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JP5977960B2 - Mass measuring device - Google Patents
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JP5977960B2 - Mass measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、質量測定装置、特に、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前記物品の質量を算出する装置に関する。   The present invention relates to a mass measuring apparatus, and more particularly, to an apparatus that moves an article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article.

一般に、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に、静止状態で使用することを前提としている。しかし、近年、揺れる物体上に据え付けられ、揺動による計量誤差を除去した質量を測定する質量測定装置が普及している。例えば、特許文献1(特開平8−110261号公報)に開示されている質量測定装置では、通常の力センサとしての計量用ロードセルとは別に、分銅を載荷したダミー用ロードセルで床の上下動成分を検出し、検出した上下動成分を、計量用ロードセルの出力信号から減算することによって、床の上下動成分を含まない測定信号を出力するようにしている。   In general, spring balances and electronic balances are assumed to be used in a stationary state in order to eliminate the influence of acceleration other than gravitational acceleration. However, in recent years, mass measuring apparatuses that are installed on a swinging object and measure a mass from which a weighing error due to the swinging is removed have become widespread. For example, in the mass measuring device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-110261), the vertical movement component of the floor is a dummy load cell loaded with a weight separately from the weighing load cell as a normal force sensor. Is detected, and the detected vertical movement component is subtracted from the output signal of the weighing load cell to output a measurement signal that does not include the vertical movement component of the floor.

上記特許文献1に記載の質量測定装置も、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、ロードセルが重力によっては、変位しない状態になる場合、物品の質量を検出することができなくなる。   Since the mass measuring device described in Patent Document 1 also utilizes the fact that the load cell is displaced in the vertical direction due to gravity acting on the article, if the load cell is not displaced by gravity, the mass of the article is changed. It cannot be detected.

それゆえ、例えば、マニピュレータやロボットハンドのように、物品を持ち上げて移動させる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、従来技術では困難である。   Therefore, for example, when a load cell is attached to a tip part that lifts and moves an article, such as a manipulator or a robot hand, and the mass of the article is measured while the lifted article is moving, It is difficult with technology.

そこで、出願人は、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を開発した。つまり、この装置では、力センサによって水平に移動する物品に作用する力が測定されると共に、水平に移動する物品に作用する加速度が加速度センサによって測定され、これら各センサの測定データに基づいて、物品の質量が算出される。   Therefore, the applicant has developed a mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article. That is, in this apparatus, the force acting on the horizontally moving article is measured by the force sensor, and the acceleration acting on the horizontally moving article is measured by the acceleration sensor. Based on the measurement data of each sensor, The mass of the article is calculated.

しかしながら、力センサや加速度センサは、個々に周波数特性を有している。この周波数特性は、各センサの測定データに対し位相のずれを生じさせ、物品の質量の算出に悪影響を及ぼす場合がある。その結果、算出された物品の質量が、実際の物品の質量とは異なってしまう虞がある。   However, force sensors and acceleration sensors individually have frequency characteristics. This frequency characteristic may cause a phase shift in the measurement data of each sensor, and may adversely affect the calculation of the mass of the article. As a result, the calculated mass of the article may be different from the actual mass of the article.

そこで、本発明の課題は、センサが有する周波数特性の影響をあまり受けずに、移動中の物品の質量を精度良く測定できる質量測定装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a mass measuring apparatus that can accurately measure the mass of a moving article without being significantly affected by the frequency characteristics of the sensor.

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。この質量測定装置は、保持機構と、移動機構と、力測定部と加速度把握部と、制御部とを備える。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。加速度把握部は、移動時の物品に作用する加速度を把握する。制御部は、保持機構および移動機構を運転制御し、力測定部の測定結果を示す力測定データ及び加速度把握部の把握した加速度データに基づいて、物品の質量を算出する。そして、制御部は、力測定データの極値、あるいは、加速度データの極値、あるいは、力測定データの極値及び加速度データの極値、から物品の質量を算出するThe mass measuring apparatus moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article. The mass measuring device includes a holding mechanism, a moving mechanism, a force measuring unit, an acceleration grasping unit, and a control unit. The holding mechanism holds the article. The moving mechanism moves the holding mechanism. The force measuring unit is provided between the holding mechanism and the moving mechanism, and measures the force acting on the article during movement. The acceleration grasping unit grasps acceleration acting on the article during movement. The control unit controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates the mass of the article based on the force measurement data indicating the measurement result of the force measurement unit and the acceleration data grasped by the acceleration grasping unit. Then, the control unit, the force measured data extremum or extrema of the acceleration data or to calculate the mass of the article extreme extreme and acceleration data of the force-measuring data from.

この質量測定装置では、物品の質量を算出する際、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つが用いられる。仮に、力測定部及び加速度把握部が共にセンサで構成されているとすると、各センサの測定データが極値を採る時は、測定データの経時的変位量が最も小さくなる。従って、各測定データの極値を物品の質量算出に用いることによって、各センサ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の質量が算出されることとなり、その結果計量精度が高まる。   In this mass measuring device, when calculating the mass of an article, at least one of the extreme value of acceleration data and the extreme value of force measurement data is used. If both the force measurement unit and the acceleration grasping unit are configured by sensors, when the measurement data of each sensor takes an extreme value, the amount of displacement of the measurement data with time is the smallest. Therefore, by using the extreme value of each measurement data for the mass calculation of the article, the mass of the article that is not significantly affected by the phase shift due to the frequency characteristics of each sensor is calculated, and as a result, the weighing accuracy is increased. .

また、力測定データが極値を採る時刻は、加速度データが極値を採る時刻とずれており、物品の質量の算出では、力測定データの極値及び加速度データの極値の両方が用いられることが好ましい。   Further, the time when the force measurement data takes the extreme value is different from the time when the acceleration data takes the extreme value, and both the extreme value of the force measurement data and the extreme value of the acceleration data are used in calculating the mass of the article. It is preferable.

ここでは、各データは互いに異なる時刻に極値となるが、物品の質量の算出には、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が用いられる。これにより、より精度の高い物品の質量の算出が可能となる。   Here, each data has an extreme value at different times, but both the extreme value in the force measurement data and the extreme value in the acceleration data are used for calculating the mass of the article. This makes it possible to calculate the mass of the article with higher accuracy.

また、力測定データが極値を採る時刻は、加速度データが極値を採る時刻とずれており、物品の質量の算出にて力測定データの極値が用いられる場合、該データが極値を採る時刻での加速度データの値が、更に物品の質量の算出にて用いられる。そして、物品の質量の算出にて加速度データの極値が用いられる場合、該データが極値を採る時刻での力測定データの値が、更に物品の質量の算出にて用いられることが好ましい。   In addition, the time when the force measurement data takes the extreme value is different from the time when the acceleration data takes the extreme value, and when the extreme value of the force measurement data is used in the calculation of the mass of the article, the data takes the extreme value. The value of the acceleration data at the sampling time is further used in calculating the mass of the article. When the extreme value of the acceleration data is used in the calculation of the mass of the article, it is preferable that the value of the force measurement data at the time when the data takes the extreme value is further used in the calculation of the mass of the article.

ここでは、加速度データ及び力測定データのいずれか一方として極値が用いられ、かつその時刻での他方のデータが用いられる。これにより、一条件が物品に課された瞬間での各データが用いられるため、各データが共に極値となる場合を待たなくとも、物品の質量の算出が素早くできる。   Here, an extreme value is used as one of acceleration data and force measurement data, and the other data at that time is used. Thereby, since each data at the moment when one condition is imposed on the article is used, it is possible to quickly calculate the mass of the article without waiting for each data to be extreme values.

また、制御部は、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データを抽出する。制御部は、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データを抽出する。そして、制御部は、抽出した第1データ及び第2データを対象とする重み付け平均を計算し、その結果を物品の質量の算出に用いることが好ましい。   Moreover, a control part extracts the 1st data applicable in the 1st predetermined range containing the extreme value of this data among force measurement data. The control unit extracts second data corresponding to the second predetermined range including the extreme value of the data from the acceleration data. And it is preferable that a control part calculates the weighted average which makes the extracted 1st data and 2nd data object, and uses the result for calculation of the mass of articles | goods.

これにより、より精度の高い物品の質量の算出が可能となる。   This makes it possible to calculate the mass of the article with higher accuracy.

本発明に係る質量測定装置によると、力測定部や加速度把握部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の質量が算出されることとなり、その結果計量精度が高まる。   According to the mass measuring device of the present invention, the mass of an article that is not significantly affected by the phase shift due to the frequency characteristics of the force measuring unit and the acceleration grasping unit is calculated, and as a result, the weighing accuracy is increased.

本発明の一実施形態に係る質量測定装置の概略構成図であって、特に、質量測定装置の駆動系を表す図。It is a schematic block diagram of the mass measuring device which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: The figure showing the drive system of a mass measuring device especially. 力センサおよび加速度センサによって検出された信号(即ち、力測定データ及び加速度データ)を処理する信号処理回路図であって、特に、質量測定装置の制御系を表す図。FIG. 2 is a signal processing circuit diagram for processing signals (that is, force measurement data and acceleration data) detected by a force sensor and an acceleration sensor, and particularly a diagram showing a control system of the mass measuring apparatus. 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。2 is a two-degree-of-freedom model of the mass measuring device when the mass measuring device of FIG. 1 is represented by a spring-mass system. 零点調整のために、吸着部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各測定データを示すグラフ。The graph which shows each measurement data obtained from the force sensor and the acceleration sensor in the state which does not hold | maintain anything at a adsorption | suction part for zero point adjustment. スパン調整用の既知の分銅を吸着部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各測定データを示すグラフ。The graph which shows each measurement data obtained from the force sensor and the acceleration sensor in the state which made the adsorption | suction part hold | maintain the known weight for span adjustment. 質量mの被測定物(即ち、物品Q)を吸着部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各測定データを示すグラフ。The graph which shows each measurement data obtained from the force sensor and the acceleration sensor in the state which hold | maintained the to-be-measured object (namely, article | item Q) of mass m in the adsorption | suction part. 物品Qの質量mの算出方法を具体的に説明する際に用いられる、位相のずれが生じている各測定データを示すグラフ。The graph which shows each measurement data in which the shift | offset | difference of phase has arisen used when demonstrating the calculation method of the mass m of the goods Q concretely. 変形例Aに係る物品Qの質量mの算出方法を具体的に説明する際に用いられる、力センサ及び加速度センサそれぞれの測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data of each of a force sensor and an acceleration sensor used when demonstrating the calculation method of the mass m of the articles | goods Q concerning the modification A concretely. 変形例Bに係る物品Qの質量mの算出方法を具体的に説明する際に用いられる、力センサ及び加速度センサそれぞれの測定データを示すグラフ。The graph which shows the measurement data of each of a force sensor and an acceleration sensor used when demonstrating the calculation method of the mass m of the articles | goods Q concerning the modification B concretely.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are specific examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.

(1)質量測定装置100の構成
(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。
(1) Configuration of Mass Measuring Device 100 (1-1) Drive System FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a mass measuring device 100 according to an embodiment of the present invention, and particularly represents a drive system of the mass measuring device 100. ing. In FIG. 1, a mass measuring apparatus 100 includes, as components of a drive system, a force sensor 1 (corresponding to a force measuring unit), a suction unit 2 (corresponding to a holding mechanism), and a robot arm 3 (corresponding to a moving mechanism). , And an acceleration sensor 4 (corresponding to an acceleration grasping unit).

力センサ1は移動中の物品Qに作用する力を検出する。また、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。   The force sensor 1 detects a force acting on the moving article Q. Further, for example, a strain gauge type load cell is employed for the force sensor 1. The strain gauge load cell can detect a force acting on the free end side by moving the free end side relative to the fixed end side by movement.

吸着部2は、物品Qを保持する。また、吸着部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、吸着部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。   The adsorption unit 2 holds the article Q. Further, an air suction mechanism or an air chuck mechanism is employed for the suction portion 2. The suction unit 2 is not limited to an air suction mechanism or an air chuck mechanism, but may be a motor-driven finger mechanism.

ロボットアーム3は、吸着部2を三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。   The robot arm 3 moves the suction unit 2 three-dimensionally. The robot arm 3 can also rotate in the CW direction and the CCW direction about a predetermined rotation axis CA. As the robot arm 3, for example, a horizontal articulated robot, a vertical articulated robot, or a parallel link robot is suitable.

加速度センサ4は、物品Qに作用する加速度を検出する。また、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。   The acceleration sensor 4 detects acceleration acting on the article Q. As the acceleration sensor 4, for example, any one of a strain gauge type load cell, a MEMS type small acceleration sensor, and a general commercially available acceleration sensor is appropriately employed.

なお、力センサ1は吸着部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は吸着部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。   The force sensor 1 is provided between the adsorption unit 2 and the robot arm 3, and the acceleration sensor 4 is provided adjacent to the adsorption unit 2. In the embodiment described below, strain gauge type load cells are employed for both the force sensor 1 and the acceleration sensor 4, and the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 detect the force and acceleration acting on the article Q moving in the horizontal direction.

(1−2)制御系
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。
(1-2) Control System FIG. 2 is a signal processing circuit diagram for processing signals detected by the force sensor 1 and the acceleration sensor 4, and particularly shows a control system of the mass measuring apparatus 100. In FIG. 2, the mass measuring apparatus 100 further includes amplifiers 31a and 31b, low-pass filters 32a and 32b, A / D converters 33a and 33b, and a control unit 40 as components of the control system.

なお、以下では、説明の便宜上、力センサ1の出力である検出信号を「力測定データ」といい、加速度センサ4の出力である検出信号を「加速度データ」と言う。   Hereinafter, for convenience of explanation, the detection signal that is the output of the force sensor 1 is referred to as “force measurement data”, and the detection signal that is the output of the acceleration sensor 4 is referred to as “acceleration data”.

図2において、力センサ1及び加速度センサ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である力測定データ及び加速度データそれぞれを増幅する。また、各増幅器31a,31bには、それぞれローパスフィルタ32a,32bが接続されている。このローパスフィルタ32a,32bは、入力された検出信号である力測定データ及び加速度データから一定周波数以上のノイズ成分を除去する。また、各ローパスフィルタ32a,32bには、それぞれA/D変換器33a,33bが接続されており、そのA/D変換器33a,33bは、入力されたアナログ信号(具体的には、各測定データ)をディジタル信号に変換する。また、各A/D変換器33a,33bは、制御部40に接続されている。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)やマイクロコンピュータ等を使用することができる。   In FIG. 2, amplifiers 31 a and 31 b are connected to the force sensor 1 and the acceleration sensor 4, respectively. These amplifiers 31 a and 31 b measure force that is a detection signal input from the force sensor 1 and the acceleration sensor 4. Data and acceleration data are amplified. Further, low-pass filters 32a and 32b are connected to the amplifiers 31a and 31b, respectively. The low-pass filters 32a and 32b remove noise components of a certain frequency or more from force measurement data and acceleration data that are input detection signals. Further, A / D converters 33a and 33b are connected to the low-pass filters 32a and 32b, respectively. The A / D converters 33a and 33b are connected to the input analog signal (specifically, each measurement Data) into a digital signal. The A / D converters 33 a and 33 b are connected to the control unit 40. As the control unit 40, a DSP (digital signal processor), a microcomputer, or the like can be used.

制御部40は、入力された検出信号、つまりは力測定データ及び加速度データに基づいて、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の各測定データに含まれるノイズ周波数成分をローパスフィルタ32a,32bにより除去する処理を行う。そして、制御部40は、除算器41として機能することで、そのノイズ周波数成分が除去された力センサ1の力測定データを加速度センサ4の加速度データで除算する処理を行う。その後、制御部40は、減算器42として機能することで、該除算結果から風袋質量を減算して質量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の各測定データに基づいて、物品Qの質量mを算出する。なお、風袋質量とは、力センサ1に負荷される風袋質量と吸着部2の質量と加速度センサ4の質量との和である。   The control unit 40 executes various processes based on the input detection signal, that is, force measurement data and acceleration data. First, the control unit 40 performs a process of removing noise frequency components included in the measurement data of the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 by the low-pass filters 32a and 32b. And the control part 40 performs the process which divides the force measurement data of the force sensor 1 from which the noise frequency component was removed by the acceleration data of the acceleration sensor 4 by functioning as the divider 41. Thereafter, the control unit 40 functions as the subtractor 42 to perform a process of calculating the mass m by subtracting the tare mass from the division result. That is, the control unit 40 calculates the mass m of the article Q based on the measurement data of the force sensor 1 and the acceleration sensor 4. The tare mass is the sum of the tare mass loaded on the force sensor 1, the mass of the adsorption unit 2, and the mass of the acceleration sensor 4.

更に、制御部40は、吸着部2による物品Qの吸着動作の制御や、ロボットアーム3の運転制御等も行う。   Further, the control unit 40 also controls the suction operation of the article Q by the suction unit 2 and the operation control of the robot arm 3.

(2)質量測定の原理
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。
(2) Principle of Mass Measurement FIG. 3 is a two-degree-of-freedom model of the mass measuring device when the mass measuring device 100 of FIG. 1 is represented by a spring-mass system.

図3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吸着部2の質量および加速度センサ4の固定端側の質量との和、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。 In FIG. 3, m is the mass of the article Q, M 1 is the sum of the mass at the free end side of the force sensor 1, the mass of the suction portion 2 and the mass at the fixed end side of the acceleration sensor 4, and M 2 is the mass of the acceleration sensor 4. The mass of the free end. K 1 is the spring constant of the force sensor 1, and k 2 is the spring constant of the acceleration sensor 4. x 1 is the displacement amount of the force sensor 1, and x 2 is the displacement amount of the acceleration sensor 4.

物品Qに加速度が作用したときの運動方程式は、
(m+M1)d21/dt2=−k1(x1−y)+k2(x1−x2) (1)
222/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)]/(d21/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、
21/dt2≒d22/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)]/(d22/dt2)−M1 (5)
が導き出される。また、(2)式を変形すると、
22/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。
The equation of motion when acceleration acts on the article Q is
(M + M 1 ) d 2 x 1 / dt 2 = −k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 ) (1)
M 2 d 2 x 2 / dt 2 = −k 2 (x 2 −x 1 ) (2)
Represented as: Moreover, when the equation (1) is transformed,
m = [− k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 )] / (d 2 x 1 / dt 2 ) −M 1 (3)
It becomes. Furthermore, considering that the rigidity of the acceleration sensor 4 is large,
d 2 x 1 / dt 2 ≈d 2 x 2 / dt 2 (4)
Can be approximated as Therefore, from equations (3) and (4)
m = [− k 1 (x 1 −y) + k 2 (x 1 −x 2 )] / (d 2 x 2 / dt 2 ) −M 1 (5)
Is derived. Moreover, when the equation (2) is transformed,
d 2 x 2 / dt 2 = −k 2 (x 2 −x 1 ) / M 2 (6)
Therefore, from equations (5) and (6),
m = [− k 1 (x 1 −y) / − k 2 (x 2 −x 1 )] M 2 + M 2 −M 1 (7)
Is derived.

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。 Here, −k 1 (x 1 −y) is an output of the force sensor 1, and −k 2 (x 2 −x 1 ) is an output of the acceleration sensor 4.

図4は、零点調整のために、吸着部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から得られた各測定データを示すグラフである。図4において、力センサ1の力測定データのピーク値をFmz、加速度センサ4の加速度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、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。
FIG. 4 is a graph showing measurement data obtained from the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 in a state where nothing is held by the suction unit 2 for zero point adjustment. In FIG. 4, when the peak value of the force measurement data of the force sensor 1 is Fmz and the peak value of the acceleration data of the acceleration sensor 4 is Faz, from the equation (7),
0 = M 2 · C · (Fmz / Faz) + M 2 −M 1 (8)
It becomes. However, it is assumed that the acceleration is not zero. C is a conversion coefficient.

図5は、スパン調整用の既知の分銅を吸着部2に保持させた状態で力センサ1及び加速度センサ4から得られた各測定データを示すグラフである。図5において、力センサ1の力測定データのピーク値をFms、加速度センサ4の加速度データのピーク値をFasとしたとき、(5)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。
FIG. 5 is a graph showing measurement data obtained from the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 in a state where a known weight for span adjustment is held in the suction portion 2. In FIG. 5, when the peak value of the force measurement data of the force sensor 1 is Fms and the peak value of the acceleration data of the acceleration sensor 4 is Fas,
ms = M 2 · C · (Fms / Fas) M 2 −M 1 (9)
It becomes. And from the equations (8)-(9),
C = ms / M 2 {(Fms / Fas) − (Fmz / Faz)} (10)
Is derived. From equation (10), if M 2 is a fixed coefficient and the span coefficient is S,
S = C · M 2 = ms / {(Fms / Fas) − (Fmz / Faz)} (11)
It is.

図6は、質量mの被測定物(即ち、物品Q)を吸着部2に保持させた状態で力センサ1及び加速度センサ4から得られた各測定データを示すグラフである。図6において、力センサ1の力測定データのピーク値をFm、加速度センサ4の加速度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。
FIG. 6 is a graph showing measurement data obtained from the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 in a state in which an object to be measured (that is, the article Q) having a mass m is held by the suction unit 2. In FIG. 6, when the peak value of the force measurement data of the force sensor 1 is Fm and the peak value of the acceleration data of the acceleration sensor 4 is Fa,
m = S {(Fm / Fa)-(Fmz / Faz)} (12)
It becomes.

(3)各センサ1,4の有する周波数特性に関係なく質量mを求める手段
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。
(3) Means for Finding Mass m Regardless of Frequency Characteristics of Sensors 1 and 4 FIG. 7 shows measurement data of the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 when a phase shift occurs. The vertical axis in FIG. 7 represents the force acting on the article Q indicated by the value of the force measurement data or the acceleration of the article Q indicated by the value of the acceleration data, and the horizontal axis represents time.

各センサ1,4の周波数特性によっては、図7に示すように、力測定データ及び加速度データの間で位相差が生じてしまい、その結果、力測定データが極値を採る時刻と、加速度データが極値を採る時刻とが、互いに異なることとなる。   Depending on the frequency characteristics of the sensors 1 and 4, as shown in FIG. 7, a phase difference occurs between the force measurement data and the acceleration data. As a result, the time when the force measurement data takes an extreme value and the acceleration data Are different from each other at the time when takes an extreme value.

そこで、本実施形態に係る質量測定装置100の制御部40は、上記の質量測定の原理にて説明した物品Qの質量mの算出において、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少なくとも1つを用いる。特に、本実施形態では、力測定データの極値及び加速度データの極値の両方が、物品Qの質量mの算出に用いられる。   Therefore, in the calculation of the mass m of the article Q described in the above principle of mass measurement, the control unit 40 of the mass measuring device 100 according to the present embodiment uses the extreme value of the force measurement data of the force sensor 1 and the acceleration sensor 4. At least one of the extreme values of the acceleration data is used. In particular, in the present embodiment, both the extreme value of the force measurement data and the extreme value of the acceleration data are used for calculating the mass m of the article Q.

具体的には、図7において、力センサ1の力測定データは、物品Qが水平方向に加速している時に該物品Qに作用する力が最大となる極値a1と、逆に減速している時に物品Qに作用する力が最大となる極値a2との、2つの極値を有する。加速度センサ4の加速度データは、物品Qが水平方向に加速している時の物品Qの加速度合いが最大となる極値b1と、逆に減速している時の物品Qの減速度合いが最大となる極値b2との、2つの極値を有する。この場合、質量測定装置100が物品Qの質量mの算出において用いる力測定データ及び加速度データの組み合わせとしては、力測定データの極値a1と加速度データの極値b1、力測定データの極値a2と加速度データの極値b2等が挙げられる。   Specifically, in FIG. 7, the force measurement data of the force sensor 1 is decelerated on the contrary to the extreme value a1 at which the force acting on the article Q is maximum when the article Q is accelerated in the horizontal direction. The two extreme values are the extreme value a2 at which the force acting on the article Q is maximized. The acceleration data of the acceleration sensor 4 indicates that the extreme value b1 that maximizes the acceleration of the article Q when the article Q is accelerated in the horizontal direction and the degree of deceleration of the article Q when the article Q is decelerated are maximum. It has two extreme values, i.e., an extreme value b2. In this case, as a combination of the force measurement data and the acceleration data used by the mass measuring apparatus 100 in calculating the mass m of the article Q, the extreme value a1 of the force measurement data, the extreme value b1 of the acceleration data, and the extreme value a2 of the force measurement data. And the extreme value b2 of acceleration data.

このような物品Qの質量mの算出にあたり、制御部40は、物品Qの水平方向への移動の際、力センサ1の力測定データ及び加速度センサ4の加速度データ全てを、記憶部(図示せず)に記憶する。そして、制御部40は、この記憶した全データの中から、互いに極値となる力測定データ及び加速度データの組み合わせを抽出し、これを上記の質量測定の原理にて使用して、物品Qの質量mを算出する。   In calculating the mass m of the article Q, the control unit 40 stores all of the force measurement data of the force sensor 1 and the acceleration data of the acceleration sensor 4 when the article Q is moved in the horizontal direction. Remember). And the control part 40 extracts the combination of the force measurement data and acceleration data which become an extreme value mutually from all this memorize | stored data, and uses this in the principle of said mass measurement, The article Q's The mass m is calculated.

このように、各センサ1,4の測定データが極値を採る時、たとえ各センサ1,4が周波数特性を有していても、各測定データの経時的変位量は最も低くなる。そのため、各センサ1,4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り、制御部40は、周波数特性によって測定データに位相のずれが生じているとしても、この影響を比較的受けていない、精度の良い物品Qの質量mを求めることができる。   Thus, when the measurement data of the sensors 1 and 4 take extreme values, even if the sensors 1 and 4 have frequency characteristics, the amount of displacement over time of the measurement data is the lowest. Therefore, by using the extreme values of the measurement data of the sensors 1 and 4 for calculation of the mass m of the article Q, the control unit 40 can affect this even if there is a phase shift in the measurement data due to the frequency characteristics. It is possible to obtain the mass m of the article Q with high accuracy that has not been relatively received.

なお、上述した各測定データの極値においては、極値付近の測定データ、つまりは約極値の測定データをも含むものとする。   In addition, in the extreme value of each measurement data mentioned above, the measurement data near an extreme value, ie, the measurement data of about an extreme value shall be included.

(4)特徴
(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。
(4) Features (4-1)
The mass measuring apparatus 100 according to the present embodiment uses at least one of the extreme value of acceleration data and the extreme value of force measurement data when calculating the mass m of the article Q. When the measurement data of the force sensor 1 or the acceleration sensor 4 takes an extreme value, the amount of displacement with time of the data becomes the smallest. Therefore, by using the extreme values of the measurement data of the force sensor 1 and the acceleration sensor 4 for the calculation of the mass m of the article Q, the article Q that is not significantly affected by the phase shift due to the frequency characteristics of the sensors 1 and 4 is used. The mass m is calculated, and as a result, the weighing accuracy is increased.

(4−2)
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。
(4-2)
In particular, as shown in FIG. 7, the force measurement data and the acceleration data become extreme values at different times, but the control unit 40 according to the present embodiment uses the force measurement data in the calculation of the mass m of the article Q. Both extreme values and extreme values in acceleration data are used. Thereby, the mass m of the article Q can be calculated with higher accuracy.

(5)変形例
(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。
(5) Modification (5-1) Modification A
In the above embodiment, the case where both the extreme value of the force measurement data of the force sensor 1 and the extreme value of the acceleration data of the acceleration sensor 4 are used in calculating the mass m of the article Q has been described. However, either one of the force measurement data and the acceleration data used for calculating the mass m of the article Q may be an extreme value.

即ち、力測定データの極値が用いられる場合、この力測定データの極値と、該データが極値を採る時刻での加速度データの値とが、物品Qの質量mの算出に用いられる。逆に、加速度データの極値が用いられる場合、この加速度データの極値と、該データが極値を採る時刻での力測定データの極値とが、物品Qの質量mの算出に用いられる。具体的には、図8において、力センサ1の力測定データは、時刻t3及び時刻t5の時に極値a3,a5を採り、加速度センサ4の加速度データは、時刻t4及び時刻t6の時に極値b4,b6を採る。そこで、制御部40は、力測定データが極値を採る場合として、時刻t3における力測定データの極値a3及び加速度データの値b3の組み合わせ、もしくは、時刻t5における力測定データの極値a5及び加速度データの値b5の組み合わせを、物品Qの質量mの算出に用いる。または、制御部40は、加速度データが極値を採る場合として、時刻t4における力測定データの値a4及び加速度データの極値b4の組み合わせ、もしくは、時刻t6における力測定データの値a6及び加速度データの極値b6の組み合わせを、物品Qの質量mの算出に用いる。   That is, when the extreme value of the force measurement data is used, the extreme value of the force measurement data and the value of the acceleration data at the time when the data takes the extreme value are used for calculating the mass m of the article Q. Conversely, when the extreme value of the acceleration data is used, the extreme value of the acceleration data and the extreme value of the force measurement data at the time when the data takes the extreme value are used for calculating the mass m of the article Q. . Specifically, in FIG. 8, force measurement data of the force sensor 1 takes extreme values a3 and a5 at time t3 and time t5, and acceleration data of the acceleration sensor 4 takes extreme values at time t4 and time t6. Take b4 and b6. Therefore, the control unit 40 assumes that the force measurement data takes an extreme value, a combination of the force measurement data extreme value a3 and the acceleration data value b3 at time t3, or the force measurement data extreme value a5 at time t5 and A combination of the acceleration data values b5 is used to calculate the mass m of the article Q. Alternatively, when the acceleration data takes an extreme value, the control unit 40 combines the force measurement data value a4 and the acceleration data extreme value b4 at time t4, or the force measurement data value a6 and acceleration data at time t6. Are used for calculating the mass m of the article Q.

なお、図8においても、図7と同様、図8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。   In FIG. 8, as in FIG. 7, the vertical axis of FIG. 8 represents the force acting on the article Q indicated by the value of the force measurement data or the acceleration of the article Q indicated by the value of the acceleration data, and the horizontal axis is Represents time.

これにより、上記実施形態の場合に比して物品Qの質量mの算出精度は劣るが、一条件が物品Qに課された瞬間での各測定データが用いられるため、質量測定装置100は、各測定データが共に極値となる場合を待たなくとも、物品Qの質量mの算出が可能となる。従って、いずれか一方のセンサ1,4の測定データにおける極値が物品Qの質量mの算出に用いられるため、ある程度の計量精度を保ちつつ、上記実施形態の場合に比して、物品Qの質量mが素早く算出されるようになる。   Thereby, although the calculation accuracy of the mass m of the article Q is inferior to the case of the above embodiment, each measurement data at the moment when one condition is imposed on the article Q is used. The mass m of the article Q can be calculated without waiting for the case where each measurement data is an extreme value. Therefore, since the extreme value in the measurement data of one of the sensors 1 and 4 is used to calculate the mass m of the article Q, the measurement of the article Q can be performed as compared with the above embodiment while maintaining a certain level of measurement accuracy. The mass m can be calculated quickly.

(5−2)変形例B
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。
(5-2) Modification B
In the embodiment and the modification A, the control unit 40 further performs weighted averaging on a plurality of force measurement data and acceleration data within a certain threshold value including extreme values, and uses the result as the principle of mass measurement. It may be used in the calculation of the mass m of the article Q described above.

具体的には、制御部40は、図9に示すように、力センサ1の力測定データのうち、該データの極値a1または極値a2を含む第1所定範囲内に該当するデータ(以下、第1データという)を抽出する。また、制御部40は、図9に示すように、加速度センサ4の加速度データのうち、該データの極値b1または極値b2を含む第2所定範囲内に該当するデータ(以下、第2データという)を抽出する。そして、制御部40は、抽出した第1データ及び第2データを対象とする重み付け平均を計算し、その結果を物品Qの質量mの算出にて用いることが好ましい。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。   Specifically, as shown in FIG. 9, the control unit 40, among the force measurement data of the force sensor 1, data corresponding to a first predetermined range including the extreme value a1 or the extreme value a2 of the data (hereinafter, the data) , Referred to as first data). Further, as shown in FIG. 9, the control unit 40 includes data corresponding to a second predetermined range including the extreme value b1 or the extreme value b2 of the acceleration sensor 4 (hereinafter, second data). Extract). And it is preferable that the control part 40 calculates the weighted average which makes the extracted 1st data and 2nd data object, and uses the result for calculation of the mass m of the article | item Q. FIG. Thereby, the mass m of the article Q can be calculated with higher accuracy.

なお、図9においても、図7〜8と同様、図9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。   9, as in FIGS. 7 to 8, the vertical axis in FIG. 9 represents the force acting on the article Q indicated by the force measurement data value or the acceleration of the article Q indicated by the acceleration data value, and the horizontal axis. Represents time.

ここで、上記第1所定範囲は、力測定データの極値が必ず含まれように設定され、上記第2所定範囲は、加速度データの極値が必ず含まれるように設定されることが好ましい。これらの第1所定範囲及び第2所定範囲は、質量測定装置100(具体的には、ロボットアーム3やセンサ1,4)の仕様などに応じて、机上計算、シミュレーション及び実験等の方法によって、適宜決定される。   Here, it is preferable that the first predetermined range is set so as to always include an extreme value of force measurement data, and the second predetermined range is set so as to necessarily include an extreme value of acceleration data. These first predetermined range and second predetermined range are determined by a method such as desktop calculation, simulation, and experiment according to the specifications of the mass measuring apparatus 100 (specifically, the robot arm 3 and the sensors 1 and 4). It is determined appropriately.

または、第1所定範囲及び第2所定範囲は、実際に水平方向に物品Qを動かしつつ各測定データ全てが記憶部(図示せず)に取り込まれた後に、該データそれぞれの極値を中心として所定幅を有するように、決定されてもよい。この場合、制御部40は、決定した第1所定範囲及び第2所定範囲それぞれに含まれる各測定データを抽出して重み付け平均を行い、その結果を物品Qの質量mの算出に用いることとなる。   Alternatively, the first predetermined range and the second predetermined range are centered on the extreme values of each of the measurement data after all the measurement data is taken into the storage unit (not shown) while actually moving the article Q in the horizontal direction. It may be determined to have a predetermined width. In this case, the control unit 40 extracts each measurement data included in each of the determined first predetermined range and second predetermined range, performs weighted averaging, and uses the result for calculating the mass m of the article Q. .

また、上記重み付け平均は、図9に係る各測定データの上側の極値a2,b2または下側の極値a1,b1の、いずれか一方の極値に対してのみ行われてもよい。   Further, the weighted average may be performed only on one of the extreme values a2 and b2 on the upper side and the lower extreme values a1 and b1 on the measurement data according to FIG.

または、制御部40は、図9に係る上側の極値a2,b2を含む第1データ及び第2データに対しては重み付けを大きくし、逆に図9に係る下側の極値a1,b1を含む第1データ及び第2データに対しては重み付けを小さくして重み付け平均を行ってもよい。   Alternatively, the control unit 40 increases the weighting for the first data and the second data including the upper extreme values a2 and b2 according to FIG. 9, and conversely the lower extreme values a1 and b1 according to FIG. For the first data and the second data including, the weighted average may be performed by reducing the weight.

(5−3)変形例C
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。
(5-3) Modification C
In the above embodiment, it has been described that the mass measuring device 100 includes the “acceleration sensor 4” as a device for grasping the acceleration of the moving article Q. However, the acceleration of the moving article Q is not actually detected by the acceleration sensor 4 but may be grasped from, for example, a drive command output to the robot arm 3. In this case, the mass measuring device 100 does not need to include the acceleration sensor 4, but when calculating the mass m of the article Q, the extremum of the force measurement data of the force sensor 1 and the acceleration grasped from the drive command are used. It becomes.

以上にように、本願発明によれば、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、アセンブリ製品の内部部品の欠品検査にも有用である。   As described above, according to the present invention, since the mass of an article can be measured while the article is moved, the present invention is also useful for a shortage inspection of internal parts of an assembly product.

1 力センサ(力測定部)
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)
1 Force sensor (force measuring unit)
2 Adsorption part (holding mechanism)
3 Robot arm (movement mechanism)
4 Acceleration sensor (acceleration grasping part)
40 Control part Q Goods (objects to be weighed)

特開平8−110261号公報JP-A-8-110261

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、
前記制御部は、前記力測定データの極値、あるいは、前記加速度データの極値、あるいは、前記力測定データの極値及び前記加速度データの極値、から前記物品の質量を算出する、
質量測定装置。
A mass measuring device that moves the article and calculates the mass of the article from the force and acceleration acting on the article at that time,
A holding mechanism for holding the article;
A moving mechanism for moving the holding mechanism;
A force measuring unit that is provided between the holding mechanism and the moving mechanism and measures a force acting on the article during movement;
An acceleration grasping unit for grasping acceleration acting on the article at the time of movement;
A control unit that controls the operation of the holding mechanism and the moving mechanism, and calculates mass of the article based on force measurement data indicating a measurement result of the force measurement unit and acceleration data grasped by the acceleration grasping unit;
With
Wherein the control unit, the power measurement data extremum or the acceleration data extremum or calculates the mass of said article from said power measurement data of extreme values and the acceleration data extremes,
Mass measuring device.
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。
The time when the force measurement data takes an extreme value is shifted from the time when the acceleration data takes an extreme value,
In the calculation of the mass of the article, both the extreme value of the force measurement data and the extreme value of the acceleration data are used.
The mass measuring device according to claim 1.
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。
The time when the force measurement data takes an extreme value is shifted from the time when the acceleration data takes an extreme value,
When the extreme value of the force measurement data is used in calculating the mass of the article, the value of the acceleration data at the time when the force measurement data takes the extreme value is further used in calculating the mass of the article. ,
When the extreme value of the acceleration data is used in calculating the mass of the article, the value of the force measurement data at the time when the acceleration data takes the extreme value is further used in calculating the mass of the article.
The mass measuring device according to claim 1.
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。
The controller is
Of the force measurement data, extract the first data corresponding to the first predetermined range including the extreme value of the data,
From the acceleration data, second data corresponding to a second predetermined range including the extreme value of the data is extracted,
Calculating a weighted average of the extracted first data and second data, and using the result for calculating the mass of the article;
The mass measuring device according to any one of claims 1 to 3.
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