JP7033201B2 - ロボット及びロボットの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット及びロボットの制御方法に関する。

近年、様々な分野において、生産性向上の観点から、ロボットと作業者が同じ作業空間内で共同して作業を行うことが提案されている。例えば特許文献１には、例えば食品の製造現場に導入された人型の双腕ロボットが開示されている。このロボットは、コンベアで搬送されてくる弁当箱を、一方のアームで止め、その後、他方のアームで弁当箱の中の食品に調味料を供給する。

国際公開第２０１７／０８５９２８号

しかし、上記従来技術の双腕ロボットでは、ワークの搬送作業やワークに対する調味料の供給作業は逐次的に実行される。このため、作業効率は更なる改善余地があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、搬送中のワークに対し所定の作業を行う双腕ロボットの作業効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある形態に係るロボットは、ベースと、前記ベースに取り付けられた第１ロボットアームと、前記第１ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークを保持する第１エンドエフェクタと、前記ベースに取り付けられた第２ロボットアームと、前記第２ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークに対し所定の作業を行う第２エンドエフェクタと、前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第１エンドエフェクタによって保持されたワークを、第１の位置から第２の位置まで搬送するよう前記第１ロボットアームの動作を制御するとともに、前記ワークを搬送している前記第１ロボットアームに追従しながら、前記搬送中のワークに対し、前記第２エンドエフェクタにより搬送作業以外の所定の作業を行うように第２ロボットアームの動作を制御する。

上記構成によれば、第１エンドエフェクタによって保持されたワークが、第１の位置から第２の位置まで搬送されるとともに、第２エンドエフェクタにより、搬送中のワークに対し所定の作業が行われる。ロボットにより、第１のアームによるワークの搬送作業と第２のアームによるワークに対する作業が平行して行われるので作業時間のロスが低減し作業効率が向上する。

尚、前記第２の位置は、前記第１ロボットアームによって前記ワークが載置される所定の位置（例えば計量器の計量台）であってもよい。

前記ワークは、上面が開口した食品用の容器であり、前記第２エンドエフェクタは、所定の食品を上方から供給可能に構成された食品供給装置を有し、前記所定の作業は、前記食品供給装置によって前記容器に対し上方から食品を供給する作業であってもよい。

上記構成によれば、例えば食品の製造現場において、カップ容器をコンベア上の所定の位置から計量器の所定の位置に搬送しながら、スープ等の液状の食品を供給する作業を効率的に行うことができる。

前記食品供給装置は、液状の食品を供給可能なノズルを有し、前記ノズルの先端に前記容器の上面の開口を覆うような所定の形状を有するカバー部材が設けられていてもよい。

上記構成によれば、食品供給装置は、液状の食品を供給可能なノズルを有し、ノズルの先端に容器の上面の開口（例えば円形）を覆うような所定の形状（例えば円形）を有するカバー部材が設けられているので、例えば容器の搬送中に液状の食品を供給する際に、容器の開口をカバー部材で覆うことで、食品が容器からこぼれ難くなる。作業効率が向上する。

本発明のその他の形態に係るロボットの制御方法は、ベースと、前記ベースに取り付けられた第１ロボットアームと、前記第１ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークを保持する第１エンドエフェクタと、前記ベースに取り付けられた第２ロボットアームと、前記第２ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークに対し所定の作業を行う第２エンドエフェクタと、前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備えるロボットの制御方法であって、前記制御装置は、前記第１エンドエフェクタによって保持されたワークを、第１の位置から第２の位置まで搬送するよう前記第１ロボットアームの動作を制御するとともに、前記ワークを搬送している前記第１ロボットアームに追従しながら、前記搬送中のワークに対し、前記第２エンドエフェクタにより搬送作業以外の所定の作業を行うように第２ロボットアームの動作を制御する。

本発明は、以上に説明した構成を有し、搬送中のワークに対し所定の作業を行うロボットの作業効率を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るロボットを適用した食品製造装置の構成を示す図である。 図２は、食品供給装置の構成を示す図である。 図３は、ロボットの制御装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。 図４は、ロボットの動作の一例を示した第１の説明図である。 図５は、ロボットの動作の一例を示した第２の説明図である。 図６は、ロボットの動作の一例を示した第３の説明図である。 図７は、本実施形態と比較例のロボットの動作手順を示す表である。

以下、好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るロボットを適用した食品製造装置の構成を示す図である。図１に示すように、食品製造装置１は、例えば食品の製造現場に導入される。本実施形態の食品製造装置１は、本発明に係るロボット１１により構成される。本実施形態のロボット１１は容器４０にスープを充填する作業を行う。ロボット１１は、ベース１２に支持された一対のロボットアーム（以下、単に「アーム」ともいう）１３Ｌ，１３Ｒを備えた双腕ロボットである。なお、このロボット１１について、水平多関節型の双腕ロボットを説明するが、垂直多関節型の双腕ロボットを採用することができる。ロボット１１は、人一人分に相当する限られたスペース（例えば６１０ｍｍ×６２０ｍｍ）に設置することができる。以下では、一対のアーム１３Ｌ，１３Ｒを広げた方向を左右方向と称し、基軸の軸心に平行な方向を上下方向と称し、左右方向および上下方向に直交する方向を前後方向と称する。

ロボット１１は、例えば台車に固定されたベース１２と、ベース１２に取り付けられた左のアーム１３Ｌと、左のアーム１３Ｌの先端に取り付けられたエンドエフェクタ１８と、ベース１２に取り付けられた右のアーム１３Ｒと、右のアーム１３Ｒの先端に取り付けられたエンドエフェクタ１９と、左右のアーム１３Ｌ，１３Ｒの動作を制御する制御装置（図３参照）と、を備えている。

各アーム１３Ｌ，１３Ｒは、アーム部１５とリスト部１７とを備えている。また、２つのアーム部１５を構成する基端側リンクの回転軸線は同一直線上にあり、左のアーム１３Ｌと右のアーム１３Ｒとは上下に高低差を設けて配置されている。なお、左右のアーム１３Ｌ，１３Ｒは、実質的に同じ構造であってもよい。各アーム１３Ｌ，１３Ｒは、４つの関節を有し、各関節に対応付けられるように、駆動用のサーボモータ（図示せず）、および、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。左右のアーム１３Ｌ，１３Ｒは、独立して動作したり、互いに関連して動作したりすることができる。

ロボット１１の左側方にはテーブル８０が配置されている。テーブル８０上には容器４０を載置するための容器置台８２が配置されている。容器４０は上方が開口した食品用の容器である。容器４０は例えば逆截頭円錐型のカップ容器である。容器４０は薄い紙又は合成樹脂等で形成される。容器４０は上下に多段に堆積された状態（以下、単に「集合体４１」ともいう）で容器置台８２に載置される。ロボット１１の正面には搬送装置５０が配置される。搬送装置５０は、ロボット１１によって供給された容器４０を搬送経路５１に沿った搬送方向（図では左側から右側）に搬送するベルトコンベアである。本実施形態の搬送経路５１は直線状に形成されている。搬送装置５０の前側には計量器７０を配置するための小型のテーブル８１が設置されている。計量器７０はスープが充填された容器４０の重量を測るために使用される。ロボット１１の作業領域は、容器置台８２が配置されたテーブル８０、計量器７０が配置されたテーブル８１及び搬送装置５０の搬送経路５１の一部を覆う領域である。

エンドエフェクタ１８は左のアーム１３Ｌのリスト部１７の先端に取り付けられている。エンドエフェクタ１８は、リスト部１７の先端を含む基部２０と、基部２０に上下に設けられた第１保持部２１及び第２保持部２２を備える。

第１保持部２１は、一対の爪を有する。各爪は容器４０の上部の外周に沿って内側に湾曲している。これらの爪は基部２０に設けられた一のアクチュエータ（例えばエアシリンダ）によって駆動されて、平行を維持しながら互いに近接・離反するように並進移動する。これにより、容器４０の縁を保持又は解放することができる。さらに、第１保持部２１の各爪には押下げ部２１ａが設けられている。押下げ部２１ａの下部は、アクチュエータ（例えばエアシリンダ）によって上下に駆動される。これにより、第１保持部２１の一対の爪により、容器４０の集合体４１を保持している場合は、押下げ部２１ａにより、集合体４１の最下位の容器４０の縁を上から押し下げて、集合体４１から最下位の容器４０を切り離すことができるように構成されている。

第２保持部２２は、一対の爪を有する。各爪は容器４０の上部の外周に沿って内側に湾曲している。これらの爪は基部２０に設けられた一のアクチュエータ（例えばエアシリンダ）によって駆動されて、平行を維持しながら互いに近接・離反するように並進移動する。第２保持部２２は、一対の爪により、容器４０の縁を保持又は解放することができる。

エンドエフェクタ１９は左のアーム１３Ｌのリスト部１７の先端に取り付けられている。エンドエフェクタ１９は、リスト部１７の先端を含む基部３０と、基部３０に設けられた保持部３１と、基部３０に設けられた食品供給装置３２とを有する。

保持部３１は、一対の爪を有する。各爪は容器４０の上部の外周に沿って内側に湾曲している。これらの爪は基部３０に設けられた一のアクチュエータ（例えばエアシリンダ）によって駆動されて、平行を維持しながら互いに近接・離反するように並進移動する。保持部３１は、一対の爪により、容器４０の縁を保持又は解放することができる。

食品供給装置２は、液体状の食材（例えばスープ）を上方から供給可能に構成される。図２（Ａ）は、食品供給装置２の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ－Ｂ部の断面図である。図２では食品供給装置２と容器４０のみ示している。図２に示すように、食品供給装置３２は、液体状の食材（例えばスープ）を供給可能なノズル３２ａと、ノズル３２ａの先端に設けられたカバー部材３２ｂとを有する。ノズル３３先端のカバー部材３２ｂは、容器４０の上面の開口を覆うように円形状に形成されている。

図３は、ロボット１１の制御装置１４の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置１４は、ＣＰＵ等の演算部１４ａと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃと、を備える。制御装置１４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。なお、制御装置１４は、集中制御する単独の制御装置１４によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置１４によって構成されていてもよい。

記憶部１４ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部１４ａは、記憶部１４ｂ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１１の各種動作を制御する。すなわち、演算部１４ａは、ロボット１１の制御指令を生成し、これをサーボ制御部１４ｃに出力する。サーボ制御部１４ｃは、演算部１４ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット１１の各アーム１３の関節に対応するサーボモータ等のアクチュエータの駆動を制御するように構成されている。また、エンドエフェクタ１８のアクチュエータ、及びエンドエフェクタ１９（食品供給装置３２）の制御も制御装置１４によって行われる。よって、制御装置１４は、ロボット１１全体の動作の制御を行う。

次に、ロボット１１の動作について図面を参照しながら説明する。まず、制御装置１４は、図１に示すように、左のアーム１３Ｌの動作を制御して、エンドエフェクタ１８により、搬送経路５１上に配置された容器４０を保持する。具体的には、制御装置１４は、第２保持部２２の一対の爪を駆動させて、搬送経路５１上の容器４０の縁を保持する。

次に、制御装置１４は、図４に示すように、左のアーム１３Ｌの動作を制御して、エンドエフェクタ１８によって保持された容器４０を、搬送経路５１（第１の位置）からテーブル８１上の計量器７０（第２の位置）まで搬送する。容器４０は、左のアーム１３Ｌによって計量器７０の上の載置位置に載置される。これと同時に、制御装置１４は、右のアーム１３Ｒの動作を制御して、容器４０を搬送している左のアーム１３Ｌに追従しながら、搬送中の容器４０に対し、エンドエフェクタ１９（食品供給装置３２）によりスープを供給する。ノズル３２ａ先端のカバー部材３２ｂにより容器４０の上面開口を覆いながらスープが供給される。カバー部材３３ａが円形状であるので、容器４０の搬送中にスープを供給しても円形状の容器４０の上面開口からスープがこぼれ難い。

次に、制御装置１４は、図５に示すように、エンドエフェクタ１９によるスープ供給作業終了と同時にエンドエフェクタ１８から容器４０を解放することによって、スープが充填された容器４０を計量器７０の計量台の上に載置する。尚、本実施形態では容器４０の計量作業は、作業者が計量器７０の値を目視で読み取ることにより行われる。

最後に、制御装置１４は、図６に示すように、右のアーム１３Ｒの動作を制御して、エンドエフェクタ１９によって、計量器７０の計量台の上の容器４０を保持し、エンドエフェクタ１９によって保持された容器４０を搬送装置５０の搬送経路５１まで搬送する。一方、制御装置１４は、左のアーム１３Ｌの動作を制御して、エンドエフェクタ１８により、左のテーブル８０上の容器置台８２に載置された容器４０の集合体４１を保持する。そして、左のアーム１３Ｌの動作を制御して、エンドエフェクタ１８により保持された容器４０の集合体４１を、搬送装置５０の搬送経路５１上に移動させ、制御装置１４は、エンドエフェクタ１８（第１保持部２１）の動作を制御して、集合体４１から最下位の容器４０を切り離す。これにより、最下位の容器４０が搬送装置５０の搬送経路５１上に供給される。その後は、再び上記動作を作業終了まで繰り返す。

図７は、本実施形態と比較例のロボットの動作手順を示す表である。図７の右の表は、比較例としてロボットの従来の制御手順を示している。比較例では、ロボット１１は、左アーム１３Ｌによる容器４０の保持動作の後に容器４０の搬送作業が行われる。その後、右アーム１３Ｒによる食品供給作業が行われ、最後に、右アーム１３Ｒによる容器４０の搬送作業が行われる。このように、従来のロボット制御では、双腕であっても、各動作が時系列に順次行われていた。

これに対し、図７の左の表は、本実施形態のロボットの制御手順を示している。本実施形態では、ロボット１１は、左アーム１３Ｌによる容器４０の保持動作の後に、左右のアーム１３Ｌ，１３Ｒによる容器４０の搬送作業と同時に食品供給作業が行われ、最後に、右アーム１３Ｒによる容器４０の搬送作業が行われる。このように、容器４０の搬送作業と食品供給作業が平行して行われるので、従来の制御と比べて、作業時間のロスが低減し作業効率が向上する。

尚、本実施形態では、一方のアーム１３Ｌによる容器４０（ワーク）の搬送作業中に容器４０（ワーク）に対して行われる他方のアーム１３Ｒによる作業は食品供給作業であったが、搬送作業以外の作業であればこれに限られない。例えば食品搬送中における食品の加熱又は冷却処理であってもよいし、例えば金属材料（ワーク）の搬送作業中における金属加工（溶接作業等）であってもよい。

尚、本実施形態の食品供給装置３２のノズル３２ａの先端にカバー部材３２ｂは、円形状であったが、これに限定されるものではない。容器４０の上面開口が矩形状であれば、これを覆うような矩形状であってもよい。

また、本実施形態では、ロボット１１は、容器４０の搬送中に容器４０に対してスープを充填したが、液状の食品であれば、例えばシチューであってもよい。シチューはスープよりも粘度の高いゲル状の食品である。このため、シチューを高いところから落下させると、シチューの液面が山状になってしまう。その結果、充填作業終了後に液面が容器の縁に向かって広がり、シチューが容器の縁からこぼれ易くなる。これに対し、容器の底面の近くでノズル先端からシチューを放出するとシチューの液面が平面状に広がる。そこで、制御装置１４は、右のアーム１３Ｒの動作を制御してノズル先端の位置を容器４０の底面の近くに配置し、その状態から、食品供給装置３２により食品の供給を開始し、食品の液面が上昇するにしたがってノズル先端の位置を上昇させるように右のアーム１３Ｒの動作を制御してもよい。これにより、食品をこぼれ難くすることができる。尚、この場合には、本実施形態と同様に、ノズル３３先端には、容器４０の上面の開口を覆うようにカバー部材３２ｂが設けられていてもよい。

尚、本実施形態の食品製造現場では、容器４０の計量作業は、作業者により行われていたが、ロボット１１により計量作業を自動化してもよい。例えばロボット１１が右のアーム１３の先端に計量ユニットを備え、エンドエフェクタ１９によって容器４０を把持した状態で、計量ユニットにより容器４０の重量を計量可能に構成されていてもよい。

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、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、食品の製造現場において有用である。

１ 食品製造装置
１１ ロボット
１２ ベース
１３Ｌ，１３Ｒ ロボットアーム
１４ 制御装置
１５ アーム部
１７ リスト部
１８、１９ エンドエフェクタ
２０ 基部
２１ 第１保持部
２１ａ 押し下げ部
２２ 第２保持部
３０ 基部
３１ 保持部
３２ 食品供給装置
３２ａ ノズル
３２ｂ カバー部材
４０ 容器（ワーク）
４１ 容器集合体
５０ 搬送装置
５１ 搬送経路
７０ 計量器
８０，８１ テーブル
８２ 容器置台

Claims (5)

1. ベースと、
   前記ベースに取り付けられた第１ロボットアームと、
   前記第１ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークを保持する第１エンドエフェクタと、
   前記ベースに取り付けられた第２ロボットアームと、
   前記第２ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークに対し所定の作業を行う第２エンドエフェクタと、
   前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１エンドエフェクタによって保持されたワークを、第１の位置から、前記第１ロボットアームによって前記ワークが載置される第２の位置まで搬送するよう前記第１ロボットアームの動作を制御するとともに、
   前記ワークを搬送している前記第１ロボットアームに追従しながら、前記搬送中のワークに対し、前記第２エンドエフェクタにより搬送作業以外の所定の作業を行うように第２ロボットアームの動作を制御する、ロボット。
2. 前記ワークは、上面が開口した食品用の容器であり、
   前記第２エンドエフェクタは、所定の食品を上方から供給可能に構成された食品供給装置を有し、
   前記所定の作業は、前記食品供給装置によって前記容器に対し上方から食品を供給する作業である、請求項１に記載のロボット。
3. 前記食品供給装置は、液状の食品を供給可能なノズルを有し、
   前記ノズルの先端に前記容器の上面の開口を覆うような所定の形状を有するカバー部材が設けられている、請求項２に記載のロボット。
4. 前記食品供給装置は、液状の食品を供給可能なノズルを有し、
   前記制御装置は、前記第２ロボットアームの動作を制御して、前記ノズル先端の位置を前記容器の底面の近くに配置し、前記食品供給装置により食品の供給を開始し、食品の液面が上昇するにしたがって前記ノズル先端の位置を上昇させるように前記第２ロボットアームの動作を制御する、請求項２又は３に記載のロボット。
5. ベースと、前記ベースに取り付けられた第１ロボットアームと、前記第１ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークを保持する第１エンドエフェクタと、前記ベースに取り付けられた第２ロボットアームと、前記第２ロボットアームの先端に取り付けられ、ワークに対し所定の作業を行う第２エンドエフェクタと、前記第１および第２ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備えるロボットの制御方法であって、
   前記制御装置は、
   前記第１エンドエフェクタによって保持されたワークを、第１の位置から、前記第１ロボットアームによって前記ワークが載置される第２の位置まで搬送するよう前記第１ロボットアームの動作を制御するとともに、
   前記ワークを搬送している前記第１ロボットアームに追従しながら、前記搬送中のワークに対し、前記第２エンドエフェクタにより搬送作業以外の所定の作業を行うように第２ロボットアームの動作を制御する、ロボットの制御方法。

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