机器人及其动作方法与流程

本发明涉及机器人及其动作方法。

背景技术：

以往，已知有自动地供给杯子的情况。例如，已知有如下技术：以与堆积的杯子卡合的方式设置有杯子分离凸轮，通过该杯子分离凸轮旋转1周，使得仅最下方的杯子被分离而落下(例如，参照专利文献1)。

另外，已知有如下技术：将刀状的止挡件插入至相邻的纸杯的饮用口之间，而将堆积的纸杯分离(例如，参照专利文献2)。

另外，已知有如下技术：使气缸的爪突出并推压最下侧的纸杯的上缘，而将该纸杯从其上的纸杯分开(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开2002-230639公报(特别参照[0003]段以及图3)

专利文献2：日本特开平4-078109公报(特别参照图1)

专利文献3：日本实用新型注册第3090574号公报(特别参照[0006]段以及图4)

近年来，在各种领域中，从提高生产性的观点出发，提出有机器人和作业人员在相同的作业空间内共同进行作业。但是，上述现有技术并未将机器人用于杯子的自动供给。另外，杯子不过是容器的一个例子，优选自动供给尽可能宽范围的容器。

技术实现要素：

本发明是为了解决这种课题而完成的，其目的在于，提供一种能够使用臂来自动地供给容器的机器人及其动作方法。

为了解决上述课题，本发明的某个方式(aspect：方面)所涉及的机器人将容器从容器层叠体中依次分离，其中，上述容器具有顶部敞开、底部封闭、且从顶部朝向底部变细的形状，上述容器层叠体中的多个上述容器被以如下方式依次层叠：在沿上下方向邻接的两个容器中，上侧的容器从底部插入至下侧的容器的内部空间且顶部露出，上述机器人具备：第二臂，其在前端部具备能够把持上述容器的第二手；第一臂，其在前端部具备能够把持上述容器的第一手；以及控制器，其对上述第一、第二臂的动作进行控制，上述控制器构成为以如下方式控制上述第一、第二臂：上述第二臂的上述第二手把持上述容器层叠体的最下方的容器的顶部从而对该容器层叠体进行保持，其后，上述第一臂的上述第一手把持上述容器层叠体的上述最下方的容器的比被上述第二手保持的部分靠下侧的部分对该容器层叠体进行保持，其后，上述第二臂的上述第二手将上述最下方的容器的顶部释放，其后，把持上述容器层叠体的下数第二个容器的顶部从而对该容器层叠体进行保持，其后，上述第一臂的第一手使上述最下方的容器向下方移动，使得该最下方的容器从上述容器层叠体分离。

根据该结构，第一、第二臂按照第二臂、第一臂、第二臂的顺序进行更换来保持容器层叠体，在第二臂把持容器层叠体的下数第二个容器的顶部对该容器层叠体进行保持的状态下，第一臂使最下方的容器向下方移动，而将该最下方的容器从容器层叠体中分离，因而能够使用臂自动地供给容器。并且，由于容器的供给速度取决于臂的动作速度，所以能够通过提升臂的动作速度来提高容器的供给速度(作业效率)。

上述控制器也可以构成为以如下方式控制上述第一、第二臂：在上述第二臂的上述第二手把持上述容器层叠体的最下方的容器的顶部对该容器层叠体进行保持时，上述第二手位于规定的高度位置，其后，在上述第二手把持上述容器层叠体的下数第二个容器的顶部之前，上述第二手上升规定的高度，且在上述第一臂的第一手使上述最下方的容器向下方移动后，上述第二手返回至上述规定的高度位置。

根据该结构，第二臂的第二手将容器层叠体保持在规定的高度位置的动作成为容器的分离动作的开始动作，且在第一臂的第一手使最下方的容器向下方移动后，第二手返回至上述规定的高度位置的动作成为容器的分离动作的结束动作，因而能够反复进行分离动作。

上述第一手以及上述第二手也可以构成为：在水平方向上对于上述容器作用夹持力来把持该容器。

根据该结构，能够适合地对从下向上依次层叠的容器层叠体的容器进行把持。

上述容器也可以为杯子。

根据该结构，在第二臂把持容器层叠体的下数第二个容器的顶部对该容器层叠体进行保持的状态下，第一臂把持最下方的容器并使其向下方移动从而将该最下方的容器从容器层叠体中分离，因而即使容器层叠体是利用杯子的弹性使得邻接的杯子相互紧贴的杯子层叠体，也能够适合地将杯子分离。

另外，本发明的其他方式(aspect：方面)所涉及的机器人的动作方法是将容器从容器层叠体中依次分离的机器人的动作方法，其中，上述容器具有顶部敞开、底部封闭、且从顶部朝向底部变细的形状，上述容器层叠体的多个上述容器被以如下方式依次层叠：在沿上下方向邻接的两个容器中，上侧的容器从底部插入至下侧的容器的内部空间且顶部露出，上述机器人具备：第二臂，其在前端部具备能够把持上述容器的第二手；以及第一臂，其在前端部具备能够把持上述容器的第一手，上述动作方法包括：利用上述第二臂的上述第二手，把持上述容器层叠体的最下方的容器的顶部对该容器层叠体进行保持；其后，利用上述第一臂的上述第一手，把持上述容器层叠体的上述最下方的容器的比被上述第二手保持的部分靠下侧的部分从而对该容器层叠体进行保持；其后，利用上述第二臂的上述第二手，将上述最下方的容器的顶部释放；其后，利用上述第二臂的上述第二手，把持上述容器层叠体的下数第二个容器的顶部对该容器层叠体从而进行保持；其后，利用上述第一臂的第一手，使上述最下方的容器向下方移动，使得该最下方的容器从上述容器层叠体分离。

根据该结构，第一、第二臂按照第二臂、第一臂、第二臂的顺序进行更换来保持容器层叠体，在第二臂把持容器层叠体的下数第二个容器的顶部对该容器层叠体进行保持的状态下，第一臂使最下方的容器向下方移动，使得该最下方的容器从容器层叠体中分离，因而能够使用臂自动地供给容器。并且，由于容器的供给速度取决于臂的动作速度，所以能够通过提升臂的动作速度来提高容器的供给速度(作业效率)。

本发明起到能提供一种能够使用臂来自动地供给容器的机器人及其动作方法的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的机器人的结构的主视图。

图2是表示图1的双臂机器人的手的结构以及双臂机器人的应用例(使用例)的立体图。

图3是表示图1的双臂机器人的控制系统的结构的功能框图。

图4是表示图1的双臂机器人的动作的流程图。

图5a是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图5b是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图5c是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图5d是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图5e是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图5f是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。

图6是表示容器层叠体的其他结构例子的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下，在所有附图中，对相同或者相当的要素标注相同的参照附图标记并省略其重复的说明。另外，为了易于理解附图而将各个构成要素示意性地示出。因此，存在省略与本发明无关的要素的情况、以及多个图相互不一致的情况。另外，各要素的尺寸未必准确。

(实施方式)

[结构]

图1是表示本发明的实施方式所涉及的机器人的结构的主视图。在本实施方式中，图1中，将双臂机器人11的一对臂张开的方向称为左右方向，将与基轴的轴心平行的方向称为上下方向，并将与左右方向以及上下方向正交的方向称为前后方向。

参照图1，双臂机器人11具备固定于台车的基座12、支承于基座12的一对臂(以下，有时仅记载为“臂”)13a、13b、以及收纳于基座12内的控制器14。基座12以及一对臂13a、13b构成双臂机器人11的主体。各臂13a、13b为构成为能够相对于基座12移动的水平多关节型臂，并具备臂部15、肘杆部17、以及末端执行器(18、19)。此外，第一臂(右臂)13a以及第二臂(左臂)13b也可以是实质上相同的构造。另外，右臂13a以及左臂13b能够独立地动作，或相互关联地动作。此外，各臂13a、13b为机器人手臂即可，并不限定于水平多关节型臂。例如，也可以是通常的多关节型臂。另外，也可以是左臂为第一臂，右臂为第二臂。

在本例中，臂部15由第一连杆15a以及第二连杆15b构成。第一连杆15a通过旋转关节j1而与固定于基座12的上表面的基轴16连结，并能够绕穿过基轴16的轴心的旋转轴线l1转动。第二连杆15b通过旋转关节j2而与第一连杆15a的前端部连结，并能够绕第一连杆15a的前端部所规定的旋转轴线l2转动。

肘杆部17由升降部17a以及转动部17b构成。升降部17a通过直行移动关节j3而与第二连杆15b的前端部连结，并能够相对于第二连杆15b升降移动。转动部17b通过旋转关节j4而与升降部17a的下端连结，并能够绕升降部17a的下端部所规定的旋转轴线l3转动。

末端执行器(18、19)分别连结于左右的肘杆部17的转动部17b。末端执行器(18、19)设置于左右的臂13的各自的前端。在本例中，末端执行器(18、19)由手构成。后面对手的结构进行叙述。

上述结构的各臂13a、13b具有各关节j1～j4。而且，在臂13，以与各关节j1～j4建立关联的方式设置有驱动用的伺服马达(未图示)、以及对该伺服马达的旋转角进行检测的编码器(未图示)等。另外，两条臂13a、13b的第一连杆15a、15a的旋转轴线l1位于相同直线上，一个臂13的第一连杆15a与另一个臂13的第一连杆15a配置为上下设置高低差。

图2是表示图1的双臂机器人的手的结构以及双臂机器人的应用例(使用例)的立体图。

参照图1以及图2，第一臂13a具备作为末端执行器的第一手18。第一手18包括基座部21、第一把持部22、以及第二把持部23。基座部21形成为弯折的板状，并包括水平的(与旋转轴线l3垂直的)第一部分、以及从第一部分的一个端部向下方延伸进而水平地延伸的第二部分。第一部分的中央部固定于转动部17b。在第二部分的前端部，设置有具有一对爪的第一把持部22。该一对爪设置为在水平方向(与旋转轴线l3垂直的方向)上开闭自如。一对爪在内表面形成有与容器的形状对应的槽状的凹部。在本例中，该槽状的凹部形成为具有圆弧状的剖面且在上下方向(与旋转轴线l3平行的方向)上延伸的柱状。另外，一对爪由刚性的主体部和覆盖该主体部的内表面的弹性层构成。刚性的主体部例如由金属、树脂等构成。弹性层例如由橡胶、硬质的海绵等构成。由此，一对爪若夹持容器42，则相对于容器42作用水平方向的夹持力，因而能够适合地对从下向上依次层叠的容器层叠体41的容器42进行把持。并且，在夹持时，一对爪的内表面的弹性层凹陷而利用弹性层的弹力在爪与容器之间产生摩擦力，因而一对爪能够不滑动地把持容器42。

在第一部分的另一个端部形成有具有一对爪的第二把持部23。该一对爪设置为在水平方向(与旋转轴线l3垂直的方向)上开闭自如。一对爪在内表面形成有与容器的形状对应的槽状的凹部。在本例中，该槽状的凹部形成为具有圆弧状的剖面且在上下方向(与旋转轴线l3平行的方向)上延伸的柱状。该一对爪由金属、树脂等材料构成。

第一把持部22以及第二把持部23例如由被空气或者马达(在本例中为空气)开闭驱动的卡盘构成。

根据以上结构，第一臂13a的第一手18使被第二把持部23把持的喷出器32的喷出方向朝向与旋转轴线l3一致的方向，且使被第一把持部22把持的容器42的从底部朝向顶部的方向朝向与旋转轴线l3一致的方向(参照图7e)。根据该结构，旋转轴线l3与铅垂方向一致，因而即使不控制第一臂，被第一把持部22把持的容器42也朝向上方方向，被第二把持部23把持的喷出器32的喷出方向也朝向下方方向，所以容器载置以及饮食材填充动作变得简单。

第二臂13b具备作为末端执行器的第二手19。第二手19包括基座部24和把持部25。基座部24形成为平板状，其一个端部固定于转动部17b。在基座部24的另一个端部设置有具有一对爪的把持部25。该一对爪设置为在水平方向(与旋转轴线l3垂直的方向)上开闭自如。一对爪在内表面形成有与容器的形状对应的槽状的凹部。在本例中，该槽状的凹部形成为具有圆弧状的剖面且在上下方向(与旋转轴线l3平行的方向)上延伸的柱状。另外，一对爪由刚性的主体部和覆盖该主体部的内表面的弹性层构成。刚性的主体部例如由金属、树脂等构成。弹性层例如由橡胶、硬质的海绵等构成。由此，一对爪若夹持容器42，则相对于容器42作用水平方向的夹持力，因而能够适合地对从下向上依次层叠的容器层叠体41的容器42进行把持。并且，在夹持时，一对爪的内表面的弹性层凹陷而利用弹性层的弹力在爪与容器之间产生摩擦力，因而一对爪能够不滑动地把持容器42。

根据以上结构，被第二臂13b的第二手19的把持部25把持的容器层叠体41的容器42的从底部朝向顶部的方向朝向与旋转轴线l3一致的方向(垂直方向)(参照图7e)。

第二臂13b的把持部25与第一臂13a的第一把持部22相比，宽度(上下方向的尺寸)形成为较大。其理由主要是因为，第二臂13b的把持部25保持容器层叠体41，从而该把持部25能够稳定地保持容器层叠41。第二臂13b的把持部25例如由被空气或者马达(在本例中空气)开闭驱动的卡盘构成。

图3是示意性地示出双臂机器人11的控制系统的结构的功能框图。如图3所示，控制器14具备运算部(处理部)14a、存储部14b、以及伺服控制部14c。控制器14由微控制器、mpu(微处理器)、fgpa(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)、plc(programmablelogiccontroller：可编程逻辑控制器)等构成。运算部14a由微控制器等处理器等构成，存储部14b由微控制器等存储器构成。控制器14既可以由进行集中控制的单独的控制器构成，也可以由相互协作而进行分散控制的多个控制器构成。

在存储部14b存储有作为机器人控制器的基本程序、各种固定数据等信息。运算部14a通过读出并执行存储于存储部14b的基本程序等来控制双臂机器人11的各种动作。即，运算部14a生成双臂机器人11的控制指令，并将其输出至伺服控制部14c。伺服控制部14c构成为基于由运算部14a生成的控制指令对与双臂机器人11的各臂13的关节j1～j4对应的伺服马达的驱动进行控制。另外，第一手18的第一把持部22和第二把持部23、以及第二手的把持部25的动作的控制也由控制器14进行。这样，控制器14控制双臂机器人1的整体动作。

[应用例]

接下来，使用图2对如以上那样构成的双臂机器人11的应用例(使用例)进行说明。

＜作业现场＞

参照图2，双臂机器人11例如应用于向容器42填充具有流动性的饮食材(饮料或食物、或者它们的材料)的作业现场。在该作业现场配置有输送装置50，输送装置50使输送体51移动来输送载置于输送体51上的物品(这里为容器42)。在本例中，输送体51为带，输送装置50为传送带。在该输送体51的两侧配置有作业所需的装置、器具、人员等。双臂机器人11是用于将容器42自动地载置至输送体51上、并向该被载置的容器42填充饮食材的装置。在本例中，饮食材为调味汁。如图2所示，双臂机器人11能够设置在相当于一人程度的受限的空间(例如610mm×620mm)。在双臂机器人11的右侧配置有饮食材供给装置30。该饮食材供给装置30载置于台车34上。因此，与应填充至容器42的饮食材相应的饮食材供给装置30载置于台车34并由作业人员输送，而配置于规定位置。饮食材供给装置30具备饮食材容器31、喷出器32、以及喷出器放置台33。饮食材容器31收容具有流动性的饮食材。喷出器32的设置于基端部的入口通过供给管而与饮食材容器31连接，并在前端部设置有喷出部32a。喷出器放置台33设置于饮食材供给装置30的适当位置，并在上端部配置有放置板，在该放置板形成有贯通孔33a。喷出器32在喷出部32a朝下插入至该贯通孔33a的状态下被输送。而且，若开始向容器42进行的饮食材填充作业，则被双臂机器人11的第一臂13a的第一手18的第二把持部23把持。此时，第二把持部23把持喷出器32的中央部。

另一方面，在双臂机器人11的第一臂的朝向输送体51的一侧配置有容器放置台35。在容器放置台35之上，多个容器层叠体41分别配置于规定的位置。

＜容器层叠体＞

容器42只要具有顶部敞开、底部封闭、且从顶部朝向底部变细的形状即可。在本例中，容器42为杯子。

容器层叠体41的多个上述容器被以如下方式层叠：在沿上下方向邻接的两个容器中，上侧的容器从底部插入至下侧的容器的内部空间且顶部露出。换言之，容器层叠体41以容器42正立的方式进行层叠。这里，“正立”是“倒立”的反义词，是指容器42采取从底部朝向顶部的方向成为自下朝上的方向的姿势。

[动作例]

接下来，基于图2、图4、以及图5a～图5f对如以上那样构成的双臂机器人的动作进行说明。该动作通过控制器14控制双臂机器人11来进行。图4是表示图1的双臂机器人的动作的流程图。图5a～图5f是表示图1的双臂机器人的动作的立体图。此外，以下，有时为了简化而将“手的把持部”的动作表达为“手(把持部)”的动作。

如图2所示，若开始向容器42进行的饮食材的填充作业，则双臂机器人11的第一臂13a利用第二把持部23把持在喷出器放置台33放置的喷出器32的中央部。其后，第一臂13a的第一手18采取如下姿势：在俯视时，第一把持部22位于输送体51的移动路径上的容器载置位置，被第二把持部23把持的喷出器32的喷出部32a位于输送体51的移动路径上的饮食材填充位置。容器载置位置以及饮食材填充位置位于在俯视时与输送体51的移动方向一致的直线上，且饮食材填充位置位于容器载置位置的下游。输送体51的移动速度设定为规定的速度。在该状态下，双臂机器人11如以下那样进行容器分离动作(容器载置动作)。

接下来，如图5a所示，第二臂13b的第二手19(把持部25)把持处于容器放置台35的规定的载置位置的容器层叠体41的最下方的容器42的顶部从而对该容器层叠体41进行保持，并位于规定的分离位置(步骤s1)。分离位置是容器载置位置的正上方的位置。此外，图5a中示出如下状态：第一手18(第一把持部22)将在之前的容器分离动作中分离的容器42释放，使得容器42载置至输送体51上。

接下来，如图5b所示，第一臂13a的第一手18(第一把持部22)开始上升。

接下来，如图5c所示，第一臂13a的第一手18(第一把持部22)把持容器层叠体41的最下方的容器42的比被第二手19(把持部25)保持的部分靠下侧的部分从而对该容器层叠体41进行保持(步骤s2)。

接下来，如图5d所示，第二臂13b的第二手19(把持部25)将最下方的容器42的顶部释放(步骤s3)。

接下来，如图5e所示，第二臂13b的第二手19(把持部25)上升规定的高度，尝试把持容器层叠体41的下数第二个容器42的顶部(步骤s4)。这里，由于在最下方的容器42之上存在容器42，所以该把持成功(在步骤s4中为是)。

然后，第二臂13b的第二手19(把持部25)保持容器层叠体41(步骤s5)。

接下来，如图5f所示，第一臂13a的第一手18(第一把持部22)使最下方的容器42向下方移动，而将该最下方的容器42从容器层叠体中41分离，载置至输送体51上并释放(步骤s6)。

接下来，如图5a所示，在第一臂13a的第一手18(第一把持部22)使最下方的容器42向下方移动后，第二手19(把持部25)返回至规定的分离位置(步骤s7)。

这里，在步骤s4中，在最下方的容器42之上不存在容器42的情况下、即在第一臂的第一手18(第一把持部22)所把持的容器42为容器层叠体41的最上方的容器(最后的容器)的情况下，该把持失败(在步骤s4中为否)。在该情况下，对于该容器分离动作而言，第一臂的第一手18(第一把持部22)使最下方的容器42向下方移动，而将该最下方的容器42从容器层叠体中41分离，载置至输送体51上并释放(步骤s9)，其后，返回至步骤s1，第二手(把持部25)把持下一个容器层叠体41并位于分离位置。

在步骤s7之后，控制器14判断是否结束容器分离动作(步骤s8)。在未结束的情况下(在步骤s8中为否)，返回至步骤s2。在结束的情况下(在步骤s8中为是)，结束容器分离动作。

而且，与该容器分离动作同时进行并以如下方式进行饮食材填充动作。

参照图2以及图5a，若在容器载置位置载置于输送体51上的容器42位于饮食材填充位置，则饮食材从被第一臂13a的第一手18的第二把持部23把持的喷出器32的喷出部32a喷出并填充于容器42。在本例中，容器42在容器载置位置载置于输送体51上的时间间隔(周期时间)设定为容器42在容器载置位置与饮食材填充位置间移动的整数分之一(在本例中，为二分之一)。因此，无需对容器42是否位于饮食材填充位置进行检测的传感器。另外，饮食材的喷出由饮食材供给装置30与双臂机器人11的共同作业适当地进行。因为这与本发明无直接关系，所以省略进一步的说明。

这样，根据本实施方式，第一、第二臂13a、13b按照第二臂13b、第一臂13a、第二臂13b的顺序进行更换来保持容器层叠体41，在第二臂13b把持容器层叠体41的下数第二个容器的顶部对该容器层叠体41进行保持的状态下，第一臂13a使最下方的容器向下方移动，而将该最下方的容器42从容器层叠体中41分离，因而能够使用臂13a、13b自动地供给容器42。并且，由于容器42的供给速度取决于臂13a、13b的动作速度，所以能够通过提升臂13a、13b的动作速度来提高容器42的供给速度(作业效率)。

[变形例]

图6是表示容器层叠体41的其他结构例子的示意图。参照图6，在本变形例中，容器42为茶杯。该茶杯42以在沿上下方向邻接的两个茶杯42中，上侧的茶杯42从底部插入至下侧的茶杯42的内部空间且顶部露出的方式，依次层叠有多个茶杯。

根据本实施方式的双臂机器人11，即使是这种茶杯层叠体41，也能够适合地进行容器分离动作，而自动供给茶杯42。

(其他实施方式)

容器并不限定于上述的例子，也可以为托盘、碗、盘子等。

另外，作业现场并不限定于与食品相关的作业现场，只要是机器人和作业人员在相同的作业空间内共同作业的现场即可。

根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的更多改良、其它实施方式是清楚的。因此，上述说明应仅作为例示解释，其提供的目的在于向本领域技术人员教导执行本发明的最优选的形态。不脱离本发明的精神，而能够实质性地变更其构造以及/或者功能的详细情况。

工业上的可利用性

本发明的机器人及其动作方法作为能够使用臂自动地供给容器的机器人及其动作方法而有用。

附图标记说明：

11…双臂机器人；12…基座；13a…第一臂；13b…第二臂；14…控制器；14a…运算部(处理部)；14b…存储部；14c…伺服控制部；15…臂部；15a…第一连杆；15b…第二连杆；16…基轴；17…肘杆部；17a…升降部；17b…转动部；18…第一手(末端执行器)；19…第二手(末端执行器)；21…基座部；22…第一把持部；23…第二把持部；24…基座部；25…把持部；30…饮食材供给装置；31…饮食材容器；32…喷出器；32a…喷出部；33…喷出器放置台；33a…贯通孔；34…台车；35…容器放置台；41…容器；42…容器层叠体；50…输送装置；51…输送体。