JP6965247B2 - 食器洗浄システム及びロボット装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は食器洗浄システム及びロボット装置に関する。

現在の外食産業における重要な課題の一つは労働力不足に起因する省力化である。その対処の一つとして食器洗浄機の導入がある。食器洗浄工程としては返却棚から食べ残しを取り除き、浸漬槽に沈め、その後、食器をブラシ等で予備洗浄を行ってから、洗浄ラックに載置する。食器を載置した洗浄ラックを食器洗浄機に搬入して、所定位置にセットして、食器洗浄機の洗浄スイッチを操作する。それにより洗浄処理が開始される。洗浄終了後、食器洗浄機の洗浄ラックをクリーンテーブルに搬出して、洗浄された食器を丼、皿、小鉢などの種類ごとに仕分けしてストックラックに積み重ねる。これら作業を作業員は調理、配膳、膳下などの他の作業の合間を縫って実行する必要があるため、非常に煩雑であるばかりか、食器洗浄の終了タイミングにも注意を払う必要があった。

目的は、作業員の省力化に寄与するとともに食器洗浄に係る一連の作業の煩雑さを軽減することを実現する食器洗浄システム及びロボット装置を提供することにある。

本実施形態に係る食器洗浄システムは、食器をコンベアによって搬送しながら洗浄機本体で前記食器を洗浄するコンベア型食器洗浄機と、コンベアにより洗浄室からピッキングエリアに搬送された食器をピックアップしてストックエリアに移送するためにピッキングエリアの近傍に設置されるロボットアーム機構を有するロボット装置と、食器洗浄機に対して前記コンベアの動作に関する許可信号を発生する制御装置とを具備する。

本実施形態に係るロボット装置は、ピッキングエリアのワークをピックアップしてストックエリアに移送するためにピッキングエリアの近傍に設置されるロボットアーム機構と、ピッキングエリアを撮影するカメラと、カメラで撮影したピッキングエリアの画像を処理してワークの有無、ワークの種類、ワークの位置、ワークの姿勢を判別する画像処理部と、ワークの種類と、ストックエリアのワークの積み重ね枚数とに基づいてストックエリア上のリリース位置を決定するリリース位置決定部と、ピックアップ位置とリリース位置とに基づいてロボットアーム機構によるピッキング動作を制御するピッキング動作制御部と、ピッキングエリアにワークが存在しないとき又は所定数以下であるときにピッキングエリアに記ワークが存在しないこと又は所定数以下であることを表す信号を外部装置に出力する出力部とを具備する。

図１は、本発明の一実施形態に係る食器洗浄システムの全体外観を示す斜視図である。 図２は、図１の食器洗浄システムの側面図である。 図３は、図１の食器洗浄システムの平面図である。 図４は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。 図５は、本実施形態に係る食器洗浄システムの構成を示すブロック図である。 図６は、本実施形態におけるピッキング動作に関連するピッキングコンベア及びリレーコンベアの動きを示す平面図である。 図７は、本実施形態における食器洗浄動作に関連する洗浄コンベア及びリレーコンベアの動きを示す平面図である。 図８は、本実施形態におけるリリース位置決定処理の補足説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る食器洗浄システムを説明する。
図１に本実施形態に係る食器洗浄システムの斜視図、図２に本実施形態に係る食器洗浄システムの側面図、図３に本実施形態に係る食器洗浄システムの平面図をそれぞれ示している。本実施形態に係る食器洗浄システムは、縦列に配設された例えば５００ｍｍの同幅のコンベア３１０，３２０，３３０によって被洗浄物としてワーク、ここでは食器を搬送しながら洗浄機本体２１０の内部の洗浄室で洗浄するコンベア型食器洗浄機２００と、洗浄機本体２１０の外側に既定されたピッキングエリアまでコンベア３１０，３２０，３３０で搬送された食器をピックアップしてストックラック４００のストックエリアに移送するためにピッキングエリアの近傍に設置されるロボットアーム機構１０１を有するロボット装置と、ピッキングエリアに食器が存在しないとき食器洗浄機２００に対してコンベア３１０，３２０，３３０の動作に関する許可信号を発生する後述する制御装置とから構成される。なお、制御装置はロボット装置に装備される構成であっても良い。またコンベア３１０，３２０，３３０は食器を伏姿勢で直接載置する多孔ベルトとして説明するがトレイコンベアであっても良い。

洗浄機本体２１０はその下部に機械室が設けられ、上部に洗浄作業と濯ぎ作業とを実行する洗浄室が設けられる。機械室には、洗浄水を洗浄ノズルから食器に噴出するために、洗浄水を貯留する洗浄水タンクと洗浄水を洗浄ポンプとが収容されている。また機械室には、すすぎ水をすすぎノズルから食器に噴出するために、すすぎ水タンクとすすぎポンプとが収容される。

洗浄室は洗浄機本体２１０の内部に設けられる。搬入口２１２から搬出口２１３まで貫通されている。洗浄室の洗浄水及びすすぎ水が外部に飛散することを防止するために、洗浄室の搬入口２１２には図示しない搬入カーテンが吊り下げられ、洗浄室の搬出口２１３には短冊状に分割された搬出カーテン２１４が吊り下げられている。

洗浄機本体２１０の洗浄室内で食器を搬送させるためのコンベア（洗浄コンベア又は第１コンベアという）３１０が備え付けられている。洗浄コンベア３１０に載置された食器は搬入口２１２から洗浄機本体２１０内部の洗浄室に搬入され、搬出口２１３から搬出される。なお、搬入口２１２から搬出口２１３に向かう方向（紙面の右から左に向かう方向）を下流、搬出口２１３から搬入口２１２に向かう方向（紙面の左から右に向かう方向）を上流と定義する。

洗浄コンベア３１０にはその上流側に隣接して、回転ブラシを装備した予備洗浄用シンク３４０が配置される。予備洗浄用シンク３４０に代えて浸漬槽を設置してもよい。予備洗浄用シンク３４０の例えば上方には予備洗浄された食器を一時的に保管するための水切りラック３５０が設置される。予備洗浄用シンク３４０に下方の床面にはフットスイッチ２２０が配置される。作業者は食器を予備洗浄し、そのまま洗浄コンベア３１０の上流縁部分に載置し、または水切りラック３５０に載置する。フットスイッチ２２０が作業員により踏下されたとき、食器洗浄機２００は後述する制御装置に洗浄動作が許可されていることを条件として洗浄コンベア３１０が移動し、洗浄水及びすすぎ水が噴出される洗浄動作を開始する。

洗浄コンベア３１０の下流側にはコンベア（以下リレーコンベアという）３２０が縦列に設置される。リレーコンベア３２０の下流側にはコンベア（以下ピッキングコンベア又は第２コンベアという）３３０が縦列に設置される。洗浄コンベア３１０、リレーコンベア３２０、ピッキングコンベア３３０は食器を順次搬送する一連のコンベア３００を構成する。洗浄コンベア３１０は洗浄機本体２１０の長さより長く、例えば１５００ｍｍの機長を有する。ピッキングコンベア３３０は例えば８００ｍｍの機長を有する。リレーコンベア３２０はピッキングコンベア３３０より短く、例えば６００ｍｍの機長を有する。リレーコンベア３２０を挟んでその両側にエリアセンサ２０７の発光部アレイ２０７−１と受光部アレイ２０７−２とが配設される。エリアセンサ２０７はリレーコンベア３２０上に食器が存在するとき“オフ”状態を示し、食器が存在しないとき“オン”状態を示す。

リレーコンベア３２０は洗浄コンベア３１０から排出される食器をピッキングコンベア３３０に受け渡すものであり、洗浄コンベア３１０とピッキングコンベア３３０との一方に対して連動する。リレーコンベア３２０が洗浄コンベア３１０とピッキングコンベア３３０とのいずれに連動するかは後述するように状況に応じて動的に変化する。それによりピッキング動作と洗浄動作とを、逐次処理（順次処理）ではなく、並列処理により同時進行で効率的に実行させる事が可能となっている。

ピッキングコンベア３３０の上方にはガイドレール３３３が、ピッキングコンベア３３０の動作を阻害しないようにベルト表面から少し離間した高さに設置される。ガイドレール３３３は「くの字」形の板材であり、ベルト中心線に対して傾斜する部分と平行な部分とからなる。ピッキングコンベア３３０上の食器は上流側から略半機長の距離を移動する間にガイドレール３３３の傾斜部分により手前側に例えば２００ｍｍ寄せられる。ガイドレール３３３の平行部分で規制されたピッキングコンベア３３０の下流側の半機長の正方領域には、ロボットアーム機構１０１のピッキングエリア（例えば４００ｍｍ×４００ｍｍ）がアライメントされている。

ピッキングエリアの近傍には、基台から順に旋回回転関節部、起伏回転関節部、直動関節部を配置した極座標形のロボットアーム機構１０１の支柱部２が立設されている。直動関節部としてここでは伸縮長の長い後述の直動伸縮機構を採用しているがそれに限定されるものではない。ロボットアーム機構１０１の可動範囲内にピッキングエリア全域が含まれる。ピッキングエリアの上方には、視野がピッキングエリアを包含するようカメラ１０３が設置される。ロボット装置ではカメラ１０３で取得したピッキングエリア内の画像を処理して食器を認識する。ピッキングコンベア３３０によりピッキングエリアに搬送された食器がロボットアーム機構１０１に順次ピックアップされる。ピッキングコンベア３３０上のピッキングエリアからロボットアーム機構１０１の支柱部２を挟んで手前側にはストック台４１０が配置される。ストック台４１０上にはストックラック４００が載置される。ストックラック４００の内側にはロボットアーム機構１０１のストックエリア（リリースエリアともいう）が位置合わせされている。ロボットアーム機構１０１の可動範囲内にストックエリア全域が含まれる。ストックエリア内には複数、ここでは７箇所にリリース位置が既定されている。ピッキングエリアでロボットアーム機構１０１にピックアップされた食器はストックエリアのリリース位置にリリースされる。リリース位置には個々に反射形光電センサ（食器センサ）１０４−１〜１０４−７が装備される。食器センサ１０４−１〜１０４−７は、それぞれ対応するリリース位置に食器が存在するとき“オン”状態を示し、食器が存在しないとき“オフ”状態を示す。

図４はロボットアーム機構１０１の内部構造を示している。ロボットアーム機構１０１は直動伸縮機構を備えた垂直多関節型を例に説明するが、直動伸縮機構を備えない一般的な垂直多関節型であってもよい。ロボットアーム１００は、複数の関節部Ｊ１−Ｊ６を有する。ロボットアーム機構１０１は、基台１、支柱部２、起伏部４、アーム部５及び手首部６を備える。手首部６の先端には食器を吸着するための吸着パッド７が取り付けられる。基台１には円筒体をなす支柱部２が鉛直に設置される。支柱部２は旋回回転関節部としての第１関節部Ｊ１を収容する。第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１は鉛直である。支柱部２は支柱下部フレーム２１と支柱上部フレーム２２とを有する。下部フレーム２１の一端は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。下部フレーム２１の他端は基台１に設置される。下部フレーム２１は円筒形状のハウジング３１により覆われる。上部フレーム２２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続され、回転軸ＲＡ１を中心に軸回転する。上部フレーム２２も円筒形状のハウジング３２により覆われる。第１関節部Ｊ１の回転に伴って下部フレーム２１に対して上部フレーム２２が回転し、それにより起伏部４及びアーム部５は旋回する。円筒体をなす支柱部２の内部中空には直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列５１、５２が収納される。

支柱部２の上部には第２関節部Ｊ２を収容する起伏部４が設置される。第２関節部Ｊ２は曲げ回転関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は水平である。起伏部４は、第２関節部Ｊ２の固定部をなす一対のサイドフレーム２３を有する。一対のサイドフレーム２３は、上部フレーム２２上に設置される。この一対のサイドフレーム２３にモータを収容する円筒体２４が回転自在に支持される。モータ回転により円筒体２４が軸回転する。円筒体２４の周面には送り出し機構２５が取り付けられる。送り出し機構２５のフレーム２６には、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及びローラユニット５８が支持される。円筒体２４の軸回転に従って送り出し機構２５は回動し、送り出し機構２５に支持されたアーム部５が起伏する。起伏部４の背面はその起伏動に追従して伸縮する蛇腹カバー１４により覆われる。

第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在な状態と、直線的剛性が確保される状態とで遷移可能である。アーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有する。第１コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１コマ５３からなる。第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は端部箇所の蝶番部（ヒンジ部）で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２は複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は典型的には横断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体に構成される。第２コマ５４は底板端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２の屈曲は、第２コマ５４の側板の端面どうしが当接する位置で係止するる。その位置では第２コマ列５２は直線的に配列する。第１コマ列５１の先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２の先頭の第２コマ５４とは結合コマ５５により接続される。例えば、結合コマ５５は第１コマ５３と第２コマ５４とを合成した形状を有している。第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の上下ローラ５９の間隙を通過する際に互いに押圧されて強固に接合する。接合により第１、第２コマ列５１，５２は直線的剛性状態に遷移し、柱状のアーム部５を構成する。アーム部５が引き戻されるときローラユニット５８の後方で分離され、屈曲状態に遷移する。

ローラユニット５８の後方にはドライブギア５６がガイドローラ５７とともに配置される。ドライブギア５６は図示しないモータユニットに接続される。モータユニットは、ドライブギア５６を回転させるための動力を発生する。第１コマ５３の内側の面、つまり第２コマ５４と接合する側の面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギア５３９が形成されている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギア５３９は直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギア５６はガイドローラ５７に押圧された第１コマ５３のリニアギア５３９に噛み合わされる。直線状につながったリニアギア５３９はドライブギア５６とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ドライブギア５６が順回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８から前方に送り出される。ドライブギア５６が逆回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８とドライブギア５６との間で互いに分離される。分離された第１、第２コマ列５１，５２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。屈曲可能な状態に復帰した第１、第２コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、支柱部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行にほぼ揃った状態で収納される。

アーム部５の先端には手首部６が取り付けられる。手首部６は第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６を装備する。第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転により吸着パッド７は揺動回転される。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節であり、この第５関節部Ｊ５の回転により吸着パッド７は前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４と第５回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転により吸着パッド７は軸回転される。

吸着パッド７は例えばシリコン樹脂製の蛇腹チューブであり、その先端が円錐形に拡がっている。吸着パッド７にはエアチューブを介してエアコンプレッサが接続されている。吸着パッド７の先端を食器の裏面に接触させた状態でエアコンプレッサが駆動すると、食器で閉空間とされる吸着パッド７の内部の負圧により食器が吸着パッド７に吸着される。エアコンプレッサが停止すると吸着パッド７の内部が大気圧に復帰して食器がリリースされる。

図５には本実施形態に係る食器洗浄システムの機能構成をブロック図により示している。ロボット装置１００は上記ロボットアーム機構１０１、ピッキングエリアカメラ１０３、食器センサ１０４とともに、ロボット装置１００の全体制御を担う制御部１０２と、ピッキングエリアカメラ１０３で取得した画像を処理して丼／皿／小鉢等の食器の種類を判別するとともに食器の重心位置（ピックアップ位置）及び食器の姿勢を算出する画像処理部１０８と、ストックエリアに置かれた食器の数をリリース位置ごとに計数するストック食器数計数部１０６と、ピッキングエリア上の食器ごとにストックエリアのリリース位置を決定するリリース位置決定部１０７と、ピッキングエリアからリリースエリアに食器をピッキングするようロボットアーム機構１０１を制御するピッキング動作制御部１０５と、吸着パッド７にエアチューブを介して接続されるエアコンプレッサ１０８と、ストック台４１０又はその近傍に設置される報知部１１１と、後述の制御装置５００と信号送受信のためのインタフェース１１０を備える。なお説明の便宜上、食器の種類としては、丼、皿、小鉢の３種類と仮定する。またリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８は８箇所である仮定する。報知部１１１は、制御部１０２の制御に従って、リリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８の少なくとも１箇所で食器の積み重ね枚数が６枚等の所定の上限数に達したときに、その旨を光と音と振動との少なくとも一、好ましくは光と音と振動とにより作業員に報知する。なお、振動報知に関しては、作業員が携帯する、バイブレータ機能を備えた携帯端末に対して典型的には無線通信により報知部１１１からバイブレータ機能を起動させるためのトリガ信号を送信するものである。

画像処理部１０８は、ピッキングエリアカメラ１０３で取得した画像を二値化し、その輪郭を抽出し、輪郭を例えばパターンマッチング処理にかけて丼／皿／小鉢等の食器の種類を判別する。もちろん画像処理部１０８は、ピッキングエリアカメラ１０３で取得した画像から食器の輪郭を抽出できなかったときは、食器が存在しないとの画像処理結果を出力する。画像処理部１０８は、既存手法を任意に用いて輪郭の閉領域の重心位置をピックアップ位置として計算する。ここで食器の伏せ姿勢での投影形状が丼と小鉢は円であり、皿は円でなく矩形であると仮定する。画像処理部１０８は、判別結果が皿であったとき、食器の姿勢、例えば長手方向に平行な中心線を算出する。この皿の姿勢は皿をリリースするときに姿勢を揃えて積み重ねる事を可能にする。

画像処理部１０８による処理結果として食器領域の輪郭を抽出できなかったとき、つまりピッキングエリアに食器が存在しないとき、制御部１０２は制御装置５００に対してピッキングが完了してピッキングエリアに食器が存在しないことを表す信号（ピッキング完了信号を送信する。なお、画像処理部１０８による処理結果として食器領域の輪郭が２等の所定数以下であるとき、つまりピッキングエリアの食器が２個等の所定数以下であるとき、制御部１０２は制御装置５００に対してピッキング完了信号を送信するものであってもよい。

食器センサ１０４−１〜１０４−８はそれぞれ対応するリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８に食器が存在しないときオフ状態を示し、食器が存在するときオン状態を示す。作業員がストックされた食器を食器保管棚に移動したとき、その食器が置かれていたいずれかのリリース位置（ＰＲ１〜ＰＲ８）の食器センサ（１０４−１〜１０４−８）はオン状態からオフ状態に遷移する。ストック食器数計数部１０６は、ロボットアーム機構１０１によるリリース動作に従ってリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８ごとにリリース回数をストックされた食器数として計数するとともに、食器センサ１０４−１〜１０４−８のいずれかがオフ状態を示したとき、そのリリース位置の食器数をゼロ値にリセットする。

なお、光電センサ（食器センサ）１０４−１〜１０４−８がオフ状態を示したことを契機としてそのリリース位置の食器数をゼロ値にリセットするものとして説明したが、それに限定されるものではない。例えば、ストックエリアを撮影するストックエリアカメラをピッキングカメラとは別途に設置し、このストックエリアカメラで撮影したストックエリアの画像を画像処理部１０８で処理し、各リリース位置で食器の輪郭を抽出できなかったときは、そのリリース位置の食器数をゼロ値にリセットするようにしてもよい。また、タッチパネルとディスプレイからなるユーザ操作部をストック台６０１又はその近傍に設置しておき、作業員（ユーザ）が、ストックされた食器を食器保管棚に移動したとき、その食器が置かれていたいずれかのリリース位置を表すアイコンをタッチパネル上から作業員自身でタップ操作をすることにより、そのリリース位置の食器数をゼロ値にリセットするようにしてもよい。

リリース位置決定部１０７は、リリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８のうち３箇所のリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３を丼専用のリリース位置として割り当てており、同様に他の３箇所のリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６を小鉢専用のリリース位置、残りの２箇所のリリース位置ＰＲ７、ＰＲ８を皿専用のリリース位置として割り当てている。各リリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８に積み重ねられる食器の上限数が予め決められており、ここでは６と仮定する。また丼専用のリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３に対してその順番で優先順位が設定され、同様に小鉢専用のリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６に対してその順番で優先順位が設定され、皿専用のリリース位置ＰＲ７、ＰＲ８に対してその順番で優先順位が設定されている。

リリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８の内少なくとも１箇所で積み重ねられた食器が上限数に達しているとき、制御部１０２は報知部１１１を制御し、その食器の移し変えを作業員に促すために音と光と振動トリガ信号との少なくとも一を報知部１１１から出力させる。

リリース位置決定部１０７は、画像処理部１０８で判別された食器の種類に割り当てられているリリース位置のうち、ストック食器数計数部１０６でリリース位置ごとに計数し、保持している食器数が上限数に達していないリリース位置を抽出し、その中の最も優先順位の高いリリース位置を選択する。

上述の通り画像処理部１０８によりピッキングエリア内の複数の食器各々の種類、重心位置、姿勢を計算するものであるが、それら情報を用いてピッキング動作制御部１０５はピッキングの順番を決定する。例えば、丼を最優先のピッキング対象とし、小鉢を第２位の優先順位とし、皿が最終順位とする。同種類の食器の中では、ピッキングコンベア３３０における下流側で、ロボットアーム機構１０１の手前側の角部から食器重心位置までの距離が短い順番でピッキングする。

ピッキング動作制御部１０５は、その順番に従って各食器の重心位置（ピックアップ位置）と、食器種類に固有の食器高さに応じたピックアップ高と、リリース位置決定部１０７で決定したリリース位置と、そのリリース位置に積み重ねられている食器数と食器種類に固有の食器高さとから決まるリリース高とから、吸着パッド７の軌道を計算し、その軌道に従ってロボットアーム機構１０１を逐次制御する
食器洗浄機２００は、食器洗浄機２００の全体制御を担う制御部２０１、機械室の洗浄ポンプを駆動する洗浄ポンプ駆動部２０２、機械室の濯ぎポンプを駆動する濯ぎポンプ駆動部２０３、洗浄コンベア３１０を駆動する洗浄コンベア駆動部２０４、リレーコンベア３２０を駆動するリレーコンベア駆動部２０５、ピッキングコンベア３３０を駆動するピッキングコンベア駆動部２０６、リレーコンベア３２０の両側に設置されたエリアセンサ２０７、食器洗浄動作を開始させるために作業員により踏下されるフットスイッチ２０８、制御装置５００と信号送受信のためのインタフェース２０９を備える。

制御装置５００は、ロボット装置１００からピッキング完了信号を受信したとき、食器洗浄機２００に対してピッキングコンベア駆動許可信号とピッキングコンベア受け入れ許可信号とを選択的に送信する。ピッキング完了信号は上述したようにロボットアーム機構１０１でピッキングエリア上の全ての食器のピッキングが完了して、ピッキングエリアに食器が存在しないときにロボット装置１００の制御部１０２で発生される。そのときピッキングコンベア駆動許可信号が制御装置５００で発生される。食器洗浄機２００の制御部２０１はピッキングコンベア駆動許可信号を受信したとき、ピッキングコンベア駆動部２０６を制御して、ピッキングコンベア３３０をピッキングエリアの長さだけ、ここでは半機長だけ移動させる。それによりピッキングコンベア３３０の上流側のウェイティングエリア上の食器がピッキングエリアに搬送される。

制御装置５００はピッキングコンベア駆動許可信号を発生した後にロボット装置１００からピッキング完了信号を受信したとき、ピッキングコンベア受け入れ許可信号を発生し、食器洗浄機２００に送信する。上述したようにピッキングコンベア駆動許可信号によりピッキングコンベア３３０はその半機長（４００ｍｍ）だけ移動し、ピッキングコンベア３３０の上流側のウェイティングエリア上の食器がピッキングエリアに搬送され、その後にピッキング完了信号が発生されることはピッキングコンベア３３０のベルト面に一つも食器が存在していないことを意味する。食器洗浄機２００の制御部２０１はピッキングコンベア受け入れ許可信号を受信したとき、リレーコンベア駆動部２０５を制御してリレーコンベア３２０をその機長（６００ｍｍ）移動させ、それと連動して、ピッキングコンベア駆動部２０６を制御して、ピッキングコンベア３３０をその機長（８００ｍｍ）だけ移動させる。それによりリレーコンベア３２０上の食器がピッキングコンベア３３０に受け渡され、ウェイティングエリアとピッキングエリアとに食器が搬送されてくる。

この動作を図６を参照して詳細に説明する。図６(ａ)は食器洗浄及びピッキング過程の中でピッキングエリア内の全食器がストックエリアに移送された典型的な状態を示している。洗浄コンベア３１０のベルトの載置面のほぼ全域に複数の食器として複数の丼６０１、複数の皿６０２、複数の小鉢６０３が不規則に載置される。リレーコンベア３２０にもその載置面全域に複数の食器が載置されている。ピッキングコンベア３３０のピッキングエリアには食器が存在せず、一方その上流側のウェイティングエリアには複数の食器が存在している。ピッキングエリア上には食器が存在していないので、制御部１０２から外部の制御装置５００にピッキングコンベア駆動許可信号が送信される。

ロボット装置１００からピッキング完了信号を受信した制御装置５００は、食器洗浄機２００に対してピッキングコンベア駆動許可信号を食器洗浄機２００の制御部２０１に送信する。食器洗浄機２００の制御部２０１はピッキングコンベア駆動許可信号を受信したとき、ピッキングコンベア駆動部２０６を制御して図６（ｂ）に示すようにピッキングコンベア３３０を移動させ、半機長、例えば４００ｍｍ移動した時点で停止させる。ウェイティングエリア内の食器はピッキングコンベア３３０の移動に伴って、またガイドレール３３３に案内されてロボットアーム機構１０１の側に少しずつ寄せられながらピッキングエリアに搬送される。この段階ではウェイティングエリアには食器が存在せず、ピッキングエリアには食器が存在する。

新たにピッキングエリアに搬送されてきた食器は順次、ロボットアーム機構１０１によりストックエリアに移送される。図６（ｃ）に示すようにピッキングエリア内の全食器がストックエリアに移送され、ピッキングコンベア３３０のピッキングエリアに食器が存在しない状態になったとき、ロボット装置１００の制御部１０２から外部の制御装置５００に、再度、ピッキングコンベア駆動許可信号が送信される。この段階では、ピッキングエリアにもウェイティングエリアにも食器が存在しない、つまりピッキングコンベア３３０のベルト表面には一つも食器が載置されていない状態となる。

制御装置５００では、食器洗浄機２００の制御部２０１にピッキングコンベア駆動許可信号を送信した後に、ロボット装置１００からピッキング完了信号を受信したときには、食器洗浄機２００の制御部２０１に、ピッキングコンベア受け入れ許可信号を送信する。

食器洗浄機２００の制御部２０１はピッキングコンベア受け入れ許可信号を受信したとき、図６（ｄ）に示すように、リレーコンベア駆動部２０５とピッキングコンベア駆動部２０６とを制御して、リレーコンベア３２０とピッキングコンベア３３０とを同時に移動を開始させ、同速度で移動させる。そして制御部２０１はリレーコンベア３２０がその機長（６００ｍｍ）を移動した時点でリレーコンベア３２０を停止させる。その後、制御部２０１はピッキングコンベア３３０がその機長（８００ｍｍ）を移動した時点でピッキングコンベア３３０を停止させる。この段階では、リレーコンベア３２０上には食器が存在せず、ピッキングコンベア３３０のウェイティングエリアとピッキングエリアとに食器が存在している。

新たにピッキングエリアに搬送されてきた食器は順次、ロボットアーム機構１０１によりストックエリアに移送され、ピッキングエリア内の全食器がストックエリアに移送され、ピッキングコンベア３３０のピッキングエリアに食器が存在しない状態になったとき、図６（ａ）に示した状態に戻り、同様の動作が繰り返される。

次に食器洗浄動作について説明する。図７（ａ）は図６（ｃ）と同様の状態である。つまりリレーコンベア３２０にはその全域に食器が存在している。この状態ではエリアセンサ２０７の全光電センサはオフ状態を示す。エリアセンサ２０７がオフ状態を示すとき、食器洗浄機２００の制御部２０１は、インターロック状態に移行し、食器洗浄動作を中断させる。それにより洗浄コンベア３１０をリレーコンベア３２０とともに停止させ、洗浄ポンプ及び濯ぎポンプも停止させる。作業者がフットスイッチ２０８を踏下してオンさせたとしても、インターロック状態が解除されない限り食器洗浄動作は再開しない。食器洗浄動作は、インターロック解除された状態で、作業者がフットスイッチ２０８を踏下してオンさせた時に再開する。またはリレーコンベア３２０に食器が存在せずエリアセンサ２０７がオン状態を示す時に、自動的に再開するようにしてもよい。

図７（ｂ）は図６（ｄ）と同様の状態である。つまりリレーコンベア３２０からピッキングコンベア３３０に食器が搬送され、リレーコンベア３２０上に食器が存在しなくなった状態を示している。この状態では、リレーコンベア３２０に食器が存在しないので、エリアセンサ２０７がオン状態を示す。それにより食器洗浄機２００の制御部２０１は、インターロック状態を解除し、洗浄動作を許可する。作業者がフットスイッチ２０８を踏下してオンさせた時、食器洗浄動作は再開する。図７（ｃ）に示すように、洗浄コンベア３１０とリレーコンベア３２０とが移動を開始し、それとともに洗浄ポンプ及び濯ぎポンプも動作を再開する。そして図７（ｄ）に示すように、リレーコンベア３２０の全域に食器が存在し、エリアセンサ２０７がオフ状態を示すとき、インターロック状態に移行し、洗浄動作は中断する。

ここで、リレーコンベア３２０全域に食器が存在して、エリアセンサ２０７はオフ状態を示しているとしても、制御部２０１は制御装置５００からピッキングコンベア受け入れ許可信号を受信し、それに応じてリレーコンベア３２０がその機長（６００ｍｍ）を移動する期間は、リレーコンベア３２０に食器が滞留する事が無いので、洗浄動作を停止させる必要が無いので、その期間は制御部２０１はインターロック状態に移行しない。

従って、ピッキング動作に並行して洗浄動作を進行させる事ができ、ピッキング動作が洗浄動作に及ぼす影響を最小限にとどめることができる。より詳しくは、図７（ｂ）〜図７（ｄ）から理解されるとおり、ロボット装置１００がピッキングコンベア３３０上の食器全てをピッキングするのに要する時間（ピッキング時間）が、リレーコンベア３２０がその機長（６００ｍｍ）を移動するのに要する時間より短い場合には、インターロックに移行する前に常にピッキングコンベア受け入れ許可信号が発生されることになり、洗浄動作が中断する事がない。一方で、ピッキング時間が、リレーコンベア３２０がその機長（６００ｍｍ）を移動するのに要する時間より長い場合であったとしても、ピッキング完了を待機して洗浄動作が中断する期間は、それらの時間差に短縮させる事が可能になる。

次にリリース位置決定処理等の詳細について説明する。図８（ａ）は、リリース位置各々の食器数がゼロである場合を示している。図８（ｂ）は、優先度の高いリリース位置の食器数がゼロではない場合を示している。画像処理部１０８は、ピッキングエリアカメラ１０３により撮影された画像（ピッキングエリア画像）に基づいて、ピッキングエリア内の食器の有無を判別し、食器がある場合には食器の種類、食器の重心位置及び食器の姿勢を特定する。具体的には、予め食器（丼、皿、小鉢）毎のパターンが登録されている。画像処理部１０８は、ピッキングエリア画像を２値化処理し、２値化したピッキングエリア画像から食器の輪郭を抽出し、パターンマッチング処理を実行し、ピッキングエリアに食器が存在するか否か、食器が存在する場合には、存在する食器の種類を判別する。画像処理部１０８は、ピッキングエリア画像から抽出された食器の輪郭の重心位置（ピックアップ位置）ＰＰ０１〜ＰＰ０４を計算する。重心位置ＰＰ０１〜ＰＰ０４は、ロボット座標系で表され、ロボットアーム機構１０１によるその食器のピックアップ位置に使用される。さらに、画像処理部１０８は、判別した皿が、リリース位置において規定されている基準線に対する傾斜角を計算する。具体的には、画像処理部は、図８（ａ）に示すように、ピッキングエリア内の皿の長手方向の中心線を特定し、リリース位置において規定されている皿の長手方向の中心線に対してどれだけ傾いているか、その傾斜角を計算する。ピッキングエリア内の皿の姿勢を特定することで、ロボットアーム機構１０１がリリースするときの食器の姿勢を揃えることができ、それにより食器を積み重ねて収納することを実現できる。ピッキングエリア画像から特定のパターンが抽出されなかったとき、つまりピッキングエリアに食器が存在しないとき、ロボット装置１００の制御部１０１は上述したピッキング完了信号（ピッキング完了信号）を出力する。

ストック食器数計数部１０６は、ストックエリアに規定されたリリース位置毎のリリース回数を計数し、リリース位置毎の計数値を保持する。食器センサ１１０−１〜１１０−８はロボットアーム機構のリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８にそれぞれ対応する位置に設置される。食器センサ１１０−１〜１１０−８は、対応するリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８に食器が存在しないときオフ状態を示し、食器が存在するときオン状態を示す。ストックラック内の食器が作業員により移動されたとき、その食器が積み重ねられていた位置に対応する食器センサ１１０の状態がオン状態からオフ状態に遷移する。ストック食器数計数部１０６は、オン状態からオフ状態に遷移した食器センサ１１０に対応するリリース位置の計数値をゼロリセットする。

リリース位置決定部１０７は、リリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８毎のリリース回数とストックエリア内の食器の種類、数とに基づいて、ロボットアーム機構１０１によりピックアップされた食器のリリース位置を決定する。具体的には、リリース位置決定部１０７は、ピックアップした食器のリリース位置を以下のように決定する。なお、図８に示すように、ここではリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８のうち、ピッキングエリアから最も遠い横一列の３つのリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３が丼用のリリース位置として予め設定され、丼用のリリース位置より手前の横一列の３つのリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６が小鉢用のリリース位置として予め設定され、残りの２つのリリース位置ＰＲ７〜ＰＲ８が皿用のリリース位置として予め設定されているものとする。また、丼用の３つのリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３、小鉢用の３つのリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６、皿用の２つのリリース位置ＰＲ７〜ＰＲ８には、それぞれ優先順位が設定されている。例えば、食器毎の複数のリリース位置には、ロボットアーム機構１０１の設置位置から遠い順に優先順位が設定されている。ここでは、丼用の３つのリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３には、リリース位置ＰＲ１，ＰＲ２，ＰＲ３の順で優先順位が割り当てられている。同様に、小鉢用の３つのリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６には、リリース位置ＰＲ４，ＰＲ５，ＰＲ６の順で優先順位が割り当てられている。皿用の３つのリリース位置ＰＲ７〜ＰＲ８には、リリース位置ＰＲ７，ＰＲ８の順で優先順位が割り当てられている。さらに、リリース位置各々には、積み重ねられる食器数、つまりリリース回数の上限値が設定されており、リリース回数の上限値は例えば６に設定されている。

リリース位置決定部１０７は、複数のリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ８のうち、画像処理部１０８により判別された食器の種類に設定されているリリース位置を特定する。リリース位置決定部１０７は、特定したリリース位置のうち、ストック食器数計数部１０６により保持されているリリース位置毎のリリース回数が最大値に達していないリリース位置を抽出する。リリース位置決定部１０７は、抽出したリリース位置から最も優先順位の高いリリース位置を選択する。例えば、図８（ａ）に示すように、重心位置ＰＰ０１，ＰＰ０２の丼のリリース位置をＰＲ１、重心位置ＰＰ０４の小鉢のリリース位置をＰＲ４、重心位置ＰＰ０２の皿のリリース位置をＰＲ７に決定する。

図８（ｂ）に示す例では、丼用のリリース位置ＰＲ１〜ＰＲ３のうち優先度の最も高いリリース位置ＰＲ１のリリース回数が５である。リリース位置決定部１０７は、丼と判別された重心位置ＰＰ０６についてそのリリース位置をＰＲ１に決定する。それによりリリース位置ＰＲ１のリリース回数は上限に達するので、重心位置ＰＰ０７の丼については第２位の優先順位のリリース位置ＰＲ２に移動する。同様に、小鉢用のリリース位置ＰＲ４〜ＰＲ６のうち優先度の高いリリース位置ＰＲ４のリリース回数が上限値に達しているため、重心位置ＰＰ０８の小鉢のリリース位置をＰＲ５に決定する。同様に、皿用のリリース位置ＰＲ７〜ＰＲ８のうち優先度の高いリリース位置ＰＲ７のリリース回数が上限に達しているため、皿（ＰＰ０５）のリリース位置をＰＲ８に決定する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０１…ロボットアーム機構、２００…コンベア型食器洗浄機、２１０…洗浄機本体、３１０…洗浄コンベア、３２０…リレーコンベア、３３０…ピッキングコンベア、４００…ストックラック。

Claims (19)

1. 食器をコンベアによって搬送しながら洗浄機本体の洗浄室で洗浄するコンベア型食器洗浄機と、
   前記コンベアにより前記洗浄室からピッキングエリアに搬送された前記食器をピックアップしてストックエリアに移送するために前記ピッキングエリアの近傍に設置されるロボットアーム機構を有するロボット装置と
   前記食器洗浄機に対して前記コンベアの動作に関する許可信号を発生する制御装置とを具備し、
   前記制御装置は、前記ピッキングエリアに前記食器が存在しないとき又は前記食器が所定数以下であるとき前記許可信号を発生し、
   前記コンベアは、前記洗浄機本体の洗浄室で前記食器を搬送する第１コンベア部と、前記洗浄室で洗浄された前記食器を前記ピッキングエリアに搬送する第２コンベア部と、前記第１コンベア部と前記第２コンベア部との間で前記食器を中継するリレーコンベア部とを有し、
   前記食器洗浄機が前記許可信号を受けたとき、前記リレーコンベアは前記第２コンベアと連動して移動することを特徴とする食器洗浄システム。
2. 前記食器洗浄機が前記許可信号を受けたとき、前記第２コンベア部は前記ピッキングエリアの長さに等価な距離を移動することを特徴とする請求項１記載の食器洗浄システム。
3. 前記食器洗浄機が前記許可信号を受けたとき、前記リレーコンベアと前記第２コンベアとはそれぞれの機長を移動することを特徴とする請求項１記載の食器洗浄システム。
4. 前記リレーコンベア上に前記食器が存在しないとき、前記洗浄機本体は洗浄動作を実行し、前記第１コンベアは前記リレーコンベアと連動して移動することを特徴とする請求項１記載の食器洗浄システム。
5. 前記リレーコンベア上に前記食器が存在するとき、前記洗浄機本体は停止し、前記第１コンベアは前記リレーコンベアとともに停止することを特徴とする請求項４記載の食器洗浄システム。
6. 前記ロボット装置は、
   前記ロボットアーム機構と、
   前記ピッキングエリアを撮影するカメラと、
   前記カメラで撮影した前記ピッキングエリアの画像を処理して前記食器の有無、前記食器の種類、前記食器の位置、前記食器の姿勢を判別する画像処理部と、
   前記食器の種類と、前記ストックエリアの前記食器の積み重ね枚数とに基づいて前記ストックエリア上のリリース位置を決定するリリース位置決定部と、
   前記ピックアップ位置と前記リリース位置とに基づいて前記ロボットアーム機構によるピッキング動作を制御するピッキング動作制御部と、
   前記ピッキングエリアに前記食器が存在しないとき又は所定数以下であるときに前記ピッキングエリアに前記食器が存在しないこと又は所定数以下であることを表す信号を前記制御装置に出力する出力部とを有することを特徴とする請求項１記載の食器洗浄システム。
7. 前記ロボット装置は、
   前記ストックエリア上のリリース位置に設置された反射型光電センサと、
   前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記食器の積み重ね枚数として計数するとともに前記反射型光電センサのオフにより計数値をゼロリセットする計数部とをさらに有することを特徴とする請求項６記載の食器洗浄システム。
8. 前記ロボット装置は、
   前記ストックエリアを撮影する他のカメラと、
   前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記食器の積み重ね枚数として計数するとともに前記他のカメラで撮影した前記ストックエリアの画像の画像処理結果に基づいて計数値をゼロリセットする計数部とをさらに有することを特徴とする請求項６記載の食器洗浄システム。
9. 前記ロボット装置は、
   ユーザ操作部と、
   前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記食器の積み重ね枚数として計数するとともに前記ユーザ操作部の操作に従って計数値をゼロリセットする計数部とをさらに有することを特徴とする請求項６記載の食器洗浄システム。
10. 前記リリース位置決定部は、前記食器の積み重ね枚数が所定枚数に達したとき前記リリース位置を移動することを特徴とする請求項７記載の食器洗浄システム。
11. 前記ロボット装置は、前記食器の積み重ね枚数が所定枚数に達したとき、前記食器の積み重ね枚数が所定枚数に達したことを光と音と振動との少なくとも一により報知する報知部をさらに有することを特徴とする請求項７記載の食器洗浄システム。
12. 前記ロボットアーム機構は、直動伸縮機構を備えた極座標形であることを特徴とする請求項１記載の食器洗浄システム。
13. ピッキングエリアのワークをピックアップしてストックエリアに移送するために前記ピッキングエリアの近傍に設置されるロボットアーム機構と、
    前記ピッキングエリアを撮影するカメラと、
    前記カメラで撮影した前記ピッキングエリアの画像を処理して前記ワークの有無、前記ワークの種類、前記ワークの位置、前記ワークの姿勢を判別する画像処理部と、
    前記ワークの種類と、前記ストックエリアの前記ワークの積み重ね枚数とに基づいて前記ストックエリア上のリリース位置を決定するリリース位置決定部と、
    前記ピックアップ位置と前記リリース位置とに基づいて前記ロボットアーム機構によるピッキング動作を制御するピッキング動作制御部と、
    前記ピッキングエリアに前記ワークが存在しないとき又は所定数以下であるときに前記ピッキングエリアに前記ワークが存在しないこと又は所定数以下であることを表す信号を外部装置に出力する出力部とを具備し、
    前記ストックエリアを撮影する他のカメラと、
    前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記ワークの積み重ね枚数として計数するとともに前記他のカメラで撮影した前記ストックエリアの画像の画像処理結果に基づいて計数値をゼロリセットする計数部とをさらに備えることを特徴とするロボット装置。
14. 前記ストックエリア上のリリース位置に設置された反射型光電センサと、
    前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記ワークの積み重ね枚数として計数するとともに前記反射型光電センサのオフにより計数値をゼロリセットする計数部とをさらに備えることを特徴とする請求項１３記載のロボット装置。
15. ユーザ操作部と、
    前記ストックエリアのリリース位置ごとのリリースの回数を前記ワークの積み重ね枚数として計数するとともに前記ユーザ操作部の操作に従って計数値をゼロリセットする計数部とをさらに有することを特徴とする請求項１３記載のロボット装置。
16. 前記リリース位置決定部は、前記ワークの積み重ね枚数が所定枚数に達したとき前記リリース位置を移動することを特徴とする請求項１４記載のロボット装置。
17. 前記ワークの積み重ね枚数が所定枚数に達したとき、前記ワークの積み重ね枚数が所定枚数に達したことを光と音と振動との少なくとも一により報知する報知部をさらに有することを特徴とする請求項１４記載のロボット装置。
18. 前記ロボットアーム機構は、直動伸縮機構を備えた極座標形であることを特徴とする請求項１３記載のロボット装置。
19. 食器をコンベアによって搬送しながら洗浄室で洗浄する洗浄機と、
    前記コンベアにより前記洗浄室からピッキングエリアに搬送された食器をピックアップして移送するためのロボット装置と、
    前記コンベアの動作に関する信号を発生する制御装置と、を具備し、
    前記コンベアは、前記洗浄室で食器を搬送する第１コンベア部と、前記洗浄室で洗浄された食器を前記ピッキングエリアに搬送する第２コンベア部と、前記第１コンベア部と前記第２コンベア部との間に設けられた第３コンベア部と、を有し、
    前記制御装置は、前記ピッキングエリアに食器が存在しないとき又は食器が所定数以下であるとき前記信号を発生し、
    前記第３コンベア部は、前記信号に基づいて前記第２コンベア部と連動して移動する食器洗浄システム。

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