JP6513357B2 - 質量計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、物品の速度が変化している間にその物品の質量を検出する質量計測装置に関する。
ばね秤や電子秤では、重力加速度以外の加速度の影響を排除するため、物品を静止させた状態でその質量を測定することを前提としている。しかし、最近では、ロボットハンドで物品を持ち上げて移動させる機会が増え、それに伴い、物品を持ち上げた際に、その質量を検出して、後処理に利用したいという要求がある。
この要求に応えるために、本件出願人は、下記特許文献に開示されるような一連の質量測定装置を開発してきた。この質量測定装置は、物品の速度が変化する間に、その物品に作用する力と加速度から物品の質量を測定しようとするものである。
この質量測定装置１０の基本構成は、図１に示すように、物品Qに作用する力を検出する力センサ１と、物品Ｑを把持するロボットハンド２と、物品Ｑを加速しながら移動させるロボットアーム３と、物品Ｑに作用する加速度を検出する加速度センサ４とを備える。
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、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。こうした構成の質量測定装置１０をばね−質量系で表すと、図２のような、２自由度モデルで表すことができる。
このモデルに基づいて、加速中に物品の質量を測定する原理について以下に説明する。
図２において、ｍは物品Ｑの質量、Ｍ1は力センサ１の質量、Ｍ
2は加速度センサ４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の変位量である。
これらの変位量は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸に分解して計算すべきであるが、何れの軸で計算しても、結果は同じになるので、ここでは、合成した変位量で表している。
このモデルにおいて、物品Ｑに加速度が作用する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
の出力であるが、これらの出力は、質量との関連付けがなされていないから、ロボットハンド２が何も持たずに加速したときの各センサの出力を零点として求め、次に質量が既知である分銅をロボットハンド２に持たせて加速したときのこれらの出力からスパン係数を求めておく必要がある。
図３は、零点を求めるために、ロボットハンド２を無負荷状態で上下に加速させたときの力センサ１と加速度センサ４の各出力データの変化を示したグラフである。この図において、力センサ１の出力データのピーク値をＦｍｚ、加速度センサ４の出力データのピーク値をＦａｚとしたとき、（７）式より、
０＝Ｍ2・Ｃ・（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）＋Ｍ2−Ｍ1 （８）
となる。但し、Fａｚは０でない場合を想定し、Ｃは換算係数としている。
図４は、質量ｍｓの分銅をロボットハンド２に持たせて上下に加速させたときの力センサ１と加速度センサ４の各出力データの変化を示したグラフである。この図において、力センサ１の出力データのピーク値をＦｍｓ、加速度センサ４の出力データのピーク値を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。また、（１０）式より、Ｍ2は定数であるからスパン係数をＳと置くと、
Ｓ＝Ｃ・Ｍ2＝ｍｓ／｛（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１１）
となる。
図５は、質量ｍの物品Ｑをロボットハンド２に持たせて上下に加速させたときの力センサ１と加速度センサ４の各出力データの変化を示したグラフである。この図において、力センサ１の出力データのピーク値をＦｍ、加速度センサ４の出力データのピーク値をＦａとしたとき、（１１）式より、
ｍ＝Ｓ｛（Ｆｍ／Ｆａ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝ （１２）
となる。したがって、スパン係数Ｓと無負荷時の力センサ１の出力（Ｆｍｚ）と、加速度センサ４の出力（Ｆａｚ）を求めて、ロボットハンド２が物品Ｑを加速させているときの力センサ１の出力（Ｆｍ）と、加速度センサ４の出力（Ｆａ）とを検出すれば、その物品Ｑの質量ｍを測定することができる。
ここで、各センサの出力データのピーク値を採用しているのは、力センサと加速度センサの周波数特性に差があり、それに起因して各出力データに位相のズレが生じるから、その影響を最小限に抑えるための措置である。
特開２０１３−０７９９３１号公報 特開２０１３−１７４５０３号公報 特開２０１３−１７４５７０号公報 特開２０１３−１８５８４６号公報 特開２０１３−１８５８４７号公報 特開２０１３−１８５８４８号公報 特開２０１３−１９５２００号公報
前述のように（１２）式を用いれば、加速中でも物品の質量を求めることができる。
ところが、この（１２）式は、２自由度モデルに基づいて導き出したものであるから、ロボットハンドに振動が加わる場合、例えば、袋詰め商品や瓶詰め商品をロボットハンドで運ぶときは、内容物が動くために新たな振動が加わり、それによって測定値に誤差が生ずる。また、ロボットハンドの把持機構の種類によっても測定値に誤差が生ずる。例えば、負圧を作用させた蛇腹状の吸着パッドで物品を掴むときは、加速中に吸着パッドが伸縮して振動するため、その影響で測定値に誤差が生ずる。
さらに、ロボットハンドの動作モードによっても測定値に誤差が生ずる。例えば、２点間を直線的に動かす場合と、円弧状に動かす（遠心力を働かせる）場合においても、測定値に誤差が生じる。
本発明は、こうしたロボットアームに組み込まれた質量測定装置に特有な問題を解決せんとするもので、ロボットアームの物品把持機構や動作モードに違いがあっても、あるいは、物品の種類に違いがあっても、測定誤差を最小限に抑えることのできる新たな質量測定装置を提供することを課題とする。
第１発明は、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、
質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
前記測定対象の物品の種類に対応させて記憶した第１テーブルと、
測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
前記第１テーブルから、
指定された測定対象の物品の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
を読み出す第１読出手段と、
読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、物品の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
ロボットハンドで物品を持ち上げるとき、物品が袋詰め商品や瓶詰め商品であれば、内容物が移動してロボットハンドに振動が加わり、それによって各センサの出力に誤差が生ずる。そうした誤差を抑えるために、ここでは、各センサの出力に誤差を生じさせるような物品を「種類の異なる」物品として位置づけ、そうした種類の異なる物品毎にスパン係数を求めるための基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を取得する。そして、物品の種類が指定されると、指定された種類の物品に対応する基礎データを読み出してスパン係数を算出し、そのスパン係数に基づいて、指定された種類の未知質量の物品について、その質量を求めるのである。
この場合において、把持機構によって把持される物品が袋詰め商品や瓶詰め商品のように、移動中に振動して各センサの出力に誤差を生じさせるものは、第１物品と第２物品を同一種類の物品とするのが好ましいが、そうでない場合は、同一種類の物品でなくても良い。また、質量がゼロの物品であっても良い。質量がゼロの物品とは、物品を把持させない場合に相当するから「質量ゼロの第１物品を把持したとき」とは、把持機構に物品を何も把持させずに、無負荷状態で把持機構を動かして、各センサから第１出力を出力させることを意味する。
また、質量のある第１物品を使用するときは、把持機構に基準質量ｍ１の第１物品を把持させて加速させたときの各センサの第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）を記憶し、次に既知質量ｍ２の第２物品を把持させて加速させたときの各センサの第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を記憶し、それらの出力と各質量の差（ｍ２−ｍ１）＝ｍｓから、前述の（１１）式からスパン係数Ｓを求める。
具体的には、例えば、測定しようとする同一種類の物品を２個用意し、それらの質量を精密天秤で事前に測定しておく。次に、質量が既知となった一方の物品を第１物品とし、両方の物品を合わせたものを第２物品とする。そして、まず、第１物品を把持機構に把持させて第１出力を求め、次に、両方の物品を把持機構に把持させて第２出力を求める。求めた１回目と２回目の負荷質量の差ｍｓは、他方の物品の質量となるから、その他方の物品の質量でもって前述の（１１）式からスパン係数Ｓを求めるのである。
上記第１発明は、物品の種類が指定される度に、その種類に対応する物品の基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を各記憶手段から読み出してスパン係数を算出するものであったが、これに代えて、物品の種類に対応させたスパン係数を予め記憶しておき、物品の種類が指定されると、その種類に対応するスパン係数を読み出すようにしても良い。その際、未知質量の物品の質量を求めるときは、前記（１２）式から第１物品を測定したときの第１出力の比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）が必要となるから、これを所謂零点としてスパン係数とともに記憶し、これをスパン係数とともに読み出すようにしても良い。
第２発明は、そうしたスパン係数や第1出力の比を予め記憶したもので、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、物品の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、
前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、
前記測定対象の物品の種類に対応させて記憶した第１スパン係数テーブルと、
測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
指定された測定対象の物品の種類に対応するスパン係数を、質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第１スパン係数テーブルから読み出す第２読出手段と、
読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
この場合も、物品によって出力に誤差を生じさせるときは、第１物品と第２物品を同一種類の物品を使ってスパン係数を求めておく。そうでない場合は、基準分銅を使ってスパン係数を求めも良い。また、質量ゼロの物品とは、前述のように把持機構に物品を何も把持させずに、無負荷状態で把持機構を移動させて、各センサから第１出力を出力させることを意味する。
この第２発明では、物品の種類に対応させた基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）から種類別のスパン係数と第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を求め、求めたスパン係数や第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を物品の種類に対応させてスパン係数テーブルに記憶させておく。そして、物品が指定されれば、指定された物品に対応するスパン係数と第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とをスパン係数テーブルから読み出して、物品の質量算出に利用するのである。これにより、短時間で物品の質量を算出することができる。
以上の第１、第２発明は、一種類の把持機構でもって複数種類の物品を扱うものであったが、把持機構の種類が変わると、各センサが受ける振動特性が変わることがある。例えば、把持機構には、複数本のフィンガーで物品を把持するタイプや、負圧を作用させた蛇腹状の吸着パッドで物品を把持するタイプ等がある。前者のフィンガータイプで物品を把持する場合は、把持機構自体の振動を考慮することはないが、後者の吸着パッドで物品を把持する場合は、加速中に吸着パッドが伸縮するため、それによる振動によって各センサの出力に誤差が生ずるおそれがある。また、その振動は吸着パッドの吸引力や吸着位置、吸着される物品の質量等によっても変化する。
そこで、第３発明は、複数種類の把持機構でもって一種類の物品を扱うようにした質量測定装置であって、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、
質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
前記把持機構の種類に対応させて記憶した第２テーブルと、
使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
前記第２テーブルから、
指定された把持機構の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
指定された把持機構の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
を読み出す第３読出手段と、
読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、使用する把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
この第３発明は、種類の異なる複数の把持機構の中から１つの把持機構を選んで一種類の物品を把持するものであるから、内容物が動く袋詰め商品の場合は、前述と同様に、同一種類の既知質量の物品を２個用意し、一方を第１物品、両方を合わせたものを第２物品として、種類の異なる把持機構別に第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）と第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）をそれぞれ求めて記憶しておく。そして、種類の違う把持機構に取り替えられると、新たに装着された把持機構に対応する基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出してスパン係数を算出し、そのスパン係数を用いて未知質量の物品の質量を算出するのである。
把持機構の種類には、例えば、フィンガータイプやエアー吸着タイプ等があるが、ここでいう「種類の異なる把持機構」には、各センサの出力が変化するような把持機構を意味する。したがって、例えば、吸着パッドの数や吸引力が異なることによって、各センサの出力が変化するようなものは、ここでいう「種類の異なる把持機構」に含める。
以上の第３発明は、把持機構を種類の異なるものと交換すると、新たに装着された把持機構に対応する基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出してスパン係数を算出するものであるが、これに代えて、把持機構の種類に対応させたスパン係数と第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を予め記憶しておき、把持機構の種類が指定されると、その種類に対応するスパン係数と第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を読み出すようにしても良い。
次の第４発明は、そうしたスパン係数等を予め記憶したもので、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、使用する把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、
前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、
前記把持機構の種類に対応させて記憶した第２スパン係数テーブルと、
使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
指定された把持機構の種類に対応するスパン係数を、指定された把持機構の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第２スパン係数テーブルから読み出す第４読出手段と、
読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
第５発明は、種類の異なる把持機構が複数あり、その中の一つの把持機構で種類の異なる複数の物品を扱うようにした質量測定装置であって、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、
質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
前記測定対象の物品の種類及び使用される前記把持機構の種類に対応させて記憶した第３テーブルと、
測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
前記第３テーブルから、
指定された測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
を読み出す第５読出手段と、
読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、物品の種類及び把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
この第５発明は、装着された把持機構や物品の種類が変わる度に、新たに装着された把持機構と物品の種類に対応する基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出してスパン係数を算出するものであるが、これに代えて、把持機構の種類や物品の種類に対応させたスパン係数と第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を予め記憶しておき、把持機構と物品の種類が指定されると、それらの種類に対応するスパン係数と第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を読み出すようにしても良い。
次の第６発明は、そうしたスパン係数等を予め記憶したもので、
物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
前記物品を把持する把持機構と、
前記把持機構を移動させる移動機構と、
前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、物品の種類及び把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応させて記憶した第３スパン係数テーブルと、
測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
指定された測定対象の物品の種類と使用される前記把持機構の種類と、に対応するスパン係数を、質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類、及び、使用される前記把持機構の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第３スパン係数テーブルから読み出す第６読出手段と、
読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
以上の第５、６発明は、種類の異なる把持機構で種類の異なる物品を把持するものであるが、同じ把持機構で同じ物品を把持する場合でも、把持機構の動作モードが異なると、各センサの出力に誤差が生ずることがある。例えば、スパン係数を求めるための基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を得るときの動作と、把持機構を実際に動かしながら物品の質量を測定するときの動作とが異なる場合、例えば、物品を把持して移動させるときに、これまでとは違う動作によって新たな加速度や遠心力が加わると、それに起因して各センサの出力が変化し、ときには各出力に誤差を生ずることがある。そのため、物品を把持するときの動作モードと同じ動作モードで基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を取得する必要がある。
第７発明は、そうした要求に応えることができる質量測定装置であって、第１発明から第６発明の構成に加えて、さらに、前記各センサから、第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）を取得したときの前記移動機構の動作モードと、速度を変更しながら未知質量の物品質量を測定するときの動作モードとが異なるときは、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量、既知質量）を後者の動作モードの下で取り直すことを警告する警告手段を設けたことを特徴とする。
運転に際しては、まず基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量、既知質量）を取得してから通常運転に移行するが、その際、基礎データを取得したときの動作モードが切り替えられると、警告手段は、基礎データの取り直しを促す警告メッセージを表示する。そして、新たな動作モードの下で、基礎データが取得されると、その基礎データと新たな動作モードとを対応させて記憶しておけば、新たな動作モードに切り替えられても、基礎データを取り直す必要がなくなる。
第８発明は、そうした対応ができる質量測定装置であって、第７発明の構成に加えて、移動機構に設定された動作モードと、その動作モードの下で作成された各テーブルとを対応させて記憶した第４テーブルをさらに備えたことを特徴とする。
これにより、移動機構の動作モードが変更されても、その動作モードに対応した基礎データが第４テーブルから読み出されて設定されるから、測定誤差をより少なくすることができる。
本発明によれば、種類の異なる種々の把持機構で、種類の異なる種々の物品を把持する場合でも、さらには、物品を移動させるときの動作モードに違いがあっても、各センサによる測定誤差を最小限に抑えることができる。
本発明に係る質量測定装置の測定原理を説明するための概略構成図。 図１の質量測定装置をばね−質量系で表した２自由度モデルを表す図。 把持機構に何も把持させないときの各センサの出力を示すグラフ。 既知分銅を把持機構に把持させたときの各センサの出力を示すグラフ。 質量ｍの物品を把持機構に把持させたときの各センサの出力を示すグラフ。 本発明の一実施形態に係る質量測定装置の概略構成図。 上記実施形態で使用する把持機構の他の一例を示す概略構成図。 上記実施形態の構成ブロック図。 各センサの出力信号を処理する信号処理回路の概略構成図。 第１実施形態の構成ブロック図。 第１テーブルの一例を示す表。 第２実施形態の構成ブロック図。 第１スパン係数テーブルの一例を示す表。 第３実施形態の構成ブロック図。 第２テーブルの一例を示す表。 第４実施形態の構成ブロック図。 第２スパン係数テーブルの一例を示す表。 第５実施形態の構成ブロック図。 第３テーブルの一例を示す表。 第６実施形態の構成ブロック図。 第３スパン係数テーブルの一例を示す表。 第７実施形態の構成ブロック図。 第８実施形態の構成ブロック図。 動作モード別に各テーブル内容を記憶した第４テーブルの一例を示す図。
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、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
（１）質量測定装置の基本構成
図６は、本発明の一実施形態に係る質量測定装置１００の概略構成図を示す。この図において、質量測定装置１００は、ロボットアームとしての移動機構１１と、移動中の物品Qに作用する力を検出する力センサ２１と、物品Ｑに作用する加速度を検出する加速度センサ２２と、物品Ｑを把持する把持機構２３とを備えている。
移動機構１１は、把持機構２３を３次元的に移動させるロボットアームであり、その先端ベース部１２には、力センサ２１の一端が固定されている。この移動機構１１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。
力センサ２１には、例えば、歪みゲージ式ロードセルが採用される。歪ゲージ式ロードセルは、物品Ｑの負荷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負荷される力を検出する。また、加速度センサ２２と把持機構２３とが力センサ２１の自由端側に設けられている。
加速度センサ２２としては、例えば、歪みゲージ式ロードセルの他、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。
把持機構２３は、物品Ｑを把持するロボットハンドである。図６の把持機構２３は、フィンガータイプの一例を示すが、これに代えて、図７に示すような負圧で物品Ｑを吸着保持するエアー吸着タイプを使用することができる。図６のフィンガータイプは、物品Ｑが固形物である場合に適し、図７のエアー吸着タイプは、例えば、袋詰め商品のように、形状が一定しない場合に適する。
図７は、エアー吸着タイプの概略構成図を示したものである。このタイプは、アルミニウム製の箱Ｂにシリコンゴム製の蛇腹状の吸着パッドＰを取り付けて、吸着パッドＰと箱Ｂ内とを連通させたものである。このアルミニウム製の箱Ｂ内を負圧に保持することにより、各吸着パッドＰで物品Ｑを吸着保持する。また、多数の吸着パッドＰで複数の物品Ｑを同時に把持する場合もあるので、吸着パッドの数、形状、配置等は、物品Ｑの種類に応じて適宜変更される。したがって、物品Ｑの種類に応じて把持機構２３も複数種類用意され、これらを物品Ｑの種類に応じて使い分けている。
（２）制御系の基本構成
図８は、質量測定装置１００の制御系のブロック図である。図８において、制御部４０
及び記憶部３０を有する制御基板５０には、移動機構１１、把持機構２３、力センサ２１、加速度センサ２２、入力部２４及び表示部２５が電気的に接続されている。
入力部２４は、運転開始前にオペレータが移動機構１１の動作モードや、質量測定装置１００に、前記基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量、既知質量）を設定するための機器である。さらに、測定対象となった物品Ｑの種類やそれを把持する把持機構２３の種類を指定する機器にもなる。具体的には、キーボードやタッチパネルで構成される。
表示部２５は、質量測定装置１００の動作状況や、前記基礎データを設定するときの操作ガイドを表示する機器である。また、運転時の動作モードとスパン係数を求めるときの動作モードとが相違する場合は、測定誤差を無くすため、エラー表示を行うこともある。
記憶部３０は、質量測定装置１００としての前述の基礎データやスパン係数を物品Ｑや把持機構２３の種類に応じて記憶するもので、後述の各種のテーブルが記憶されている。
また、この記憶部３０には、把持機構２３をどのように動かすかの移動機構１１の動作モードも記憶されている。例えば、「把持機構２３によって物品Ｑを吸着保持し、移動機構１１によって物品Ｑを吸着位置から梱包位置まで移動させ、その間に質量を測定し、続いて物品Ｑを梱包容器に納める」という一連の動作を行わせる場合、吸着位置から梱包位置までは、規定値の８０％能力で動作させ、梱包容器に収める工程では、５０％能力で動作させるというような、ロボットに特有の動作モードが記憶されている。
制御部４０は、記憶された動作モードに基づいて把持機構２３を移動させるが、それと同期して力センサ２１と加速度センサ２２の出力を逐次読み取り、各センサ２１、２２の出力の最大値を確定していく。この制御部４０は、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイクロコンピュータ等で構成され、記憶部３０に記憶された各種プログラムを実行することにより、後述の読出手段、スパン係数算出手段、演算手段等の機能を実行する。
図９は、力センサ２１及び加速度センサ２２の検出信号を処理する信号処理回路図の一例を示したものである。図９において、力センサ２１と加速度センサ２２には、それぞれ増幅器２６ａ、２６ｂを介してＡ／Ｄ変換器２７ａ、２７ｂがそれぞれ接続されている。Ａ／Ｄ変換器２７ａ、２７ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、それを制御部４０に入力する。
制御部４０は、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）において、入力された検出信号に基づいてフィルタリング処理を実行する。例えば、力センサ２１及び加速度センサ２２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により除去する。続いて、そのノイズ周波数成分が除去された力センサ２１の検出信号を加速度センサ４の検出信号で除算する処理を行い、その除算結果から風袋質量を減算して質量ｍを算出する。
なお、風袋質量とは、力センサ２１に負荷される風袋質量と把持機構２３の質量と加速度センサ２２の質量との和である。
＜第１実施形態＞
図１０は、第１実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図１１に示すような第１テーブル３１が記憶されている。この第１テーブル３１は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量ｍ１の第１物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が既知質量（ｍ２）の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）を、前記第２物品の種類に対応させて記憶したものである。
フィンガータイプの把持機構２３が固形物を把持するときは、第１物品の質量が零、すなわち、第１物品を把持せずに第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）を求めても良いが、エアー吸着タイプの把持機構２３で袋詰め商品を把持するときは、測定対象となる物品Ｑを第１物品として使用し、同じ種類の複数の物品Ｑを第２物品しても使用するが、特に移動中に物品自体が振動するようなもの、例えば、袋詰め商品や瓶詰め商品の場合は、種類毎に第２物品の第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を求めて記憶しておく。
これらの基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を記憶させるときは、質量測定装置１００を設定モードに切り替え、その状態で、まず、物品の種類を入力する。例えば、商品名とか商品番号等を入力部２４から入力して特定する。次に、第１物品の基準質量ｍ１と、第２物品の既知質量ｍ２を入力部２４から入力して、これらの質量ｍ１、ｍ２を第１テーブル３１に記憶させる。
なお、これらの質量ｍ１、ｍ２は、予め精密天秤で測定したものである。
次に、把持機構２３に基準質量（ゼロ又はｍ１）の第１物品を把持させて移動させ、そのときの各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ）を記憶する。続いて、第１物品を少なくとも２個集めた第２物品を把持させて移動させ、そのときの各センサの第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を記憶する。これにより、前述の基礎データは、第１テーブル３１に記憶される。
こうした設定操作は、表示部２５に表示される操作ガイドにしたがって操作する。そうすれば、自動的に第１テーブル３１にデータが記録されるようにプログラムされている。
物品指定手段２８は、第２物品の種類を指定するもので、入力部２４に設けられ、それを操作して第２物品の種類を指定すれば、第１読出手段４１が指定された種類の第２物品の質量ｍ２とその第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、前記第１物品の基準質量ｍ１とその第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）を前記第１テーブル３１から読み出す。
スパン係数算出手段４２は、読み出された基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量ｍ１、既知質量ｍ２）を前記（１１）式に代入してスパン係数Ｓを算出する。
演算手段４３は、算出されたスパン係数Ｓと、第１テーブル３１から読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）並びに物品Ｑを把持して移動させているときに入力した各センサ２１、２２の出力（Ｆｍ、Ｆａ）とに基づいて、その物品Ｑの質量ｍを算出する。算出された質量ｍは、表示部２５に表示されるとともに、後工程に利用される。例えば、測定質量ｍが基準値より少なければ、その物品Ｑを軽量品として仕分けるのに利用される。
＜第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図１３に示すような第１スパン係数テーブル３２が記憶されている。この第１スパン係数テーブル３２は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量ｍ１の第１物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が既知質量（ｍ２）の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）とに基づいて算出したスパン係数Ｓを、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第２物品の種類に対応させて記憶したものである。
第１実施形態では、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出す都度、スパン係数Ｓと第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を算出したが、第２実施形態では、それを事前に求めて記憶した点に違いがある。したがって、物品指定手段２８で第２物品の種類が指定されると、第２読出手段４４は、指定された種類の第２物品のスパン係数Ｓと第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とを第１スパン係数テーブル３２から読み出す。
演算手段４３は、読み出されたスパン係数Ｓと、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、物品Ｑを把持して移動させているときに入力した各センサ２１、２２の出力（Ｆｍ、Ｆａ）とに基づいて、その物品Ｑの質量ｍを算出する。算出された質量ｍは、表示部２５に表示されるとともに、後工程に利用される。
＜第３実施形態＞
図１４は、第３実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図１５に示すような第２テーブル３３が記憶されている。この第２テーブル３３は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量（ｍ１）の第１物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が既知質量（ｍ２）の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）を、種類の異なる把持機構２３に対応させて記憶したものである。
種類の異なる把持機構２３とは、フィンガータイプの把持機構やエアー吸着タイプの把持機構だけの違いだけでなく、同じエアー吸着タイプであっても、吸着パッドの数や吸引力の違い等によっても、各センサ２１、２２の出力に影響を与えるので、そうした影響を与える把持機構を種類の異なる把持機構としている。
そして、第２テーブル３３に基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を記憶させるときは、設定モードに切り替えた後、物品の種類別に、把持機構２３の種類を、例えば、タイプＡ、タイプＢ等として特定する。その後は、第１実施形態の場合と同様に、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を記憶させていけば、第２テーブル３３が完成する。
なお、把持機構２３としてフィンガータイプを使用し、第１物品として質量ゼロとする場合、すなわち、何も把持させないときは、第１物品を第２物品として使用し、その質量を既知質量として入力する。
把持機構指定手段２９は、装着された把持機構２３の種類を指定するもので、前述の例では、タイプＡ，タイプＢ等と入力部２４において指定する。こうして把持機構２３の種類が指定されると、第３読出手段４５は、指定された種類の把持機構２３に対応する各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、基準質量と既知質量を第２テーブル３３から読み出す。
スパン係数算出手段４２は、読み出された基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量ｍ１、既知質量ｍ２）を前記（１１）式に代入してスパン係数Ｓを算出する。
演算手段４３は、算出されたスパン係数Ｓと、第１テーブル３１から読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）、並びに、物品Ｑを把持して移動させているときに入力した各センサ２１、２２の出力（Ｆｍ、Ｆａ）とに基づいて、その物品Ｑの質量ｍを算出する。その他は、第１実施形態と同じである。
＜第４実施形態＞
図１６は、第４実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図１７に示すような第２スパン係数テーブル３４が記憶されている。この第２スパン係数テーブル３４は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量（ゼロ又はｍ１）の第１物品を把持して移動させたときの前記各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が既知質量（ｍ２）の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）とに基づいて算出したスパン係数Ｓを前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、種類の異なる把持機構２３に対応させて記憶したものである。
第３実施形態では、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出す都度、スパン係数Ｓを算出したが、第４実施形態では、そのスパン係数と第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を事前に求めて記憶した点に違いがある。したがって、把持機構指定手段２９で把持機構２３の種類が指定されると、第４読出手段４６は、指定された把持機構２３に対応するスパン係数Ｓと第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とを第２スパン係数テーブル３４から読み出す。
演算手段４３は、前述と同様にして、読み出されたスパン係数Ｓと、第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、物品Ｑを把持して移動させているときに入力した各センサ２１、２２の出力（Ｆｍ、Ｆａ）とに基づいて、その物品Ｑの質量ｍを算出する。
＜第５実施形態＞
図１８は、第５実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図１９に示すような第３テーブル３５が記憶されている。この第３テーブル３５は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量（ｍ１）の第１物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が種類の異なる既知質量（ｍ２）の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）を、第２物品の種類に対応させるとともに、種類の異なる把持機構２３にも対応させて記憶したものである。
なお、図１９において、タイプＣの把持機構２３は、フィンガータイプであって、この場合には、第１物品を把持させずに第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）を求めている。
この第５実施形態は、第１実施形態と第３実施形態とを合わせたもので、特に基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を第２物品の種類に対応させるとともに、種類の異なる把持機構２３にも対応させて記憶した点に違いがある。したがって、使用に際しては、物品指定手段２８で第２物品の種類を指定するとともに、把持機構指定手段２９で使用する把持機構２３の種類を指定する。すると、第５読出手段４７は、指定された把持機構と第２物品とに対応する基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を第３テーブル３５から読み出す。例えば、把持機構２３がタイプＡ、物品Ｑの種類がN0.2として指定されたときは、図１９の太線で囲まれた基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を第３テーブル３５から読み出す。
スパン係数算出手段４２は、前述と同様に、読み出された基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量ｍ１と既知質量ｍ２）を前記（１１）式に代入してスパン係数Ｓを算出する。
演算手段４３は、算出されたスパン係数Ｓと、第３テーブル３５から読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、並びに、物品Ｑを把持して移動させているときに入力した各センサ２１、２２の出力（Ｆｍ、Ｆａ）とに基づいて、その物品Ｑの質量ｍを算出する。
＜第６実施形態＞
図２０は、第６実施形態の構成ブロック図を示す。この図の記憶部３０には、図２１に示すような第３スパン係数テーブル３６が記憶されている。このテーブル３６は、把持機構２３が質量ゼロを含む基準質量ｍ１の第１物品を把持して移動させたときの前記各センサ２１、２２の第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその基準質量（ゼロ又はｍ１）、並びに、把持機構２３が既知質量ｍ２の第２物品を把持して移動させたときの各センサ２１、２２の第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）とその既知質量（ｍ２）とに基づいて算出した、第２物品の種類別のスパン係数Ｓを、第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）とその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、種類の異なる把持機構２３に対応させて記憶したものである。
この図２１において、タイプＣの把持機構２３は、フィンガータイプであって、この場合も図１９と同様、第１物品を把持させずに第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）を求めている。
第５実施形態では、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、既知質量、基準質量）を読み出す都度、スパン係数Ｓを算出したが、第６実施形態では、そのスパン係数Ｓと第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を事前に求めて記憶した点に違いがある。したがって、物品指定手段２８で物品の種類が指定され、さらに把持機構指定手段２９で把持機構２３の種類が指定されると、第６読出手段４８は、指定された種類の物品と、指定された種類の把持機構２３とに対応するスパン係数Ｓと第１出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）を第３スパン係数テーブル３６から読み出す。その他は、第３実施形態と同様である。
＜第７実施形態＞
図２２は、第７実施形態の構成ブロック図を示す。このブロック図は、図８と基本的構成は同じであるが、表示部２５に警告手段６０を新たに設けた点で相違する。この警告手段６０は、前述の基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量、既知質量）を取得するときの移動機構１１の動作モードと、物品Ｑを実際に把持して移動させるときの動作モードとが異なるときに警報を発するもので、これにより、動作モードの相違による誤差の発生を抑えようとするものである。
したがって、設定モードにおいて、移動機構１１の新たな動作モードを設定したり変更したりするときは、その都度、基礎データ（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ、基準質量、既知質量）の取り直しをするよう、警告手段６０がメッセージを表示する。それをせずに動作モードが変更されると、警告手段６０が警告を発する。これにより、測定誤差を抑えることができる。
＜第８実施形態＞
図２３は、第８実施形態の構成ブロック図を示す。このブロック図は、図２２と基本的構成は同じであるが、記憶部３０に第４テーブル３７を設けた点で、第７実施形態と相違する。
第４テーブル３７は、移動機構１１に設定された動作モードと、その動作モードの下で取得された各テーブル３１〜３６とを対応させて記憶したもので、その一例を図２４に示す。この図２４において、例えば、モード１の動作モードの下で取得されたテーブルとしては、第１、第２、第３テーブルが登録されていることを示している。したがって、動作モードがモード２に切り替わり、そのモード２の下で、第２テーブルから未知質量の物品の質量を測定しようとしても、モード２の下では第２テーブルが登録されていないので、警告手段６０は、基礎データの取り直しを警告する。
その警告に基づいて、モード２の下で第２テーブルの基礎データが取得されると、第４テーブルでは、モード２に第２テーブルが登録される。これ以降は、モード２の下で第２テーブルのアクセスが可能とるから、動作モードが切り替えられても運転を継続することができる。
以上のように、本発明によれば、ロボットハンドで物品を移動しながらその物品の質量をより正確に測定することができるので、産業用ロボットを使用する分野において利用可能である。
１ 力センサ
２ 把持機構
３ 移動機構
４ 加速度センサ
１１ 移動機構
１２ 先端ベース部
２１ 力センサ
２２ 加速度センサ
２３ 把持機構
２８ 物品指定手段
２９ 把持機構指定手段
３１ 第１テーブル
３２ 第１スパン係数テーブル
３３ 第２テーブル
３４ 第２スパン係数テーブル
３５ 第３テーブル
３６ 第３スパン係数テーブル
３７ 第４テーブル
４１ 第１読出手段
４２ スパン係数算出手段
４３ 演算手段
４４ 第２読出手段
４５ 第３読出手段
４６ 第４読出手段
４７ 第５読出手段
４８ 第６読出手段
６０ 警告手段
Ｑ 物品

Claims (8)

  1. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、
    質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
    測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
    前記測定対象の物品の種類に対応させて記憶した第１テーブルと、
    測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
    前記第１テーブルから、
    指定された測定対象の物品の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
    質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
    を読み出す第１読出手段と、
    読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、物品の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
    算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  2. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、物品の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、
    前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、
    前記測定対象の物品の種類に対応させて記憶した第１スパン係数テーブルと、
    測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
    指定された測定対象の物品の種類に対応するスパン係数を、質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第１スパン係数テーブルから読み出す第２読出手段と、
    読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  3. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、
    質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
    既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
    前記把持機構の種類に対応させて記憶した第２テーブルと、
    使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
    前記第２テーブルから、
    指定された把持機構の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
    指定された把持機構の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
    を読み出す第３読出手段と、
    読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、使用する把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
    算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  4. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、使用する把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、
    前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、
    前記把持機構の種類に対応させて記憶した第２スパン係数テーブルと、
    使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
    指定された把持機構の種類に対応するスパン係数を、指定された把持機構の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第２スパン係数テーブルから読み出す第４読出手段と、
    読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  5. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、
    質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、
    測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、を、
    前記測定対象の物品の種類及び使用される前記把持機構の種類に対応させて記憶した第３テーブルと、
    測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
    使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
    前記第３テーブルから、
    指定された測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応する、前記第２物品の既知質量及び前記第２出力（Ｆｍｓ、Ｆａｓ）、並びに、
    質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応する、前記第１物品の基準質量及び前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）、
    を読み出す第５読出手段と、
    読み出された各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）並びに既知質量及び基準質量に基づいて、物品の種類及び把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を算出するスパン係数算出手段と、
    算出されたスパン係数と、読み出された第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  6. 物品の速度が変化している間に該物品に作用する力と加速度から、前記物品の質量を測定する質量測定装置であって、
    前記物品を把持する把持機構と、
    前記把持機構を移動させる移動機構と、
    前記把持機構と前記移動機構との間に設けられて、速度が変化している間の前記物品に作用する力を検出する力センサと、
    同じく速度が変化している間の前記物品に作用する加速度を検出する加速度センサと、
    前記把持機構が、質量ゼロを含む基準質量の第１物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）及びその基準質量、並びに、前記把持機構が、測定対象の物品と同一種類の既知質量の第２物品を、その速度を変えながら移動させたときの前記各センサの第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）及びその既知質量、に基づいて算出される、物品の種類及び把持機構の種類ごとに異なる振動特性が反映されるスパン係数を、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記測定対象の物品の種類、及び、使用する前記把持機構の種類に対応させて記憶した第３スパン係数テーブルと、
    測定対象の物品の種類を指定する物品指定手段と、
    使用する前記把持機構の種類を指定する把持機構指定手段と、
    指定された測定対象の物品の種類と使用される前記把持機構の種類と、に対応するスパン係数を、質量ゼロの物品又は指定された測定対象の物品の種類、及び、使用される前記把持機構の種類に対応する前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）とともに、前記第３スパン係数テーブルから読み出す第６読出手段と、
    読み出されたスパン係数と、前記第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）又はその出力比（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）と、測定対象の物品を把持して移動させたときの各センサの出力（Ｆｍ，Ｆａ）とに基づいて、未知質量の前記測定対象の物品の質量を算出する演算手段と、
    を備えたことを特徴とする、質量測定装置。
  7. 請求項１から請求項６の何れかの質量測定装置において、
    前記各センサから第１出力（Ｆｍｚ，Ｆａｚ）と第２出力（Ｆｍｓ，Ｆａｓ）を取得したときの前記移動機構の動作モードと、未知質量の物品の質量を測定するときの前記移動機構の動作モードとが異なるときは、前記各出力（Ｆｍｚ、Ｆａｚ、Ｆｍｓ、Ｆａｓ）を新たな動作モードの下で取り直すことを警告する警告手段を設けたことを特徴とする、質量測定装置。
  8. 前記移動機構に設定された動作モードと、その動作モードの下で作成された各テーブルとを対応させて記憶した第４テーブルをさらに備えたことを特徴とする、請求項７に記載の質量測定装置。
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