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技術 ソフトグリッパー

出願人 学校法人立命館日本製粉株式会社
発明者 平井慎一王忠奎栗山佳之石田沙弥香本田敦
出願日 2019年4月4日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-072025
公開日 2020年10月15日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-168691
状態 未査定
技術分野 マニプレータ
主要キーワード 十字状部材 補助筒 突出要素 円弧板 圧縮空気供給路 立体形 各空気室 圧縮空気供給装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

かい食材や柔らかい食品をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供すること。

解決手段

ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素を備える。スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されている。突出要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々には、複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されている。スコップ要素は、当該スコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲する。隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、スコップ要素が湾曲している状態で、30mm以下である。

概要

背景

弁当惣菜工場では、容器内に複数の食材盛り付けられ、包装後に出荷されている。弁当や惣菜の工場で製造される製品は、多種多様であるし、製品の切替も比較的頻繁に行われている。このため、製造ラインの自動化の難易度が高く、一連の作業のほとんどを人手に頼っている。

ところが、近い将来、人手不足の深刻化が見込まれている。このため、ロボット導入による各工程の自動化が検討されている。食材盛付作業の自動化も、その一環として検討されている。

ロボットが食材盛付作業を自動的に行うためには、柔らかくて形状も不定である多種多様な食材をソフトに(傷つけることなく)把持できるソフトグリッパーが必要である。

ソフトグリッパーに関連する従来の特許文献としては、例えば以下の特許文献1〜2が挙げられる。特に、特許文献2には、タコの足のように表裏両方に湾曲可能な放射状の爪部材を有する構成が開示されている(図22(特許文献2の図8Cに対応)参照)。

概要

かい食材や柔らかい食品をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供すること。ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素を備える。スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されている。突出要素の各々は、柔軟な材料から構成され、スコップ要素の各々には、複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されている。スコップ要素は、当該スコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲する。隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、スコップ要素が湾曲している状態で、30mm以下である。

目的

本発明の目的は、細かい食材をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記3個以上のスコップ要素は、当該3個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、前記3個以上のスコップ要素が湾曲している状態で、30mm以下であることを特徴とするソフトグリッパー。

請求項2

前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のソフトグリッパー。

請求項3

前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室を更に含んでいることを特徴とする請求項2に記載のソフトグリッパー。

請求項4

前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、互いに略等しい立体形状を有しており、先端部を通る上下方向において中央列として整列されると共に、当該中央列の左側及び右側にそれぞれ左列及び右列として整列されていることを特徴とする請求項1に記載のソフトグリッパー。

請求項5

前記左列を構成する空気室の数は、前記右列を構成する空気室の数と等しく、前記中央列を構成する空気室の数は、前記左列を構成する空気室の数または前記右列を構成する空気室の数よりも多いことを特徴とする請求項4に記載のソフトグリッパー。

請求項6

前記ベース部材は、前記3個以上のスコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のソフトグリッパー。

請求項7

対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記3個以上のスコップ要素は、当該3個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室と、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室と、を含んでいることを特徴とするソフトグリッパー。

請求項8

請求項1乃至7のいずれかに記載のソフトグリッパーと、前記ソフトグリッパーを支持して位置決めするロボットアームと、前記ソフトグリッパーを前記ロボットアームに対して回転駆動させる回転駆動機構と、を備えたことを特徴とするソフトグリッパーシステム

請求項9

請求項8に記載のソフトグリッパーシステムを使用する方法であって、前記ロボットアームを制御して、前記ソフトグリッパーの各スコップ要素の先端部を把持対象物の中に挿入する挿入工程と、前記挿入工程の後、前記回転駆動機構を駆動させることによって、前記把持対象物の中に、各スコップ要素によって把持対象領域の内外区分けする溝のような跡を付ける跡付け工程と、前記跡付け工程の後、各スコップ要素の圧縮空気供給路に圧縮空気を供給して各スコップ要素を湾曲変形させる工程と、を備えたことを特徴とする方法。

請求項10

前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は45°以上回転されることを特徴とする請求項9に記載の方法。

請求項11

前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は90°以上回転されることを特徴とする請求項10に記載の方法。

請求項12

前記跡付け工程において、前記回転駆動機構は135°以上回転されることを特徴とする請求項11に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーに関し、特には、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに把持することができるソフトグリッパーに関する。

背景技術

0002

弁当惣菜工場では、容器内に複数の食材盛り付けられ、包装後に出荷されている。弁当や惣菜の工場で製造される製品は、多種多様であるし、製品の切替も比較的頻繁に行われている。このため、製造ラインの自動化の難易度が高く、一連の作業のほとんどを人手に頼っている。

0003

ところが、近い将来、人手不足の深刻化が見込まれている。このため、ロボット導入による各工程の自動化が検討されている。食材盛付作業の自動化も、その一環として検討されている。

0004

ロボットが食材盛付作業を自動的に行うためには、柔らかくて形状も不定である多種多様な食材をソフトに(傷つけることなく)把持できるソフトグリッパーが必要である。

0005

ソフトグリッパーに関連する従来の特許文献としては、例えば以下の特許文献1〜2が挙げられる。特に、特許文献2には、タコの足のように表裏両方に湾曲可能な放射状の爪部材を有する構成が開示されている(図22(特許文献2の図8Cに対応)参照)。

先行技術

0006

特許第6291553号公報
WO2012/148472A2

発明が解決しようとする課題

0007

ソフトグリッパーがコーン粒等の細かい食材を把持するためには、当該細かい食材を掬い上げた後のソフトグリッパーの各要素間の隙間が小さいことが重要である(隙間が大きいとせっかく掬い上げた細かい食材が落下してしまう)。本件発明者は、掬い上げ動作の後のソフトグリッパーの各要素間の隙間を小さくするために、当該各要素が掬い上げ動作の前後でどのような構成及び配置であることが有効か、鋭意検討を進めてきた。

0008

本発明は、以上の課題に鑑みて創案されたものである。本発明の目的は、細かい食材をソフトに把持することができるソフトグリッパーを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記3個以上のスコップ要素は、当該3個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離は、前記3個以上のスコップ要素が湾曲している状態で、30mm以下、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、であることを特徴とするソフトグリッパーである。

0010

本発明によれば、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離が、スコップ要素が湾曲している状態で30mm以下、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、であることにより、細かい食材を把持する性能において優れている。スコップ要素が湾曲している状態での当該小さい隙間は、スコップ要素の外面上に内部に空気室を有する突出要素を複数立設し、圧縮空気供給路を介して当該複数の突出要素の空気室に圧縮空気を供給することでスコップ要素の湾曲動作(掬い上げ動作)を実現することで達成される。

0011

柔軟な材料としては、シリコン軟質ポリエチレン軟質ポリプロピレン軟質ポリウレタン等が例示される。好ましいショア硬度は、10〜90度である。

0012

また、例えば、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室を含んでいることが好ましい。

0013

本件発明者による知見によれば、このような空気室のレイアウトが採用される時、複数の横空気室に圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素の湾曲動作(掬い上げ動作)が好適に実現され、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離(隙間)を30mm以下、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下に低減することが容易である。

0014

また、この場合においては、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室を更に含んでいることが好ましい。

0015

これによれば、複数の縦空気室に圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素が平面視でも円弧状に湾曲されるため、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の側縁間の間隙を5mm以下、好ましくは3mm以下、にまで小さくすることができる。

0016

別の例では、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、互いに略等しい立体形状を有しており、先端部を通る上下方向において中央列として整列されると共に、当該中央列の左側及び右側にそれぞれ左列及び右列として整列されていることが好ましい。

0017

本件発明者による知見によれば、このような空気室のレイアウトが採用される場合においても、スコップ要素の湾曲動作(掬い上げ動作)が好適に実現され、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離(隙間)を30mm以下、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下に低減することが容易である。

0018

また、この場合においては、前記左列を構成する空気室の数が、前記右列を構成する空気室の数と等しく、前記中央列を構成する空気室の数が、前記左列を構成する空気室の数または前記右列を構成する空気室の数よりも多いことが更に好ましい。

0019

これによれば、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とに圧縮空気が供給されて膨張することによって、スコップ要素が平面視でも円弧状に湾曲されるため、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の側縁間の間隙も小さくすることができる。

0020

また、前記ベース部材は、前記3個以上のスコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有していてもよい。

0021

なお、スコップ要素がベース部材から下向きに垂下する方向は、鉛直下向き方向に限定されず、スカート状に下方側が広がるような方向とされてもよい。この場合、湾曲動作(掬い上げ動作)前のスコップ要素が、より広く開口することとなり、細かい食材を把持することがより容易となる。

0022

また、少なくとも本件出願の時点では、複数の横空気室と複数の縦空気室とを含み、スコップ要素が湾曲している状態でのスコップ要素の先端部間の離間距離の寸法を限定しない構成についても、特許としての保護を請求する。すなわち、本発明は、対象物をソフトに把持するソフトグリッパーであって、対象物の上方に位置決めされるベース部材と、前記ベース部材から下向きに垂下され、平面視で周方向に隣り合うように配置された3個以上のスコップ要素と、を備え、前記スコップ要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々の外面上に、内部に空気室を有する突出要素が複数立設されており、前記突出要素の各々は、柔軟な材料から構成されており、前記スコップ要素の各々には、前記複数の突出要素の空気室に共通に連通する圧縮空気供給路が形成されており、前記3個以上のスコップ要素は、当該3個以上のスコップ要素の圧縮空気供給路に対して圧縮空気が供給される時、互いの先端部同士が近接するように湾曲するようになっており、前記スコップ要素の各々において、前記複数の突出要素によって形成される複数の空気室は、周方向に互いに平行に延びる複数の横空気室と、前記複数の横空気室よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる複数の縦空気室と、を含んでいることを特徴とするソフトグリッパーである。

0023

また、本発明は、以上の特徴のいずれかを有するソフトグリッパーと、前記ソフトグリッパーを支持して位置決めするロボットアームと、前記ソフトグリッパーを前記ロボットアームに対して回転駆動させる回転駆動機構と、を備えたことを特徴とするソフトグリッパーシステムである。

0024

本発明のソフトグリッパーシステムによれば、ロボットアームの制御によって各スコップ要素の先端部が把持対象物の中に挿入された後、回転駆動機構を駆動させることによって、把持対象物の中に、各スコップ要素によって把持対象領域の内外区分けする溝のような跡を付けることができる。このような跡付け動作によって、その後に各スコップ要素の圧縮空気供給路に圧縮空気を供給して各スコップ要素を湾曲変形させて各スコップ要素の先端部同士を互いに近接させる時、跡付け動作を実施しない場合と比較して、比較的多量の食材を把持することができる。

0025

前記跡付け動作の際、前記回転駆動機構は45°以上回転されることが好ましく、90°以上回転されることがより好ましく、特には135°以上回転されることが好ましい。本件発明者によれば、回転角度が大きい程、把持量が安定する。

発明の効果

0026

本発明によれば、隣接するスコップ要素の先端部間の離間距離が、スコップ要素が湾曲している状態で30mm以下、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下であることにより、細かい食材を把持する性能において優れている。スコップ要素が湾曲している状態での当該小さい隙間は、スコップ要素の外面上に内部に空気室を有する突出要素を複数立設し、圧縮空気供給路を介して当該複数の突出要素の空気室に圧縮空気を供給することでスコップ要素の湾曲動作(掬い上げ動作)を実現することで達成される。

図面の簡単な説明

0027

本発明の第1実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。
図1のソフトグリッパーの正面図である。
図1のソフトグリッパーの平面図である。
図1のソフトグリッパーにおいて、突出要素が立設されたスコップ要素外側部の側面図である。
図4の突出要素が立設されたスコップ要素外側部の内面図である。
図4の突出要素が立設されたスコップ要素外側部の斜視図である。
本発明の第2実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。
図7のソフトグリッパーの正面図である。
図7のソフトグリッパーの平面図である。
図7のソフトグリッパーにおいて、突出要素が立設されたスコップ要素外側部の正面図である。
図7のソフトグリッパーにおけるスコップ要素の縦断面図である。
図7のソフトグリッパーにおけるスコップ要素の平面図である。
本発明の第3実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。
図13のソフトグリッパーの正面図である。
図13のソフトグリッパーの底面図である。
本発明の第4実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。
図16のソフトグリッパーの正面図である。
図16のソフトグリッパーの底面図である。
本発明の第5実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図である。
図19のソフトグリッパーの正面図である。
図19のソフトグリッパーの底面図である。
従来のソフトグリッパーの一例を示す概略図である。

実施例

0028

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

0029

(第1実施形態の構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係るソフトグリッパー10の斜視図であり、図2は、図1のソフトグリッパー10の正面図であり、図3は、図1のソフトグリッパー10の平面図である。

0030

図1乃至図3に示すように、本実施形態のソフトグリッパー10は、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに(傷つけることなく)把持するソフトグリッパーであって、把持対象物の上方に位置決めされるベース部材11を備えている。

0031

本実施形態のベース部材11は、厚さ6mmの略十字状部材11aと、当該略十字状部材11aの下面側に固定された厚さ5mmの4つの四分割円弧板11bと、を有している。略十字状部材11aの上面側には、4本の支柱12(例えば、高さ30mm)を介して、円環状のロボットアーム取付部13(例えば、内径16mm、外径40mm、高さ6mm)が設けられている。

0032

ベース部材11の四分割円弧板11bの各々の下面から鉛直方向下向きに、柔軟なシリコン製のスコップ要素20が垂下されている。4個のスコップ要素20は、平面視で周方向に隣り合うように配置されている。各スコップ要素20の形状は、2段階のテーパ形状となっており、上下方向の長さは62mmであり、ベース部材11側の端部からテーパ角度が変わる部位20mまでの上下方向の長さは50mmであり、ベース部材11側の端部の幅は43mmであり、テーパ角度が変わる部位20mでの幅は23mmである。また、4個のスコップ要素20(の内面)は、平面視で、一辺60mmの各辺上に位置するように配置されている。

0033

続いて、図4は、図1のソフトグリッパー10において、突出要素31〜39が立設されたスコップ要素外側部20aの側面図であり、図5は、図4の突出要素31〜39が立設されたスコップ要素外側部20aの内面図であり、図6は、図4の突出要素31〜39が立設されたスコップ要素外側部20aの斜視図である。

0034

図1乃至図6に示すように、スコップ要素20の各々の外面上には、内部に空気室41〜49を有する9個の突出要素31〜39が左右対称に立設されている。より具体的には、9個の突出要素31〜39が立設されたスコップ要素外側部20aが、スコップ要素内側部20bと接着されることで、スコップ要素20が構成されている。スコップ要素外側部20aの厚みは2mmであり、スコップ要素外側部20bの厚みは2mmである。

0035

突出要素31は、先端部20tからの上下方向長さ12.5mm〜15.5mmの領域で、幅19mmに亘って、高さ5mm(スコップ要素外側部20aの上面(外面)に対して)だけ突出する直方体部31aと、当該直方体部31aの下面側からスコップ要素20の先端部20tまで延在する傾斜部31bと、からなっている。傾斜部31bの傾斜角度は、例えば22°程度である。

0036

突出要素32〜34は、それぞれ先端部20tからの上下方向長さ16.5mm〜19.5mm、20.5mm〜23.5mm、24.5mm〜27.5mmの領域で、幅19mmに亘って、それぞれ高さ6mm、7mm、8mm(スコップ要素外側部20aの上面に対して)だけ突出している。

0037

突出要素35〜39は、先端部20tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+、左方向を−として、それぞれ幅−9.5mm〜−6.5mm、−5.5mm〜−2.5mm、−1.5mm〜1.5mm、2.5mm〜5.5mm、6.5mm〜9.5mmの領域で、上下方向長さ28.5mm〜55.5mmに亘って、高さ8mm(スコップ要素外側部20aの上面に対して)だけ突出している。

0038

空気室41〜49は、いずれもスコップ要素外側部20aを貫いて、各突出要素31〜39の内部に広がっている。スコップ要素外側部20aが接着されるスコップ要素外側部20bの上面は、平坦である。

0039

空気室41は、突出要素31の直方体部31a内及びスコップ要素外側部20a内において、先端部20tからの上下方向長さ13.5mm〜14.5mmの領域で、幅15mmに亘って、高さ5.5mm(スコップ要素内側部20bとの接着面に対して)の広がりを有している。

0040

空気室42〜44は、それぞれ突出要素32〜34内及びスコップ要素外側部20a内において、先端部20tからの上下方向長さ17.5mm〜18.5mm、21.5mm〜22.5mm、25.5mm〜26.5mmの領域で、幅15mmに亘って、それぞれ高さ6.5mm、7.5mm、8.5mm(スコップ要素内側部20bとの接着面に対して)の広がりを有している。

0041

空気室45〜49は、それぞれ突出要素45〜49内及びスコップ要素外側部20a内において、先端部20tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+、左方向を−として、それぞれ幅−8.5mm〜−7.5mm、−4.5mm〜−3.5mm、−0.5mm〜0.5mm、3.5mm〜4.5mm、7.5mm〜8.5mmの領域で、上下方向長さ30.5mm〜53.5mmに亘って、高さ8.5mm(スコップ要素内側部20bとの接着面に対して)だけ突出している。

0042

以上のようなレイアウトにより、突出要素31〜34(及びスコップ要素外側部20a)によって形成される空気室41〜44は、周方向(横方向)に互いに平行に延びる横空気室となっており、突出要素35〜39(及びスコップ要素外側部20a)によって形成される空気室45〜49は、横空気室41〜44よりも上方の領域において上下方向に互いに平行に延びる縦空気室となっている。

0043

更に、図4乃至図6に示すように、全ての空気室41〜49は、スコップ要素外側部20aに形成された縦圧空気供給路20c及び横圧縮空気供給路20dによって、共通に連通されている。

0044

縦圧縮空気供給路20cは、先端部20tを通る上下方向に延びており、その上端部は、スコップ要素20の外面上の突出要素37の更に上方に形成された圧縮空気導入部51の空気供給路52に連通し、その下端部は、空気室41に連通している。縦圧縮空気供給路20cは、例えば幅3mm、高さ1mmに形成されている。

0045

横圧縮空気供給路20dは、空気室45の上下方向の中間位置から空気室49の上下方向の中間位置まで周方向(横方向)に延びており、途中で縦圧縮空気供給路20cと交差している。横圧縮空気供給路20dは、例えば幅3mm、高さ1mmに形成されている。

0046

圧縮空気導入部51の空気供給路52には、例えば圧縮空気供給チューブ(不図示)を介して、圧縮空気供給装置(不図示)が接続されている。そして、当該圧縮空気供給装置によって各スコップ要素20の圧縮空気導入部51の空気供給路52に圧縮空気を供給することで、各空気室41〜49を当該圧縮空気によって膨張変形させ、これによって各スコップ要素20の先端部20t同士が互いに近接するように、各スコップ要素20を湾曲させることが可能となっている。

0047

特に本実施形態のソフトグリッパー10によれば、対応する圧縮空気を供給することによって、横空気室41〜44だけでなく縦空気室45〜49をも膨張することによって各スコップ要素20が平面視でも円弧状に湾曲され、隣接するスコップ要素20の側縁間の間隙も小さくなるような位置姿勢に各スコップ要素20を湾曲させることができる。本件発明者によれば、ソフトグリッパー10の材質ショアA硬度10の場合、対応する圧縮空気の圧力は20kPa程度であり、ソフトグリッパー10の材質度がショアA硬度30の場合、対応する圧縮空気の圧力は70kPa程度であり、ソフトグリッパー10の材質がショアA硬度60の場合、対応する圧縮空気の圧力は230kPa程度であることが好ましい。

0048

なお、突出要素31〜39及び圧縮空気導入部51とスコップ要素外側部20aとは、3次元プリンタ等を用いて、予め一体的に成形されてもよいし、別々に形成されて互いに接着等されてもよい。

0049

(第1実施形態の作用)
次に、以上のように構成されたソフトグリッパー10の作用について説明する。

0050

本実施形態のソフトグリッパー10は、ロボットアーム取付部13が不図示のロボットアーム(例えば川崎重工業株式会社製のduAro)に取り付けられて利用される。

0051

ロボットアームは、例えば不図示のセンサまたは画像処理システム等を介して、把持対象物である食材の位置と把持した食材の盛り付け先の容器の位置とを把握する。そして、例えば所定の制御プログラムを実行することによって、食材を把持するようにソフトグリッパー10を移動させ、食材を把持した後に容器までソフトグリッパー10を移動させる。

0052

食材を把持する際、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー10のベース部材11が食材(把持対象物)の上方(例えば所定高さ)に位置決めされ、各スコップ要素20の先端部20tが食材の中に挿入される。

0053

そして、圧縮空気供給装置によって各スコップ要素20の圧縮空気導入部51の空気供給路52に圧縮空気が供給される。これにより、各空気室41〜49が当該圧縮空気によって膨張変形され、特に横空気室41〜44の膨張によって各スコップ要素20が湾曲変形され、各スコップ要素20の先端部20t同士が互いに近接する。

0054

更に本実施形態の場合、横空気室41〜44だけでなく縦空気室45〜49をも膨張することによって各スコップ要素20が平面視でも円弧状に湾曲されるため、隣接するスコップ要素20の側縁間の間隙が小さくなる(5mm程度)位置姿勢に各スコップ要素20を湾曲させることができる。これにより、コーン粒等の細かい食材であっても、把持した後(掬い上げた後)にこぼすことなく所望の容器(または所望の他の搬送先)まで搬送することができる。

0055

(第2実施形態の構成)
次に、図7は、本発明の第2実施形態に係るソフトグリッパー110の斜視図であり、図8は、図7のソフトグリッパー110の正面図であり、図9は、図7のソフトグリッパー110の平面図である。

0056

図7乃至図9に示すように、本実施形態のソフトグリッパー110も、コーン粒等の細かい食材や大福等の柔らかい食品をソフトに(傷つけることなく)把持するソフトグリッパーであって、把持対象物の上方に位置決めされるベース部材111を備えている。

0057

本実施形態のベース部材111も、厚さ6mmの略十字状部材111aと、当該略十字状部材111aの下面側に固定された厚さ5mmの4つの四分割円弧板111bと、を有している。略十字状部材111aの上面側には、4本の支柱112(例えば、高さ30mm)を介して、円環状のロボットアーム取付部113(例えば、内径16mm、外径40mm、高さ6mm)が設けられている。

0058

ベース部材111の四分割円弧板111bの各々の下面から鉛直方向下向きに、柔軟なシリコン製のスコップ要素120が垂下されている。4個のスコップ要素120は、平面視で周方向に隣り合うように配置されている。各スコップ要素120の形状は、向かい合う一対の円弧状側部とテーパ状の先端領域とからなっており、上下方向の長さは52mmであり、ベース部材11側の端部から円弧状側部の下端(テーパ状の先端領域の上端)120mまでの上下方向の長さは49mmであり、ベース部材11側の端部の幅は54mmであり、円弧状側部の下端(テーパ状の先端領域の上端)120mでの幅は6mmであり、円弧状側部の曲率半径は7.5cmである。また、4個のスコップ要素120(の内面)は、平面視で、一辺59mmの正方形の各辺上に位置するように配置されている。

0059

続いて、図10は、図7のソフトグリッパー110において、突出要素131〜145が立設されたスコップ要素外側部120aの正面図であり、図11は、図10のスコップ要素外側部120aの先端部120tを通る鉛直平面による縦断面図であり、図12は、図10のスコップ要素外側部120aの平面図である。

0060

図7乃至図12に示すように、スコップ要素120の各々の外面上には、内部に空気室151〜165を有する15個の突出要素131〜145が左右対称に立設されている。より具体的には、15個の突出要素131〜145が立設されたスコップ要素外側部120aが、スコップ要素内側部120bと接着されることで、スコップ要素120が構成されている。スコップ要素外側部120aの厚みは2mmであり、スコップ要素外側部120bの厚みは2mmである。

0061

突出要素131は、先端部120tからの上下方向長さ9.2mm〜15.2mmの領域で、幅6mmに亘って、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出する直方体部131aと、当該直方体部131aの下面側からスコップ要素120の先端部120tまで延在する傾斜部131bと、からなっている。傾斜部131bの傾斜角度は、例えば41°程度である。

0062

突出要素132〜135は、それぞれ先端部120tからの上下方向長さ16.4mm〜22.4mm、23.6mm〜29.6mm、30.8mm〜36.8mm、38mm〜52mmの領域で、幅6mmに亘って、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出している。

0063

突出要素136〜139は、それぞれ先端部120tからの上下方向長さ16.4mm〜22.4mm、23.6mm〜29.6mm、30.8mm〜36.8mm、38mm〜44mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−10.2mm〜−4.2mmに亘って(それぞれ突出要素132〜135の左隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出している。

0064

突出要素140〜143は、突出要素136〜139と左右対称に、それぞれ先端部120tからの上下方向長さ16.4mm〜22.4mm、23.6mm〜29.6mm、30.8mm〜36.8mm、38mm〜44mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+として幅4.2mm〜10.2mmに亘って(それぞれ突出要素132〜135の右隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出している。

0065

更に突出要素144は、先端部120tからの上下方向長さ30.8mm〜36.8mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−17.4mm〜−11.4mmに亘って(突出要素138の更に左隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出している。

0066

更に突出要素145は、先端部120tからの上下方向長さ30.8mm〜36.8mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+として幅11.4mm〜17.4mmに亘って(突出要素142の更に右隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)だけ突出している。

0067

空気室151〜165は、いずれもスコップ要素外側部120aを貫いて、各突出要素131〜145の内部に広がっている。スコップ要素外側部120aが接着されるスコップ要素外側部120bの上面は、平坦である。

0068

空気室151は、突出要素131の直方体部131a内及びスコップ要素外側部120a内において、先端部120tからの上下方向長さ10.2mm〜14.2mmの領域で、幅4mmに亘って、高さ6mm(スコップ要素内側部120bとの接着面に対して)の広がりを有している。

0069

空気室152〜155は、それぞれ突出要素132〜135内及びスコップ要素外側部120a内において、先端部120tからの上下方向長さ17.4mm〜21.4mm、24.6mm〜28.6mm、31.8mm〜35.8mm、39mm〜43mmの領域で、幅4mmに亘って、高さ6mm(スコップ要素内側部120bとの接着面に対して)の広がりを有している。

0070

空気室156〜159は、それぞれ突出要素136〜139内及びスコップ要素外側部120a内において、それぞれ先端部120tからの上下方向長さ17.4mm〜21.4mm、24.6mm〜28.6mm、31.8mm〜35.8mm、39mm〜43mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−9.2mm〜−5.2mmに亘って(それぞれ空気室152〜155の左隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)の広がりを有している。

0071

空気室160〜163は、空気室156〜159と左右対称に、それぞれ突出要素140〜143内及びスコップ要素外側部120a内において、それぞれ先端部120tからの上下方向長さ17.4mm〜21.4mm、24.6mm〜28.6mm、31.8mm〜35.8mm、39mm〜43mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+として幅5.2mm〜9.2mmに亘って(それぞれ空気室156〜159の右隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)の広がりを有している。

0072

空気室164は、突出要素144内及びスコップ要素外側部120a内において、先端部120tからの上下方向長さ31.8mm〜35.8mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して左方向を−として幅−16.4mm〜−12.4mmに亘って(空気室158の左隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)の広がりを有している。

0073

空気室165は、空気室164と左右対称に、突出要素145内及びスコップ要素外側部120a内において、先端部120tからの上下方向長さ31.8mm〜35.8mmの領域で、先端部120tを通る上下方向の仮想線に対して右方向を+として幅12.4mm〜16.4mmに亘って(空気室162の左隣の領域で)、高さ6mm(スコップ要素外側部120aの上面に対して)の広がりを有している。

0074

以上のようなレイアウトにより、突出要素131〜135(及びスコップ要素外側部120a)によって形成される空気室151〜155は、先端部120tを通る上下方向において中央列として整列されており、当該中央列の左側において、突出要素136〜139(及びスコップ要素外側部120a)によって形成される空気室156〜159は、左列として整列されており、中央列の右側において、突出要素140〜143(及びスコップ要素外側部120a)によって形成される空気室160〜163は、右列として整列されている。

0075

そして、左列を構成する空気室156〜159の数「4」は、右列を構成する空気室160〜163の数「4」と等しく、中央列を構成する空気室151〜155の数「5」は、左列を構成する空気室の数ないし右列を構成する空気室の数「4」よりも多くなっている。

0076

また、本実施形態では、各空気室151〜165は、互いに略等しい立体形状を有している。

0077

更に、図10乃至図12に示すように、全ての空気室151〜165は、スコップ要素外側部120aに形成された圧縮空気供給路120c〜120hによって、共通に連通されている。

0078

第1圧縮空気供給路120cは、先端部120tを通る上下方向に延びており、その上端部は、スコップ要素120の外面上の突出要素135の更に上方に(例えば当該突出要素135と一体的に)形成された圧縮空気導入部171の空気供給路172に連通し、その下端部は、空気室151に連通している。

0079

第2圧縮空気供給路120dは、空気室156の左右方向の中間位置から空気室159の左右方向の中間位置まで上下方向に延びており、第3圧縮空気供給路120eは、空気室160の左右方向の中間位置から空気室163の左右方向の中間位置まで上下方向に延びている。

0080

第4圧縮空気供給路120fは、空気室159の上下方向の中間位置から空気室163の上下方向の中間位置まで周方向(左右方向)に延びており、第5圧縮空気供給路120gは、空気室158の上下方向の中間位置から空気室164の上下方向の中間位置まで周方向(左右方向)に延びており、第6圧縮空気供給路120hは、空気室162の上下方向の中間位置から空気室165の上下方向の中間位置まで周方向(左右方向)に延びている。

0081

第1圧縮空気供給路120c〜第6圧縮空気供給路120hは、いずれも、例えば幅22mm、高さ11mmに形成されている。

0082

圧縮空気導入部171の空気供給路172には、例えば圧縮空気供給チューブ(不図示)を介して、圧縮空気供給装置(不図示)が接続されている。そして、当該圧縮空気供給装置によって各スコップ要素120の圧縮空気導入部171の空気供給路172に圧縮空気を供給することで、各空気室151〜165を当該圧縮空気によって膨張変形させ、これによって各スコップ要素120の先端部120t同士が互いに近接するように、各スコップ要素120を湾曲させることが可能となっている。

0083

特に本実施形態のソフトグリッパー110によれば、対応する圧縮空気を供給することによって、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とが膨張することによって各スコップ要素20が平面視でも円弧状に湾曲され、隣接するスコップ要素120の側縁間の間隙が小さくなる(3mm程度)位置姿勢に各スコップ要素120を湾曲させることができる。本件発明者によれば、ソフトグリッパー10の材質がショアA硬度10の場合、対応する圧縮空気の圧力は20kPa程度であり、ソフトグリッパー10の材質度がショアA硬度30の場合、対応する圧縮空気の圧力は70kPa程度であり、ソフトグリッパー10の材質がショアA硬度60の場合、対応する圧縮空気の圧力は230kPa程度であることが好ましい。

0084

なお、突出要素131〜145及び圧縮空気導入部171とスコップ要素外側部120aとは、3次元プリンタ等を用いて、予め一体的に成形されてもよいし、別々に形成されて互いに接着等されてもよい。

0085

(第2実施形態の作用)
次に、以上のように構成されたソフトグリッパー110の作用について説明する。

0086

本実施形態のソフトグリッパー110は、ロボットアーム取付部113が不図示のロボットアーム(例えば川崎重工業株式会社製のduAro)に取り付けられて利用される。

0087

ロボットアームは、例えば不図示のセンサまたは画像処理システム等を介して、把持対象物である食材の位置と把持した食材の盛り付け先の容器の位置とを把握する。そして、例えば所定の制御プログラムを実行することによって、食材を把持するようにソフトグリッパー110を移動させ、食材を把持した後に容器までソフトグリッパー110を移動させる。

0088

食材を把持する際、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー110のベース部材111が食材(把持対象物)の上方(例えば所定高さ)に位置決めされ、各スコップ要素120の先端部120tが食材の中に挿入される。

0089

そして、圧縮空気供給装置によって各スコップ要素120の圧縮空気導入部171の空気供給路172に圧縮空気が供給される。これにより、各空気室151〜165が当該圧縮空気によって膨張変形され、各スコップ要素120の先端部120t同士が互いに近接する。

0090

更に本実施形態の場合、左右列を構成する空気室と当該左右列を構成する空気室より数が多い中央列の空気室とが膨張することによって各スコップ要素20が平面視でも円弧状に湾曲されるため、隣接するスコップ要素120の側縁間の間隙が小さくなる(3mm程度)位置姿勢に各スコップ要素120を湾曲させることができる。これにより、コーン粒等の細かい食材であっても、把持した後(掬い上げた後)にこぼすことなく所望の容器(または所望の他の搬送先)まで搬送することができる。

0091

(その他の変形例)
以上に説明された実施形態では、スコップ要素20、120の数が「4」であるが、「3」で構成することも可能であるし、「5」以上で構成することも可能である。また、スコップ要素の形状は、互いに同一であることが好ましいが、少なくとも本件出願の時点ではそのような態様に限定されず、例えば、スコップ要素の数が偶数の場合、相対的に大きいスコップ要素と相対的に小さいスコップ要素とが周方向に交互に配置される態様も採用可能である。

0092

また、以上に説明された実施形態では、スコップ要素20、120の湾曲変形前の形態が平坦形状(平面視で直線状)となっているが、予め円筒体の一部に相当する形状(平面視で円弧状)を有していてもよい。この場合、ベース部材との接着部も、直線状でなく円弧状となる。更には、複数のスコップ要素を周方向に接続した状態で予め形成しておいて、それらを筒状に丸めて(ロールアップして)ベース部に接着した構成が採用されてもよい。

0093

また、少なくとも本件出願の時点では、第1実施形態において縦空気室45〜49を設けない変形例も採用可能である。この場合、縦空気室45〜49が設けられていた領域が平坦な領域として残存されてもよいし、縦空気室45〜49が設けられていた領域を削除して短い長さのスコップ要素として構成されてもよい。後者のように変形されたスコップ要素は、ベース部材の補助筒部に接着されてもよい。すなわち、ベース部材が、各スコップ要素が垂下される領域において、補助筒部を有していてもよい。補助筒部は、シリコンのような柔軟材料で構成されてもよいし、比較的硬い材料で構成されてもよい。

0094

また、スコップ要素20、120がベース部材11、111から下向きに垂下する方向は、鉛直下向き方向に限定されず、スカート状に下方側が広がるような方向とされてもよい。この場合、湾曲動作(掬い上げ動作)前のスコップ要素20、120が、より広く開口することとなり、細かい食材を把持することがより容易となる。

0095

図13は、本発明の第3実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素20が10°の傾斜で広がるようにベース部材11が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第1実施形態のソフトグリッパー10と同様である。図14は、図13のソフトグリッパーの正面図であり、図15は、図13のソフトグリッパーの底面図である。

0096

図16は、本発明の第4実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素20が15°の傾斜で広がるようにベース部材11が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第1実施形態のソフトグリッパー10と同様である。図17は、図16のソフトグリッパーの正面図であり、図18は、図16のソフトグリッパーの底面図である。

0097

図19は、本発明の第5実施形態に係るソフトグリッパーの斜視図であり、各スコップ要素20が20°の傾斜で広がるようにベース部材11が部分的に屈曲されている。その他の構成は、第1実施形態のソフトグリッパー10と同様である。図20は、図19のソフトグリッパーの正面図であり、図21は、図19のソフトグリッパーの底面図である。

0098

(回転駆動機構の追加)
更に本件発明者は、ネギコーン等の細かい食材を把持対象物とする場合において、以上の各実施形態のソフトグリッパー10、110を不図示のロボットアーム(例えば川崎重工業株式会社製のduAro)に対して取り付ける際に、回転駆動機構13’、113’(図2及び図8破線で示す)を介して取り付けることが有効であることを知見した。

0099

この場合も、食材を把持する際には、例えばロボットアームの制御によって、ソフトグリッパー10、110のベース部材11、111が食材(把持対象物)の上方(例えば所定高さ)に位置決めされ、各スコップ要素20、120の先端部20t、120tが食材の中に挿入される。

0100

そして、この場合には、当該挿入動作の後、回転駆動機構13’、113’を駆動させることによって、食材の中に、各スコップ要素20、120によって把持対象領域の内外を区分けする溝のような跡を付けることができる。

0101

本件発明者は、このような跡付け動作によって、その後に圧縮空気供給装置によって各スコップ要素20、120が湾曲変形されて各スコップ要素20、120の先端部20t、120t同士が互いに近接する時、跡付け動作を実施しない場合と比較して、比較的多量の食材を把持することができることを確認した。

0102

以上の各実施形態のソフトグリッパー10、110では、平面視で4個のスコップ要素20、120が正方形の各辺上に位置するように配置されているため、90°の回転によって全周分の跡付け動作が達成される。しかしながら、本件発明者の実証実験によれば、45°の回転によって有意な効果が確認でき、135°回転させると更に多量の食材を把持することができる。更に、本件発明者の実証実験によれば、回転角度が大きい程、把持量が安定する。

0103

10 ソフトグリッパー
11ベース部材
11a十字状部材
11b四分割円弧板
12支柱
13ロボットアーム取付部
13’回転駆動機構
20スコップ要素
20a スコップ要素外側部
20b スコップ要素内側部
20c縦圧縮空気供給路
20d横圧縮空気供給路
20mテーパ角度が変わる部位
20t 先端部
31突出要素
31a直方体部
31b 傾斜部
32〜34 突出要素
35〜39 突出要素
41〜44空気室(横空気室)
45〜49 空気室(縦空気室)
51圧縮空気導入部
52 空気供給路
110 ソフトグリッパー
111 ベース部材
111a 十字状部材
111b 四分割円弧板
112 支柱
113 ロボットアーム取付部
113’ 回転駆動機構
120 スコップ要素
120a スコップ要素外側部
120b スコップ要素内側部
120c 第1圧縮空気供給路
120d 第2圧縮空気供給路
120e 第3圧縮空気供給路
120f 第4圧縮空気供給路
120g 第5圧縮空気供給路
120h 第6圧縮空気供給路
120t 先端部
131 突出要素
131a 直方体部
131b 傾斜部
132〜135 突出要素
136〜139 突出要素
140〜143 突出要素
144 突出要素
145 突出要素
151〜155 空気室(中央列)
156〜159 空気室(左列)
160〜163 空気室(右列)
164 空気室
165 空気室
171 圧縮空気導入部
172 空気供給路

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