JP2013195200A - 質量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力センサおよび加速度センサの感度方向を任意の方向に切り換えることができる、使い勝手のよい質量測定装置を提供する。
【解決手段】質量測定装置１００では、ロボットアーム３は、ロボットハンド２を３次元的に移動させ、さらに回転軸ＣＡを中心にしてＣＷ方向およびＣＣＷ方向に回転させることもできるので、制御部４０はロボットアーム３を介して力センサ１及び加速度センサ４の感度方向を任意の方向に切り換えることができる。したがって、この質量測定装置を用いれば、生産の都合で物品の移動経路の変更を伴う工程切換があっても、実情に則した質量測定を行なうことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、質量測定装置に関し、特に移動している物品の質量をその移動時に測定する質量測定装置に関する。

特許文献１（特開平１０−３３９６６０号公報）に開示されている質量測定装置は、重力加速度センサによって重力加速度を検出し、その重力加速度で計量器の出力信号を除算して秤量台と被測定物との合計質量を求め、その合計質量から秤量台の質量を減じて被測定物の質量を求めている。それゆえ、振動や設置場所の影響を受けずに正確に質量を測定することができる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の質量測定装置は、物品に作用する重力によってロードセルが垂直方向へ変位することを利用しているので、例えば、マニピュレータやロボットハンドの先端部にロードセルを取り付けて、持ち上げた物品を移動している最中にその物品の質量を測定しようとしても、上記従来技術では対応できない。

例えば、移動する物品に作用する力および加速度から質量を算出する質量測定方式が実現すれば、生産工程におけるロボットハンドが物品を移動させながら、その物品の質量を測定することができるので、生産性が格段に向上する。

他方、そのような質量測定方式では、物品の移動方向と力センサおよび加速度センサの感度方向とが一致する軌道上において質量が測定されるので、力センサおよび加速度センサの感度方向に沿った移動が必要である。特に、生産現場では、工程を流れる商品の切換等によって物品の搬送工程も切り換えられることがあり、力センサおよび加速度センサの感度方向が物品の移動方向に沿うように、質量測定装置の配置または動作を切り換える必要がある。

本発明の課題は、力センサおよび加速度センサの感度方向を任意の方向に切り換えることができる、使い勝手のよい質量測定装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る質量測定装置は、物品を移動させ、その際に物品に作用する力および加速度から物品の質量を算出する質量測定装置であって、保持機構と、移動機構と、力測定部と、加速度測定部と、制御部と、切換機構とを備えている。保持機構は、物品を保持する。移動機構は、保持機構を移動させる。力測定部は、保持機構と移動機構との間に設けられて、移動時の物品に作用する力を測定する。加速度測定部は、移動時の物品に作用する加速度を測定する。制御部は、保持機構および移動機構を運転制御し、移動時の物品に作用する力および加速度に基づいて物品の質量を算出する。切換機構は、力測定部および加速度測定部の感度方向を切り換える。

この質量測定装置は、力測定部および加速度測定部の感度方向を任意の方向に切り換えることができるので、生産の都合で物品の移動経路の変更を伴う工程切換があっても、実情に則した質量測定を行なうことができる。なお、感度方向とは、例えば、力に反応するセンサに対して、任意の力を様々な方向に作用させたとき、最もセンサ出力が大きくなる方向である。

本発明の第２観点に係る質量測定装置は、第１観点に係る質量測定装置であって、制御部が、物品の移動パターンを予め記憶しており、移動パターンに応じて力測定部および加速度測定部の感度方向を決定する。

この質量測定装置では、制御部が物品の移動パターンを記憶しているので、例えば、移動距離が最長となる方向へ感度方向が向くように制御することができる。

本発明の第３観点に係る質量測定装置は、第２観点に係る質量測定装置であって、制御部が、力測定部または加速度測定部が所定の閾値以上の出力が得られるように力測定部および加速度測定部の感度方向を切り換える。

本発明の第４観点に係る質量測定装置は、第２観点に係る質量測定装置であって、制御部が、移動パターンにおける物品の移動方向と、力測定部および加速度測定部の感度方向とを一致させる。

この質量測定装置では、物品の移動方向が始点から終点までの間に１回以上切り換わるような移動パターンであっても、移動方向の切り換わりに応じて感度方向が切り換わることによって、始点から終点まで物品に作用する力および加速度を検出することができる。それゆえ、複数点における測定値の平均など検出誤差を小さくするための処理を行うことができる。

本発明の第５観点に係る質量測定装置は、第１観点に係る質量測定装置であって、切換機構が、１つの回転軸を有している。また、切換機構は、力測定部および加速度測定部を回転軸まわりに回転させて、力測定部および加速度測定部の感度方向を切り換える。

この質量測定装置では、力測定部および加速度測定部の感度方向が鉛直面上または水平面上の任意の方向へ向くように調節される。

本発明の第６観点に係る質量測定装置は、第１観点に質量測定装置であって、切換機構が、平行の位置関係にない第１回転軸および第２回転軸を有している。また、切換機構は、力測定部および加速度測定部を第１回転軸および／または第２回転軸まわりに回転させて、力測定部および加速度測定部の感度方向を切り換える。

この質量測定装置では、力測定部および加速度測定部の感度方向が３次元空間の任意の方向へ向くように調節される。

本発明に係る質量測定装置は、力測定部および加速度測定部の感度方向を任意の方向に切り換えることができるので、生産の都合で物品の移動経路の変更を伴う工程切換があっても、実情に則した質量測定を行なうことができる。

本発明の一実施形態に係る質量測定装置の概略平面図。 図１の質量測定装置をばね−質量系で表わしたときの当該質量測定装置の２自由度モデル。 零点調整のために、ロボットハンドに何も保持させない状態で力センサ及び加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 スパン調整用の既知の分銅をロボットハンドに保持させた状態で力センサ及び加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 質量ｍの被測定物をロボットハンドに保持させた状態で力センサ及び加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 質量測定装置の制御系のブロック図。 質量測定装置の力センサおよび加速度センサによって検出された信号を処理する信号処理回路図。 第１変形例に係る質量測定装置の側面図。 力センサおよび加速度センサが所定姿勢をとる第２変形例に係る質量測定装置の概略側面図。 力センサおよび加速度センサが他の姿勢をとる第２変形例に係る質量測定装置の概略側面図。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）質量測定装置１００の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る質量測定装置１００の概略斜視図である。図１において、質量測定装置１００は、力測定部としての力センサ１と、保持機構としてのロボットハンド２と、移動機構としてのロボットアーム３と、加速度測定部としての加速度センサ４とを備えている。

力センサ１は、移動中の物品Ｑに作用する力を検出する。力センサ１には、例えば、歪みゲージ式ロードセルが採用される。歪みゲージ式ロードセルは、移動によって自由端側が固定端側に対して相対的に変位し、それによって自由端側に作用する力を検出することができる。

ロボットハンド２は、物品Ｑを保持する。ロボットハンド２には、エアー吸着機構、或いは、エアーチャック機構が採用される。なお、ロボットハンド２は、エアー吸着機構やエアーチャック機構などに限定されるものではなく、モータ駆動のフィンガー機構であってもよい。

ロボットアーム３は、ロボットハンド２を３次元的に移動させる。また、ロボットアーム３は、所定の回転軸ＣＡを中心にしてＣＷ方向およびＣＣＷ方向に回転することもできる。なお、ロボットアーム３としては、例えば、水平多関節ロボットや垂直多関節ロボット、あるいは、パラレルリンクロボット等が適切である。

加速度センサ４は、物品Ｑに作用する加速度を検出する。加速度センサ４としては、例えば、歪みゲージ式ロードセル、ＭＥＭＳ型の小型加速度センサ、及び一般的な市販の加速度センサのいずれかが適宜採用される。

なお、力センサ１はロボットハンド２とロボットアーム３との間に設けられ、加速度センサ４はロボットハンド２に隣接するように設けられる。以下で説明する実施形態では、力センサ１及び加速度センサ４ともに歪みゲージ式ロードセルが採用されている。

図１に示すように、力センサ１及び加速度センサ４の感度方向は鉛直方向（図１の上下方向）であるが、ロボットアーム３を回転軸ＣＡまわりに９０°回転させることによって力センサ１及び加速度センサ４の感度方向は水平方向に切り換わる。つまり、ロボットアーム３は、力センサ１及び加速度センサ４の感度方向を切り換える切換機構を兼ねている。なお、感度方向とは、ロードセルのような力に反応するセンサに対して、任意の力を様々な方向に作用させたとき、最もセンサ出力が大きくなる方向である。

（２）質量測定の原理
図２は、図１の質量測定装置１００をばね−質量系で表わしたときの当該質量測定装置の２自由度モデルである。

図２において、ｍは物品Ｑの質量、Ｍ₁は力センサ１の自由端側の質量とロボットハンド２の質量および加速度センサ４の固定端側の質量の和、Ｍ₂は加速度センサ４の自由端の質量である。また、ｋ₁は力センサ１のばね定数、ｋ₂は加速度センサ４のばね定数である。ｘ₁は力センサ１の変位量、ｘ₂は加速度センサ４の変位量とする。

物品Ｑに加速度が作用したときの運動方程式は、
（ｍ＋Ｍ₁）ｄ²ｘ₁／ｄｔ²＝−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂） （１）
Ｍ₂ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁） （２）
として表される。また（１）式を変形すると、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₁／ｄｔ²）−Ｍ₁ （３）
となる。さらに、加速度センサ４の剛性が大きいことを考慮すると、
ｄ²ｘ₁／ｄｔ²≒ｄ²ｘ₂／ｄｔ² （４）
として近似できる。それゆえ、（３）及び（４）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₂／ｄｔ²）−Ｍ₁ （５）
が導き出される。また、（２）式を変形すると、
ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）／Ｍ₂ （６）
となるので、（５）、（６）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）／−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）]Ｍ₂＋Ｍ₂−Ｍ₁ （７）
が導き出される。

ここで、−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）は力センサ１の出力、−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）は加速度センサ４の出力である。

図３は、零点調整のために、ロボットハンド２に何も保持させない状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図３において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｚ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｚとしたとき、（７）式より、
０＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）＋Ｍ₂−Ｍ₁ （８）
となる。但し、加速度は０でない場合を想定している。なお、Ｃは換算係数である。

図４は、スパン調整用の既知の分銅をロボットハンド２に保持させた状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図４において、スパン質量をｍｓ、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｓ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｓとしたとき、（７）式より、
ｍｓ＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）＋Ｍ₂−Ｍ₁ （９）
となる。そして、（８）−（９）式より、
Ｃ＝ｍｓ／Ｍ₂｛（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１０）
が導き出される。（１０）式より、Ｍ₂は固定係数として、スパン係数をＳとすると、
Ｓ＝Ｃ・Ｍ₂＝ｍｓ／｛（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１１）
である。

図５は、質量ｍの被測定物をロボットハンド２に保持させた状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図５において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａとしたとき、（１１）式より、
ｍ＝Ｓ｛（Ｆｍ／Ｆａ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１２）
となる。

上記のように、質量測定装置１００の測定方式は、物品Ｑを移動させ、移動時の物品に作用する力を移動時の物品に作用する加速度で除算して物品Ｑの質量を算出する方式である。

（３）制御系
図６は、質量測定装置１００の制御系のブロック図である。図６において、制御部４０及び記憶部４９を含む制御回路５０には、力センサ１、ロボットハンド２、ロボットアーム３、加速度センサ４、入力部７及びディスプレイ８が電気的に接続されている。なお、力センサ１、ロボットハンド２、ロボットアーム３、及び加速度センサ４については、既に説明しているので、ここでは言及しない。

入力部７は、質量測定装置１００の始動前に、オペレータが力センサ１の定格や、被測定物の測定範囲などを入力するための機器であり、具体的には、キーボード、或いは、タッチパネルである。

ディスプレイ８は、質量測定装置１００の動作状況を逐次表示するための機器であり、力センサ１及び加速度センサ４の異常や、ロボットハンド２及びロボットアーム３の動作異常が発生したときには、エラー表示を行う。

記憶部４９は、質量測定装置１００に搭載可能な力センサ１の定格、及び被測定物の質量範囲ごとに設定された被測定物に作用させるべき適用加速度を予め記憶している。

例えば、質量測定装置１００が、物品Ｑが搬送される工程で、「ロボットハンド２によって物品Ｑを保持し、ロボットアーム３によって物品Ｑを梱包容器まで移動させ、その間に質量を測定し、物品Ｑを梱包容器に納める」という動作を行う場合、オペレータは質量測定装置１００の始動前に、物品Ｑの質量測定範囲（例えば、ｍ±０．５ｇ）を入力する。

記憶部４９は、予め質量ｍ程度の物品Ｑの質量を測定するときに物品Ｑに作用させるべき最適加速度を記憶している。制御部４０は、入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部４９から読み取り、ロボットアーム３を介して物品Ｑにその適用加速度を作用させ、そのときの力センサ１の出力を読み取る。なお、制御部４０としては、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイコン等が採用される。

図７は、力センサ１及び加速度センサ４によって検出された信号を処理する信号処理回路図である。図７において、力センサ１と加速度センサ４には、それぞれ増幅器３１ａ、３１ｂが接続されており、これらの増幅器３１ａ、３１ｂは、力センサ１及び加速度センサ４から入力された検出信号を増幅する。また、増幅器３１ａ、３１ｂには、それぞれＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂが接続されている。そのＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂには、それぞれローパスフィルタ３７ａ、３７ｂが接続されている。このローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、入力された検出信号から一定周波数以上のノイズ成分を除去する。また、ローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、制御部４０に接続されている。

制御部４０は、入力された検出信号に基づいて各種の処理を実行する。先ず、制御部４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に含まれるノイズ周波数成分をローパスフィルタ３７ａ、３７ｂにより除去する処理を行う。そして、そのノイズ周波数成分が除去された力センサ１の検出信号を除算器４１により加速度センサ４の検出信号で除算する処理を行い、その後、制御部４０は、減算器４３として機能することで、その除算結果を用いて式（１２）の演算を行い、質量ｍを算出する処理を行う。即ち、制御部４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。

（４）質量測定装置１００の動作
（４−１）感度方向の切換
上記のように構成された質量測定装置１００について、その動作例を以下で説明する。例えば、ある生産工程においてコンベアを流れる物品について、質量測定後に質量チェックを行い、ダンボール詰めするものとする。質量チェックでは、物品の質量が所定許容範囲内であるか否かを判定して、ＯＫ品はダンボール詰めを行い、ＮＧ品は不良品箱に入れるものとする。また本生産工程では複数種類の物品の処理を行っているものとする。

制御部４０は、搬送コンベアを流れる物品Ｑをロボットハンド２で保持する。次に制御部４０は、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに加速度が作用するように鉛直上方へ移動させる（コンベアから持ち上げる動作）。このとき、既に力センサ１および加速度センサ４の感度方向が鉛直になるように切り換えられている（図１の状態）ので、鉛直方向移動による物品Ｑに作用する力と加速度が検出される。なお、感度方向とは、ロードセルのような力に反応するセンサに対して、任意の力を様々な方向に作用させたとき、最もセンサ出力が大きくなる方向である。

制御部４０は、除算器４１により力センサ１の出力を加速度センサ４の出力で除算する処理を行う。その後、制御部４０は、減算器４３として機能することで、除算結果を用いて式（１２）の演算を行い、質量ｍを算出する。

続いて制御部４０は、物品Ｑを水平に移動させる（コンベヤの上方からダンボール箱の上方へ移動させる動作）。このとき、力センサ１および加速度センサ４の感度方向が移動方向に対して垂直となるので、力センサ１および加速度センサ４は、移動方向の力と加速度をほとんど検出しない。そこで、制御部４０はロボットアーム３を回転軸ＣＡまわりに９０°回転させて、力センサ１および加速度センサ４の感度方向が水平になるように切り換える。したがって、力センサ１の出力は物品Ｑに作用する水平方向の力であり、加速度センサ４の出力は物品Ｑに作用する水平方向の加速度であるので、上記質量測定方式で物品Ｑの質量ｍを算出することができる。

（４−２）質量チェックの処理
質量測定装置１００では、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向に１回以上切り換わるような移動パターンであっても、移動方向の切り換わりに応じて感度方向が切り換わることによって、始点から終点まで物品に作用する力および加速度を検出することができる。それゆえ、複数点における測定値の平均など検出誤差を小さくするための処理を行うことができる。もちろん、鉛直方向および水平方向のいずれか一方における質量算出結果を採用してもよい。

算出された物品Ｑの質量ｍが許容範囲内であれば、制御部４０は物品ＱをＯＫ品と判断する。その後、制御部４０はロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑをダンボール箱に箱詰めするように制御する。他方、算出された物品Ｑの質量ｍが許容範囲から外れていた場合、制御部４０は物品ＱをＮＧ品と判断する。その後、制御部４０はロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑを不良品箱まで運ぶ。

（５）特徴
（５−１）
質量測定装置１００では、ロボットアーム３は、ロボットハンド２を３次元的に移動させ、さらに回転軸ＣＡを中心にしてＣＷ方向およびＣＣＷ方向に回転させることもできるので、制御部４０はロボットアーム３を介して力センサ１及び加速度センサ４の感度方向を任意の方向に切り換えることができる。したがって、この質量測定装置１００を用いれば、生産の都合で物品の移動経路の変更を伴う工程切換があっても、実情に則した質量測定を行なうことができる。

（５−２）
質量測定装置１００では、制御部４０が、物品Ｑの移動パターンを予め記憶しており、移動パターンに応じて力センサ１および加速度センサ４の感度方向を決定するので、移動距離が最長となる方向へ感度方向が向くように制御することができる。

また、制御部４０は、力センサ１または加速度センサ４が所定の閾値以上の出力が得られるように力センサ１および加速度センサ４の感度方向を切り換えることもできる。

（５−３）
質量測定装置１００では、制御部４０が、物品Ｑの移動方向と、力センサ１及び加速度センサ４の感度方向とを一致させることができるので、物品Ｑの移動方向が始点から終点までの間に１回以上切り換わるような移動パターンであっても、移動方向の切り換わりに応じて感度方向が切り換わることによって、始点から終点まで物品に作用する力および加速度を検出することができる。それゆえ、複数点における測定値の平均など検出誤差を小さくするための処理を行うことができる。

（６）変形例
（６−１）第１変形例
図８は、第１変形例に係る質量測定装置２００の側面図である。図８において、質量測定装置２００は、力センサ２１と、ロボットハンド２２と、ロボットアーム２３と、加速度センサ２４とを備えている。力センサ２１及び加速度センサ２４は歪みゲージ式ロードセルであり、感度方向を傾けた姿勢で配置されている。さらに、質量測定装置２００では、ロボットハンド２２とロボットアーム２３との間に、平行の位置関係にない水平軸６１及び鉛直軸６２を含む切換機構６０を備えている。なお、切換機構６０は、水平軸６１及び鉛直軸６２それぞれを回転させるモータ（図示せず）をさらに含んでいる。

例えば、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向が水平方向に対して角度θ傾斜している場合、質量ｍの物品Ｑに鉛直方向の加速度ａが作用するとき、力センサ２１はｍ・（ｇ＋ａ）ｓｉｎθの力を検出し、加速度センサ２４は（ｇ＋ａ）ｓｉｎθの加速度を検出する。なお、ｇは重力加速度である。他方、質量ｍの物品Ｑに水平方向の加速度ａが作用するとき、力センサ２１はｍ・ａ・ｃｏｓθの力を検出し、加速度センサ２４はａ・ｃｏｓθの加速度を検出する。

以上のように、第１変形例に係る質量測定装置２００は、１個の力センサ２１及び１個の加速度センサ２４が鉛直方向と水平方向のいずれの方向に移動しても、そのときに物品Ｑに作用する力および加速度の感度方向成分を検出することができる。

また、力センサ２１及び加速度センサ２４は水平軸６１まわりに回転可能であるので、力センサ２１及び加速度センサ２４の傾斜角度θは任意に設定可能である。さらに、力センサ２１及び加速度センサ２４は任意の傾斜角度θで傾斜した状態のまま鉛直軸６２まわりにも回転可能であるので、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向は任意の方向に設定可能である。したがって、第１変形例に係る質量測定装置２００は、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向を物品Ｑの移動方向の変化に追従させることができる。

上記の通り、第１変形例に係る質量測定装置２００では、ロボットハンド２２とロボットアーム２３との間に、平行の位置関係にない水平軸６１及び鉛直軸６２を含む切換機構６０を備えているので、制御部４０は切換機構６０を介して、力センサ１及び加速度センサ４を水平軸６１および／または鉛直軸６２まわりに回転させて、力センサ１及び加速度センサ４の感度方向を切り換えることができる。

その結果、第１変形例に係る質量測定装置２００では、力センサ２１および加速度センサ２４を増設することなく、鉛直方向を含む互いに直交する３方向のいずれに対しても、力および加速度を測定することができる。

（６−２）第２変形例
図９Ａは、力センサ２１及び加速度センサ２４が所定姿勢をとる第２変形例に係る質量測定装置２５０の概略側面図である。また、図９Ｂは、力センサ２１及び加速度センサ２４が他の姿勢をとる第２変形例に係る質量測定装置２５０の概略側面図である。図９Ａ及び図９Ｂにおける質量測定装置２５０の構成は図８で示した第１変形例から鉛直軸６２まわりの回転機構を廃止した構成であり、その他の構成は第１変形例と同様である。つまり、質量測定装置２５０では、ロボットハンド２２とロボットアーム２２３との間に水平軸６１を含む切換機構６０を備えている。

図９Ａにおいて、質量測定装置２５０の力センサ２１及び加速度センサ２４は感度方向が鉛直方向となる姿勢をとっている。通常、物品Ｑの移動には鉛直移動が含まれているので、力センサ２１及び加速度センサ２４が反応する。また、物品Ｑの移動が３次元的傾斜方向であっても力センサ２１及び加速度センサ２４には鉛直方向の成分が出力される。

制御部４０は、ロボットハンド２２及びロボットアーム２２３を制御して物品Ｑを移動させるので、物品Ｑが鉛直方向を含む移動している期間、力センサ２１及び加速度センサ２４の出力に基づいて質量を算出することができる。

他方、図９Ｂにおいて、質量測定装置２５０の力センサ２１及び加速度センサ２４は感度方向が水平方向となる姿勢をとっている。なお、姿勢の変更は、力センサ２１及び加速度センサ２４が水平軸６１まわりに回転可能であるので、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向の傾斜角度は任意に設定可能である。

通常、物品Ｑの移動には水平移動が含まれているので、力センサ２１及び加速度センサ２４が反応する。また、物品Ｑの移動が３次元的傾斜方向であっても力センサ２１及び加速度センサ２４には水平方向の成分が出力される。

制御部４０は、ロボットハンド２２及びロボットアーム２２３を制御して物品Ｑを移動させるので、物品Ｑが水平方向を含む移動している期間、力センサ２１及び加速度センサ２４の出力に基づいて質量を算出することができる。

それゆえ、この第２変形例に係る質量測定装置２５０では、鉛直方向および水平方向のいずれの方向に対しても、力センサ２１及び加速度センサ２４を増設することなく力および加速度を測定することができる。

上記の通り、第２変形例に係る質量測定装置２５０では、切換機構６０が力センサ２１及び加速度センサ２４を水平軸６１まわりに回転させて、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向を切り換える。その結果、力センサ２１及び加速度センサ２４の感度方向が鉛直面上または水平面上の任意の方向へ向くように調節される。

以上にように、本願発明によれば、力センサ１及び加速度センサ４の感度方向を物品が移動する方向に向けで、移動する物品の質量を測定することができる。それゆえ、生産工程における物品の質量検査、物品の振り分けを行う産業用ロボットにも有用である。

１，２１ 力センサ（力測定部）
２，２２ ロボットハンド（保持機構）
３，２３，２２３ ロボットアーム（移動機構）
４，２４ 加速度センサ（加速度測定部）
４０ 制御部
６０ 切換機構
Ｑ 物品

特開平１０−３３９６６０号公報

Claims (6)

1. 物品を移動させ、その際に前記物品に作用する力および加速度から前記物品の質量を算出する質量測定装置であって、
   前記物品を保持する保持機構と、
   前記保持機構を移動させる移動機構と、
   前記保持機構と前記移動機構との間に設けられて、移動時の前記物品に作用する力を測定する力測定部と、
   移動時の前記物品に作用する加速度を測定する加速度測定部と、
   前記保持機構および前記移動機構を運転制御し、移動時の前記物品に作用する力および加速度に基づいて前記物品の質量を算出する制御部と、
   前記力測定部および前記加速度測定部の感度方向を切り換える切換機構と、
   を備える質量測定装置。
2. 前記制御部は、前記物品の移動パターンを予め記憶しており、前記移動パターンに応じて前記力測定部および前記加速度測定部の前記感度方向を決定する、
   請求項１に記載の質量測定装置。
3. 前記制御部は、前記力測定部または前記加速度測定部が所定の閾値以上の出力が得られるように前記力測定部および前記加速度測定部の前記感度方向を切り換える、
   請求項２に記載の質量測定装置。
4. 前記制御部は、前記移動パターンにおける前記物品の移動方向と、前記力測定部および前記加速度測定部の前記感度方向とを一致させる、
   請求項２に記載の質量測定装置。
5. 前記切換機構は、１つの回転軸を有し、前記力測定部および前記加速度測定部を前記回転軸まわりに回転させて、前記力測定部および前記加速度測定部の前記感度方向を切り換える、
   請求項１に記載の質量測定装置。
6. 前記切換機構は、平行の位置関係にない第１回転軸および第２回転軸を有し、前記力測定部および前記加速度測定部を前記第１回転軸および／または前記第２回転軸まわりに回転させて、前記力測定部および前記加速度測定部の前記感度方向を切り換える、
   請求項１に記載の質量測定装置。

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