(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体を把持した把持具を水平状態から傾斜した状態に保持すると共に前記把持具の傾斜角を検出し、かつ前記把持具の把持力を可変可能な把持治具と、
前記傾斜角に応じて変化する、重力の傾斜方向における分力が、傾斜前の前記試験体にかかる重力と等しくなるように前記試験体の質量を調節する質量調節部と、
前記試験体が前記把持具から外れたときの前記傾斜角と前記試験体に作用する重力加速度とに基づいて、前記試験体が前記把持具から外れた際の前記試験体の加速度を計算する加速度演算部と
を備える加速度導出装置。
【請求項２】
前記把持治具は、
所定長さの支持部材と、
下端に前記把持具が装着されると共に上端が回動可能に前記支持部材に係合する回転部材と
を備える請求項１に記載の加速度導出装置。
【請求項３】
前記加速度演算部は、前記傾斜角をθ、前記重力加速度をｇ、また前記加速度をａとする下記式（１）に基づいて前記加速度を計算する請求項１または２に記載の加速度導出装置。
ａ＝ｇsinθ                      （１）
【請求項４】
前記把持具は、吸着ハンドである請求項１〜３のいずれか一項に記載の加速度導出装置。
【請求項５】
試験体を把持した把持具を水平状態から傾斜した状態に保持すると共に前記把持具の傾斜角を検出し、
前記傾斜角に応じて変化する、重力の傾斜方向における分力が、傾斜前の前記試験体にかかる重力と等しくなるように前記試験体の質量を調節し、
前記試験体が前記把持具から外れたときの前記傾斜角と前記試験体に作用する重力加速度とに基づいて、前記試験体が前記把持具から外れた際の前記試験体の加速度を計算する加速度導出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、加速度導出装置及び方法に関する。
本願は、２０１８年９月２６日に日本に出願された特願２０１８−１８００９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１にはトレイを自動交換するトレイ移載装置が開示されている。このトレイ移載装置は、ロボットアームの先端に装着されたハンドでトレイを把持することにより、トレイを搬入スペース、搬出スペース及び加工スペースの間で移載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開２０１１−１４３４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１にも記載されているが、ハンドには２つの開閉爪を有する機械的な挟持装置、吸着パッドあるいは電磁パッド等が用いられる。これら各ハンドのうち、吸着ハンドは、周知のように移載対象物に当接するパッドの内圧を負圧状態（真空状態）にすることにより移載対象物を把持する把持装置である。【０００５】
この吸着パッドで移載対象物を把持する場合には、移載対象物の把持状態を維持することのできる移載速度及び加速度が最適設定されるが、この移載速度及び加速度の設定は、実際の移載作業の前に移載対象物を把持して移載するテストを複数回繰り返すことによって、移載対象物重量に応じて移載対象物に付加される加速度に応じて決定される。したがって、吸着パッドを把持装置として用いた場合の移載速度及び加速度の設定作業は、時間を要する作業であり、場合によっては実際の搬送作業の効率化を損なう場合がある。【０００６】
本開示は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、移載時における移載対象物の加速度を容易に求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本開示の第１の態様の加速度導出装置は、試験体を把持した把持具を水平状態から傾斜した状態に保持すると共に前記把持具の傾斜角を検出し、かつ前記把持具の把持力を可変可能な把持治具と、前記傾斜角に応じて変化する、重力の傾斜方向における分力が、傾斜前の前記試験体にかかる重力と等しくなるように前記試験体の質量を調節する質量調節部と、前記試験体が前記把持具から外れたときの前記傾斜角と前記試験体に作用する重力加速度とに基づいて、前記試験体が前記把持具から外れた際の前記試験体の加速度を計算する加速度演算部とを備える。【０００８】
本開示の第２の態様は、前記第１の態様の加速度導出装置において、前記把持治具は、所定長さの支持部材と、下端に前記把持具が装着されると共に上端が回動可能に前記支持部材に係合する回転部材とを備える。【０００９】
本開示の第３の態様は、前記第１または第２の態様の加速度導出装置において、前記加速度演算部は、前記傾斜角をθ、前記重力加速度をｇ、また前記加速度をａとする下記式（１）に基づいて前記加速度を計算する。
ａ＝ｇsinθ                      （１）【００１０】
本開示の第４の態様は、前記第１〜第３のいずれか１つの態様の加速度導出装置において、前記把持具は吸着ハンドである。【００１１】
本開示の第５の態様の加速度導出方法は、試験体を把持した把持具を水平状態から傾斜した状態に保持すると共に前記把持具の傾斜角を検出し、前記傾斜角に応じて変化する、重力の傾斜方向における分力が、傾斜前の前記試験体にかかる重力と等しくなるように前記試験体の質量を調節し、前記試験体が前記把持具から外れたときの前記傾斜角と前記試験体に作用する重力加速度とに基づいて、前記試験体が前記把持具から外れた際の前記試験体の加速度を計算する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、移載時における移載対象物の加速度を試験体を用いて容易に求めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施形態に係る加速度導出装置の機能構成を示す模式図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態における移載装置の概要を示す模式的な側面図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態における移載装置の概要を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、本開示の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る加速度導出装置Ｄは、図１に示すように把持治具１、流量調節器２及びコンピュータ３とを備え、図２Ａ及び図２Ｂに示すように移載対象物Ｘを所定の移載装置Ａを用いて移載する際の移載対象物Ｘの加速度ａを取得する装置である。
【００１５】
先に、移載装置Ａについて説明すると、この移載装置Ａは、図２Ａに示すように一端（基端）が旋回台ａ１に固定されると共に他端（先端）に吸着ハンドａ２が装着されたロボットアーム（多関節ロボット）である。この移載装置Ａは、地点ｓ１の載置台上に載置された移載対象物Ｘを地点ｓ２の載置台上に移載する。上記吸着ハンドａ２は、複数の吸着パッド（真空パッド）が２次元状に配列された装置であり、個々の吸着パッド（真空パッド）が移載対象物Ｘに吸着することにより移載対象物Ｘを把持する。
【００１６】
加速度導出装置Ｄは、移載装置Ａを用いた移載対象物Ｘの移載の準備段階で用いられる装置であり、吸着ハンドａ２において移載対象物Ｘに付加できる最大の速度及び加速度を設定するための補助装置である。すなわち、この加速度導出装置Ｄは、図２Ｂに示すように移載対象物Ｘを把持した吸着ハンドａ２を旋回台ａ１を中心に旋回させることにより、移載対象物Ｘを地点ｓ１から地点ｓ２に搬送する際の移載対象物Ｘの加速度ａを、上記吸着パッド（真空パッド）の真空度を設定するための指標として求める装置である。
【００１７】
把持治具１は、基台１ａ、支柱１ｂ、ガイド板１ｃ、回動アーム１ｄ、回転軸１ｅ、角度センサ１ｆ、吸着ハンド１ｇ（把持具）及び移載対象物Ｘを模擬したものであって質量を可変とすることができる試験体Ｙを備えている。なお、これら各構成要素のうち、基台１ａ、支柱１ｂ、ガイド板１ｃ及び回転軸１ｅは、本開示における支持部材Ｃを構成している。また、回動アーム１ｄは、本開示における回転部材に相当する。
【００１８】
基台１ａは、把持治具１において、支柱１ｂを図１に示す姿勢つまり垂直姿勢（支柱１ｂの長手方向が垂直方向と同等である姿勢）に保持する台座であり、支柱１ｂを垂直姿勢に安定的に保持するために所定の重量及び設置面積を備えている。基台１ａは、例えば板状の重量物である。
【００１９】
支柱１ｂは、このような基台１ａ上に立設された所定長の柱状部材である。すなわち、支柱１ｂの下端は基台１ａの上面に当接した状態で固定されている。ガイド板１ｃは、このような支柱１ｂの上端部に回転軸１ｅを介して固定された半円形の板状部材である。このガイド板１ｃは、図１に示すように、直線部１ｈの姿勢が水平姿勢（直線部１ｈが水平方向に延びる状態でのガイド板１ｃの姿勢）かつ半円状の円弧部１ｉが直線部１ｈの直下に位置する垂直姿勢で支柱１ｂに固定されている。この円弧部１ｉはガイド板１ｃの外周縁に位置している。
【００２０】
また、このガイド板１ｃには、円弧部１ｉと同心円状に、半円状のスリット１ｊが形成されている。このスリット１ｊは、ガイド板１ｃにおける一面（表面）から他面（裏面）に貫通する半円状の貫通孔である。このようなスリット１ｊは、図１に示すように、直線部１ｈの中間点周りに円弧部１ｉと略同等の領域あるいは若干狭い領域に形成されている。本実施形態のスリット１ｊは、円弧部１ｉの径方向内側に配置されている。また、ガイド板１ｃの、スリット１ｊに対して径方向の内側の部分と外側の部分（円弧部１ｉ）とは、不図示の連結部で互いに連結されている。
【００２１】
回動アーム１ｄは、回転軸１ｅ周りに回動可能に設けられた所定長の棒状部材である。すなわち、回動アーム１ｄの一端には回転軸１ｅが挿通する貫通孔が形成されている。この貫通孔は、内径が回転軸１ｅの軸径よりも若干大きく設定されており、よって回転軸１ｅに対して摺動可能である。すなわち、回動アーム１ｄは、貫通孔が回転軸１ｅに対して摺動することにより、固定系である支柱１ｂ及びガイド板１ｃに対して所定の角度範囲で傾斜する（揺動する）。
【００２２】
また、この回動アーム１ｄの途中部位には係合ピン１ｋが設けられている。この係合ピン１ｋは、上述したガイド板１ｃのスリット１ｊに係合しており、回動アーム１ｄをガイド板１ｃの表面及びスリット１ｊに沿って案内する案内部材である。
【００２３】
回転軸１ｅは、支柱１ｂの上部とガイド板１ｃとの間に差し渡すように設けられた軸部材である。この回転軸１ｅは、共に垂直姿勢の支柱１ｂ及びガイド板１ｃとの間に水平姿勢で延在する（水平方向に延びる）。すなわち、上述した回動アーム１ｄは、このような回転軸１ｅによって支持されているので、垂直面（ガイド板１ｃに平行な面）内において回動する。
【００２４】
角度センサ１ｆは、回動アーム１ｄの回動角度、つまり回動アーム１ｄが垂直姿勢である状態を基準角とした場合の回動アーム１ｄの傾斜角θを検出するセンサである。すなわち、傾斜角θは、鉛直方向と回動アーム１ｄの傾斜方向とのなす角度（垂直方向とアーム１ｄの長手方向との間の角度）である。角度センサ１ｆは、上記傾斜角θを示す信号（角度検出信号）をコンピュータ３に出力する。
【００２５】
吸着ハンド１ｇは、回動アーム１ｄの、上記貫通孔が形成されている一端とは異なる他端に設けられており、上述した移載装置Ａの吸着ハンドａ２と同等の把持性能（吸着性能）を有する把持具である。すなわち、この吸着ハンド１ｇは、複数の吸着パッド（真空パッド）が２次元状に配列された把持具であり、個々の吸着パッド（真空パッド）が試験体Ｙに吸着することにより試験体Ｙを把持する。
【００２６】
また、この吸着ハンド１ｇは、試験体Ｙに水を注入することにより、試験体Ｙの質量を傾斜角θに合せて変化させることのできる装置を備えている。この水は、流量調節器３から供給され、回転軸１ｅ及び不図示の柔軟なホースを介して試験体Ｙに供給される。このような吸着ハンド１ｇを備える把持治具１は、上記試験体Ｙを把持した吸着ハンド１ｇ（把持具）を、吸着ハンド１ｇの試験体Ｙを把持した面が水平面に平行な状態（水平状態）から所定の角度範囲で傾斜させた状態に保持すると共に、吸着ハンド１ｇの傾斜角θを検出する機械構造体である。すなわち、吸着ハンド１ｇが設けられた回動アーム１ｄを備える把持治具１は、回動アーム１ｄが垂直姿勢である状態から所定の角度範囲で傾斜させた状態に保持すると共に、回動アーム１ｄの傾斜角θを検出する。
【００２７】
流量調節器２は、コンピュータ３による制御の下で試験体Ｙに水を注入する装置である。すなわち、この流量調節器２は、コンピュータ３から入力される注入制御信号に基づいて外部から供給される水の流量を調整し、当該水を上記回転軸１ｅ及び上記柔軟なホースを介して試験体Ｙに供給する。このような流量調節器２及びコンピュータ３は、試験体Ｙの質量ｍを調節する質量調節部Ｂを構成している。なお，試験体Ｙに注入する物質は水以外の流動物や砂などの粒状物でもよい。
【００２８】
コンピュータ３は、操作部３ａ、演算部３ｂ及び出力部３ｃを備える。操作部３ａは、作業者の指示を受け付ける機能部であり、例えばキーボードやマウス等のポインティングデバイスである。この操作部３ａは、操作信号を演算部３ｂに出力する。
【００２９】
演算部３ｂは、角度センサ１ｆから入力される角度検出信号に基づいて、つまり傾斜角θに基づいて注入制御信号を生成する。すなわち、演算部３ｂは、上述した流量調節器２とともに質量調節部Ｂを構成している。詳細については後述するが、この演算部３ｂは、傾斜角θに応じて流量調節器２を制御することにより試験体Ｙの質量ｍを調節する。
【００３０】
また、演算部３ｂは、上記操作信号及び上記角度検出信号を所定の加速度算出プログラムに基づいて情報処理することにより、試験体Ｙの加速度ａを計算する加速度演算部である。すなわち、この演算部３ｂは、試験体Ｙが吸着ハンド１ｇ（把持具）から外れたときの傾斜角θと試験体Ｙに作用する重力加速度ｇとに基づいて、試験体Ｙが吸着ハンド１ｇ（把持具）から外れた際の試験体Ｙの加速度ａを計算する。
【００３１】
この演算部３ｂは、演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、上記加速度算出プログラム及び重力加速度ｇの値を記憶する不揮発性メモリ、加速度ａを計算する過程で得られる中間的な演算結果を一時的に記憶する揮発性メモリ、また操作部３ａ及び出力部３ｃとの信号の授受を行うインタフェース回路等を備えており、演算結果である加速度ａを出力部３ｃに出力する。
【００３２】
出力部３ｃは、演算部３ｂから入力された加速度ａを所定の出力形態で外部に出力する。この出力部３ｃは、加速度ａを画像表示する表示装置、加速度ａを印刷する印刷装置、加速度ａをデータとして保存する記憶装置あるいは／及び加速度ａをデータ送信する通信装置等である。
【００３３】
次に、本実施形態に係る加速度導出装置Ｄの動作つまり加速度導出方法について詳しく説明するが、その前に移載装置Ａによる移載対象物Ｘの移載動作について補足説明する。
【００３４】
移載対象物Ｘを地点ｓ１から地点ｓ２に移載する場合、移載装置Ａは、載置台上の移載対象物Ｘに対して吸着ハンドａ２を上方から接近させて当接させ、さらに吸着ハンドａ２に配列された吸着パッド（真空パッド）を真空引きすることによって移載対象物Ｘを吸着ハンドａ２に吸着・把持させる。そして、移載装置Ａは、吸着ハンドａ２及び移載対象物Ｘを所定距離だけ垂直方向に引き上げると、旋回台ａ１を作動させて旋回軸周りに所定の旋回角度だけ吸着ハンドａ２及び移載対象物Ｘを水平方向に旋回させる。
【００３５】
この旋回台ａ１による旋回動作では、所定の速度プロファイルで吸着ハンドａ２及び移載対象物Ｘを旋回させることにより移載対象物Ｘが地点ｓ１から地点ｓ２に搬送される。すなわち、吸着ハンドａ２は、地点ｓ１で初速（速度＝０）から加速して所定速度に到達すると、当該所定速度で所定の旋回角だけ移動した後に減速し地点ｓ２で終速（速度＝０）となる。
【００３６】
このような旋回動作において、移載対象物Ｘには旋回速度つまり進行方向速度に応じた遠心力が作用する。そして、この遠心力は、移載対象物Ｘの重量Ｍに依存するが、移載中において移載対象物Ｘが吸着ハンドａ２から外れる主因となる。
【００３７】
本実施形態に係る加速度導出装置Ｄは、このような移載対象物Ｘの移載において移載対象物Ｘに作用する遠心力の本質的な原因である加速度ａを、試験体Ｙに作用する重力加速度ｇ及び傾斜角θに基づいて計算する。すなわち、作業者は、把持治具１の回動アーム１ｄが垂直姿勢である状態において吸着ハンド１ｇに試験体Ｙを所定の吸着力Ｐ（吸着圧）で吸着・把持させる。
【００３８】
そして、作業者は、この把持状態で回動アーム１ｄを垂直姿勢からガイド板１ｃに平行な面内で徐々に傾ける。この結果、試験体Ｙと吸着ハンド１ｇとの対向方向つまり回動アーム１ｄの傾斜方向における重力ｍｇの分力Ｍｇは、傾斜角θの増加に応じて徐々に小さくなる。演算部３ｂは、流量調節器２を制御することにより、上記分力Ｍｇが傾斜前の重力と等しくなるように、つまり実際の移載対象物Ｘの重量Ｍと等しくなるように試験体の質量ｍを調節する。
【００３９】
図１を参照して以下のように式（２）が導出される。
ｍｇsinθ＝ｍａ
ａ＝ｇsinθ                                    （１）
ｍｇcosθ＝Ｍｇ
ゆえに
ｍ＝Ｍ／cosθ                                 （２）
前記「実際の移載対象物Ｘの重量と等しくなるように質量ｍを調節する。」とは，具体的には式（２）においてθが増加するにつれて質量ｍが増加することを意味する。
なお式（１）の導出は段落［００４１］に記載する。
【００４０】
ここで、試験体Ｙが吸着ハンド１ｇに吸着・把持された状態で回動アーム１ｄ、つまり吸着ハンド１ｇ及び試験体Ｙを垂直面（ガイド板１ｃに平行な面）内である傾斜角θだけ傾斜させると、図１に示すように質量ｍの試験体Ｙには、傾斜角θに起因する重力ｍｇの分力ｍａが作用する。この分力ｍａは、図１に示すように回動アーム１ｄの傾斜方向に直交する方向の力であり、上述した移載対象物Ｘを水平方向に旋回させて移載する際に移載対象物Ｘに作用する遠心力に相当する力である。
【００４１】
すなわち、この分力ｍａは、傾斜角θに対する重力ｍｇの正弦成分である。そして、この分力ｍａの原因となる加速度ａは、上述した移載対象物Ｘを水平方向に旋回させて移載する際の移載対象物Ｘの遠心加速度に相当する加速度であり、以下の式（１）によって与えられる。
ａ＝ｇsinθ                      （１）
【００４２】
そして、このような試験体Ｙが吸着ハンド１ｇに吸着・把持された状態における回動アーム１ｄの傾斜、つまり吸着ハンド１ｇ及び試験体Ｙの垂直面（ガイド板１ｃに平行な面）内における傾斜を変化させることにより、試験体Ｙについてある限界角（傾斜角θ）が得られる。そして、この限界角（傾斜角θ）は、把持治具１の角度センサ１ｆによって検出されてコンピュータ３に角度検出信号として入力される。
【００４３】
すなわち、コンピュータ３の演算部３ｂは、作業者が操作部３ａを操作した際の傾斜角θを限界角として取り込み、この限界角（傾斜角θ）と重力加速度ｇを式（１）に代入することにより加速度ａを計算する。そして、コンピュータ３の出力部３ｃは、演算部３ｂから入力された加速度ａを移載対象物Ｘの移載時における移載装置Ａの移載速度及び加速度の指標として出力する。
【００４４】
例えば、演算部３ｂは、加速度ａと試験体Ｙの質量ｍとの相互関係を示す関係式あるいはデータテーブルを予め記憶している。演算部３ｂは、これら関係式あるいはデータテーブルを用いることにより、加速度ａに加え、上記質量ｍを抽出して出力部３ｃに出力する。この結果、出力部３ｃは、加速度ａ及び質量ｍを外部に出力する。
【００４５】
本実施形態によれば、移載時における移載対象物Ｘの加速度ａを容易に求めることが可能である。
【００４６】
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態は、吸着ハンド１ｇを把持具として用いた場合について説明したが、本開示はこれに限定さない。すなわち、本開示は、様々な形態の把持具に適用することが可能である。例えば、本開示は、磁力によって移載対象物Ｘを吸着・把持する把持具あるいは２つの爪で移載対象物Ｘを挟持するような把持具にも適用可能である。
【００４７】
（２）上記実施形態では、図１に示す把持治具１を採用したが、本開示はこれに限定されない。すなわち、把持治具１は、ガイド板１ｃが半円状に形成されているので、回動アーム１ｄを左右両方向に回動させることが可能であるが、例えば半円状に代えて１／４円状（扇形）のガイド板を採用し、回動アーム１ｄを片側方向にのみ回動可能としてもよい。
【００４８】
（３）上記実施形態では、作業者が回動アーム１ｄを傾斜させたが、本開示はこれに限定されない。例えば回動アーム１ｄを回転軸１ｅ周りに回動させるモータ等の駆動装置を設けてもよい。
【００４９】
（４）上記実施形態では、移載対象物Ｘを水平方向に旋回させて移載する際の移載対象物Ｘの遠心加速度に相当する試験体Ｙの加速度を加速度ａとして求めたが、本開示はこれに限定されない。本開示によれば、移載対象物Ｘの遠心加速度のみならず、様々な加速度を模擬することが可能である。
【００５０】
（５）上記実施形態では、演算部３ｂは質量調節部Ｂを流量調節器２と共に構成し、かつ加速度演算部として機能するが、本開示はこれに限定されない。すなわち、質量調節部Ｂを構成する演算部と、試験体Ｙの加速度ａを計算する加速度演算部とは別個に設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本開示は移載対象物を移載する際の移載対象物の加速度を導出する加速度導出装置及び方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｄ  加速度導出装置
Ａ  移載装置
Ｂ  質量調節部
Ｃ  支持部材
Ｘ  移載対象物
Ｙ  試験体
ａ１  旋回台
ａ２  吸着ハンド
１  把持治具
１ａ  基台
１ｂ  支柱
１ｃ  ガイド板
１ｄ  回動アーム（回転部材）
１ｅ  回転軸
１ｆ  角度センサ
１ｇ  吸着ハンド（把持具）
１ｈ  直線部
１ｉ  円弧部
１ｊ  スリット
１ｋ  係合ピン
２  流量調節器
３  コンピュータ
３ａ  操作部
３ｂ  演算部（加速度演算部）
３ｃ  出力部
【要約】
この加速度導出装置（Ｄ）は、試験体（Ｙ）を把持した把持具（１ｇ）を水平状態から傾斜した状態に保持すると共に前記把持具の傾斜角を検出し、かつ前記把持具の把持力を可変可能な把持治具（１）と、前記傾斜角に応じて変化する、重力の傾斜方向における分力が、傾斜前の前記試験体にかかる重力と等しくなるように前記試験体の質量を調節する質量調節部（Ｂ）と、前記試験体が前記把持具から外れたときの前記傾斜角と前記試験体に作用する重力加速度とに基づいて、前記試験体が前記把持具から外れた際の前記試験体の加速度を計算する加速度演算部（３ｂ）とを備える。【図１】
0006737429.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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