JP7146233B2

JP7146233B2 - 物品移載装置

Info

Publication number: JP7146233B2
Application number: JP2018052424A
Authority: JP
Inventors: 修一前田
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2038-03-20
Also published as: EP3769918A4; CN111867790B; JP2019162695A; US11819998B2; CN111867790A; WO2019181355A1; EP3769918A1; US20210016451A1

Description

本発明は、物品移載装置に関する。

コンテナに収容された食品等の物品をロボットハンドによって把持し、把持した部分の物品を他の容器等に移載する物品移載装置がある。このような物品移載装置に用いられるロボットハンドが、例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１７－４７４８１号公報

このような物品移載装置では、物品の種類によってはロボットハンドによって物品を安定して把持することができず、物品の移載中に物品の一部が脱落してしまうことが考えられる。

そこで、本発明の一側面は、物品を安定して把持可能な物品移載装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る物品移載装置は、物品を把持する把持部を有し、把持部が把持した物品を移載先に移載するロボットハンドと、複数の物品が配置される物品領域に把持部を差し込んで予め定められた量の物品を把持し、把持した物品を移載先に移載するようにロボットハンドの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、把持部が物品領域に差し込まれたときの把持部の位置において、把持部を一旦閉じた後に把持部を開く開閉動作を１回以上実行した後に、把持部を閉じて予め定められた量の物品を把持するようにロボットハンドの動作を制御する。

この物品移載装置は、複数の物品が配置された物品領域に把持部が差し込まれた状態で、把持部の開閉動作を一回以上行い、その後に把持部を閉じて物品を把持する。すなわち、物品移載装置は、把持部の開閉動作によって把持対象とする予め定められた量の物品を一旦寄せ集めた後、寄せ集めた物品を把持する。このように、寄せ集められた状態の物品を把持部によって把持するため、物品移載装置は、把持部によって物品を安定して把持できる。

物品移載装置において、制御部は、把持部が物品領域に差し込まれたときの把持部の位置において、把持部を一旦閉じた後に把持部を開きその後に再び把持部を閉じるまでの間に、把持部の差し込み方向に沿った軸周りに把持部が予め定められた第１角度回転するようにロボットハンドの動作を制御してもよい。この場合、物品移載装置は、把持対象となる予め定められた量の物品に対し、前回把持部を閉じたときとは異なる向きから当接することによって、把持対象となる物品を寄せ集める又は把持できる。このように、異なる向きから把持部によって物品を寄せ集める又は把持するため、物品移載装置は、物品をより一層寄せ集めてさらに安定して把持できる。

物品移載装置において、制御部は、把持部が物品領域に差し込まれたときの把持部の位置において、把持部が閉じた状態のときに、把持部の差し込み方向に沿った軸周りに把持部が予め定められた第２角度回転するようにロボットハンドの動作を制御してもよい。この場合、物品移載装置は、複数の物品のうちの一部の物品が把持された状態で把持部を回転させることで、把持部によって把持された物品とその周囲の物品（把持対象外の物品）とを分離させることができる。これにより、物品移載装置は、把持対象となる予め定められた量の物品を安定して把持できる。

物品移載装置において、制御部は、把持部が前記物品領域に差し込まれた状態で把持部を一旦閉じた後に把持部を開くときの開き量が、物品領域に把持部が差し込まれるときの把持部の開き量よりも小さくなるようにロボットハンドの動作を制御してもよい。この場合、物品移載装置は、把持部を開く動作のための時間を短縮でき、物品を素早く把持できる。

物品移載装置において、制御部は、把持部を物品領域に差し込み、把持部を一旦閉じた後に把持部を開く開閉動作を１回以上実行した後に、把持部を閉じて予め定められた量の物品を把持して移載先に移載する一連の動作を、複数回連続して実行するようにロボットハンドの動作を制御してもよい。この場合、物品移載装置は、物品領域内の複数の物品から予め定められた量の物品を、移載先に順次移載できる。

本発明の一側面によれば、物品を安定して把持できる。

実施形態に係る物品移載装置の概略構成を示す図である。図２（ａ）は、把持部の側面図である。図２（ｂ）は、把持部を下方から見た図である。把持部が食材群に差し込まれる様子を示す図である。図４（ａ）は、把持部材が食材群に差し込まれた様子を示す図である。図４（ｂ）は、予備動作において把持部材が一旦閉じた状態を示す図である。図４（ｃ）は、予備動作において把持部材が開いた状態を示す図である。図４（ｄ）は、把持動作において把持部材が閉じた状態を示す図である。把持部を回転させることによって食材が把持される位置が変化する様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。「上」及び「下」の語は、鉛直方向の「上方」及び「下方」にそれぞれ対応する。

図１に示されるように、トレー２内には、複数の食材（物品）Ｂ１（図３参照）の集合体である食材群Ｂが収容（配置）される。物品移載装置１は、トレー２内から予め定められた量の食材Ｂ１を取り出し、弁当ケース等の容器３に移載する。具体的には、物品移載装置１は、ロボットハンド１０、及び制御部２０を備える。

ロボットハンド１０は、作業台５に載置されたトレー２及び容器３の近傍に設けられる。作業台５上には、複数の容器３が配置される。トレー２及び容器３は、それぞれ上部が開口する箱体である。ロボットハンド１０は、トレー２から目標把持量（予め定められた量）の食材Ｂ１を取り出し、複数の容器３に順次移載する。ロボットハンド１０は、アーム部１１、及び把持部１２を備える。

把持部１２は、アーム部１１の先端部に取り付けられる。アーム部１１は、複数の関節を有している。アーム部１１は、旋回及び関節を屈曲させることにより、把持部１２を所望の位置に移動させることができる。アーム部１１の動作は、制御部２０により制御される。アーム部１１は、制御部２０から出力される制御信号に基づいて動作する。

把持部１２は、食材群Ｂから、食材Ｂ１の一部を把持する。本実施形態において、把持部１２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、本体部１２ａ、３つの把持部材１２ｂ、及び駆動部１２ｃを備える。本体部１２ａは、中心軸Ｃを有する筐体である。本体部１２ａは、例えば、円柱状の外形を呈する。本体部１２ａは、例えば、金属で形成される。本体部１２ａは、アーム部１１の先端部に取り付けられる。

把持部材１２ｂは、棒状の部材である。把持部材１２ｂは、例えば、樹脂、金属等で形成される。把持部材１２ｂは、本体部１２ａから下方へ突出するように、本体部１２ａに取り付けられる。３つの把持部材１２ｂは、中心軸Ｃを中心とする仮想円上にそれぞれ配置される。３つの把持部材１２ｂは、当該仮想円の周方向において、等間隔（１２０°間隔）で配置される。

また、把持部材１２ｂは、移動可能に本体部１２ａに設けられる。具体的には、把持部材１２ｂは、駆動部１２ｃによって駆動されることにより移動する。駆動部１２ｃは、把持部材１２ｂを、中心軸Ｃに近づく方向及び中心軸Ｃから離れる方向に移動させる。駆動部１２ｃは、３つの把持部材１２ｂを同期して移動させる。これにより、３つの把持部材１２ｂは、互いに近づく方向及び互いに離れる方向に移動する。駆動部１２ｃは、例えば、モータ及びリンク機構を含んで構成される。駆動部１２ｃの動作は、制御部２０により制御される。駆動部１２ｃは、制御部２０から出力される制御信号に基づいて動作する。

図３に示されるように、アーム部１１が把持部１２を鉛直方向に沿って上方から下方に向かって移動させることよって、把持部１２の把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれる。つまり、把持部１２の食材群Ｂへの差し込み方向は、鉛直方向と一致している。なお、把持部１２は、食材群Ｂに差し込まれるときに、中心軸Ｃの延在方向が鉛直方向と一致するようにアーム部１１によって傾きが調整される。続いて、駆動部１２ｃが３つの把持部材１２ｂを互いに近づく方向に移動させることにより、把持部１２は、３つの把持部材１２ｂに内接する内接円Ｒ（図２（ｂ）参照）よりも内側に位置する食材Ｂ１を把持する。

把持部１２によって把持される食材Ｂ１の把持量（把持された食材Ｂ１の質量）は、食材群Ｂに差し込まれる把持部材１２ｂの差し込み深さと、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれるときの３つの把持部材１２ｂの開き量とによって定まる。把持部１２は、食材群Ｂへの把持部材１２ｂの差し込み深さが深いほど、多くの量の食材Ｂ１を把持できる。把持部１２は、３つの把持部材１２ｂの開き量が大きいほど、多くの量の食材Ｂ１を把持できる。

ロボットハンド１０は、トレー２内の食材群Ｂに把持部１２の把持部材１２ｂを差し込んで、食材群Ｂから食材Ｂ１の一部を把持する。続いて、ロボットハンド１０は、アーム部１１を動作させることによって、移載先の容器３の上方へ把持部１２を移動させる。そして、ロボットハンド１０は、把持部１２から食材Ｂ１を解放することで、把持した食材Ｂ１を移載先の容器３に移載することができる。

制御部２０は、ロボットハンド１０の動作を制御する。制御部２０は、ロボットハンド１０内に収容されてもよく、ロボットハンド１０の外部に設けられてもよい。制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットである。制御部２０は、制御信号をロボットハンド１０に出力することによって、ロボットハンド１０の動作を制御する。

具体的には、制御部２０は、トレー２内の食材群Ｂ（食材Ｂ１が載置される物品領域）に把持部材１２ｂを差し込んで予め定められた量の食材Ｂ１を把持し、把持した食材Ｂ１を移載先の容器３に移載するようにロボットハンド１０の動作を制御する。このとき、制御部２０は、上述したように、予め定められた量の食材Ｂ１が把持部１２によって把持されるように、把持部材１２ｂを食材群Ｂに差し込むときの差し込み深さ及び開き量を制御する。

ここで、制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれたときの把持部１２（本体部１２ａ）の位置において、３つの把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開く開閉動作を１回以上実行する。そして、制御部２０は、把持部材１２ｂの開閉動作の後に、把持部材１２ｂを閉じて予め定められた量の食材Ｂ１を把持するようにロボットハンド１０の動作を制御する。

より詳細には、制御部２０は、予め定められた量の食材Ｂ１が把持できるように、把持部材１２ｂを食材群Ｂに差し込むときの差し込み深さ及び開き量を決定する。制御部２０は、決定した把持部材１２ｂの開き量となるように把持部１２の動作を制御する。続いて、制御部２０は、図４（ａ）に示されるように、決定した差し込み深さまで把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれるようにロボットハンド１０の動作を制御する。

把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれた後、制御部２０は、図４（ｂ）に示されるように、３つの把持部材１２ｂを一旦閉じるように把持部１２の動作を制御する。これにより、３つの把持部材１２ｂの内側に位置する予め定められた量の食材Ｂ１が、周囲の食材Ｂ１から切り離されて寄せ集められる。そして、制御部２０は、図４（ｃ）に示されるように、再度、把持部材１２ｂが開くように把持部１２の動作を制御する。

なお、制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれた状態で把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開くときの開き量が、食材群Ｂに把持部材１２ｂが差し込まれるときの把持部材１２ｂの開き量よりも小さくなるように把持部１２の動作を制御する。すなわち、制御部２０は、図４（ｃ）に示されるように把持部材１２ｂを再度開くときの開き量が、図４（ａ)に示されるように把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれるときの把持部材１２ｂの開き量よりも小さくなるように、把持部１２の動作を制御する。図４（ｃ）では、中心軸Ｃから把持部材１２ｂまでの長さＬ（開き量）が、図４（ａ）に示される長さＬよりも短くなっている。

制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれたときの把持部１２の位置において、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように３つの把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開く開閉動作を、１回以上把持部１２に実行させる。以下、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示されるように把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開く開閉動作を、「予備動作」と称する。制御部２０は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示される予備動作を、１回以上把持部１２に実行させる。つまり、把持部１２は、予備動作によって食材Ｂ１を寄せ集める。

把持部材１２ｂの予備動作の後、制御部２０は、図４（ｄ）に示されるように、把持部材１２ｂを閉じて食材Ｂ１を把持するように把持部１２を制御する。その後、制御部２０は、把持した食材Ｂ１を移載先の容器３へ移載するようにロボットハンド１０の動作を制御する。以下、図４（ｄ）に示されるように、食材Ｂ１を移載先に移載するために把持部材１２ｂを閉じて食材Ｂ１を把持する動作を「把持動作」と称する。

ここで、制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれたときの把持部１２の位置において、把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開きその後に再び把持部材１２ｂを閉じるまでの間に、中心軸Ｃ周り（把持部１２の差し込み方向に沿った軸周り）に把持部１２が予め定められた第１角度回転するようにロボットハンド１０の動作を制御する。すなわち、制御部２０は、図５に示されるように、把持部１２を第１角度回転させることで、把持部材１２ｂを閉じたときに把持部材１２ｂが食材Ｂ１を把持する位置を変化させる。

なお、制御部２０は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示される予備動作を複数回実行させる場合、予備動作中において把持部材１２ｂを閉じる毎に、把持部１２を第１角度回転ずつ回転させてもよい。また、制御部２０は、予備動作において把持部材１２ｂを閉じた後、把持動作において把持部材１２ｂを閉じるまでの間に、把持部１２を第１角度回転させてもよい。

また、制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれたときの把持部１２の位置において、把持部材１２ｂが閉じた状態のときに、中心軸Ｃ周りに把持部１２が予め定められた第２角度回転するようにロボットハンド１０の動作を制御する。つまり、制御部２０は、把持部材１２ｂが閉じた状態で把持部１２全体を第２角度回転させる。

なお、制御部２０は、図４（ｂ）に示されるように、予備動作において把持部材１２ｂが閉じた状態のときに、把持部１２を第２角度回転させてもよい。また、制御部２０は、図４（ｄ）に示されるように、把持動作において把持部材１２ｂが閉じた状態のときに、把持部１２を第２角度回転させてもよい。なお、この第２角度は、上述した第１角度と同じ角度であってもよく、異なる角度であってもよい。

制御部２０は、図４（ａ）～図４（ｄ）を用いて説明した一連の動作を繰り返し実行するようにロボットハンド１０の動作を制御し、複数の容器３に食材Ｂ１を順次移載する。すなわち、制御部２０は、把持部材１２ｂを食材群Ｂに差し込み、把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開く開閉動作（予備動作）を１回以上実行した後に、把持部材１２ｂを閉じて予め定められた量の食材Ｂ１を把持する一連の動作を、複数回連続して実行するようにロボットハンド１０の動作を制御する。

以上のように、物品移載装置１は、食材群Ｂに把持部材１２ｂが差し込まれた状態で、把持部材１２ｂの開閉動作（予備動作）を一回以上行い、その後に把持部材１２ｂを閉じて食材Ｂ１を把持する。すなわち、物品移載装置１は、把持部材１２ｂの開閉動作によって把持対象とする予め定められた量の食材Ｂ１を一旦寄せ集めた後、寄せ集めた食材Ｂ１を把持する。このように、寄せ集められた状態の食材Ｂ１を把持部材１２ｂによって把持するため、物品移載装置１は、把持部１２によって食材Ｂ１を安定して把持できる。

物品移載装置１は、把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開き、その後に再び把持部材１２ｂを閉じるまでの間に、把持部１２を中心軸Ｃ周りに第１角度回転させる。この場合、物品移載装置１は、把持対象となる予め定められた量の食材Ｂ１に対し、把持部材１２ｂを前回閉じたときとは異なる向きから当接することによって、食材Ｂ１を寄せ集める又は把持できる。このように、異なる向きから把持部材１２ｂによって食材Ｂ１を寄せ集める又は把持するため、物品移載装置１は、食材Ｂ１をより一層寄せ集めてさらに安定して把持できる。

物品移載装置１は、把持部材１２ｂが閉じた状態で、把持部１２を中心軸Ｃ周りに第２角度回転させる。このように、物品移載装置１は、食材群Ｂの一部の食材Ｂ１が把持された状態で把持部１２を回転させることで、把持部材１２ｂによって把持された食材Ｂ１とその周囲の食材Ｂ１（把持対象外の食材Ｂ１）とを分離させることができる。これにより、物品移載装置１は、把持対象となる予め定められた量の食材Ｂ１を安定して把持できる。

制御部２０は、把持部材１２ｂが食材群Ｂに差し込まれた状態で把持部材１２ｂを一旦閉じた後に把持部材１２ｂを開くときの開き量が、食材群Ｂに把持部材１２ｂが差し込まれるときの把持部材１２ｂの開き量よりも小さくなるように把持部１２の動作を制御する。この場合、物品移載装置１は、把持部材１２ｂを開く動作のための時間を短縮でき、食材Ｂ１を素早く把持できる。

物品移載装置１は、把持部材１２ｂを食材群Ｂに差し込み、把持部材１２ｂの予備動作を１回以上実行した後に、把持部材１２ｂを閉じて予め定められた量の食材Ｂ１を把持して移載先に移載する一連の動作を、複数回連続して実行する。この場合、物品移載装置１は、食材群Ｂから予め定められた量の食材Ｂ１を、移載先の複数の容器３に順次移載できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、把持部１２が３つの把持部材１２ｂを有する形態を一例に説明した。しかし、把持部１２は、少なくとも２つの把持部材を有していればよい。把持部１２は、食材Ｂ１を把持する構成であれば、如何なる構成であってもよい。

上記の実施形態において物品移載装置１は、トレー２内の食材Ｂ１を把持して容器３に移載した。しかしながら、物品移載装置１は、移載対象として食材Ｂ１以外の種々の物品を移載できる。また、物品移載装置１は、トレー２から容器３へ食材Ｂ１を移載することに限定されず、種々の用途に用いられてもよい。

また、ロボットハンド１０は、把持部１２を水平方向及び鉛直方向の両方に移動させる構成に限定されない。例えば、ロボットハンド１０のアーム部１１は、把持部１２を鉛直方向にのみ移動させ、かつ把持部１２を鉛直方向に沿った軸周りに回転させる構成であってもよい。この場合、物品移載装置１は、食材群Ｂが収容されたトレー２と空の容器３とを、把持部１２の下方の位置に交互に搬送する搬送装置を備える。ロボットハンド１０は、把持部１２の下方に搬送されたトレー２に向けて把持部１２を降下させて食材Ｂ１を把持し、把持部１２を上昇させる。そして、ロボットハンド１０は、把持部１２の下方に搬送された空の容器３に向けて把持部１２を降下させて、容器３内に食材Ｂ１を投下することにより、食材Ｂ１を移載できる。

また、把持部１２には、把持部材１２ｂを閉じて食材Ｂ１を把持するときの力（駆動部１２ｃのトルク）が予め設定されていてもよい。この場合、把持部１２は、予め設定された力で把持部材１２ｂを閉じることができる位置まで把持部材１２ｂを移動させる。すなわち、把持部１２は、食材Ｂ１の把持状態によっては、目標閉じ位置に把持部材１２ｂが到達する前に把持部材１２ｂを閉じる動作を停止してもよい。これにより、把持部１２は、把持部材１２ｂを閉じて食材Ｂ１を把持するときに、食材Ｂ１の損傷を抑制できる。

１…物品移載装置、３…容器（移載先）、１０…ロボットハンド、１２…把持部、２０…制御部、Ｂ１…食材（物品）。

Claims

物品を把持する把持部を有し、前記把持部が把持した前記物品を移載先に移載するロボットハンドと、
複数の前記物品が配置される物品領域に前記把持部を差し込んで予め定められた量の前記物品を把持し、把持した前記物品を前記移載先に移載するように前記ロボットハンドの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記把持部が前記物品領域に差し込まれ、前記物品が前記把持部の周囲に配置されるときの前記把持部の位置において、前記把持部内に位置する前記物品を、前記把持部の周りに位置する前記物品から切り離して前記把持部内に寄せ集めるように前記把持部を一旦閉じ、その後に前記把持部を開く開閉動作を、１回以上実行した後に、前記把持部を閉じて予め定められた量の前記物品を把持するように前記ロボットハンドの動作を制御する、物品移載装置。
前記制御部は、前記把持部が前記物品領域に差し込まれたときの前記把持部の位置において、前記把持部を一旦閉じた後に前記把持部を開きその後に再び前記把持部を閉じるまでの間に、前記把持部の差し込み方向に沿った軸周りに前記把持部が予め定められた第１角度回転するように前記ロボットハンドの動作を制御する、請求項１に記載の物品移載装置。
前記制御部は、前記把持部が前記物品領域に差し込まれたときの前記把持部の位置において、前記把持部が閉じた状態のときに、前記把持部の差し込み方向に沿った軸周りに前記把持部が予め定められた第２角度回転するように前記ロボットハンドの動作を制御する、請求項１又は２に記載の物品移載装置。
前記制御部は、前記把持部が前記物品領域に差し込まれた状態で前記把持部を一旦閉じた後に前記把持部を開くときの開き量が、前記物品領域に前記把持部が差し込まれるときの前記把持部の開き量よりも小さくなるように前記ロボットハンドの動作を制御する、請求項１～３のいずれか一項に記載の物品移載装置。
前記制御部は、前記把持部を前記物品領域に差し込み、前記把持部を一旦閉じた後に前記把持部を開く開閉動作を１回以上実行した後に、前記把持部を閉じて予め定められた量の前記物品を把持して前記移載先に移載する一連の動作を、複数回連続して実行するように前記ロボットハンドの動作を制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の物品移載装置。