JP5894477B2 - 組合せ計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、組合せ計量装置に関する。

従来、組合せ計量装置は、複数の物品収容部それぞれに被計量物を投入し、物品収容部毎に計量し、組合せることによって目標の組合せ質量となる物品収容部を選択してその組合せに参加させる構成であるものが多い。例えば、特許文献１（特開昭６３−３０７２５号公報）に開示されている組合せ計量装置では、被計量物は、分散フィーダを介して、各駆動フィーダに供給され、各駆動フィーダ からそれぞれ対応する計量ホッパ に供給される。組合せ制御手段は、ｎ個の計量ホッパ で得られた各計量値（被計量物の重量）を組合せることで、最適な計量ホッパ（被計量物）の組合せを選択する。つまり、計量ホッパ の計量値に基づいて、目標重量に最も近いか或いは等しい組合せが選定される。この選定された被計量物は、集合排出シュートを介して集合排出される。

しかしながら、上記のような組合せ計量装置は、計量ホッパ毎に計量器を有している必要があり、コスト増、重量増の要因であった。

また、特許文献２(特開２００８−２９２１９４号公報)に開示されている、ランク選別を行う組合せ計量装置では、物品の質量を１つの計量装置で計量し、計量済み物品を循環コンベアに備えられた複数のバケットに順次投入し、その複数のバケットに投入された物品の中から合計重量が所定許容範囲内となる物品の組合せを選択し、選択された物品を収納したバケットが当該組合せの排出先を通過する際に物品を排出する組合せ計量装置が採用されている。しかし、これも循環コンベアが必要となるため、非常に巨大な装置となり、大きなスペースを必要とする。加えて、このような組み合わせ計量装置では、排出した空のバケットに新たに物品を投入する際には、空のバケットを排出口から投入口まで搬送する必要があり、その搬送している間、当該バケットは組み合わせに参加できないため、無駄な時間が発生する。

さらに、一旦ホッパまたはバケットに入れた物品は組み合わせに参加するまで、排出できないため、例えば、組み合わせに参加できない不利な重量の物品をホッパまたはバケットに投入してしまうと、そのホッパまたはバケットは組み合わせに参加できないので組み合わせ母数が減少し、組み合わせ重量の精度が悪化する。

本発明の課題は、物品の質量をホッパ又はバケットに投入される前に測定することによって、計量器が撤去された複数のホッパ又はバケットから成る組合せ計量装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る組合せ計量装置は、物品の質量を測定し、測定済みの物品から、合計質量が所定許容範囲内に収まる組合せを決定し、組合された物品を排出する組合せ計量装置であって、物品が供給される物品供給部と、物品を一時的に収容する複数の物品収容部と、保持機構と、移動機構と、力測定部と、加速度測定部と、制御部とを備えている。保持機構は、物品供給部の物品を保持して移動し、物品収容部に物品を投入する。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、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、少なくとも保持機構および移動機構の動作を制御する。また、制御部は、物品供給部からの物品の移動中に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とともに、質量算出後の物品が投入される物品収容部を決定する。さらに、制御部は、物品収容部の位置とそこに投入された物品の質量とを記憶しておき、合計質量が所定許容範囲内に収まる物品の組合せを決定する。

この組合せ計量装置では、物品収容部に質量測定機能を持たせる必要がないので、物品収容部毎に計量器を備えた従来品に比べて低コストである。また、循環コンベアを使った組合せ計量装置では、物品を排出した空の物品収容部に新たに物品を投入する際には、空の物品収容部を排出口から投入口まで搬送する必要があるが、この組合せ計量装置では物品を移動させながら物品の質量を計測して、空になった物品収容部に物品を直接投入できるため、時間的なロスが少ない。

さらに、質量測定の結果から物品収容部への投入可否を判定することができるので、組合せに不利な質量の物品が入った物品収容部を作らない。

本発明の第２観点に係る組合せ計量装置は、第１観点に係る組合せ計量装置であって、複数の物品収容部が複数のグループに分けられている。制御部は、グループ毎に物品の組合せを行う。

この組合せ計量装置では、物品収容部に物品を投入する前に質量測定が完了するため、投入前に複数のグループ毎に組合せ計算を行うことによって、制御部は、最も精度の高い組合せ質量を達成したグループに物品を投入することができる。

また、サイズの小さいもの（軽いもの）だけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現するグループと、サイズの大きいもの（重いもの）だけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現するグループとに仕分けることができる。

本発明の第３観点に係る組合せ計量装置は、第１観点または第２観点に係る組合せ計量装置であって、物品収容部に排出機構が設けられている。

本発明の第４観点に係る組合せ計量装置は、第１観点または第２観点に係る組合せ計装置であって、保持機構と移動機構とにより、組合された物品を排出する。

本発明の第５観点に係る組合せ計量装置は、第１観点に係る組合せ計量装置であって、物品収容部から物品を取り出す第２保持機構と、第２保持機構を移動させる第２移動機構とをさらに備えている。

複数の物品収容部それぞれに排出機構を設けた場合、物品収容部が大型化し、物品収容部数の増大に伴って占有空間が大型化する。しかし、この組合せ計量装置では、第２保持機構及び第２移動機構が物品収容部から物品を取り出してくれるので、物品収容部は単純な形状（例えば、枡形）で十分機能する。

さらに、保持機構が届く範囲に多数の物品収容部を配置することができるので、物品収容部の配置の自由度が広がり、スペース効率が高まる。

本発明の第６観点に係る組合せ計量装置は、第５観点に係る組合せ計量装置であって、第２保持機構と第２移動機構との間に設けられ、移動時の物品に作用する力を測定する第２力測定部と、移動時の物品に作用する加速度を測定する第２加速度測定部とをさらに備えている。

この組合せ計量装置では、排出側の第２保持機構および第２移動機構によって質量測定ができるので、排出直前の質量チェックと排出後の質量チェックを行うことにより、排出が確実に行われたことを確認することができる。

本発明の第７観点に係る組合せ計量装置は、第４観点から第６観点のいずれか１つに係る組合せ計量装置であって、制御部が、物品をその質量に応じてランク付けし、ランク毎に物品の組合せを行う。

この組合せ計量装置では、例えば、サイズの小さい（軽い）ランクだけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現した組合せと、サイズの大きい（重い）ランクだけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現した組合せとを、別の場所に振り分けることができる。

本発明に係る組合せ計量装置では、物品収容部に質量測定機能を持たせる必要がないので、物品収容部毎に計量器を備えた従来品に比べて低コストである。また、この組合せ計量装置は、物品を移動させながら物品の質量を計測して、空になった物品収容部に物品を直接投入できるため、時間的なロスが少ない。

さらに、質量測定の結果から物品収容部への投入可否を判定することができるので、組合せに不利な質量の物品が入った物品収容部を作らない。

本発明の第１実施形態に係る組合せ計量装置の本体の概略平面図。 図１の組合せ計量装置の本体をばね−質量系で表わしたときの当該本体の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およ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およ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および加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。 組合せ計量装置の本体の制御系のブロック図。 組合せ計量装置の本体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実施形態に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図。 第２実施形態に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図。 第２実施形態の変形例に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図。

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。

＜第１実施形態＞
（１）組合せ計量装置の本体１００の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る組合せ計量装置の本体１００の概略平面図である。図１において、組合せ計量装置の本体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、エアー駆動またはモータ駆動によるフィンガータイプのチャック機構が採用される。なお、ロボットハンド２は、チャック機構に限定されるものではなく、エアー吸着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。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、力センサ１及び加速度センサ４は水平方向に移動する物品Ｑに作用する力と加速度を検出する。

（２）組合せ計量装置による質量測定の原理
図２は、図１の組合せ計量装置の本体１００をばね−質量系で表わしたときの当該本体１００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の自由端側の質量である。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、組合せ計量装置の本体１００の質量測定方式は、物品Ｑを移動させ、移動時の物品Ｑ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、組合せ計量装置の本体１００の制御系のブロック図である。図６において、制御部としてのコントローラ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、本体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、本体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、本体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、本体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をホッパ位置まで移動させ、その間に質量を測定し、物品Ｑをホッパに入れる」という動作を行う場合、オペレータは本体１００の始動前に、物品Ｑの質量測定範囲を入力する。

記憶部４９は、質量測定範囲内の物品Ｑ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予め記憶している。コントローラ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、コントローラ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、コントローラ４０に接続されている。

コントローラ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、コントローラ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、コントローラ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、コントローラ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）組合せ計量装置の動作
図８は、第１実施形態に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図である。図８において、工程ＦＡＬ１には、パレット２１１、第１ホッパ群２２１、第２ホッパ群２２２、及び組合せ計量装置の本体１００が据え付けられている。

パレット２１１は、質量が未だ測定されていない多量の物品Ｑが置かれた物品供給部である。第１ホッパ群２２１は、物品Ｑを収容するための物品収容部である１０個のホッパＡ１〜Ａ１０から成る。第２ホッパ群２２２は、物品Ｑを収容するための物品収容部である１０個のホッパＢ１〜Ｂ１０から成る。第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２の各ホッパには、排出機構が設けられている。

第１ホッパ群２２１と第２ホッパ群２２２とは、パレット２１１を挟むようにパレット２１１の両側に配置されている。また、組合せ計量装置の本体１００は、第１ホッパ群２２１と第２ホッパ群２２２との間で、パレット２１１と対面するように配置されている。

コントローラ４０は、パレット２１１に積載された物品Ｑをロボットハンド２に保持させて持ち上げさせる。さらに、コントローラ４０は、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに所定の適用加速度が作用するように移動させ、第１ホッパ群２２１又は第２ホッパ群２２２のいずれか一方に物品Ｑを運ばせる。説明の便宜上、第１ホッパ群２２１に運んでいる状態を想定する。

コントローラ４０は、物品Ｑを移動させている間に、物品Ｑに作用する力と加速度を検出し、その力を除算器４１により加速度で除算する処理を行い、その除算結果を用いて質量を算出する。

さらに、コントローラ４０は、質量算出済みの物品Ｑを第１ホッパ群２２１のホッパＡ１〜Ａ１０のうちの空のホッパにその物品Ｑを投入する。その際、記憶部４９は、投入された物品Ｑの質量と投入先のホッパ位置を記憶する。

物品Ｑを第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のいずれに運ぶかは、第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２の各ホッパの空き状態に応じてコントローラ４０が判断する。

上記のような動作によって、第１ホッパ群２２１および第２ホッパ群２２２の各ホッパに物品Ｑを投入していく。また、コントローラ４０は、オーバースケール、オーバーウエイトと判断したときは、ロボットハンド２が物品Ｑを掴み替えるように制御する。

また、コントローラ４０は、第１ホッパ群２２１（又は第２ホッパ群２２２）で得られるｎ個の測定値（物品Ｑの質量）を組み合わせて、合計質量が許容範囲内に収まる組合せを選択する。つまり、ホッパに投入された物品Ｑの質量に基づいて、合計質量が目標値に最も近いか或いは等しい組合せが選択される。コントローラ４０は、組合せに参加したホッパの排出機構を介してホッパ内の物品Ｑを排出する。各ホッパの鉛直下方には集合排出シュート（図示せず）が設けられているので、その集合排出シュートを介して集合排出される。

なお、多くの場合、組合せに参加して物品Ｑが排出されて空になるホッパ数は、第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のそれぞれで、３個又は４個になる。コントローラ４０は、第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のそれぞれで、空のホッパが残り１個又は２個になるまで、物品Ｑを空のホッパに投入する。コントローラ４０は、空のホッパに物品Ｑを投入する前に、ロボットハンド２で掴んでいる物品Ｑも含めて、第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のそれぞれで組合せの計算を行う。その後、コントローラ４０は、組合せ結果が有利になるように、第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のいずれかを選択し、物品Ｑを投入するホッパを決定する。組合せ結果が第１ホッパ群２２１及び第２ホッパ群２２２のいずれを選択しても許容範囲内に入らない場合は、ロボットハンド２が物品Ｑを掴み替えるように制御する。

上記の通り、この組合せ計量装置では、ホッパに秤を設ける必要がないので低コストである。また、ホッパに物品Ｑを投入する前に質量測定が完了するため、組合せ結果がより有利になるように、第１ホッパ群２２１および第２ホッパ群２２２のいずれか１グループを選択することができるので、精度が高くなるグループを選択することで精度向上が図られる。なお、ホッパ群は２グループに限定されるものではなく、３グループ以上であってもよい。

さらに、この組合せ計量装置では、ホッパへの投入を止めることができるので、組合せに不利な質量の物品が入ったホッパが作られることが回避される。

（５）特徴
（５−１）
組合せ計量装置では、物品Ｑが供給されるパレット２１１と、物品Ｑを一時的に収容する複数のホッパと、力センサ１と、ロボットハンド２と、ロボットアーム３と、加速度センサ４と、コントローラ４０とを備えている。各ホッパには、排出機構が設けられている。ロボットハンド２は、パレット２１１の物品Ｑを保持して移動し、ホッパに物品Ｑを投入する。ロボットアーム３は、ロボットハンド２を移動させる。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、移動時の物品Ｑに作用する力を測定する。加速度センサ４は、移動時の物品Ｑに作用する加速度を測定する。コントローラ４０は、パレット２１１からの物品Ｑの移動中に物品Ｑに作用する力および加速度に基づいて物品Ｑの質量を算出するとともに、質量算出後の物品Ｑが投入されるホッパを決定する。さらに、コントローラ４０は、ホッパの位置とそこに投入された物品Ｑの質量とを記憶しておき、合計質量が所定許容範囲内に収まる物品Ｑの組合せを決定する。この組合せ計量装置では、ホッパに質量測定機能を持たせる必要がないので、低コストである。また、この組合せ計量装置では物品Ｑを移動させながら物品Ｑの質量を計測して、空になったホッパに物品Ｑを直接投入できるため、時間的なロスが少ない。さらに、質量測定の結果からホッパへの投入可否を判定することができるので、組合せに不利な質量の物品が入ったホッパを作らない。

（５−２）
複数のホッパが第１ホッパ群２２１と第２ホッパ群２２２とに分けられているので、コントローラ４０は、ホッパ群毎に物品Ｑの組合せを行うことができる。ホッパに物品Ｑを投入する前に質量測定が完了するため、投入前にホッパ群毎に組合せ計算を行うことによって、コントローラ４０は、最も精度の高い組合せ質量を達成したホッパ群に物品Ｑを投入することができる。

（６）変形例
（６−１）第１変形例
第１実施形態では、複数のホッパが第１ホッパ群２２１と第２ホッパ群２２２とに分けられ、ホッパに物品Ｑを投入前にホッパ群毎に組合せ計算を行うことによって、コントローラ４０は、最も精度の高い組合せ質量を達成したホッパ群に物品Ｑを投入するように制御しているが、これに限定されるものではない。

例えば、サイズの小さいもの（軽いもの）だけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現する第１ホッパ群２２１と、サイズの大きいもの（重いもの）だけで所定許容範囲内の組合せ質量を実現する第２ホッパ群２２２とに仕分けることもできる。具体的には、パレット２１１に大きいサイズの農産物と小さいサイズの農産物が混ざって供給される場合、第１ホッパ群２２１で大きいサイズの農産物の組合せを行い、第２ホッパ群２２２で小さいサイズの農産物の組合せを行うことができる。

（６−２）第２変形例
第１実施形態ではホッパに排出機構が設けられているが、全ホッパの排出機構を廃止して、ロボットハンド２とロボットアーム３とにより、組合せに参加したホッパ内の物品Ｑを排出することも可能である。

＜第２実施形態＞
（１）組合せ計量装置の構成と動作
図９は、第２実施形態に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図である。図９において、工程ＦＡＬ２には、第１パレット３１１、第２パレット３１２、ホッパ群３２１、組合せ計量装置の第１本体１１０、及び第２本体１２０が据え付けられている。

第１パレット３１１は、質量が未だ測定されていない多量の物品Ｑが置かれた物品供給部である。第２パレット３１２は、組合せ品が荷積みされるところである。ホッパ群３２１は、物品を収容する３６個のホッパＡ１〜Ａ６，Ｂ１〜Ｂ６，Ｃ１〜Ｃ６，Ｄ１〜Ｄ６，Ｅ１〜Ｅ６，Ｆ１〜Ｆ６から成る。ホッパ群３２１の各ホッパには、排出機構が設けられていない。

第１パレット３１１と第２パレット３１２とは、ホッパ群３２１を挟むようにホッパ群３２１の両側に配置されている。また、組合せ計量装置の第１本体１１０が、第１パレット３１１とホッパ群３２１との間に配置されている。さらに、組合せ計量装置の第２本体１２０が、第２パレット３１２とホッパ群３２１との間に配置されている。

なお、第１本体１１０及び第２本体１２０の構成は第１実施形態の本体１００と同じであるが、ロボットハンドおよびロボットアームの符号のみ異ならせている。したがって、第１本体１１０は、第１ロボットハンド１２および第１ロボットアーム１３だけでなく、第１ロボットハンド１２および第１ロボットアーム１３の間に設けられ移動時の物品Ｑに作用する力を測定する力センサと、移動時の物品Ｑに作用する加速度を測定する加速度センサとを含んでいる。同様に、第２本体１２０は、第２保持機構としての第２ロボットハンド２２および第２移動機構としての第２ロボットアーム２３だけでなく、第２ロボットハンド２２および第２ロボットアーム２３の間に設けられ移動時の物品Ｑに作用する力を測定する力センサと、移動時の物品Ｑに作用する加速度を測定する加速度センサとを含んでいる。

コントローラ４０は、第１パレット３１１に積載された物品Ｑを第１ロボットハンド１２に保持させて持ち上げさせる。さらに、コントローラ４０は、第１ロボットアーム１３の動作を制御して、物品Ｑに所定の適用加速度が作用するように移動させ、ホッパ群３２１に物品Ｑを運ばせる。

コントローラ４０は、物品Ｑを移動させている間に、物品Ｑに作用する力と加速度を検出し、その力を除算器４１により加速度で除算する処理を行い、その除算結果を用いて質量を算出する。

さらに、コントローラ４０は、質量算出済みの物品Ｑをホッパ群３２１のホッパのうちの空のホッパにその物品Ｑを投入する。その際、記憶部４９は、投入された物品Ｑの質量と投入先のホッパ位置を記憶する。

上記のような動作によって、ホッパ群３２１の各ホッパに物品Ｑを投入していく。また、コントローラ４０は、オーバースケール、オーバーウエイトと判断したときは、第１ロボットハンド１２が物品Ｑを掴み替えるように制御する。

また、コントローラ４０は、ホッパ群３２１で得られるｎ個の測定値（物品Ｑの質量）を組み合わせて、合計質量が許容範囲内に収める組合せを選択する。つまり、ホッパに投入された物品Ｑの質量に基づいて、合計質量が目標値に最も近いか或いは等しい組合せが選択される。

コントローラ４０は、組合せに参加したホッパ内の物品Ｑを排出するため、第２本体１２０を制御し、組合せに参加したホッパ内の物品Ｑを第２ロボットハンド２２に掴ませ、第２ロボットアーム２３を駆動して第２パレット３１２へ運ぶ。なお、第２パレット３１２には多数の仕切られた区画があり、空いた区画に１つの組合せ分が運ばれる。

また、第２本体１２０の第２ロボットハンド２２及び第２ロボットアーム２３によって質量測定ができ、排出直前の質量チェックと排出後の質量チェックを行うことにより、排出が確実に行われたことを確認することができる。

上記のように３６個のデータから４個を選択する組合せは、コスト上昇はほとんどなく、組合せ数は、第１実施形態のような１０個のデータから４個を選ぶものと比べて圧倒的に多く、その分、精度が向上する。

また、ホッパは排出機構など必要とせず、単なる枡状容器で代用できるのでホッパの配置の自由度が広がり、スペース効率が向上する。

さらに、第１ロボットハンド１２及び第２ロボットハンド２２が届く範囲でホッパ数量を増設することが可能である。

（２）特徴
（２−１）
組合せ計量装置では、コントローラ４０がパレット２１１からの物品Ｑの移動中に物品Ｑに作用する力および加速度に基づいて物品Ｑの質量を算出するとともに、質量算出後の物品Ｑが投入されるホッパを決定する。さらに、コントローラ４０は、ホッパの位置とそこに投入された物品Ｑの質量とを記憶しておき、合計質量が所定許容範囲内に収まる物品Ｑの組合せを決定する。組合せに参加したホッパ内の物品Ｑは、第２ロボットハンド２２と第２ロボットアーム２３とによってホッパから排出される。この組合せ計量装置では、ホッパに質量測定機能を持たせる必要がないので、低コストである。また、この組合せ計量装置では物品Ｑを移動させながら物品Ｑの質量を計測して、空になったホッパに物品Ｑを直接投入できるため、時間的なロスが少ない。さらに、質量測定の結果からホッパへの投入可否を判定することができるので、組合せに不利な質量の物品が入ったホッパを作らない。

（２−２）
この組合せ計量装置では、第２ロボットハンド２２及び第２ロボットアーム２３がホッパから物品Ｑを取り出してくれるので、ホッパは単純な形状（例えば、枡形）で十分機能する。さらに、第１ロボットハンド１２及び第２ロボットハンド２２が届く範囲に多数のホッパを配置することができるので、ホッパの配置の自由度が広がり、スペース効率が高まる。

（２−３）
第２本体１２０は、第２ロボットハンド２２と第２ロボットアーム２３との間に設けられ、移動時の物品Ｑに作用する力を測定する第２力センサと、移動時の物品Ｑに作用する加速度を測定する第２加速度センサとを含んでいるので、第２ロボットハンド２２及び第２ロボットアーム２３によって質量測定ができ、排出直前の質量チェックと排出後の質量チェックを行うことにより、排出が確実に行われたことを確認することができる。

（３）変形例
図１０は、第２実施形態の変形例に係る組合せ計量装置が配置された工程の平面図である。図１０において、第２実施形態（図９参照）と異なるのは、第２パレット３１２が質量ランク別に３つのパレット３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃに分かれた点である。その他の構成は、第２実施形態と同様である。

コントローラ４０は、物品Qをその質量に応じてランク付けし、ランク毎に物品の組合せを行うことができる。例えば、サイズの小さい（軽い）ランクだけで所定許容範囲内の目標質量を実現した組合せを第１ランクとしてパレット３１２ａに振り分け、普通サイズのランクだけで所定許容範囲内の目標質量を実現した組合せを第２ランクとしてパレット３１２ｂに振り分け、サイズの大きい（重い）ランクだけで所定許容範囲内の目標質量を実現した組合せを第３ランクとしてパレット３１２ｃに振り分けることができる。

以上のように、組合せ計量装置の本体が物品の質量測定、物品の投入および排出を行うことができるので、産業用ロボットにも有用である。

１ 力センサ（力測定部）
２ ロボットハンド（保持機構）
３ ロボットアーム（移動機構）
４ 加速度センサ（加速度測定部）
４０ コントローラ（制御部）
１００ 組合せ計量装置の本体
Ｑ 物品
２１１，３１１ パレット （物品供給部）
Ａ１〜Ａ１０，Ｂ１〜Ｂ１０ ホッパ （物品収容部）
Ｃ１〜Ｃ６，Ｄ１〜Ｄ６，Ｅ１〜Ｅ６，Ｆ１〜Ｆ６ ホッパ （物品収容部）
２２ 第２ロボットハンド （第２保持機構）
２３ 第２ロボットアーム （第２移動機構）

特開昭６３−３０７２５号公報 特開２００８−２９２１９４号公報

Claims (7)

1. 物品の質量を測定し、測定済みの前記物品から、合計質量が所定許容範囲内に収まる組合せを決定し、組合された物品を排出する組合せ計量装置であって、
   前記物品が供給される物品供給部と、
   前記物品を一時的に収容する複数の物品収容部と、
   前記物品供給部の前記物品を保持して移動し、前記物品収容部に前記物品を投入する保持機構と、
   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、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、
   少なくとも前記保持機構および前記移動機構の動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記物品供給部からの前記物品の移動中に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とともに、質量算出後の前記物品が投入される前記物品収容部を決定し、
   さらに、前記制御部は、前記物品収容部の位置とそこに投入された前記物品の質量とを記憶しておき、合計質量が前記所定許容範囲内に収まる前記物品の組合せを決定する、
   組合せ計量装置。
2. 複数の前記物品収容部は複数のグループに分けられており、
   前記制御部は、前記グループ毎に前記物品の組合せを行う、
   請求項１に記載の組合せ計量装置。
3. 前記物品収容部に排出機構が設けられている、
   請求項１又は請求項２に記載の組合せ計量装置。
4. 前記保持機構と前記移動機構とにより、組合された前記物品を排出する、
   請求項1又は請求項２に記載の組合せ計量装置。
5. 前記物品収容部から前記物品を取り出す第２保持機構と、
   前記第２保持機構を移動させる第２移動機構と、
   をさらに備える、
   請求項１に記載の組合せ計量装置。
6. 前記第２保持機構と前記第２移動機構との間に設けられ、移動時の前記物品に作用する力を測定する第２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第２加速度測定部と、
   をさらに備える、
   請求項５に記載の組合せ計量装置。
7. 前記制御部は、前記物品をその質量に応じてランク付けし、前記ランク毎に前記物品の組合せを行う、
   請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の組合せ計量装置。

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