JP2013185846A - 質量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量測定装置100は、物品Qを移動させ、その際に物品Qに作用する力および加速度から物品Qの質量mを算出するため、物品Qを保持する吸着部2と、吸着部2を移動させるロボットアーム3と、移動時の物品Qに作用する力を測定する力センサ1と、移動時の物品Qに作用する加速度を把握する加速度センサ4と、吸着部2およびロボットアーム3を運転制御し、力センサ1の測定結果を示す力測定データ及び加速度センサ4の把握した加速度データに基づいて物品Qの質量を算出する制御部40と、を備えている。そして、物品Qの質量mの算出では、力測定データの極値及び加速度データの極値の少なくとも1つが用いられる。
【選択図】図7
Description
(1−1)駆動系
図1は、本発明の一実施形態に係る質量測定装置100の概略構成図であって、特に質量測定装置100の駆動系を表している。図1において、質量測定装置100は、駆動系の構成要素として、力センサ1(力測定部に相当)と、吸着部2(保持機構に相当)と、ロボットアーム3(移動機構に相当)と、加速度センサ4(加速度把握部に相当)とを備えている。
図2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って、特に、質量測定装置100の制御系を表している。図2において、質量測定装置100は、更に制御系の構成要素として、増幅器31a,31b、ローパスフィルタ32a,32b、A/D変換器33a,33b、及び制御部40を備えている。
図3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。
(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。
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。
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。
m=S{(Fm/Fa)−(Fmz/Faz)} (12)
となる。
図7は、位相のずれが生じている場合の、力センサ1及び加速度センサ4それぞれの測定データを表している。なお、図7の縦軸は、力測定データの値が示す物品Qに作用する力もしくは加速度データの値が示す物品Qの加速度を表し、横軸は、時間を表す。
(4−1)
本実施形態に係る質量測定装置100は、物品Qの質量mを算出する際、加速度データの極値及び力測定データの極値の少なくとも1つを用いる。力センサ1や加速度センサ4の測定データが極値を採る時は、該データの経時的変位量が最も小さくなる。従って、力センサ1や加速度センサ4の測定データの極値を物品Qの質量mの算出に用いることによって、各センサ1,4の周波数特性による位相のずれの影響をあまり受けていない物品Qの質量mが算出されることとなり、その結果計量精度が高まる。
特に、図7に示すように、力測定データ及び加速度データは、互いに異なる時刻に極値となるが、本実施形態に係る制御部40は、物品Qの質量mの算出において、力測定データにおける極値と加速度データにおける極値との両方を用いている。これにより、より精度の高い物品Qの質量mの算出が可能となる。
(5−1)変形例A
上記実施形態では、物品Qの質量mの算出にあたり、力センサ1の力測定データの極値及び加速度センサ4の加速度データの極値の両方が用いられる場合について説明した。しかし、物品Qの質量mの算出に用いられる力測定データ及び加速度データは、いずれか一方が極値であってもよい。
上記実施形態及び上記変形例Aにおいて、更に、制御部40は、極値を含む一定閾値内にある複数の力測定データ及び加速度データについて重み付け平均を行い、その結果を上記の質量測定の原理にて説明した物品Qの質量mの算出にて用いても良い。
上記実施形態では、質量測定装置100が、移動する物品Qの加速度を把握するための機器として、「加速度センサ4」を備えていると説明した。しかし、移動する物品Qの加速度は、実際に加速度センサ4によって検出されるのではなく、例えばロボットアーム3に出力される駆動指令から把握されてもよい。この場合、質量測定装置100は、加速度センサ4を備えなくとも良いが、物品Qの質量mの算出にあたり、力センサ1の力測定データの極値と、該駆動指令から把握した加速度を用いることとなる。
2 吸着部(保持機構)
3 ロボットアーム(移動機構)
4 加速度センサ(加速度把握部)
40 制御部
Q 物品(被計量物)
Claims (4)
- 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把握する加速度把握部と、
前記保持機構および前記移動機構を運転制御し、前記力測定部の測定結果を示す力測定データ及び前記加速度把握部の把握した加速度データに基づいて前記物品の質量を算出する制御部と、
を備え、
前記物品の質量の算出では、前記力測定データの極値及び前記加速度データの極値の少なくとも1つが用いられる、
質量測定装置。 - 前記力測定データが極値を採る時刻は、前記加速度データが極値を採る時刻とずれており、
前記物品の質量の算出では、前記力測定データの極値及び前記加速度データの極値の両方が用いられる、
請求項1に記載の質量測定装置。 - 前記力測定データが極値を採る時刻は、前記加速度データが極値を採る時刻とずれており、
前記物品の質量の算出にて前記力測定データの極値が用いられる場合、該力測定データが極値を採る時刻での前記加速度データの値が、更に前記物品の質量の算出にて用いられ、
前記物品の質量の算出にて前記加速度データの極値が用いられる場合、該加速度データが極値を採る時刻での前記力測定データの値が、更に前記物品の質量の算出にて用いられる、
請求項1に記載の質量測定装置。 - 前記制御部は、
前記力測定データのうち、該データの極値を含む第1所定範囲内に該当する第1データを抽出し、
前記加速度データのうち、該データの極値を含む第2所定範囲内に該当する第2データを抽出し、
抽出した前記第1データ及び前記第2データを対象とする重み付け平均を計算し、その結果を前記物品の質量の算出に用いる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の質量測定装置。
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