(57)【要約】【課題】  現在、食品を扱うハンドの形状について様々な研究がなされている。食品搬送ハンドが、産業用ロボットハンドと決定的に違う点は、粘弾塑性、粘着性、非均一性といった取り扱う対象物の性質にある。この食品の性質を考慮して、針による突き刺し方式に着目した研究がなされている。この研究では、ハンドの形状を針型としている。しかしながら、針型のハンドでは盛り付けた際に食品に穴が開いてしまう。また、破損した針が製品に混入する場合がある。【解決手段】  食品を容器に投入することを特徴とする食品盛り付けロボットは、上記の課題を解決する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品を容器に投入することを特徴とする食品盛り付けロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品を盛り付けるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明では、弁当のおかずを詰める作業を自動化することを目標に、多関節ロボットシステムを開発する。現在、市販されている弁当などのおかずを詰める作業は人手によって行われている。これは衛生面で問題があり、自動化が強く望まれている。現在研究している食品搬送システムが実用化されれば、衛生面のみならず、人件費の削減、品質の均一化などにより、製品の価格を下げることを可能とする。本発明では、ロボットアームの製作および対象食品の盛り付け法の考案、検討、改善を行う。なお、食品盛り付けロボットとしては、特許文献１のものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２８００２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】坂本直樹，東森充，金子真，“自己締め付け効果を利用した突き刺し把持”，日本ロボット学会第３１回記念学術講演概要集，ｐｐ．６６，２０１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、食品を扱うハンドの形状について様々な研究がなされている。食品搬送ハンドが、産業用ロボットハンドと決定的に違う点は、粘弾塑性、粘着性、非均一性といった取り扱う対象物の性質にある。この食品の性質を考慮して、針による突き刺し方式に着目した研究（非特許文献１）がなされている。この研究では、ハンドの形状を針型としている。しかしながら、針型のハンドでは盛り付けた際に食品に穴が開いてしまう。また、破損した針が製品に混入する場合がある。本発明では、対象食品を傷つけることなく盛り付ける方法を検討する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて想到されたもので、より具体的には、食品を容器に投入することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
滑降型では、から揚げが容器に着地後、転がったりする場合があるが、投入型の盛り付けでは、から揚げが回転しなくなり、容器内からこぼれることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明で食品を盛り付ける弁当容器である。
【図２】実験の概念を示す図である。
【図３】滑らせた回数ｎと静止摩擦係数μの関係を示すグラフである。
【図４】滑降型の盛り付け法に用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真である。
【図５】滑走型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。
【図６】投入型の盛り付け法を用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真である。
【図７】投入型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。
【図８】板の上の位置ｐと飛距離ｑの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜設計指針＞
ロボットアームの手先に板状のロボットハンドを搭載する。ロボットハンドに対象食品が乗っている状態から始め、弁当容器に対象食品を盛り付ける。また盛り付ける際、ロボットアームが弁当容器の上空を通過することがないようにする。これは、ロボットアームからねじなどの部品が落下したとしても弁当に混入するリスクを最小限に抑えるためである。図１は、本発明で使用する弁当容器である。容器の大きさは、縦１７０ｍｍ横２２０ｍｍである。仕切りの高さは２５ｍｍである。対象食品は、弁当容器の最も大きい左側の仕切りの中にいれる。この仕切られた台形の面積は、１．７×１０４ｍｍ２である。
【００１０】
＜対象食品の選定＞
本発明において主に取り扱う食品の選定を行う。本報告では、盛り付けおよび事前準備が最も簡易だと考えられる食品の盛り付け法を検討する。最も盛り付けが簡易だと考えられる食品として、盛り付けるときに決まった向きのない固形物を選定する。また、食品であることから対象食品の買い替えを頻繁に行わなければならない。そのため、食料品店などで容易に入手できるかどうかも考慮して、本発明では鶏肉のももの部位のから揚げを主に取り扱うことに決定した。
【００１１】
＜ハンドの材料の選定と対象食品の特性＞
市販されている１０個のから揚げの静止摩擦係数を計測した。から揚げの平均質量は２０．９ｇであった。から揚げを取り扱うことから、耐油性があり、静止摩擦係数がより小さい材料をハンドの材料に選定する。これにより、ハンド上面を利用した滑り搬送が可能となる。そこで耐油性があるプラスチック、アルミニウム、アクリルの静止摩擦係数を測定した。図２に実験の概念図を示す。それぞれの板にから揚げを１つ乗せ、その後、板を傾け、から揚げが滑り出した高さｈと板の長さＬから板の角度を算出する。
【００１２】
板の角度から、静止摩擦係数νを算出する。計算式を（１）式に示す。
ν＝ｔａｎ（ｓｉｎ−１（ｈ／Ｌ））  ・・・（１）
【００１３】
この実験をから揚げ１０個の両面５回ずつ計１００回行った。表１に、静止摩擦係数の平均値を示す。
【表１】
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【００１４】
表１に示すように、アルミニウムの静止摩擦係数が最小であった。以後、ハンドの材料はアルミニウムを使用する。また、１つのから揚げを連続で滑らせたとき、静止摩擦係数はどのように変化するかを調べた。アルミニウムの板を使用して静止摩擦係数を上記と同様の方法で算出した。図３は、滑らせた回数ｎと静止摩擦係数μの関係をグラフにしたものである。近似線の式は、（２）式のように表される。
μ＝２．３×１０−３ｎ＋３．５×１０−１  ・・・（２）
この式から、滑らせた回数が増えるほど摩擦係数は大きくなることがわかる。
【００１５】
＜盛り付け法の検討＞
ロボットアームを使用して、から揚げを弁当容器に盛り付ける方法を２通り考案する。今回は、ロボットハンドとしてアルミニウムの板を利用した。板状のハンドに乗せた対象物体を容器付近まで移動させた後、対象物体を容器内に入れる一連の動作を盛り付けと呼ぶことにする。
【００１６】
＜滑降型＞
滑降型盛り付け法は、板状のハンドを傾け、乗せてあるから揚げを滑らせて移動させる盛り付け法である。今回のハンドでは、長さ１４０ｍｍ幅５５ｍｍのアルミニウムのハンドを使用した。図４に滑降型の盛り付け法に用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真を示す。このロボットアームは２自由度を有している。
【００１７】
このロボットシステムを試作１号機とする。図５に試作１号機を用いて滑走型の盛り付け法を行ったときの連続写真を示す。滑走型の利点は、ロボットアームが２自由度を有していれば実現できることである。少ない自由度で実現できるということは、ロボットアーム全体のモータの数が少なくなり、重量も軽く、安価なロボットアームを製作できる。
【００１８】
しかしながら、実際に滑降型の盛り付け法を試したときに、から揚げが弁当容器の上で転がったり、滑ったりする問題が生じた。から揚げが転がる原因として、から揚げが低速でアルミニウムの板の端に差し掛かるとモーメントによってから揚げが回転することが挙げられる。
【００１９】
＜投入型＞
投入型盛り付け法は、板状のハンドをモータで素早く駆動させることにより、から揚げを容器に投げ入れる盛り付け法である。今回は、長さ７０ｍｍ幅５５ｍｍのアルミニウムのハンドを使用した。投入型の盛り付け法を用いて、から揚げを回転させず、スムーズに投入するには３自由度以上あることが望ましいと考える。
【００２０】
図６に、投入型の盛り付け法を用いるロボットアームの概念図と実際に製作したロボットアームの写真を示す。このロボットアームは４自由度を有している。このロボットシステムを試作２号機とする。図７は、試作２号機を用いて投入型の盛り付け法を行ったときの連続写真である。
【００２１】
投入型の盛り付け法は、滑走型盛り付け法に比べてから揚げが容器の上で回転したり、滑ったりする可能性が低くなった。図８に、板の上の位置ｐと飛距離ｑの関係を示す。板の外側の端を基準（０ｍｍ）とする。それぞれの位置で、質量２２ｇ、一辺２０ｍｍのアルミニウムの立方体を５回ずつ飛ばし、水平飛距離の平均の値をグラフ化した。水平飛距離は、板上のから揚げの位置を起点にしている。近似線の式は、（３）式のようになる。
ｑ＝−５．１ｐ＋１．９×１０２  ・・・（３）
このことから、基準の位置（０ｍｍ）に近いほど飛距離が長いことがわかる。
【００２２】
本発明では、滑降型および投入型の盛り付け法を考案した。考案した盛り付け法を試作１号機および２号機を用いて検討した。滑降型では、から揚げが容器に着地後、転がったりする場合があった。しかしながら、投入型の考案により改善された。投入型の盛り付け法により、から揚げが回転しなくなったことで、容器に盛り付けるときに決まった向きがある食品にも対応することができる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は食品の盛りつけようとして好適に利用することができる。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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