JP2020180965A - ロボットの制御システム，ロボットの制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットを用いて細長い形状の食品を複数の小容器により略一定量に小分けすることができるロボットの制御システムを提供する．【解決手段】コントローラ３は、ロボット２のアームが番重４から麺の一部を把持して複数のホッパ７に投入する動作を行う際に、ロボット２に把持された麺の重量を検知して複数のホッパ７に順次投入させる。そして、ホッパ７の麺の重量と今回ロボット２が把持した麺の重量との合計が、既定の重量を基準とする閾値の範囲内に収まるホッパ７を複数のうちから選択して投入させる。また、コントローラ３は、ロボット２に番重４より麺の一部を今回把持させる位置を、過去に麺を把持したことで麺の量が変動した範囲が係るように設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、大容器に収容されている多量の細長い形状の食品を、ロボットにより小容器に一定量で投入させる制御システム，方法及びプログラムに関する。

例えば蕎麦やうどん，パスタ等の麺類を用いた弁当を製造する際には、所謂番重と称する大きな容器に収容されている調理済みの麺類の一部を取り出して、複数の弁当容器に一定量だけ小分けして盛り付ける作業が必要となる。このような作業は一般に人手により行われているが非常に手間を要するため、自動化することができれば好ましい。例えば、特許文献１には、魚介類や農産物等を定量計測する装置が開示されている。

特開２００８−２９２１９４号公報

しかしながら、番重に麺類のような細長い形状の食品が多量収容されている場合には、麺同士が絡み合っているため、その状態で特許文献１のような装置を用いて麺類の重量を一定にすることは困難であることから、細長い形状の食品が多量に収容されている番重から定量に小分けする作業の自動化は達成されていない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来は達成できなかった細長い形状の食品を複数の小容器により略一定量に小分けする作業の自動化を、ロボットを用いて達成可能としたロボットの制御システム，ロボットの制御方法及び制御プログラムを提供することにある。

請求項１記載のロボットの制御システムによれば、ロボットが、大容器に収容されている細長い形状の多量の食品の一部を把持して複数の小容器に投入する動作を行う際に、ロボットに把持された食品の重量を検知する。そして、小容器の食品の重量と今回ロボットが把持した食品の重量との合計が、既定の重量を基準とする閾値の範囲内に収まる小容器を複数の小容器のうちから選択して投入させるように制御する。また、ロボットに大容器より食品の一部を今回把持させる位置は、ロボットが過去に食品を把持したことにより少なくとも影響を受ける位置である。

このように構成すれば、例えば調理済みの麺類のように互いに絡み易い状態にあり、ロボットのツールで把持される重量を一定にするのが困難な食品であっても、１つ以上の小容器に投入された食品とロボットが把持した食品との重量の組み合わせをチェックすれば、閾値の範囲内に収まる組み合わせができる可能性が高くなる。したがって、細長い形状の食品を略一定量に小分けする作業を、ロボットを用いて自動化することができる。

また、ロボットが大容器より食品の一部を把持すれば、その把持された位置の食品の量は周辺よりも相対的に少なくなる。例えば、ロボットが食品を把持した位置を矩形枠でモデル化して考えると、その矩形枠に接している周辺の部分においても、ロボットが食品を把持した影響を受けて食品の量が変動する。

したがって、今回食品を把持させる位置を、上記のようにロボットが過去に食品を把持したことにより少なくとも影響を受ける位置にすれば、ロボットが把持する食品の重量にばらつきを生じさせることが期待できる。そして、上記の重量にばらつきが生れば、既に小容器に投入された食品の重量と組合せた値のバリエーションが増加するので、重量の組合せ値が閾値の範囲内に収まる可能性をより高めることができる。

一実施形態であり、ロボット制御システムの構成を示す図 ロボット制御システムの機能ブロック図 排出機構の概略構成を示す平面図 排出機構の概略構成を示す正面図 排出機構の概略構成を示す斜視図 コントローラの制御内容を示すフローチャート 「把持量の測定」処理の詳細を示すフローチャート 「目標値組合せの確認」処理の詳細を示すフローチャート 「ホッパからの排出」処理の詳細を示すフローチャート ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その１） ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その２） ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その３） ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その４） ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その５） ２つのホッパの重量の組合せが目標成立となった場合の排出機構による動作例を示す図（その６） 番重より麺を把持する位置の順序を示す図 各ホッパに投入された麺の重量変化の一例を示す図 番重より麺を把持する位置の順序の変形例示す図（その１） 番重より麺を把持する位置の順序の変形例示す図（その２） 番重より麺を把持する位置の順序の変形例示す図（その３） ロボットが番重に麺を戻す状態をモデル的に示す図

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態のロボット制御システム１は、垂直６軸型のアームを有するロボット２と、ロボット２のコントローラ３とを備える。大容器の一例である番重４は、重量検知部に相当する電子秤５の上に載置されており、番重４には、例えば調理済みのパスタのような麺類，すなわち多量の細長い形状の食品が収容されている。ロボット２のアームの手先には、ツールとして麺を把持するためのトング６が配置されている。電子秤５により計測された麺を含む番重４の重量は、コントローラ３に入力される。

コントローラ３は内部のメモリに記憶されている制御プログラムに基づきロボット２を制御して、番重４から麺の一部をトング６により把持させると、小容器の一例であるホッパ７（１）〜７（６）に投入させる。ホッパ７（１）〜７（６）は、コントローラ３が排出機構８を制御することで、投入された麺を排出するために用いられる。コントローラ３は制御装置の一例である。ティーチングペンダント１１は、作業者がロボット２のティーチングを行うための入力操作をコントローラ３に対して行う際に使用される。

図３に示すように、排出機構８は、走行レール９に乗った状態の排出容器１０を走行レール９に沿って直線的に移動させる駆動部と、排出容器１０の上方に位置するホッパ７を傾斜させる駆動部とを有している。但し、これら駆動部の図示は省略している。ホッパ７は、縦断した円筒の一方の底面を開放した形状であり、その開放した方が排出容器１０側である内側を向くように配置されている。ホッパ７は、常には水平を維持する状態で支持されており、駆動部によって外側が持ち上げられるように傾斜されると、投入されている麺が排出容器１０に落下する。

次に、本実施形態の作用について図４から図１０を参照して説明する。図４に示すように、コントローラ３は、大きく分けて３つの処理を実行する。すなわち、把持量の測定（Ｓ１），目標値組み合わせの確認（Ｓ２），ホッパ７からの排出（Ｓ３）である。

図５に示すように「把持量の測定」では、先ず電子秤５により番重４の重量を計測し、（ｎ−１）の重量値とする（Ｓ１１，第１ステップ）。次に、ロボット２を制御して、番重４から麺の一部をトング６により把持させると（Ｓ１２，第２ステップ）、番重４の重量を再度計測してｎ重量値とする（Ｓ１３）。そして、（ｎ−１）重量値とｎ重量値との差を求め、その差をロボット２がステップＳ１２で把持した麺の重量ｎとする（Ｓ１４，第３ステップ）。

図６に示すように「目標値組合わせの確認」では、その時点で各ホッパ７に投入されている麺の重量と、ロボット２が把持している麺の重量ｎとの組合せを計算する（Ｓ２１）。ここでの組み合わせは、ホッパ７の数が「６」であれば以下のようなパターンになる。但し、例えば麺の目標重量が１００ｇであり、１回の把持量が概ね３０ｇ〜５０ｇ程度であるとすると、４回の組み合わせでは略確実に１００ｇを大幅に超えることが想定されるため、最大組合せ数は「３」とする。
組合せ１：把持量ｎ＋ホッパ（１）
２：把持量ｎ＋ホッパ（１）＋ホッパ（２）
３：把持量ｎ＋ホッパ（１）＋ホッパ（３）
…
６：把持量ｎ＋ホッパ（１）＋ホッパ（６）
７：把持量ｎ＋ホッパ（２）
８：把持量ｎ＋ホッパ（２）＋ホッパ（３）
…
２０：把持量ｎ＋ホッパ（２）＋ホッパ（６）
２１：把持量ｎ＋ホッパ（３）
ホッパ７の数がｘであれば、パターン数はｘ（１＋ｘ）／２となる。

ここで、組み合わせの重量が麺の既定量，すなわち目標値に対して０％〜＋３％の範囲内であればＯＫとする。つまり、目標値が例えば１００ｇであれば１００ｇ〜１０３ｇまでの組み合わせを目標成立とする。目標値に対して０％〜＋３％となる組み合わせが無ければ（Ｓ２２；ＮＯ）、各ホッパ７の重量と把持量ｎとの合計を計算する（Ｓ２６）。そして、合計が閾値を超えないホッパ７が１つ以上あるか否かを判断する（Ｓ２７）。すなわち、何れのホッパ７に把持量ｎを加えても１０３ｇを超えるようであれば（ＮＯ）、把持量ｎが多過ぎであることになる。したがって、ロボット２の手先を、番重４内で未だ麺が残っている位置に移動させてから、トング６を開いて麺を番重４に戻し（Ｓ２９）再試行させる。

ここで、ロボット２が一旦把持した麺を未だ麺が残っている位置に戻せば、図１４に示すように、その位置における麺の量は確実に増加する。したがって、ロボット２が次回に前記位置より把持する麺の量に変化を与えることができる。尚、「未だ麺が残っている位置」については、例えば番重４の麺の初期重量や、トング６により把持される麺の平均重量、既に１回以上麺を把持した位置か否か等の情報によってコントローラ３が判断すれば良い。また、ＣＣＤカメラのような撮像素子を用い、番重４内の麺の状態を画像処理により把握することで判断しても良い。

一方、ステップＳ２７において、合計が閾値を超えないホッパ７が１つ以上あれば（ＹＥＳ）、ロボット２が把持している麺をそのホッパ７に投入させて、そのホッパ７の重量を把持量ｎを加えて更新する（Ｓ２５，第４ステップ）。

上記の処理を繰り返すことで、目標値に対して０％〜＋３％となる組み合わせが発生すると（Ｓ２２；ＹＥＳ）、目標値に最も近くなる組合せとなるホッパ７の番号を排出対象として決定する（Ｓ２３）。そして、ロボット２が把持している麺を排出対象のホッパ７に投入させて前記ホッパ７の「排出フラグ」のステータスをオンにする（Ｓ２４）。ここでステータスがオンになるホッパ７は１つ以上である。それから、ステップＳ２５に移行する。

図７に示すように「ホッパからの排出」では、「排出フラグ」のステータスがオンのホッパ７があるか否かを判断し（Ｓ３１）、そのホッパ７があれば（ＹＥＳ）排出容器１０への排出処理を行う（Ｓ３２）。そして、排出させたホッパ７の重量を０ｇに更新して「排出フラグ」のステータスをオフにする（Ｓ３３）。

例えばホッパ７（３）とホッパ７（６）との組み合わせが目標成立となった場合の、排出機構８による動作例を図８に示す。（Ａ）排出容器１０が、初期位置であるホッパ７（１）及び７（２）の下方から、（Ｂ）ホッパ７（３）の下方に移動して停止する。（Ｃ）そして、ホッパ７（３）を傾斜させて収容されている面を排出容器１０に落下させる。（Ｄ）次に、排出容器１０が、ホッパ７（６）の下方に移動して停止する。（Ｅ）そして同様に、ホッパ７（６）を傾斜させて収容されている面を排出容器１０に落下させる。（Ｆ）これにより、排出容器１０に収容された面の重量が目標成立相当値になる。

図９は、ロボット２が番重４より麺を把持させる位置の順序の一例を示すもので、番重４の平面を４×４＝「１６」の区画に分割して、図中では丸数字である（１）〜（１６）の順で麺を把持させる。図１０は、各ホッパ７（１）〜７（６）に対する投入重量の変化の一例を示す。ホッパ７（１）〜７（６）の初期重量は０ｇであり、６回目まではホッパ７（１）〜７（６）に順次麺を投入する。

７回目におけるロボット２の把持量ｎが３２．５ｇであったとする。この時、ホッパ７（３），７（６）及び把持量ｎの合計が
３６＋３４．５＋３２．５＝１０３（ｇ）となる。したがって、コントローラ３は、ホッパ７（３）に麺を投入させた後、ホッパ７（３），７（６）の「排出フラグ」のステータスをオンにして、これらの麺を排出容器１０に排出させる。これにより、ホッパ７（３），７（６）の重量は０ｇとなる。

続く８回目におけるロボット２の把持量ｎが３０．５ｇであり、この時点で合計が１００ｇ〜１０３ｇの範囲になる組合せは無いので、麺をホッパ７（３）に投入する。次の９回目におけるロボット２の把持量ｎが２７．５ｇであったとする。この時、ホッパ７（１），７（３）及び把持量ｎの合計が
４４．５＋３０．５＋２７．５＝１０２．５（ｇ）となる。したがって、コントローラ３は、ホッパ７（１）に麺を投入させた後、ホッパ７（１），７（３）の「排出フラグ」のステータスをオンにして、これらの麺を排出容器１０に排出させる。

次に、ロボット２が番重４から麺を把持する順序の好ましいバリエーションについて図１１から図１３を参照して説明する。各図において丸数字の右隣に示す数字は、それ以前の把持位置によって影響を受ける矩形枠の辺の数を示している。例えば、図９では上記の数字を示していないが、（２）又は（５）の把持位置は、破線で示すようにそれ以前の把持位置（１）によりそれぞれ１辺だけ影響を受ける。

把持位置（１）における麺の量はその周辺位置よりも減少するので、その把持位置（１）に接している位置（２）や（５）における麺の量も、位置（１）の麺の量が減少した影響を受けて変化する可能性が高い。つまり「影響を受ける」とは、ある位置で麺が既に把持されていることで、今回の麺の把持量ｎにばらつきが生じ易くなることを意味する。

図１１において、（１）の把持位置は過去の把持位置が無いので「０」であり、（２）の把持位置は、図９と同様に１辺だけ影響を受けるので「１」となる。また、（６）の把持位置は、過去の把持位置（３），（５）により２辺に影響を受けるので「２」となる。図１２に示すように、把持位置（１）を番重４の隅以外に設定しても良い。この場合、以降の把持位置（２）〜（５）の１辺が、把持位置（１）の左，下，右，上の各辺に接するように設定すれば、影響を受ける数は何れも「１」となる。

また、図１３に示すように、（１）〜（１２）まで番重４の外周に沿うように把持した後に、（１３）〜（１６）を番重４の内部側として渦巻き状の順序にすると、（１４）及び（１５）が影響を受ける数は「３」となり、（１６）が影響を受ける数は「４」となる。したがって、把持量ｎのばらつきをより大きくすることができる。

以上のように本実施形態によれば、コントローラ３は、電子秤８により多量の麺が収容されている状態の番重４の重量を検知し、ロボット２のアームが番重４から麺の一部を把持して複数のホッパ７に投入する動作を行う際に、ロボット２に把持させた前後の番重４の重量の差分より把持された麺の重量を検知して複数のホッパ７に順次投入させる。その際に、複数のホッパ７の何れか１つ以上に既に投入された麺の重量と今回ロボット２が把持した麺の重量との合計が、既定の重量を基準とする閾値の範囲内に収まると、その合計が既定の重量に最も近くなるホッパ７を選択して投入させる。

このように構成すれば、例えば調理済みの麺類のように互いに絡み易い状態にあり、ロボット２がトング６で把持する重量を一定にするのが困難な食品であっても、１つ以上のホッパ７に投入された麺とロボット２が把持した麺との重量の組み合わせをチェックすれば、閾値の範囲内に収まる組み合わせができる可能性が高くなる。したがって、従来は自動化することができなかった麺を略一定量に小分けする作業を、ロボット２を用いて自動化することが可能になる。

また、コントローラ３は、ロボット２に番重４より麺の一部を今回把持させる位置を、過去に麺を把持したことで麺の量が変動した範囲が係るように設定する。すなわち、ロボット２が番重４より麺の一部を把持すれば、その把持された位置の麺の量は周辺よりも相対的に少なくなる。したがって、今回麺を把持させる位置を、上記のように麺の量が変動した範囲が係るようにすれば、ロボット２が把持する麺の重量にばらつきを生じさせることが期待できる。そして、上記の重量にばらつきが生れば、既にホッパ７に投入された麺の重量と組合せた値のバリエーションが増加するので、重量の組合せ値が閾値の範囲内に収まる可能性をより高めることができる。

更に、コントローラ３は、ロボット２に番重４より麺の一部を把持させる位置を一定の順序で変化させる。これにより、ロボット２が毎回把持する麺の重量に、より確実にばらつきを生じさせることが期待できる。

加えて、コントローラ３は、既にホッパ７に投入された麺の重量と今回ロボット２が把持した麺の重量との合計が閾値の範囲を超えると、ロボット２が把持している麺を、番重４内で未だ麺がある位置に戻してから再度把持させる。これにより、ロボット２が次に把持する麺の重量を変化させて、重量の合計を閾値の範囲内とするために再試行させることができる。また、ロボット２が把持している麺を、麺が未だ残っている位置に戻すことで、その位置における麺の量は確実に増加するので、ロボット２が次回に前記位置より把持する麺の重量にも変化を与えることができる。

尚、本実施形態では、「可能性」や「期待」といった曖昧性のある文言も使用しているが、これは、麺のように細長い形状の食品の一部を定量的に取り扱うことが現実的に困難であることに基づいている。しかしながら、本実施形態のように処理を実行することにより、ロボットを用いて多量の食品からその一部を一定量に小分けする作業が現実的に達成できる方向に近付く、ということは確実に言えるはずである。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
「既定の重量を基準とする閾値の範囲内」は、＋０％〜＋３％以内に限ることはない。
目標重量は、１００ｇに限らない。
ホッパの数は、「５」以下又は「７」以上でも良い。
番重４より麺を把持する順序は、必ずしも図９，図１１〜図１３に示すものに限らない。
番重４の平面を分割する区画数は「１６」に限ることなく、例えば「９」や「２５」でも良く、また平方数に限ることもない。
食品は麺類に限ることなく、その他例えば千切りされたキャベツやもやし等でも良い。
ロボットは、垂直６軸型に限ることはない。

図面中、１はロボット制御システム、２はロボット、３はコントローラ、４は番重、５は電子秤、６はトング、７はホッパ、８は排出機構、９は走行レール、１０は排出容器１０を示す。

Claims (1)

1. 細長い形状の食品が多量収容されている大容器の食品の一部を把持して複数の小容器に投入する動作を行うロボットにおいて、
   前記ロボットに把持された食品の重量を検知し、
   前記小容器の食品の重量と今回ロボットが把持した食品の重量との合計が、既定の重量を基準とする閾値の範囲内に収まる小容器を前記複数の小容器のうちから選択して投入させるように制御し、
   前記ロボットに前記大容器より前記食品の一部を今回把持させる位置は、前記ロボットが過去に食品を把持したことにより少なくとも影響を受ける位置であるロボットの制御システム。
   

Images