质量测量装置的制作方法

本发明涉及质量测量装置。

背景技术：

已经设计有使用通过抽吸空气来吸附物品的物品保持部而测量该物品的质量的各种各样的装置。专利文献1(日本特开2013-79931号公报)公开的质量测量装置使用了抽吸空气的被称为“机械手”的物品保持部。被机械手保持的物品的重量根据设置于该机械手的附近的传感器的输出信号算出。

为了抽吸空气，一般考虑需要例如真空泵、以及连通该真空泵和物品保持部的抽吸路。但是，在由柔软的软管构成抽吸路的情况下，抽吸路可能会在空气抽吸动作中脉动或者在空气抽吸动作的开始或结束的瞬间晃动。这样的抽吸路的移动可能会给测量物品的质量的传感器的传感动作施加不良影响。另一方面，如果由具有刚性的管构成抽吸路，则可能导致妨碍设于质量测量装置的用于传感动作的可动部的移动。

技术实现要素：

本发明的课题在于在质量测量装置中减小起因于空气抽吸动作的测量误差。

本发明的第一方面所涉及的质量测量装置包括力传感器、抽吸路、基底部、物品保持部、算出部。力传感器具有固定端及自由端，输出与灵敏度方向的力的大小对应的传感信号。抽吸路使抽吸的空气通过。基底部对固定端进行固定。物品保持部固定于自由端且连接有抽吸路的一端，通过抽吸空气来保持物品。算出部基于传感信号，算出物品的质量。在将灵敏度方向设为x轴方向、将与x轴方向正交的方向设为y轴方向、将与x轴方向及y轴方向两者都正交的方向设为z轴方向时，以抽吸路带给物品保持部的力的x轴方向分量、y轴方向分量以及z轴方向分量中x轴方向分量变为最小的方式，配置力传感器及抽吸路。

根据该结构，由于抽吸路带给物品保持部的力的x轴方向分量比y轴方向分量及z轴方向分量中的哪一个都变小，所以减少了该力的灵敏度方向的分量。其结果，减小了起因于空气抽吸动作的测量误差。

根据第一方面所涉及的质量测量装置，在本发明的第二方面所涉及的质量测量装置中，抽吸路配置成经由基底部。

根据该结构，抽吸路由物品保持部及基底部这样的两点支撑。其结果，可以进一步抑制空气抽吸中的抽吸路的移动。

根据第一方面或第二方面所涉及的质量测量装置，在本发明的第三方面所涉及的质量测量装置中，抽吸路具有软管，软管配置于在y轴方向及z轴方向上展开的yz平面内。

根据该结构，抽吸路的软管不在x轴方向上延伸。其结果，可以进一步抑制空气抽吸中的抽吸路的x轴方向的移动。

根据第一方面至第三方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第四方面所涉及的质量测量装置中，抽吸路具有刚性管，刚性管配置于在y轴方向及z轴方向上展开的yz平面内。

根据该结构，抽吸路具有刚性且不在x轴方向上延伸。其结果，可以进一步抑制空气抽吸中的抽吸路的x轴方向的移动。

根据第一方面至第三方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第五方面所涉及的质量测量装置中，抽吸路具有隔开间隙而分离的一对刚性管。

根据该结构，由于存在间隙，一对刚性管能够相对于彼此而移动。其结果，用于传感动作的可动部的移动难以受到妨碍。

根据第一方面至第三方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第六方面所涉及的质量测量装置中，抽吸路具有直径的大小不同的一对刚性管，一对刚性管中的一个刚性管插入到另一个刚性管中。

根据该结构，由于直径的大小存在差异，因此一对刚性管能够相对于彼此而只移动规定的距离。其结果，用于传感动作的可动部的移动难以受到妨碍。

根据第一方面至第六方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第七方面所涉及的质量测量装置中，通过空气抽吸中的抽吸路的脉动，或者通过开始空气抽吸或结束空气抽吸引起的抽吸路的移动，产生抽吸路带给物品保持部的力。

根据该结构，能够抑制由于空气抽吸中的抽吸路的脉动或者起因于空气抽吸的开始或结束的抽吸路的移动而导致诱发测量误差。

根据第一方面至第七方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第八方面所涉及的质量测量装置中，质量测量装置还包括机器人，机器人使所述基底部移动。

根据该结构，能够使作为质量测量的对象的物品移动。

根据第一方面至第八方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第九方面所涉及的质量测量装置中，质量测量装置还包括加速度传感器，加速度传感器输出与物品保持部在灵敏度方向上的加速度的大小对应的加速度信号，算出部基于当基底部在灵敏度方向上移动时力传感器输出的传感信号、以及当基底部在灵敏度方向上移动时加速度传感器输出的加速度信号，算出物品的质量。

根据该结构，能够除了力传感器的传感信号以外还将加速度信号用于质量的算出。其结果，能够在物品的移动中进行该物品的质量的测量。

根据第一方面至第九方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第十方面所涉及的质量测量装置中，灵敏度方向是水平方向。

根据该结构，能够通过检测水平方向的力来进行测量。其结果，能够测量在水平方向上移动的物品的质量等。

根据第一方面至第九方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第十一方面所涉及的质量测量装置中，灵敏度方向是铅垂方向。

根据该结构，能够通过检测铅垂方向的力来进行测量。其结果，能够测量在铅垂方向上移动的物品的质量。或者，能够通过检测作用于物品的重力来测量静止的物品的质量。

根据第一方面至第十一方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第十二方面所涉及的质量测量装置中，力传感器是应变仪式测力传感器。

根据该结构，能够构成具有高精度且难以受到温度变化的影响的质量测量装置。

根据第一方面至第十二方面中任一个所涉及的质量测量装置，在本发明的第十三方面所涉及的质量测量装置中，质量测量装置还包括真空泵，真空泵与所述抽吸路连通。

根据该结构，能够通过真空泵来产生出物品的抽吸力。

发明效果

如果使用本发明所涉及的质量测量装置，则就可减小起因于空气抽吸动作的测量误差。

附图说明

图1是搭载了本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的装箱装置的侧视图。

图2是示出图1中所示的装箱装置的内部结构的图。

图3是图1中所示的装箱装置的俯视图。

图4是示出用于图1中所示的装箱装置的空气抽吸机构的图。

图5是示出本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图6是示出本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图7是示出搭载于本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的力传感器的放大图。

图8是本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的信号处理电路的框图。

图9是示出搭载了本发明的第二实施方式所涉及的质量测量装置的装箱装置的内部结构的图。

图10是示出本发明的第二实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图11是示出本发明的第二实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图12是示出本发明的第二实施方式的第一变形例2A所涉及的质量测量装置的立体图。

图13是示出搭载于本发明的第二实施方式的第一变形例2A所涉及的质量测量装置的力传感器的放大图。

图14是示出本发明的第二实施方式的第二变形例2B所涉及的质量测量装置的立体图。

图15是示出本发明的第三实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图16是示出本发明的第四实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

图17是示出本发明的第五实施方式所涉及的质量测量装置的立体图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

(1)装箱装置

(1-1)装箱装置的结构及动作

图1示出了搭载有本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的装箱装置1的外观。该装箱装置1是用于将多个物品5收容于捆包箱6的装置。

在装箱装置1具有的框架10上设有入口区11以及出口区12，入口区11用于收进物品5，出口区12用于排出已完成收容多个物品5的捆包箱6。并且，在框架10上设置有并联连杆机器人3和装箱机器人4。

图2示出装箱装置1的内部结构。

物品5从入口区11进入。该物品5在通过第一输送机21传送了规定的距离之后被并联连杆机器人3提起。在并联连杆机器人3的头部31设有筒状的吸附工具32，通过从那里抽吸空气，从而头部31能够保持物品5。并联连杆机器人3使物品5移动及旋转而放置于第二输送机22的上面，建立由规定的数量的物品5构成的物品组50。物品组50通过第二输送机22传送至装箱机器人4的附近，在那里待机。

空的捆包箱6从捆包箱第一入口区15及捆包箱第二入口区16中的任一个中投入装箱装置1。其后，捆包箱6在输送机辊81的上面移动，通过箱移动机构71而向第三输送机23一方推出。该第三输送机23配置于第一输送机21的下方。第三输送机23的传送方向下游的端部比第一输送机的传送方向下游的端部更向下游侧延伸。捆包箱6通过第三输送机23传送至位于装箱机器人4的下方的捆包箱待机部24并在那里待机。

在装箱机器人4的头部41也设有筒状的吸附工具42，通过从那里抽吸空气，头部41能够一次性地保持物品组50。装箱机器人4首先将物品组50从第二输送机22上提起，使其在水平方向上移动而搬运至在捆包箱待机部24正在待机的空的捆包箱6的上方为止。接着，装箱机器人4将物品组50向下方降落，收容在捆包箱6中。装箱机器人4重复该作业，将规定的数量的物品组50在捆包箱6中堆叠。

最后，已完成收容规定的个数的物品5的捆包箱6通过第三输送机23传送，从出口区12排出。

图3为装箱装置1的俯视图。本图示出了物品5、物品组50通过并联连杆机器人3、装箱机器人4来如何传送。

(1-2)空气抽吸机构

如图2所示，并联连杆机器人3的吸附工具32与已连接于头部31的软管35连通，装箱机器人4的吸附工具42与已连接于头部41的软管46连通。

如图4所示，软管35及软管46与真空泵VP连通。真空泵VP产生用于保持物品5、物品组50的抽吸力。

(2)质量测量装置的结构

本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置由装箱机器人4的头部41、软管46、真空泵VP、后述的检测部DT(图8)及算出部COM(图8)等构成。

(3)头部41的结构

(3-1)整体结构

图5示出头部41的外观。头部41安装于装箱机器人4的桅杆(mast)43。头部41具有覆盖内部的机构的盖47。盖47的内部尺寸以不妨碍后述的基底部401及可动部402的相对位置的变化这样地制作得大于那些部分的外形尺寸。需要注意的是，该盖47也可以不设置。

图6示出将盖47去除后的头部41。头部41具有：基底部401、物品保持部405、力传感器FS、加速度传感器AS。

(3-2)基底部401

基底部401由例如金属等刚性部件形成，如图6所示，被固定于装箱机器人4的桅杆43的前端。基底部401具有基底伸出部403。

(3-3)物品保持部405

物品保持部405包括：吸附工具42、吸附工具支撑部48、可动部402。

吸附工具42是具有弹性的筒状的部件。吸附工具42的内部空间被用作空气的流路。吸附工具42在被物品5按压时变形，与物品5紧贴。

吸附工具支撑部48是中空的部件，固定有多个吸附工具42。吸附工具支撑部48的内部空间与各个吸附工具42的内部空间连通。

可动部402由例如金属等刚性部件形成，与吸附工具支撑部48及软管46固定。可动部402具有用于使吸附工具支撑部48的内部空间与软管46连通的未图示的空气通路。并且，可动部402具有可动伸出部404。

(3-4)力传感器FS

图7为力传感器FS及其周边的结构的放大图。力传感器FS是能够测量在灵敏度方向S上施加的力的元件。在本实施方式中，力传感器FS由应变仪式测力传感器构成。因此，根据灵敏度方向S的力传感器FS的应变的大小，力传感器FS的电阻值等物理特性变化。该物理特性被用作为传感信号。

如图7所示，力传感器FS具有固定端EFX及自由端EFR。固定端EFX固定于基底伸出部403。自由端EFR固定于可动伸出部404。

力传感器FS的灵敏度方向S与图7中示出的彼此正交的x轴方向、y轴方向、z轴方向中的x轴方向一致。在本实施方式中，与灵敏度方向S一致的x轴方向为水平方向，z轴方向为铅垂方向。

(3-5)加速度传感器AS

返回至图6，加速度传感器AS设置于可动部402，输出对应于可动部402的x轴方向、即力传感器FS的灵敏度方向S的加速度的加速度信号。加速度传感器AS能够由在自由端带有秤锤的应变仪式测力传感器、MEMS型的小型加速度传感器或一般销售的加速度传感器等构成。

(4)质量测量装置的动作

在图6所示的头部41边保持物品组50边沿x轴方向移动的情况下，可动伸出部404相对于基底伸出部403在x轴方向上相对性地移动。由此，在力传感器FS上产生与x轴方向一致的灵敏度方向S的应变。力传感器FS输出相当于该应变的大小的传感信号。

力传感器FS的应变的大小与认为正在施加于可动伸出部404的力F(图7)对应。该力F根据所保持的物品组50的质量以及头部41的x轴方向的加速度而增减。因此，力传感器FS输出的传感信号依赖于力F的大小。

图8为本发明的第一实施方式所涉及的质量测量装置的信号处理电路的框图。力传感器FS输出的传感信号和加速度传感器AS输出的加速度信号通过检测部DT来检测，并向算出部COM输送。算出部COM根据传感信号、或者传感信号及加速度信号，算出头部41保持的物品组50的质量，并将其输出。

(5)特征

如图6所示，软管46配置成在yz平面内走行并不会改变x轴方向的位置。该yz平面与力传感器FS的灵敏度方向S正交。

在通过真空泵VP的工作而正在进行空气的抽吸动作的期间，柔软的软管46有时脉动。另外，在通过控制真空泵VP而空气的抽吸动作开始或结束的瞬间，软管46有时晃动。由于像这些一样的软管46的移动，可能存在导致软管46将力带给物品保持部405的情况。

如果将该力沿x轴方向、y轴方向、z轴方向分解，则由于软管在yz平面内走行，因此认为在该三个分量中相当于灵敏度方向S的力的x轴方向分量最小。因此，抑制了起因于空气的抽吸动作的软管46的移动对力传感器FS、加速度传感器AS的测量所施加的影响。

＜第2实施方式＞

(1)装箱装置

图9示出搭载了本发明的第二实施方式所涉及的质量测量装置的装箱装置1的内部结构。第二实施方式的装箱机器人4的头部41a的结构与第一实施方式的头部41的结构不同，除其以外的部分与第一实施方式相同。即，在第二实施方式中，从装箱机器人4的头部41a的吸附工具42抽吸的空气暂且流出到头部41的外面并通过了软管46之后再返回至头部41a，然后通过桅杆43的内部空间而朝真空泵VP(图3)行进。

(2)质量测量装置的结构

本发明的第二实施方式所涉及的质量测量装置也依然由装箱机器人4的头部41a、软管46、真空泵VP、检测部DT、算出部COM等构成。

(3)头部41a的结构

(3-1)整体结构

图10示出头部41a的外观。头部41a安装于装箱机器人4的桅杆43。头部41a具有覆盖内部的机构的盖47。盖47的内部尺寸以不妨碍后述的基底部401及可动部402的相对位置的变化的方式较大地制作那些部分的外形尺寸。需要注意的是，该盖47也可以不设置。

图11示出将盖47去除后的头部41a。头部41a具有：基底部401、物品保持部405、力传感器FS、加速度传感器AS。另外，两根软管46连结基底部401与可动部402。

(3-2)基底部401

基底部401由例如金属等刚性部件形成，正如图11所示，被固定于装箱机器人4的桅杆43的前端。并且，基底部401具有基底伸出部403。头部41a的基底部401具有用于连通桅杆43的内部空间与各个软管46的一端的未图示的空气通路。

(3-3)物品保持部405

物品保持部405包括：吸附工具42、吸附工具支撑部48、可动部402。

吸附工具42是具有弹性的筒状的部件。吸附工具42的内部空间被用作空气的流路。吸附工具42在被物品5按压时变形，与物品5紧贴。

吸附工具支撑部48是中空的部件，与多个吸附工具42固定。吸附工具支撑部48的内部空间与各个吸附工具42的内部空间连通。

可动部402由例如金属等刚性部件形成，与吸附工具支撑部48及软管46固定。可动部402具有用于使吸附工具支撑部48的内部空间与软管46连通的未图示的空气通路。并且，可动部402具有可动伸出部404。

(3-4)力传感器FS

力传感器FS与第一实施方式同样地通过图7所示的结构来设置。即，力传感器FS的固定端EFX及自由端EFR分别固定于基底伸出部403及可动伸出部404。力传感器FS的灵敏度方向S是作为水平方向的x轴方向。

(3-5)加速度传感器AS

返回至图11，加速度传感器AS与第一实施方式同样设置于可动部402。加速度传感器AS输出加速度的加速度信号，该加速度的加速度信号对应于可动部402的x轴方向、即力传感器FS的灵敏度方向S。

(4)质量测量装置的动作

第二实施方式所涉及的质量测量装置的动作原理与第一实施方式的动作原理同样。

(5)特征

与第一实施方式同样，如图11所示，软管46配置成在yz平面内走行并不会改变x轴方向的位置。该yz平面与力传感器FS的灵敏度方向S正交。

此外，在第二实施方式中，一个软管46由基底部401和可动部402两点支撑。

因此，进一步抑制了起因于空气的抽吸动作的软管46的移动对力传感器FS、加速度传感器AS的测量施加的影响。

(6)变形例

(6-1)第一变形例2A

图12示出本发明的第二实施方式的第一变形例2A所涉及的质量测量装置的头部41b。在本图中，x轴、y轴、z轴的方向与图11不同，应注意的是，x轴方向成为铅垂方向这点。第二实施方式的第一变形例2A所涉及的质量测量装置的与x轴一致的力传感器FS的灵敏度方向S与第二实施方式(图11)不同而为铅垂方向。

图13为第二实施方式的第一变形例2A中的力传感器FS及其周边的结构的放大图。可动伸出部404相对于基底伸出部403在x轴方向上相对性地移动。此时，力传感器FS根据铅垂方向的力F而受到与x轴方向一致的灵敏度方向S的应变，输出相当于该应变的大小的传感信号。

返回至图12，加速度传感器AS也还是检测作为铅垂方向的x轴方向的加速度。

两条软管46在与灵敏度方向S正交的水平的yz平面内走行，以免对力传感器FS及加速度传感器AS施加影响。

根据该结构，由于灵敏度方向S为铅垂方向，所以能够使用力传感器FS输出的传感信号来在头部41的停止中测量物品的质量。并且，还能够使用力传感器FS输出的传感信号和加速度传感器AS输出的加速度信号这两者来在头部41的x方向的移动中测量物品的质量。

(6-2)第二变形例2B

图14示出本发明的第二实施方式的第二变形例2B所涉及的质量测量装置的头部41c。在本图中，x轴、y轴、z轴的方向与图11不同，应注意的是，x轴方向成为了铅垂方向这点。本发明的第二实施方式的第二变形例2B所涉及的质量测量装置的头部41c与本发明的第二实施方式的第一变形例2A所涉及的头部41b不同：软管46相对于力传感器FS的相对配置，但动作原理与该头部41b相同。

＜第3实施方式＞

图15示出本发明的第三实施方式所涉及的质量测量装置的头部41d。在本图中，x轴、y轴、z轴的方向与图11相同，应注意的是，z轴方向成为了铅垂方向这点。在该第三实施方式的头部41d中，代替第二实施方式所涉及的头部41a(图11)的一对软管46而采用了两组由基底部侧刚性管461、软管462、可动部侧刚性管463组成的套件。在其它方面上，第三实施方式所涉及的头部41d与第二实施方式所涉及的头部41a同样的。

基底部侧刚性管461及可动部侧刚性管463由于由金属等具有刚性的材料形成，所以即使在抽吸动作中也不脉动。软管462连结基底部侧刚性管461与可动部侧刚性管463。

传感器的灵敏度方向S为水平的x轴方向。由于存在柔软的软管462，可动部402能够相对于基底部401在x轴方向上相对性地移动。因此，不会给力传感器FS的动作带来障碍。

基底部侧刚性管461、软管462、可动部侧刚性管463的套件由于配置于与灵敏度方向S正交的yz平面内，所以难以对力传感器FS及加速度传感器AS施加影响。

＜第4实施方式＞

图16示出本发明的第四实施方式所涉及的质量测量装置的头部41e。在本图中，x轴、y轴、z轴的方向与图11相同，应注意的是，z轴方向成为铅垂方向这点。在第四实施方式的头部41e中，代替第二实施方式所涉及的头部41a(图11)的一对软管46而采用了两组由基底部侧刚性管464和可动部侧刚性管465组成的套件。在其它方面上，第四实施方式所涉及的头部41e与第二实施方式所涉及的头部41a同样的。

在基底部侧刚性管464与可动部侧刚性管465之间设有不损害抽吸性能的程度的间隙G。

传感器的灵敏度方向S为水平的x轴方向。由于存在间隙G，可动部402能够相对于基底部401在x轴方向上相对性地移动。因此，不会给力传感器FS的动作带来障碍。

基底部侧刚性管464与可动部侧刚性管465的套件由于配置于与灵敏度方向S正交的yz平面内，所以难以对力传感器FS及加速度传感器AS施加影响。

＜第5实施方式＞

图17示出本发明的第五实施方式所涉及的质量测量装置的头部41f。在本图中，x轴、y轴、z轴的方向与图11相同，应注意的是，z轴方向成为铅垂方向这点。在第五实施方式的头部41f中，代替第二实施方式所涉及的头部41a(图11)的一对软管46而采用了两组由基底部侧刚性管466和可动部侧刚性管467组成的套件。在其它方面上，第五实施方式所涉及的头部41f与第二实施方式所涉及的头部41a同样的。

基底部侧刚性管466以不损害抽吸性能的方式插入可动部侧刚性管467。

传感器的灵敏度方向S为水平的x轴方向。由于可动部侧刚性管467的内径大于基底部侧刚性管466的外径，所以可动部402能够相对于基底部401在x轴方向上相对性地移动。因此，不会给力传感器FS的动作带来障碍。

基底部侧刚性管466与可动部侧刚性管467的套件由于配置于与灵敏度方向S正交的yz平面内，所以难以对力传感器FS及加速度传感器AS施加影响。

＜其它改变＞

本发明所涉及的质量测量装置的力传感器FS不局限于应变仪式测力传感器，也可以由除其以外的能够检测力的元件、装置构成。例如，力传感器FS可以为静电电容式负载传感器、磁致伸缩式负载传感器或者力平衡式秤。

本发明所涉及的质量测量装置的搭载处不局限于装箱机器人4，也可以是并联连杆机器人3。

或者，本发明所涉及的质量测量装置也可以搭载于并联连杆机器人3和装箱机器人4两者。在那种情况下，通过物品质量的双重检查，能够进行更准确的测量。并且，还能够进行质量测量装置的动作异常的判断。

符号说明

1装箱装置；3并联连杆机器人；4装箱机器人；5物品；6捆包箱；10框架；11入口区；12出口区；15捆包箱第一入口区；16捆包箱第二入口区；21第一输送机；22第二输送机；23第三输送机；24捆包箱待机部；31头部；32吸附工具；35软管；41、41a、41b、41c、41d、41e、41f头部；42吸附工具；43桅杆；46软管；47盖；48吸附工具支撑部；50物品组；71箱移动机构；81输送机辊；401基底部；402可动部；403基底伸出部；404可动伸出部；405物品保持部；461基底部侧刚性管；462软管；463可动部侧刚性管；464基底部侧刚性管；465可动部侧刚性管；466基底部侧刚性管；467可动部侧刚性管；FS力传感器；EFX固定端；EFR自由端；AS加速度传感器；G间隙

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-79931号公报