JP4899173B2 - カッタ機構及び食肉切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、食肉用家畜屠体のうで部位又はもも部位等の骨付き食肉を骨表面に沿って骨の長手方向に切断する作業を人手に拠らず機械化可能とし、これによって該骨付き食肉の除骨作業の能率を向上させたカッタ機構及び該カッタ機構を用いた食肉切断装置に関する。

本発明者等は、先に半自動化した豚もも部位の除骨機と該除骨機を用いた豚もも部位の除骨方法を提案している（特許文献１；特開２０００−１０６８１８号公報）。
この除骨装置は、ワークの足首部を搬送チェーンに取り付けられて移動するクランパで懸垂して搬送しながら前処理工程、下腿骨除骨工程及び大腿骨除骨工程を行なうようにしたものである。即ちすべての処理工程でワークを宙吊りに懸垂した状態で行ない、ワークの自重の影響を最小限に抑えるようにし、かつまな板上での作業を排除してまな板からの細菌類の付着を防止した衛生的な除骨作業を行なえるようにするとともに、人手による作業を最初の前処理工程のみとし、作業の能率化と労働の低減を図ったものである。

前記前処理工程では、ワークをクランパで搬送しながら作業員がワークの腰骨に当る寛骨と仙尾骨を除去し、下腿骨及び大腿骨の筋入れ等を行なう。前処理後の自動化された工程では、各ステーションにおいてワークをクランパで宙吊り状態としながらミートセパレータで骨に付着した肉を引き剥しながらカッタ機構により下腿骨又は大腿骨の周回りに筋入れを行い、骨に付着した肉、筋、腱等の生体組織を切断し、徐々に肉の分離を行なっていく。この筋入れは、該カッタ機構に対してワークを所定の角度で回転可能とし、骨の長手方向の所定位置で骨の周回りにカッタを入れ、該生体組織を切断できるようにしている。

また本出願人等は、先に骨付き食肉から肉をカッタで切断分離する方法及び装置を提案している（特許文献２；特開２００４−３２１０３２号公報）。
この発明は、カッタ及びに併設され該カッタから一定量だけ該カッタに先行して配置されたカッタガイドを骨付き食肉側に移動させて該カッタガイドの端部と骨の表面との接触を検知し、この検知信号に基づきカッタの刃先部を骨の表面近傍で移動させて肉を骨から分離、切断するように構成したものである。

特開２０００−１０６８１８号公報 特開２００４−３２１０３２号公報

しかしながら特許文献１に開示された除骨機では、下腿骨及び大腿骨の筋入れ工程を人手に頼っており、自動化率はそれほど高くない。下腿骨又は大腿骨に沿って長手方向に切断する筋入れは、骨に沿ってかつ骨に刃を食い込ませないように切断刃を操作する必要があり、かつ骨の形状が曲がりやねじれがある複雑な３次元曲線をしているため、筋入れの奥行きを適正にしながら骨の形状に沿って筋入れする作業を機械で自動化することは従来困難であった。

また特許文献２に開示された切断技術は、カッタに併設されたカッタガイドを一旦骨に当ててその検知信号に基づいてカッタの移動を制御するようにしているため、骨付き腿肉等骨付き食肉の骨に向かってカッタを当ててから該骨の周回りにカッタを移動させて骨に付着した肉、筋、腱等の生体組織を切断、分離する場合には適しているが、前述の筋入れ工程のように骨の表面に沿って骨の長手方向にカッタを移動させる場合には不向きである。
このような事情から骨付き食肉の骨の表面に沿って筋入れを行なう作業は機械により自動化することができず、人手により行なわざるを得なかった。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、食肉用家畜屠体の骨付き食肉、例えば豚もも部位等の骨付き腿肉の除骨作業で行われる筋入れ工程において、従来人手で行なっていた筋入れ工程を機械によって自動化可能とし、これによって除骨作業全体の自動化率を高めて作業能率を向上させ、かつ歩留まりの向上を図ることができるカッタ機構及び該カッタ機構を用いた食肉切断装置を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のカッタ機構は、
食肉用家畜屠体の骨付き食肉を骨の表面に沿って切断するカッタ機構において、
切断動作を行なうカッタと、
該カッタを取り付けた支持アームを駆動して該カッタに切断動作を行なわせるカッタ駆動手段と、
該カッタの進行方向に対し交差する方向に移動可能となるように該支持アームに取り付けたスライド機構と、
前記スライド機構のスライド方向の垂直面に設けた揺動軸に対して該カッタを揺動可能に支持し、該揺動軸を該カッタの進行方向に対して該カッタより先行する位置に設けた揺動機構と、
前記揺動機構に対してスライド方向に負荷がかかっていない状態において前記揺動機構が一定位置に留まるように弾性力を付勢する手段と、を備え、
前記カッタ駆動手段による切断動作軌跡と前記骨付き食肉の骨の表面形状との差を該スライド機構で補って該カッタを該骨の表面に沿わせるようにするとともに、該揺動機構により該カッタの切り込み角度を該カッタの進行方向に向くように構成したものである。

従来食肉に限らず比較的複雑な切断工程を機械化する場合には、多軸多関節ロボットアームを用い、該ロボットアームの先端にカッタを装着し、予め設定された該カッタの切断動作プログラムに基づいて該カッタを予め設定された切断動作軌跡を辿らせるようにしている。
しかし骨付き食肉を除骨するための切断工程においては、該骨付き食肉に個体差が存在するため、前述のように予め設定された切断動作軌跡では個体差に起因した該カッタの切断動作軌跡の誤差を解消することができない。

これに対し本発明のカッタ機構では、前記カッタ駆動機構、スライド機構及び弾性力付勢手段により、個体差に起因した切断動作軌跡の誤差を補うようにしている。まずカッタ機構は予め設定された切断動作プログラムに従ってカッタ駆動手段によって作動される。該設定された切断動作プログラムによるカッタの初期位置は、切断対象となる骨付き食肉の個体差に拘らず常に該骨付き食肉の骨の表面に沿うように設定される。
このときの該切断動作プログラムによるカッタの初期位置と実際の切断対象となる骨付き食肉の骨表面の位置との誤差は前記スライド機構及び弾性力付勢手段によりカッタの前記揺動支点をカッタ進行方向と交差する方向にスライドさせることにより吸収する。その後該誤差を該スライド機構によって吸収しながらカッタを該骨付き食肉の骨の表面に沿って該骨の周方向又は長手方向に沿って移動させることにより、該骨の表面に付着した肉を切断する。

また本発明のカッタ機構では、カッタを前記揺動支点を介して支持アームに取り付け、該揺動支点を該カッタよりカッタ進行方向に先行する位置にあるので、支持アームを骨の表面に沿って進行させると、該カッタは骨表面からの反力を受けて、該揺動支点を中心として骨表面に沿うように切り込み角度を変更する。
このように支持アームが切断動作プログラムに従う動きをすると、カッタは前記スライド機構、弾性力付勢手段及び揺動機構により、切断対象となる骨付き食肉の個体差を補いながら、骨付き食肉の骨表面に沿う切り込み角度で該骨表面に沿う動きをすることができる。

なお本発明のカッタ機構において、前記スライド機構は、前記支持アームに前記カッタの進行方向と交差する方向に向けて取り付けたリニアガイド部材を備え、前記揺動機構を前記リニアガイド部材に取り付けて構成することができ、また前記弾性力付勢手段は、該揺動機構の両側にバネ部材を設けてスライド方向に負荷がかかっていない状態のときに前記揺動機構が一定位置に留まるように弾性力を付勢するように構成することができる。
またカッタの刃先を断面がＶ字形状に形成するようにすれば、カッタ面の左右どちら側からでも切断が可能になり、切断動作の自由度を増すことができる。

このように本発明のカッタ機構によれば、骨付き食肉の骨の表面に沿った切断、即ち骨の長手方向に対して直交する方向にカッタを当て骨の周回りにカッタを動かして骨の周囲に付着した肉、筋、腱等の生体組織を切断分離する場合のみならず、骨の表面に沿って長手方向にカッタを動かして該骨に付着した肉等の生体組織を切断分離する場合でも、カッタを骨に食い込ませることなく骨に沿って正確に動作できるので、該骨の表面に付着した肉を歩留まり良く切断することができる。

また、本発明の食肉切断装置は、
食肉用家畜屠体の骨付き食肉を骨の表面に沿って切断する装置において、
上記の構成を有するカッタ機構と、
切断対象となる骨付き食肉の部位又は大きさ、形状を判別する手段と、
該骨付き食肉の部位又は大きさ、形状に応じてカッタの動きを予め設定した複数の切断動作プログラムと、
該複数の切断動作プログラムの中から該判別手段の判別結果に対応する切断動作プログラムを選出する手段とを備え、
該選出手段によって選出された切断動作プログラムに従って前記カッタ機構を駆動させるように構成したものである。

本発明の食肉切断装置においては、予め複数の切断動作プログラムを用意しておき、切断工程の前段に設けられた前記判別手段により切断対象となる骨付き食肉の部位又は大きさ、形状を判別し、該判別結果に対応した切断動作プログラムを選出し、この選出された切断動作プログラムに従ってカッタ機構の支持アームをカッタ駆動装置で駆動するようにしているため、切断対象となる骨付き食肉の実際の切断動作軌跡に近い切断動作プログラムでカッタを動かすことができる。
例えば家畜屠体のうで部位又はもも部位では、左うでか右うでか、左脚か右脚かを判別したり、あるいは該骨付き食肉の全長、特定骨間の距離（例えばうで部位であれば、足首部から大腿骨頭までの長さ）等を検知し、これらの判別結果及び検知結果に対応した切断動作プログラムを選出する。

しかし選出された切断動作プログラムと切断対象となる骨付き食肉とは該骨付き食肉の個体差による誤差が残る。そのため本発明では、前記揺動機構、スライド機構及び弾性力付勢手段によりその個体差を補うことができる。
例えば切断対象となる骨付き食肉が豚もも部位である場合は、前記判別手段が、脂肪面が常に同一方向を向くように足首部を把持して前記クランプ装置に懸垂した豚もも部位の下方から、前記豚もも部位の中心と同一線上に揺動中心点を持つプレートを上昇させ、該プレートが大腿骨頭に接触して傾斜した方向を検出して左脚又は右脚の別を判別する左右判別手段と、前記プレートの上昇量を検出して該上昇量から該豚もも部位の長さを演算するワーク長検出手段とからなり、前記構成の判別手段により左脚又は右脚の判別を行い、またワーク長を検出して、この判別結果に対応した切断動作プログラムを選出する。
従って左脚又は右脚の別、又はワーク長に拘らず複数の切断動作プログラムの中から切断対象となる骨付き食肉に最も近い切断動作プログラムを選出することができる。

また、豚もも部位の左脚又は右脚の別な判別手段として、脂肪面が常に同一方向を向くように足首部をクランプ装置に懸垂された豚もも部位を左右両側から挟み込む位置に配置された二対の計測アームと、各計測アーム間の間隔を可変とし該豚もも部位を挟んだ位置で該計測アームを停止させる駆動装置と、停止した該左右二対の計測アーム間の間隔を検知しそれらの大小を比較して左脚又は右脚の別を判別する左右判別手段と、を備えるようにしてもよい。

豚もも部位は通常前処理として寛骨を除去される。寛骨を除去した後の豚もも部位は、左右で厚さが異なる。この構成の左右判別手段は、これを利用して左脚又は右脚の判別を行なう。かかる構成によれば、懸垂された豚もも部位を二対の計測アームで左右から挟むようにしているので、クランプ装置に懸垂された豚もも部位に多少の揺れがあっても、その揺れを抑えながら、確実に精度良く左脚又は右脚の判別を行なうことができる。しかも2対の計測アームを用意するだけでよいので、大掛かりな構成とならず、かつ複雑な制御装置を必要としない。

また、別な構成をもつワーク長検出手段を設けてもよい。このワーク長検出手段は、筋入れ手段のクランプ装置移動方向上流側に配置され、脂肪面が常に同一方向を向くように足首部をクランプ装置に懸垂された豚もも部位の下方から、該クランプ装置と同一方向かつ同速度で移動しながら該豚もも部位に向かって前進かつ上昇可能に構成された台座と、該台座に回動可能に設けられ大腿骨頭に当って下方に回動する検知アームと、該台座に設けられ該検知アームの接近又は接触を検知するスイッチと、該検知アームの前方に位置して該台座に回動可能に設けられ、該台座が該豚もも部位に接近したときに最初に該豚もも部位下部に接触し、該検知アームと豚もも部位下部との間隔を保つとともに、豚もも部位からの反力により下方に回動する押し退けアームと、該スイッチが該検知アームの接近又は接触を検知したときの該台座の上昇量を検出して該上昇量から該豚もも部位の長さを演算するワーク長検出手段を設けたものである。

かかる構成では、前記押し退けアームを設けたことにより、検知アームを確実に大腿骨頭に接触させることができる。押し退けアームがない状態では、台座が豚もも部位側に接近かつ上昇した時、検知アームが大腿骨頭以外の部位に当り、該に引っかかって、大腿骨頭に確実に接触できない場合が起こり得る。前記構成では、台座が豚もも部位に接近かつ上昇した時、押し退けアームが検知アームの前方に位置しているので、先ず押し退けアームが豚もも部位下部のどこかの部分に当たる。そして、押し退けアームが豚もも部位を押し退けるので、検知アームと豚もも部位下部との間で一定の間隔を保つことができるため、検知アームが豚もも部位の下部に係止することがない。その後押し退けアームは豚もも部位からを押し退けながら台座の上昇に伴って豚もも部位からの反力を受けて下方に回動するため、検知アームが大腿骨頭に接近することができる。これによって、検知アームを確実に大腿骨頭に接触させることができる。

本発明のカッタ機構によれば、切断動作を行なうカッタと、 該カッタを取り付けた支持アームを駆動して該カッタに切断動作を行なわせるカッタ駆動手段と、該カッタを揺動支点を介して揺動可能に該支持アームに取り付けるとともに、該揺動支点を該カッタの進行方向に対して該カッタより先行する位置に設けた揺動機構と、該揺動支点を該カッタの進行方向に対し交差する方向に移動可能となるように該支持アームに取り付けたスライド機構と、該揺動支点が該スライド機構の一定位置に留まるように弾性力を付勢する手段と、を備え、前記カッタ駆動手段による切断動作軌跡と前記骨付き食肉の骨の表面形状との差を該スライド機構で補って該カッタを該骨の表面に沿わせるようにするとともに、該揺動機構により該カッタの切り込み角度を該カッタの進行方向に向くように構成したことにより、従来人手で行なっていた筋入れ工程を機械により自動化できるため、作業員の労働を軽減させ、切断作業の能率の向上させることができる。またこれによって切断工程を含む除骨作業の自動化率を高めて作業能率を向上させ、かつ切断対象となる骨付き食肉の個体差を補ってカッタの切断動作を正確に行なうことができるので、骨に残留する肉を低減し、歩留まりを向上することができる。

また本発明の食肉切断装置によれば、前記構成を有する本発明のカッタ機構と、該カッタ機構の前段に配設され切断対象となる骨付き食肉の部位又は大きさ、形状を判別する手段と、該骨付き食肉の部位又は大きさ、形状に応じてカッタの動きを予め設定した複数の切断動作プログラムと、該複数の切断動作プログラムの中から該判別手段の判別結果に対応する切断動作プログラムを選出する手段とを備え、該選出手段によって選出された切断動作プログラムに従って前記カッタ機構を駆動させるように構成したことにより、前記本発明のカッタ機構による作用効果に加え、切断対象となる骨付き食肉の部位又は大きさ、形状等の性状に合わせて該骨付き食肉に近い切断動作プログラムを選出することができるので、切断対象となる骨付き食肉の個体差を吸収することがさらに容易になり、更に正確な切断動作を行なうことができる。

本発明のカッタ機構の実施形態（第１実施形態）を示す立面図である。 前記第１実施形態を示す平面図である。 前記第１実施形態を示す側面図である。 前記第１実施形態に係るカッタ機構の動作説明図である。 本発明の切断装置を豚もも部位の除骨に適用した実施形態（第２実施形態）の判別手段を示す立面図である。 前記第２実施形態の切断工程を示す全体構成図である。 図６の平面図である。 前記第２実施形態の制御装置を示すブロック線図である。 前記第２実施形態の切断工程での切断位置を示し、(ａ)は豚もも部位の縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う下腿骨部の横断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う大腿骨部の横断面図である。 本発明の第３実施形態に係る左右判別装置１１０の立面視説明図である。 図１０中のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。 前記第３実施形態の左右判別装置１１０の駆動装置の説明図である。 本発明の第４実施形態のワーク長検出手段１３０の立面図である。 前記第４実施形態のワーク長検出手段１３０の立面図である。 前記第４実施形態のワーク長検出手段１３０の立面図である。 前記第４実施形態のワーク長検出手段１３０の平面図である。 本発明の第５実施形態に係る背面サポート機構１５０の平面図である。 前記第５実施形態の背面サポート機構１５０の一部平面図である。 前記第５実施形態の背面サポート機構１５０の一部立面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
第１実施形態のカッタ機構を示す図１〜３において、本実施形態のカッタ機構１０は、６軸多関節ロボット１１のロボットアーム１２にカッタ１５を装着し、該ロボット１１の本体に設けられたカッタ駆動装置１３によってカッタ１５を動作させるようにしたものである。カッタ１５は、該カッタ１５と同一方向に配置された揺動軸１４に一体に取り付けられ、該揺動軸１４は基台１６に正逆に（図３の矢印ｃ方向に）回転可能に支持されている。またカッタ１５の刃先１５ａの断面は鋭角なＶ字形をなし、カッタ１５のどちら側の面からでも肉部の切断が可能になっている。

カッタ１５は、ロボットアーム１２の動きに追従して進行方向ａに移動するが、揺動軸１４を介してロボットアーム１２に取り付けられ、かつ揺動軸１４の位置は、カッタ１５の進行方向ａに対して先行した位置にある。
一方ロボットアーム１２の先端部１２ａには、基台１７がロボットアーム１２によって動作されるカッタ１５の進行方向（矢印ａ方向）に対して直交する方向に向けて取り付けられ、基台１７にはリニアガイドレール１７ａが基台１７の長手方向に沿って設けられている。また基台１６は、リニアガイドレール１７ａに矢印ｄ方向に摺動可能に嵌合している。

また基台１６は、リニアガイドレール１７ａの上方にリニアガイドレール１７ａと同一方向に配設されたリニアガイド棒１９に対しても摺動可能に嵌合され、基台１６の両側でリニアガイド棒１９の周囲にコイルバネ１８，１８が装着されて、基台１６がリニアガイドレール１７ａの中央に位置されるように弾性力を付勢している。

かかる構成の第1実施形態において、カッタ駆動装置１３には予め切断対象となる骨付き食肉に対応した切断動作プログラムが記憶され、該切断動作プログラムに従ってカッタ１５の移動軌跡が決められる。
図４でカッタ１５の切断動作を説明する。該切断動作プログラムは、カッタ１５の初期位置が骨付き食肉Ｍの骨ｂの表面に当る位置に設定されているので、図４に示すように、まずカッタ１５は骨ｂに当る位置まで挿入される。

このとき該切断動作プログラムによる初期位置と実際の骨ｂの位置とに個体差による誤差があると、カッタ１５が骨の反力を受けて基台１６がリニアガイドレール１７ａ上で左右どちらかに摺動してその誤差を吸収する。
この位置から該切断動作プログラムに従ってロボットアーム１２が骨ｂの表面に沿って矢印ａ方向に移動すると、カッタ１５は揺動軸１４を中心として角度ｃ１だけ回転して骨ｂの表面に沿う方向（ロボットアーム１２の進行方向ａ）に回転する。
このようにカッタ１５は揺動軸１４を中心に骨ｂの表面に沿う方向に回転するので、骨ｂに食い込むことなく、また骨ｂの表面から離れることなく、骨ｂの表面に沿って移動するため、骨ｂの周回りの切断動作のみならず、骨表面に沿った骨長手方向の筋入れをスムーズに行なうことができる。

このように本実施形態によれば、予めカッタ駆動装置１３に記憶された切断動作プログラムに従って、先ずカッタ１５の初期位置を骨付き食肉Ｍの肉部の骨ｂの表面に沿わせる位置とし、該切断動作プログラムと骨付き食肉Ｍの個体差に起因した誤差を、カッタ１５の基台１６をリニアガイドレール１７ａ上を摺動させることによって吸収し、かつカッタ１５をカッタ進行方向ａに対して先行した位置にある揺動軸１４に揺動可能に取り付けたことにより、カッタ進行方向ａに従動回転させることができる。

このためカッタ１５を骨ｂに食い込ませることなく、且つカッタ１５が骨ｂの表面から離れることなく、骨ｂの表面に沿って移動するので、骨ｂの表面に沿って骨ｂの長手方向に向かう切断動作を円滑に行なうことができる。従って骨ｂと肉ｍとの境界を正確に移動できるため、骨ｂに付着した肉を歩留まり良く切断することができる。
このため従来機械による自動化が困難であり、人手で行なっていた骨の表面に沿う長手方向の筋入れが機械により自動化可能になるので、該筋入れ工程を伴う骨付き食肉の除骨作業を効率化でき、作業時間を短縮できるとともに、骨の表面に沿った正確な筋入れが可能になるので、歩留まりも向上させることができる。

（実施形態２）
次に本発明の切断装置を豚もも部位の除骨作業に適用した第２実施形態を図５〜９により説明する。図５は本実施形態の除骨対象となる豚もも部位（以下ワークという。）の左脚又は右脚の判別を行い、またワーク長を検知する判別工程を示す。ワーク１は、足首７側から下腿骨２、大腿骨３、及び大腿骨３のひざ関節部４付近の前側に位置するさら骨（膝蓋骨）５、及びこれらの骨を取り巻く肉部６とからなる。

該判別工程の前段階で、前処理工程として作業員による手作業で寛骨（不図示）が除去される。その後作業員が寛骨が除去されたワーク１の足首部７を、図７に示すように、クランパ３１に右脚又は左脚の区別なくランダムに把持させ懸垂する。クランパ３１は、図７に示すクランパ移動チェーン３２に等間隔で取り付けられ水平方向（矢印ｆ方向）に定速で移動し、移動しながらワーク１の自動化された除骨作業を行なう。このときワーク１は脂肪層側１ａを背面側（カッタ機構１０を設置した側と反対側）に向けて懸垂される。

図５に示す判別工程では、クランパ３１で懸垂され移動してきたワーク１の下方には、判別装置２０が設けられている。判別装置２０は、クランパ３１に脂肪層側（図６及び図７中の符号１ａ）を背面にして懸垂されたワーク１の大腿骨頭３ａが、右脚の場合は右側に、左脚の場合は左側に位置することを利用して、右脚か左脚かの判別を行う。
判別装置２０は、昇降台２４と、昇降台２４に揺動可能に取り付けられたセンシングプレート２１と、該昇降台２４を昇降可能にするエアシリンダ２５とから構成されている。センシングプレート２１の揺動中心点Ｐはワーク１の中心線Ｃと同一線上に配置されている。また昇降台２４はエアシリンダ２５のシリンダロッド２６に昇降可能に取り付けられ、昇降台２４の左側端部には左脚用近接センサ２３が取り付けられ、昇降台２４の右側端部には右脚用近接センサ２２が取り付けられている。

かかる構成において、移動してきたワーク１に対して、エアシリンダ２５によってセンシングプレート２１を大腿骨頭３ａの下方から矢印ｅ方向に上昇させる。センシングプレート２１が大腿骨頭３ａに接触すると、接触した側が下方に傾斜する。近接センサ２２又は２３で下方に傾斜した側のセンシングプレート２１を検出して、センシングプレート２１の傾斜方向を検出する。その結果から右脚か左脚かの判別を行なう。
左右判別時に、センシングプレート２１が大腿骨頭３ａに接触した際の上昇量Ａを測定し、クランパ３１の下面から上昇前のセンシングプレート２１の位置までの距離Ｂから上昇量Ａを減算することにより、ワーク長さＷを演算する。

前記判別工程後、ワーク１をクランパ３１で懸垂し移動しながらワーク１の足首部７の周回りの全周カットを行ない、その後下腿骨２又は大腿骨３の表面に沿いこれら骨の長手方向に切断面を入れる筋入れを行なう。この筋入れ工程を図６〜９により説明する。
この筋入れ工程で使用するカッタ機構は、前記第１実施形態で使用された図１〜３に示すカッタ機構１０と同一構造のものを用いる。図８はこのカッタ機構を制御する制御装置を示す。図８において、コントローラ１００にはカッタ１５の動作軌跡を決める複数の切断動作プログラム１０２が記憶されている。

切断動作プログラム１０２は、右脚又は左脚の別、及びワーク１の長さの大、中、小の別により６種類のプログラムを用意してあり、使用プログラム選別手段１０３では、前記判別工程での左右判別結果を左右脚判別手段１０１から入力するとともに、検出手段２７で検出したセンシングプレート２１の上昇量から演算手段１０４で演算したワーク長さを入力し、これらの判別結果から一番適合した切断動作プログラムを筋入れ前に選定する。この選定された切断動作プログラムによってカッタ駆動装置１３を駆動し、ロボットアーム１２の先端部１２ａを該選定された切断動作プログラムに従って動作させる。
しかし該切断動作プログラムに従った切断動作軌跡だけでは切断対象となるワーク１の個体差に起因した誤差を解消できないので、前記第１実施形態で説明した機構により該誤差を解消した切断動作軌跡とすることができる。

図６及び図７に示すように、筋入れ工程では、ワーク１を矢印ｆ方向にクランパ３１で定速で搬送しながらワーク１の揺動を固定手段で防止している。クランパ３１はクランパ移動チェーン３２に等間隔で取り付けられ、定速で移動する。該固定手段は、ワーク１の背面側からさら骨６付近の脂面１ａを押える背面サポート３３と、寛骨を除去した部分を前面側から押えるガイドバー３５とで構成される。

ガイドバー３５は、図７に示すように、ワーク１の搬送路を形成する移動チェーン３２の配設路に沿った方向に位置固定されている。背面サポート３３は、ワーク１の移動速度と等速で移動する移動チェーン３４に取り付けられ、両端部の面３３ａが前面側に傾斜した八の字形状をしており、脂面１ａ側のサポート機能と、奥行き方向の基準面を決定する機能と、ワーク進行方向に対する押え機能を合わせもっている。

このように筋入れ工程では、ワーク１をクランパ３１と、背面サポート３３と、ガイドバー３５とにより、ワーク１の上部、中央部及び下部で３点支持するより、ワーク１を揺動させることなく移動でき、ワーク１の正確な位置に筋入れを行なうことができる。この筋入れ工程を経た後、下腿骨２及び大腿骨３からの肉部の引き剥し工程を経てワーク１の骨と肉が分離される。

なお図９は、４箇所の筋入れライン５６〜５９を行なった下腿骨部及び大腿骨部の横断面を示す。下腿骨２（脛骨２ａと腓骨２ｂとからなる。）の周囲はちまき５１とすね肉５２で囲まれ、大腿骨３の周囲はしんたま５３、うちもも５４及びそともも５５で囲まれている。まず筋入れライン５６は、ひざ関節４の上部から入り、カッタ先端は大腿骨３の表面に達して該表面を沿うようにし、カッタの中間部はうちもも５４としんたま５３の間の膜に沿い、大腿骨３の下端まで切断するラインである。

筋入れライン５７は、下腿骨２の上部からひざ関節４の下側までの筋入れである。筋入れライン５８は、下腿骨２の上部から入りちまき５１に入り、カッタ先端がさら骨５の側面を通り、ひざ関節４の下側まで達するものである。また筋入れライン５９は、さら骨５の側面を丸刃カッタで縦方向にカットするものである。なお図９の（ｂ）と（ｃ）で筋入れライン５８が約９０度ずれているが、これは下腿骨２から大腿骨３に向けて骨がねじれているためであり、筋入れライン５８も骨に沿うため、ねじれたラインとなる。
このように下腿骨２の上部からひざ関節４の下側まで下腿骨２の表面に沿った筋入れ５７及び５８と、下腿骨２の上部からひざ関節４を経てしんたま５３とうちもも５４の境界をなす膜部を切断した筋入れ５６を行なうことにより、後工程で下腿骨２及び大腿骨３からの肉の引き剥しを容易にすることができる。

第２実施形態によれば、左脚又は右脚の別およびワーク長の大、中、小に応じて用意された６種類の切断動作プログラムの中から、判別装置２０で判別した左脚又は右脚の判別結果及びワーク長の検知結果に対応した切断動作プログラムを選定し、該選定された切断動作プログラムを使用して豚もも部位１の筋入れを行い、またカッタ機構１０の揺動機構及びスライド機構により該選定された切断動作プログラムと切断対象となる豚もも部位１との個体差に基づく誤差を解消しているので、従来人手で行なっていた骨表面に沿って該骨の長手方向に切断する筋入れ作業を多軸多関節ロボットを用いて自動化でき、これによって作業時間を短縮して作業効率を向上できるとともに、骨の表面に沿って骨の長手方向に切断する難しい切断も正確に行なえるので、肉の歩留まりも向上させることができる。

（実施形態３）
次に第３実施形態として、豚もも部位の左脚又は右脚の別な構成の判別手段を図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０は豚もも部位１の縦断面図、図１１は図１０中のＣ−Ｃ線に沿う横断面、図１２は、計測アーム１１１（１１２）の駆動装置である。
図１０及び図１１において、寛骨が除去された豚もも部位（ワーク）１に対して、左右からそれぞれ一対ずつの計測アーム１１１及び１１２がワーク１を挟む位置に接近してくる。そして、一対の計測アーム１１１又は１１２は互いに接近し、ワーク１を挟んだ位置で停止する。図１２で計測アーム１１１又は１１２の駆動機構を説明する。図１２において、計測アーム１１１（又は１１２）にはそれぞれ直角方向にラック１１３及び１１４が接続されている。そして、ラック１１３及び１１４はピニオン１１５に螺合している。

計測アーム１１１（又は１１２）の一方にはエアシリンダ１１６のピストン１１６ａに接続されたピストンロッド１１７が取り付けられ、エアシリンダ１１６の駆動によって計測アーム１１１（又は１１２）間の間隔α（又はβ）が調整されるようになっている。ピニオン１１５にはエンコーダ１１８が取り付けられ、エンコーダ１１８の回転角又は回転数を左右判別手段１１９で検知することにより、間隔α（又はβ）を検知する。エアシリンダ１１６は圧縮性流体である空気で駆動されるので、計測アーム１１１（又は１１２）がワーク１を挟み、ワーク１から一定の反力を受けた時点で、計測アーム１１１（又は１１２）は自動的に停止する。

そして、間隔α及びβを比較し、例えば、α＞βであるときは、ワーク１が右脚であり、α＜βであるときは左脚であると判定する。かかる構成の左右判別装置１１０によれば、ワーク１が左右判別装置１１０の前面にタクト送りされ、左右判別装置１１０の前面で静止した状態で計測アーム１１１及び１１２で両側から挟まれ、完全に固定された状態で計測されるので、確実かつ正確な左脚又は右脚の判別が可能になる。また、装置構成も計測アームなど簡単な構成で済む。

（実施形態４）
次に第４実施形態として、豚もも部位の別な構成のワーク長検出手段１３０を図１３〜図１６に基づいて説明する。図１３〜１６において、台座１３１に設けられたブラケット１３３に回動可能に検知アーム１３２が設けられている。検知アーム１３２の先端部下方の台座１３１には近接スイッチ又はリミットスイッチ１３４（以下「スイッチ１３４」という。）が設けられ、検知アーム１３２がスイッチ１３４に接近又は接触したとき、それをスイッチ１３４が検知した時の台座１３１の上昇量を計測可能に構成されている。

また、台座１３１に立設された支柱１３５に支軸１３６が架設され、支軸１３６に押し退けアーム１３７が取り付けられ、押し退けアーム１３７の先端に水平方向に丸棒１３８が架設されている。押し退けアーム１３７の他端にはカウンタウエイト１３９が取り付けられている。なお、検知アーム１３２の下面には離隔バネ１４０が設けられ、離隔バネ１４０のバネ力により検知アーム１３２に他の力が加わらないときは、検知アーム１３２の先端はスイッチ１３４から離れた上向き位置に保持される。図１６に示すように、押し退けアーム１３７の丸棒１３８は長いので、押し退けアーム１３７は台座１３１の下方に回動することができる。

ワーク１は、寛骨４が除去されているため、下部が深くえぐれて大腿骨頭３ａが露出している。また大腿骨頭３ａとワーク１の下端部１ｂとはそれほど離れておらず、押し退けアーム１３７がない場合、検知アーム１３２がワーク１に接近すると、下端部１ｂに引っかかりやすい。ワーク長検出手段１３０では、台座１３１が先ず矢印ｕ方向に所定位置まで前進した後、矢印ｖ方向に上昇する。図１４に示すように、台座１３１がワーク１に向かって前進かつ上昇すると、押し退けアーム１３７の先端に取り付けられた丸棒１３８がワーク１の下部に当り、ワーク１を押し退けるため、検知アーム１３２がワーク１の下部に当ることはない。そして、丸棒自身もワーク１からの反力を受けて下方に回動する。そして図１５に示す状態となり、台座１３１の上昇により、検知アーム１３２が大腿骨頭３ａに当る。
検知アーム１３２が大腿骨頭３ａに当ることによって、検知アーム１３２が下方に回動し、スイッチ１３４に近接又は接触する。これをスイッチ１３４が検知して、このときの台座１３１の上昇量を計測することにより、図５に示す前記第２実施形態と同様の演算をして、ワーク長Ｗを算出する。

かかるワーク長検出手段１３０によれば、押し退けアーム１３７がまず豚もも部位１に当って豚もも部位１を押し退けた後、検知アーム１３２がワーク１に接触するので、検知アーム１３２がワーク１の下部等に引っかかることなく、確実に大腿骨頭３ａに接触することができる。従って、ワーク長Ｗを確実且つ精度良く検出することができる。

（実施形態５）
次に第５実施形態として、筋入れ工程時のワーク１のサポート機構において、図６及び図７に示すサポート機構とは別のサポート機構を図１７〜１９に基づいて説明する。本実施形態のサポート機構は、ワーク１を背面（脂肪層１ａ側）から支持する背面サポート機構１５０が設けられている。図１８及び図１９に示すように、背面サポート機構１５０は、ワーク１に向かって斜めに配置された基部１５１と基部１５１から両側に斜め前方に八の字状に延びる腕１５２と、基部１５１を支持する支軸１５３とで構成されている。かかる構成の背面サポート機構１５０によってワーク１を斜めに傾斜させて支持することにより、ワーク１の重量が腕１５２に付加されるので、ワーク１に多関節ロボットアーム１１による筋入れ時の負荷が加わってもワーク１を静止させることができる。また、ワーク１を斜めに傾斜させることにより、ロボットアーム１２の筋入れ作業をやりやすくしている。

なお、本実施形態では、前記第２実施形態（図６及び図７参照）で、正面側に配置されているガイドバー３５を用いていない。即ち、背面サポート機構１５０によってワーク１を斜めに支持しているので、該ガイドバー３５を用いなくても筋入れ時のワーク１の固定を可能とする。逆に、該ガイドバー３５を設けないため、ワーク長の異なるワーク１にも対応が可能である。

次に、背面サポート機構１５０の駆動機構を説明する。図１７において、背面サポート１５０は、その基部１５１が支軸１５３を介してブロック１５４に取り付けられている。
ブロック１５４はタイミングベルト１５７に結合している。そして、サーボモータ１５８でタイミングベルト１５７を駆動（回転）させることで、ブロック１５４はクランパと同期して搬送方向ａに動く。
また、ブロック１５４は搬送方向ａと平行に設置した直動（ＬＭ）ガイド１５５にも摺動可能に嵌合されており、ロボットアームからの負荷に対してガタつくことなくスムーズに動作させることができる。筋入れ工程時には背面サポート機構１５０はクランパ３１と同期してクランパ３１と同一速度で搬送方向に移動し、クランパ３１に懸垂されたワーク１を背面から支持している。筋入れ工程の終点位置で、ブロック１５４に取り付けられたエアシリンダ１５６が作動して背面サポート機構１５０が搬送路３２から離れる。クランパ３１の搬送路から後退する。そして、該サーボモータの作動によりワーク１の搬送方向と反対方向に向い、始点位置に戻る。そして、始点位置でエアシリンダ１５６の作動により、再びクランパ３１の搬送路まで前進し、クランパ３１と同期して次のワーク１を背面から支持する。なお、筋入れ工程が複数あり、複数のロボットアームが並置される場合、各筋入れ工程で背面サポート機構１５０は別々に設けられる。

かかる構成の背面サポート機構１５０によれば、サーボモータにより駆動されるため、速度制御が可能になり、クランパ３１の任意の搬送速度に対応できる。また、前記第２実施形態の背面サポート３３のチェーン駆動式のように広い設置スペースを必要としない利点がある。また、背面サポート機構１５０が始点位置に戻るときは、無負荷状態であるので、搬送速度の２〜３倍の速度で戻すことができる。このため、ワーク１の搬送速度の高速化に対応できる。

本発明によれば、食肉用家畜屠体の骨付き食肉の筋入れ工程等骨と肉とを切断する作業、特に骨に沿って骨の長手方向に切断する作業を機械で自動化可能とし、これによって骨付き食肉の除骨作業の能率を大幅に改善でき、かつ作業員の労働を軽減できるようにしたものである。

Claims (7)

1. 食肉用家畜屠体の骨付き食肉を骨の表面に沿って切断するカッタ機構において、
   切断動作を行なうカッタと、
   該カッタを取り付けた支持アームを駆動して該カッタに切断動作を行なわせるカッタ駆動手段と、
   該カッタの進行方向に対し交差する方向に移動可能となるように該支持アームに取り付けたスライド機構と、
   前記スライド機構のスライド方向の垂直面に設けた揺動軸に対して該カッタを揺動可能に支持し、該揺動軸を該カッタの進行方向に対して該カッタより先行する位置に設けた揺動機構と、
   前記揺動機構に対してスライド方向に負荷がかかっていない状態において前記揺動機構が一定位置に留まるように弾性力を付勢する手段と、を備え、
   前記カッタ駆動手段による切断動作軌跡と前記骨付き食肉の骨の表面形状との差を該スライド機構で補って該カッタを該骨の表面に沿わせるようにするとともに、該揺動機構により該カッタの切り込み角度を該カッタの進行方向に向くように構成したことを特徴とするカッタ機構。
2. 前記スライド機構は、前記支持アームに前記カッタの進行方向と交差する方向に向けて取り付けたリニアガイド部材を備え、前記揺動機構は前記リニアガイド部材に取り付けられ、
   前記弾性力付勢手段は、該揺動機構の両側にバネ部材を設けてスライド方向に負荷がかかっていない状態のときに前記揺動機構が一定位置に留まるように弾性力を付勢することを特徴とする請求項１記載のカッタ機構。
3. 前記カッタの刃先を断面がＶ字形状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のカッタ機構。
4. 食肉用家畜屠体の骨付き食肉を骨の表面に沿って切断する装置において、
   請求項１の構成を有するカッタ機構と、
   該カッタ機構の前段に配設され切断対象となる骨付き食肉の部位又は大きさ、形状を判別する手段と、
   該骨付き食肉の部位又は大きさ、形状に応じてカッタの動きを予め設定した複数の切断動作プログラムと、
   該複数の切断動作プログラムの中から該判別手段の判別結果に対応する切断動作プログラムを選出する手段とを備え、
   該選出手段によって選出された切断動作プログラムに従って前記カッタ機構を駆動させるように構成したことを特徴とする食肉切断装置。
5. 前記骨付き食肉が豚もも部位であり、
   前記判別手段が、
   脂肪面が常に同一方向を向くように足首部をクランプ装置に懸垂された豚もも部位の下方から、豚もも部位の中心と同一線上に揺動中心点を持つプレートを上昇させ、該プレートが大腿骨頭に接触して傾斜した方向を検出して左脚又は右脚の別を判別する左右判別手段と、
   該プレートの上昇量を検出して該上昇量から該豚もも部位の長さを演算するワーク長検出手段と、を備えたことを特徴とする請求項４記載の食肉切断装置。
6. 前記骨付き食肉が豚もも部位であり、
   前記判別手段が、
   脂肪面が常に同一方向を向くように足首部をクランプ装置に懸垂された豚もも部位を左右両側から挟み込む位置に配置された二対の計測アームと、
   各計測アーム間の間隔を可変とし該豚もも部位を挟んだ位置で該計測アームを停止させる駆動装置と、
   停止した該左右二対の計測アーム間の間隔を検知しそれらの大小を比較して左脚又は右脚の別を判別する左右判別手段と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の食肉切断装置。
7. 前記骨付き食肉が豚もも部位であり、
   前記判別手段が、
   脂肪面が常に同一方向を向くように足首部をクランプ装置に懸垂された豚もも部位の下方から、該クランプ装置と同一方向かつ同速度で移動しながら該豚もも部位に向かって前進かつ上昇可能に構成された台座と、
   該台座に回動可能に設けられ大腿骨頭に当って下方に回動する検知アームと、
   該台座に設けられ該検知アームの接近又は接触を検知するスイッチと、
   該検知アームの前方に位置して該台座に回動可能に設けられ、該台座が該豚もも部位に接近したときに最初に該豚もも部位下部に接触し、該検知アームと豚もも部位下部との間隔を保つとともに、豚もも部位からの反力により下方に回動する押し退けアームと、を備え、
   該スイッチが該検知アームの接近又は接触を検知したときの該台座の上昇量を検出して該上昇量から該豚もも部位の長さを演算するワーク長検出手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の食肉切断装置。

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