(57)【要約】【課題】力センサの傾き方向の分力が該センサの出力に現れたとしても、物品の質量を精度よく求めることができる質量測定装置を提供する。【解決手段】質量測定装置１００は、物品Ｑを保持する吸着部２と、吸着部２を移動させるロボットアーム３と、移動時の物品Ｑに作用する力を測定する力センサ１と、移動時の物品Ｑに作用する加速度を把握する加速度センサ４と、吸着部２およびロボットアーム３を運転制御し、力センサ１の測定結果を示す力測定データ及び加速度センサ４の把握した加速度データに基づいて物品Ｑの質量を算出する制御部４０と、を備えている。制御部４０は、物品Ｑの質量ｍを算出する際に基準として用いられるべき力測定データの所定基準値ｐｒが力センサ１にかかる負荷によって変化した時の、所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１を演算し、更に変化量ｖ１に基づいて物品Ｑの質量ｍを算出する。【選択図】図９
2013185847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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およ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、
前記物品の質量を算出する際に基準として用いられるべき前記力測定データの所定基準値が前記力測定部にかかる負荷によって変化した時の、前記所定基準値からの変化量、を演算し、
更に前記変化量に基づいて前記物品の質量を算出する、
質量測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記物品の移動方向を鉛直方向から水平方向へと変化させ、
前記物品の移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化するタイミングにおける前記力測定データの値を、前記変化量とする、
請求項１に記載の質量測定装置。
【請求項３】
前記物品の移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化するタイミングを示すタイミング報知信号を、前記制御部に出力する出力部、
を更に備え、
前記制御部は、前記タイミング報知信号に基づいて前記タイミングを把握する、
請求項２に記載の質量測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記保持機構および前記移動機構を介して前記物品を少なくとも水平方向を含む所定軌道で移動させ、
前記物品が水平方向に移動している間に前記力測定データが極値を採る時刻から、それまでに前記物品が前記水平方向に移動した時間を遡ることで、前記物品が水平方向への移動を開始した開始時刻を把握し、
前記開始時刻での前記力測定データの値を、前記変化量とする、
請求項１に記載の質量測定装置。
【請求項５】
少なくとも前記開始時刻から前記力計測データが極値を採る時刻までの前記力計測データの値を記憶する記憶部、
を更に備え、
前記制御部は、前記開始時刻での前記力測定データの値を、前記記憶部から読み出す、
請求項４に記載の質量測定装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記保持機構および前記移動機構を介して前記物品を所定方向へと移動させ、
前記所定方向へと前記物品が移動する間、前記物品が加速される度合いと減速される度合いとが等しくなるように、前記保持機構および前記移動機構を運転制御し、
前記所定方向へと前記物品が移動する間における前記力測定データの極大値と極小値との中央の値を、前記変化量とする、
請求項１に記載の質量測定装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記保持機構および前記移動機構を介して前記物品を所定方向へと移動させ、
前記物品が前記所定方向に加速している間の前記力測定データの積分結果と、前記物品が前記所定方向に減速している間の前記力測定データの積分結果とに基づいて、前記変化量を演算する、
請求項１に記載の質量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。開発段階では、水平に移動する物品に作用する加速度を測定することによって、物品に作用する重力加速度の影響を排除しようとしたが、力センサが傾いて取り付けられた場合、物品に作用する重力のうちの力センサの傾き方向の分力が、力センサの出力に現れることが判明した。
【０００６】
本発明の課題は、力センサの傾き方向の分力が該センサの出力に現れたとしても、物品の質量を精度よく求めることができる質量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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およ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、物品の質量を算出する際に基準として用いられるべき力測定データの所定基準値が力測定部にかかる負荷によって変化した時の、所定基準値からの変化量を演算する。更に、制御部は、該変化量に基づいて物品の質量を算出する。
【０００８】
この質量測定装置によると、保持機構が移動していない際にも、力測定部に物品に作用する重力の分力がかかってしまい、その結果力測定データの基準となる値が変化してしまったとしても、その変化量を考慮して物品の質量が算出される。従って、計量の精度が向上する。
【０００９】
また、制御部は、物品の移動方向を鉛直方向から水平方向へと変化させることができると良い。この場合、制御部は、物品の移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化するタイミングにおける力測定データの値を、変化量とする。
【００１０】
これにより、変化量を簡単に求めることができる。特に、物品の移動方向が変化するタイミング、つまりは力測定データの変位量が瞬間的にゼロとなるタイミングでの力測定データの値を、所定基準値からの変化量とするため、変化量の算出においては、物品の移動中の負荷を排除でき、力測定部の取り付け角度に起因する変化量を把握することができる。
【００１１】
また、質量測定装置は、出力部を更に備えていることが好ましい。出力部は、物品の移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化するタイミングを示すタイミング報知信号を、制御部に出力する。この場合、制御部は、タイミング報知信号に基づいて前記タイミングを把握するのが好ましい。
【００１２】
これにより、仮に制御部が移動機構と離れていたとしても、制御部は、物品の移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングを、確実に知ることができる。
【００１３】
また、制御部は、保持機構および移動機構を介して物品を少なくとも水平方向を含む所定軌道で移動させることができると良い。この場合、制御部は、物品が水平方向に移動している間に力測定データが極値を採る時刻から、それまでに物品が水平方向に移動した時間を遡ることで、物品が水平方向への移動を開始した開始時刻を把握する。そして、制御部は、開始時刻での力測定データの値を、変化量とする。
【００１４】
この質量測定装置は、力測定データが極値を採る時刻と、それまでに物品が水平方向に移動してきた時間とから、物品が水平方向への移動を開始するタイミングでの力測定データの値を求め、これを変化量とする。つまり、質量測定装置は、力測定データが極値を採った時刻から逆算して、本来の所定基準値からの変化量を求める。これにより、タイミング報知信号の出力タイミングによるばらつきの影響を受けずに、変化量を求めることができる。
【００１５】
また、質量測定装置は、記憶部を更に備えるのが好ましい、記憶部は、少なくとも開始時刻から力計測データが極値を採る時刻までの力計測データの値を記憶する。この場合、制御部は、開始時刻での力測定データの値を、記憶部から読み出す。
【００１６】
これにより、力計測データが極値を採った時刻から逆算して変化量を求めることが簡単にできる。
【００１７】
また、制御部は、保持機構および移動機構を介して物品を所定方向へと移動させことができると良い。この場合、制御部は、所定方向へと物品が移動する間、物品が加速される度合いと減速される度合いとが等しくなるように、保持機構および移動機構を運転制御する。更に、制御部は、所定方向へと物品が移動する間における力測定データの極大値と極小値との中央の値を、変化量とする。
【００１８】
加減速の加速度絶対値が等しい場合には、極大値と極小値との中央の値が変化量となる。従って、簡単に変化量を求めることができる。
【００１９】
また、制御部は、保持機構および移動機構を介して物品を所定方向へと移動させることができると良い。この場合、制御部は、物品が所定方向に加速している間の力測定データの積分結果と、物品が所定方向に減速している間の力測定データの積分結果とに基づいて、変化量を演算する。
【００２０】
これにより、簡単に変化量を求めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る質量測定装置によると、保持機構が移動していない際にも、力測定部に物品に作用する重力の分力がかかってしまい、その結果力測定データの基準となる値が変化してしまったとしても、その変化量を考慮して物品の質量が算出される。従って、計量の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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及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。
【図５】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及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。
【図６】力センサが水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられたときの重力の分力方向を表す説明図。
【図７】水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられた力センサから得られた力測定データを示すグラフ。
【図８】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であって、特に、質量測定装置の制御系を表す図。
【図９】本発明の一実施形態に係る物品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、力測定データを示すグラフ。
【図１０】変形例Ａに係る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であって、特に、質量測定装置の制御系を表す図。
【図１１】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、力測定データを示すグラフ。
【図１２】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、力測定データを示すグラフ。
【図１３】変形例Ｃ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、力測定データを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（１）質量測定装置１００の構成
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ロボットアーム３は、吸着部２を三次元的に移動させる。特に、本実施形態に係るロボットアーム３は、吸着部２を鉛直方向から水平方向へと動かし、その後該吸着部２を水平方向から鉛直方向へと動かすことができる。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（２）質量測定の原理
図２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３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３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、加速度データは０でない場合を想定している。なお、Ｃは換算係数である。
【００３６】
図４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４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。
【００３７】
図５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５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。
【００３８】
（３）物品Ｑに作用する重力の影響
上記の質量測定の原理で説明した力センサ１は感度方向が水平に取り付けられているので、水平移動時の出力、つまりは力センサ１の力測定データに重力の影響は現れない。しかしながら、力センサ１の感度方向を厳密に水平に取り付けることは容易ではなく、ある程度傾いた状態で取り付けられる。
【００３９】
図６は、力センサ１が水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられたときの重力の分力方向を表す説明図である。また、図７は、水平に対して角度θだけ傾いた状態で取り付けられた力センサ１から得られた力測定データを示すグラフである。
【００４０】
図６及び図７において、力センサ１は水平に対して角度θだけ傾いているので、吸着部２が質量ｍの物品Ｑを保持した際、力センサ１の力測定データには物品Ｑに作用する重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）が現れる。その結果、図７に示すように、吸着部２が物品Ｑを保持せず水平移動したときの力センサ１の力測定データに対して、物品Ｑを保持して水平移動したときの力センサ１の力測定データは、基準点が（ｍｇ・ｓｉｎθ）だけマイナス方向に変化する。
【００４１】
例えば、物品Ｑの質量ｍが力センサ１の力測定データのピーク値を加速度センサ４の加速度データのピーク値で除算して算出される場合には、基準点から視た力センサ１の力測定データのピーク値は重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）を含んでいるので、物品Ｑの質量ｍが正確に測定されない。
【００４２】
なお、図７の縦軸は、力測定データの値が示す物品Ｑに作用する力を表し、横軸は、時間を表す。
【００４３】
（４）物品Ｑに作用する重力の分力を考慮して物品Ｑの質量ｍを算出する手段
図８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（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１００の制御系を表している。図８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、光電センサ５０（出力部に相当）、及び制御部４０を備えている。
【００４４】
図８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。
【００４５】
光電センサ５０は、ロボットアーム３の動作の内容を検知して、その検知結果を制御部４０に出力する。具体的に、光電センサ５０は、ロボットアーム３の動作が垂直動作から水平動作へと変化することで、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化した場合には、その変化したタイミングを表すタイミング報知信号ｓ１を、制御部４０に出力する。図９では、物品Ｑの移動方向が鉛直方向である場合を“Ｌ”、物品Ｑの移動方向が水平方向である場合を“Ｈ”として示すタイミング報知信号ｓ１を、一例として表している。このようなタイミング報知信号ｓ１により、制御部４０は、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングや、逆に物品Ｑの移動方向が水平方向から鉛直方向へと変化した場合を、知ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、ロボットアーム３による吸着部２の移動にあわせて、物品Ｑの移動方向が、水平方向から鉛直方向、そして鉛直方向から水平方向へと順に変化する。図９では、力測定データが波形曲線を描いている部分は、物品Ｑの移動方向が水平方向である期間に相当し、波形曲線を描く前後の部分（つまり、力測定データが一定の部分）は、物品Ｑの移動方向が鉛直方向である期間に相当している。また、図９の縦軸は、力測定データの値が示す物品Ｑに作用する力を表し、横軸は、時間を表す。
【００４７】
制御部４０は、図８に示すように、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、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。また、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。
【００４８】
特に、本実施形態に係る制御部４０は、基準点検出部４３としても機能する。基準点検出部４３は、力測定データの基準となるべき点を検出するべく、図９に示す力測定データにおける所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１を演算する。所定基準値ｐｒとは、物品Ｑの質量ｍを算出する際に基準として用いられるべき力測定データの基準値をいい、変化量ｖ１とは、該所定基準値ｐｒが力センサ１にかかる負荷によって変化した時の変化量を言う。力センサ１にかかる負荷としては、既に述べたとおり、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）が挙げられる。
【００４９】
より具体的には、基準点検出部４３は、光電センサ５０から出力されたタイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化したことに伴い、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングを把握できる。そこで、基準点検出部４３は、該タイミングにおける力測定データの値ａ１を、変化量ｖ１とする。より詳細には、基準点検出部４３は、タイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化した直後の力測定データの値ａ１を、変化量ｖ１とする。
【００５０】
上述した手法により求めた変化量ｖ１は、上記の質量測定の原理で説明した物品Ｑの質量ｍの算出に用いられる。即ち、既に述べているように、力測定データのピーク値は重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）を含んでおり、故に該分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）に相当する分だけ力測定データの基準点が変化してしまっている。特に、変化量ｖ１は、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の大きさに応じて異なるため、例えば計量する毎に変化量ｖ１が異なっている虞があり、従って変化量ｖ１を予め一定値と設定しておくことが困難である。そのため、本実施形態に係る制御部４０は、力測定データにおける所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１を求め、これを物品Ｑの質量ｍの算出に用いることで、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を受けていない純粋な物品Ｑの質量ｍを算出する。具体的には、基準点検出部４３により求められた変化量ｖ１は、上記の質量測定の原理における（１２）式の“Ｆｍ”から減算される要素として用いられる。これにより、（１２）式における除算処理では、力測定データ“Ｆｍ”と加速度データ“Ｆａ”との除算に代えて、力測定データ“Ｆｍ−ｖ１”と加速度データ“Ｆａ”との除算が行われ、結果的に、減算器４２により、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を受けていない物品Ｑの質量ｍそのものが算出されるようになる。
【００５１】
（５）特徴
（５−１）
本実施形態に係る質量測定装置１００に係る制御部４０は、物品Ｑの質量ｍを算出する際に基準として用いられるべき力測定データの所定基準値ｐｒが力センサ１にかかる負荷（具体的には、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ））によって変化した時の、所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１を演算する。そして、制御部４０は、該変化量ｖ１に基づいて物品Ｑの質量ｍを算出する。これにより、力センサ１が若干傾いて取り付けられてしまうことによって、力センサ１に重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の負荷がかかってしまい、その結果力測定データの基準となる値が所定基準値ｐｒから変化してしまったとしても、該データの所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１を考慮して物品Ｑの質量ｍが算出される。従って、計量の精度が向上する。
【００５２】
（５−２）
また、本実施形態に係る制御部４０は、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化するタイミングにおける力測定データの値ａ１を、変化量ｖ１とするため、変化量ｖ１を簡単に求めることができる。特に、制御部４０は、物品Ｑの移動方向が変化するタイミング、つまりは力測定データの変位量が瞬間的にゼロとなるタイミングでの力測定データの値ａ１を、所定基準値ｐｒからの変化量ｖ１とする。そのため、制御部４０は、変化量ｖ１の算出においては、物品Ｑの移動中の負荷を排除でき、力センサ１の取り付け角度に起因する変化量ｖ１を把握することができる。
【００５３】
（５−３）
また、本実施形態に係る質量測定装置１００では、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングを表すタイミング報知信号ｓ１（具体的には、タイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化したタイミング）に基づいて、制御部４０は、該タイミングを把握することができる。これにより、制御部４０がロボットアーム３等と離れていたとしても、制御部４０は、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングを、確実に知ることができる。
【００５４】
（６）変形例
（６−１）変形例Ａ
上記実施形態では、光電センサ５０から出力されるタイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化したタイミング（より詳細には、タイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化した直後）における力測定データの値ａ１が、変化量ｖ１として設定されると説明した。しかしながら、該手法では、光電センサ５０の個体差等により、タイミング報知信号ｓ１が“Ｌ”から“Ｈ”へと変化するタイミングがばらついてしまう虞がある。すると、光電センサ５０によっては、例えば物品Ｑの移動方向が実際に鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングから時間がある程度経過した後に、“Ｌ”から“Ｈ”へと変化したタイミング報知信号ｓ１を出力してしまう場合も考えられる。このような場合、上記実施形態の手法で求めた変化量ｖ１は、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）のみならず、水平方向への移動に伴い物品Ｑに作用する力までもが影響した値となってしまう。
【００５５】
そこで、本発明に係る質量測定装置は、上記実施形態に係る物品Ｑの質量ｍの算出手段に代えて、以下の算出手段を採用してもよい。
【００５６】
図１０は、変形例Ａの質量測定装置２００の制御系を表す図である。図１０において、質量測定装置２００の制御系の構成要素としては、既に述べた上記実施形態に係る図８に対し、光電センサ５０に代えて記憶部５１を有している点が異なっている。即ち、変形例Ａに係る質量測定装置２００は、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、記憶部５１、及び制御部４０を備えている。
【００５７】
なお、図１０では、図８と同一の構成要素に対しては、図８と同じ符号を付している。図８と同じ符号を付した図１０の構成要素は、図８にて対応する各構成要素と同一の機能であるため、以下では、変形例Ａ特有の構成のみを説明する。
【００５８】
ここで、本変形例Ａでは、上記実施形態と同様、ロボットアーム３による吸着部２の移動にあわせて、物品Ｑの移動方向が、水平方向から鉛直方向、そして鉛直方向から水平方向へと順に変化する。即ち、本変形例Ａに係る物品Ｑは、少なくとも水平方向を含む所定軌道で移動すると言える。図１１は、力測定データを示すグラフを表しているが、図１１において力測定データが波形曲線を描いている部分は、物品Ｑの移動方向が水平方向である期間に相当し、波形曲線を描く前後の部分（つまり、力測定データが一定の部分）は、物品Ｑの移動方向が鉛直方向である期間に相当している。また、図１１の縦軸は、力測定データの値が示す物品Ｑに作用する力を表し、横軸は、時間を表す。
【００５９】
記憶部５１は、例えば不揮発性メモリで構成されており、Ａ／Ｄ変換器３３ａ，３３ｂ及び制御部４０に接続されている。記憶部５１は、各Ａ／Ｄ変換器３３ａ，３３ｂによってディジタル信号に変換された後の各測定データ（具体的には、力測定データ及び加速度データ）を記憶することができる。なお、記憶部５１が記憶する力測定データの範囲であるが、記憶部５１は、図１１に示すように、少なくとも物品Ｑが水平方向への移動を開始した開始時刻ｔ１から力測定データが極値ｐ１（または極値ｐ２）を採る時刻ｔ２（または時刻ｔ３）までの、単位時間（例えば、０．１ｍｓｅｃ）毎の力測定データの値を記憶している。ここでは、記憶部５１が、物品Ｑが停止している状態から移動を開始し該移動が停止するまでの、物品Ｑの一連の動作における力測定データ全てを記憶する場合を例に採る。
【００６０】
そして、制御部４０は、上記実施形態と同様、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や、吸着部２による物品Ｑの吸着動作の制御、ロボットアーム３の運転制御等を行う。また、制御部４０は、上記実施形態と同様、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。更に、制御部４０は、基準点検出部４３として機能することで、図１１に示す力測定データにおける所定基準値ｐｒからの変化量ｖ２を求め、これを更に用いて物品Ｑの質量ｍを算出する。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、ならびに変化量ｖ２に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。
【００６１】
特に、本変形例Ａに係る基準点検出部４３は、物品Ｑが水平方向に移動している間に力測定データが極値ｐ１（または極値ｐ２）を採る時刻ｔ２（または時刻ｔ３）から、それまでに物品Ｑが水平方向に移動した時間を遡ることで、物品Ｑが水平方向への移動を開始した開始時刻ｔ１を把握する。そして、基準点検出部４３は、遡って得た開始時刻ｔ１での力測定データの値ａ２を記憶部５１から読み出し、これを変化量ｖ２とする。
【００６２】
即ち、本変形例Ａでは、物品Ｑの移動方向が鉛直方向から水平方向へと変化したタイミングを実際に検知することによって把握するのではなく、力測定データが極値ｐ１（または極値ｐ２）を採る時刻ｔ２（または時刻ｔ３）から、水平方向への動作が始まったタイミングを推定するのである。なぜならば、ロボットアーム３がどのような速度でかつどの方向へと動くかを含む動作パターンは、質量測定装置において共通して設定されているため、力測定データの極値ｐ１（または極値ｐ２）から開始時刻ｔ１を推定することは、可能となっているためである。即ち、個々の質量測定装置において、各ロボットアーム３の動作がある程度安定しており、かつ該アーム３の動作には再現性があるため、開始時刻ｔ１の推定が可能となっている。
【００６３】
このような手法により求めた変化量ｖ２は、上記実施形態に係る変化量ｖ１と同様、上記実施形態の質量測定の原理で説明した物品Ｑの質量ｍの算出に用いられる。つまり、変化量ｖ２は、上記実施形態の質量測定の原理における（１２）式の“Ｆｍ”から減算される要素として用いられる。これにより、（１２）式における除算処理では、力測定データ“Ｆｍ”と加速度データ“Ｆａ”との除算に代えて、力測定データ“Ｆｍ−ｖ２”と加速度データ“Ｆａ”との除算が行われ、結果的に、減算器４２により、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を受けていない物品Ｑの質量ｍそのものが算出されるようになる。
【００６４】
このような手法を用いることで、質量測定装置２００は、上記実施形態に係るタイミング報知信号ｓ１の出力タイミングのばらつきによる影響を受けずに、変化量ｖ２を求めることができる。
【００６５】
また、本変形例Ａでは、少なくとも開始時刻ｔ１から力計測データが極値ｐ１（または極値ｐ２）を採る時刻ｔ２（または時刻ｔ３）までの力計測データが、記憶部５１に記憶されている。これにより、変化量ｖ２は、力計測データが極値ｐ１（または極値ｐ２）を採った時刻ｔ２（または時刻ｔ３）から逆算することにより、簡単に求められる。
【００６６】
なお、本変形例Ａに係る“極値”には、極値付近の値も含むものとする。
【００６７】
（６−２）変形例Ｂ
また、上記実施形態及び上記変形例Ａに係る物品Ｑの質量ｍの算出手段に代えて、以下の手段によって変化量ｖ３が算出されてもよい。
【００６８】
なお、本変形例Ｂに係る質量測定装置の制御系の構成要素は、上記変形例Ａに係る図１０で示した構成要素と同様であるため、以下では、変形例Ｂ特有の制御部４０の処理内容についてのみ説明する。
【００６９】
また、図１２は、力測定データを示すグラフが、図９，１１と同様、波形曲線（具体的には、サイン波形の曲線）である場合を表している。図１２において、力測定データが波形曲線を描いている部分は、物品Ｑが水平方向に移動している期間に相当し、波形曲線を描く前後の部分（つまり、力測定データが一定の部分）は、物品Ｑが鉛直方向に移動している期間に相当する。また、図１２の縦軸は、力測定データの値が示す物品Ｑに作用する力を表し、横軸は、時間を表す。
【００７０】
本変形例Ｂに係る制御部４０は、基準点検出部４３として機能することで、図１２に示す力測定データにおける所定基準値ｐｒからの変化量ｖ３を求め、これを更に用いて物品Ｑの質量ｍを算出する。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、ならびに変化量ｖ３に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。
【００７１】
特に、本変形例Ｂに係る制御部４０は、物品Ｑが吸着部２及びロボットアーム３を介して水平方向へと移動するように吸着部２及びロボットアーム３を運転制御し、且つ、物品Ｑが吸着部２及びロボットアーム３を介して水平方向へと移動させる間、物品Ｑが加速される度合いと減速される度合いとが等しくなるように、吸着部２及びロボットアーム３を運転制御する。一例としては、制御部４０は、物品Ｑが加速される場合の絶対加速度及び減速される場合の絶対加速度が共に“５０％”となるように、吸着部２及びロボットアーム３を運転制御する。そして、基準点検出部４３として機能する制御部４０は、水平方向へと物品Ｑが移動する間における力測定データの極大値ｐ４及び極小値ｐ３を記憶部５１内から抽出すると、これらの平均を求めることで各極値ｐ３，ｐ４の中央の値ａ３を求め、求めた結果を変化量ｖ３とする。
【００７２】
即ち、本変形例Ｂでは、物品Ｑの移動方向が変化したタイミングの検知や推定を行うのではなく、力測定データの極大値ｐ４及び極小値ｐ３から変化量ｖ３を求めるのである。なぜならば、物品Ｑが水平方向へと移動させる間、物品Ｑが加速される度合いと減速される度合いとが等しいため、波形曲線（具体的には、サイン波形の曲線）を描く力測定データの基準となる値（つまり、中央の値ａ３）から極大値ｐ４までの第２偏差ｄｅ２と、基準となる値（つまり、中央の値ａ３）から極小値ｐ３までの第１偏差ｄｅ１とが、共に等しくなるためである。従って、力測定データの極大値ｐ４と極小値ｐ３とから、中央の値ａ３を求めることで、水平方向への移動に伴い物品Ｑに作用する力の影響を含まず重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を含む変化量ｖ３を求めることができる。
【００７３】
このような手法により求めた変化量ｖ３は、上記実施形態及び上記変形例Ａに係る変化量ｖ１，ｖ２と同様、上記実施形態の質量測定の原理で説明した物品Ｑの質量ｍの算出に用いられる。つまり、変化量ｖ３は、上記実施形態の質量測定の原理における（１２）式の“Ｆｍ”から減算される要素として用いられる。これにより、（１２）式における除算処理では、力測定データ“Ｆｍ”と加速度データ“Ｆａ”との除算に代えて、力測定データ“Ｆｍ−ｖ３”と加速度データ“Ｆａ”との除算が行われ、結果的に、減算器４２により、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を受けていない物品Ｑの質量ｍそのものが簡単に算出されるようになる。
【００７４】
なお、上述では、物品Ｑが水平方向へと移動する場合について説明したが、物品Ｑが鉛直方向へと移動する場合においても、本変形例Ｂに係る手段は採用することができる。この場合、図１２の力測定データのグラフは、物品Ｑが鉛直方向へと移動する際に物品Ｑに作用する力を波形曲線で表したものとなっていることが好ましい。
【００７５】
なお、本変形例Ａに係る“極大値”“極小値”には、極大値及び極小値付近の値も含むものとする。
【００７６】
（６−３）変形例Ｃ
また、上記実施形態及び上記変形例Ａ〜Ｂに係る物品Ｑの質量ｍの算出手段に代えて、以下の手段によって変化量ｖ４が算出されてもよい。
【００７７】
なお、本変形例Ｃに係る質量測定装置の制御系の構成要素は、上記変形例Ａに係る図１０で示した構成要素と同様であるため、以下では、変形例Ｃ特有の制御部４０の処理内容についてのみ説明する。
【００７８】
また、図１３は、力測定データを示すグラフが、図９，１１，１２と同様、波形曲線（具体的には、サイン波形の曲線）である場合を表している。図１３において、力測定データが波形曲線を描いている部分は、物品Ｑが水平方向に移動している期間に相当し、波形曲線を描く前後の部分（つまり、力測定データが一定の部分）は、物品Ｑが鉛直方向に移動している期間に相当する。また、図１３の縦軸は、力測定データの値が示す物品Ｑに作用する力を表し、横軸は、時間を表す。
【００７９】
本変形例Ｃに係る制御部４０は、基準点検出部４３として機能することで、図１３に示す力測定データにおける所定基準値ｐｒからの変化量ｖ４を求め、これを更に用いて物品Ｑの質量ｍを算出する。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、ならびに変化量ｖ４に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。
【００８０】
特に、本変形例Ｃに係る制御部４０は、物品Ｑが吸着部２及びロボットアーム３を介して水平方向へと移動するように吸着部２及びロボットアーム３を運転制御する。そして、基準点検出部４３として機能する制御部４０は、物品Ｑが水平方向に加速している間の力測定データを記憶部５１から抽出すると、これらを積分した積分結果ｃ１を得る。また、該制御部４０は、物品Ｑが水平方向に減速している間の力測定データを記憶部５１から抽出すると、これらを積分して積分結果ｃ２を得る。そして、該制御部４０は、積分結果ｃ１，ｃ２に基づいて、変化量ｖ４を求める。
【００８１】
より具体的には、基準点検出部４３として機能する制御部４０は、以下の（１３）式に基づき、変化量ｖ４を算出する。  
2013185847.tif 000003
【００８２】
ここで、ｆ（ｔ）は、力測定データが所定基準値ｐｒを基準として波形曲線を描く場合の理想時の関数、Ｔは物品Ｑが水平方向に移動する時間を表す。つまり、（１３）式の左辺は、力測定データが描く波形曲線の基準となる値が変化量ｖ４分だけシフトしてしまっている関数ｆ（ｔ）’の、積分を表している（図１３の点線で表された曲線を参照）。従って、（１３）式の左辺からは、積分結果ｃ１，ｃ２の合計値が得られることとなる。
【００８３】
（１３）式の右辺の第１項は、力測定データが、所定基準値ｐｒを基準として波形曲線を描く理想的な場合の、該曲線を表す関数ｆ（ｔ）の積分結果を表す（図１３の実線で表された曲線を参照）。力測定データが所定基準値ｐｒを基準として波形曲線を描く場合、極小値を採る側（つまり、加速側）の関数ｆ（ｔ）の積分結果と、極大値を採る側（つまり、減速側）の関数ｆ（ｔ）の積分結果とは、絶対量は等しいものの符号が正であるか負であるかで異なっている。そのため、（１３）式の右辺の第１項の積分結果は、“０”となる。すると、（１３）式の右辺の第２項のみが残ることとなり、該結果をＴで除算することにより、変化量ｖ４が求められることとなる。
【００８４】
即ち、本変形例Ｃでは、物品Ｑの移動方向が変化したタイミングの検知や推定を行うのではなく、力測定データが描く波形曲線を表す関数を積分することにより、変化量ｖ４を求めるのである。これにより、制御部４０は、水平方向への移動に伴い物品Ｑに作用する力の影響を含まず重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を含む変化量ｖ４を求めることができる。
【００８５】
このような手法により求めた変化量ｖ４は、上記実施形態及び上記変形例Ａ，Ｂに係る変化量ｖ１〜ｖ３と同様、上記実施形態の質量測定の原理で説明した物品Ｑの質量ｍの算出に用いられる。つまり、変化量ｖ４は、上記実施形態の質量測定の原理における（１２）式の“Ｆｍ”から減算される要素として用いられる。これにより、（１２）式における除算処理では、力測定データ“Ｆｍ”と加速度データ“Ｆａ”との除算に代えて、力測定データ“Ｆｍ−ｖ４”と加速度データ“Ｆａ”との除算が行われ、結果的に、減算器４２により、重力の分力（ｍｇ・ｓｉｎθ）の影響を受けていない物品Ｑの質量ｍそのものが簡単に算出されるようになる。
【００８６】
なお、上述では、物品Ｑが水平方向へと移動する場合について説明したが、物品Ｑが鉛直方向へと移動する場合においても、本変形例Ｂに係る手段は採用することができる。この場合、図１３の力測定データのグラフは、物品Ｑが鉛直方向へと移動する際に物品Ｑに作用する力を波形曲線で表したものとなっていることが好ましい。
【００８７】
（６−４）変形例Ｄ
上記実施形態及び上記変形例Ａ〜Ｃでは、求めた変化量ｖ１〜ｖ４を、（１２）式における力測定データ“Ｆｍ”から減算することで、変化量ｖ１〜ｖ４が物品Ｑの質量ｍの算出に用いられると説明した。しかし、変化量ｖ１〜ｖ４を用いて物品Ｑの質量ｍを求める手法は、これに限定されない。
【００８８】
例えば、質量測定装置は、求めた変化量ｖ１〜ｖ４から力測定データの描く波形曲線の振幅を求め、該振幅を（１２）式における力測定データ“Ｆｍ”の変わりに代入することで、物品Ｑの質量ｍを求めても良い。
【００８９】
（６−５）変形例Ｅ
上記実施形態及び上記変形例Ａ〜Ｄでは、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が質量測定装置１００，２００に備えられている場合について説明した。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によって測定されるのではなく、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。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、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。
【符号の説明】
【００９１】
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）
３５    記憶部
４０    制御部
５０    光学センサ（出力部）
５１  記憶部
Ｑ    物品（被計量物）
ｓ１  タイミング報知信号
ａ１〜ａ３  物品が鉛直方向から水平方向へと移動し出す時の力測定データの値
ｐ１，ｐ３  力測定データの極小値
ｐ２，ｐ４  力測定データの極大値
ｔ１  物品が鉛直方向から水平方向へと移動し出す時の時刻
ｔ２  力測定データが極小値を採る時の時刻
ｔ３  力測定データが極大値を採る時の時刻
ｄｅ１  第１偏差
ｄｅ２  第２偏差
ｆ（ｔ）  所定基準値を基準とした波形曲線を表す関数
ｆ（ｔ）’  所定基準値とは異なる値を基準とした波形曲線を表す関数
ｃ１，ｃ２  積分結果
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９２】
【特許文献１】特開平８−１１０２６１号公報
【図１】
2013185847.tif 000004
【図２】
2013185847.tif 000005
【図３】
2013185847.tif 000006
【図４】
2013185847.tif 000007
【図５】
2013185847.tif 000008
【図６】
2013185847.tif 000009
【図７】
2013185847.tif 000010
【図８】
2013185847.tif 000011
【図９】
2013185847.tif 000012
【図１０】
2013185847.tif 000013
【図１１】
2013185847.tif 000014
【図１２】
2013185847.tif 000015
【図１３】
2013185847.tif 000016