JP2013193158A

JP2013193158A - 産業用ロボット

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Publication number: JP2013193158A
Application number: JP2012061902A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakatani; 誠中谷; Akitami Suzuki; 亮民鈴木; Satoshi Konishi; 聡小西
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】一連の動作で質量測定、振り分け、及び箱詰め作業の全てを行うことができる産業用ロボットを提供する。
【解決手段】産業用ロボット１００は、力センサ１と、物品Ｑ（ワーク）を保持するロボットハンド２と、ロボットハンドを移動させるロボットアーム３と、加速度測定部４と、コントローラ４０を備えている。コントローラ４０は、移動時の物品Ｑに作用する力および加速度に基づいて物品Ｑの質量を算出し、その算出された質量が予め設定されている適正範囲内であるか否かを判定することによって物品Ｑの良否判定を行う。産業用ロボット１００自身が物品Ｑの質量を測定し物品Ｑの良否を判定することができるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカを撤去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットに関し、特に、質量検査後の物品をダンボール箱またはコンテナへ振り分ける産業用ロボットに関する。

特許文献１（特開２００４−２６２４８２号公報）に開示されている商品検査装置は、包装済み商品を供給する中継コンベアに連結され、商品を上方から吸引保持する保持機構と、保持機構を垂直、旋回、前後、及び左右に移動させる移動機構とを備えている。保持機構は重量検出器を有しており、商品を引き上げて重量チェックを行うことができる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の商品検査装置は、商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、例えば、マニピュレータやロボットハンドの先端部にロードセルを取り付けて、持ち上げた商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、上記従来技術では対応できない。それゆえ、検査装置が測定済みの商品を保持したままラベル貼り付け位置まで移動し、さらにラベルが貼り付けられた商品を箱詰め用ダンボールなどの振り分け先へ移動させることはできない。

他方、従来の産業用ロボットは、搬送工程上で質量測定されて良品と判定されたワークだけを取りに行き、設定された動作で所定位置にそのワークを配置するという、専らワークを移動させることに重点が置かれており、この産業用ロボット自身がワークの良否を判定するというレベルのものではない。

例えば、この産業用ロボット自身がワークの質量測定とその良否判定をすることができれば、生産工程のレイアウトをコンパクトにすることができ、生産性の向上につながる。

本発明の課題は、一連の動作で質量測定、振り分け、及び箱詰め作業の全てを行うことができる産業用ロボットを提供することにある。

本発明の第１観点に係る産業用ロボットは、搬送されてきたワークを保持し所定の場所まで移動させて配置する産業用ロボットであって、ワークを保持するロボットハンドと、ロボットハンドを移動させるロボットアームと、力センサと、加速度測定部と、コントローラとを備えている。力センサは、ロボットハンドとロボットアームとの間に設けられ、移動時のワークに作用する力を測定する。加速度測定部は、移動時のワークに作用する加速度を測定する。コントローラは、ロボットハンドおよびロボットアームの動作を制御する。さらに、コントローラは、移動時のワークに作用する力および加速度に基づいてワークの質量を算出し、その算出された質量が予め設定されている適正範囲内であるか否かを判定することによってワークの良否判定を行う。

この産業用ロボットでは、産業用ロボット自身がワークの質量を測定しワークの良否を判定することができるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカを撤去することができる。その結果、ラインレイアウトがコンパクトになり、その分、ワークの移動距離が短縮され、最終的に生産性の向上につながる。

本発明の第２観点に係る産業用ロボットは、第１観点に係る産業用ロボットであって、さらにコントローラが、ロボットアームを介して、ワークをその質量の大きさに応じて複数の配置場所に振り分ける。

この産業用ロボットでは、産業用ロボット自身がワークの質量を測定しワークの良否を判定した後、直にワークを振り分けるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカ、ウエイトチェッカから振り分け場所までの搬送コンベア、及び不良品を排除するための機構を撤去することができる。

本発明の第３観点に係る産業用ロボットは、第１観点または第２観点に係る産業用ロボットであって、ワークを監視するカメラをさらに備えている。コントローラは、カメラから得られる画像データに基づいてワークの位置やワークの姿勢を取得し、ロボットハンドがワークを保持する動作パターンを決定する。さらに、コントローラは、保持されたワークが移動するときのカメラから得られる画像データを加速度測定部に処理させてワークに作用する加速度を測定させる。

この産業用ロボットでは、ワークの位置・姿勢を監視するカメラを利用してワークに作用する加速度を測定することができる。

本発明の第４観点に係る産業用ロボットは、第３観点に係る産業用ロボットであって、コントローラが、カメラから得られる画像データに基づいてワークの外観検査をも行う。

この産業用ロボットでは、コントローラは、ワークの外観がＯＫであるにもかかわらず質量がＮＧの場合は、ワークの内部欠損、あるいは内部部品欠品と判定することができるので、不良品の振り分けも可能である。

本発明の第５観点に係る産業用ロボットは、第３観点に係る産業用ロボットであって、カメラが、移動しない所定位置に固定されている。

この産業用ロボットでは、加速度測定部をロボットハンド側またはロボットアーム側に設ける必要がなくなり、配線等の引き回しによる作業上の煩雑さが解消もしくは軽減される。

本発明の第６観点に係る産業用ロボットは、第３観点に係る産業用ロボットであって、カメラは、ロボットハンドまたはロボットアームに取り付けられている。

固定カメラの場合は、ロボットハンドがワークを取りに行く場所、及び、移動するワークまたはロボットハンドもしくはロボットアームがカメラレンズに入る場所が必要となるので、産業用ロボットの設置場所に多少制限を受けるが、この産業用ロボットはカメラがロボットハンドまたはロボットアームに取り付けられているので、ロボットハンドが届く範囲内であれば設置場所の制限を受けない。

本発明に係る産業用ロボットでは、産業用ロボット自身がワークの質量を測定しワークの良否を判定することができるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカを撤去することができる。その結果、ラインレイアウトがコンパクトになり、その分、ワークの移動距離が短縮され、最終的に生産性の向上につながる。

本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの概略平面図。図１の産業用ロボットをばね−質量系で表わしたときの当該産業用ロボットの２自由度モデル。零点調整のために、ロボットハンドに何も保持させない状態で力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。スパン調整用の既知の分銅をロボットハンドに保持させた状態で力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。質量ｍの被測定物をロボットハンドに保持させた状態で力センサおよび加速度センサから得られた検出信号を示すグラフ。産業用ロボットの制御系のブロック図。産業用ロボットの力センサおよび加速度センサによって検出された信号を処理する信号処理回路図。産業用ロボットが配置された箱詰め工程の平面図。産業用ロボットが配置された他の箱詰め工程の平面図。産業用ロボットが配置された他の箱詰め工程の平面図。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）産業用ロボット１００の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る産業用ロボット１００の概略平面図である。図１において、産業用ロボット１００は、力センサ１と、ロボットハンド２と、ロボットアーム３と、加速度センサ４とを備えている。

力センサ１は、移動中の物品Ｑ（ワーク）に作用する力を検出する。力センサ１には、例えば、歪みゲージ式ロードセルが採用される。歪みゲージ式ロードセルは、移動によって自由端側が固定端側に対して相対的に変位し、それによって自由端側に作用する力を検出することができる。

ロボットハンド２は、物品Ｑを保持する。ロボットハンド２には、エアー駆動またはモータ駆動によるフィンガータイプのチャック機構が採用される。なお、ロボットハンド２は、チャック機構に限定されるものではなく、エアー吸着機構であってもよい。

ロボットアーム３は、ロボットハンド２を３次元的に移動させる。なお、ロボットアーム３としては、例えば、水平多関節ロボットや垂直多関節ロボット、あるいは、パラレルリンクロボット等が適切である。

加速度センサ４は、物品Ｑに作用する加速度を検出する。加速度センサ４としては、例えば、歪みゲージ式ロードセル、ＭＥＭＳ型の小型加速度センサ、及び一般的な市販の加速度センサのいずれかが適宜採用される。

なお、力センサ１はロボットハンド２とロボットアーム３との間に設けられ、加速度センサ４はロボットハンド２に隣接するように設けられる。以下で説明する実施形態では、力センサ１及び加速度センサ４ともに歪みゲージ式ロードセルが採用され、力センサ１及び加速度センサ４は水平方向に移動する物品Ｑに作用する力と加速度を検出する。

（２）産業用ロボットによる質量測定の原理
図２は、図１の産業用ロボット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。

図２において、ｍは物品Ｑの質量、Ｍ₁は力センサ１の自由端側の質量とロボットハンド２の質量および加速度センサ４の固定端側の質量の和、Ｍ₂は加速度センサ４の自由端側の質量である。また、ｋ₁は力センサ１のばね定数、ｋ₂は加速度センサ４のばね定数である。ｘ₁は力センサ１の変位量、ｘ₂は加速度センサ４の変位量とする。

物品Ｑに加速度が作用したときの運動方程式は、
（ｍ＋Ｍ₁）ｄ²ｘ₁／ｄｔ²＝−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）（１）
Ｍ₂ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）（２）
として表される。また（１）式を変形すると、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₁／ｄｔ²）−Ｍ₁ （３）
となる。さらに、加速度センサ４の剛性が大きいことを考慮すると、
ｄ²ｘ₁／ｄｔ²≒ｄ²ｘ₂／ｄｔ² （４）
として近似できる。それゆえ、（３）及び（４）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）＋ｋ₂（ｘ₁−ｘ₂）]／（ｄ²ｘ₂／ｄｔ²）−Ｍ₁ （５）
が導き出される。また、（２）式を変形すると、
ｄ²ｘ₂／ｄｔ²＝−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）／Ｍ₂ （６）
となるので、（５）、（６）式より、
ｍ＝[−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）／−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）]Ｍ₂＋Ｍ₂−Ｍ₁ （７）
が導き出される。

ここで、−ｋ₁（ｘ₁−ｙ）は力センサ１の出力、−ｋ₂（ｘ₂−ｘ₁）は加速度センサ４の出力である。

図３は、零点調整のために、ロボットハンド２に何も保持させない状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図３において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｚ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｚとしたとき、（７）式より、
０＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）＋Ｍ₂−Ｍ₁ （８）
となる。但し、加速度は０でない場合を想定している。なお、Ｃは換算係数である。

図４は、スパン調整用の既知の分銅をロボットハンド２に保持させた状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図４において、スパン質量をｍｓ、力センサ１の出力のピーク値をＦｍｓ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａｓとしたとき、（７）式より、
ｍｓ＝Ｍ₂・Ｃ・（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）＋Ｍ₂−Ｍ₁ （９）
となる。そして、（８）−（９）式より、
Ｃ＝ｍｓ／Ｍ₂｛（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝（１０）
が導き出される。（１０）式より、Ｍ₂は固定係数として、スパン係数をＳとすると、
Ｓ＝Ｃ・Ｍ₂＝ｍｓ／｛（Ｆｍｓ／Ｆａｓ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝（１１）
である。

図５は、質量ｍの被測定物をロボットハンド２に保持させた状態で力センサ１及び加速度センサ４から得られた検出信号を示すグラフである。図５において、力センサ１の出力のピーク値をＦｍ、加速度センサ４の出力のピーク値をＦａとしたとき、（１１）式より、
ｍ＝Ｓ｛（Ｆｍ／Ｆａ）−（Ｆｍｚ／Ｆａｚ）｝（１２）
となる。

上記のように、産業用ロボット１００の質量測定方式は、物品Ｑを移動させ、移動時の物品に作用する力を移動時の物品に作用する加速度で除算して物品Ｑの質量を算出する方式である。

（３）制御系
図６は、産業用ロボット１００の制御系のブロック図である。図６において、コントローラ４０及び記憶部４９を含む制御回路５０には、力センサ１、ロボットハンド２、ロボットアーム３、加速度センサ４、入力部７及びディスプレイ８が電気的に接続されている。なお、力センサ１、ロボットハンド２、ロボットアーム３、及び加速度センサ４については、既に説明しているので、ここでは言及しない。

入力部７は、産業用ロボット１００の始動前に、オペレータが力センサ１の定格や、被測定物の測定範囲などを入力するための機器であり、具体的には、キーボード、或いは、タッチパネルである。

ディスプレイ８は、産業用ロボット１００の動作状況を逐次表示するための機器であり、力センサ１及び加速度センサ４の異常や、ロボットハンド２及びロボットアーム３の動作異常が発生したときには、エラー表示を行う。

記憶部４９は、産業用ロボット１００に搭載可能な力センサ１の定格、及び被測定物の質量範囲ごとに設定された被測定物に作用させるべき適用加速度を予め記憶している。

例えば、産業用ロボット１００が、物品Ｑが搬送される工程で、「ロボットハンド２によって物品Ｑを保持し、ロボットアーム３によって物品Ｑを箱詰め位置まで移動させ、その間に質量を測定し、物品Ｑを箱詰めする」という動作を行う場合、オペレータは産業用ロボット１００の始動前に、物品Ｑの質量測定範囲（例えば、ｍ±０．５ｇ）を入力する。

記憶部４９は、予め質量ｍ程度の物品Ｑの質量を測定するときに物品Ｑに作用させるべき最適加速度を記憶している。コントローラ４０は、入力された質量測定範囲に対応する適用加速度を記憶部４９から読み取り、ロボットアーム３を介して物品Ｑにその適用加速度を作用させ、そのときの力センサ１の出力を読み取る。なお、コントローラ４０としては、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）やマイコン等が採用される。

図７は、力センサ１及び加速度センサ４によって検出された信号を処理する信号処理回路図である。図７において、力センサ１と加速度センサ４には、それぞれ増幅器３１ａ、３１ｂが接続されており、これらの増幅器３１ａ、３１ｂは、力センサ１及び加速度センサ４から入力された検出信号を増幅する。また、増幅器３１ａ、３１ｂには、それぞれＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂが接続されている。そのＡ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂには、それぞれローパスフィルタ３７ａ、３７ｂが接続されている。このローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、入力された検出信号から一定周波数以上のノイズ成分を除去する。また、ローパスフィルタ３７ａ、３７ｂは、コントローラ４０に接続されている。

コントローラ４０は、入力された検出信号に基づいて各種の処理を実行する。先ず、コントローラ４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に含まれるノイズ周波数成分をローパスフィルタ３７ａ、３７ｂにより除去する処理を行う。そして、そのノイズ周波数成分が除去された力センサ１の検出信号を除算器４１により加速度センサ４の検出信号で除算する処理を行い、その後、コントローラ４０は、減算器４３として機能することで、その除算結果を用いて式（１２）の演算を行い、質量ｍを算出する処理を行う。即ち、コントローラ４０は、力センサ１及び加速度センサ４の検出信号に基づいて、物品Ｑの質量ｍを算出する。

（４）産業用ロボット１００の動作
（４−１）ラベル貼り付けのための補助動作
図８は、産業用ロボット１００が配置された箱詰め工程の平面図である。図８において、箱詰め工程ＦＡＬ１には、物品供給コンベア２１１、箱詰めコンベア２２１、カメラ５１、第１ラベル発行器７１、および第２ラベル発行器７２が据え付けられている。

物品供給コンベア２１１には、上流側から物品Ｑが搬送されてくる。物品供給コンベア２１１の側方には、物品供給コンベア２１１の上流側を進行する物品を捉えるカメラ５１が配置されている。コントローラ４０はカメラ５１から送られてくる物品Ｑの画像データを基に、外観を良品および不良の２種類に選別する。

また、物品供給コンベア２１１と箱詰めコンベア２２１との間にはスペースが確保されており、そのスペースに第１ラベル発行器７１と第２ラベル発行器７２が配置されている。第１ラベル発行器７１から発行されるラベルの印字内容と第２ラベル発行器７２から発行されるラベルの印字内容とは異なる。

また、箱詰めコンベア２２１は、物品Ｑが満杯になるまでコンテナ２７１を置くための荷積用コンベア部２２１ａと、荷積済みコンテナ２７１を次工程へ送るための送り用コンベア部２２１ｂとで構成されている。荷積用コンベア部２２１ａと送り用コンベア部２２１ｂとは交差しており、荷積用コンベア部２２１ａで満杯になったコンテナ２７１は荷積済みコンテナ２７１として送り用コンベア部２２１ｂ側に押し出され、送り用コンベア部２２１ｂの流れに載って次工程へ送られる。

コントローラ４０は、物品供給コンベア２１１を流れる物品Ｑをロボットハンド２に保持させて持ち上げさせる。さらに、コントローラ４０は、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに所定の適用加速度が作用するように移動させ、第１ラベル発行器７１及び第２ラベル発行器７２の手前まで物品Ｑを運ばせる。なお、産業用ロボット１００の動作、すなわち、物品の移動パターンは、オペレータによって稼動前に入力部７を介して設定されている。

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

コントローラ４０は、外観検査結果と算出した物品Ｑの質量とに基づいて、外観で合格となった物品Ｑのうち質量が第１範囲に入ったものをＬランクとして、第１範囲より小さい第２範囲に入ったものをＭランクとして記憶する。

そして、コントローラ４０は、物品ＱがＬランク品であったときは第１ラベル発行器７１の手前に運び、第１ラベル発行器７１から発行されるラベルに押し付けてラベルの貼り付けを行う。同様に、物品ＱがＭランク品であったときは第２ラベル発行器７２の手前に運び、第２ラベル発行器７２から発行されるラベルに押し付けてラベルの貼り付けを行う。

さらに、コントローラ４０は、ラベル貼り付けが完了した物品Ｑをコンテナに収めるようにロボットアーム３及びロボットハンド２の動作を制御する。一般には、Ｌランク品とＭランク品とを別個のコンテナ２７１に振り分けるが、本実施形態では、１つのコンテナ２７１内に仕切りを設けて、一方にＬランク品を、他方にＭランク品を振り分ける。

また、コントローラ４０は、物品Ｑが外観不良品であると判定したとき、或いは、物品Ｑの質量が許容範囲外であると判定したときは、その物品Ｑを不良品置場７０１まで移動させ、そこに一時的に貯めておく。

このように、１台の産業用ロボット１００が物品Ｑの質量検査、移動、ラベル貼り付け、振り分け、及び箱詰めという複数の作業を担うことができるので、生産性が向上するだけでなく、生産工程の省スペース化を図ることができる。

また、物品Ｑが製袋包装品である場合、従来なら物品供給コンベア２１１に製袋包装品のシール性を検査するシールチェッカが配置される。しかし、この産業用ロボット１００では、ロボットハンド２が製袋包装された物品Ｑを所定の力で押える動作を追加するだけで、シールチェッカの代用となる。

原理的には、ロボットハンド２がシール性良品の物品Ｑを押えると、押圧開始後、力センサ１の出力はロボットハンド２の押圧力に相当する出力まで上昇し、シール性の検査中はその押圧力に相当する出力をほぼ維持する。そして、ロボットハンド２が物品Ｑを押えることを止めると、力センサ１の出力はすみやかに減少する。

他方、ロボットハンド２がシール性不良品の物品Ｑを押えると、押圧開始後、力センサ１の出力はロボットハンド２の押圧力に相当する出力まで上昇するが、シール性不良のためにその押圧力に耐え切れず物品Ｑの袋内から気体（空気や不活性ガスなど）が漏れ出て力センサ１の出力が減少する。

以上にように、１台の産業用ロボット１００は、物品Ｑの質量検査、移動、振り分け、及び箱詰めという複数の作業に加えて、シールチェックをも行なうことができる。

（４−２）物品の良否を判定して箱詰めする動作
図９は、産業用ロボット１００が配置された箱詰め工程の平面図である。図９において、箱詰め工程ＦＡＬ２には、物品供給コンベア３１１、箱詰めコンベア３２１、およびカメラ５１が据え付けられている。

物品供給コンベア３１１には、上流側から物品Ｑが搬送されてくる。箱詰めコンベア３２１は、物品供給コンベア３１１と並列に配置されている。また、箱詰めコンベア３２１は物品供給コンベア３１１の搬送方向と同方向に箱（ダンボール）を搬送する。

また、物品供給コンベア３１１と箱詰めコンベア３２１との間にはスペースが確保されており、そのスペースに産業用ロボット１００が配置されている。また、同じスペースに不良品を一時的に置く不良品置場７０１も設けられている。

なお、カメラ５１は、産業用ロボット１００が配置されるスペースと同じ領域内であって、物品供給コンベア３１１の上流側を進行する物品を捉える場所に配置されており、コントローラ４０はカメラ５１から送られてくる物品Ｑの画像データを基に、外観を良品および不良の２種類に選別する。

コントローラ４０は、物品供給コンベア３１１を流れる物品Ｑをロボットハンド２に保持させて持ち上げさせる。さらに、コントローラ４０は、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに所定の適用加速度が作用するように移動させ、箱詰めコンベア３２１の箱詰め位置まで物品Ｑを運ばせる。なお、産業用ロボット１００の動作、すなわち、物品の移動パターンは、オペレータによって稼動前に入力部７を介して設定されている。

コントローラ４０は、外観検査結果と算出した物品Ｑの質量とに基づいて、外観および質量がともに良品と判定した物品Ｑのみを箱４２１に収めるようにロボットアーム３及びロボットハンド２の動作を制御する。

このように、１台の産業用ロボット１００が物品Ｑの質量検査、移動、振り分け、及び箱詰めという複数の作業を担うことができるので、生産性が向上するだけでなく、生産工程の省スペース化を図ることができる。

また、物品Ｑが製袋包装品である場合、従来なら物品供給コンベア３１１に製袋包装品のシール性を検査するシールチェッカが配置される。しかし、この産業用ロボット１００では、ロボットハンド２が製袋包装された物品Ｑを所定の力で押える動作を追加するだけで、シールチェッカの代用となる。その原理は、[（４−１）ラベル貼り付けのための補助動作]で説明しているので、ここでは省略する。

（４−３）物品をランク分けして箱詰めする動作
図１０は、産業用ロボット１００が配置されたその他の箱詰め工程の平面図である。図１０において、箱詰め工程ＦＡＬ３には、物品供給コンベア５１１、箱供給コンベア５２１、箱詰めコンベア５３１〜５３４、およびカメラ５１が据え付けられている。

物品供給コンベア５１１には、上流側からコンテナ６１１が搬送されてくる。コンテナ６１１の中には、質量測定対象である複数の物品Ｑが収められている。箱供給コンベア５２１及び箱詰めコンベア５３１〜５３４は、物品供給コンベア５１１と直交するように配置されている。箱供給コンベア５２１は、物品供給コンベア５１１に近づく方向に箱を搬送する。他方、箱詰めコンベア５３１〜５３４は物品供給コンベア５１１から遠ざかる方向に箱詰めされた物品を搬送する。

箱詰めコンベア５３１〜５３４は、物品のランクごとに分けられており、第１箱詰めコンベア５３１では、外観が優良で、Ｌ（ラージ）サイズの物品が箱詰めされる。第２箱詰めコンベア５３２では、外観が良好で、Ｌ（ラージ）サイズの物品が箱詰めされる。第３箱詰めコンベア５３３では、外観が優良で、Ｍ（ミディアム）サイズの物品が箱詰めされる。第４箱詰めコンベア５３４では、外観が良好で、Ｍ（ミディアム）サイズの物品が箱詰めされる。

また、物品供給コンベア５１１と第１箱詰めコンベア５３１との間にはスペースが確保されており、そのスペースに不良品を一時的に置く不良品置場７０１が設けられている。さらに、物品供給コンベア５１１と第２〜４箱詰めコンベア５３２〜５３４との間にもスペースが確保されており、そのスペースに産業用ロボット１００が配置されている。

なお、カメラ５１は物品供給コンベア５１１を挟んで産業用ロボット１００とは反対側に配置されている。カメラ５１の位置は、産業用ロボット１００のロボットハンド２が物品を保持して持ち上げたとき、物品Ｑの外観を捉えることができる場所である。

コントローラ４０は、物品供給コンベア５１１を流れるコンテナ６１１の中にある物品Ｑをロボットハンド２に保持させて持ち上げる。このとき、コントローラ４０には、カメラ５１から物品Ｑの画像データが送られてくるので、コントローラ４０はその画像データを基に外観を優良、良品および不良の３種類に選別する。

さらに、コントローラ４０は、ロボットアーム３の動作を制御して、物品Ｑに所定の適用加速度が作用するように移動させ、振り分け位置まで物品Ｑを運ばせる。なお、産業用ロボット１００の動作、すなわち、物品の移動パターンは、オペレータによって稼動前に入力部７を介して設定されている。

コントローラ４０は、外観検査結果と算出した物品Ｑの質量とに基づいて、物品Ｑが[Ｌサイズ・外観優良]、[Ｌサイズ・外観良好]、[Ｍサイズ・外観優良]、および[Ｍサイズ・外観良好]のいずれのランクに該当するのかを決定し、その決定結果に基づいて、物品Ｑを所定のダンボール箱６３１〜６３４に収めるようにロボットアーム３及びロボットハンド２の動作を制御する。

なお、第１〜第４箱詰めコンベア５３１〜５３４の上流側には箱検知センサ（図示せず）が設置されている。箱検知センサは箱の有無を検知するセンサであり、箱に直に光をあてて検知する非接触センサ、或いは、箱の下方に配置され箱自体の重みでオン・オフするメカニカルスイッチで代用できる。いずれにせよ、箱が物品で満杯になり下流側に移動したときに反応して箱無し状態を知らせる信号を出力することができる。

コントローラ４０は、箱検知センサからの箱無し状態を知らせる信号を受けたとき、ロボットハンド２が箱供給コンベア５２１の空の箱（ダンボール）６２１を保持できる位置まで行くようにロボットアーム３の動作を制御する。さらに、コントローラ４０は、ロボットハンド２に空箱６２１を保持させた後、空箱６２１を必要とする箱詰めコンベア５３１〜５３４まで移動するようにロボットアーム３の動作を制御する。

このように、１台の産業用ロボット１００が物品Ｑの質量検査、移動、振り分け、箱詰め、及び空箱搬送という複数の作業を担うことができるので、生産性が向上するだけでなく、生産工程の省スペース化を図ることができる。

（５）特徴
（５−１）
産業用ロボット１００は、力センサ１と、物品Ｑを保持するロボットハンド２と、ロボットハンドを移動させるロボットアーム３と、加速度測定部４と、コントローラ４０を備えている。コントローラ４０は、移動時の物品Ｑに作用する力および加速度に基づいて物品Ｑの質量を算出し、その算出された質量が予め設定されている適正範囲内であるか否かを判定することによって物品Ｑの良否判定を行う。産業用ロボット１００自身が物品Ｑの質量を測定し物品Ｑの良否を判定することができるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカを撤去することができる。その結果、ラインレイアウトがコンパクトになり、その分、物品Ｑの移動距離が短縮され、最終的に生産性の向上につながる。

（５−２）
さらにコントローラ４０は、ロボットアーム３を介して、物品Ｑをその質量の大きさに応じて複数の配置場所に振り分ける。産業用ロボット１００自身が物品Ｑの質量を測定し物品Ｑの良否を判定した後、直に物品Ｑを振り分けるので、生産工程から少なくとも従来のウエイトチェッカ、ウエイトチェッカから振り分け場所までの搬送コンベア、及び不良品を排除するための機構を撤去することができる。

（６）変形例
（６−１）
コントローラ４０は、カメラ５１から得られる画像データに基づいて物品Ｑの位置や物品Ｑの姿勢を取得し、ロボットハンド４が物品Ｑを保持する動作パターンを決定しているが、それだけにとどまらず、保持された物品Ｑが移動するときのカメラ５１から得られる画像データを処理して物品Ｑに作用する加速度を測定することも可能である。

また、カメラ５１が移動しない所定位置に固定されていれば、加速度センサ４をロボットハンド２側またはロボットアーム３側に設ける必要がなくなるので、配線等の引き回しによる作業上の煩雑さが解消もしくは軽減される。

（６−２）
コントローラ４０は、物品Ｑの外観がＯＫであるにもかかわらず、質量がＮＧの場合は、物品Ｑの内部欠損、あるいは内部部品欠品と判定することができるので、不良品の振り分けも可能である。

（６−３）
また、カメラ５１が、ロボットハンド２またはロボットアーム３に取り付けられてもよい。カメラ５１を固定する場合は、ロボットハンド２が物品Ｑを取りに行く場所、及び、移動する物品Ｑまたはロボットハンド２もしくはロボットアーム３がカメラレンズに入る場所が必要となるので、産業用ロボットの設置場所に多少制限を受けるが、カメラ５１がロボットハンド２またはロボットアーム３に取り付けられることによって、ロボットハンド２が届く限り、産業用ロボットの設置場所の自由度が拡大する。

以上のように、本発明に係る産業用ロボットは、質量検査装置、箱詰め装置及びシールチェッカとしても有用である。

１力センサ
２ロボットハンド
３ロボットアーム
４加速度センサ（加速度測定部）
４０コントローラ
５１カメラ
１００産業用ロボット
Ｑ物品（ワーク）

特開２００４−２６２４８２号公報

Claims

搬送されてきたワークを保持し所定の場所まで移動させて配置する産業用ロボットであって、
前記ワークを保持するロボットハンドと、
前記ロボットハンドを移動させるロボットアームと、
前記ロボットハンドと前記ロボットアームとの間に設けられ、移動時の前記ワークに作用する力を測定する力センサと、
移動時の前記ワークに作用する加速度を測定する加速度測定部と、
前記ロボットハンドおよび前記ロボットアームの動作を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、移動時の前記ワークに作用する力および加速度に基づいて前記ワークの質量を算出し、その算出された質量が予め設定されている適正範囲内であるか否かを判定することによって前記ワークの良否判定を行う、
産業用ロボット。
さらに、前記コントローラは、前記ロボットアームを介して、前記ワークをその質量の大きさに応じて複数の配置場所に振り分ける、
請求項１に記載の産業用ロボット。
前記ワークを監視するカメラをさらに備え、
前記コントローラは、前記カメラから得られる画像データに基づいて前記ワークの位置または前記ワークの姿勢を取得し、前記ロボットハンドが前記ワークを保持する動作パターンを決定し、
さらに、前記コントローラは、保持された前記ワークが移動するときの前記カメラから得られる画像データを前記加速度測定部に処理させて前記ワークに作用する加速度を測定させる、
請求項１又は請求項２に記載の産業用ロボット。
前記コントローラは、前記カメラから得られる画像データに基づいて前記ワークの外観検査をも行う、
請求項３に記載の産業用ロボット。
前記カメラは、移動しない所定位置に固定されている、
請求項３に記載の産業用ロボット。
前記カメラは、前記ロボットハンドまたは前記ロボットアームに取り付けられている、
請求項３に記載の産業用ロボット。