CN105234938B - 机械手装置以及机械手装置的控制方法 - Google Patents

机械手装置以及机械手装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机械手装置以及机械手装置的控制方法，该机械手装置通过具有致动器的连结装置而将手臂可旋转或可直线移动地连结，该机械手装置具备：安装在手臂上的惯性传感器；第一计算部，根据来自致动器所具备的角度传感器的旋转角度数据，计算致动器的角速度以及角加速度；第二计算部，其根据由惯性传感器检测到的输出，计算手臂的角速度或者角加速度；比较部，其对由第一计算部计算出的角速度或者角加速度和由第二计算部计算出的角速度或者角加速度进行比较；故障判断部，其在比较部中致动器和手臂的角速度或者角加速度之差的绝对值大于阈值的情况下判断为惯性传感器发生了故障。

Description

机械手装置以及机械手装置的控制方法
本申请是申请号为201110198074.7、申请日为2011年07月11日、申请人为精工爱普生株式会社、发明名称为“机械手装置以及机械手装置的控制方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及机械手装置以及机械手装置的控制方法。
背景技术
作为IC分类机和组装装置的一部分被经常使用的具有多关节构造的机械手装置，逐渐被经常用于各种操作现场中。因此，怎样能够让机械手装置更迅速且更准确地将手臂移动到规定位置，已成为重要的性能标准和品质。
通常为了使机械手装置的手臂高速且准确地移动，需要减少施加于手臂的惯性力，且不增大对驱动手臂的致动器施加的负荷。作为减少施加到手臂的惯性力的方法之一，手臂本身的轻型化作为简便且有效的方法被使用。但是，通过手臂的轻型化，会导致手臂的刚性降低，从而会使因在手臂停止时产生的手臂的挠曲而产生振动的情况增加，即使进行控制以使得手臂前端部停止在目标位置，也会产生手臂振动的振幅量的位置偏移，振动衰减的时间变成到开始下一动作为止的待机时间，从而成为高速动作的障碍。
针对该问题，公开有如下方法：在手臂前端设置加速度传感器，以加速度信号为基础使手臂工作，并抑制振动的方法(例如，专利文献1)，在手臂前端以及手臂上设置角速度传感器，以角速度信号为基础控制手臂动作的方法(例如，专利文献2)，和基于设置在手臂前端的惯性传感器的信号来驱动驱动体的方法(例如，专利文献3)等。
但是，在这些现有文献中，在作为手臂控制的基准的加速度传感器或角速度传感器等惯性传感器本身发生了故障的情况下，即使所得到的数据信号不好，也进行基于该不良信号的控制，会导致因机械手装置的失控等带来的危险的发生。作为检测该传感器自身的故障的技术，公开有如下技术：预先设定针对传感器的检测值的阈值，在阈值和检测值之差超过了判断值时判断为传感器发生了故障(专利文献4、5)。
【专利文献1】日本特开平1－173116号公报
【专利文献2】日本特开2005－242794号公报
【专利文献3】日本特开平7－9374号公报
【专利文献4】日本特开2009－8412号公报
【专利文献5】日本特开2009－184035号公报
但是，就上述专利文献所公开的技术来说，由于以使用的传感器的正常工作时的检测值作为基准来预先设定阈值，因此在实际的机械手装置的各种动作状态下，有时即使传感器发生故障，在不超过阈值的情况下也无法进行正确的故障判断。
发明内容
因此，提供一种在实际工作时与作为基准的传感器检测数据进行比较，根据该检测数据的差值来进行可靠的故障判断的机械手装置以及机械手装置的控制方法。
本发明为了至少解决上述的课题之一，能够作为下述的方式或者应用例被实现。
〔应用例1〕本应用例的机械手装置，其特征在于，具备：手臂连结装置，其具有致动器、将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、和检测上述致动器的旋转角度的角度传感器；手臂体，其是由多个手臂通过上述手臂连结装置串联且可旋转地被连结而形成的；基体，上述手臂体通过设置在上述手臂体的一个端部的基体连结装置被可旋转地连结在该基体上，该基体连结装置具备上述致动器、将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、和检测上述致动器的旋转角度的角度传感器；惯性传感器，其安装在上述手臂上；第一计算部，其根据来自上述角度传感器的上述致动器的旋转角度数据来计算上述致动器的角速度以及角加速度；第二计算部，其根据由上述惯性传感器检测到的输出，计算上述手臂的角速度或者角加速度；比较部，其对由上述第一计算部计算出的上述致动器的角速度或者角加速度、和由上述第二计算部计算出的上述手臂的角速度或者角加速度进行比较；故障判断部，当在上述比较部中，上述致动器的角速度或者角加速度与上述手臂的角速度或者角加速度之差的绝对值大于阈值Ω时，该故障判断部判断为上述惯性传感器发生了故障，并输出使上述致动器的动作停止的信号。
〔应用例2〕在上述的应用例中，其特征在于，在承受上述机械手装置的最大负荷的120％的负荷、且以最大负荷时的允许加速度的120％的加速度进行动作的情况下，当由上述第一计算部计算的角速度为ωS、由上述第二计算部计算的角速度为ωL时，相对于ωS和ωL之差的绝对值的最大值，上述阈值Ω是：。
Ω＝2×(|ωS－ωL|)max
根据上述的应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是以动作状态下的致动器的动作数据作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于使用了固定值的阈值，例如，也发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，成为作为基准的致动器的基准的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障。
〔应用例3〕本应用例的机械手装置，其特征在于，具备：手臂连结装置，其具有致动器、和将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构；手臂体，其是由多个手臂通过上述手臂连结装置串联且可旋转地被连结而形成的；基体，上述手臂体通过设置在上述手臂体的一个端部的基体连结装置被可旋转地连结在该基体上，该基体连结装置具备上述致动器、和将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构；至少2个惯性传感器，被安装在上述手臂上；计算部，其存储上述惯性传感器检测出的多个输出值，并计算平均值；比较部，其对由上述计算部计算出的上述输出值的平均值进行比较；故障判断部，当在上述比较部中，2个上述输出值的平均值之差的绝对值中存在大于阈值S的上述差时，该故障判断部判断为上述惯性传感器中的任意一个以上发生了故障，并输出使上述致动器的动作停止的信号。
〔应用例4〕在上述的应用例中，其特征在于，在上述惯性传感器的白噪声的标准偏差是σ时，上述阈值S为：
S＝6σ
根据上述应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是求出动作状态下的具备的2个以上的惯性传感器的检测值之差，如果是正常则以白噪声的标准偏差作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于使用了固定值的阈值，例如发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，与基准值进行比较的惯性传感器的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障。
〔应用例5〕本应用例的机械手装置，其特征在于，具备：基体，其具备基体致动器、将上述基体致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、检测上述基体致动器的旋转角度的基体角度传感器、和手臂驱动装置，该手臂驱动装置具有手臂连结装置，与上述转矩传递机构连结，并直线往返驱动上述手臂连结装置；手臂，其与上述基体的上述手臂连结装置连结，具有手臂致动器、将上述手臂致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、检测上述手臂致动器的旋转角度的手臂角度传感器、和工件保持装置驱动装置，该工件保持装置驱动装置具有工件保持装置，与上述手臂连结装置连结，并直线往返驱动上述工件保持装置；2个以上惯性传感器，其安装在上述工件保持装置上，至少包含加速度传感器；第一计算部，其根据来自上述基体角度传感器的上述基体致动器的旋转角度数据来计算上述手臂驱动装置的加速度，并根据来自上述手臂角度传感器的上述手臂致动器的旋转角度数据来计算上述工件保持装置驱动装置的加速度；第二计算部，其根据由上述惯性传感器检测到的输出，计算上述工件保持装置的加速度；比较部，其对由上述第一计算部计算出的上述加速度和由上述第二计算部计算出的上述加速度进行比较；故障判断部，其在由上述第一计算部计算出的上述加速度和由上述第二计算部计算出的上述加速度之差的绝对值大于阈值A的情况下，判断为上述惯性传感器发生了故障，并输出使上述基体致动器以及上述手臂致动器的动作停止的信号。
〔应用例6〕在上述的应用例中，其特征在于，在承受上述机械手装置的最大负荷的120％的负荷，并以最大负荷时的允许加速度的120％的加速度进行动作的情况下，当由上述第一计算部计算的加速度为αS、由上述第二计算部计算的加速度为αL时，相对于αS和αL之差的绝对值的最大值，上述阈值A为：。
A＝2×(|αS－αL|)max
根据上述应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是将动作状态下的致动器的动作数据作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于使用了固定值的阈值，例如发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，成为作为基准的致动器的基准的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障。
〔应用例7〕本应用例的机械手装置的控制方法，其特征在于，该机械手装置具备：手臂连结装置，其具有致动器、将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、和检测上述致动器的旋转角度的角度传感器；手臂体，其是由多个手臂通过上述手臂连结装置串联且可旋转地被连结而形成的；基体，上述手臂体通过设置在上述手臂体的一个端部的基体连结装置被可旋转地连结在该基体上，该基体连结装置具备上述致动器、将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、和检测上述致动器的旋转角度的角度传感器；和安装在上述手臂上的惯性传感器，该机械手装置的控制方法包括：计算步骤，根据来自上述角度传感器的上述致动器的旋转角度数据来计算上述致动器的角速度以及角加速度，并根据由上述惯性传感器检测到的输出来计算上述手臂的角速度或者角加速度；比较步骤，对通过上述计算步骤而计算出的上述致动器的角速度或者角加速度、与上述手臂的角速度或者角加速度进行比较；判断步骤，当在上述比较步骤中上述致动器的角速度或者角加速度与上述手臂的角速度或者角加速度之差的绝对值大于阈值Ω时，判断为上述惯性传感器发生了故障；停止指示步骤，当在上述判断步骤中判断为发生了故障时，输出使上述致动器的动作停止的信号。
〔应用例8〕在上述的应用例中，其特征在于，在承受上述机械手装置的最大负荷的120％的负荷，并以最大负荷时的允许加速度的120％的加速度进行动作的情况下，当在上述计算步骤中计算的上述致动器的角速度为ωS、上述手臂的角速度为ωL时，相对于ωS和ωL之差的绝对值的最大值，上述阈值Ω为：
Ω＝2×(|ωS－ωL|)max
根据上述的应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是将动作状态下的致动器的动作数据作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于利用了固定值的阈值，例如也发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，成为作为基准的致动器的基准的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障，能够可靠地使机械手装置的动作停止，能够保障安全的操作。
〔应用例9〕本应用例的机械手装置的控制方法，其特征在于，该机械手装置具备：手臂连结装置，其具有致动器、和将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构；手臂体，其是由多个手臂通过上述手臂连结装置串联且可旋转地被连结而形成的；基体，上述手臂体通过设置在上述手臂体的一个端部的基体连结装置被可旋转地连结在该基体上，该基体连结装置具备上述致动器、和将上述致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构；和至少2个惯性传感器，其安装在上述手臂上，该机械手装置的控制方法包括：计算步骤，存储上述惯性传感器检测到的多个输出值，并计算平均值；比较步骤，对由上述计算步骤计算出的上述输出值的平均值进行比较；判断步骤，当在上述比较步骤中，2个上述输出值的平均值之差的绝对值中存在大于阈值S的上述差时，判断为上述惯性传感器中的任意一个以上发生了故障；停止指示步骤，当在上述判断步骤中判断为故障时，输出使上述致动器的动作停止的信号。
〔应用例10〕上述的应用例中，其特征在于，在上述惯性传感器的白噪声的标准偏差是σ时，上述阈值S为：
S＝6σ
根据上述的应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是求出动作状态下的具有2个以上的惯性传感器的检测值之差，如果是正常则以白噪声的标准偏差作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于利用了固定值的阈值，例如也发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，与基准值进行比较的惯性传感器的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障，能够可靠地使机械手装置的动作停止，能够保障安全的操作。
〔应用例11〕本应用例的机械手装置的控制方法，其特征在于，该机械手装置具备：基体，其具备基体致动器、将上述基体致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、检测上述基体致动器的旋转角度的基体角度传感器、和手臂驱动装置，该手臂驱动装置具有手臂连结装置，与上述转矩传递机构连结，并直线往返驱动上述手臂连结装置；手臂，其与上述基体的上述手臂连结装置连结，具有手臂致动器、将上述手臂致动器的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递机构、检测上述手臂致动器的旋转角度的手臂角度传感器、和工件保持装置驱动装置，该工件保持装置驱动装置具有工件保持装置，与上述手臂连结装置连结，并直线往返驱动上述工件保持装置，该机械手装置的控制方法包括：计算步骤，根据来自上述基体角度传感器的上述基体致动器的旋转角度数据计算上述手臂驱动装置的加速度，根据来自上述手臂角度传感器的上述手臂致动器的旋转角度数据计算上述工件保持装置驱动装置的加速度，并根据由安装在上述工件保持装置上、并至少具有加速度传感器的一个以上惯性传感器检测到的输出，计算上述工件保持装置的速度以及加速度；比较步骤，对由上述计算步骤计算出的上述手臂驱动装置、上述工件保持装置驱动装置的加速度、和上述工件保持装置的加速度进行比较；判断步骤，当在上述比较步骤中，根据上述角度传感器的输出值计算出的上述手臂驱动装置、上述工件保持装置驱动装置的加速度与根据上述惯性传感器的输出值计算出的上述工件保持装置的加速度之差的绝对值大于阈值A时，判断为上述惯性传感器发生了故障；停止指示步骤，当在上述判断步骤中判断为发生了故障时，输出使上述基体致动器以及上述手臂致动器的动作停止的信号。
〔应用例12〕在上述的应用例中，其特征在于，在承受上述机械手装置的最大负荷的120％的负荷，并以最大负荷时的允许加速度的120％的加速度进行动作的情况下，当由上述计算步骤计算的上述手臂驱动装置或上述工件保持装置驱动装置的加速度为αS、上述工件保持装置的加速度为αL时，相对于αS和αL之差的绝对值的最大值，上述阈值A为：
A＝2×(|αS－αL|)max
根据上述的应用例，构成为不将决定阈值的基准值设为固定值而是将动作状态下的致动器的动作数据作为基准值来检测惯性传感器的故障。根据该构成，对于利用了固定值的阈值，例如也发生过没有检测到动作速度或加速度较小的情况下等的故障的情况，而基于动作中的依次信息，成为作为基准的致动器的基准的动作数据也被依次改写，由此例如即使是微小动作，也能够在各种动作模式下可靠地检测惯性传感器的故障，能够可靠地使机械手装置的动作停止，能够保障安全的操作。
附图说明
图1的(a)是第一实施方式涉及的机械手装置的概略俯视图，(b)是其概略剖视图。
图2是第一实施方式涉及的机械手装置的故障检测的框图。
图3是第一实施方式涉及的机械手装置的故障检测的流程图。
图4的(a)是第二实施方式涉及的机械手装置的概略俯视图，(b)是其概略剖视图。
图5是第二实施方式涉及的机械手装置的故障检测的框图。
图6是表示传感器的白噪声的一个例子的图表。
图7是第二实施方式涉及的机械手装置的故障检测的流程图。
图8是第三实施方式涉及的机械手装置的概略俯视图。
图9是第三实施方式涉及的机械手装置的概略立体图。
图10是第三实施方式涉及的机械手装置的故障检测的框图。
图中符号说明：
11…第一手臂；12…第二手臂；13…第三手臂；40…基体；51、52、53…致动器，81、82、83…角度传感器；91、92、93…惯性传感器；1100…第一计算部；1200…第二计算部；2000…比较部；3000…判断部，4000…控制部
具体实施方式
下面参照附图说明本发明涉及的实施方式。
(第一实施方式)
针对本发明涉及的第一实施方式进行说明。图1表示了第一实施方式涉及的机械手装置，其中，(a)是概略俯视图，(b)是概略剖视图。本实施方式的机械手装置是在水平方向上能够旋转地连结有3个手臂的、所谓的3轴水平多关节机械手100(以下，称为机械手装置100)。
机械手装置100具备手臂体10，该手臂体10构成为将第一手臂11和第二手臂12通过第一手臂连结装置21可旋转地串联连结，并将第二手臂12和第三手臂13通过第二手臂连结装置22可旋转地串联连结。手臂体10进一步通过基体连结装置30可旋转地与固定在底座的基体40连结，从而构成机械手装置100。
第一手臂连结装置21具备致动器51和将致动器51的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递装置61，第二手臂连结装置22也同样地具备致动器52和转矩传递装置62。另外，基体连结装置30具备致动器53和将致动器53的转矩以规定的减速比进行传递的转矩传递装置63。在作为手臂体10的与基体40相反的端部的第三手臂13的端部具有保持加工用工具或被加工物的工件保持装置70。
在第一手臂连结装置21所具备的致动器51上具备检测旋转角度的角度传感器81，同样地在第二手臂连结装置的致动器52上具备角度传感器82。另外，在基体连结装置30的致动器53上也具备角度传感器83。而且，在第一手臂11上具有惯性传感器91，在第二手臂12上具有惯性传感器92，在第三手臂13上具有惯性传感器93。惯性传感器91、92、93至少包括角速度传感器，惯性传感器91能够检测第一手臂11的惯性传感器安装位置处的角速度，惯性传感器92能够检测第二手臂12的惯性传感器安装位置处的角速度，惯性传感器93能够检测第三手臂13的惯性传感器安装位置处的角速度。
图2是本实施方式涉及的框图。由角度传感器81、82、83检测到的致动器51、52、53的旋转角度数据被在第一计算部1100中进行旋转角度换算，将该旋转角度以时间进行1次微分，来计算角速度。
在第二计算部1200中，根据第一手臂11、第二手臂12、第三手臂13所具备的惯性传感器91、92、93检测到的数据来计算第一手臂11的角速度ωa1、第二手臂的角速度ωa2、和第三手臂的角速度ωa3。
比较部2000对在第一计算部1100以及第二计算部1200中计算出的角速度进行比较。角速度的比较方法是进行求出下述差值的计算，即求出各致动器的角速度、和从与该致动器连结的手臂所具备的惯性传感器的角速度分量中去除了具备该致动器的连结装置的角速度分量而得的实质角速度之差。
作为例子，利用第二手臂12进行说明。将根据连结第二手臂12与第一手臂11的第一手臂连结装置21的角度传感器81的检测数据而求出的角度设为θ1，将转矩传递装置61的减速比设为N1，根据第一手臂11所具备的惯性传感器91的检测值而求出的角速度为ωa1，根据第二手臂12所具备的惯性传感器92的检测值而求出的角速度为ωa2，由此在比较部中作为比较结果求出绝对值，即下式。
|(ωa2－ωa1)－dθ1/dt×1/N1)| (式1－1)
在此t表示时间。当微分值dθ1/dt在第一计算部1100中被计算，并将计算出的第一手臂连结装置21的致动器51的角速度设为ω1时，式1能够改写成下式。
|(ωa2－ωa1)－ω1×1/N1)| (式1－2)
根据在比较部2000求出的比较结果、例如对于第二手臂12是根据(式1－1)的值，而在判断部3000中对作为对象的惯性传感器是正常还是故障进行判断。在判断部3000中，预先将用于进行故障判断的阈值(判断值)储存到未图示的存储装置中，根据相对于阈值比较结果的大小来进行正常、故障的判断。
对于除上述例示的第二手臂12以外的手臂也同样，对于第一手臂11、第三手臂13来说，作为与(式1－1)相当的比较结果的绝对值如下述那样。
在第一手臂11的情况下，比较结果如下式。
|ωa1－ω3×1/N3| (式1－3)
ωa1是根据第一手臂11所具备的惯性传感器91的检测值而求出的角速度，ω3是根据基体连结装置30的致动器53所具备的角度传感器83的检测值而计算出的角速度，N3是基体连结装置30的转矩传递装置63的减速比。
在第三手臂13的情况下，比较结果如下式。
|(ωa3－ωa2)－ω2×1/N2)| (式1－4)
ωa3是根据第三手臂13所具备的惯性传感器93的检测值而求出的角速度，ωa2是根据第二手臂12所具备的惯性传感器92的检测值而求出的角速度，ω2是根据第二手臂连结装置22的致动器52所具备的角度传感器82的检测值而计算出的角速度，N2是第二手臂连结装置22的转矩传递装置62的减速比。
在此对阈值进行说明。阈值是以根据作为基准的第一手臂连结装置21、第二手臂连结装置22、基体连结装置30所具备的致动器51、52、53的角度传感器81、82、83检测到的角度数据而计算出的角速度为基准而设定的。
将惯性传感器91的故障判断的阈值设为Ω1，惯性传感器92的故障判断的阈值设为Ω2，惯性传感器93的故障判断的阈值设为Ω3。例如，对决定第一手臂11所具备的惯性传感器91的故障判断的阈值Ω1的情况进行说明。
使机械手装置100持有最大负荷的120％的负荷，并以第一手臂11在最大负荷时的允许加速度的120％使第一手臂11动作。相对于根据从动作开始起经过T时间后的惯性传感器91的输出值而求出的角速度ωa1A与根据从动作开始起经过T时间后的基体连结装置30的致动器53所具备的角度传感器83的检测值而求出的角速度ωm1A之差的绝对值的最大值，将阈值Ω1设为下式。
Ω1＝2×|ωa1A-ωm1A|max (式1－5)
同样地，使机械手装置100持有最大负荷的120％的负荷，并以第二手臂12在最大负荷时的允许加速度的120％使第二手臂12动作。相对于第二手臂12的角速度、与根据从动作开始起经过T小时后的第一手臂连结装置21的致动器51所具备的角度传感器81的检测值而求出的角速度ωm2A之差的绝对值的最大值，能够得到阈值Ω2、即下式(式1－6)，其中，上述第二手臂12的角速度基于根据从动作开始起经过T时间后的惯性传感器92的输出值而求出的角速度ωa2A和、根据从动作开始起经过T小时后的惯性传感器91的输出值而求出的角速度ωa1A之间的差值。
Ω2＝2×|ωa2A－ωa1A－ωm2A|max (式1－6)
另外，使机械手装置100持有最大负荷的120％的负荷，并以第三手臂13在最大负荷时的允许加速度的120％来使第三手臂13动作。相对于第三手臂13的角速度、与根据从动作开始起经过T小时后的第二手臂连结装置22的致动器52所具备的角度传感器82的检测值而求出的角速度ωm3A之差的绝对值的最大值，能够得到阈值Ω3、即下式(式1－7)，其中，上述第三手臂13的角速度基于根据从动作开始起经过T小时后的惯性传感器93的输出值而求出的角速度ωa3A和、根据从动作开始起经过T小时后的惯性传感器92的输出值而求出的角速度ωa2A之间的差值。
Ω3＝2×|ωa3A－ωa2A－ωm3A|max (式1－7)
由这样求出的阈值Ω1、Ω2、Ω3与上述的(式1－1)、(式1－2)、(式1－3)进行比较，在满足下述的条件时，将惯性传感器判断为发生了故障。
惯性传感器91故障判断如下：
|ωa1－ω3×1/N3)|＞Ω1 (式1－8)
惯性传感器91、92故障判断如下：
|(ωa2－ωa1)－ω1×1/N1)|＞Ω2 (式1－9)
惯性传感器92、93故障判断如下：
|(ωa3－ωa2)－ω2×1/N2)|＞Ω3 (式1－10)
接下来，对第一实施方式涉及的控制方法进行说明。图3是说明第一实施方式涉及的制御方法的流程图。
首先，在计算步骤(S111，S112)中，执行取得角度传感器、惯性传感器的检测值并求出角速度的计算。在第一计算部1100的计算步骤(S111)中，取得手臂连结装置21、22以及基体连结装置30所具备的致动器51、52、53中具备的角度传感器81、82、83的检测数据。将所取得的检测数据转换为角度数据，并将转换后的角度数据以时间进行微分来计算角速度。
在第二计算部1200的计算步骤(S112)中，取得第一手臂连结装置21以及第二手臂连结装置22所具备的惯性传感器91、92的检测数据和，工件保持装置70所具备的惯性传感器93的检测数据。将所取得的检测数据转换为角速度。
接下来，转移至对在计算步骤S111、S112中计算出的致动器的角速度和手臂的角速度进行比较的比较步骤(S120)。在比较步骤(S120)中，将上述的(式1－2)、(式1－3)、(式1－4)的计算结果向接下来的判断步骤(S130)输出。
在判断步骤(S130)中，判断从比较步骤(S120)输入的计算结果是否大于预先储存在未图示的存储装置中的阈值Ω1、Ω2、Ω3。在判断结果为“是”的情况下，即在来自比较步骤(S120)的计算结果大于阈值的情况下，判断为相应的惯性传感器发生了故障。
以第一手臂11为例进行说明。对于第一手臂11，以基体连结装置30所具备的角度传感器83的检测值为基准，执行第一手臂11所具备的惯性传感器91的故障判断。将在计算步骤(S111、S112)中根据角度传感器83的检测值计算出的第一手臂11的角速度ωa3/N3和、由惯性传感器91得到的第一手臂11的角速度ω1在比较步骤(S120)中通过(式1－8)而得到的比较结果进行输出，在判断步骤(S130)中判断其是否是大于阈值Ω1的值。即，在判断结果为下式的情况下，判断为惯性传感器91发生了故障。
|ωa1－ω3×1/N3)|＞Ω1 (式1－8)
同样地，对于第二手臂12以及第三手臂13，当判断结果在第二手臂12的情况下成为下式时，判断为惯性传感器91或惯性传感器92的其中一方、或双方发生了故障。
|(ωa2－ωa1)－ω1×1/N1)|＞Ω2 (式1－9)
当判断结果在第三手臂的情况下成为下式时，判断为惯性传感器92或惯性传感器93的其中一方、或双方发生了故障。
|(ωa3－ωa2)－ω2×1/N2)|＞Ω3 (式1－10)
在判断步骤(S130)中，在判断为没有发生故障(否)的情况下，再次返回计算步骤(S111、S112)，并反复进行惯性传感器的故障判断。
当在判断步骤(S130)中判断为发生了故障(是)时，转移至停止指示步骤(S140)。在停止指示步骤(S140)中，向控制部4000发送出使致动器51、52、53的动作停止的指令，由控制部4000向致动器51、52、53发送停止信号，动作从而停止。即、机械手装置100的动作被停止。然后，将被判断为故障的惯性传感器从机械手装置卸下，实施必要的修理或者传感器更换。
由于如上述那样惯性传感器的故障的判断基准是根据各连结装置所具备的致动器的角度传感器的检测数据而得到的角速度，所以判断基准本身也是与手臂体10的动作连动地发生变动的值，由于以更实际的动作为基准进行故障判断，因此能够进行准确的惯性传感器的故障判断。由此，能够可靠地避免因机械手装置的失控带来的危险，保证因早期的正常化而得到的稳定的机械手装置动作，并维持较高的产品品质。
(第二实施方式)
第二实施方式相对于第一实施方式的不同之处在于：惯性传感器的配置和成为判断基准的检测数据。因此，对与第一实施方式共同的构成标注相同的附图标记来进行说明。
图4表示了第二实施方式涉及的机械手装置，其中，(a)是概略俯视图，(b)是概略剖视图。本实施方式的机械手装置是，在水平方向上能够旋转地连结有3个手臂的、所谓的3轴水平多关节机械手200(以下，称为机械手装置200)。
第二实施方式涉及的机械手装置200相对于第一实施方式涉及的机械手装置100的不同之处在于：在各手臂上具备2个惯性传感器。在第一手臂11上具有惯性传感器91a和91b，在第二手臂12上具有惯性传感器92a和92b，在第三手臂13上具有惯性传感器93a和93b。这些惯性传感器被配置成相互接近，并且使用标准性能相同的惯性传感器。
图5是第二实施方式涉及的框图。在计算部1300中，从手臂体10所具备的惯性传感器91a、91b、92a、92b、93a、93b中，按t1～tn的每个时间取得检测数据。即，
惯性传感器91a中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α1a1、α1a2、α1a3、～、α1an
惯性传感器91b中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α1b1、α1b2、α1b3、～、α1bn
惯性传感器92a中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α2a1、α2a2、α2a3、～、α2an
惯性传感器92b中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α2b1、α2b2、α2b3、～、α2bn
惯性传感器93a中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α3a1、α3a2、α3a3、～、α3an
惯性传感器93b中的t1～tn时间的n个检测数据生成为：
α3b1、α3b2、α3b3、～、α3bn
计算所取得的各惯性传感器91a、91b、92a、92b、93a、93b的各n个检测数据的平均值。即，
惯性传感器91a的检测数据平均值α1am为：
α1am＝(α1a1+α1a2+α1a3+～+α1an)/n
惯性传感器91b的检测数据平均值α1bm为：
α1bm＝(α1b1+α1b2+α1b3+～+α1bn)/n
惯性传感器92a的检测数据平均值α2am为：
α2am＝(α2a1+α2a2+α2a3+～+α2an)/n
惯性传感器92b的检测数据平均值α2bm为：
α2bm＝(α2b1+α2b2+α2b3+～+α2bn)/n
惯性传感器93a的检测数据平均值α3am为：
α3am＝(α3a1+α3a2+α3a3+～+α3an)/n
惯性传感器93b的检测数据平均值α3bm为：
α3bm＝(α3b1+α3b2+α3b3+～+α3bn)/n
此外，数据个数n优选取100以上，根据进行计算的CPU的性能等条件适当地决定数据个数n即可。
在比较部2100中，根据所得到的各检测数据平均值，求出接近的惯性传感器的检测数据平均值之差的绝对值。例如，在第一手臂11中惯性传感器91a和91b是接近的惯性传感器，求出其检测数据平均值之差的绝对值α1d，即为下式。
|α1am-α1bm|＝α1d (式2－1)
同样地，对于第二手臂12、第三手臂13，也求出接近的惯性传感器的检测数据平均值之差的绝对值α2d、α3d、即为下式。
|α2am-α2bm|＝α2d (式2－2)
|α3am-α3bm|＝α3d (式2－3)
接下来，在判断部3100中，根据在比较部2100中求出的、作为比较结果的各惯性传感器的检测数据平均值之差的绝对值α1d、α2d、α3d，对作为对象的惯性传感器是正常还是故障进行判断。在判断部3100中，预先将用于进行故障判断的阈值储存到未图示的存储装置中，根据相对于阈值比较结果的大小来进行正常、故障的判断。
接着对阈值进行说明。阈值是根据各惯性传感器的特性如下述那样决定的。即，利用在安装到机械手装置200之前的惯性传感器91a、91b、92a、92b、93a、93b或与安装的惯性传感器91a、91b、92a、92b、93a、93b相同标准的未使用的惯性传感器，测量各惯性传感器的白噪声(白色噪声)。白噪声例如如图6所示那样具有不规则地振动的波形。求出所测量的各惯性传感器的白噪声的标准偏差。
例如，对于针对第一手臂11所具备的惯性传感器91a、91b的阈值，根据利用在安装到机械手装置200之前的惯性传感器91a、91b，或与惯性传感器91a、91b标准相同的未使用的惯性传感器而测量出的白噪声的值，求出标准偏差σ1。以所求出的标准偏差σ1为基准，将第一手臂11所具备的惯性传感器91a、91b的故障判断的阈值S1设定为下式。
S1＝6×σ1
同样地，根据第二手臂12所具备的惯性传感器92a、92b的白噪声的标准偏差σ2设定阈值S2，根据第三手臂13所具备的惯性传感器93a、93b的白噪声的标准偏差σ3设定阈值S3，阈值S2和阈值S3分别为下式。
S2＝6×σ2
S3＝6×σ3
根据这样设定的阈值S1、S2、S3和在比较部2100得到的利用(式2－1)(式2－2)(式2－3)求出的、各惯性传感器的检测数据平均值之差的绝对值α1d、α2d、α3d的大小来进行故障判断。即，在α1d＞S1的情况下，判断为惯性传感器91a、91b的其中一方或双方发生了故障，在α2d＞S2的情况下，判断为惯性传感器92a、92b的其中一方或双方发生了故障，在α3d＞S3的情况下，判断为惯性传感器93a、93b的其中一方或双方发生了故障。
接下来，对第二实施方式涉及的控制方法进行说明。图7是说明第二实施方式涉及的制御方法的流程图。首先，在计算步骤(S210)中，取得来自惯性传感器的检测数据，并计算检测数据的平均值α1am、α1bm、α2am、α2bm、α3am、α3bm。
接下来，转移至比较步骤(S220)。在比较步骤(S220)中，根据在计算步骤(S210)计算出的检测数据的平均值α1am、α1bm、α2am、α2bm、α3am、α3bm，计算接近的惯性传感器91a和91b的检测数据的平均值α1am和α1bm之差的绝对值α1d(式2－1)作为比较值。同样地，将接近的惯性传感器92a和92b的检测数据的平均值α2am和α2bm之差的绝对值α2d(式2－2)、接近的惯性传感器93a和93b的检测数据的平均值α3am和α3bm之差的绝对值α3d(式2－3)作为比较值进行计算。
接下来，转移至判断步骤(S230)。在判断步骤(S230)中，对来自比较步骤(S220)的计算结果是否大于预先储存在未图示的存储装置中的阈值S1、S2、S3进行判断。在判断结果为“是”的情况下，即在来自比较步骤(S220)的计算结果大于阈值的情况下，判断为相应的惯性传感器发生了故障。
以第一手臂11为例进行说明。在第一手臂11中，惯性传感器91a、91b成为判断的对象，在检测数据平均值之差的绝对值α1d相对于阈值S1成为下式的情况下，判断为惯性传感器91a、91b的其中一方或双方发生了故障。
α1d＞S1
同样地，在第二手臂12中，在成为下式的情况下，判断为惯性传感器92a、92b中的其中一方或双方发生了故障，
α2d＞S2
在第三手臂13中，在成为下式的情况下，判断为惯性传感器93a、93b中的其中一方或双方发生了故障。
α3d＞S3
在判断步骤(S230)中，在判断为没有发生故障、即“否”的情况下，再次返回计算步骤(S210)，反复进行惯性传感器的故障判断。
在判断步骤(S230)中，当判断为发生了故障(是)时，转移至停止指示步骤(S240)。在停止指示步骤(S240)中，向控制部4000发送出使致动器51、52、53的动作停止的指令，由控制部4000向致动器51、52、53发送停止信号，动作从而停止。即机械手装置200的动作被停止。然后，将判断为故障的惯性传感器从机械手装置卸下，实施必要的修理或者传感器更换。
如上述那样，成为惯性传感器的故障的判断基准的是，在手臂上至少具备2个以上的多个惯性传感器，对相同的手臂上所具备的惯性传感器的输出进行比较，通过将传感器具有的白噪声的标准偏差作为判断基准，能够进行准确的惯性传感器的故障判断。由此，能够可靠地避免因机械手装置的失控带来的危险，保证因早期的正常化而得到的稳定的机械手装置动作，并维持较高的产品品质。
(第三实施方式)
在第一实施方式以及第二实施方式中，通过所谓的水平多关节机械手装置进行了说明，而在第三实施方式中，说明直动式机械手装置中的传感器的故障判断。
图8是第三实施方式涉及的机械手装置1000的概略俯视图。另外，图9是从图8中的箭头P方向观察的剖视图外观的概略图。图8中为了明确机械手装置1000的构成，而省略了覆盖主要部分的框体等的图示。机械手装置1000具备：固定于操作台或者地板等的基体300、可移动地被固定在基体300上的手臂400、和可移动地固定在手臂400上且具备保持加工用工具或被加工物的工件保持部520的工件保持装置500。
基体300具备：基体致动器320、将基体致动器320的转矩以规定的减速比进行传递的基体转矩传递装置310、与基体转矩传递装置310的旋转轴连结的手臂驱动带340、将手臂驱动带340可拉动旋转地固定的基体滑轮350。另外，在基体致动器320上具有检测旋转角度的角度传感器330。
手臂400具备手臂致动器420、将手臂致动器420的转矩以规定的减速比进行传递的手臂转矩传递装置410、与手臂转矩传递装置410的旋转轴连结的工件保持装置驱动带440、将工件保持装置驱动带440可拉动旋转地固定的手臂滑轮450。另外，在手臂致动器420上具备检测旋转角度的角度传感器430。
可移动地固定在手臂400上的工件保持装置500中，具备至少具有2个加速度传感器530a、530b的惯性传感器530，通过未图示的驱动装置来驱动工件保持部520。
另外，手臂400上具备固定在基体300所具备的手臂驱动带340上的手臂固定装置460，通过手臂驱动带340的动作而使手臂400动作。另外，工件保持装置500上具备固定在手臂400所具备的工件保持装置驱动带440上的工件保持装置固定装置510，通过工件保持装置驱动带440的动作而使工件保持装置500动作。
这样构成的机械手装置1000能够使手臂400以及工件保持装置500在图8以及图9的箭头Q、R所示的方向上移动，并在规定的位置进行操作。
图10是第三实施方式涉及的框图。在第一计算部1400中，将通过角度传感器330、430检测到的基体致动器320、手臂致动器420的检测数据换算为基体致动器320的旋转角度θa、手臂致动器的旋转角度θb。对所得到的旋转角度θa、θb以时间进行2次微分，来计算下式的旋转角加速度。
d2θa/dt2＝ωa’ (式3－1)
d2θb/dt2＝ωb’ (式3－2)
在将把基体致动器320的旋转角度经由基体转矩传递装置310而转换为手臂驱动带340的移动长度的转换系数设为K1的情况下，手臂驱动带340的移动加速度βa通过下式被求出。
βa＝ωa’/K1 (式3－3)
同样地，在将把手臂致动器420的旋转角度经由手臂转矩传递装置410而转换为工件保持装置驱动带440的移动长度的转换系数设为K2的情况下，工件保持装置驱动带440的移动加速度βb通过下式求出。
βb＝ωb’/K2 (式3－4)
在第二计算部1500中，根据工件保持装置500所具备的惯性传感器530中包含的加速度传感器530a、530b检测出的数据来计算加速度。在此，配置成在加速度传感器530a例如检测图9所示的Q方向的加速度分量的情况下，另一个加速度传感器530b检测R方向的加速度。或者也可以利用3轴加速度传感器、从而使用正交的2轴方向的检测数据。
得到根据加速度传感器530a的Q方向的检测数据换算出的加速度αa、和根据加速度传感器530b的R方向的检测数据而换算出的加速度αb。
在比较部2200中，对在第一计算部1400中得到的驱动带的移动加速度βa、βb和在第二计算部1500中得到的工件保持装置500的加速度αa、αb进行比较。比较部2200中的比较是指计算加速度差的绝对值，图8所示的Q方向为下式：
|αa－βa|
而R方向为下式：
|αb－βb|
在判断部3200中，在从上述的比较部2200输出的比较结果、即加速度差的绝对值大于阈值的情况下，判断为成为对象的惯性传感器发生了故障。在此，对阈值进行说明。
首先，加速度传感器530a的故障判断的阈值A1如下述那样被设定。使机械手装置1000持有最大负荷的120％的负荷，并以工件保持装置的向着图8所示的Q方向的最大负荷时的允许加速度的120％的加速度，使工件保持装置500在Q方向上动作。求出根据从动作开始经过T时间后的加速度传感器530a的输出值而求出的工件保持装置500的加速度αat，和根据从动作开始经过T时间后的使工件保持装置500在Q方向上移动的基体致动器320所具备的角度传感器330的旋转角度而计算出的手臂驱动带340的移动加速度βat之差。该αat和βat之差的绝对值的最大值的2倍成为阈值A1。即，通过下式得到阈值A1。
A1＝2×(|αat－βat|)max (式3－5)
同样地，对于加速度传感器530b的故障判断的阈值A2，使机械手装置1000持有最大负荷的120％的负荷，以工件保持装置的向着图8所示的R方向的最大负荷时的允许加速度的120％的加速度，使工件保持装置500在R方向上动作。求出根据从动作开始经过T时间后的加速度传感器530b的输出值而求出的工件保持装置500的加速度αbt、和根据从动作开始经过T时间后的使工件保持装置500在R方向上移动的手臂致动器420所具备的角度传感器430的旋转角度而计算出的工件保持装置驱动带440的移动加速度βbt之差。该αbt和βbt之差的绝对值的最大值的2倍成为阈值A2。即，通过下式得到阈值A2。
A2＝2×(|αbt－βbt|)max (式3－6)
判断部3200利用由(式3－5)、(式3－6)求出的阈值A1、A2和从比较部2200得到的比较结果来执行故障判断。对于加速度传感器530a，在成为如下情况时，判断为加速度传感器530a发生了故障。
|αa－βa|＞A1
同样地，对于加速度传感器530b，在成为如下情况时，判断为加速度传感器530b发生了故障。
|αb－βb|＞A2
在判断部3200中，在判断为加速度传感器530a或530b发生了故障的情况下，向控制部4000发送使基体致动器320或手臂致动器420停止的指示，控制部4000使基体致动器320或者手臂致动器420停止。由此，能够使机械手装置1000安全地停止。
接下来，对第三实施方式涉及的控制方法进行说明。表示第三实施方式涉及的控制方法的流程图与第一实施方式相同，可以使用图3所示的流程图。因此，省略与第一实施方式相同的部分的详细说明，对与第一实施方式的不同点进行说明。
在第三实施方式涉及的控制方法中，在第一计算步骤(S111)中，对来自基体致动器320所具备的角度传感器330的旋转角度数据进行计算，计算手臂驱动带340的移动加速度βa、和来自手臂致动器420所具备的角度传感器430的旋转角度，计算工件保持装置驱动带440的移动加速度βb，并转移至比较步骤(S120)。
在第二计算步骤(S112)中，根据工件保持装置500所具备的惯性传感器530中包含的加速度传感器530a、530b检测出的数据计算加速度αa、αb，并转移至比较步骤(S120)。
接下来，转移至比较步骤(S120)。在比较步骤(S120)中，使用在第一计算步骤(S111)以及第二计算步骤(S112)中得到的加速度值，将下述的值作为比较结果向判断步骤(S130)输出，并转移至判断步骤(S130)。
|αa－βa|
|αb－βb|
接下来，转移至判断步骤(S130)。在判断步骤(S130)中，判断从比较步骤(S120)输入的比较结果是否大于预先储存在未图示的存储装置中的阈值A1，A2。在判断结果是“是”的情况下，即在来自比较步骤(S120)的比较结果大于阈值的情况下，判断为相应的加速度传感器发生了故障。
即，在
|αa－βa|＞A1
或者，
|αb－βb|＞A2
的情况下，判断为加速度传感器530a或530b发生了故障。
在判断步骤(S130)中，在判断为是故障判定、即是“是”的情况下，转移至停止指示步骤(S140)。在停止指示步骤(S140)中，从控制部4000向基体致动器320、手臂致动器420输出停止动作的指示，机械手装置1000从而停止。
如上述那样，成为惯性传感器的故障的判断基准是，根据基体以及手臂所具备的致动器的角度传感器的检测数据而得到的驱动带的移动加速度，所以判断基准本身也是与工件保持装置500的动作连动地发生变动的值，由于以更实际的动作为基准进行故障判断，因此能够进行准确的加速度传感器的故障判断。由此，能够可靠地避免因机械手装置的失控而带来的危险，保证因早期的正常化而得到的稳定的机械手装置动作，并维持较高的产品品质。

Claims (4)

1.一种机械手装置，其特征在于，具备：
基体；
手臂，其被能够旋转地连结于所述基体；
角度传感器，其检测致动器的旋转角度；以及
惯性传感器，其被设置于所述手臂，
所述机械手装置在所述致动器的第一角速度与所述手臂的第二角速度之差的绝对值大于阈值的情况下，将所述惯性传感器判断为故障，所述第一角速度基于来自所述角度传感器的输出而得到，所述第二角速度基于来自所述惯性传感器的输出而得到。
2.根据权利要求1所述的机械手装置，其特征在于，
在将所述惯性传感器判断为故障的情况下，使所述手臂停止。
3.根据权利要求1或2所述的机械手装置，其特征在于，
所述惯性传感器被设置在所述手臂的前端。
4.一种机械手装置的控制方法，其特征在于，
所述机械手装置具备：
基体；
手臂，其被能够旋转地连结于所述基体；
角度传感器，其检测致动器的旋转角度；以及
惯性传感器，其被设置于所述手臂，
所述机械手装置的控制方法具备判断工序，在所述判断工序中，在所述致动器的第一角速度与所述手臂的第二角速度之差的绝对值大于阈值的情况下，将所述惯性传感器判断为故障，所述第一角速度基于来自所述角度传感器的输出而得到，所述第二角速度基于来自所述惯性传感器的输出而得到。
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