９が設けられていた領域を削除して短い長さのスコップ要素として構成されてもよい。後者のように変形されたスコップ要素は、ベース部材の補助筒部に接着されてもよい。すなわち、ベース部材が、各スコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有していてもよい。補助筒部は、シリコンのような柔軟材料で構成されてもよいし、比較的硬い材料で構成されてもよい。

また、スコップ要素２０、１２０がベース部材１１、１１１から下向きに垂下する方向は、鉛直下向き方向に限定されず、スカート状に下方側が広がるような方向とされてもよい。この場合、湾曲動作（掬い上げ動作）前のスコップ要素２０、１２０が、より広く開口することとなり、細かい食材を把持することがより容易となる。

図１３は、本発明の第３実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素２０が１０°の傾斜で広がるようにベース部材１１が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第１実施形態のソフトグリッパー１０と同様である。図１４は、図１３のソフトグリッパーの正面図であり、図１５は、図１３のソフトグリッパーの底面図である。

図１６は、本発明の第４実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素２０が１５°の傾斜で広がるようにベース部材１１が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第１実施形態のソフトグリッパー１０と同様である。図１７は、図１６のソフトグリッパーの正面図であり、図１８は、図１６のソフトグリッパーの底面図である。

図１９は、本発明の第５実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素２０が２０°の傾斜で広がるようにベース部材１１が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第１実施形態のソフトグリッパー１０と同様である。図２０は、図１９のソフトグリッパーの正面図であり、図２１は、図１９のソフトグリッパーの底面図である。

（回転駆動機構の追加）
更に本件発明者は、ネギやコーン等の細かい食材を把持対象物とする場合において、以上の各実施形態のソフトグリッパー１０、１１０を不図示のロボットアーム（例えば川崎重工業株式会社製のｄｕＡｒｏ）に対して取り付ける際に、回転駆動機構１３’、１１３’（図２及び図８に破線で示す）を介して取り付けることが有効であることを知見した。

この場合も、食材を把持する際には、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー１０、１１０のベース部材１１、１１１が食材（把持対象物）の上方（例えば所定高さ）に位置決めされ、各スコップ要素２０、１２０の先端部２０ｔ、１２０ｔが食材の中に挿入される。

そして、この場合には、当該挿入動作の後、回転駆動機構１３’、１１３’を駆動させることによって、食材の中に、各スコップ要素２０、１２０によって把持対象領域の内外を区分けする溝のような跡を付けることができる。

本件発明者は、このような跡付け動作によって、その後に圧縮空気供給装置によって各スコップ要素２０、１２０が湾曲変形されて各スコップ要素２０、１２０の先端部２０ｔ、１２０ｔ同士が互いに近接する時、跡付け動作を実施しない場合と比較して、比較的多量の食材を把持することができることを確認した。

以上の各実施形態のソフトグリッパー１０、１１０では、平面視で４個のスコップ要素２０、１２０が正方形の各辺上に位置するように配置されているため、９０°の回転によって全周分の跡付け動作が達成される。しかしながら、本件発明者の実証実験によれば、４５°の回転によって有意な効果が確認でき、１３５°回転させると更に多量の食材を把持することができる。更に、本件発明者の実証実験によれば、回転角度が大きい程、把持量が安定する。

１０ ソフトグリッパー
１１ ベース部材
１１ａ 十字状部材
１１ｂ 四分割円弧板
１２ 支柱
１３ ロボットアーム取付部
１３’ 回転駆動機構
２０ スコップ要素
２０ａ スコップ要素外側部
２０ｂ スコップ要素内側部
２０ｃ 縦圧縮空気供給路
２０ｄ 横圧縮空気供給路
２０ｍ テーパ角度が変わる部位
２０ｔ 先端部
３１ 突出要素
３１ａ 直方体部
３１ｂ 傾斜部
３２〜３４ 突出要素
３５〜３９ 突出要素
４１〜４４ 空気室（横空気室）
４５〜４９ 空気室（縦空気室）
５１ 圧縮空気導入部
５２ 空気供給路
１１０ ソフトグリッパー
１１１ ベース部材
１１１ａ 十字状部材
１１１ｂ 四分割円弧板
１１２ 支柱
１１３ ロボットアーム取付部
１１３’ 回転駆動機構
１２０ スコップ要素
１２０ａ スコップ要素外側部
１２０ｂ スコップ要素内側部
１２０ｃ 第１圧縮空気供給路
１２０ｄ 第２圧縮空気供給路
１２０ｅ 第３圧縮空気供給路
１２０ｆ 第４圧縮空気供給路
１２０ｇ 第５圧縮空気供給路
１２０ｈ 第６圧縮空気供給路
１２０ｔ 先端部
１３１ 突出要素
１３１ａ 直方体部
１３１ｂ 傾斜部
１３２〜１３５ 突出要素
１３６〜１３９ 突出要素
１４０〜１４３ 突出要素
１４４ 突出要素
１４５ 突出要素
１５１〜１５５ 空気室（中央列）
１５６〜１５９ 空気室（左列）
１６０〜１６３ 空気室（右列）
１６４ 空気室
１６５ 空気室
１７１ 圧縮空気導入部
１７２ 空気供給路

Claims (12)

1. 対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、
   対象物の上方に位置決めされるベース部材と、
   前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された３個以上のスコップ要素と、
   を備え、
   前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、
   前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、
   前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、
   前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、
   前記３個以上のスコップ要素は、当該３個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、
   隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、前記３個以上のスコップ要素が湾曲している状態で、３０ｍｍ以下である
   ことを特徴とするソフトグリッパー。
2. 前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室を含んでいる
   ことを特徴とする請求項１に記載のソフトグリッパー。
3. 前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室を更に含んでいる
   ことを特徴とする請求項２に記載のソフトグリッパー。
4. 前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、互いに略等しい立体形状を有しており、先端部を通る上下方向において中央列として整列されると共に、当該中央列の左側及び右側にそれぞれ左列及び右列として整列されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のソフトグリッパー。
5. 前記左列を構成する空気室の数は、前記右列を構成する空気室の数と等しく、
   前記中央列を構成する空気室の数は、前記左列を構成する空気室の数または前記右列を構成する空気室の数よりも多い
   ことを特徴とする請求項４に記載のソフトグリッパー。
6. 前記ベース部材は、前記３個以上のスコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のソフトグリッパー。
7. 対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、
   対象物の上方に位置決めされるベース部材と、
   前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された３個以上のスコップ要素と、
   を備え、
   前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、
   前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、
   前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、
   前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、
   前記３個以上のスコップ要素は、当該３個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、
   前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室と、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室と、を含んでいる
   ことを特徴とするソフトグリッパー。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のソフトグリッパーと、
   前記ソフトグリッパーを支持して位置決めするロボットアームと、
   前記ソフトグリッパーを前記ロボットアームに対して回転駆動させる回転駆動機構と、
   を備えたことを特徴とするソフトグリッパーシステム。
9. 請求項８に記載のソフトグリッパーシステムを使用する方法であって、
   前記ロボットアームを制御して、前記ソフトグリッパーの各スコップ要素の先端部を把持対象物の中に挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の後、前記回転駆動機構を駆動させることによって、前記把持対象物の中に、各スコップ要素によって把持対象領域の内外を区分けする溝のような跡を付ける跡付け工程と、
   前記跡付け工程の後、各スコップ要素の圧縮空気供給路に圧縮空気を供給して各スコップ要素を湾曲変形させる工程と、
   を備えたことを特徴とする方法。
10. 前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は４５°以上回転される
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は９０°以上回転される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は１３５°以上回転される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。