(57)【要約】ワークの自動脱骨工程において、切断刃に対する過負荷を発生せず、切断刃の損傷等を低減して運転効率を高く維持し、かつ肉の歩留まりを向上させることを目的とする。自動脱骨装置１０において、筋入れ部５０のワーク搬送方向上流側にＸ線照射部３０が設けられている。Ｘ線照射部３０では、Ｘ線照射装置３４からワークｗに向けてＸ線ｒが照射され、ワークｗを透過したＸ線透過画像は画像解析処理部４０で画像処理され、骨部位の二次元位置座標を得る。筋入れ部５０では、切断刃５８ａ〜ｃを備えた３基のロボットアーム５２ａ〜ｃが設けられている。コントローラ６０の記憶部６２には、切断刃５８ａ〜ｃの目標動作軌跡の３次元位置座標が保存されている。ワーク１個毎に画像解析処理部４０で得た骨部位の２次元位置座標によって目標動作軌跡を修正する。
2012056793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームを用い、家畜屠体のうで部位又はもも部位を足首を介し懸垂した状態で、うで部位又はもも部位の脱骨処理を行なう方法において、
うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定すると共に、前記切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標と、この目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した該比較基準ポイントの２次元位置座標とを予め設定する前工程と、
うで部位又はもも部位毎にＸ線を照射し、透過されたＸ線画像を解析してうで部位又はもも部位の骨の輪郭線の２次元位置座標を得るＸ線画像解析工程と、
前記目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標と、前記Ｘ線画像解析工程で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、該位置ずれ量だけ前記目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正工程と、
該動作軌跡修正工程で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させ、うで部位又はもも部位の筋入れ又は肉分離を行なう切断刃動作工程と、からなることを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法において、
前記Ｘ線画像解析工程で得られたうで部位又はもも部位の骨の輪郭線の２次元位置座標から、うで部位又はもも部位の足首のクランプ位置直下の足首骨径Ｗ１及び直上の足首骨径Ｗ２を求める足首計測工程と、
該足首計測工程で足首骨径Ｗ１が足首骨径Ｗ２より大のとき、前記Ｘ線画像解析工程で得られた２次元位置座標から、前記クランプ位置から関節までの長さＬ１及び関節から骨頭端までの長さＬ２を求めるワーク長さ計測工程と、
長さＬ１と長さＬ２との比が正常範囲でないとき、この長さ比を正常値に変更して、前記Ｘ線画像解析工程で得られた２次元位置座標を修正する画像情報修正工程と、を付加することを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法において、
前記前工程で、切断刃が前記目標動作軌跡で動作した時の切断刃に加わる反力を予め測定し、その目標反力データを保存すると共に、
前記切断刃動作工程で、うで部位又はもも部位の骨の表面に沿って長手方向に切込みを入れる筋入れを行い、切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、測定した反力と前記目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、前記動作軌跡修正工程で修正した修正動作軌跡を該差分が設定範囲内となるように変更することを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項４】
切断動作中の前記切断刃に加わる反力を、有負荷運転時に切断刃に加わる反力から無負荷運転時に切断刃に加わる反力を減算して求めることを特徴とする請求項３に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項５】
請求項３に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法において、
前記切断刃の動作軌跡上で切断刃に過負荷が生じやすい箇所にチェックポイントを設定し、該チェックポイントの上流側領域で、切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、測定した反力と前記目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、該差分が設定範囲内となるように反力測定ポイントから該チェックポイントまでの修正動作軌跡を変更することを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項６】
請求項３に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法において、
前記前工程で、無負荷運転時に前記切断刃に加わる反力を予め測定し、その無負荷反力データを保存しておき、
切断刃の切断動作中に切断刃に加わる反力と前記無負荷反力データとを比較し、これらの差が設定範囲外であるとき、切断刃が損傷したと判定し、運転を止める運転停止工程を付加することを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法。
【請求項７】
予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームと、家畜屠体のうで部位又はもも部位を懸垂搬送する装置とを備え、うで部位又はもも部位を懸垂した状態で脱骨処理を行なう装置において、
前記多軸多関節アームよりうで部位又はもも部位の搬送方向上流側に配置され、懸垂状態のうで部位又はもも部位に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、うで部位又はもも部位を透過したＸ線が入射するＸ線入射部と、前記Ｘ線入射部に入射した透過Ｘ線画像を解析して骨の輪郭線の２次元位置情報を得る画像解析処理部と、前記切断刃の動作を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定する比較基準ポイント設定部と、前記切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標、及びこの目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した該比較基準ポイントの２次元位置座標を記憶する記憶部と、前記目標動作軌跡に対応した該比較基準ポイントの２次元位置座標と、前記画像解析処理部で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、該位置ずれ量だけ前記目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正部と、を備え、該動作軌跡修正部で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させることを特徴とするＸ線を用いた骨付き肉の脱骨装置。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記画像解析処理部で得られた骨の輪郭線の２次元位置座標から、懸垂搬送装置のクランプ位置直下の足首骨径Ｗ１及び直上の足首骨径Ｗ２を求める足首計測部と、
該足首計測部で足首骨径Ｗ１が足首骨径Ｗ２より大のとき、前記画像解析処理部で得られた骨の２次元位置座標から、前記クランプ位置から関節までの長さＬ１及び関節から骨頭端までの長さＬ２を求めるワーク長さ計測部と、
長さＬ１と長さＬ２との比が正常範囲でないとき、この長さ比を正常値に変更して、画像解析処理部で得られた骨の２次元位置情報を修正する画像情報修正部と、を備えていることを特徴とする請求項７に記載の骨付き肉の脱骨装置。
【請求項９】
前記切断刃に加わる反力を測定する反力測定装置を備え、
前記コントローラの記憶部は、切断刃が前記目標動作軌跡で動作した時の切断刃に加わる反力を測定した目標反力データを記憶し、
前記コントローラは、切断刃の切断動作中に前記反力測定装置で測定された反力と前記目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、測定反力が設定範囲内となるように切断刃の動作軌跡を変更する動作軌跡変更部を備えていることを特徴とする請求項７に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨装置。
【請求項１０】
前記コントローラで、切断刃の動作軌跡上で切断刃に過負荷が生じやすい箇所にチェックポイントを設定し、
前記反力測定装置で、該チェックポイントの上流側領域で切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、
前記動作軌跡変更部で、測定した反力と前記目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、該差分が設定範囲内となるように反力測定ポイントから該チェックポイントまでの修正動作軌跡を変更するようにしたことを特徴とする請求項９に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、
前記記憶部に無負荷運転時に切断刃に加わる反力の測定データが記憶され、切断刃の切断動作中に切断刃に加わる反力と記憶された無負荷反力データとを比較し、これらの差が設定範囲外であるとき、切断刃が損傷したと判定し、運転停止指令を発信する判定部を備えていることを特徴とする請求項９に記載のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食肉として供される家畜屠体のうで部位又はもも部位の骨肉分離工程において、Ｘ線を用いて骨の輪郭を正確に把握することで、歩留まりが良く、かつ切断刃の損傷等を回避可能な脱骨方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
豚、牛、羊など食肉として供される家畜屠体のうで部位又はもも部位（以下「ワーク」という。）の脱骨工程は、大きく分けて、寛骨等を除去する前処理工程と、前腕骨、上腕骨、又は下腿骨、大腿骨等の表面に沿って長手方向に切込みを入れる筋入れ工程と、筋入れ工程後に肉の引き剥がしを行なう肉分離工程とからなる。ワークは重量物であるため、その解体脱骨作業を人手で行なうと重労働を余儀なくされる。そのため、ワークをギャンブレル又はクランプ装置等の懸垂装置で懸垂し、搬送しながら、オペレータが脱骨処理を行なっていたが、依然として重労働を余儀なくされていた。【０００３】
そのため、本発明者等は、先に、前処理工程を除き、その後の工程を自動化した脱骨手段を、特許文献１（国際公開ＷＯ２００８／１３６５１３Ａ１号公報）、及び特許文献２（国際公開ＷＯ２００９／１３９０３２Ａ１号公報）で提案している。
この自動化手段の筋入れ工程は、前記懸垂装置でワークを足首を介して懸垂しながら、ワークの肉の中に埋没している骨を取り出す際に、懸垂装置によるクランプ位置を基点としたワークの骨の全長を測定する。この全長情報から、経験則により埋没している骨の輪郭を推測する。次に、切断刃を装備したロボットアームを操作し、該切断刃を推測された骨の輪郭に沿って動作させ、筋入れを実施している。【０００４】
この方式で全体処理数の８０％程度はうまくいくが、ワークの大きさには個体差があるため、残りの２０％は、骨に肉が残り、歩留まりが悪くなることがあった。また、切断刃が骨に食い込んで、切断刃に過負荷が加わり、切断刃が損傷して脱骨装置を停止させたことがあった。家畜屠体のうで部位又はもも部位は、関節部位や骨頭部位に凹凸変異点が多く存在し、ワークの個体差が大きいとき、これらの部位で骨の表面に沿って正確に切断刃を動作させるのは容易でない。【０００５】
脱骨工程においては、骨周りの筋、腱等の生体組織を正確に切断する必要があるが、肉に完全に埋没している骨の複雑な円弧状形状は、外側から視認できない。また、季節による肉付きの変化、農場による肉付きの違い等により、ワークの寸法自体にばらつきがあるので、ワークによっては完全に筋や腱を切ることができないことがある。また、ロボットアームの動作によっては、筋入れの際に切断刃に前述のような過負荷が加わるため、過負荷にならないように、個体誤差を見込んで安全サイドで切断刃を動作させていた。そのため、肉の歩留まりが低下する場合があった。【０００６】
特許文献３（特開平６−３２４００６号公報）には、Ｘ線照射手段を用いて、肉の筋、腱、骨等の位置を読み取り、これを２次元以上の座標上に示し、この処理データに基づいて、切断部で切断動作を行なわせる技術事項が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１３６５１３Ａ１号公開公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００９／１３９０３２Ａ１号公開公報
【特許文献３】特開平６−３２４００６号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３に開示された技術事項は、Ｘ線照射手段を用いて、肉の筋、腱、骨等の位置を読み取り、この読み取り結果を肉の筋の切断や骨の分離に利用するというアイデアを提示したにすぎない。従って、特許文献３に開示された技術事項を特許文献１又は特許文献２に開示された自動脱骨手段に応用したとしても、前記問題点を解消できない。即ち、複雑な形状を有し、懸垂され、一定の速度又は断続的なタクト送りで高速移動するワークに対して、切断刃に対する過負荷を発生せず、運転効率を落とさず、かつ歩留まりを高く維持した脱骨処理を可能とするためには、多くの生産技術上の問題を残している。【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ワークの自動脱骨工程において、切断刃に対する過負荷を発生せず、切断刃の損傷等を低減して運転効率を高く維持し、かつ従来の自動化手段より歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨方法は、予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームを用い、家畜屠体のうで部位又はもも部位を足首を介し懸垂した状態で、うで部位又はもも部位の脱骨処理を行なう方法において、うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定すると共に、切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標と、この目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標とを予め設定する前工程と、うで部位又はもも部位毎にＸ線を照射し、透過されたＸ線画像を解析してうで部位又はもも部位の骨の輪郭線の２次元位置座標を得るＸ線画像解析工程と、目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標と、Ｘ線画像解析工程で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正工程と、動作軌跡修正工程で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させ、うで部位又はもも部位の筋入れ又は肉分離を行なう切断刃動作工程と、からなるものである。【００１１】
本発明方法では、ワークの骨の輪郭線上で位置を特定しやすい箇所に１個以上の比較基準ポイントを設定する。また、目標動作軌跡の３次元位置座標及び目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標を予め設定しておく。この２次元位置座標とＸ線画像解析工程で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正する。この工程をワーク毎に行なうことで、各ワークの骨の輪郭に沿って正確に切断刃を動作させることができる。そのため、切断刃の骨への食込みをなくし、切断刃の損傷を低減できて、運転効率を高く維持できると共に、歩留まりを向上できる。【００１２】
このように、本発明方法によれば、Ｘ線画像を解析することにより、ワーク毎に、肉内部の骨形状、特に関節部位や骨頭部位の複雑な形状と位置が正確に検出できるので、骨形状を経験則により推定していた従来の処理方法と比較して、精度の高い脱骨処理が可能になる。これによって、肉の歩留まりを向上させ、骨の切断を回避し、肉中への骨片などの異物混入を防止できる。また、切断刃に過負荷が発生するのを回避できるので、切断刃の駆動装置の容量及び動力を低減できる。【００１３】
本発明方法において、Ｘ線画像解析工程で得られたうで部位又はもも部位の骨の輪郭線の２次元位置座標から、うで部位又はもも部位の足首のクランプ位置直下の足首骨径Ｗ１及び直上の足首骨径Ｗ２を求める足首計測工程と、足首計測工程で足首骨径Ｗ１が足首骨径Ｗ２より大のとき、Ｘ線画像解析工程で得られた２次元位置座標から、クランプ位置から関節までの長さＬ１及び関節から骨頭端までの長さＬ２を求めるワーク長さ計測工程と、長さＬ１と長さＬ２との比が正常値でないとき、この長さ比を正常値に変更して、Ｘ線画像解析工程で得られた２次元位置座標を修正する画像情報修正工程と、をさらに行なうようにするとよい。【００１４】
足首部は、下腿骨の中央部に骨の断面径が極小になる部位があり、この極小部位付近を懸垂装置でクランプし、懸垂する。この時、通常は、ワークの自重でワークが下降し、クランプ位置は該極小部位から先端寄りの拡径部位でワークは懸垂装置に係止する。そのため、すべてのワークを足首の先端からほぼ一定の高さで懸垂できる。この位置で懸垂した状態でＸ線画像解析を行ない、Ｘ線画像解析で得られた骨の輪郭の２次元位置情報に基づいて、切断刃の動作軌跡を設定する。【００１５】
しかし、Ｗ１＞Ｗ２となる位置でクランプしてしまった時、ワークは前記拡径部位まで下降しない場合がある。この状態でＸ線画像解析され、その後の脱骨工程で、切断刃による負荷がワークに加わることで、ワークが通常のクランプ位置まで下降すると、切断刃の動作軌跡が実際のワークの位置と合わなくなり、切断刃に過負荷が加わる事態が発生する。そこで、前記足首計測工程、画像情報修正工程及び画像情報修正工程を行なうことで、ワークのクランプ位置が異常となったときでも、切断刃の動作軌跡を実際のワークの骨の輪郭に合わせることができる。【００１６】
本発明方法において、前工程で、切断刃が目標動作軌跡で動作した時の切断刃に加わる反力を予め測定し、その目標反力データを保存すると共に、切断刃動作工程で、うで部位又はもも部位の骨の表面に沿って長手方向に切込みを入れる筋入れを行い、切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、測定した反力と目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、動作軌跡修正工程で修正した修正動作軌跡を該差分が設定範囲内となるように変更するようにするとよい。例えば、測定反力が閾値の上限を超えたとき、切断刃を骨から離脱する方向に移動させ、測定反力を閾値以下に戻すようにする。また、測定反力が閾値を下回ったとき、切断刃を骨に接近させ、測定反力を閾値内に戻す。【００１７】
このように、切断刃に加わる反力を計測することで、切断刃をさらに正確に骨の表面に沿わせて動作させることができる。そのため、肉の歩留まりをさらに向上でき、切断刃に加わる過負荷を回避でき、刃折れや骨の切断を回避できる。【００１８】
なお、切断刃に加わる反力は、例えば、切断刃を駆動する電動モータの電流値や電力値を検出することで求めることができる。あるいは切断刃などに歪ゲージを付設し、該歪ゲージの値から求めることができる。また、有負荷運転時に計測した反力データから無負荷運転時に計測した反力データを減算することで、切断刃に加わる重力や重力に起因した曲げモーメントの変動に影響されない正確な反力を求めることができる。【００１９】
本発明方法において、切断刃の動作軌跡上で切断刃に過負荷が生じやすい箇所にチェックポイントを設定し、チェックポイントの上流側領域で、切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、測定した反力と目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、この差分が設定範囲内となるように反力測定ポイントからチェックポイントまでの修正動作軌跡を変更するとよい。凹凸変異点が多い関節部位又は骨頭部位にチェックポイントを設定する。これによって、凹凸変異点が多い関節部位又は骨頭部位で、切断刃に過負荷が発生するのを未然に防止でき、切断刃の骨への食込みや切断刃破損、及び骨の切断等を防止できる。【００２０】
本発明方法において、前工程で、無負荷運転時に切断刃に加わる反力を予め測定し、その無負荷反力データを保存しておき、切断刃の切断動作中に切断刃に加わる反力と無負荷反力データとを比較し、これらの差が設定範囲外であるとき、切断刃が損傷したと判定し、運転を止めるようにするとよい。これによって、切断刃の損傷を速やかに発見して、脱骨装置の運転を停止できる。なお、この設定範囲は、測定反力と目標反力データとの差分に対する設定範囲とは異なり、独自に設定されるものである。【００２１】
また、前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明のＸ線を用いた骨付き肉の脱骨装置は、予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームと、家畜屠体のうで部位又はもも部位を懸垂搬送する装置とを備え、うで部位又はもも部位を懸垂した状態で脱骨処理を行なう装置において、多軸多関節アームよりうで部位又はもも部位の搬送方向上流側に配置され、懸垂状態のうで部位又はもも部位に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、うで部位又はもも部位を透過したＸ線が入射するＸ線入射部と、Ｘ線入射部に入射した透過Ｘ線画像を解析して骨の輪郭線の２次元位置情報を得る画像解析処理部と、前記切断刃の動作を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定する比較基準ポイント設定部と、切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標、及びこの目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標を記憶する記憶部と、目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標と、画像解析処理部で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正部と、を備え、動作軌跡修正部で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させるものである。【００２２】
本発明装置では、比較基準ポイント設定部で、ワークの骨の輪郭線上で位置を特定しやすい箇所に１個以上の比較基準ポイントを設定する。また、目標動作軌跡の３次元位置座標及び目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標を予め設定し、これらの情報を記憶部に記憶されておく。動作軌跡修正部で、記憶された比較基準ポイントの２次元位置座標と、画像解析処理部で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正する。この工程をワーク毎に行なうことで、各ワークの骨の輪郭に沿って正確に切断刃を動作させることができる。そのため、切断刃の骨への食込みをなくし、切断刃の損傷を低減できて、運転効率を高く維持できると共に、歩留まりを向上できる。また、切断刃に過負荷が発生するのを回避できるので、切断刃の駆動装置の容量及び動力を低減できる。【００２３】
本発明装置のコントローラは、画像解析処理部で得られた骨の輪郭線の２次元位置座標から、懸垂搬送装置のクランプ位置直下の足首骨径Ｗ１及び直上の足首骨径Ｗ２を求める足首計測部と、足首計測部で足首骨径Ｗ１が足首骨径Ｗ２より大のとき、画像解析処理部で得られた骨の２次元位置座標から、クランプ位置から関節までの長さＬ１及び関節から骨頭端までの長さＬ２を求めるワーク長さ計測部と、長さＬ１と長さＬ２との比が正常範囲でないとき、この長さ比を正常値に変更して、画像解析処理部で得られた骨の２次元位置情報を修正する画像情報修正部と、を備えているとよい。【００２４】
Ｘ線画像解析によりＷ１及びＷ２を計測し、Ｗ１＞Ｗ２となったとき、さらにＸ線画像解析により長さＬ１及びＬ２を計測する。Ｌ１とＬ２との比が正常範囲でないとき、これらの比を正常値に変更してチェックポイントの２次元位置情報を算出し直す。これによって、ワークのクランプ位置が異常となったときでも、切断刃の動作軌跡を実際のワークの骨の輪郭に合わせることができる。【００２５】
本発明装置において、切断刃に加わる反力を測定する反力測定装置を備え、コントローラの記憶部は、切断刃が目標動作軌跡で動作した時の切断刃に加わる反力を測定した目標反力データを記憶し、コントローラは、切断刃の切断動作中に反力測定装置で測定された反力と目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、測定反力が設定範囲内となるように切断刃の動作軌跡を変更する動作軌跡変更部を備えているとよい。動作軌跡変更部は、
例えば、測定反力が閾値の上限を超えたとき、切断刃を骨から離脱する方向に移動させ、測定反力を閾値以下に戻すようにすると共に、測定反力が閾値を下回ったとき、切断刃を骨に接近させ、測定反力を閾値内に戻すものである。【００２６】
このように、切断刃に加わる反力を測定し、その反力データから動作軌跡変更部で動作軌跡を補正するようにしたので、切断刃をさらに正確に骨の表面に沿わせて動作させることができる。そのため、肉の歩留まりをさらに向上でき、切断刃に加わる過負荷を回避でき、刃折れや骨の切断を回避できる。【００２７】
本発明装置において、コントローラで、切断刃の動作軌跡上で切断刃に過負荷が生じやすい箇所にチェックポイントを設定し、反力測定装置で、該チェックポイントの上流側領域で切断動作中に切断刃に加わる反力を測定し、動作軌跡変更部で、測定した反力と前記目標反力データとの差分が設定範囲外であるとき、該差分が設定範囲内となるように反力測定ポイントからチェックポイントまでの修正動作軌跡を変更するとよい。凹凸変異点が多い関節部位又は骨頭部位にチェックポイントを設定することで、切断刃に過負荷が発生するのを未然に防止でき、切断刃の骨への食込みや切断刃の破損、及び骨の切断等を防止できる。【００２８】
本発明装置のコントローラは、記憶部に無負荷運転時に切断刃に加わる反力の測定データが記憶され、切断刃の切断動作中に切断刃に加わる反力と記憶された無負荷反力データとを比較し、これらの差が設定範囲外であるとき、切断刃が損傷したと判定し、運転停止指令を発信する判定部を備えているとよい。これによって、切断刃の損傷を速やかに発見して、脱骨装置の運転を停止できる。なお、この設定範囲は、測定反力と目標反力データとの差分に対する設定範囲とは異なり、独自に設定されるものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明方法によれば、予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームを用い、家畜屠体のうで部位又はもも部位を足首を介し懸垂した状態で、うで部位又はもも部位の脱骨処理を行なう方法において、うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定すると共に、切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標と、この目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標とを予め設定する前工程と、うで部位又はもも部位毎にＸ線を照射し、透過されたＸ線画像を解析してうで部位又はもも部位の骨の輪郭線の２次元位置座標を得るＸ線画像解析工程と、目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標と、Ｘ線画像解析工程で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正工程と、動作軌跡修正工程で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させ、うで部位又はもも部位の筋入れ又は肉分離を行なう切断刃動作工程とからなり、個々のワークのＸ線画像を解析することにより、ワーク毎に、肉内部の骨形状、特に関節部位や大腿骨頭の複雑な骨の形状と位置が正確に検出できるので、骨形状を経験則により推定していた従来の処理方法と比較して、精度の高い脱骨処理が可能になる。これによって、肉の歩留まりを向上させ、切断刃の損傷や骨の切断を回避し、肉中への骨片などの異物混入を防止できると共に、高効率な脱骨処理を可能とする。【００３０】
また、本発明装置によれば、予め決められた動作軌跡に基づいて動作する切断刃を備えた多軸多関節アームと、家畜屠体のうで部位又はもも部位を懸垂搬送する装置とを備え、うで部位又はもも部位を懸垂した状態で脱骨処理を行なう装置において、多軸多関節アームよりうで部位又はもも部位の搬送方向上流側に配置され、懸垂状態のうで部位又はもも部位に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、うで部位又はもも部位を透過したＸ線が入射するＸ線入射部と、Ｘ線入射部に入射した透過Ｘ線画像を解析して骨の輪郭線の２次元位置情報を得る画像解析処理部と、前記切断刃の動作を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、うで部位又はもも部位の骨の輪郭線上に比較基準ポイントを設定する比較基準ポイント設定部と、切断刃の目標となる動作軌跡の３次元位置座標、及びこの目標動作軌跡の３次元位置座標に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標を記憶する記憶部と、目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントの２次元位置座標と、画像解析処理部で得られた比較基準ポイントの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、位置ずれ量だけ目標動作軌跡を修正した修正動作軌跡を求める動作軌跡修正部と、を備え、動作軌跡修正部で求めた修正動作軌跡で切断刃を動作させるように構成したので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることに加え、高効率な自動脱骨装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を豚もも部位の脱骨処理に適用した第１実施形態に係る前処理工程の工程図である。
【図２】前記第１実施形態の自動脱骨脱骨処理の工程図である。
【図３】前記第１実施形態の自動脱骨装置のブロック線図である。
【図４】前記第１実施形態で、切断刃の動作軌跡及び比較基準ポイントを設定した豚もも部位の構成図である。
【図５Ａ】前記第１実施形態で、左脚豚もも部位のＸ線透過画像を示す図である。
【図５Ｂ】前記第１実施形態で、右脚豚もも部位のＸ線透過画像を示す図である。
【図６Ａ】前記第１実施形態で、自動脱骨装置の運転手順（前半）を示すフローチャートである。
【図６Ｂ】前記第１実施形態で、自動脱骨装置の運転手順（後半）を示すフローチャートである。
【図７】前記第１実施形態で、切断刃に加わるトルク値を示す線図である。
【図８】前記第１実施形態で、ワーク自動投入装置の正面図である。
【図９】前記第１実施形態で、ワークの正常クランプ位置を示す説明図である。
【図１０】前記第１実施形態で、ワークの異常クランプ位置を示す説明図である
【図１１】前記第１実施形態で、画像情報修正工程を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】前記第１実施形態で、ワークの正常クランプ状態を示すＸ線透過画像の図である。
【図１２Ｂ】前記第１実施形態で、ワークの異常クランプ状態を示すＸ線透過画像の図である。
【図１３】前記第１実施形態で、ワークの骨組みの説明図である。
【図１４】前記第１実施形態で、筋入れ工程（１）の切断刃の動作軌跡を示す説明図である。
【図１５】図１４中のＸ−Ｘ矢視図である。
【図１６】図１４中のＹ−Ｙ矢視図である。
【図１７Ａ】筋入れ工程（１）で、良好な切断ラインを示す説明図である。
【図１７Ｂ】筋入れ工程（１）で、悪い切断ラインを示す説明図である。
【図１７Ｃ】筋入れ工程（１）で、別な悪い切断ラインを示す説明図である。
【図１８】前記第１実施形態で、さら骨カット工程を示す説明図である。
【図１９】前記さら骨カット工程の切断刃駆動装置の正面図である。
【図２０】前記さら骨カット工程の切断刃の動作を示す拡大図である。
【図２１】前記第１実施形態で、大腿骨からの肉分離工程の説明図である。
【図２２Ａ】前記第１実施形態のワークの残肉量を示す図表である。
【図２２Ｂ】従来の脱骨処理で、ワークの残肉量を示す図表である。
【図２３Ａ】前記第１実施形態で、ワークのひざ関節の残肉状態を示す図である。
【図２３Ｂ】前記第１実施形態で、ワークのひざ関節下の残肉状態を示す図である。
【図２３Ｃ】従来の脱骨処理方法で、ワークの残肉状態を示す図である。
【図２４Ａ】前記第１実施形態で、ワークの大腿骨の筋入れ結果を示す図である。
【図２４Ｂ】従来の脱骨処理方法で、ワークの大腿骨の筋入れ結果を示す図である。
【図２５Ａ】前記第１実施形態で、肉分離後のワークの残肉状態を示す図である。
【図２５Ｂ】従来の脱骨処理方法で、肉分離後のワークの残肉状態を示す図である。
【図２６】前記第１実施形態の筋入れ工程（１）での筋入れ結果を示す図である。
【図２７】筋入れ工程（１）の筋入れ結果の比較例を示す図である。
【図２８】筋入れ工程（１）の筋入れ結果の別な比較例を示す図である。
【図２９】本発明を豚うで部位の脱骨処理に適用した第２実施形態に係る前処理工程の工程図である。
【図３０】前記第２実施形態の自動脱骨脱骨処理の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３３】
本発明を豚のもも部位の脱骨工程に適用した第１実施形態を図１〜図２８に基づいて説明する。図１は、脱骨対象となる豚もも部位ｗ（以下「ワークｗ」という。）を示している。図１において、ワークｗの骨は、足首１側から、下腿骨２、大腿骨３、寛骨４、及び下腿骨２と大腿骨３とを接合しているひざ関節５付近に位置するさら骨（膝蓋骨）６で構成され、これらの骨に肉部７が付着している。ワークｗは、本実施形態の自動脱骨装置で脱骨処理される前に、前処理として、オペレータが手作業で寛骨４を除去し、その後、投入装置により自動脱骨装置のクランプ装置１２に懸垂される。ワークｗは、クランプ装置１２で懸垂された状態で自動脱骨装置を構成する各処理装置間を移動する。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る脱骨工程全体を示すフロー図であり、図２により、本実施形態の脱骨工程全体の概略を説明する。図２において、まず左右判別工程では、２組の測定板１４ａ及び１４ｂによって、ワークｗの左右部位の肉厚を測定し、左右部位の肉厚の差によりワークｗが右脚か又は左脚かを判定する。次に、全長測定工程で、ワークｗの骨の全長を測定する。ワークｗには、ひざ関節５と大腿骨３の骨頭部位に凹凸部位が存在する。大腿骨３の骨頭部位には、球状の大腿球３ａと大転子３ｂとが存在する。大腿骨３の最下端に位置する大腿球３ａに測定板１６を下方から当て、クランプ装置１２の上面位置に当る基準点Ｐと測定板１６との距離から骨の全長を測定する。
【００３５】
次に、Ｘ線照射工程で、ワークｗにＸ線を照射し、ワークｗを透過したＸ線画像を解析し、骨の輪郭の２次元位置情報を得る。次に、足首カット工程では、筋入れ工程の前段階として、水平方向に配置された回転丸刃１８により、足首１の周囲に切込みを入れ、足首周囲に付着した筋、腱等の生体組織を切断する。次に、３段階の筋入れ工程（１）〜（３）を行い、骨の長手方向に向け骨の表面に沿わせて、夫々筋入れラインＳ１〜Ｓ３で示す切込みを入れる。次に、さら骨カット工程で、上下方向に配置された回転丸刃２０で、切込みラインＳ４に示すように、さら骨６の側面に沿う切込みを入れる。これによって、さら骨側面に付着した生体組織を切断し、後工程での肉分離を容易にする。
【００３６】
次に、下腿骨分離工程（１）及び下腿骨分離工程（２）で、セパレータ２２を肉部７の上面に押し当て、セパレータ２２を引き下げることで、下腿骨２から肉部７を引き剥がす。次に、大腿骨分離工程で、大腿骨３の骨頭付近に付着した筋、腱等の生体組織を丸刃２４で切断しながら、セパレータ２２を引き下げることで、大腿骨３から肉部７を分離する。
【００３７】
図３は、本実施形態に係る自動脱骨装置１０の一部（Ｘ線照射部３０及び筋入れ部５０）を示す。図３において、各処理ステーション間を結ぶように、水平方向に搬送チェーン２６が配設され、搬送チェーン２６は、従動スプロケット２８と駆動スプロケット（図示省略）との間に掛け渡され、該駆動スプロケットによって矢印方向に移動する。搬送チェーン２６には等間隔で多数のクランプ装置１２が装着され、ワークｗは、各クランプ装置１２に足首１を介して吊下され、矢印方向に搬送される。
【００３８】
Ｘ線照射部３０には、Ｘ線ボックス３２の内部にＸ線照射装置３４が設けられている。Ｘ線ボックス３２の前方に遮蔽壁３６で囲まれた領域が配置され、該領域内にＸ線ラインセンサ３８が配置されている。ワークｗの搬送路が遮蔽壁３６を横切って配置され、ワークｗが該遮蔽領域に進入するとき、搬送路に面した遮蔽壁３６が開く。ワークｗが遮蔽壁３６内に進入すると、遮蔽壁３６は閉じられる。遮蔽壁３６には、Ｘ線ｒがワークｗに向けて照射される位置に照射窓３５が設けられ、Ｘ線ｒが、Ｘ線照射装置３４から照射窓３５を通してワークｗに照射される。ワークｗを透過したＸ線透過画像は、Ｘ線ラインセンサ３８に入力される。Ｘ線ラインセンサ３８に入力されたＸ線透過画像は、自動脱骨装置１０の運転全般を制御するコントローラ８０のディスプレイ８２に表示される。
【００３９】
Ｘ線ラインセンサ３８に入力されたＸ線透過画像は、画像解析処理部４０で画像解析され、ワークｗの骨の輪郭の２次元位置座標を得ることができる。この２次元位置座標はコントローラ８０、及び後述するロボットコントローラ６０に送られる。Ｘ線照射部３０のワーク搬送方向下流側には、筋入れ部５０が配置されている。ここでは、搬送チェーン２６に沿って、３段階の筋入れ工程を行なう３基の筋入れロボット５２ａ〜ｃが配設されている。各筋入れロボットは、夫々４ないし６軸の多軸多関節アーム５４ａ〜ｃ、及びこれら多軸多関節アームを動作させる電動モータ５６ａ〜ｃを備えている。各多軸多関節アームの先端には、ナイフ状の切断刃５８ａ〜ｃが装着されている。
【００４０】
また、電動モータ５６ａ〜ｃを制御することで、多軸多関節アーム５４ａ〜ｃを制御し、切断刃５８ａ〜ｃの動作を制御するロボットコントローラ６０と、運転中各切断刃に付加されるトルクを検出するトルクセンサ５９ａ〜ｃとが設けられている。該トルクセンサは、電動モータ５６ａ〜ｃに流れる電流値を検出することで、切断刃に付加されるトルク値を検出する。自動脱骨装置１０の運転中、トルクセンサ５９ａ〜ｃによって、常に電動モータ５６ａ〜ｃに負荷されるトルク値を検出し、各トルクセンサの検出信号は、ロボットコントローラ６０に入力される。各ワークｗの搬送位置は、エンコーダ５７によって検出され、コントローラ８０及びロボットコントローラ６０に入力される。
【００４１】
図４に、切断刃の動作軌跡の一例として、筋入れ工程（１）で適用される右脚ワークｗ（ｒ）用動作軌跡を示す。図中、ステップ１は目標動作軌跡を示す。目標動作軌跡は平均的な大きさ及び形状のワークｗを仮定している。予め骨の輪郭線上に８箇所の比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０が設定され、目標動作軌跡上にティーチングポイントｃ００〜ｃ９９が設定されている。該比較基準ポイントは骨形状の特徴がある部位に設定される。
【００４２】
図４のステップ２は、Ｘ線ラインセンサ３８に入力されたワークｗ（ｒ）の透過画像を示す。ステップ１の比較基準ポイントＡ０の２次元位置座標と、ステップ２の比較基準ポイントＡの２次元位置座標（透過画像を画像解析処理部４０で解析して求めた２次元位置座標）とを比較し、その位置ずれ量ΔＡを求める。次に、位置ずれ量ΔＡだけステップ２のティーチングポイントｃ００〜ｃ０９の３次元位置座標を修正する。以下同様にして、各比較基準ポイントの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量だけ、夫々の比較基準ポイントに対応するティーチングポイントの位置を修正する。
【００４３】
比較基準ポイントとティーチングポイントとの対応関係をステップ３に示している。例えば、比較基準ポイントＢの位置ずれ量だけ、ティーチングポイントｃ１０の位置を修正し、比較基準ポイントＣの位置ずれ量だけ、ティーチングポイントｃ１１及びｃ１２の位置を修正する。ステップ３は修正した動作軌跡を示す。こうして、修正した動作軌跡で切断刃５８ａを動作させる。
【００４４】
また、ティーチングポイントのうち、切断刃５８ａが骨に食込むリスクが生じる可能性が高いティーチングポイントをチェックポイントとして設定する。ステップ３で、チェックポイントは、ｃ０９、ｃ１１、ｃ１９及びｃ３２（二重丸で表示）である。設定したチェックポイントの上流側領域から切断刃５８ａに加わるトルク値のモニターを開始する。モニター結果に応じて、修正されたティーチングポイントをさらに変更する。即ち、チェックポイントの上流側領域で、トルク値が設定範囲の上限値を上回れば、骨から切断刃５８ａを離脱する方向に動作軌跡を変更し、トルク値が下限値を下回れば、修正されたティーチングポイントを骨に近づける方向へ動作軌跡を変更する。
【００４５】
例えば、チェックポイントｃ１９では、切断刃５８ａが大腿骨頭に食い込むリスクが高い。そのため、ティーチングポイントｃ１６から切断刃５８ａに加わるトルク値をモニターし、前述のようにして、ティーチングポイントｃ１６〜ｃ１９を変更する。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂは、Ｘ線ラインセンサ３８に入力された実際のＸ線透過画像を示す。図５Ａが左脚ワークであり、図５Ｂが右脚ワークを示す。ワークｗの凹凸部位は、ひざ関節５の付近と、大腿骨３の骨頭付近であり、特にこれら凹凸部位の筋入れを正確に行なうため、これら凹凸部位の位置情報を正確に知る必要がある。そこで、これら凹凸部位に比較基準ポイントＡ〜Ｈを設定している。下腿骨中央部や大腿骨中央部の直線状の骨部には比較基準ポイントを設けていないが、この部分の骨の輪郭は、クランプ装置１２の基準点Ｐと関節や骨頭の比較基準ポイントにより補間することで形状を特定できる。画像解析処理部４０で、これら比較基準ポイントの２次元位置座標を得て、これらの位置情報に基づいて、切断刃５８ａの目標動作軌跡を修正している。
【００４７】
図３において、比較基準ポイント設定部６４は、Ｘ線照射工程の前に、ワークｗのひざ関節５及び大腿骨３の骨頭部位の輪郭上に、比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０を設定する。ロボットコントローラ６０の記憶部６２には、比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０の２次元位置座標と、切断刃５８ａ〜ｃが目標とする動作軌跡の３次元位置座標と、切断刃が目標動作軌跡で動作した時、該切断刃に加わるトルク値の測定データ（以下「目標トルクデータ」という。）と、ワークなしで切断刃を動作させた無負荷運転時に、切断刃に付加されたトルク値の測定データ（以下「無負荷トルクデータ」という。）とが記憶されている。目標動作軌跡は、平均的な大きさ、形状の豚もも部位を想定して設定される。
【００４８】
動作軌跡修正部６６は、目標動作軌跡に対応した比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０の２次元位置座標と、画像解析処理部４０で得られたＸ線透過画像の比較基準ポイントＡ〜Ｈの２次元位置座標との位置ずれ量を求め、該位置ずれ量だけ目標動作軌跡即ち、ティーチングポイントを修正した修正動作軌跡を求める。足首計測部６８は、画像解析処理部４０で得られた骨の２次元位置座標から、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、クランプ装置１２の基準点Ｐの直下の足首骨径Ｗ１及び基準点Ｐの直上の足首骨径Ｗ２を求める。
【００４９】
ワーク長さ計測部７０は、画像解析処理部４０で得られた骨の２次元位置座標から、図１３に示すように、クランプ基準点Ｐからひざ関節５までの長さＬ１及びひざ関節５から大腿球３ａの下端までの長さＬ２を求める。画像情報修正部７２では、比率（Ｌ２／Ｌ１）が正常範囲でないとき、この比率を正常値に変更して、画像解析処理部４０で得られたＸ線透過画像の２次元位置座標を修正する。動作軌跡変更部７４は、記憶部６２に記憶された目標動作軌跡で発生するトルク値と、切断動作中実際にトルクセンサ５９ａ〜ｃで検出されたトルク値との差分が設定範囲内となるように、動作軌跡を変更する指令を電動モータ５６ａ〜ｃに発信する。
【００５０】
判定部７６は、切断動作中に切断刃に付加されるトルク値と、記憶部６２に記憶された無負荷トルクデータとを比較し、これらの差分が設定範囲内であるとき、切断刃が損傷したと判定し、コントローラ８０に対し、自動脱骨装置１０の運転を停止する信号を発信する。警報装置７８は、前記差分が設定範囲内であるとき、アラームを発生させる。
【００５１】
次に、自動脱骨装置１０の運転操作手順を図６Ａ及び図６Ｂのフロー図により説明する。図６Ａに運転操作手順の前半が示され、図６Ｂに運転操作手順の後半が示されている。枠４０Ａ内は画像解析処理部４０で行なわれる操作であり、枠８０Ａ内はコントローラ８０で行なわれる操作であり、枠６０Ａ内はロボットコントローラ６０で行なわれる操作である。自動脱骨装置１０が始動し、ワークｗの搬送が開始されると（Ｓ１０）、Ｘ線照射部３０が画像解析処理開始可能状態となる（Ｓ１２）。次に、コントローラ８０から遮蔽壁３６の遮蔽指令が出される（Ｓ１４）。遮蔽壁３６が遮蔽状態にならないとき、自動脱骨装置１０の始動時に戻り、遮蔽状態となったことが確認されると（Ｓ１６）、コントローラ８０からＸ線照射開始指令が出される（Ｓ１８）。
【００５２】
次に、コントローラ８０から照射窓３５の開指令が出され（Ｓ２０）、かつ撮影開始指令が出されると（Ｓ２２）、Ｘ線照射装置３４から照射窓３５を通してＸ線ｒが照射される。ワークｗを透過したＸ線ｒはＸ線ラインセンサ３８に入力される。次に、コントローラ８０から、撮像終了指令（Ｓ２４）、及びＸ線照射終了指令（Ｓ２６）が発信され、Ｘ線照射が終了すると、照射窓３５の閉指令が出される（Ｓ２８）。照射窓３５が閉じたことが確認されれば（Ｓ３０）、遮蔽壁３６の開指令が出される（Ｓ３３）。照射窓３５が閉じないとき（Ｓ３０）、自動脱骨装置１０の運転を停止する（Ｓ３２）。
【００５３】
撮影が終了すると（Ｓ２４）、画像解析処理部４０からＸ線ラインセンサ３８にＸ線透過画像を要求する指令が出され（Ｓ３４）、画像解析処理部４０にＸ線透過画像が取り込まれ（Ｓ３６）、画像処理が行なわれる（Ｓ３８）。この画像処理は、フィルタ処理や２値化処理等を行い、２値化画像を得る。そして、この２値化画像を２次元座標上に表示して、ワークｗの２次元位置座標を得る。この画像処理は、特許文献３にも開示されているように公知である。画像解析処理部４０で得られたワークｗの２次元位置座標をコントローラ８０に送信する（Ｓ４０）。
【００５４】
コントローラ８０では、ワークｗの２次元位置座標を受信したら、これをロボットコントローラ６０に送ると共に（Ｓ４２）、ワークｗの左脚・右脚の別によって装置の動作を選択しながら、図２に示す足首カット工程を実施する（Ｓ４６）。ロボットコントローラ６０では、動作軌跡修正部６６で、記憶部６２に保存された目標動作軌跡の比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０の２次元位置座標と、画像解析処理部４０で得られたＸ線透過画像の比較基準ポイントＡ〜Ｈの２次元位置座標とを比較し、その位置ずれ量を求め、前述のように、位置ずれ量だけティーチングポイントの３次元位置座標を修正する（Ｓ４４）。
【００５５】
その後、コントローラ８０は、ロボットコントローラ６０に筋入れ工程開始指令を出す（Ｓ４８）。これを受けて、ロボットコントローラ６０では、筋入れ工程の開始指令を筋入れロボット５２ａ〜ｃに発信する（Ｓ５０）。筋入れ工程の開始と共に、トルクセンサ５９ａ〜ｃで、駆動モータ５６ａ〜ｃに加わるトルク値の測定を開始する（Ｓ５２）。該トルク値の測定開始後、筋入れ工程を終了するまで、トルク値Ｔ＜Ｔ１−β（設定値）であれば（Ｓ５４）、判定部７６で、切断刃５８ａ〜ｃが損傷して無負荷状態であると判定する。そして、警報装置７８でアラームを発すると共に（Ｓ５６）、自動脱骨装置１０の運転を停止させる（Ｓ５８）。なお、設定値（Ｔ１−β）は、βの値を独自に設定することで、閾値Ｔ１又はＴ２と別個の値とすることができる。
【００５６】
切断刃５８ａ〜ｃがチェックポイントｃ０９、ｃ１１、ｃ１９又はｃ３２の上流側領域に達したとき（Ｓ６０）、トルク値Ｔを確認する（Ｓ６２）。閾値（下限）Ｔ１≦Ｔ≦閾値（上限）Ｔ２のとき、ティーチングポイントを変更せず、そのまま筋入れを行ない、切断刃５８ａ〜ｃをチェックポイントまで移動させる（Ｓ６８）。トルク値Ｔ＞Ｔ２のとき、動作軌跡変更部７４によって、切断刃を骨表面から離脱する方向に、現在位置からチェックポイントまでのティーチングポイントを変更する（Ｓ６４）。
【００５７】
また、トルク値Ｔ＜Ｔ１のとき、動作軌跡変更部７４によって、切断刃が骨表面に接近する方向に、現在位置からチェックポイントまでのティーチングポイントを変更する（Ｓ６６）。なお、閾値（下限）Ｔ１及び閾値（上限）Ｔ２は、動作軌跡上の各ティーチングポイントで異なった値が予め設定され、記憶部６２に記憶されている。
【００５８】
筋入れ工程が終了したら（Ｓ７０）、ワークｗの左脚・右脚の別によって装置の動作を選択しながら、さら骨カット工程を行なう（Ｓ７２）。さらに、同様の動作選択をし、下腿骨分離工程（１）（Ｓ７４）、下腿骨分離工程（２）（Ｓ７６）、及び大腿骨分離工程（Ｓ７８）を順々に行なう。
【００５９】
図７は、筋入れ工程（１）の実験データの一例であり、縦軸が電動モータ５６ａに負荷されたトルク値Ｔであり、横軸が動作軌跡中のティーチングポイントを示す。横軸の数字は、図２に示すティーチングポイントの数字に相当する。図７において、曲線Ｈが、切断刃５８ａが無負荷状態の時に電動モータ５６ａに負荷されるトルク値を示す無負荷トルクデータ曲線であり、曲線Ｉは、切断刃が目標動作軌跡で動作し、切断刃５８ａに対して過負荷が加わらず、かつ歩留まりが良好であった時のトルク値を示す目標トルクデータ曲線である。
【００６０】
曲線Ｊは、実際に自動脱骨装置１０を運転したときのトルク実測値を示す実測トルク曲線である。実測トルク曲線Ｊのティーチングポイントｃ１８〜ｃ２２付近（大腿骨頭付近に位置する。）で、トルク値Ｔが曲線Ｉで示す目標値より大きくなったことを示している。そのため、動作軌跡変更部７４で切断刃５８ａを骨部位から離脱する方向にシフトしたことで、ティーチングポイントｃ２２以降、トルク値Ｔを正常値に戻すことができたことを示している。
【００６１】
図８に示すように、Ｘ線照射部３０よりワークｗの移動方向上流側に、ワークｗをクランプ装置１２に懸垂させる自動投入装置８４が設けられている。ワークｗは自動投入装置８４から一旦クランプ台８６に引き渡され、その後、プッシャー（図示省略）に押され、クランプ台８６上を滑ってクランプ装置１２に挿入される。なお、下腿骨２は、脛骨２ａとひ骨２ｂとで構成されている。
【００６２】
図９は、正常なクランプ位置Ｋでクランプ装置１２に引き渡された状態を示す。図１３に示すように、足首１は、先端より下腿骨２側に骨の断面径が極小になる部位２ｃがあり、この極小部位２ｃ付近でクランプ装置１２に挿入される。その後、通常は、ワークｗの自重でワークｗが下降し、該極小部位２ｃから先端寄りの拡径部位２ｄでクランプ装置１２に係止する。
【００６３】
しかし、図１０中、ステップ１に示すように、ワークｗの足首１の骨が細い、又は皮が厚いなどの理由で、足首１より下側でクランプされ、正常なクランプ位置Ｋより上方へΔｈだけずれた状態となり、ワークｗの自重でもワークｗが下降しないときがある。この状態でＸ線照射を行ない、その後、図１０中、ステップ２に示すように、筋入れ工程で切断刃による下方への負荷がワークｗに加わると、ワークｗが拡径部位２ｄまでΔｈだけ下降する。そのため、Ｘ線照射時と筋入れ時とで、ワークｗの高さにΔｈだけのずれが生じる。従って、切断刃の動作軌跡が実際のワークの位置と合わなくなり、そのまま筋入れを行なうと、切断刃に過負荷が生じ、切断刃の破損に繋がる。これを防止する手段を図１１〜図１３によって説明する。
【００６４】
正常なクランプ状態では、クランプ位置の直下骨径より直上骨径のほうが大きいはずである。この特性を利用してクランプ位置が正常であるかどうかを判定する。この判定手順を図１１のフローチャートにより説明する。まず、Ｘ線照射部３０でワークｗのＸ線画像を取得する（Ｓ９０）。このＸ線画像の例を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。図１２Ａは、正常なクランプ位置を示し、図１２Ｂは異常なクランプ位置を示す。次に、画像解析処理部４０で得られたワークｗの２次元位置座標から、コントローラ６０の足首計測部６８で、直下骨径Ｗ１と直上骨径Ｗ２を求める（Ｓ９２及びＳ９４）。
【００６５】
差分（Ｗ１−Ｗ２）が正のとき（Ｓ９６）、画像解析処理部４０で得られたワークｗの２次元位置座標から、ワーク長さ計測部７０で、図１３に示す長さＬ１及び長さＬ２を求める（Ｓ９８）。差分（Ｗ１−Ｗ２）が負のとき、画像解析処理部４０で得られた２次元位置座標を修正しない。なお、長さＬ１は、クランプ位置からひざ関節５までの長さであり、長さＬ２は、ひざ関節５から大腿球３ａの下端までの長さである。次に、比率（Ｌ２／Ｌ１）が正常範囲でないとき（Ｓ１００）、正常の比率で２次元位置座標を再計算し（Ｓ１０２）、２次元位置座標を修正する（Ｓ１０４）。なお、正常範囲とは、豚のもも部位に場合、比率（Ｌ２／Ｌ１）＝１．５〜１．８の範囲である。修正された２次元位置座標は、コントローラ８０に送信される（Ｓ１０６）。
【００６６】
次に、筋入れ工程（１）での筋入れ方法を、右脚ワークｗ（ｒ）を例に取って図１４〜図１７により説明する。図１６に示すように、大腿骨３の周囲の肉部は、うちももａ、しんたまｂ及びそとももｃで構成され、そとももｃの外側に脂肪層ｄが存在している。筋入れ工程（１）では、筋入れロボット５２ａの切断刃５８ａによって、まず、下腿骨２の下部からさら骨６の上部にかけて、切断ラインＣ１に沿って斜めに切れ込みを入れる（ｃ０１〜ｃ０４）。その後、再度上方から下方へ切断ラインＣ２に沿って切り込みを入れる（ｃ０６〜ｃ９９）。切断ラインＣ２によって、切断刃５８ａをうちももａとしんたまｂとの境界にある筋膜ｅに沿わせながら、うちももａとしんたまｂ間を切断し、大腿骨表面の骨膜を切断する。ハッチングｆは、うちももａとしんたまｂ間の切断面を示し、ハッチングｇは下腿骨２及び大腿骨３の表面に沿った切断面を示す。
【００６７】
図１７Ａ〜図１７Ｃは切断ラインの良否を示す図である。図１７Ａに示す筋入れラインＣ３は、筋膜ｅに沿った切断ラインであり、筋膜ｅを傷付けない良好な筋入れが可能である。図１７Ｂに示す切断ラインＣ４は、しんたま側筋膜ｅを傷付け、しんたまｂのロス肉ｍが生じる不良な筋入れである。図１７Ｃに示す切断ラインＣ５は、うちもも側筋膜ｅを傷付け、うちももａのロス肉ｍが生じ、また、大腿骨膜を切断できず、大腿骨膜が大腿骨側に残り、肉の歩留まりが悪化する不良な筋入れとなる。
【００６８】
図１４〜図１６に示すように、うちももａはしんたまｂに覆いかぶさるようになっている。うちももａとしんたまｂとの境界は、３次元曲面で構成されているため、直線状のナイフ状切断刃で筋膜ｅに沿って切り開くためには、最初に下腿骨２の下部から筋膜ｅに切断刃を刺し込むことが必要になる。即ち、最初に切断ラインＣ１の切込みを行なうことが、その後の切断ラインＣ２の切込み時に、ナイフ状切断刃が筋膜ｅの間にスムーズに入るきっかけとなる。
【００６９】
図１４及び図１５に示すように、切断ラインＣ１で、うちももａのみを切断し、しんたまｂを切断しない位置に切断刃５８ａが入ると、切断ラインＣ２で、切断刃５８ａがうちももａの内側に入り込み、しんたまｂ側の筋膜ｅの上を滑るように切り開くことができる。切断ラインＣ１が上方向又は下方向にずれると、切断ラインＣ２の切断時に、切断刃が筋膜ｅに入り込みにくくなる。本実施形態では、ワークｗのＸ線画像解析を行い、ひざ関節５の骨の形状や位置を精度良く把握でき、これに合わせて切断刃５８ａの動作軌跡を精度良く位置決めできるため、切断ラインＣ１を精度良く位置決めできる。そのため、図１７Ａに示す切断ラインＣ３による筋入れが可能になる。従って、うちももａやしんたまｂを傷付けず、これらの歩留まりを向上できる。
【００７０】
次に、本実施形態のさら骨カット工程を、右脚ワークｗ（ｒ）を例に取って図１８〜図２０により説明する。このさら骨カット工程は、回転丸刃２０によって、さら骨６の側面に付着した筋、腱等の生体組織を切断する工程である。図１８において、上下方向に配置された回転丸刃２０を下降させ、さら骨６の側面に沿う切断面ｉを形成する。
【００７１】
図１９に、回転丸刃２０の駆動装置９０を示す。回転丸刃２０の駆動モータはモータケーシング９２に内蔵されている。昇降台９４に、上下方向にエアシリンダ９６が固定されている。モータケーシング９２のフレーム９２ａは、アーム１００と一定角度を有して結合され、フレーム９２ａとアーム１００の結合部、及びエアシリンダ９６のピストンロッド９８は、軸９３に回動可能に結合されている。アーム１００の他端は、昇降台９４に取り付けられた支軸１０２に回動可能に取り付けられている。
【００７２】
これによって、図２０に示すように、ピストンロッド９８の上下動に応じて、モータケーシング９２及び回転丸刃２０の軸線２０ａが傾き、回転丸刃２０の角度を可変とすることができる。昇降台９４のボス部９４ａは、架台１０３上に上下方向に立設されたガイドバー１０４に案内される。ガイドバー１０４に隣接してネジ棒１０６が立設され、ネジ棒１０６は駆動モータ１０８によって回転駆動される。ネジ棒１０６の回転によって、昇降台９４が昇降する。
【００７３】
かかる構成において、図２０に示すように、回転丸刃２０を下降させながら、湾曲しているさら骨６の側面に回転丸刃２０を沿わせる動作が可能になる。従って、さら骨６の側面に付着している生体組織を切断でき、肉の歩留まりを向上できる。また、図１８に示すように、比較基準ポイントＡ〜Ｈのうち、比較基準ポイントＢをひざ関節５に設定しており、切断面ｉの切断開始高さを比較基準ポイントＢと同一高さに設定することで、切断面ｉの切断開始高さを精度良く位置決めできる。また、比較基準ポイントＥをさら骨６の下端に設定しており、切断面ｉの切断終了高さを比較基準ポイントＥと同一高さに設定することで、切断面ｉの切断終了高さを精度良く位置決めできる。
【００７４】
次に、本実施形態の大腿骨３での肉分離工程を図２１により説明する。この肉分離工程では、水平方向に配置された回転丸刃２４を用いる。ｊ、ｋ及びｎの位置で、回転丸刃２４を水平方向に移動してワークｗ（ｒ）に接近させ、さら骨６の下端部及び大腿骨３の表面に付着した生体組織を切断する。この切断動作と、図２に示すように、クランプ装置１２の引き上げ及びセパレータ２２による肉部の押えを同時に行なうことで、大腿骨３から肉部７を分離する。
【００７５】
切断位置ｊはさら骨６の下端に位置し、比較基準ポイントＥと一致している。切断位置Ｊで回転丸刃２４により、さら骨６の下端に付着した生体組織を切断する。切断位置ｋは大腿骨頭に位置し、切断位置ｎは大腿骨頭下端に位置している。セパレータ２２で大腿骨３に付着している肉部を押え引き剥がしながら、切断位置ｋで大腿骨表面の生体組織を切断し、切断位置ｎで大腿骨３と肉部とを分離する。本実施形態では、比較基準ポイントＥと切断位置ｋと同一高さに設定し、比較基準ポイントＨと切断位置ｎとを同一高さに設定しているので、回転丸刃２０を切断位置ｊ、ｋ、ｎに正確に位置決めできる。そのため、大腿骨３の肉分離工程を効率良く実施できると共に、肉の歩留まりを向上できる。
【００７６】
本実施形態によれば、比較基準ポイントＡ〜Ｈを骨の特徴部位に設定し、ワークｗを１個毎にＸ線画像解析を行い、目標となる切断刃の動作軌跡に対応した比較基準ポイントＡ０〜Ｈ０の２次元位置座標と、Ｘ線画像解析で得られたワークｗの比較基準ポイントＡ〜Ｈ
の２次元位置座標との位置ずれ量を求め、該位置ずれ量だけ目標動作軌跡の３次元位置座標を修正し、この修正動作軌跡で切断刃を動作させるようにしたので、個々のワークに対して、骨の表面に沿った正確な動作軌跡で切断刃を動作させることができる。
【００７７】
そのため、切断刃の骨への食込みをなくし、切断刃の損傷を低減できて、運転効率を高く維持できると共に、肉の歩留まりを向上できる。また、切断刃による骨の切断を回避でき、肉中への骨片の混入を防止できると共に、切断刃に過負荷が発生するのを回避できるので、切断刃の駆動装置の容量及び動力を低減できる。
【００７８】
また、クランプ装置１２に対してワークｗが異常位置でクランプされ、Ｘ線画像解析で得られたワークｗの骨の２次元位置座標と、後工程の筋入れ時におけるワークｗの高さとの違いが発生しても、それを事前に検出し、Ｘ線画像解析で得られた２次元位置座標を筋入れ時の正常位置に修正するようにしているので、筋入れ時に切断刃に過負荷が加わる事態を回避できる。
【００７９】
また、筋入れ工程（１）〜（３）で、ワークｗのＸ線画像解析による位置情報の取得と共に、切断刃に加わるトルク値を計測し、このトルク値が目標反力データに対して設定範囲内となるように切断刃の動作を変更しているので、切断刃をさらに骨の表面に沿わせて正確に動作させることができる。そのため、肉の歩留まりをさらに向上できると共に、切断刃に過負荷が加わるのを回避でき、切断刃の損傷や骨の切断等を防止できる。
【００８０】
また、切断刃の動作軌跡上で切断刃が骨に食込みやすい箇所、即ち、ひざ関節５及び大腿骨頭にチェックポイントを設定し、該チェックポイントの上流側領域から切断刃に加わるトルク値を監視し、該トルク値が過大とならないように制御しているので、該チェックポイントでの切断刃の骨への食込みを未然に防止できる。
【００８１】
また、無負荷運転時に切断刃に加わるトルク値を記憶部６２に保存させ、該トルク値と、筋入れ工程中に切断刃に加わるトルク値とを比較することで、切断刃の損傷を速やかに発見できる。そして、自動脱骨装置１０の運転を速やかに停止させ、事後処理を速やかに行なうことができる。
【００８２】
また、筋入れ工程（１）では、Ｘ線画像解析によってワークｗの骨の形状、位置を精度良く把握できるため、切断ラインＣ１及びＣ２を精度良く位置決めできる。そのため、うちももａとしんたまｂ間を筋膜ｅを傷付けることなく正確に切断でき、ロス肉の発生をなくすことができる。さら骨カット工程では、設定された比較基準ポイントＢ及びＥに基づいて、切断面ｉの切断開始点及び切断終了点を精度良く位置決めできる。そのため、肉の歩留まりを向上できると共に、自動脱骨装置１０の運転効率を向上できる。また、大腿骨からの肉分離工程では、設定された比較基準ポイントＥ〜Ｈに基づいて、回転丸刃２４による切断位置ｊ、ｋ及びｎを正確に位置決めできるので、肉の歩留まりを向上できると共に、自動脱骨装置１０の運転効率を向上できる。
【００８３】
図２２Ａは、本実施形態に係る脱骨処理程後、ワークｗに残った残肉量を示し、図２２Ｂは、Ｘ線画像解析を行なわない、特許文献１又は２に開示された脱骨処理後ワークｗに残った残肉量を示す。これらの図から、本実施形態のほうが残肉量を従来方法より１０ｇ以上削減できることがわかる。
【００８４】
また、本実施形態に係る脱骨処理及び特許文献１又は２に開示された脱骨処理を実際に行い、そのときのワークｗの残肉状態を観察した。図２３Ａ及び図２３Ｂは、本実施形態によるひざ関節下方の筋入れ結果を示し、図２３Ｃは、Ｘ線画像解析を行なわない、前記従来の脱骨処理によるひざ関節部分の筋入れ結果を示す。図２３Ｂ中、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、図５中の比較基準ポイントＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを示す。図２３Ｃ中、Ｍは、切断刃によって下腿骨２の一部がカットされた骨カット部位を示し、Ｎは、下腿骨２に残肉が付着したままになっている残肉部位を示している。本実施形態のほうが、骨表面に沿って肉部が正確に切断されていることがわかる。
【００８５】
図２４Ａは、本実施形態による大腿骨部位の筋入れ結果を示し、図２４Ｂは、前記従来の脱骨処理による大腿骨部位の筋入れ結果を示す。図２４Ａでは、大腿骨膜のカット及び大腿球３ａ周囲の筋入れが安定してなされ、残肉量が低減されている。これに対し、図２４Ｂでは、部位O及びQで、大腿骨頭割れが生じている。
【００８６】
図２５Ａは、本実施形態による肉分離後のワークｗの残肉状態を示し、図２５Ｂは、前記従来の脱骨処理による肉分離後の残肉状態を示す。図２５Ａは、夫々ひざ関節５、大腿骨３及び大腿球３ａの残肉状態を示す。残肉量が４０ｇ未満に収まっており、図２５Ｂでは、Ｒは骨カット部位であり、この部位Ｒで所々に骨の表面がカットされている。また、Ｕは残肉部位であり、この部位Ｕで残肉が付着したままになっている。
【００８７】
図２６〜図２８は、本実施形態の筋入れ工程（１）において、うちももａとしんたまｂ間の境界にある筋膜ｅの切断面の状態を示す。図２６は本実施形態によって得られた良好な切断面を示している。しんたま側の筋膜ｅが傷付けられず、良好な状態で残存している。図中、符号３は大腿骨である。図２７及び図２８は、比較例として示すもので、ワークｗのＸ線画像解析を行なわない悪い切断例である。図２７では、しんたまｂ側の筋膜が切れて、赤身が出てしまっている。さらに、うちももａの上にしんたまの一部が付着しているため、うちもも側の筋膜を除去する際に、しんたまの一部を除去しなければならなくなり、しんたまの一部がロス肉となる。
【００８８】
図２８では、うちももａの筋膜が切れて、赤身が出てしまっている。しんたまｂの上にうちももの一部が付着しているため、しんたまの筋膜を除去する際に、うちももの一部を除去しなければならなくなり、うちももの一部がロス肉となる。また、Ｖの箇所で、大腿骨３の骨膜が切れていないため、肉の歩留まりが悪化する。
【００８９】
（実施形態２）
次に、本発明を豚のうで部位の脱骨工程に適用した第２実施形態を図２９及び図３０により説明する。図２９はオペレータの手作業による前処理工程を示し、図３０は自動脱骨装置による脱骨工程を示す。図２９において、枝肉を大分割した後のうで・かた部１１０の骨組みは、背骨１１２、肋骨１１４、棘突起１１６、上腕骨１１８及び前腕骨１２０で構成されている。うで・かた部１１０は、切断ラインＣ６に沿って、うで部１２２とかたロース部１２４とに分割される。うで部１２２から分割されたかたロース部１２４は別な脱骨工程に回される。うで部１２２は、次工程で、うで部１２２のネック部にある脂肪層１２６を除去され、次に、肩部との境界側にあるばら肉１２８をめくる。次に、肩甲骨１３０の上側肉１３２を剥す。
【００９０】
次に、図３０に示すように、すね肉１３３を切り開き、前腕骨１２０を露出させ、足首をクランプ装置１２に懸垂する。ここから、自動脱骨装置による自動脱骨工程が開始される。本実施形態の自動脱骨装置は、第１実施形態と同様の構成をもっている。そこで、まず、骨の輪郭線上の特定しやすい箇所に複数の比較基準ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、・・・・が設定される。また、自動脱骨装置のコントローラの記憶部に、筋入れ工程及び肉分離工程における切断刃の目標動作軌跡の３次元位置座標、及び切断動作中、切断刃に加わる正常なトルク値のデータ等が保存されている。次工程で、うで部１２２のＸ線照射とＸ線画像処理が行なわれ、Ｘ線画像処理で得られた２次元位置座標に基づいて、目標動作軌跡を修正している。
【００９１】
次に、筋入れ工程（１）で筋入れラインＳ５で示す筋入れが行なわれ、次に、筋入れ工程（２）で筋入れラインＳ６で示す筋入れが行なわれ、その後、肩甲骨１３０が除去される。筋入れ工程（１）及び（２）では、切断動作中、切断刃に加わるトルク値と前記の正常なトルク値データとを比較し、切断刃に過負荷が加わらないように切断刃の動作軌跡が制御される。
【００９２】
次に、筋入れラインＳ７で示す前腕骨部分の筋入れが行なわれ、肉部１３４と分離された前腕骨１２０と、まだ肉部１３４が付着している上腕骨１１８とが分離される。上腕骨１１８は水平方向に配置されたレール１３６に懸垂される。その後、上腕骨１１８をレール１３６に懸垂した状態で、上腕骨１１８から肉部１３４を分離する工程が行なわれ、最後にレール１３６に残った上腕骨１１８が排出される。
【００９３】
以上の構成及び運転操作手順を行なうことで、本実施形態でも、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によれば、食肉用家畜屠体のうで部位又はもも部位の自動化された脱骨工程において、骨表面に沿う正確な筋入れを可能とし、歩留まりを向上させ、かつ切断刃の過負荷を防止できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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