CN110774314A - 机器人及机器人的异常检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了能够对力传感器的异常进行检测的刚性较高的机器人及机器人的异常检测方法。机器人的特征在于，具有：机械臂；第一部件及第二部件，在所述机械臂的基台和被设置部之间配置；第一力传感器及第二力传感器，与所述第一部件及所述第二部件双方相接，在以所述基台和所述被设置部排列的方向作为法线方向的平面上配置；假想直线上分量运算部，根据所述第一力传感器的输出求出假想直线上的平移力分量作为第一平移力分量，根据所述第二力传感器的输出求出所述假想直线上的平移力分量作为第二平移力分量；以及判断部，基于所述第一平移力分量和所述第二平移力分量的差，在判断所述第一力传感器或所述第二力传感器异常的情况下，输出信号。

Description

机器人及机器人的异常检测方法
技术领域
本发明涉及机器人及机器人的异常检测方法。
背景技术
专利文献1中记载的机器人系统具备：机器人；第一传感器及第二传感器，基于作用于该机器人的力，分别输出规定的第一检测值及第二检测值；控制部，在第一检测值和第二检测值的差超过阈值的情况下，判断机器人发生了异常。另外，专利文献1中公开了第一传感器及第二传感器例如在基台和基端臂之间重叠配置的方案。
专利文献1：日本特开2012-218094号公报
在专利文献1中记载的机器人系统中，由于重叠配置第一传感器和第二传感器，因此传感器部的刚性下降。因此，存在机器人的定位精度下降的问题。
发明内容
本发明的应用例所涉及的机器人，具有：机械臂；第一部件及第二部件，在所述机械臂的基台和被设置部之间配置；第一力传感器及第二力传感器，与所述第一部件及所述第二部件双方相接，在以所述基台和所述被设置部排列的方向作为法线方向的平面上配置；假想直线上分量运算部，根据所述第一力传感器的输出求出假想直线上的平移力分量作为第一平移力分量，根据所述第二力传感器的输出求出所述假想直线上的平移力分量作为第二平移力分量；以及判断部，基于所述第一平移力分量和所述第二平移力分量的差，在判断所述第一力传感器或所述第二力传感器异常的情况下，输出信号。
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所示的力检测部的部分放大分解立体图。
图4是从垂直上方观察图3所示的力检测部时的图。
图5是图4所示的力检测部的侧视图。
图6是用于说明图1及图2所示的机器人的异常检测方法的流程图。
图7是为图4所示的力检测部添加了合成力坐标系的图。
图8是示出本发明的第二实施方式所涉及的机器人中包括的力检测部的分解立体图。
图9是从垂直上方观察图8所示的力检测部时的图。
图10是示出图9所示的力检测部的变形例的图。
附图标记说明：
1…机器人；10…机械臂；11…臂；12…臂；13…臂；14…臂；15…臂；16…臂；17…末端执行器；21…力检测部；21A…力检测部；21B…力检测部；50…控制装置；51…控制部；52…存储部；53…I/F；54…假想直线上分量运算部；55…传感器异常判断部；56…外力运算部；110…基台；130…驱动部；131…角度传感器；170…驱动部；171…主体；172…把持部；173…把持力传感器；211…第一部件；211a…下表面；212…第二部件；212a…上表面；221…第一力传感器；222…第二力传感器；223…第三力传感器；224…第四力传感器；2210…壳体；2211…传感器单元；2212…传感器单元；2213…传感器单元；2214…传感器单元；2220…壳体；2221…传感器单元；2222…传感器单元；2223…传感器单元；2224…传感器单元；2230…壳体；2231…传感器单元；2232…传感器单元；2233…传感器单元；2234…传感器单元；2240…壳体；2241…传感器单元；2242…传感器单元；2243…传感器单元；2244…传感器单元；CG1…重心；CG2…重心；D…方向；F…平面；Fx1…输出；Fx2…输出；Fx3…输出；Fx4…输出；Fx5…输出；Fx6…输出；Fx7…输出；Fx8…输出；Fy1…输出；Fy2…输出；Fy3…输出；Fy4…输出；Fy5…输出；Fy6…输出；Fy7…输出；Fy8…输出；L…距离；NL…垂线；O1…中心；O2…中心；O3…中心；O4…中心；VL…假想直线；VL1…假想直线；VL2…假想直线；VL3…假想直线。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的机器人及机器人的异常检测方法的优选实施方式进行详细说明。
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，是将力检测部附近分解示出的图。图2是图1所示的机器人的框图。另外，以下将机械臂10的基台110侧称为“基端侧”，将其相反侧，即机械臂10的末端执行器17侧称为“前端侧”。另外，将图1及图3中的上方称为“上”，将下方称为“下”。
图1所示的机器人1是使用安装有末端执行器17的机械臂10，例如进行精密仪器或构成它的部件等对象物的供料、卸料、输送及组装等作业的系统。该机器人1具备：机械臂10，具有多个臂11～16；末端执行器17，被安装在机械臂10的前端侧；控制装置50，对它们的动作进行控制。下面，首先对机器人1的概要进行说明。
机器人1是所谓的六轴垂直多关节机器人。如图1所示，机器人1具备基台110和以能够转动的方式与基台110连接的机械臂10。
基台110经由力检测部21被固定在例如地板、墙壁、天花板、可移动的台车上等被设置部上。关于该力检测部21，后文中将进行叙述。另外，在以下的说明中，作为一例，对将基台110固定在地面上的情况进行说明。机械臂10具有相对于基台110以可转动的方式连接的臂11(第一臂)、相对于臂11以可转动的方式连接的臂12(第二臂)、相对于臂12以可转动的方式连接的臂13(第三臂)、相对于臂13以可转动的方式连接的臂14(第四臂)、相对于臂14以可转动的方式连接的臂15(第五臂)、相对于臂15以可转动的方式连接的臂16(第六臂)。另外，使基台110及臂11～16中互相连接的两个部件之间弯曲或转动的部分构成了“关节部”。
另外，如图2所示，机器人1具有对机械臂10的各关节部进行驱动的驱动部130和作为机械臂10的各关节部的驱动状态例如对旋转角度进行检测的角度传感器131。驱动部130例如以包括电机及减速器的方式构成。角度传感器131例如以包括磁式或光学式的旋转编码器的方式构成。
在这种机器人1的臂16的前端面上安装有末端执行器17。另外，在臂16和末端执行器17之间也可以配置后述的力传感器和其他力传感器。
末端执行器17是把持对象物的把持机械手。如图1所示，该末端执行器17具有主体171、在主体171上设置的驱动部170、根据来自驱动部170的驱动力开闭的一对把持部172、在把持部172上设置的把持力传感器173。
这里，驱动部170例如以包括电机和将来自电机的驱动力传递到一对把持部172的齿轮等传递机构的方式构成。另外，一对把持部172根据来自驱动部170的驱动力开闭。由此，在一对把持部172之间抓住对象物并保持，能够使在一对把持部172之间保持的对象物脱离。把持力传感器173例如是电阻型、静电型等的压敏传感器，在把持部172或把持部172和驱动部170之间配置，对施加在一对把持部172之间的力进行检测。另外，末端执行器17并不限于上述的把持机械手，例如也可以是通过吸附保持对象物的方式的末端执行器。在本说明书中，“保持”是指包括吸附及把持双方的概念。另外，“吸附”是指包括基于磁力的吸附、基于负压的吸附等的概念。另外，只要没有特别说明，“力”是指包括平移力和力矩双方的概念。另外，末端执行器17中使用的把持机械手的手指的数量并不限于两根，也可以是三根以上。
图1及图2所示的控制装置50具有基于角度传感器131的检测结果对机械臂10的驱动进行控制的功能。另外，控制装置50具有基于把持力传感器173的检测结果及机器人1的动作条件确定末端执行器17的把持力或变更机器人1的动作条件的功能。
该控制装置50具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等控制部51、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等存储部52和I/F(接口电路)53。另外，在控制装置50中，通过控制部51适当地读取并执行存储部52中存储的程序，从而实现机械臂10及末端执行器17的动作的控制、异常的报告等处理。另外，I/F53以能够与机械臂10及末端执行器17通信的方式构成。
另外，控制装置50在图示中在机器人1的基台110内配置，但并不限于此，例如也可以在基台110的外部或机械臂10内配置。另外，控制装置50也可以与具备显示器等监视器的显示装置、具备例如鼠标或键盘等的输入装置连接。
另外，图1及图2所示的机器人1在比机械臂10更靠向基端侧的位置，具备在基台110和地面之间设置的力检测部21。
力检测部21具备第一部件211及第二部件212。本实施方式所涉及的第一部件211及第二部件212沿基台110和地面(被设置部)排列的方向排列。即，第一部件211及第二部件212沿垂直方向上下排列。另外，第一部件211以与基台110的下面相接的方式设置。另一方面，第二部件212以与地面相接的方式设置。在从垂直方向观察时，这种第一部件211及第二部件212分别是主面呈四边形的板状体。
另外，力检测部21具备在第一部件211和第二部件212之间设置的第一力传感器221及第二力传感器222。第一力传感器221及第二力传感器222在基台110和被设置部排列的方向，即以垂直方向作为法线的平面F上并联地配置。在本实施方式中，第二部件212的上表面212a相当于平面F。
另外，第一力传感器221以与第一部件211的下表面211a及第二部件212的上表面212a双方相接的方式配置。同样地，第二力传感器222也以与第一部件211的下表面211a及第二部件212的上表面212a双方相接的方式配置。
另外，在本实施方式中，基台110和被设置部排列的方向等于第一部件211和第二部件212排列的方向。第一部件211和第二部件212排列的方向是指，在对平面F进行俯视观察时，在第一部件211的下表面211a及第二部件212的上表面212a中，将互相重复的区域(以下，称为“重复区域”。)的重心之间连接的方向。具体地，在下表面211a和上表面212a之间，形状或大小等也可以不同，但连接下表面211a侧的重复区域的重心CG1和上表面212a侧的重复区域的重心CG2的图3的方向D只要与平面F的法线平行即可。另外，在本实施方式中，特别是平面F的法线与垂直方向平行。即，连接本实施方式所涉及的第一部件211和第二部件212的方向是垂直方向。
这种力检测部21是对施加在机械臂10上的力进行检测的传感器。在机械臂10或末端执行器17上被施加力时，该力经由机械臂10被传递到力检测部21，在力检测部21中能够对该力的大小或方向进行检测。由此，在机器人1中能够进行碰撞检测。
另外，力检测部21经由I/F53(接口)以能够通信的方式与假想直线上分量运算部54及外力运算部56连接。
图3是图1所示的力检测部21的部分放大分解立体图。另外，图4是从垂直上方观察图3所示的力检测部21时的图。另外，图5是图4所示的力检测部21的侧视图。
在图4所示的力检测部21中，对于第一力传感器221及第二力传感器222，以能够透视其内部的方式进行了图示。
图4所示的第一力传感器221是具备壳体2210、在壳体2210内设置的四个传感器单元2211～2214的六轴力觉传感器。另外，通过对来自这些传感器单元2211～2214的输出施加规定的运算处理，能够求出关于图4所示的第一传感器坐标系的x轴、y1轴及z1轴的平移力、以及绕x轴、绕y1轴及绕z1轴的力矩。
传感器单元2211～2214是分别包括多个图中未示出的平板状的水晶板，并通过水晶板的压电效应将所施加的力转换为电荷的元件。各水晶板以结晶方位互不相同的方式层叠。由此，从各水晶板得到基于与其主面正交的方向的力的输出Fz、基于在主面上互相正交的两个方向的力的输出Fx、Fy。另外，在以下的说明中，也将传感器单元2211～2214的各水晶板的主面称为传感器单元2211～2214的主面。
另外，如图4所示，传感器单元2211～2214分别以其主面的垂线NL通过壳体2210的中心O1的方式，换言之，以主面面临中心O1的方式配置。另外。四个传感器单元2211～2214绕中心O1等角度间隔地配置。另外，四个传感器单元2211～2214的z1轴中的位置互相相同。
另外，在图4中，在传感器单元2211和传感器单元2214之间、以及在传感器单元2212和传感器单元2213之间，有第一传感器坐标系的x轴通过。另外，在图4中，在传感器单元2211和传感器单元2212之间、以及在传感器单元2213和传感器单元2214之间，有第一传感器坐标系的y1轴通过。
另外，将从传感器单元2211得到的输出Fx作为“Fx1”，将输出Fy作为“Fy1”。另外，将从传感器单元2212得到的输出Fx作为“Fx2”，将输出Fy作为“Fy2”。另外，将从传感器单元2213得到的输出Fx作为“Fx3”，将输出Fy作为“Fy3”。另外，将从传感器单元2214得到的输出Fx作为“Fx4”，将输出Fy作为“Fy4”。
另外，如图4所示，分别投影到平面F上的输出Fx1的方向及输出Fx3的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fx2的方向及输出Fx4的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fy1的方向及输出Fy3的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fy2的方向及输出Fy4的方向互相相反。
另外，如图5所示，输出Fx1的方向、输出Fx2的方向、输出Fy1的方向及输出Fy2的方向分别与x轴和y1轴双方不平行。另外，虽然图5中没有示出，但输出Fx3的方向、输出Fx4的方向、输出Fy3的方向及输出Fy4的方向也分别与x轴及y1轴双方不平行。
另外，这些并不限定，也可以平行。
图4所示的第二力传感器222是具备壳体2220、在壳体2220内设置的四个传感器单元2221～2224的六轴力觉传感器。另外，通过对来自这些传感器单元2221～2224的输出施加规定的运算处理，能够求出关于图4所示的第二传感器坐标系的x轴、y2轴及z2轴的平移力、以及绕x轴、绕y2轴及绕z2轴的力矩。
另外，第一传感器坐标系中的x轴和第二传感器坐标系中的x轴互相相同。
传感器单元2221～2224是分别包括多个图中未示出的平板状的水晶板，并通过水晶板的压电效应将力转换为电荷的元件。各水晶板以结晶方位互不相同的方式层叠。由此，从各水晶板得到基于与其主面正交的方向的力的输出Fz、基于在主面上互相正交的两个方向的力的输出Fx、Fy。另外，在以下的说明中，也将传感器单元2221～2224的各水晶板的主面称为传感器单元2221～2224的主面。
另外，如图4所示，传感器单元2221～2224分别以其主面的垂线NL通过壳体2220的中心O2的方式，换言之，以主面面临中心O2的方式配置。另外。四个传感器单元2221～2224绕中心O2等角度间隔地配置。另外，四个传感器单元2221～2224的z2轴中的位置互相相同。
另外，在图4中，在传感器单元2221和传感器单元2224之间、以及在传感器单元2222和传感器单元2223之间，有第二传感器坐标系的x轴通过。另外，在图4中，在传感器单元2221和传感器单元2222之间、以及在传感器单元2223和传感器单元2224之间，有第二传感器坐标系的y2轴通过。
另外，将从传感器单元2221得到的输出Fx作为“Fx5”，将输出Fy作为“Fy5”。另外，将从传感器单元2222得到的输出Fx作为“Fx6”，将输出Fy作为“Fy6”。另外，将从传感器单元2223得到的输出Fx作为“Fx7”，将输出Fy作为“Fy7”。另外，将从传感器单元2224得到的输出Fx作为“Fx8”，将输出Fy作为“Fy8”。
另外，如图4所示，分别投影到平面F上的输出Fx5的方向及输出Fx7的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fx6的方向及输出Fx8的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fy5的方向及输出Fy7的方向互相相反。同样地，分别投影到平面F上的输出Fy6的方向及输出Fy8的方向互相相反。
另外，虽然图中没有示出，但输出Fx5的方向、输出Fx6的方向、输出Fy5的方向及输出Fy6的方向分别与x轴和y2轴双方不平行。另外，同样地，输出Fx7的方向、输出Fx8的方向、输出Fy7的方向及输出Fy8的方向也分别与x轴及y2轴双方不平行。
另外，这些并不限定，也可以平行。
如上所示，第一力传感器221基于来自多个传感器单元2211～2214的输出，对力进行检测。同样地，第二力传感器222基于来自多个传感器单元2221～2224的输出，对力进行检测。另外，第一力传感器221及第二力传感器222被设定为在双方正常的情况下，如果被施加相同的力，则输出相同的值。例如，输出Fx1及输出Fx5、以及输出Fy1及输出Fy5被设定为相同。另外，关于其他输出Fx、输出Fy及输出Fz也被设定为满足同样的关系。
另外，各力传感器中的传感器单元的数量并不特别限定，既可以是两个或三个，也可以是五个以上。
另外，各力传感器并不限于像本实施方式这样作为预先组合多个传感器单元的模块构成的情况，例如也包括直接有八个传感器单元分别组装在第一部件及第二部件上，将来自其中任意多个(例如四个)的传感器单元的组合作为第一力传感器，将剩余的(例如四个)传感器单元的组合作为第二力传感器，从而输出合成力的情况。在这种结构的情况下，即使一个传感器单元发生故障导致力检测部21异常，也只用更换单一的传感器单元即可，能够低成本且没有浪费地进行修理。
另一方面，如本实施方式所示，如果是将第一力传感器221及第二力传感器222作为模块组装的方式，则能够更简单地进行力检测部21的组装制造及灵敏度校正等。
控制装置50具备假想直线上分量运算部54、传感器异常判断部55、外力运算部56。
其中，假想直线上分量运算部54在根据第一力传感器221的输出求出假想直线上的平移力分量的同时，根据第二力传感器222的输出求出假想直线上的平移力分量。这里，假想直线是指根据假想直线上分量运算部54假想的任意的直线。另外，关于假想直线，后文中将进行详细叙述。
另外，传感器异常判断部55基于假想直线上分量运算部54的运算结果，对第一力传感器221或第二力传感器222是否异常进行判断。
另外，外力运算部56基于第一力传感器221的输出和第二力传感器222的输出，计算合成力。
以上对机器人1的概要进行了说明，但在该机器人1具备的力检测部21中，如前所述，第一力传感器221及第二力传感器222双方在平面F上并联地载置。因此，能够抑制力检测部21的厚度，力检测部21的刚性难以下降，因此能够防止机器人1的定位精度下降。
另外，在该机器人1中，在对机械臂10或末端执行器17等施加力时，由于在力检测部21中对该力进行高精度的检测，并根据其进行动作，因此有必要确保力检测部21的健全性。在本实施方式所涉及的机器人1中，在输出所施加的力的检测值的同时，对力检测部21中异常的有无进行判断，在存在异常的情况下输出信号。由此，能够尽早对异常进行检测，能够进行限制机械臂10的驱动等控制。
下面，对机器人1的动作进行说明。
图6是用于说明图1及图2所示的机器人1的异常检测方法的流程图。
首先，机器人1开始常规动作。作为常规动作，例如可列举精密仪器或构成它的部件等对象物的供料、卸料、输送及组装等作业
在常规动作开始后，作为步骤S1，通过力检测部21对力进行检测。在对力检测部21施加力时，该力会传递到第一力传感器221及第二力传感器222。另外，根据第一力传感器221的输出求出图4所示的假想直线VL上的平移力分量作为“第一平移力分量fx1”。另外，根据第二力传感器222的输出求出假想直线VL上的平移力分量作为“第二平移力分量fx2”。在本实施方式中，为了便于说明，如图4所示，将第一传感器坐标系和第二传感器坐标系共同的x轴作为假想直线VL进行设定。
具体地，在对第一力传感器221施加力时，如前所述，作为来自四个传感器单元2211～2214的输出，从第一力传感器221得到输出Fx1、输出Fy1、输出Fx2、输出Fy2、输出Fx3、输出Fy3、输出Fx4及输出Fy4。另外，在对第二力传感器222施加力时，如前所述，作为来自四个传感器单元2221～2224的输出，从第二力传感器222得到输出Fx5、输出Fy5、输出Fx6、输出Fy6、输出Fx7、输出Fy7、输出Fx8及输出Fy8。这些输出在被输入控制装置50的外力运算部56的同时，被输入假想直线上分量运算部54。下面，对假想直线上分量运算部54中的运算和外力运算部56中的运算依次进行说明。
其中，在假想直线上分量运算部54中，首先，根据第一力传感器221的输出基于以下的式(1)计算出第一平移力分量fx1。
fx1＝－Fx1+Fy1－Fx2+Fy2+Fx3－Fy3+Fx4－Fy4…(1)
接着，根据第二力传感器222的输出基于以下的式(2)计算出第二平移力分量fx2。
fx2＝－Fx5+Fy5－Fx6+Fy6+Fx7－Fy7+Fx8－Fy8…(2)
接着，作为步骤S2，基于计算出的第一平移力分量fx1及第二平移力分量fx2，对第一力传感器221或第二力传感器222是否异常进行判断。具体地，将假想直线上分量运算部54中计算出的第一平移力分量fx1及第二平移力分量fx2输入传感器异常判断部55。在传感器异常判断部55中，计算第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差∣fx1－fx2∣，同时读取在存储部52中存储的阈值。在该阈值中，作为一例，像基于过去取得的数据，在实际存在异常的情况下产生的差的最小值那样，只要采用基于实际值的值即可。另外，该差作为绝对值求出。另外，对计算出的差是否超过阈值进行判断。
在计算出的差∣fx1－fx2∣在阈值以下的情况下，判断第一力传感器221及第二力传感器222均正常。具体地，由于第一力传感器221及第二力传感器222均被上述的第一部件211和第二部件212夹着，因此在对力检测部21施加力时，如果第一力传感器221及第二力传感器222双方正常，则第一平移力分量fx1及第二平移力分量fx2互相大致相等。因此，只要差∣fx1－fx2∣在阈值以下，就能够判断第一力传感器221及第二力传感器222均正常。在这种情况下，返回到步骤S1。
另一方面，在计算出的差∣fx1－fx2∣超过阈值的情况下，判断第一力传感器221或第二力传感器222中的任一个异常。例如，在第一力传感器221正常，第二力传感器222中发生了异常的情况下，相对于第一平移力分量fx1表示本来的值，第二平移力分量fx2从本来的值脱离。因此，差∣fx1－fx2∣变大并超过阈值。在传感器异常判断部55中，能够基于此判断第一力传感器221或第二力传感器222中的任一个异常。传感器异常判断部55在进行这种判断的情况下，将基于此的信号输出到控制部51。
另外，在传感器异常判断部55中的运算中，取代第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差，例如也可以计算出第一平移力分量fx1相对于第二平移力分量fx2的比，来判断该比是否超过阈值。
接收了这种信号的控制部51，作为步骤S3，对机械臂10或末端执行器17的动作进行限制。由此，在力检测部21不正常的状态下，能够防止机械臂10等进行动作。结果，能够防止伴随着预期之外的动作的对象物的损伤或其他不良情况的发生。
另外，步骤S2后的控制并不限于上述步骤S3。例如，在步骤S2后，也可以报告第一力传感器221或第二力传感器222中的任一个异常这一意思的警告。
另一方面，在外力运算部56中，基于第一力传感器221的输出和第二力传感器222的输出，计算合成力。不是仅根据第一力传感器221的输出或仅根据第二力传感器222的输出对力进行计算，而是通过使用双方计算出合成力，从而能够高精度地对力进行计算。结果，能够实现机器人1的动作的稳定化或定位精度的提高。
这里，对合成力的计算例进行说明。
图7是为图4所示的力检测部添加了合成力坐标系的图。计算出的合成力被作为由在第一力传感器221和第二力传感器222之间设定的x’轴、y’轴及z’轴构成的合成力坐标系中的力求出。
图7所示的合成力坐标系是以第一传感器坐标系的原点即中心O1和第二传感器坐标系的原点即中心O2的中点作为原点，由与上述的z1轴及z2轴平行的z’轴、与上述的x轴相等的x’轴、与上述的y1轴及y2轴平行的y’轴构成的三轴正交坐标系。此时，中心O1和中点的距离L、以及中心O2和中点的距离L互相相等。
另外，如前所述，从作为六轴力觉传感器的第一力传感器221输出关于第一传感器坐标系的x轴、y1轴及z1轴的平移力(fx1、fy1、fz1)以及绕x轴、绕y1轴及绕z1轴的力矩(mx1、my1、mz1)作为力觉值。另外，该力觉值基于来自上述的四个传感器单元2211～2214的输出通过已知的方法计算出来。
同样地，如前所述，从作为六轴力觉传感器的第二力传感器222输出关于第二传感器坐标系的x轴、y2轴及z2轴的平移力(fx2、fy2、fz2)以及绕x轴、绕y2轴及绕z2轴的力矩(mx2、my2、mz2)作为力觉值。另外，该力觉值基于来自上述的四个传感器单元2221～2224的输出通过已知的方法计算出来。
另外，在外力运算部56中，基于以下的式(3)～(8)，根据上述的力觉值计算出合成力坐标系中的合成力。该合成力作为关于x’轴的平移力fx’、关于y’轴的平移力fy’、关于z’轴的平移力fz’、绕x’轴的力矩mx’、绕y’轴的力矩my’及绕z’轴的力矩mz’计算出来。
fx’＝fx1+fx2…(3)
fy’＝fy1+fy2+mz1/L－mz2/L…(4)
fz’＝fz1+fz2－my1/L+my2/L…(5)
mx’＝mx1+mx2…(6)
my’＝fz1·L－fz2·L…(7)
mz’＝－fy1·L+fy2·L…(8)
如上所示，能够计算出合成力。
另外，这种合成力的计算并不是必须的，也可以不将来自第一力传感器221的力觉值或来自第二力传感器222的力觉值进行合成，直接作为来自外力运算部56的输出。另外，合成力的计算方法并不限于上述方法，也可以是任何方法。另外，在传感器异常判断部55中，在判断第一力传感器221或第二力传感器222异常的情况下，也可以处理为外力运算部56中计算出来的合成力也是异常值。
另外，上述的第一力传感器221及第二力传感器222在第一部件211和第二部件212之间配置，但优选第一部件211及第二部件212实质上分别是刚体。由此，在对力检测部21施加力时，对第一力传感器221及第二力传感器222传递相同的力。因此，能够如上所述进行基于第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差∣fx1－fx2∣的第一力传感器221或第二力传感器222的异常判断，或者能够进行合成力的计算。
另外，作为第一部件211及第二部件212的构成材料，例如可列举不锈钢等铁系合金、铝系合金、铜系合金等。
另外，第一部件211及第二部件212的垂直方向的长度，即第一部件211及第二部件212的厚度根据构成材料或大小等若干不同，但作为一例，优选在3mm以上，更优选在5mm以上50mm以下。虽然根据构成材料而不同，但例如在上述的构成材料的情况下，只要第一部件211及第二部件212的厚度在上述范围内，就能够将第一部件211及第二部件212视为刚体。
如上所示，机器人1的异常检测方法是对具有机械臂10、在基台110和被设置部即地面之间配置的第一部件211及第二部件212、与第一部件211及第二部件212双方相接，在以基台110和被设置部排列的方向作为法线的平面F上配置的第一力传感器221及第二力传感器222的机器人1的异常进行检测的方法。另外，该异常检测方法包括根据第一力传感器221的输出求出假想直线VL上的平移力分量作为第一平移力分量fx1、根第二力传感器222的输出求出假想直线VL上的平移力分量作为第二平移力分量fx2的步骤S1、和判断第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差是否超过阈值，在超过阈值的情况下，判断第一力传感器221或第二力传感器222异常的步骤S2。
根据这种异常检测方法，对力检测部21中异常的有无进行判断，在存在异常的情况下输出信号。由此，能够尽早对异常进行检测，能够进行限制机械臂10的驱动等控制。另外，在这种力检测部21中，如前所述，将第一力传感器221及第二力传感器222双方在平面F上载置。因此，力检测部21的刚性不容易下降，能够防止机器人1的定位精度下降。
另外，机器人1具有：机械臂10；第一部件211及第二部件212，在基台110和被设置部即地面之间配置；第一力传感器221及第二力传感器222，与第一部件211及第二部件212双方相接，在以基台110和被设置部排列的方向作为法线的平面F上配置；假想直线上分量运算部54，根据第一力传感器221的输出求出假想直线VL上的平移力分量作为第一平移力分量fx1、根据第二力传感器222的输出求出假想直线VL上的平移力分量作为第二平移力分量fx2；传感器异常判断部55，基于第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差，在判断第一力传感器221或第二力传感器222异常的情况下，输出信号。
根据这种机器人1，不是像目前那样将第一力传感器221和第二力传感器222重叠配置，而是在第二部件212的上表面212a，即平面F上并列设置第一力传感器221及第二力传感器222。因此，与目前相比，能够提高力检测部21的刚性。结果，伴随着机器人1的动作的力检测部21的变形被抑制，能够实现机器人1的定位精度的提高。
另外，与这种效果一同，在通过力检测部21进行力的检测的同时，能够对第一力传感器221或第二力传感器222的异常进行判断。
因此，控制装置50具有的控制部51接收来自传感器异常判断部55的信号，对机械臂10的驱动进行限制。由此，能够以在力检测部21发生异常的状态下使机器人1不进行动作的方式，对机器人1的动作进行限制。结果，能够防止伴随着预期之外的动作的对象物的损伤或其他不良情况，例如定位精度下降。
另外，控制装置50具有的外力运算部56基于第一力传感器221的输出和第二力传感器222的输出，计算合成力。由此，能够以更高的精度求出对第一力传感器221及第二力传感器222施加的力。结果，能够实现机器人1的动作的稳定化或定位精度的提高。
另外，作为第一力传感器221及第二力传感器222的测量原理，例如可列举压电方式、应变仪方式、静电电容方式等。其中，优选使用压电方式，特别是更优选使用像本实施方式这样的使用了水晶的压电方式。即，优选第一力传感器221及第二力传感器222分别是具有水晶的传感器。由于这种使用了水晶的传感器相对于较大范围的大小的力特别能够产生正确的电荷量，因此容易使高灵敏度和宽范围两立。因此，作为机器人1中使用的第一力传感器221及第二力传感器222是有用的。
另外，虽然第一力传感器221及第二力传感器222也可以分别是三轴力觉传感器，但优选是六轴力觉传感器。由此，能够求出三轴的平移力和绕三轴的力矩。因此，能够更高精度地求出对力检测部21施加的力。
另外，在本实施方式中，如前所述，将x轴作为假想直线VL进行了设定，但假想直线VL并不限于这种设定，可以是任意画的直线。但是，假想直线VL优选是通过第一力传感器221或第二力传感器222的直线，更优选是与传感器单元2211～2214或传感器单元2221～2224中包括的水晶板中的输出Fx的方向、输出Fy的方向及输出Fz的方向均不平行的直线。即，优选第一力传感器221的输出轴及第二力传感器222的输出轴分别与假想直线VL不平行。
由此，用于计算第一平移力分量fx1的输出Fx1、输出Fy1、输出Fx2、输出Fy2、输出Fx3、输出Fy3、输出Fx4及输出Fy4均示出非零的值。同样的，用于计算第二平移力分量fx2的输出Fx5、输出Fy5、输出Fx6、输出Fy6、输出Fx7、输出Fy7、输出Fx8及输出Fy8也均示出非零的值。因此，上述第一平移力分量fx1和第二平移力分量fx2的差∣fx1－fx2∣反映了传感器单元2211～2214或传感器单元2221～2224中包括的水晶板中从更多的结晶方位输出的值。结果，如前所述，判断第一力传感器221或第二力传感器222是否异常的步骤S2变为基于来自水晶板中的更多的结晶方位的输出来判断其健全性。因此，能够减少漏掉异常的可能性，能够进一步提高机器人1的可靠性。
另外，上述的输出轴例如在包括水晶的传感器的情况下，是指由水晶的结晶方位确定的能够对变形进行检测的轴。在其他的检测原理中，同样也是指能够对力进行检测的轴。
第二实施方式
图8是示出本发明的第二实施方式所涉及的机器人中包括的力检测部的分解立体图。图9是从垂直上方观察图8所示的力检测部21A时的图。
下面，关于第二实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，并省略对相同事项的说明。另外，在图8及图9中，对与上述的第一实施方式相同的结构，赋予相同的符号。
如图8所示，第二实施方式除了第一力传感器221及第二力传感器222之外还具备第三力传感器223及第四力传感器224，除此之外与第一实施方式相同。即，机器人1进一步具有第三力传感器223及第四力传感器224。
这些第三力传感器223及第四力传感器224也与第一力传感器221及第二力传感器222一同配置在第一部件211和第二部件212之间，在以垂直方向作为法线的平面F上排列。
如此，通过具备四个传感器，能够实现机器人1的稳定性。即，通过具备四个传感器，与第一实施方式相比，在增加第一部件211和第二部件212的连接点个数的同时，能够扩大连接点的分布范围，因此力检测部21A的刚性提高。因此，伴随着机器人1的动作的力检测部21A的变形被抑制，能够实现定位精度的进一步提高。
虽然图9所示的第一力传感器221与第一实施方式几乎相同，但在能够求出关于图9所示的第一传感器坐标系的x1轴、y1轴及z1的平移力以及绕x1轴、绕y1轴及绕z1轴的力矩这一点上不同。
另外，虽然图9所示的第二力传感器222也与第一实施方式几乎相同，但在能够求出关于图9所示的第二传感器坐标系的x1轴、y2轴及z2的平移力以及绕x1轴、绕y2轴及绕z2轴的力矩这一点上不同。
另外，第一传感器坐标系中的x1轴和第二传感器坐标系中的x1轴互相相同。
另一方面，图9所示的第三力传感器223是具备壳体2230和在壳体2230内设置的四个传感器单元2231～2234的六轴力觉传感器。另外，通过对来自这些传感器单元2231～2234的输出施加规定的运算处理，能够求出关于图9所示的第三传感器坐标系的x3轴、y1轴及z3轴的平移力以及绕x3轴、绕y1轴及绕z3轴的力矩。
传感器单元2231～2234的结构例如与传感器单元2211～2214的结构相同。
另外，如图9所示，四个传感器单元2231～2234绕中心O3等角度间隔地配置。
另一方面，图9所示的第四力传感器224是具备壳体2240和在壳体2240内设置的四个传感器单元2241～2244的六轴力觉传感器。另外，通过对来自这些传感器单元2241～2244的输出施加规定的运算处理，能够求出关于图9所示的第四传感器坐标系的x3轴、y2轴及z4轴的平移力以及绕x3轴、绕y2轴及绕z4轴的力矩。
传感器单元2241～2244的结构例如与传感器单元2211～2214的结构相同。
另外，如图9所示，四个传感器单元2241～2244绕中心O4等角度间隔地配置。
另外，第三传感器坐标系中的x3轴与第四传感器坐标系中的x3轴互相相同。
另外，第一传感器坐标系中的y1轴与第三传感器坐标系中的y1轴互相相同。
另外，第二传感器坐标系中的y2轴与第四传感器坐标系中的y2轴互相相同。
另外，在图9中，在传感器单元2211和传感器单元2214之间、以及在传感器单元2212和传感器单元2213之间、以及在传感器单元2221和传感器单元2224之间、以及在传感器单元2222和传感器单元2223之间，分别有x1轴通过。
另外，在图9中，在传感器单元2231和传感器单元2234之间、以及在传感器单元2232和传感器单元2233之间、以及在传感器单元2241和传感器单元2244之间、以及在传感器单元2242和传感器单元2243之间，分别有x3轴通过。
另外，在图9中，在传感器单元2211和传感器单元2212之间、以及在传感器单元2213和传感器单元2214之间、以及在传感器单元2231和传感器单元2232之间、以及在传感器单元2233和传感器单元2234之间，分别有y1轴通过。
另外，在图9中，在传感器单元2221和传感器单元2222之间、以及在传感器单元2223和传感器单元2224之间、以及在传感器单元2241和传感器单元2242之间、以及在传感器单元2243和传感器单元2244之间，分别有y2轴通过。
在上述这种力检测部21A中，也能够与第一实施方式同样地判断力传感器中是否有异常，能够尽早把握力检测部21A的异常。结果，能够进一步提高机器人1的可靠性。
另外，在进行异常的判断时，例如从四个传感器中任意地分别选择两个，关于这两组传感器，能够与第一实施方式同样地基于平移力分量的差是否超过阈值进行判断。
例如，在图9中，第一力传感器221、第二力传感器222、第三力传感器223及第四力传感器224以位于正方形的角的方式配置。另外，在将x1轴作为假想直线VL1进行设定的同时，将x3轴作为假想直线VL3进行设定。
除此之外，在图9所示的力检测部21A中，将第一力传感器221和第二力传感器222作为一组，将第三力传感器223和第四力传感器224作为另一组。另外，在各组中，分别与第一实施方式同样地计算假想直线VL1、VL3上的平移力分量的差，并基于此判断传感器中是否有异常。由此，在使用四个传感器的情况下，也能够尽早判断四个传感器中的任一个存在异常。
另外，在这种情况下，通过在改变组合的同时重复上述判断，能够确定四个传感器中的哪一个异常。因此，不只是简单地判断任一个传感器存在异常，还能够确定该异常发生在哪个传感器中。结果，能够容易地进行传感器的更换或修理等作业。
另外，对于力检测部21A的力的检测值，也能够更高精度地进行检测。另外，在合成力的计算中，例如也只要从四个传感器中选择两组由两个传感器构成的组，并对该各组分别与第一实施方式同样地计算合成力即可。之后，根据需要，也可以进行对各组中计算出来的合成力进行平均的运算或提供给其他运算。
另外，在力检测部21A中，第一力传感器221的输出轴及第二力传感器222的输出轴分别与假想直线VL1不平行，第三力传感器223的输出轴及第四力传感器224的输出轴分别与假想直线VL3不平行。因此，力检测部21A能够减少漏掉异常的可能性，能够进一步提高机器人1的可靠性。
下面，对力检测部21A的变形例即力检测部21B进行说明。
图10是示出图9所示的力检测部21A的变形例的图。另外，在图10中，对与上述的第二实施方式相同的结构赋予相同的符号。另外，省略对相同事项的说明。
图10所示的第一力传感器221与第一实施方式相同。
另外，虽然图10所示的第二力传感器222与第一实施方式几乎相同，但是在能够求出关于图10所示的第二传感器坐标系的x2轴、y2轴及z2轴的平移力、以及绕x2轴、绕y2轴及绕z2轴的力矩这一点上不同。
图10所示的第三力传感器223能够求出关于图10所示的第三传感器坐标系的x2轴、y3轴及z3轴的平移力、以及绕x2轴、绕y3轴及绕z3轴的力矩。
另外，图10所示的第四力传感器224能够求出关于图10所示的第四传感器坐标系的x1轴、y4轴及z4轴的平移力、以及绕x1轴、绕y4轴及绕z4轴的力矩。
另外，第一传感器坐标系中的x1轴与第四传感器坐标系中的x1轴互相相同。
另外，第二传感器坐标系中的x2轴与第三传感器坐标系中的x2轴互相相同。
在以上这种力检测部21B中，也能够提高其刚性，能够实现机器人1的定位精度的进一步提高。另外，与力检测部21A同样地，能够判断力传感器中是否有异常，能够尽早把握力检测部21B的异常。结果，能够进一步提高机器人1的可靠性。
另外，在进行异常的判断时，例如从四个传感器中任意地分别选择两个，关于这两组传感器，能够与第一实施方式同样地基于平移力分量的差是否超过阈值进行判断。
例如，在图10中，第一力传感器221、第二力传感器222、第三力传感器223及第四力传感器224以位于正方形的角的方式配置。另外，在将x1轴作为假想直线VL1进行设定的同时，将x2轴作为假想直线VL2进行设定。
除此之外，在图10所示的力检测部21B中，将第一力传感器221和第四力传感器224作为一组，将第二力传感器222和第三力传感器223作为另一组。另外，在各组中，分别与第一实施方式同样地计算假想直线VL1、VL2上的平移力分量的差，并基于此判断传感器中是否有异常。由此，在使用四个传感器的情况下，也能够尽早判断四个传感器中的任一个存在异常。
另外，对于力检测部21B的力的检测值，也能够更高精度地进行检测。即，从力检测部21B求出的合成力比从力检测部21A求出的合成力精度更高。这是因为力检测部21B中的合成力坐标系是在上述的正方形的中心具有原点的坐标系。即，从力检测部21B求出的合成力作为被认为是在力检测部21B的大致中心检测到的力求出。因此，力检测部21B的力的检测值比力检测部21A的力的检测值精度更高。
另外，在力检测部21B中，第一力传感器221的输出轴及第四力传感器224的输出轴分别与假想直线VL1不平行，第二力传感器222的输出轴及第三力传感器223的输出轴分别与假想直线VL2不平行。因此，力检测部21B能够减少漏掉异常的可能性，能够进一步提高机器人1的可靠性。
根据上述这种第二实施方式，也能够发挥与上述的第一实施方向相同的效果。
另外，四个传感器的配置并不限于图中示出的情况，也可以是任意配置。
以上基于图中示出的实施方式对本发明的机器人及机器人的异常检测方法进行了说明，但本发明并不限于此，各部分的结构能够替换为具有相同功能的任意的结构。另外，也可以在本发明中附加其他任意的构成物。
另外，力检测部具备的力传感器的数量并不限于两个或四个，也可以是三个或五个以上。
另外，本发明的机器人只要具有机械臂，则并不限于单臂机器人，例如也可以是双臂机器人、SCARA机器人等其他机器人。另外，机械臂具有的臂的数量并不限于上述实施方式的数量即六个，也可以是一个以上五个以下或七个以上。

Claims (7)

1.一种机器人，其特征在于，具有：
机械臂；
第一部件及第二部件，在所述机械臂的基台和被设置部之间配置；
第一力传感器及第二力传感器，与所述第一部件及所述第二部件双方相接，在以所述基台和所述被设置部排列的方向作为法线方向的平面上配置；
假想直线上分量运算部，根据所述第一力传感器的输出求出假想直线上的平移力分量作为第一平移力分量，根据所述第二力传感器的输出求出所述假想直线上的平移力分量作为第二平移力分量；以及
判断部，基于所述第一平移力分量和所述第二平移力分量的差，在判断所述第一力传感器或所述第二力传感器异常的情况下，输出信号。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具有控制部，所述控制部接收来自所述判断部的所述信号，对所述机械臂的驱动进行限制。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具有外力运算部，所述外力运算部基于所述第一力传感器的输出和所述第二力传感器的输出，计算合成力。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述第一力传感器及所述第二力传感器分别是六轴力觉传感器。
5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述第一力传感器及所述第二力传感器分别是具有水晶的传感器。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述机器人具有第三力传感器及第四力传感器。
7.一种机器人的异常检测方法，其特征在于，是对具有机械臂、第一部件及第二部件、第一力传感器及第二力传感器的机器人的异常进行检测的方法，
第一部件及第二部件在所述机械臂的基台和被设置部之间配置，
第一力传感器及第二力传感器与所述第一部件及所述第二部件双方相接，在以所述基台和所述被设置部排列的方向作为法线方向的平面上配置，
所述机器人的异常检测方法包括：
根据所述第一力传感器的输出求出假想直线上的平移力分量作为第一平移力分量，根据所述第二力传感器的输出求出所述假想直线上的平移力分量作为第二平移力分量的步骤；以及
判断所述第一平移力分量和所述第二平移力分量的差是否超过阈值，在超过所述阈值的情况下，判断所述第一力传感器或所述第二力传感器异常的步骤。
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