WO2018186291A1 - ロボット及びその動作方法 - Google Patents

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WO2018186291A1
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food
arm
robot
gripping
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和範 平田
将司 三澤
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川崎重工業株式会社
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    • B65G59/106—De-stacking nested articles by means of reciprocating escapement-like mechanisms comprising lifting or gripping means

Definitions

  • the present invention relates to a robot and its operation method.
  • JP 2005-231716 A (refer in particular to paragraphs [0037] to [0039] and FIG. 2) JP 2010-163211 (see FIG. 1)
  • a robot for automatically supplying a beverage to a cup.
  • a cup is an example of a container, and it is preferable to automatically supply drinks to as wide a container as possible.
  • a drink is an example of a drink and food having fluidity or these materials (hereinafter referred to as fluid food and drink), and automatically supplying food and drink having the widest possible fluidity to a container. Is preferred.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a robot capable of automatically supplying fluid food and drink to a container and an operation method thereof. .
  • a robot is a robot used in a food and beverage filling system that fills a container with fluid food and drink, and the container has an open top.
  • the food filling system discharges the food and drink, and a transport device that transports the container placed on the transport body by moving the transport body.
  • a food and beverage supply apparatus including a discharger, and a container provider for providing the container, wherein the robot includes a first arm and a controller that controls the operation of the first arm.
  • the first arm includes a first hand having a first gripping part for gripping the container and a second gripping part for gripping the discharger at a distal end, and the controller Is caused by the second gripping portion.
  • the container is gripped and then acquired by the first gripper by gripping the container from the container provider, and the acquired container is stored in the container placement position on the moving path of the transport body.
  • the food and drink is placed on the transport body, and the food and drink is taken from the dispenser gripped by the second grip portion on the container at the food and drink filling position downstream of the container placement position on the transport path of the transport body.
  • the first arm is controlled to discharge and fill.
  • the food and drink having fluidity means a beverage and food having fluidity or these materials as described above. In other words, it means liquid, powdery or granular beverages or foods and their ingredients.
  • beverages include water, milk, coffee, tea, etc.
  • examples of foods include soups, curry roux, etc.
  • ingredients include seasonings, sauces, soy sauce, granular or powdery ingredients, etc. Illustrated.
  • the first arm grips and acquires the container from the container provider by the first grip portion, and the acquired container is transferred to the transport body at the container placement position on the transport path of the transport body. Since the food / beverage material is discharged and filled from the dispenser held by the second gripping portion at the food / beverage material filling position downstream from the container placement position on the movement path of the carrier, the container It is possible to automatically supply fluid food and drink.
  • the first hand faces the direction in which the discharge direction of the discharger gripped by the second gripping part coincides with a predetermined axis, and extends from the bottom to the top of the container gripped by the first gripping part. You may be comprised so that the direction to go may face the direction which corresponds to the said predetermined axis line.
  • the controller is configured such that the first hand has the predetermined axis line aligned with a vertical direction, and the container held by the first holding part and the second holding part as viewed from the vertical direction.
  • the first hand may be configured to control the container placement / food / drink filling posture located on a straight line that coincides with the moving direction of the transport body on the transport body. .
  • the container placed on the transport body by the first gripping part is transported by the transporting body directly below the discharger gripped by the second gripping part.
  • the food / beverage material filling can be suitably performed.
  • the controller moves the first hand up and down between a first height position and a second height position lower than the first height position in the container placement / foodstuff filling posture, At the first height position, the first grasping unit grips and acquires the container from the container provider, and then descends from the first height position to the second height position, and the second height In this position, the first arm may be controlled to place the acquired container on the transport body.
  • the robot further includes a second arm that constitutes the container provider, and the second arm includes a second hand for holding a container stack at a tip portion, and the container has a top portion. Opened, closed at the bottom, and has a shape that narrows from the top toward the bottom, and the container stack is located above the inner space of the lower container in the two vertically adjacent containers.
  • a plurality of the containers are stacked in order so that the top of the container is inserted from the bottom and the top is exposed, and the control unit uses the first hand of the first arm to move the second hand of the second arm.
  • the first and second arms may be controlled so as to grasp and acquire the container from the container stack held in the container.
  • the second arm serves as a container provider, the configuration for providing the container is simplified.
  • a robot operation method is a robot operation method used in a food and beverage filling system for filling a container with fluid food and drink, wherein the container has a top portion.
  • the food filling system has a shape that is open and closed at the bottom, and the food filling system discharges the food and drink, a transport device that transports the container placed on the transport body by moving the transport body.
  • a food and beverage supply device including a dispenser, and a container provider for providing the container, wherein the robot includes a first arm, and the first arm A first hand having a first gripping part for gripping the container and a second gripping part for gripping the discharge device, wherein the operation method grips the discharger by the second gripping part; And the first holding part Gripping and acquiring the container from the container provider, placing the acquired container on the transport body at a container placement position on the transport path of the transport body, Discharging and filling the food and drink from the dispenser gripped by the second gripping portion at the food and drink filling position downstream from the container placement position on the moving path of the carrier; Including.
  • the first arm grips and acquires the container from the container provider by the first grip portion, and the acquired container is transferred to the transport body at the container placement position on the transport path of the transport body. Since the food / beverage material is discharged and filled from the dispenser held by the second gripping portion at the food / beverage material filling position downstream from the container placement position on the movement path of the carrier, the container It is possible to automatically supply fluid food and drink.
  • the present invention has an effect of providing a robot capable of automatically supplying fluid food and drink to a container and an operation method thereof.
  • FIG. 1 is a front view showing a configuration of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a hand of the double-arm robot of FIG. 1 and an application example (use example) of the double-arm robot.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the central portion of the discharger of FIG. 1, and FIG. 3B shows a state in which the second gripping portion is gripped with the first pressure.
  • FIG. 3C is a longitudinal sectional view showing a state where the second gripping portion is gripped with the second pressure.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the control system of the double-arm robot of FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing container placement and food / material filling operation of the double-arm robot of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the container separating operation of the double-arm robot of FIG.
  • FIG. 7A is a perspective view showing the operation of the double-arm robot of FIG.
  • FIG. 7B is a perspective view showing the operation of the double-arm robot of FIG.
  • FIG. 7C is a perspective view showing the operation of the double-arm robot of FIG.
  • FIG. 7D is a perspective view showing the operation of the double-arm robot of FIG. 1.
  • FIG. 7E is a perspective view showing the operation of the double-arm robot of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the container laminate.
  • FIG. 1 is a front view showing a configuration of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a hand of the double-arm robot of FIG. 1 and an application example (use example) of the double-arm robot.
  • the robot 11 includes a first arm 13A and a controller 14 that controls the operation of the first arm 13A.
  • the first arm 13A has a tip portion.
  • a first hand 18 having a first grip portion 22 for gripping the container 42 and a second grip portion 23 for gripping the discharger 32 is provided. Therefore, the robot of the present embodiment only needs to have at least one arm.
  • the robot 11 further includes a second arm 13B that constitutes a container provider, and the second arm 13B includes a second hand 19 for holding the container stack 41 at the tip. Yes.
  • the direction in which the pair of arms of the double-arm robot 11 is expanded is referred to as the left-right direction
  • the direction parallel to the axis of the base axis is referred to as the up-down direction
  • the direction orthogonal to the left-right direction and the up-down direction Is referred to as the front-rear direction.
  • a double-arm robot 11 includes a base 12 fixed to a carriage, a pair of arms (hereinafter, simply referred to as “arms”) 13A and 13B supported by the base 12, and a base. And a controller 14 housed in the machine 12.
  • the base 12 and the pair of arms 13A and 13B constitute the main body of the double-arm robot 11.
  • Each arm 13A, 13B is a horizontal articulated arm configured to be movable with respect to the base 12, and includes an arm part 15, a wrist part 17, and end effectors (18, 19).
  • the first arm (right arm) 13A and the second arm (left arm) 13B may have substantially the same structure. Further, the right arm 13A and the left arm 13B can operate independently or operate in association with each other.
  • Each arm 13A, 13B may be a robot arm and is not limited to a horizontal articulated arm. For example, a general articulated arm may be used. Further, the left arm may be the first arm and the right arm may be the second arm.
  • the arm portion 15 is composed of a first link 15a and a second link 15b.
  • the first link 15 a is connected to a base shaft 16 fixed to the upper surface of the base 12 by a rotary joint J ⁇ b> 1 and is rotatable around a rotation axis L ⁇ b> 1 passing through the axis of the base shaft 16.
  • the second link 15b is connected to the distal end portion of the first link 15a by the rotary joint J2, and is rotatable around the rotation axis L2 defined at the distal end of the first link 15a.
  • the list unit 17 includes an elevating unit 17a and a rotating unit 17b.
  • the raising / lowering part 17a is connected with the front-end
  • the rotating part 17b is connected to the lower end part of the elevating part 17a by the rotary joint J4, and is rotatable around the rotation axis L3 defined at the lower end part of the elevating part 17a.
  • the end effectors (18, 19) are connected to the rotating portions 17b of the left and right wrist portions 17, respectively. End effectors (18, 19) are provided at the tips of the left and right arms 13, respectively.
  • the end effector (18, 19) is constituted by a hand in this example. The structure of the hand will be described later.
  • Each arm 13A, 13B having the above configuration has each joint J1 to J4.
  • the arm 13 is provided with a drive servomotor (not shown) and an encoder (not shown) for detecting the rotation angle of the servomotor so as to be associated with each joint J1 to J4. It has been. Further, the rotation axes L1 of the first links 15a and 15a of the two arms 13A and 13B are on the same straight line, and the first link 15a of one arm 13 and the first link 15a of the other arm 13 are vertically moved. It is arranged with a height difference.
  • the first arm 13A includes a first hand 18 as an end effector.
  • the first hand 18 includes a base portion 21, a first grip portion 22, and a second grip portion 23.
  • the base portion 21 is formed in a bent plate shape, and extends downward from one end of the horizontal first portion (perpendicular to the rotation axis L3) and the first portion, and extends horizontally therefrom. Part.
  • the central part of the first part is fixed to the rotating part 17b.
  • a first grip 22 having a pair of claws is provided at the tip of the second portion. The pair of claws are provided so as to be openable and closable in a horizontal direction (a direction perpendicular to the rotation axis L3).
  • the pair of claws have groove-shaped recesses corresponding to the shape of the container on the inner surfaces.
  • the groove-shaped recess has an arc-shaped cross section and is formed in a columnar shape extending in the vertical direction (direction parallel to the rotation axis L3).
  • claw is comprised with the rigid main-body part and the elastic layer which covers the inner surface of the said main-body part.
  • the rigid main body is made of, for example, metal or resin.
  • the elastic layer is made of, for example, rubber, hard sponge, or the like.
  • a second grip 23 having a pair of claws is formed at the other end of the first portion.
  • the pair of claws are provided so as to be openable and closable in a horizontal direction (a direction perpendicular to the rotation axis L3).
  • the pair of claws have groove-shaped recesses corresponding to the shape of the container on the inner surfaces.
  • the groove-shaped recess has an arc-shaped cross section and is formed in a columnar shape extending in the vertical direction (direction parallel to the rotation axis L3).
  • the pair of claws are made of a material such as metal or resin.
  • the first gripping part 22 and the second gripping part 23 are composed of chucks that are opened and closed by air or a motor (in this example, air), for example.
  • a motor in this example, air
  • FIG. 2 and FIGS. 7A to 7E the pair of claws of the second gripping portion 23 are shown to be completely closed, but the pair of claws have a first pressure and a second pressure described later. Even if the discharger 32 is gripped at any pressure, the discharger 32 is configured not to be completely closed.
  • the first hand 18 of the first arm 13A faces the direction in which the discharge direction of the discharger 32 held by the second holding unit 23 coincides with the rotation axis L3, and the first hand 18 moves to the first holding unit 22.
  • the direction from the bottom to the top of the gripped container 42 faces the direction that coincides with the rotation axis L3 (see FIG. 7E).
  • the container 42 held by the first holding unit 22 faces upward and the second holding unit without controlling the first arm. Since the discharge direction of the discharger 32 gripped by 23 is directed downward, container placement and food and beverage filling operations are simplified.
  • the second arm 13B includes a second hand 19 as an end effector.
  • the second hand 19 includes a base portion 24 and a grip portion 25.
  • the base portion 24 is formed in a flat plate shape, and one end portion thereof is fixed to the rotating portion 17b.
  • a grip portion 25 having a pair of claws is provided at the other end of the base portion 24.
  • the pair of claws are provided so as to be openable and closable in a horizontal direction (a direction perpendicular to the rotation axis L3).
  • the pair of claws have groove-shaped recesses corresponding to the shape of the container on the inner surfaces.
  • the groove-shaped recess has an arc-shaped cross section and is formed in a columnar shape extending in the vertical direction (direction parallel to the rotation axis L3).
  • claw is comprised with the rigid main-body part and the elastic layer which covers the inner surface of the said main-body part.
  • the rigid main body is made of, for example, metal or resin.
  • the elastic layer is made of, for example, rubber, hard sponge, or the like.
  • the elastic layers on the inner surfaces of the pair of claws are recessed and a frictional force is generated between the claws and the container due to the elastic force of the elastic layers, so that the pair of claws grips the container 42 without slipping. be able to.
  • the direction from the bottom to the top of the container 42 of the container stack 41 held by the holding part 25 of the second hand 19 of the second arm 13B faces the direction (vertical direction) coinciding with the rotation axis L3. (See FIG. 7E).
  • the grip portion 25 of the second arm 13B is formed to have a larger width (dimension in the vertical direction) than the first grip portion 22 of the first arm 13A. The reason is mainly that the grip portion 25 of the second arm 13B holds the container stack 41, so that the grip portion 25 can stably hold the container stack 41.
  • the grip portion 25 of the second arm 13B is configured by, for example, a chuck that is opened and closed by air or a motor (air in this example).
  • FIG. 4 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the control system of the double arm robot 11.
  • the controller 14 includes a calculation unit (processing unit) 14a, a storage unit 14b, and a servo control unit 14c.
  • the controller 14 includes a microcontroller, MPU, FGPA (field programmable gate array), PLC (programmable logic controller), and the like.
  • the calculation unit 14a is configured by a processor such as a microcontroller
  • the storage unit 14b is configured by a memory such as a microcontroller.
  • the controller 14 may be configured by a single controller that performs centralized control, or may be configured by a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.
  • the storage unit 14b stores information such as a basic program as a robot controller and various fixed data.
  • the calculation unit 14a controls various operations of the dual-arm robot 11 by reading and executing a basic program or the like stored in the storage unit 14b. That is, the arithmetic unit 14a generates a control command for the double-arm robot 11 and outputs it to the servo control unit 14c.
  • the servo control unit 14c is configured to control the driving of the servo motors corresponding to the joints J1 to J4 of each arm 13 of the double-arm robot 11 based on the control command generated by the calculation unit 14a.
  • the controller 14 also controls the operations of the first gripping part 22 and the second gripping part 23 of the first hand 18 and the gripping part 25 of the second hand. Thus, the controller 14 controls the overall operation of the double-arm robot 1.
  • the double-arm robot 11 is applied to, for example, a food and beverage filling system that fills a container 42 with fluid food and beverage (beverage or food, or these materials). That is, the food and beverage filling system is the work site of the double-arm robot 11.
  • a transport device 50 is disposed that moves the transport body 51 and transports an object (here, the container 42) placed on the transport body 51.
  • the conveyance body 51 is a belt in this example, and the conveyance device 50 is a belt conveyor. Devices, tools, personnel, and the like necessary for work are disposed on both sides of the transport body 51.
  • the double-arm robot 11 is a device for automatically placing the container 42 on the transport body 51 and filling the placed container 42 with food or drink.
  • the food and drink is a dressing.
  • the double-arm robot 11 can be installed in a limited space (for example, 610 mm ⁇ 620 mm) corresponding to one person.
  • a food and beverage supply device 30 is arranged on the right side of the double-arm robot 11.
  • the food / beverage material supply device 30 is placed on a carriage 34. Therefore, the food / beverage material supply device 30 corresponding to the food / beverage material to be filled in the container 42 is placed on the carriage 34, conveyed by the worker, and disposed at a predetermined position.
  • the food / beverage material supply apparatus 30 includes a food / beverage material container 31, a discharge device 32, and a discharge device mounting table 33.
  • the food / drink material container 31 accommodates fluid food / beverage materials.
  • the discharge device 32 the inlet provided in the base end part is connected with the food-drink container 31 by the supply pipe
  • the discharge device table 33 is provided at an appropriate position of the food / drink material supply device 30, and a placing plate is disposed at the upper end portion, and a through hole 33 a is formed in the placing plate.
  • the discharger 32 is conveyed in a state where the discharge part 32a is inserted downward into the through hole 33a.
  • the container 42 is gripped by the second gripping portion 23 of the first hand 18 of the first arm 13A of the double-arm robot 11. At this time, the second gripping part 23 grips the central part of the discharge device 32.
  • a container mounting table 35 is disposed on the opposite side of the first arm carrier 51 of the double-arm robot 11.
  • a plurality of container stacks 41 are respectively arranged at predetermined positions.
  • the food / beverage material supply apparatus 30 is provided in the middle of a feeding device (not shown) for feeding fluid food / beverage and a food / drink material supply path from the food / drink material container 31 to the discharger 32.
  • a feeding device not shown
  • a controller not shown
  • a pressure sensor 64 see FIG. 3
  • the pressure detected by the pressure sensor 64 is transmitted to the controller.
  • the controller is configured to close the on-off valve when the pressure detected by the pressure sensor 64 is less than a predetermined pressure threshold, and to open the on-off valve when the pressure is greater than the predetermined pressure threshold.
  • the pressure sensor 64 is composed of, for example, a piezoelectric element.
  • the pressure feeder when the food or drink is in a liquid state, the pressure feeder is configured with a pump, and when the food or drink is in powder or granular form, the pump is configured with a blower.
  • the pressure feeder is started and stopped in accordance with the opening and closing of the on-off valve.
  • the controller 14 controls the second gripping portion 23 so that the second gripping portion 23 selectively grips the discharger 32 with the first pressure and the second pressure.
  • the first pressure is a pressure for stably grasping the discharger 32 and is a pressure lower than the predetermined pressure threshold.
  • the second pressure is a pressure at which food and drink are discharged from the discharger 32, and is a pressure equal to or higher than the predetermined pressure threshold.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view schematically showing the structure of the central portion of the discharger 32 of FIG. 1, and FIG. 3B is a state in which the second grip portion 23 is gripped with the first pressure.
  • FIG. 3C is a vertical cross-sectional view showing a state in which the second grip 23 is gripped with the second pressure.
  • the discharger 32 is formed in a cylindrical shape as a whole.
  • the discharger 32 includes a cylindrical main body 61, an elastic layer 62 that covers the outer surface of the main body 61, and a covering layer 63 that covers the outer surface of the elastic layer 62.
  • the main body 61 is made of a rigid material. Examples of the rigid material include metals and synthetic resins.
  • the elastic layer 62 is made of, for example, rubber, hard sponge, or the like.
  • the covering layer 63 is made of a thin flexible material. Examples of this material include a plastic film.
  • the elastic layer 62 is provided with a through hole 62a.
  • a pressure sensor 64 is provided in the through hole 62a.
  • the pressure sensor 64 is provided such that the bottom surface is fixed to the main body 61 and the top surface is located in the middle of the depth direction of the through hole 62a.
  • the elasticity and thickness of the elastic layer are set so that the pressure detected by the pressure sensor 64 is equal to or higher than a predetermined pressure threshold when the second gripping part 23 grips the discharger 32 with the second pressure.
  • the elasticity and thickness of the elastic layer 62 and the predetermined pressure threshold value are determined by calculation, experiment, simulation, or the like.
  • the elastic layer 62 is compressed to a thickness at which the covering layer 63 contacts the pressure sensor 64.
  • the pressure sensor 64 is pressed by the second grip portion 23 through the coating layer 63 at a pressure equal to or higher than a predetermined threshold pressure.
  • the container 42 only needs to have a shape that is open at the top, closed at the bottom, and narrows from the top toward the bottom.
  • the container 42 is a cup.
  • the container stack 41 in two containers adjacent in the vertical direction, a plurality of the containers are stacked in order so that the upper container is inserted into the inner space of the lower container from the bottom and the top is exposed. .
  • the container laminated body 41 is laminated so that the container 42 stands upright.
  • “upright” is an opposite word of “inverted” and means that the container 42 takes a posture in which the direction from the bottom to the top is directed from the bottom to the top.
  • FIG. 5 is a flowchart showing container placement and food / drink filling operation of the double-arm robot 11 of FIG. 7A to 7E are perspective views showing the operation of the double-arm robot of FIG.
  • the operation of the “hand holding unit” may be expressed as the operation of the “hand (gripping unit)”.
  • the first hand 18 has the first grip portion 22 positioned at the container placement position on the moving path of the transport body 51 and the food material filling position on the moving path of the transport body 51.
  • the discharger 32a of the discharger 32 held by the second holding part 23 is positioned.
  • the container placement position and the food / drink filling position are located on a straight line that coincides with the moving direction of the carrier 51 in plan view, and the food / drink filling position is located downstream of the container placement position.
  • the moving speed of the carrier 51 is set to a predetermined speed. In this state, the double-arm robot 11 performs container placement and food and beverage filling operations as follows.
  • the second hand 19 (gripping portion 25) of the second arm 13B holds the container stack 41 and is positioned at a predetermined separation position (step S2).
  • the first gripping portion 22 of the first hand 18 of the first arm 13A grips and acquires the container 42 from the container stack 41 (step S3).
  • the first grip portion 22 of the first hand 18 of the first arm 13A places the acquired container 42 on the carrier 51 at the container placement position (step S4).
  • step S5 the second gripping part 23 grips the discharger 32 with the second pressure, whereby the container 42 is filled with the food-drinking material discharged from the discharge part 32a (Ste S5).
  • maintains the discharge device 32 with a 1st pressure, after discharging food / beverage materials for the predetermined time. Thereby, discharge of the food-drinks from the discharge part 32a is stopped.
  • step S4 and step S5 may be performed at the same timing or at different timings. In this example, step S4 and step S5 are performed at the same timing.
  • the time interval (cycle time) at which the container 42 is placed on the carrier 51 at the container placement position is an integral number of times that the container 42 moves between the container placement position and the food and beverage filling position. (1/2 in this example) is set.
  • the container 42 placed on the transport body 51 at the container placement position two cycles before is located at the food and beverage filling position at the current cycle time. Therefore, in the current cycle time, the container 42 is newly placed on the carrier 51 at the container placement position, and the container 42 placed on the carrier 51 at the container placement position two cycles before In the food and beverage filling position, the operation of filling the food and beverage can be performed at the same timing.
  • step S6 the controller 14 determines whether or not to end the container placement and the food and beverage filling operation. If not finished (NO in step S6), the process returns to step S3. If the process is to be ended (YES in step S6), the container placement and the food / drink filling operation are ended.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the container separating operation of the double-arm robot of FIG.
  • step S1 of FIG. 5 is executed, as shown in FIGS. 2 and 7A, the container stack in which the second hand 19 (gripping part 25) of the second arm 13B is at a predetermined mounting position of the container mounting table 35.
  • the top of the lowermost container 42 of 41 is held, the said container laminated body 41 is hold
  • the separation position is a position directly above the container placement position.
  • the first hand 18 (first gripping portion 22) of the first arm 13A starts to rise.
  • the first hand 18 (first gripping portion 22) of the first arm 13A is held by the second hand 19 (holding portion 25) of the lowest container 42 of the container stack 41.
  • the container laminated body 41 is held by gripping the lower part of the part (step S102).
  • the second hand 19 (gripping unit 25) of the second arm 13B releases the top of the lowest container 42 (step S103).
  • the second hand 19 (gripping portion 25) of the second arm 13B is raised by a predetermined height, and attempts to grip the top of the second container 42 from the bottom of the container stack 41 (step S104). .
  • the gripping is successful (YES in step S104).
  • the 2nd hand 19 (gripping part 25) of the 2nd arm 13B hold
  • the first hand 18 (first gripping portion 22) of the first arm 13A moves the lowermost container 42 downward, and the lowest container 42 from the container stack 41 is obtained. Are separated and placed on the transport body 51 and released (step S106).
  • step S4 when the container 42 does not exist on the lowest container 42, that is, the container 42 held by the first hand 18 (first holding portion 22) of the first arm is a container laminate. If it is the top 41 container (last container), this gripping fails (NO in step S104). In this case, in this container separation operation, the first hand 18 (first gripping portion 22) of the first arm moves the lowest container 42 downward, and removes the lowest container 42 from the container stack 41. Separated, placed on the transport body 51 and released (step S109), and then returned to step S101, where the second hand (gripping unit 25) grips the next container stack 41 and is positioned at the separation position. .
  • step S107 step S4 in FIG. 5 is executed.
  • the first arm 18A acquires the container 42 from the second arm 13B serving as the container provider by the first gripping unit 22 and conveys the acquired container 42.
  • the container 42 is placed on the transport body 51 at the container placement position on the movement path of the body 51, and the second gripping portion is placed on the container 42 at the food and drink filling position downstream from the container placement position on the travel path of the transport body 51. Since the food / beverage material is discharged and filled from the discharge device 32 held
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the container stack 41.
  • the container 42 is a teacup.
  • a plurality of teacups are laminated in order so that the upper teacup 42 is inserted from the bottom into the internal space of the lower teacup 42 and the top is exposed. Yes.
  • the teacup 42 can be automatically supplied by suitably performing the container separating operation.
  • the robot 11 may include only one robot arm.
  • the food and beverage filling system includes a container provider, and this container provider is disposed in the vicinity of the robot 11.
  • the robot 11 acquires the container 42 from the container provider using the robot arm and places it on the transport body 51.
  • a well-known thing can be used for a container provider. For example, what was described in patent document 1 or "2" can be used.
  • the double-arm robot 11 may hold an appropriate container provider by the second arm 13B, and the first arm 13A may acquire the container 42 from this container provider.
  • the discharger 32 is formed in a cylindrical shape having elasticity.
  • the discharger 32 is discharged.
  • the food / beverage material may be discharged from the part 32a.
  • the container is not limited to the above example, and may be a tray, a bowl, a dish or the like.
  • the work site is not limited to the current work site related to food, but may be any site where the robot and the worker work together in the same work space.
  • the robot and its operation method of the present invention are useful as a robot capable of automatically supplying fluid food and drink to a container and its operation method.
  • Double-arm robot 12 Base 13A First arm 13B Second arm 14 Controller 14a Calculation unit (processing unit) 14b Storage unit 14c Servo control unit 15 Arm unit 15a First link 15b Second link 16 Base shaft 17 Wrist unit 17a Lifting unit 17b Rotating unit 18 First hand (end effector) 19 Second hand (end effector) 21 Base part 22 First grip part 23 Second grip part 24 Base part 25 Grasping part 30 Food / drink material supply device 31 Food / drink material container 32 Discharger 32a Discharge part 33 Discharger mount 33a Through hole 34 Cart 35 Container mount 41 Container 42 Container Laminated body 50 Conveying device 51 Conveying body 61 Main body 62 Elastic layer 62a Through hole 63 Covering layer 64 Pressure sensor

Landscapes

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Abstract

本発明のロボット(11)は、第１アーム(13A)と、第１アームの動作を制御する制御器と、を備えており、第１アームは、先端部に、容器(42)を把持するための第１把持部(22)と吐出器(32)を把持するための第２把持部(23)とを有する第１ハンド(18)を備え、制御器は、第２把持部によって吐出器を把持し、その後、第１把持部によって、容器提供器(19)から容器を把持して取得するとともにこの取得した当該容器を、搬送体(51)の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置し、搬送体の移動経路上の容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、容器に第２把持部により把持された吐出器から飲食材を吐出して充填するよう、第１アームを制御するように構成されている。

Description

ロボット及びその動作方法
　本発明は、ロボット及びその動作方法に関する。
　従来から、カップに飲料等を自動的に供給することが知られている。例えば、飲料ディスペンサにおいて、搬送ベルト上に落下したカップを搬送し、ノズルの真下で停止させ、ノズルから所定の飲料をカップに供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、自動化された飲料システムにおいて、カップコンベアによって、カップを、１カップホルダ位置ずつ輸送し、ドリンク分配ステーションにおいて飲料をカップに供給する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５－２３１７１６公報（特に、段落［００３７］～［００３９］及び図２参照） 特開２０１０－１６３２１１公報（図１参照）
　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。しかし、上記従来技術は、カップへの飲料の自動供給にロボットが用いられていない。また、カップは容器の一例であり、可能な限り広範な容器に飲料を自動供給することが好ましい。さらに、飲料は、飲料及び流動性を有する食糧又はこれらの材料（以下、流動性を有する飲食材という）の一例であり、可能な限り広範な流動性を有する飲食材を容器に自動供給することが好ましい。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、容器に流動性を有する飲食材を自動的に供給することが可能なロボット及びその動作方法を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様（aspect）に係るロボットは、容器に流動性を有する飲食材を充填する飲食材充填システムに用いられるロボットであって、前記容器は頂部が開放され且つ底部が閉鎖された形状を有しており、前記食材充填システムは、搬送体上に載置された容器を、当該搬送体を移動させて搬送する搬送装置と、前記飲食材を吐出する吐出器を備える飲食材供給装置と、前記容器を提供するための容器提供器と、を含んでおり、前記ロボットは、第１アームと、前記第１アームの動作を制御する制御器と、を備えており、前記第１アームは、先端部に、前記容器を把持するための第１把持部と前記吐出器を把持するための第２把持部とを有する第１ハンドを備え、前記制御器は、前記第２把持部によって前記吐出器を把持し、その後、前記第１把持部によって、前記容器提供器から前記容器を把持して取得するとともにこの取得した当該容器を、前記搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置し、前記搬送体の移動経路上の前記容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、前記容器に前記第２把持部により把持された前記吐出器から前記飲食材を吐出して充填するよう、前記第１アームを制御するように構成されている。ここで、流動性を有する飲食材とは、上述のように、飲料及び流動性を有する食糧又はこれらの材料を意味する。換言すると、液状、紛状、又は粒状の飲料又は食糧及びこれらの材料を意味する。具体的には、飲料として、水、ミルク、コーヒー、紅茶等が例示され、食糧として、スープ、カレールー等が例示され、食材として、調味料、ソース、醤油、粒状又は粉末状の具材等が例示される。
　この構成によれば、第１アームが、第１把持部によって、容器提供器から容器を把持して取得するとともにこの取得した容器を、搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置し、搬送体の移動経路上の容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、容器に第２把持部により把持された吐出器から飲食材を吐出して充填するので、容器に流動性を有する飲食材を自動的に供給することができる。
　前記第１ハンドは、前記第２把持部に把持された前記吐出器の吐出方向が所定の軸線に一致する方向を向き、且つ、前記第１把持部に把持された前記容器の底部から頂部に向かう方向が前記所定の軸線に一致する方向を向くように構成されていてもよい。
　この構成によれば、第１ハンドが所定の軸線が鉛直方向に一致する姿勢を取るにように第１アームを制御するだけで、第１把持部に把持された容器が上方向を向き、第２把持部に把持された吐出器の吐出方向が下方向を向くので、容器載置及び飲食材充填動作が簡単になる。
　前記制御器は、前記第１ハンドが、前記所定の軸線が鉛直方向に一致し、鉛直方向から見て、前記第１把持部に把持された前記容器と前記第２把持部に把持された前記吐出器とが前記搬送体上の当該搬送体の移動方向に一致する直線上に位置する容器載置／飲食材充填姿勢を取るよう、前記第１ハンドを制御するように構成されていてもよい。
　この構成によれば、第１把持部によって搬送体上に載置された容器が、搬送体によって、第２把持部によって把持された吐出器の直下に搬送されて来るので、吐出器による容器への飲食材充填を好適に行うことができる。
　前記制御器は、前記第１ハンドが、前記容器載置／飲食材充填姿勢において、第１高さ位置と前記第１高さ位置より低い第２高さ位置との間を昇降し、前記第１高さ位置において、前記第１把持部によって前記容器提供器から前記容器を把持して取得し、その後、前記第１高さ位置から前記第２高さ位置まで降下して、当該第２高さ位置において、この取得した前記容器を前記搬送体上に載置するよう、前記第１アームを制御するように構成されていてもよい。
この構成によれば、第１ハンドの昇降動作の間に、当該昇降動作と搬送体の移動速度とに応じて、第２把持部によって把持された吐出器から飲食材を容器に吐出することにより、第１ハンドが昇降するだけで容器載置及び飲食材充填動作を行うことができるので、容器載置及び飲食材充填動作を簡素化することできる。その結果、容器載置及び飲食材充填動作の高速化を図ることができる。
　前記ロボットは、前記容器提供器を構成する第２アームをさらに備えており、前記第２アームは、先端部に、容器積層体を保持するための第２ハンドを備え、前記容器は、頂部が開放され、底部が閉鎖され、且つ頂部から底部に向かって細くなる形状を有しており、前記容器積層体は、上下方向に隣接する２つの前記容器において、下側の容器の内部空間に上側の容器が底部から挿入されて頂部が露出するように、複数の前記容器が順に積層されており、前記制御部は、前記第１アームの前記第１ハンドによって、前記第２アームの第２ハンドに保持された前記容器積層体から前記容器を把持して取得するよう、前記第１及び第２アームを制御するように構成されていてもよい。
　この構成によれば、第２アームが容器提供器の役割を果たすので、容器を提供する構成が簡素化される。
　また、本発明の他の態様（aspect）に係るロボットの動作方法は、容器に流動性を有する飲食材を充填する飲食材充填システムに用いられるロボットの動作方法であって、前記容器は頂部が開放され且つ底部が閉鎖された形状を有しており、前記食材充填システムは、搬送体上に載置された容器を、当該搬送体を移動させて搬送する搬送装置と、前記飲食材を吐出する吐出器を備える飲食材供給装置と、前記容器を提供するための容器提供器と、を含んでおり、前記ロボットは、第１アームを備えており、前記第１アームは、先端部に、前記容器を把持するための第１把持部と前記吐出器を把持するための第２把持部とを有する第１ハンドを備え、前記動作方法は、前記第２把持部によって前記吐出器を把持することと、前記第１把持部によって、前記容器提供器から前記容器を把持して取得することと、この取得した当該容器を、前記搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置することと、前記搬送体の移動経路上の前記容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、前記容器に前記第２把持部により把持された前記吐出器から前記飲食材を吐出して充填することと、を含む。
　この構成によれば、第１アームが、第１把持部によって、容器提供器から容器を把持して取得するとともにこの取得した容器を、搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置し、搬送体の移動経路上の容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、容器に第２把持部により把持された吐出器から飲食材を吐出して充填するので、容器に流動性を有する飲食材を自動的に供給することができる。
　本発明は、容器に流動性を有する飲食材を自動的に供給することが可能なロボット及びその動作方法を提供することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施形態に係るロボットの構成を示す正面図である。 図２は、図１の双腕ロボットのハンドの構成及び双腕ロボットの適用例（使用例）を示す斜視図である。 図３（ａ）は、図１の吐出器の中央部の構造を模式的に示す縦断面図、図３（ｂ）は、第２把持部により第１圧力で把持された場合の状態を示す縦断面図、図３（ｃ）は、第２把持部により第２圧力で把持された場合の状態を示す縦断面図である。 図４は、図１の双腕ロボットの制御系統の構成を示す機能ブロック図である。 図５は、図１の双腕ロボットの容器載置及び飲食材充填動作を示すフローチャートである。 図６は、図１の双腕ロボットの容器分離動作を示すフローチャートである。 図７Ａは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。 図７Ｂは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。 図７Ｃは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。 図７Ｄは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。 図７Ｅは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。 図８は、容器積層体の他の構成例を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図を通じて、同一又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。従って、本発明と関係の無い要素が省略される場合、及び複数の図が互いに一致しない場合がある。また、各要素の寸法は必ずしも正確ではない。
　（実施形態）
　［構成］
　＜ロボットの構成＞
　図１は、本発明の実施形態に係るロボットの構成を示す正面図である。図２は、図１の双腕ロボットのハンドの構成及び双腕ロボットの適用例（使用例）を示す斜視図である。
　図１及び図２を参照すると、本実施形態のロボット１１は、第１アーム１３Ａと、第１アーム１３Ａの動作を制御する制御器１４と、を備えており、第１アーム１３Ａは、先端部に、容器４２を把持するための第１把持部２２と吐出器３２を把持するための第２把持部２３とを有する第１ハンド１８を備えている。従って、本実施形態のロボットは、少なくとも１本のアームを有すればよい。なお、ロボットが１本のみのアームを備える場合は、飲食材充填システムが容器提供器を備えることが必要である（後述するその他の実施形態参照）。本例では、ロボット１１は、容器提供器を構成する第２アーム１３Ｂをさらに備えており、第２アーム１３Ｂは、先端部に、容器積層体４１を保持するための第２ハンド１９を備えている。
　以下、ロボット１１の具体的な構成を説明する。本実施形態では、図１において、双腕ロボット１１の一対のアーム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。
　図１を参照すると、双腕ロボット１１は、台車に固定されたベース１２と、ベース１２に支持された一対のアーム（以下、単に「アーム」と記載する場合がある）１３Ａ、１３Ｂと、ベース１２内に収納された制御器１４と、を備えている。ベース１２及び一対のアーム１３Ａ、１３Ｂが双腕ロボット１１の本体を構成している。各アーム１３Ａ、１３Ｂは、ベース１２に対して移動可能に構成された水平多関節型アームであって、アーム部１５とリスト部１７とエンドエフェクタ（１８、１９）を備えている。なお、第１アーム（右のアーム）１３Ａおよび第２アーム（左のアーム）１３Ｂは、実質的に同じ構造であってもよい。また、右のアーム１３Ａおよび左のアーム１３Ｂ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。なお、各アーム１３Ａ、１３Ｂは、ロボットアームであればよく、水平多関節型アームには限定されない。例えば、一般的な多関節型アームでもよい。また、左のアームが第１アームで、右のアームが第２アームであってもよい。
　アーム部１５は、本例では、第１リンク１５ａおよび第２リンク１５ｂとで構成されている。第１リンク１５ａは、ベース１２の上面に固定された基軸１６と回転関節Ｊ１により連結され、基軸１６の軸心を通る回転軸線Ｌ１まわりに回動可能である。第２リンク１５ｂは、第１リンク１５ａの先端部と回転関節Ｊ２により連結され、第１リンク１５ａの先端に規定された回転軸線Ｌ２まわりに回動可能である。
　リスト部１７は、昇降部１７ａおよび回動部１７ｂにより構成されている。昇降部１７ａは、第２リンク１５ｂの先端部と直動関節Ｊ３により連結され、第２リンク１５ｂに対し昇降移動可能である。回動部１７ｂは、昇降部１７ａの下端部と回転関節Ｊ４により連結され、昇降部１７ａの下端部に規定された回転軸線Ｌ３まわりに回動可能である。
　エンドエフェクタ（１８、１９）は、左右のリスト部１７の回動部１７ｂにそれぞれ連結されている。エンドエフェクタ（１８、１９）は、左右のアーム１３の各々の先端に設けられている。エンドエフェクタ（１８、１９）は、本例ではハンドで構成されている。ハンドの構成は後述する。
　上記構成の各アーム１３Ａ、１３Ｂは、各関節Ｊ１～Ｊ４を有する。そして、アーム１３には、各関節Ｊ１～Ｊ４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。また、２本のアーム１３Ａ、１３Ｂの第１リンク１５ａ、１５ａの回転軸線Ｌ１は同一直線上にあり、一方のアーム１３の第１リンク１５ａと他方のアーム１３の第１リンク１５ａとは上下に高低差を設けて配置されている。
　＜ハンドの構成＞
　図１及び図２を参照すると、第１アーム１３Ａは、エンドエフェクタとしての第１ハンド１８を備える。第１ハンド１８は、ベース部２１と第１把持部２２と第２把持部２３とを含む。ベース部２１は、屈曲した板状に形成されていて、水平な（回転軸線Ｌ３に垂直直な）第１部分と第１部分の一方の端部から下方に延び、そこから水平に延びる第２部分とを含む。第１部分の中央部は回動部１７ｂに固定されている。第２部分の先端部には一対の爪を有する第１把持部２２が設けられている。この一対の爪は、水平方向（回転軸線Ｌ３に垂直な方向）に開閉自在に設けられている。一対の爪は、内面に容器の形状に対応する溝状の凹部が形成されている。この溝状の凹部は、本例では、円弧状の断面を有し、上下方向（回転軸線Ｌ３に平行な方向）に延びる柱状に形成されている。また、一対の爪は剛性の本体部と当該本体部の内面を覆う弾性層とで構成されている。剛性の本体部は、例えば、金属、樹脂等で構成される。弾性層は、例えば、ゴム、硬目のスポンジ等で構成される。これにより、一対の爪が容器４２を挟持すると容器４２に対して、水平方向の挟持力が作用するので、下から上へ順に積層された容器積層体４１の容器４２を好適に把持することができる。さらに、挟持の際に、一対の爪の内面の弾性層が凹んで弾性層の弾性力により爪と容器との間に摩擦力が生じるので、一対の爪が、滑ることなく容器４２を把持することができる。
　第１部分の他方の端部には、一対の爪を有する第２把持部２３が形成されている。この一対の爪は、水平方向（回転軸線Ｌ３に垂直な方向）に開閉自在に設けられている。一対の爪は、内面に容器の形状に対応する溝状の凹部が形成されている。この溝状の凹部は、本例では、円弧状の断面を有し、上下方向（回転軸線Ｌ３に平行な方向）に延びる柱状に形成されている。この一対の爪は、金属、樹脂等の材料で構成されている。
　第１把持部２２及び第２把持部２３は、例えば、エア又はモータ（本例ではエア）で開閉駆動されるチャックで構成される。なお、図２及び図７Ａ乃至図７Ｅにおいて、第２把持部２３の一対の爪が完全に閉じているように示されているが、一対の爪は、後述する第１圧力及び第２圧力のいずれの圧力で吐出器３２を把持しても、完全には閉じないように構成されている。
　以上の構成により、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８は、第２把持部２３に把持された吐出器３２の吐出方向が回転軸線Ｌ３に一致する方向を向き、且つ、第１把持部２２に把持された容器４２の底部から頂部に向かう方向が回転軸線Ｌ３に一致する方向を向く（図７Ｅ参照）。この構成によれば、回転軸線Ｌ３が鉛直方向に一致しているので、第１アームを制御しなくても、第１把持部２２に把持された容器４２が上方向を向き、第２把持部２３に把持された吐出器３２の吐出方向が下方向を向くので、容器載置及び飲食材充填動作が簡単になる。
　第２アーム１３Ｂは、エンドエフェクタとしての第２ハンド１９を備える。第２ハンド１９は、ベース部２４と把持部２５とを含む。ベース部２４は、平板状に形成されていて、その一方の端部が回動部１７ｂに固定されている。ベース部２４の他方の端部には一対の爪を有する把持部２５が設けられている。この一対の爪は、水平方向（回転軸線Ｌ３に垂直な方向）に開閉自在に設けられている。一対の爪は、内面に容器の形状に対応する溝状の凹部が形成されている。この溝状の凹部は、本例では、円弧状の断面を有し、上下方向（回転軸線Ｌ３に平行な方向）に延びる柱状に形成されている。また、一対の爪は剛性の本体部と当該本体部の内面を覆う弾性層とで構成されている。剛性の本体部は、例えば、金属、樹脂等で構成される。弾性層は、例えば、ゴム、硬目のスポンジ等で構成される。これにより、一対の爪が容器４２を挟持すると容器４２に対して、水平方向の挟持力が作用するので、下から上へ順に積層された容器積層体４１の容器４２を好適に把持することができる。さらに、挟持の際に、一対の爪の内面の弾性層が凹んで弾性層の弾性力により爪と容器との間に摩擦力が生じるので、一対の爪が、滑ることなく容器４２を把持することができる。
　以上の構成により、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９の把持部２５に把持された容器積層体４１の容器４２の底部から頂部に向かう方向が回転軸線Ｌ３に一致する方向（鉛直方向）を向く（図７Ｅ参照）。
　第２アーム１３Ｂの把持部２５は、第１アーム１３Ａの第１把持部２２と比べると、幅（上下方向の寸法）が大きく形成されている。その理由は、主に第２アーム１３Ｂの把持部２５が容器積層体４１を保持するので、当該把持部２５が安定して容器積層４１を保持できるようにするためである。第２アーム１３Ｂの把持部２５は、例えば、エア又はモータ（本例ではエア）で開閉駆動されるチャックで構成される。
　＜制御系統の構成＞
　図４は、双腕ロボット１１の制御系統の構成を概略的に示す機能ブロック図である。図４に示すように、制御器１４は、演算部（処理部）１４ａと、記憶部１４ｂと、サーボ制御部１４ｃと、を備える。制御器１４は、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＧＰＡ(field programmable gate array)、ＰＬＣ(programmable logic controller)等で構成される。演算部１４ａは、マイクロコントローラ等のプロセッサ等で構成され、記憶部１４ｂは、マイクロコントローラ等のメモリで構成される。制御器１４は、集中制御する単独の制御器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器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を読み出して実行することにより、双腕ロボット１１の各種動作を制御する。すなわち、演算部１４ａは、双腕ロボット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、双腕ロボット１１の各アーム１３の関節Ｊ１～Ｊ４に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。また、第１ハンド１８の第１把持部２２及び第２把持部２３、並びに、第２ハンドの把持部２５の動作の制御も制御器１４によって行われる。このように、制御器１４は、双腕ロボット１の全体の動作を制御する。
　［適用例］
　次に、以上のように構成された双腕ロボット１１の適用例（使用例）を、図２を用いて説明する。
　＜作業現場＞
　図２を参照すると、双腕ロボット１１は、例えば、容器４２に流動性を有する飲食材（飲料又は食糧、又はこれらの材料）を充填する飲食材充填システムに適用される。すなわち、飲食材充填システムが双腕ロボット１１の作業現場である。この作業現場には、搬送体５１を移動させて搬送体５１上に載置される物（ここでは容器４２）を搬送する搬送装置５０が配置されている。搬送体５１は、本例ではベルトであり、搬送装置５０はベルトコンベアである。この搬送体５１の両側に作業に必要な装置、器具、人員等が配置される。双腕ロボット１１は、容器４２を搬送体５１上に自動的に載置し、この載置された容器４２に飲食材を充填するための装置である。本例では、飲食材はドレッシングである。図２に示すように、双腕ロボット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。双腕ロボット１１の右側には飲食材供給装置３０が配置される。この飲食材供給装置３０は、台車３４上に載置されている。従って、容器４２に充填すべき飲食材に応じた飲食材供給装置３０が、台車３４に載置されて作業員により搬送され、所定位置に配置される。飲食材供給装置３０は、飲食材容器３１と、吐出器３２と、吐出器置台３３とを備える。飲食材容器３１は流動性を有する飲食材を収容する。吐出器３２は、基端部に設けられた入口が供給管によって飲食材容器３１と接続されており、先端部に吐出部３２ａが設けられている。吐出器置台３３は、飲食材供給装置３０の適所に設けられ、上端部に置き板が配置され、この置き板に貫通孔３３ａが形成されている。吐出器３２は、この貫通孔３３ａに吐出部３２ａが下に向けて挿入された状態で搬送される。そして、容器４２への飲食材充填作業が開始されると、双腕ロボット１１の第１アーム１３Ａの第１ハンド１８の第２把持部２３によって把持される。この際、第２把持部２３は、吐出器３２の中央部を把持する。
　一方、双腕ロボット１１の第１アームの搬送体５１の向かい側には容器置台３５が配置されている。容器置台３５の上には、複数の容器積層体４１が所定の位置にそれぞれ配置されている。
　＜飲食材吐出に関する構成＞
　図２を参照すると、飲食材供給装置３０は、流動性を有する飲食材を圧送する圧送器（図示せず）と、飲食材容器３１から吐出器３２に至る飲食材の供給経路の途中に設けられた開閉弁（図示せず）と、圧送器及び開閉弁の動作を制御する制御器（図示せず）と、圧力センサ６４（図３参照）とを備えている。圧力センサ６４が検出する圧力は制御器に送信される。制御器は、圧力センサ６４が検出する圧力が所定の圧力閾値未満であると上記開閉弁を閉止、当該圧力が所定の圧力閾値以上であると上記開閉弁を開放するように構成されている。圧力センサ６４は、例えば、圧電素子で構成される。圧送器は、例えば、飲食材が液状である場合は、ポンプで構成され、飲食材が粉状又は粒状である場合は、送風器で構成される。圧送器は、本例では、開閉弁の開放及び閉止に合わせて起動及び停止される。
　図１及び図２を参照すると、制御器１４は、第２把持部２３が、選択的に、第１圧力と第２圧力とで吐出器３２を把持するように当該第２把持部２３を制御する。第１圧力は、吐出器３２を安定して把持する圧力であって上記所定の圧力閾値未満の圧力である。第２圧力は、吐出器３２から飲食材を吐出させる圧力であって、上記所定の圧力閾値以上の圧力である。
　図３（ａ）は、図１の吐出器３２の中央部の構造を模式的に示す縦断面図、図３（ｂ）は、第２把持部２３により第１圧力で把持された場合の状態を示す縦断面図、図３（ｃ）は、第２把持部２３により第２圧力で把持された場合の状態を示す縦断面図である。
　図３（ａ）を参照すると、吐出器３２は、全体として円筒状に形成されている。吐出器３２は、円筒状の本体６１と、本体６１の外面を覆う弾性層６２と、弾性層６２の外面を覆う被覆層６３とを備える。本体６１は剛性の材料で構成されている。この剛性の材料として、金属、合成樹脂等が例示される。弾性層６２は、例えば、ゴム、硬目のスポンジ等で構成される。被覆層６３は、薄い柔軟性を有する材料で構成される。この材料として、プラスティックフィルム等が例示される。
　弾性層６２には、貫通孔６２ａが設けられている。そして、貫通孔６２ａに圧力センサ６４が設けられている。圧力センサ６４は、底面が本体６１に固定され、上面が貫通孔６２ａの深さ方向の中程に位置するように設けられている。
　弾性層の弾性及び厚みは、後述するように、第２把持部２３が吐出器３２を第２圧力で把持した時に、圧力センサ６４が検出する圧力が所定の圧力閾値以上となるように設定される。この弾性層６２の弾性及び厚みと所定の圧力閾値は、計算、実験、シミュレーション等により決定される。
　図３（ｂ）を参照すると、第２把持部２３が第１圧力で吐出器３２を把持すると、弾性層６２はわずかに圧縮されるが、圧力センサ６４は第２把持部２３によって押圧されない。従って、吐出器３２の吐出部３２ａから飲食材は吐出されない。
　図３（ｃ）を参照すると、第２把持部２３が第２圧力で吐出器３２を把持すると、弾性層６２は、被覆層６３が圧力センサ６４に接触する厚みまで圧縮される。これにより、圧力センサ６４が、被覆層６３を介して第２把持部２３によって、所定の閾値圧力以上の圧力で押圧される。これにより、上述の開閉弁が開放されるとともに圧送器が起動されて、吐出器３２の吐出部３２ａから飲食材が吐出される。
　＜容器積層体＞
　容器４２は、頂部が開放され、底部が閉鎖され、且つ頂部から底部に向かって細くなる形状を有していればよい。本例では、容器４２はカップである。
　容器積層体４１は、上下方向に隣接する２つの容器において、下側の容器の内部空間に上側の容器が底部から挿入されて頂部が露出するように、複数の前記容器が順に積層されている。換言すると、容器積層体４１は、容器４２が正立するように積層されている。ここで「正立」とは、「倒立」の反対語であり、容器４２が、底部から頂部に向かう方向が下から上に向かう方向になる姿勢を取ることを意味する。
　［動作例］
　次に、以上のように構成された双腕ロボットの動作を図２、図５、及び図７Ａ乃至図７Ｅに基づいて説明する。この動作は、制御器１４が双腕ロボット１１を制御することによって行われる。図５は、図１の双腕ロボット１１の容器載置及び飲食材充填動作を示すフローチャートである。７Ａ乃至図７Ｅは、図１の双腕ロボットの動作を示す斜視図である。なお、以下では、簡略化のため、「ハンドの把持部」の動作を、「ハンド（把持部）」の動作として表現する場合がある。
　＜容器載置及び飲食材充填動作＞
　図２に示すように、容器４２への飲食材の充填作業が開始されると、双腕ロボット１１の第１アーム１３Ａは、第２把持部２３によって、吐出器置台３３に置かれた吐出器３２の中央部を第１圧力で把持する（ステップＳ１）。その後、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８は、鉛直方向から見て、第１把持部２２に把持される容器４２（図２では、未だ容器４２は把持されていない）と第２把持部２３に把持された吐出器３２とが搬送体５１上の当該搬送体５１の移動方向に一致する直線上に位置する容器載置／飲食材充填姿勢を取る。具体的には、第１ハンド１８は、平面視において、搬送体５１の移動経路上の容器載置位置に第１把持部２２が位置し、搬送体５１の移動経路上の飲食材充填位置に第２把持部２３に把持された吐出器３２の吐出部３２ａが位置する姿勢を取る。容器載置位置及び飲食材充填位置は、平面視において、搬送体５１の移動方向に一致する直線上に位置し、飲食材充填位置が容器載置位置の下流に位置する。搬送体５１の移動速度は所定の速度に設定されている。この状態で、双腕ロボット１１は、以下のように、容器載置及び飲食材充填動作を行う。
　まず、図７Ａに示すように、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９（把持部２５）が容器積層体４１を保持して所定の分離位置に位置する（ステップＳ２）。
　次に、図７Ｂ乃至図７Ｅに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８の第１把持部２２が容器積層体４１からの容器４２を把持して取得する（ステップＳ３）。
　次に、図７Ｅに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８の第１把持部２２が、取得した容器４２を容器載置位置において搬送体５１上に載置する（ステップＳ４）。
　また、容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、第２把持部２３が第２圧力で吐出器３２を把持することにより、容器４２に吐出部３２ａから飲食材を吐出して充填する（ステップＳ５）。この場合、第２把持部２３は、所定時間飲食材を吐出した後、第１圧力で吐出器３２を把持する。これにより、吐出部３２ａからの飲食材の吐出が停止される。
ここで、ステップＳ４とステップＳ５とは同じタイミング及び異なるタイミングのいずれで行われてもよい。本例では、ステップＳ４とステップＳ５とは同じタイミングで行わる。そのために、容器４２が容器載置位置において搬送体５１上に載置される時間間隔（サイクルタイム）が、容器載置位置と飲食材充填位置とを容器４２が移動する時間の整数分の１（本例では２分の１）に設定されている。これにより、本例では、２サイクルタイム前に容器載置位置に搬送体５１上に載置された容器４２が、現サイクルタイムにおいて、飲食材充填位置に位置する。従って、現サイクルタイムにおいて、新たに容器４２を容器載置位置において搬送体５１に載置する動作と、２サイクルタイム前に容器載置位置に搬送体５１上に載置された容器４２に、飲食材充填位置において、飲食材を充填する動作とを同じタイミングで行うことができる。
　ステップＳ４及びステップＳ５の後、制御器１４が容器載置及び飲食材充填動作を終了するか否か判断する（ステップＳ６）。終了しない場合（ステップＳ６でＮＯ）は、ステップＳ３に戻る。終了する場合（ステップＳ６でＹＥＳ）は、容器載置及び飲食材充填動作を終了する。
　＜容器分離（容器載置）動作＞
　次に、図５のフローチャートにおける容器分離（容器載置）動作（ステップＳ２～４）を、図２、図６、及び図７Ａ乃至図７Ｅを用いて、詳しく説明する。図６は、図１の双腕ロボットの容器分離動作を示すフローチャートである。
　図５のステップＳ１が実行された後、図２及び図７Ａに示すように、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９（把持部２５）が容器置台３５の所定の載置位置にある容器積層体４１の最下位の容器４２の頂部を把持して当該容器積層体４１を保持し、所定の分離位置に位置する（ステップＳ１０１）。分離位置は、容器載置位置の真上の位置である。
　次に、図７Ｂに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８（第１把持部２２）が上昇を開始する。
　次に、図７Ｃに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８（第１把持部２２）が容器積層体４１の最下位の容器４２の第２ハンド１９（把持部２５）によって保持された部分より下側の部分を把持して当該容器積層体４１を保持する（ステップＳ１０２）。
　次に、図７Ｄに示すように、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９（把持部２５）が最下位の容器４２の頂部を解放する（ステップＳ１０３）。
　次に、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９（把持部２５）が所定の高さだけ上昇し、容器積層体４１の下から２番目の容器４２の頂部を把持することを試みる（ステップＳ１０４）。ここでは、最下位の容器４２の上に容器４２が存在するので、この把持に成功する（ステップＳ１０４でＹＥＳ）。
　そして、図７Ｅに示すように、第２アーム１３Ｂの第２ハンド１９（把持部２５）が容器積層体４１を保持する（ステップＳ１０５）。
　次に、図７Ｅに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８（第１把持部２２）が最下位の容器４２を下方へ移動させて、容器積層体４１から当該最下位の容器４２を分離し、搬送体５１上に載置して解放する（ステップＳ１０６）。
　次に、図７Ｅに示すように、第１アーム１３Ａの第１ハンド１８（第１把持部２２）が最下位の容器４２を下方へ移動させた後、第２ハンド１９（把持部２５）が所定の分離位置に戻る（ステップＳ１０７）。
　ここで、ステップＳ４において、最下位の容器４２の上に容器４２が存在しない場合、すなわち、第１アームの第１ハンド１８（第１把持部２２）が把持している容器４２が容器積層体４１の最上位の容器（最後の容器）である場合には、この把持に失敗する（ステップＳ１０４でＮＯ）。この場合は、この容器分離動作は、第１アームの第１ハンド１８（第１把持部２２）が最下位の容器４２を下方へ移動させて、容器積層体４１から当該最下位の容器４２を分離し、搬送体５１上に載置して解放し（ステップＳ１０９）、その後、ステップＳ１０１に戻り、第２ハンド（把持部２５）が次の容器積層体４１を把持して分離位置に位置する。
　ステップＳ１０７の後、図５のステップＳ４が実行される。
　このように本実施形態によれば、第１アーム１８Ａが、第１把持部２２によって、容器提供器としての第２アーム１３Ｂから容器４２を把持して取得するとともにこの取得した容器４２を、搬送体５１の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体５１上に載置し、搬送体５１の移動経路上の容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、容器４２に第２把持部２３により把持された吐出器３２から飲食材を吐出して充填するので、容器４２に流動性を有する飲食材を自動的に供給することができる。
　［変形例］
　図８は、容器積層体４１の他の構成例を示す模式図である。図８を参照すると、本変形例では、容器４２は、茶碗である。この茶碗４２が、上下方向に隣接する２つの茶碗４２において、下側の茶碗４２の内部空間に上側の茶碗４２が底部から挿入されて頂部が露出するように、複数の茶碗が順に積層されている。
　本実施形態の双腕ロボット１１によれば、このような茶碗積層体４１であっても、好適に容器分離動作を行って、茶碗４２を自動供給することができる。
　（その他の実施形態）
　上記実施形態において、ロボット１１は、１つのロボットアームのみを備えていてもよい。この場合、飲食材充填システムが容器提供器を備えていて、この容器提供器が、ロボット１１の近傍に配置される。ロボット１１は、ロボットアームにより、容器提供器から容器４２を取得して、搬送体５１に載置する。容器提供器は公知のものを用いることができる。例えば、特許文献１又は」２に記載されたものを用いることができる。また、容器提供器として、ベルトコンベアを用いてもよい。この場合には、容器は、頂部が開放され、底部が閉鎖された容器であればよい。
　また、上記実施形態において、双腕ロボット１１が、第２アーム１３Ｂによって、適宜な容器提供器を保持し、第１アーム１３Ａが、この容器提供器から容器４２を取得してもよい。
　また、吐出器３２は、弾性を有する円筒状に形成され、第２把持部２３が通常は所定の圧力で吐出器３２を把持し、第２把持部２３が吐出器３２を強く把持すると、吐出部３２ａから飲食材が吐出されるように構成されていてもよい。
　また、容器は、上述の例に限定されず、トレイ、お椀、皿等であってもよい。
　また、作業現場は、食品に関する作業現現場に限定されず、ロボットと作業者が同じ作業空間内で共同して作業する現場であればよい。
　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／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明のロボット及びその動作方法は、容器に流動性を有する飲食材を自動的に供給することが可能なロボット及びその動作方法として有用である。
１１　双腕ロボット
１２　ベース
１３Ａ　第１アーム
１３Ｂ　第２アーム
１４　制御器
１４ａ　演算部（処理部）
１４ｂ　記憶部
１４ｃ　サーボ制御部
１５　アーム部
１５ａ　第１リンク
１５ｂ　第２リンク
１６　基軸
１７　リスト部
１７ａ　昇降部
１７ｂ　回動部
１８　第１ハンド（エンドエフェクタ）
１９　第２ハンド（エンドエフェクタ）
２１　ベース部
２２　第１把持部
２３　第２把持部
２４　ベース部
２５　把持部
３０　飲食材供給装置
３１　飲食材容器
３２　吐出器
３２ａ　吐出部
３３　吐出器置台
３３ａ　貫通孔
３４　台車
３５　容器置台
４１　容器
４２　容器積層体
５０　搬送装置
５１　搬送体
６１　本体
６２　弾性層
６２ａ　貫通孔
６３　被覆層
６４　圧力センサ

Claims (6)

  1. 　容器に流動性を有する飲食材を充填する飲食材充填システムに用いられるロボットであって、
    　前記容器は頂部が開放され且つ底部が閉鎖された形状を有しており、
    　前記食材充填システムは、搬送体上に載置された容器を、当該搬送体を移動させて搬送する搬送装置と、前記飲食材を吐出する吐出器を備える飲食材供給装置と、前記容器を提供するための容器提供器と、を含んでおり、
    　前記ロボットは、第１アームと、前記第１アームの動作を制御する制御器と、を備えており、
    　前記第１アームは、先端部に、前記容器を把持するための第１把持部と前記吐出器を把持するための第２把持部とを有する第１ハンドを備え、
    　前記制御器は、前記第２把持部によって前記吐出器を把持し、その後、前記第１把持部によって、前記容器提供器から前記容器を把持して取得するとともにこの取得した当該容器を、前記搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置し、前記搬送体の移動経路上の前記容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、前記容器に前記第２把持部により把持された前記吐出器から前記飲食材を吐出して充填するよう、前記第１アームを制御するように構成されている、ロボット。
  2. 　前記第１ハンドは、前記第２把持部に把持された前記吐出器の吐出方向が所定の軸線に一致する方向を向き、且つ、前記第１把持部に把持された前記容器の底部から頂部に向かう方向が前記所定の軸線に一致する方向を向くように構成されている、請求項１に記載のロボット。
  3. 　前記制御器は、前記第１ハンドが、前記所定の軸線が鉛直方向に一致し、鉛直方向から見て、前記第１把持部に把持された前記容器と前記第２把持部に把持された前記吐出器とが前記搬送体上の当該搬送体の移動方向に一致する直線上に位置する容器載置／飲食材充填姿勢を取るよう、前記第１ハンドを制御するように構成されている、請求項２に記載のロボット。
  4. 　前記制御器は、前記第１ハンドが、前記容器載置／飲食材充填姿勢において、第１高さ位置と前記第１高さ位置より低い第２高さ位置との間を昇降し、前記第１高さ位置において、前記第１把持部によって前記容器提供器から前記容器を把持して取得し、その後、前記第１高さ位置から前記第２高さ位置まで降下して、当該第２高さ位置において、この取得した前記容器を前記搬送体上に載置するよう、前記第１アームを制御するように構成されている、請求項３に記載のロボット。
  5. 　前記ロボットは、前記容器提供器を構成する第２アームをさらに備えており、
    前記第２アームは、先端部に、容器積層体を保持するための第２ハンドを備え、
    前記容器は、頂部が開放され、底部が閉鎖され、且つ頂部から底部に向かって細くなる形状を有しており、
    前記容器積層体は、上下方向に隣接する２つの前記容器において、下側の容器の内部空間に上側の容器が底部から挿入されて頂部が露出するように、複数の前記容器が順に積層されており、
    前記制御部は、前記第１アームの前記第１ハンドによって、前記第２アームの第２ハンドに保持された前記容器積層体から前記容器を把持して取得するよう、前記第１及び第２アームを制御するように構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボット。
  6. 　容器に流動性を有する飲食材を充填する飲食材充填システムに用いられるロボットの動作方法であって、
    　前記容器は頂部が開放され且つ底部が閉鎖された形状を有しており、
    　前記食材充填システムは、搬送体上に載置された容器を、当該搬送体を移動させて搬送する搬送装置と、前記飲食材を吐出する吐出器を備える飲食材供給装置と、前記容器を提供するための容器提供器と、を含んでおり、
    　前記ロボットは、第１アームを備えており、
    　前記第１アームは、先端部に、前記容器を把持するための第１把持部と前記吐出器を把持するための第２把持部とを有する第１ハンドを備え、
    　前記動作方法は、前記第２把持部によって前記吐出器を把持することと、
    　前記第１把持部によって、前記容器提供器から前記容器を把持して取得することと、
    　この取得した当該容器を、前記搬送体の移動経路上の容器載置位置において当該搬送体上に載置することと、
    　前記搬送体の移動経路上の前記容器載置位置より下流の飲食材充填位置において、前記容器に前記第２把持部により把持された前記吐出器から前記飲食材を吐出して充填することと、を含む、ロボットの動作方法。
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