CN110744539A - 机器人、控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人、控制装置以及控制方法，提供优异的碰撞检测精度。机器人具有：机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动；以及碰撞检测部，根据来自所述振动传感器的输出，检测所述机器人主体与物体间的碰撞，所述碰撞检测部具备：第一检测部，根据从所述振动传感器输出的振动信号，检测所述碰撞；以及第二检测部，根据从所述振动信号提取第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号，检测所述碰撞。

Description

机器人、控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人、控制装置以及控制方法。

背景技术

专利文献1所记载的机器人具有：基座，固定于地面；基端臂，以能够转动的方式与基座连结；第一手腕构件，以能够转动的方式与基端臂连结；第一中间臂，以能够转动的方式与第一手腕构件连结；第二手腕构件，以能够转动的方式与第一中间臂连结；第二中间臂，以能够转动的方式与第二手腕构件连结；第三手腕构件，以能够转动的方式与第二中间臂连结；以及顶端臂，以能够转动的方式与第三手腕构件连结。另外，该机器人具有配置于基座与基端臂之间的第一力传感器以及第二力传感器，能够通过第一力传感器以及第二力传感器来检测机器人与异物的碰撞等。

专利文献1：日本特开2012-218094号公报

然而，存在有因机器人的表面、与机器人碰撞的异物的硬度、与异物的碰撞时间等而在专利文献1所记载的机器人中无法检测到与异物的接触的风险。

发明内容

一种机器人，其特征在于，具备：机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动；以及碰撞检测部，根据来自所述振动传感器的输出，检测所述机器人主体与物体间的碰撞，所述碰撞检测部具备：第一检测部，根据从所述振动传感器输出的振动信号，检测所述碰撞；以及第二检测部，根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号，检测所述碰撞。

一种控制装置，其特征在于，控制机器人的驱动，所述机器人具备：机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动；以及碰撞检测部，根据来自所述振动传感器的输出，检测所述机器人主体与物体间的碰撞，所述碰撞检测部具备：第一检测部，根据从所述振动传感器输出的振动信号，检测所述碰撞；以及第二检测部，根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号，检测所述碰撞，所述控制装置根据所述第一检测部以及所述第二检测部的检测结果，控制所述机器人主体的驱动。

一种控制方法，其特征在于，控制机器人的驱动，所述机器人具备：机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；以及振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动，所述控制方法包括：进行根据从所述振动传感器输出的振动信号来检测碰撞的第一碰撞检测，以及根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号来检测所述碰撞的第二碰撞检测；以及根据所述第一碰撞检测和所述第二碰撞检测的结果，控制所述机器人主体的驱动。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的机器人的立体图。

图2是图1所示的机器人的框图。

图3是图1所示的机器人所具有的振动传感器的立体图。

图4是图3所示的振动传感器的纵剖视图。

图5是图3所示的振动传感器的横剖视图。

图6是图3所示的振动传感器所具有的传感器装置的剖视图。

图7是图6所示的传感器装置所具有的力检测元件的剖视图。

图8是图1所示的机器人所具有的碰撞检测部的框图。

图9是示出从振动传感器输出的振动信号的一个例子的图。

图10是示出图1所示的机器人的控制方法的流程图。

图11是本发明的第二实施方式所涉及的机器人所具有的碰撞检测部的框图。

图12是本发明的第三实施方式所涉及的机器人所具有的碰撞检测部的框图。

附图标记说明

1…机器人主体；10…机械臂；11…第一臂；12…第二臂；13…第三臂；14…第四臂；15…第五臂；16…第六臂；17…末端执行器；100…机器人；110…基台；130…驱动部；131…角度传感器；2…振动传感器；3…传感器装置；31…封装；311…基体；312…盖体；32…力检测元件；321…第一压电元件；321a…接地电极层；321b…压电体层；321c…输出电极层；321d…压电体层；321e…接地电极层；321f…压电体层；321g…输出电极层；321h…压电体层；321i…接地电极层；322…第二压电元件；322a…接地电极层；322b…压电体层；322c…输出电极层；322d…压电体层；322e…接地电极层；322f…压电体层；322g…输出电极层；322h…压电体层；322i…接地电极层；323…支承基板；324…支承基板；4…壳体；41…第一壳体部件；411…壁部；42…第二壳体部件；421…壁部；43…侧壁部；49…施压螺栓；5…碰撞检测部；51…第一检测部；511…比较器；52…第二检测部；521…高通滤波器；522…比较器；523…带通滤波器；524…第一带通滤波器；53…碰撞判断部；531…OR电路；54…第三检测部；542…比较器；543…第二带通滤波器；6…控制装置；A1…第一阈值；A2…第二阈值；A3…第三阈值；O…中心轴线；Q1…区域；Q2…区域；Qa…电荷；Qb…电荷；S1…步骤；S2…步骤；S3…步骤；S4…步骤；Sv…振动信号；Sv’…提取振动信号；Sv1…第一提取振动信号；Sv2…第二提取振动信号。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式，详细地说明本发明的机器人、控制装置以及控制方法。

第一实施方式

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的机器人的立体图。图2是图1所示的机器人的框图。图3是图1所示的机器人所具有的振动传感器的立体图。图4是图3所示的振动传感器的纵剖视图。图5是图3所示的振动传感器的横剖视图。图6是图3所示的振动传感器所具有的传感器装置的剖视图。图7是图6所示的传感器装置所具有的力检测元件的剖视图。图8是图1所示的机器人所具有的碰撞检测部的框图。图9是示出从振动传感器输出的振动信号的一个例子的图。图10是示出图1所示的机器人的控制方法的流程图。

图1以及图2所示的机器人100具有：机器人主体1；振动传感器2，配置于机器人主体1，检测在机器人主体1产生的振动；碰撞检测部5，根据从振动传感器2输出的振动信号Sv，检测机器人主体1与异物(物体)间的碰撞；以及控制装置6，根据碰撞检测部5的检测结果，控制机器人主体1的驱动。在这样的机器人100中，若碰撞检测部5检测到机器人主体1与异物的碰撞，则控制装置6将机器人主体1的驱动从通常驱动模式切换为安全驱动模式，与通常驱动模式相比，限制机器人主体1的驱动。由此，成为更加安全的机器人100。

机器人主体

机器人主体1是使用装配有末端执行器17的机械臂10，例如进行精密设备、构成该设备的元件的供料、卸料、搬运以及组装等作业的系统。机器人主体1是所谓的六轴的垂直多关节机器人。如图1所示，机器人主体1具备基台110和以能够转动的方式与基台110连结的机械臂10。

基台110例如固定于地面、墙壁、顶棚、能够移动的台车上等。另外，机械臂10具有：第一臂11，以能够转动的方式与基台110连结；第二臂12，以能够转动的方式与第1臂11连结；第三臂13，以能够转动的方式与第二臂12连结；第四臂14，以能够转动的方式与第三臂13连结；第五臂15，以能够转动的方式与第四臂14连结；第六臂16，以能够转动的方式与第五臂15连结；以及末端执行器17，装卸自如地与第六臂16连接。此外，使基台110以及第一臂11～第六臂16中彼此连结的两个部件彼此弯折或者转动的部分构成“关节部”。

另外，如图2所示，机器人主体1具有：驱动部130，驱动机械臂10的各关节部；以及角度传感器131，检测机械臂10的各关节部的驱动状态。驱动部130例如构成为包括马达以及减速机。角度传感器131例如构成为包括磁式或者光学式的旋转编码器。

振动传感器

如图1所示，振动传感器2设于第一臂11与基台110之间。振动传感器2是检测由施加于机械臂10的外力引发的机械臂10的振动的传感器。通过设置这样的振动传感器2，当对机械臂10、末端执行器17施加有外力时，该外力作为振动经由机械臂10向振动传感器2传递，从而能够在振动传感器2中检测该振动的大小。因此，根据振动传感器2检测出的振动，能够进行机械臂10、末端执行器17与异物的碰撞检测。

在本实施方式中，作为振动传感器2，使用能够检测施加于振动传感器2的外力的六轴分量的六轴力觉传感器。此外，六轴分量包括作为相互正交的三轴的α轴、β轴以及γ轴各自的方向上的平移力分量以及绕上述三轴各自的旋转力分量。

如图3所示，振动传感器2具有绕其中心轴线O等间隔地配置的四个传感器装置3以及用于收纳上述传感器装置3的壳体4。在这样的振动传感器2中，输出与各传感器装置3所受到的外力相应的检测信号，通过对这些检测信号进行处理，能够检测施加于振动传感器2的外力的六轴分量，并能够根据检测出的六轴分量来检测振动。

壳体4具有第一壳体部件41、与第一壳体部件41隔开间隔地配置的第二壳体部件42以及设于第一壳体部件41和第二壳体部件42的外周部的侧壁部43。作为第一壳体部件41、第二壳体部件42以及侧壁部43的构成材料，各自并未特殊限定，例如，能够使用铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。

如图4以及图5所示，四个传感器装置3分别被设于第一壳体部材41的壁部411和设于第二壳体部件42的壁部421夹持。另外，施压螺栓49以贯通壁部411和壁部421的方式被紧固，由此，第一壳体部件41和第二壳体部件42被固定，并且对传感器装置3施压。

如图6所示，各传感器装置3具有封装31以及收纳于封装31的力检测元件32。封装31具有基体311以及与基体311接合的盖体312。在封装31的内侧形成有气密的收纳空间，在收纳空间收纳有力检测元件32。

力检测元件32具有输出与施加于力检测元件32的外力的A轴方向的分量相应的电荷Qa以及与施加于力检测元件32的外力的A轴方向和与施压方向正交的B轴方向的分量相应的电荷Qb的功能。如图7所示，力检测元件32具有与A轴方向的剪切力相应地输出电荷Qa的第一压电元件321、与B轴方向的剪切力相应地输出电荷Qb的第二压电元件322以及一对支承基板323、324。

另外，第一压电元件321构成为从图中的右侧起依次层叠有接地电极层321a、压电体层321b、输出电极层321c、压电体层321d、接地电极层321e、压电体层321f、输出电极层321g、压电体层321h、接地电极层321i。这样的结构的第一压电元件321从输出电极层321c、321g输出与A轴方向的剪切力相应的电荷Qa。另一方面，第二压电元件322层叠于第一压电元件321，构成为从图中的右侧起依次层叠有接地电极层322a、压电体层322b、输出电极层322c、压电体层322d、接地电极层322e、压电体层322f、输出电极层322g、压电体层322h、接地电极层322i。这样的结构的第二压电元件322从输出电极层322c、322g输出与B轴方向的剪切力相应的电荷Qb。此外，在本实施方式中，接地电极层321i、322a被共用化。

另外，压电体层321b、321d、321f、321h、322b、322d、322f、322h分别由石英构成。由此，成为具有高灵敏度、较广的动态范围、较高的刚性等优异的特性的力检测元件32。另外，压电体层321b、321d、321f、321h、322b、322d、322f、322h分别由将作为石英的机械轴的Y轴设为厚度方向的Y切割石英板构成，作为电轴的X轴朝向箭头的方向。此外，压电体层321b、321d、321f、321h、322b、322d、322f、322h也可以是使用了石英以外的压电材料的结构。作为石英以外的压电材料，例如，列举有黄玉、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂、钽酸锂等。

以上那样的振动传感器2具有未图示的外力检测电路，外力检测电路根据从各传感器装置3输出的电荷Qa、Qb，能够计算α轴方向的平移力分量Fα、β轴方向的平移力分量Fβ、γ轴方向的平移力分量Fγ、绕α轴的旋转力分量Mα、绕β轴的旋转力分量Mβ、绕γ轴的旋转力分量Mγ。

此外，如上所述，在本实施方式中，振动传感器2设于第一臂11与基台110之间，但是作为振动传感器2的配置，只要能够检测在机器人主体1产生的振动，则并无特殊限制，例如，既可以配置于机械臂10、末端执行器17，也可以配置于基台110与地面之间。另外，作为振动传感器2，只要能够检测在机器人主体1产生的振动，则并无特殊限制，例如，能够使用加速度传感器、角速度传感器、组合三轴加速度传感器与三轴角速度传感器而成的惯性测量装置(IMU：Inertial Measurement Unit)、转矩传感器等任意传感器。

碰撞检测部

碰撞检测部5具有根据从振动传感器2输出的振动信号Sv，检测机械臂10、末端执行器17与异物的碰撞的功能。此外，作为碰撞检测部5在碰撞检测中使用的振动信号Sv，只要是从振动传感器2输出的信号，则并无特殊限定。例如，由于本实施方式的振动传感器2输出与平移力分量Fα、Fβ、Fγ以及旋转力分量Mα、Mβ、Mγ相关的信号，因此既可以将这些中的任意一个信号用作振动信号Sv，也可以将组合两个以上的信号而成的信号用作振动信号Sv。此外，组合两个以上的信号意味着，既可以根据合成两个以上的信号而成的合成信号检测碰撞，也可以根据各信号分别检测碰撞。另外，作为异物，并无特殊限定，例如，也可以是人、人以外的动物、其它机器人、墙壁、柱、顶棚等构造物、落下、被投下的飞散物等任意物体。

以下，为了便于说明，以机械臂10与异物的碰撞为代表来进行说明，但是例如，在碰撞时产生的振动的频率因异物的硬度而大不相同。具体地说，如果碰撞的条件相同，则异物越柔软，在碰撞时产生的振动的频率越低，异物越硬，在碰撞时产生的振动的频率越高。因此，碰撞检测部5具有异物柔软的情况用的检测电路和异物较硬的情况用的检测电路，以便能够不受异物的硬度影响地高精度检测碰撞。以下，具体地说明碰撞检测部5的结构。

如图8所示，碰撞检测部5具有：第一检测部51，根据从振动传感器2输出的振动信号Sv，检测机械臂10与异物的碰撞；第二检测部52，根据从振动信号Sv提取在第一预定值L以上的频率的振动分量而得的提取振动信号Sv’，检测机械臂10与异物的碰撞；以及碰撞判断部53，如果在第一检测部51和第二检测部52的至少一方中检测出机械臂10与异物的碰撞，则判断为产生有该碰撞。在这样的结构中，通过第一检测部51来检测机械臂10与柔软的异物的碰撞，通过第二检测部52来检测机械臂10与较硬的异物的碰撞。此外，只要第一检测部51、第二检测部52以及碰撞判断部53能够分别发挥其功能，则并无特殊限定，既可以由模拟电路构成，也可以由数字电路构成。

在此，“柔软的异物”是指具有比预定的杨氏模量E小的杨氏模量的物体，“较硬的异物”是指具有比预定的杨氏模量E大的杨氏模量的物体。另外，预定的杨氏模量E能够在考虑到机器人100的作业内容、周围的构造物等的情况下适当地设定。

第一检测部51具有用于比较从振动传感器2输出的振动信号Sv与第一阈值A1并输出该结果的比较器511。例如，若振动信号Sv比第一阈值A1高，则从比较器511输出“1”的信号，若振动信号Sv比第一阈值A1低，则从比较器511输出“0”的信号。将第一阈值A1设定为，在机械臂10的通常的驱动中无法产生且会因与异物的碰撞而产生的电压值。由此，如果从比较器511输出有“1”的信号，则能够判定为产生有机械臂10与异物的碰撞，相反，如果从比较器511输出有“0”的信号，则能够判定为未产生机械臂10与异物的碰撞。也将该碰撞判定称为第一碰撞检测。此外，作为第一阈值A1的决定方法，并无特殊限定，例如，在正常状态下驱动机械臂10并测量此时产生的振动的大小，使机械臂10与异物实际碰撞并测量此时产生的振动的大小，将这两个振动的大小之间的值决定为第一阈值A1即可。另外，第1阈值A1例如也可以根据机械臂10的姿态、移动侧等而发生变化。

在此，例如，在异物为树脂材料，特别是由软质树脂材料构成的物体、人这样的比较柔软的物体的情况下，在碰撞时产生的振动的频率较低且低至数十Hz～数百Hz程度，其频带也易于接近因机械臂10的驱动而产生的振动。另外，碰撞时的振动的振幅也较大。因此，如图9所示的振动的区域Q1那样，从因机械臂10的驱动而引发的振动与因碰撞而引发的振动重叠而成的振动信号Sv中，也能够通过与第一阈值A1相比较而检测机械臂10与异物的碰撞。另一方面，例如，在异物是由金属材料构成的这样的较硬的物体的情况下，在碰撞时产生的振动的频率较高且高至数kHz程度，其频带也易于与因机械臂10的驱动而产生的振动大不相同。另外，在与异物柔软的情况相比，易于使碰撞时的振动的振幅变得较小。因此，如图9所示的振动的区域Q2那样，因碰撞而产生的振动被因机械臂10的驱动而引发的振动遮挡，难以从振动信号Sv中检测到碰撞。

为此，碰撞检测部5具有用于检测与较硬的异物的碰撞的第二检测部52。如图8所示，第二检测部52具有：高通滤波器521，从来自振动传感器2的振动信号Sv提取因与较硬的异物的碰撞而引发的高频分量，获得提取振动信号Sv’；以及比较器522，比较提取振动信号Sv’与第二阈值A2，并输出该结果。这样，通过使用高通滤波器521，能够以简单的电路结构从振动信号Sv提取在与较硬的异物的碰撞时产生的高频分量，生成提取振动信号Sv’。在高通滤波器521中设定的第一预定值L，即截止频率比因机械臂10的正常的驱动而产生的频率fα高，且比因与较硬的异物的碰撞而产生的振动的频率fβ低。即，满足fα＜L＜fβ的关系。此外，机械臂10的正常的驱动意味着无任何异常地进行决定的作业的状态。另外，fα能够通过正常地驱动机械臂10来预先决定，fβ能够通过根据机器人100的作业内容、周围的构造物等确定可能碰撞的异物来决定。

比较器522比较提取振动信号Sv’与第二阈值A2，并输出该结果。例如，若提取振动信号Sv’比第二阈值A2高，则从比较器522输出“1”的信号，若提取振动信号Sv’比第二阈值A2低，则从比较器522输出“0”的信号。将第二阈值A2设定为，在机械臂10的通常的驱动中无法产生且会因与异物的碰撞而产生的电压值。由此，如果从比较器522输出有“1”的信号，则能够判定为产生有机械臂10与异物的碰撞，相反，如果比较器522输出有“0”的信号，则能够判定为未产生机械臂10与异物的碰撞。也将该碰撞判定称作第二碰撞检测。此外，作为第二阈值A2的决定方法，并无特殊限定，例如，驱动机械臂10并测量此时产生的振动的大小，使机械臂10与异物实际碰撞并测量产生的振动的大小，将这两个振动的大小之间的值决定为第二阈值A2即可。另外，第二阈值A2例如也可以根据机械臂10的姿态、移动侧等而发生变化。

在此，作为振动传感器2的采样速度，特别是检测速率(输出检测信号的周期)，并无特殊限定，但是优选为10kHz以上，进一步优选为12kHz以上。如上所述，由于在机械臂10与较硬的物体碰撞的情况下产生的振动的频率为数kHz程度，因此通过与之相比提高振动传感器2的采样速度，能够通过振动传感器2更加可靠地检测在机械臂10与较硬的物体碰撞的情况下产生的振动。特别是振动传感器2如上所述地将石英用作力检测元件32。该石英非常硬，几乎不会因施加于机械臂10的力而变形，实际上并不需要复原所需的时间。因而，振动传感器2能够实现较高的采样速度，成为特别适合机器人100的传感器。

碰撞判断部53具有如果在第一检测部51和第二检测部52的至少一方检测到机械臂10与异物的碰撞，则判断为产生有该碰撞的功能。如图8所示，这样的碰撞判断部53具有OR电路531。在OR电路531中输入有来自比较器511、522的信号，在从比较器511、522的至少一方输入有“1”的信号的情况下，作为机械臂10与异物发生碰撞而输出“1”的信号，在从比较器511、522分别输入有“0”的信号的情况下，作为机械臂10与异物未碰撞而输出有“0”的信号。通过具有这样的碰撞判断部53，能够不被异物的硬度影响地检测机械臂10与异物的碰撞。此外，在本实施方式中，作为碰撞判断部53的结构，并未特殊限定。

以上，说明了碰撞检测部5。在上述中，第二检测部52具有检测机械臂10与较硬的异物的碰撞的功能，但是根据机器人主体1的结构等还存在有在机械臂10与柔软的异物碰撞时，与低频的振动一并地产生有高频率的振动的情况。在这样的情况中，能够通过第二检测部52来检测该高频的振动。即，第二检测部52不仅具有检测机械臂10与较硬的异物的碰撞的功能，还具有检测机械臂10与柔软的异物的碰撞的功能。

控制装置6

控制装置6具有根据碰撞检测部5的检测结果，控制机械臂10的驱动的功能。如图2所示，控制装置6具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等处理器、ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)等存储器以及I/F(接口电路)。然后，控制装置6通过以处理器适当地读取并执行存储于存储器的程序来实现机械臂10以及末端执行器17的动作的控制、各种计算以及判断等处理。另外，I/F构成为能够与机器人主体1、末端执行器17以及碰撞检测部5各自通信。

此外，控制装置6在图示的结构中配置于机器人主体1的基台110内，但并不局限于此，例如，也可以配置于基台110的外部、机械臂10内。另外，也可以在控制装置6连接有具备显示器等监视器的显示装置、具备例如鼠标、键盘等的输入装置等。

另外，控制装置6具有以通常动作驱动机械臂10和末端执行器17的通常驱动模式以及以安全动作驱动机械臂10和末端执行器17的安全驱动模式，并能够选择上述的模式。此外，作为安全驱动模式，并无特殊限定，能够设为对通常驱动模式施加有任意限制的模式。具体地说，列举有将各臂11～16的角速度设定为比通常动作低、将各臂11～16的加速度设定为比通常动作低、将各臂11～16的转动范围设定为比通常动作小、停止机械臂10的驱动等。

控制装置6根据碰撞检测部5中的碰撞检测的结果，切换通常驱动模式与安全驱动模式。具体地说，在碰撞判断部53输出表示机械臂10与异物碰撞的“1”的信号时，控制装置6以安全驱动模式驱动机械臂10，在碰撞判断部53输出表示机械臂10与异物未碰撞的“0”的信号时，控制装置6以通常驱动模式驱动机械臂10。由此，抑制了产生有与异物的碰撞时的机械臂10的过度的驱动(高负荷的驱动)，能够减少机械臂10的故障的可能性。特别是在碰撞的异物为人的情况下，能够提高人的安全性。

此外，控制装置6也可以在第一检测部51检测到机械臂10与异物的碰撞时与在第二检测部52检测到机械臂10与异物的碰撞时，区别机械臂10的驱动限制。在该情况下，作为安全驱动模式，控制装置6具有第一安全驱动模式和驱动限制与该第一安全驱动模式不同的第二安全驱动模式，在第一检测部51检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，以第一安全驱动模式驱动机械臂10，在第二检测部52检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，以第二安全驱动模式驱动机械臂10即可。第一安全驱动模式与第二安全驱动模式的限制的区别并无特殊限定，根据机器人100的使用条件适当地设定即可。例如，在将人假定为柔软的异物，将位于机器人100的周围的墙壁假定为较硬的异物的情况下，需要进一步确保与人接触的情况下的安全。在这样的情况下，使第一安全驱动模式的驱动限制比第二安全驱动模式的驱动限制严格即可。具体地说，列举有将各臂11～16的角速度设定为比第二安全驱动模式低、将各臂11～16的加速度设定为比第二安全驱动模式低、将各臂11～16的转动范围设定为比第二安全驱动模式小、停止机械臂10的驱动等。

如上所述，在第一检测部51检测到机械臂10与异物的碰撞的情况和第二检测部52检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下区别机械臂10的驱动限制的情况下，碰撞检测部5也可以省略碰撞判断部53。

以上，详细地说明了机器人100的结构。接下来，基于图10所示的流程图，说明机器人100的控制方法。首先，作为步骤S1，碰撞检测部5从振动传感器2获取振动信号Sv。接下来，作为步骤S2，碰撞检测部5在第一检测部51的比较器511中比较振动信号Sv与第一阈值A1，并检测机械臂10与异物的碰撞的有无。在通过第一检测部51检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，作为步骤S4，判断为机械臂10与异物碰撞。另一方面，在通过第一检测部51未检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，作为步骤S3，碰撞检测部5在第二检测部52的比较器522中比较提取振动信号Sv’与第二阈值A2，并检测机械臂10与异物的碰撞的有无。在通过第二检测部52检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，判断为机械臂10与异物碰撞。另一方面，在通过第二检测部52未检测到机械臂10与异物的碰撞的情况下，返回步骤S1，重复步骤S1～S3。采用这样的控制方法，无论是异物柔软的情况还是较硬的情况，即，能够与异物的硬度无关地更高精度地检测机械臂10与异物的碰撞。此外，在图10中，在第二检测部52中的碰撞检测之前进行第一检测部51中的碰撞检测，但并不局限于此，碰撞检测的顺序既可以相反，也可以同时处理第一检测部51的碰撞检测和第二检测部52的碰撞检测。

如上所述，这样的机器人100具备：机器人主体1，具有基台110和相对于基台110位移的机械臂10；振动传感器2，配置于机器人主体1，检测机器人主体1的振动；以及碰撞检测部5，根据来自振动传感器2的输出，检测机器人主体1与作为物体的异物的碰撞。在此，由于检测的碰撞也包含接触，因此也将碰撞检测部称为接触检测部。然后，碰撞检测部5具有：第一检测部51，根据从振动传感器2输出的振动信号Sv，检测碰撞；以及第二检测部52，根据从振动信号Sv提取第一预定值L以上的频率的振动分量所得的提取振动信号Sv’，检测碰撞。采用这样的结构，能够在第一检测部51中检测与柔软的异物的碰撞，能够在第二检测部52中检测与较硬的异物的碰撞。因此，能够与异物的硬度无关地高精度地检测机器人主体1与异物的碰撞。

另外，控制装置6根据第一检测部51和第二检测部52的检测结果，控制机器人主体1的驱动。由此，能够在未与异物碰撞的状态和与异物碰撞的状态下分别更加恰当地控制机器人主体1的驱动。

另外，如上所述，如果振动信号Sv比第一阈值A1大，则第一检测部51判定为与异物碰撞，如果提取振动信号Sv’比第二阈值A2大，则第二检测部52判定为与异物碰撞。由此，能够通过更加简单的结构检测与异物的碰撞。

另外，如上所述，碰撞检测部5具有碰撞判断部53，该碰撞判断部53在第一检测部51以及第二检测部52的至少一方中检测出与异物的碰撞时，判断为产生有与异物的碰撞。由此，能够与异物的硬度无关地高精度地检测机器人主体1与异物的碰撞。

另外，机器人100具有作为控制机器人主体1的驱动的控制部的控制装置6。然后，控制装置6能够在第一检测部51检测到与异物的碰撞时与在第二检测部52检测到与异物的碰撞时，区别施加于机器人主体1的驱动限制。由此，能够成为根据状况进行适合的驱动的机器人100。

另外，如上所述，振动传感器2的采样速度(检测速率)为10kHz以上。由此，能够获取更加详细的振动信号Sv，特别是能够更加可靠地检测与较硬的异物的接触。

另外，如上所述，机器人100的控制方法包括：进行根据从振动传感器2输出的振动信号Sv来检测与异物的碰撞的第一碰撞检测，以及根据从振动信号Sv提取在第一预定值L以上的频率的振动分量而得的提取振动信号Sv’来检测与异物的碰撞的第二碰撞检测；以及根据第一碰撞检测和第二碰撞检测的结果，控制机器人主体1的驱动。采用这样的控制方法，能够在第一碰撞检测中检测与柔软的异物的碰撞，能够在第二碰撞检测中检测与较硬的异物的碰撞。因此，能够与异物的硬度无关地高精度地检测机器人主体1与异物的碰撞。

第二实施方式

图11是本发明的第二实施方式所涉及的机器人所具有的碰撞检测部的框图。

本实施方式所涉及的机器人100除了碰撞检测部5的结构不同以外，均与上述第一实施方式的机器人100相同。此外，在以下的说明中，对于第二实施方式的机器人100，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项省略其说明。另外，在图11中，对于与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记。

如图11所示，本实施方式的第二检测部52具有：带通滤波器523，从来自振动传感器2的振动信号Sv提取高频分量而获得提取振动信号Sv’；以及比较器522，比较提取振动信号Sv’与第二阈值A2，输出该结果。这样，通过使用带通滤波器523，能够以简单的电路结构从振动信号Sv提取高频分量，生成提取振动信号Sv’。此外，带通滤波器523的通过区域从振动信号Sv提取在第一预定值L以上且在比第一预定值L大的第二预定值H以下的频率的振动分量。第一预定值L(通过区域的下限频率)比因机械臂10的正常的驱动而产生的频率fα高，比因与较硬的异物的碰撞而产生的振动的频率fβ低。另一方面，第二预定值H(通过区域的上限频率)比频率fβ高。即，满足fα＜L＜fβ＜H的关系。此外，优选尽可能小地设定从第一预定值L至第二预定值H的宽度。由此，能够提取噪声更少的提取振动信号Sv’。

如上所述，第二检测部52构成为，从振动信号Sv提取在第一预定值L以上且在比第一预定值L大的第二预定值H以下的频率的振动分量作为提取振动信号Sv’。由此，例如，由于与上述第一实施方式的高通滤波器521相比，能够使通过区域变窄，因此能够提取噪声更少的提取振动信号Sv’。

在以上那样的第二实施方式中，也能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。

第三实施方式

图12是本发明的第三实施方式所涉及的机器人所具有的碰撞检测部的框图。

本实施方式所涉及的机器人100除了与碰撞检测部5的结构不同以外，均与上述第一实施方式的机器人100相同。此外，在以下的说明中，对于第三实施方式的机器人100，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项省略其说明。另外，在图12中，对于与上述第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记。

如图12所示，本实施方式的碰撞检测部5具有：第一检测部51，根据从振动传感器2输出的振动信号Sv，检测机械臂10与异物的碰撞；第二检测部52，根据从振动信号Sv提取第一频率域的振动分量所得的第一提取振动信号Sv1，检测机械臂10与异物的碰撞；第三检测部54，根据从振动信号Sv提取第二频率域的振动分量而得的第二提取振动信号Sv2，检测机械臂10与异物的碰撞；以及碰撞判断部53，如果在第一检测部51、第二检测部52以及第三检测部54的至少一者中检测到机械臂10与异物的碰撞，则判断为产生有该碰撞。

在这样的结构中，通过第一检测部51来检测机械臂10与柔软的异物的碰撞，通过第二检测部52以及第三检测部54来检测机械臂10与较硬的异物的碰撞。在此，即使是机械臂10与较硬的异物的碰撞，也存在有在机械臂10产生的振动的频率因机械臂10的不同的部分与异物碰撞而不同的情况。例如，负责与相邻的臂的连接的骨架的部分由具有充分的刚性的金属材料构成，相对地，覆盖该骨架的罩部件出于轻型化等的目的而多使用比金属材料柔软的树脂材料。这样的材料的差异成为振动的频率不同的一个原因，例如，在骨架与异物碰撞而经由骨架传递至振动传感器2的振动和罩部件与异物碰撞而经由罩部件传递至振动传感器2的振动中，存在有振动的频率不同的情况。

为此，在本实施方式中，构成为通过第二检测部52来检测在骨架传递的振动，通过第三检测部54来检测在罩部件传递的振动。第二检测部52具有：第一带通滤波器524，从振动信号Sv提取高频分量而获得第一提取振动信号Sv1；以及比较器522，比较第一提取振动信号Sv1与第二阈值A2，并输出该结果。此外，第一带通滤波器524的通过区域从振动信号Sv提取在预定值L1以上且在比预定值L1大的预定值H1以下的频率的振动分量。预定值L1(通过区域的下限频率)比因机械臂10的正常的驱动而产生的频率fα高，比因与较硬的异物的碰撞而在骨架产生的振动的频率fγ低。另一方面，预定值H1(通过区域的上限周波数)比频率fγ高。即，满足fα＜L1＜fγ＜H1的关系。此外，优选尽可能小地设定预定值L1～H1的宽度。由此，能够有效地去除因碰撞而引发的振动以外的振动分量，能够生成噪声更少的第一提取振动信号Sv1。

比较器522比较第一提取振动信号Sv1与第二阈值A2，并输出该结果。例如，若第一提取振动信号Sv1比第二阈值A2高，则从比较器522输出“1”的信号，若第一提取振动信号Sv1比第二阈值A2低，则从比较器522输出“0”的信号。将第二阈值A2设定为，在机械臂10的通常的驱动中无法产生且会因与异物的碰撞而产生的电压值。由此，如果从比较器522输出有“1”的信号，则能够判定为产生有机械臂10与异物的碰撞，相反，如果从比较器522输出有“0”的信号，则能够判定为未产生机械臂10与异物的碰撞。

第三检测部54具有：第二带通滤波器543，从振动信号Sv提取高频分量，获得第二提取振动信号Sv2；以及比较器542，比较第二提取振动信号Sv2和第三阈值A3，并输出该结果。此外，第二带通滤波器543的通过区域从振动信号Sv提取在预定值L2以上且在比预定值L2大的预定值H2以下的频率的振动分量。预定值L2(通过区域的下限周波数)比因机械臂10的正常的驱动而产生的频率fα高，比因与较硬的异物的碰撞而在罩部件产生的振动的频率fδ低。另一方面，预定值H2(通过区域的上限频率)比频率fδ高。即，满足fα＜L2＜fδ＜H2的关系。此外，优选尽可能小地设定预定值L2～H2的宽度。由此，能够有效地去除因碰撞而引发的振动以外的振动分量，能够生成噪声更少的第二提取振动信号Sv2。

比较器542比较第二提取振动信号Sv2与第三阈值A3，并输出该结果。例如，若第二提取振动信号Sv2比第三阈值A3高，则从比较器542输出“1”的信号，若第二提取振动信号Sv2比第三阈值A3低，则从比较器542输出“0”的信号。将第三阈值A3设定为，在机械臂10的通常的驱动中无法产生且会因与异物的碰撞而产生的电压值。由此，如果从比较器542输出有“1”的信号，则能够判定为产生有机械臂10与异物的碰撞，相反，如果从比较器542输出有“0”的信号，则能够判定为未产生机械臂10与异物的碰撞。

采用以上那样的第三实施方式，也能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。

以上，基于图示的实施方式说明了本发明的机器人、控制装置以及控制方法，但是本发明并不局限于此，各部分的结构能够置换为具有相同的功能的任意的结构。另外，也可以在本发明中附加其它任意的结构物。另外，本发明也可以组合上述实施方式中的、任意两种以上的结构。

另外，本发明的机器人并不局限于单臂机器人，例如，也可以是双臂机器人、SCARA机器人(水平多关节机器人)等其它机器人。另外，机械臂所具有的臂的数量(关节的数量)并不局限于上述实施方式的数量，也可以是一个以上且五个以下或者七个以上。

Claims (7)

1.一种机器人，其特征在于，具备：

机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；

振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动；以及

碰撞检测部，根据来自所述振动传感器的输出，检测所述机器人主体与物体间的碰撞，

所述碰撞检测部具备：

第一检测部，根据从所述振动传感器输出的振动信号，检测所述碰撞；以及

第二检测部，根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号，检测所述碰撞。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

若所述振动信号比第一阈值大，则所述第一检测部判定为所述碰撞，

若所述提取振动信号比第二阈值大，则所述第二检测部判定为所述碰撞。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述机器人具有控制所述机器人主体的驱动的控制部，

所述控制部使得在所述第一检测部检测到所述碰撞时与在所述第二检测部检测到所述碰撞时的施加于所述机器人主体的驱动限制彼此不同。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述振动传感器的检测速率在10kHz以上。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述第二检测部从所述振动信号提取在所述第一预定值以上且在比所述第一预定值大的第二预定值以下的频率的振动分量作为所述提取振动信号。

6.一种控制装置，其特征在于，控制机器人的驱动，所述机器人具备：机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动；以及碰撞检测部，根据来自所述振动传感器的输出，检测所述机器人主体与物体间的碰撞，

所述碰撞检测部具备：

第一检测部，根据从所述振动传感器输出的振动信号，检测所述碰撞；以及

第二检测部，根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号，检测所述碰撞，

所述控制装置根据所述第一检测部以及所述第二检测部的检测结果，控制所述机器人主体的驱动。

7.一种控制方法，其特征在于，控制机器人的驱动，所述机器人具备：

机器人主体，具有基台、相对于所述基台位移的机械臂；以及振动传感器，配置于所述机器人主体，检测所述机器人主体的振动，

所述控制方法包括：

进行根据从所述振动传感器输出的振动信号来检测碰撞的第一碰撞检测，以及根据从所述振动信号提取在第一预定值以上的频率的振动分量而得的提取振动信号来检测所述碰撞的第二碰撞检测；以及

根据所述第一碰撞检测和所述第二碰撞检测的结果，控制所述机器人主体的驱动。

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