重量测定系统以及重量测定方法与流程

本发明涉及一种使用机器人来对物品的重量进行测定的重量测定系统以及重量测定方法。

背景技术：

在多关节机器人等机器人中，电动机经由减速机而搭载于机器人的各关节，能够根据电动机的负荷来对由机器人的手提起的物体的重量进行估计(测定)。作为与此有关的现有技术，例如在日本特开平08-190433号公报中记载了一种构想了如下内容的负荷重量估计方法：不从外部输入表示质量、重心位置的参数就对附加地安装于由伺服电动机驱动的机器人、机床等控制对象的手、工具等的负荷重量进行估计。

另外，在日本特开2011-235374号公报中记载了一种构想了如下内容的负荷估计装置和负荷估计方法：着眼于不假定工件重量地向电动机发送的转矩指令与响应于被把持的工件的重量而实际上产生的转矩之间的差异，来估计工件的重量。

通常，机器人的可搬运重量是基于机器人的减速机、电动机的规格等而预先决定的，在对利用机器人提起的物体的重量进行测定的情况下，该可搬运重量是能够测定的物体的重量的上限。因而，在测定对象物品的重量超过该可搬运重量的情况下，需要使用可搬运重量更大的其它机器人。在上述的日本特开平08-190433号公报和日本特开2011-235374号公报中均没有提及能够对超过机器人的可搬运重量的重量进行测定的手段、方法。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供一种使用机器人而还能够测定超过该机器人的可搬运重量的重量的重量测定系统以及重量测定方法。

为了达成上述目的，本发明的一个方式提供一种重量测定系统，其使用机器人来对通过多个支承点或一个以上的支承面接地来支撑自重的被测定物的重量进行测定，其中，所述机器人构成为对与所述被测定物连结的作用点施加力，以使所述被测定物成为在所述支承点中的至少一个支承点或所述支承面的一部分浮起的同时除所述至少一个支承点以外的剩余的支承点或除已浮起的所述支承面的一部分以外的部分接地的姿势，所述重量测定系统具有运算处理装置，该运算处理装置基于搭载于所述机器人的电动机的负荷来计算对所述作用点施加的力的大小，并且根据所述力的大小、以及所述作用点、除所述至少一个支承点以外的剩余的支承点或除已浮起的所述支承面的一部分以外的部分及所述被测定物的重心之间的位置关系，来计算所述被测定物的重量。

在优选的实施方式中，所述重量测定系统具有检测所述作用点的位置的单元、以及基于所述作用点的位置来探测所述支承点中的至少一个支承点或所述支承面的一部分的浮起的单元。

在优选的实施方式中，所述重量测定系统具有如下单元：在所述电动机的负荷低于或超过预先决定的阈值的情况下，向外部输出警报或信号，该预先决定的阈值为该电动机的上限负荷以下。

在优选的实施方式中，在所述支承点或支承面与作用点之间的相对位置相同的情况下，所述运算处理装置根据所述电动机的负荷通过比例计算来计算所述被测定物的重量。

在优选的实施方式中，所述被测定物是装有液体的容器，所述运算处理装置通过从所述被测定物的重量减去预先测定出的空的容器的重量来计算所述液体的重量。

另外，本申请发明的其它方式提供一种重量测定方法，使用机器人来对通过多个支承点或一个以上的支承面接地来支撑自重的被测定物的重量进行测定，该重量测定方法包括以下工序：使用所述机器人来对与所述被测定物连结的作用点施加力，以使所述被测定物成为在所述支承点中的至少一个支承点或所述支承面的一部分浮起的同时除所述至少一个支承点以外的剩余的支承点或除已浮起的所述支承面的一部分以外的部分接地的姿势；基于搭载于所述机器人的电动机的负荷来计算对所述作用点施加的力的大小；以及根据所述力的大小、以及所述作用点、除所述至少一个支承点以外的剩余的支承点或除已浮起的所述支承面的一部分以外的部分及所述被测定物的重心之间的位置关系来计算所述被测定物的重量。

附图说明

通过参照附图来说明以下的优选的实施方式，本发明的上述或其它目的、特征以及优点会变得更明确。

图1是表示本发明的优选的实施方式所涉及的重量测定系统的概要结构的图。

图2是表示在图1的重量测定系统中正在测定重量已知的砝码的状态的图。

图3是说明被测定物具有在俯视观察时分别位于正方形的四角的四个支承点的情况的图。

图4是表示在被测定物的支承点所构成的图形的平面形状是正方形、长方形等对称形状的情况下求出被测定物的重心的位置的方法的一例的图。

图5是说明被测定物具有在俯视观察时分别位于正三角形的顶点部的三个支承点的情况的图。

图6是将图3和图5的实施例一般化所得到的图。

图7是例示容器内的加工液的量少的状态的图。

图8是例示容器内的加工液的量充足的状态的图。

图9是例示机器人通过压低杠杆的动作来使被测定物的一部分浮起的状态的图。

图10是例示机器人通过推容器的侧面的动作来使被测定物的一部分浮起的状态的图。

图11是例示机器人通过螺栓和螺母的组合来使被测定物的一部分浮起的状态的图。

图12是图11的局部放大图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的优选的实施方式。图1是说明正在使用本发明的优选的实施方式所涉及的重量测定系统10来测定被测定物(在此是装有加工液等液体12的容器14)的重量的状态的图。重量测定系统10具有机器人16、对机器人16的动作(更具体地说是搭载于机器人16的各轴的电动机)进行控制的机器人控制装置18、以及进行后述的重量计算等的运算处理装置20。此外，运算处理装置20例如既可以以cpu等方式嵌入机器人控制装置18来与嵌入机器人控制装置18成为一体，也可以是如图1所示那样与机器人控制装置18分开的个人计算机等装置。

容器14具有通过多个支承点或一个以上的支承面接地来支撑该容器14的自重的构造，例如在后述的图3的例子中，该容器14在俯视观察时具有大致矩形形状，该容器14的四角a～d相当于支承点。

机器人16例如是6轴的多关节机器人，具有臂22、安装于臂22的前端的手24等可动部，该可动部构成为对与容器14连结的作用点施加力，以使容器14成为以下姿势：在支承点a～d中的至少一个支承点(图3的例子中是支承点a和b)或支承面的一部分浮起的同时，除支承点a和b以外的剩余的支承点(图2的例子中是支承点c和d)或除已浮起的支承面的一部分以外的部分接地。在图1的例子中，在机器人手24的前端安装有钩28，该钩28与安装于容器14的上部的吊环螺栓26接合，在钩28与吊环螺栓26接合的状态下向上方(沿箭头30的方向)拉起手24，由此局部地提起容器14。

图2是表示使用机器人16来测定负荷重量的方法的一例的图。首先，将机器人16的各轴移动到图1所示的测定位置，将重量已知(例如5kg)的砝码32安装于手24。如参照标记34所例示的那样，求出此时的各轴的电动机负荷并事先存储于适当的存储器等，在图2的例子中，利用相对于最大负荷能力的比例(％)来表示机器人16的腕轴等(例如6轴(j1～j6)中的j4、j5以及j6轴)的电动机负荷。此外，还可以将这样的电动机负荷显示于机器人控制装置18的显示部36或运算处理装置20的显示部38等。

通过使用如参照标记34所例示那样的机器人的某个测定位置(姿势)处测定已知重量时的各轴的电动机负荷，能够求出机器人16以相同的位置姿势对被测定物的作用点施加的力。例如，如果在图1那样的状态下j4、j5以及j6轴的电动机负荷分别是45％、60％以及90％，则能够根据与图2的参照标记34所表示的电动机负荷之间的比较而计算出机器人16所提起的重量是7.5kg。

另外，如图2所示，还可以在安装有砝码32的状态下使机器人16的腕轴等(例如j4、j5以及j6轴)旋转来进一步事先求出以不同的测定位置姿势测定相同重量的砝码的情况下的电动机负荷。通过这样，在机器人16以不同的位置姿势对作用点施加力的情况下也能够准确地测定对作用点施加的力。

图3是说明在被测定物(包含加工液12的容器14)具有在俯视观察时分别位于正方形的四角的四个支承点a～d的情况下、机器人16作用用于提起容器14的一部分的力的作用点l与容器14的重心g之间的位置关系的图。在此，设作用点l位于两个支承点a和b的中间。运算处理装置20能够基于机器人16的各轴的电动机负荷来计算对作用点l施加的力的大小，并且能够根据该力的大小、以及作用点l、容器14的除已浮起的支承点或支承面的一部分以外的部分(在此是支承点c和d)及容器14的重心g之间的位置关系，来计算包含切削液12的容器14的重量。下面，详细地说明该内容。

在图3中，当机器人16提起容器14的作用点l时，四个支承点中的支承点c和d保持接地的状态而支承点a和b向上方移动。此时，如参照标记40所示的那样，根据杠杆臂比的关系，只要被测定物的重量是机器人16的可搬运重量的两倍以下，机器人16就能够提起被测定物的一部分。另外，在图3的例子中，杠杆臂比为2，因此与机器人16对作用点l施加的力(机器人16所提起的重量)的两倍相当的重量是被测定物(包含加工液12的容器14)的重量。此外，图3和后述的图5、图6中的“m”表示被测定物(在本实施例中是包含加工液12的容器14)的重量。

图4是表示在被测定物的支承点所构成的图形的平面形状是正方形、长方形等对称形状的情况下求出被测定物的重心g的位置(坐标)的方法的一例的图。在图4的例子中，支承点a～d的坐标分别是(x1，y1)、(x1，y2)、(x2，y2)、(x2，y1)，在该情况下，能够利用以下的式子来表示重心g的坐标(x，y)。

x＝(x1+x2)/2

y＝(y1+y2)/2

图5作为图3的变形例，是说明被测定物的支承点位于正三角形的各顶点的情况的图。在图5中，当机器人16提起容器14的作用点l(在此，作用点l与支承点a相同)时，三个支承点中的两个支承点b和c保持接地的状态而剩余的支承点a向上方移动。此时，如参照标记42所示的那样，根据杠杆臂比的关系，只要被测定物的重量是机器人16的可搬运重量的三倍以下，机器人16就能够提起被测定物的一部分。另外，在图5的例子中，杠杆臂比为3，因此与机器人16对作用点l施加的力(机器人16所提起的重量)的三倍相当的重量是被测定物(包含加工液12的容器14)的重量。

图6是将图3和图5的例子一般化所得到的图。如该图所示的那样，可知能够根据被测定物的形状以及重心和作用点的位置等来任意地设定杠杆臂比，更具体地说，把持位置(作用点)l距物体的重心位置m越远，杠杆臂比越大，从而能够提起更重的重量的被测定物的一部分。顺便说一下，图3的例子相当于r为1的情况，图5的例子相当于r为2的情况。

此外，在本实施方式中，能够根据机器人的各轴的电动机的旋转角度位置等来检测作用点l的位置(由机器人16把持容器14的把持位置)。例如能够通过与各电动机相关联的编码器来测定各电动机的旋转角度位置。另外，在该作用点的位置发生变化(向上方移位)时，机器人控制装置18或运算处理装置20能够判断为被测定物的一部分已浮起。因而，在本实施方式中，能够根据被测定物的一部分浮起时的作用点和重心的位置以及电动机负荷来测定被测定物的重量。此外，在被测定物是具有液体的容器等、被测定物的重心的位置由于被测定物的一部分被提起而大幅变化的情况下，被测定物的浮起量优选为尽可能地小。更具体地说，优选的是，使用被测定物浮起的瞬间的电动机负荷来进行重量测定。

图7示出针对机器人16的各轴的电动机负荷设置该电动机负荷的上限以下的阈值、且在测定时的电动机负荷低于该阈值时输出警报信号的例子。详细地说，在机器人16提起包含切削液12的容器14的一部分时的电动机负荷低于阈值的情况下，能够判断为切削液12减少，并从机器人控制装置18或运算处理装置20对使用切削液12的加工机等发送警报或信号，来催促切削液的供给。更具体地说，针对容器14预先设定切削液12的下限容量44，并且上述阈值被设定为对如下的容器14的重量进行测定时的电动机负荷：该容器14包含相当于下限容量44的量的切削液12、或对下限容量44的量附加规定的余量所得到的量的切削液12。通过这样，能够将切削液12不足而加工机等的动作停止等故障防于未然。另外，在将由机器人进行的重量测定仅用于与上述阈值之间的比较的情况下，机器人的可搬运重量只要稍微超过与该阈值相当的重量的程度就足够。

另一方面，图8示出针对机器人16的各轴的电动机负荷设置该电动机负荷的上限或接近该电动机负荷的上限的阈值、并在测定时的电动机负荷超过该阈值时输出警报信号的例子。详细地说，在机器人16提起包含切削液12的容器14的一部分时的电动机负荷超过阈值的情况下，能够从机器人控制装置18或运算处理装置20向外部输出由于超重而无法进行被测定物的重量测定的意思来作为警报或信号。但是，在该情况下，能够判断为在容器14内剩余有充足的量的切削液12，因此使用切削液12的加工机等能够就这样继续进行规定的作业。

此外，在图7和图8的例子中，如果预先测定出容器14单独(空容器)的重量，则能够通过从测定值减去空容器的重量来测定出容器14内的切削液12单独的重量(容量)。

图9是说明不增加机器人16的可搬运重量就提高能够测定的被测定物的重量的上限的单元的一例的图。在图9的例子中，使用杠杆46来测定包含切削液12的容器14的重量。更具体地说，机器人16在其可动部的前端具有(例如棒状的)推压构件48，将推压构件48从上方推压到杠杆46的一端(图示例中为左端)，由此能够向上方提起载置于杠杆46的另一端(右端)的容器14的一部分(作用点)。在该情况下，机器人16本身不进行提起的动作而是进行还利用了自重的压低动作，因此除了能够对杠杆46施加更强的力之外，还能够通过适当地设定杠杆46的杠杆臂比来测定重量更大的被测定物的重量。

图10是表示机器人16通过沿横向推容器14来使容器14的一部分上升的状态的图。详细地说，机器人16在其可动部的前端具有(例如棒状的)推压构件48，利用推压构件48来推压容器14的侧部，由此使容器14倾斜，其结果，能够使容器14的一部分浮起。在该情况下，也能够基于机器人16的各轴的电动机负荷来计算对作用点施加的力的大小，并且能够根据该力的大小、以及作用点、容器14的除已浮起的支承点或支承面的一部分以外的部分及容器14的重心之间的位置关系，来计算包含切削液12的容器14的重量。此时，如图10所示，为了防止在机器人16沿横向推压容器14时容器14在设置面上滑动，也可以在设置面设置止挡件50，该止挡件50抵接于容器14的与被机器人16推的一侧相反的一侧的下端部。

图11是说明正在通过螺栓和螺母的组合来提起容器14的一部分、由此测定容器14的重量的状态的图，图12是图11的参照标记52所表示的部分的局部放大图。详细地说，将螺栓56固定于旋转构件54，该旋转构件54以能够旋转的方式安装于机器人的可动部(手24)的前端，另一方面，将螺母58固定于容器14的下端部。使螺栓56与螺母58螺纹接合并使螺栓56相对于螺母58旋转，由此能够使螺母58向上方移位，随之能够使容器14的一部分浮起。在该情况下，将旋转移动转换为直线移动，因此能够产生大的力，只要预先求出螺栓56的旋转量与重量比之间的关系，就能够测定包含切削液12的容器14的重量。

如使用图9～图12所说明的那样，机器人的动作未必限定于提起被测定物的一部分的动作，例如还包含沿横向、向下推压的动作，只要机器人作用力结果使得被测定物的一部分抬起即可。

另外，在上述的实施方式中，在被测定物的支承点或支承面与作用点之间的相对位置始终相同的情况(例如被测定物的形状不变的情况)下，电动机负荷与被测定物的重量一对一地对应(两者之间存在比例关系)，因此运算处理装置20能够通过单纯的比例计算来进行被测定物的重量计算。

此外，在图3和图5中，说明了被测定物(容器14)具有多个支承点的例子，但是在容器14具有具备一定面积的支承面的情况下也同样能够应用本发明。

在本发明中，通过由机器人提起被测定物的一个点或者对作用点施加力，不用完全提起被测定物而能够根据机器人的各轴的电动机的负荷和被测定物的重心位置来测定被测定物的重量。因而，还能够测定超过机器人的可搬运重量的重量。

根据本发明，通过由机器人局部地提起被测定物，能够根据电动机的负荷和被测定物的重心位置来测定被测定物的重量，因此还能够测定超过了机器人的负荷容量的物体的重量。