JP2012086319A - 産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の産業用ロボットの速度位置解析システムは、ドリフト安定度の高い慣性センサからの慣性信号に基づいて産業用ロボットの位置等を検出するように構成しているので、高価な慣性センサが必要となり、部品コストの増大の要因になっている。
【解決手段】本発明による産業用ロボットの速度位置解析システムでは、移動制御部２０は、産業用ロボット１を静止させているときにデータ蓄積部３０に対して静止情報２０ａを入力する。データ蓄積部３０は、静止情報２０ａを検出したときの慣性信号１１ａのデータに関連付けて静止情報２０ａを記憶する。速度位置後解析部３１は、静止情報２０ａが関連付けられている慣性信号１１ａのデータに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号１１ａのデータを補正して産業用ロボット１の速度及び位置を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置に関し、特に、静止情報が関連付けられている慣性信号及び静止情報を検出しているときの慣性信号に基づいて求められる産業用ロボットの速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号を補正して産業用ロボットの速度及び位置を求めるようにすることで、慣性信号に含まれる誤差を打ち消すことができ、より安価な構成で高精度な産業用ロボットの速度及び位置を求めることができるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置としては、例えば特許文献１等に示されている産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置を挙げることができる。すなわち、従来システムでは、ドリフト安定度の高い慣性センサを産業用ロボットに取付けて、慣性センサからの慣性信号に基づいて産業用ロボットの位置及び姿勢を検出するように構成している。

特開２０００−５５６６４号公報

上記のような従来の産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置では、ドリフト安定度の高い慣性センサからの慣性信号に基づいて産業用ロボットの位置等を検出するように構成しているので、高価な慣性センサが必要となり、部品コストの増大の要因になっている。一方で、安価な慣性センサを用いるとドリフト安定度が低くなり、位置等の検出精度が低くなるという問題が生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、慣性信号に含まれる誤差を打ち消すことができ、より安価な構成で高精度な産業用ロボットの速度及び位置を求めることができる産業用ロボットの速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置を提供することである。

第１の本発明に係る産業用ロボットの速度位置解析システムは、産業用ロボットに設けられたアクチュエータの駆動制御を行うことで産業用ロボットの移動制御を行う移動制御部と、産業用ロボットに設けられた慣性センサと、慣性センサに接続され、慣性センサからの慣性信号のデータを蓄積するデータ蓄積部と、データ蓄積部に接続され、データ蓄積部に蓄積された慣性信号のデータに基づいて産業用ロボットの速度及び位置を求める速度位置後解析部とを備え、移動制御部は、産業用ロボットを静止させているときにデータ蓄積部に対して静止情報を入力し、データ蓄積部は、移動制御部からの静止情報を検出した場合に、静止情報を検出したときの慣性信号のデータに関連付けて静止情報を記憶し、速度位置後解析部は、静止情報が関連付けられている慣性信号のデータに基づいて求められる産業用ロボットの速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号のデータを補正して産業用ロボットの速度及び位置を求める。

第２の本発明に係る産業用ロボットの速度位置検出装置は、産業用ロボットに設けられたアクチュエータの駆動制御を行うことで産業用ロボットの移動制御を行う移動制御部と、産業用ロボットに設けられた慣性センサと、移動制御部及び慣性センサに接続された速度位置検出部とを備え、移動制御部は、産業用ロボットを静止させているときに速度位置検出部に対して静止情報を入力し、速度位置検出部は、移動制御部からの静止情報を検出した場合に、静止情報を検出しているときの慣性信号に基づいて求められる産業用ロボットの速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号を補正して産業用ロボットの速度及び位置を求める。

また、前記第１及び第２の本発明の移動制御部は、産業用ロボットを第１位置から第２位置まで移動させる途中で産業用ロボットを所定時間静止させる。

また、前記産業用ロボット（１）に流体塗布装置（１００）を取り付け、第１及び第２の本発明である上記産業用ロボット（１）の速度位置解析システム及び産業用ロボットの速度位置検出装置によって得られた産業用ロボット（１）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御することができる。
また、前記産業用ロボット（１）に流体塗布装置（１００）を取り付け、前記流体塗布装置（１００）が第１の本発明である上記速度位置解析システムを有し、該速度位置解析システムによって得られた流体塗布装置（１００）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御しても良い。さらに、前記流体塗布装置（１００）が第２の本発明の速度位置検出装置を有し、該速度位置検出装置（１００）によって得られた該速度位置検出装置（１００）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御しても良い。

また、前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量は、前記産業用ロボット（１）、とりわけ流体塗布装置（１００）の速度、の増減に比例しても良い。さらに、前記流体塗布装置（１００）は、一軸偏心ねじポンプであることが好ましい。

一方、第１の本発明である上記産業用ロボットの速度位置解析システムでは、上記速度のゼロとする補正に加え、前記データ蓄積部（３０）は、前記産業用ロボット（１）を動作させたときの前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づく動作情報を記憶し、前記速度位置後解析部（３１）は、前記動作情報が関連付けられている前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づいて、求められる前記産業用ロボット（１）の速度を真の速度に近づける補正値を求めることが好ましい（代表的には所謂ゲイン補正）。

第１の本発明の産業用ロボットの速度位置解析システムによれば、既にデータ蓄積部（３０）に蓄積された静止情報が関連付けられている慣性信号に基づいて求められる産業用ロボットの速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号を補正して産業用ロボットの速度及び位置を求めるようにするので、慣性信号に含まれる誤差を打ち消すことができ、より安価な構成で高精度な産業用ロボットの速度及び位置を求めることができる。

一方、第２の本発明の産業用ロボットの速度位置検出装置によれば、速度位置検出部は、静止情報を検出しているときの慣性信号に基づいて求められる産業用ロボットの速度をゼロとする補正値を求める（「ゼロ補正」とも称する）。また、第１の本発明では蓄積情報から補正値を求めるためゼロ補正のみならず所謂ゲイン補正を併用することもでき、より精度を高めることができる。

また、第１および第２の本発明の移動制御部は、産業用ロボットを第１位置から第２位置まで移動させる途中で産業用ロボットを所定時間静止させるので、より確実に補正値を求めることができ、産業用ロボットの速度及び位置をより高精度に求めることができる。

また、産業用ロボット（１）に流体塗布装置を取り付けると塗布量の精緻に調整可能な流体塗布装置（１００）を提供することもできる。とりわけこの流体塗布装置は、精緻な塗布量調整を本来的特長とする一軸偏心ねじポンプへの適用性が高い。

第１の本発明の実施の形態１による産業用ロボットの速度位置解析システムを示すブロック図である。 図１の移動制御部による移動制御を示す説明図である。 図２の速度位置後解析部による速度位置解析動作を示すフローチャートである。 （ａ）は図１の産業用ロボットの真の速度、（ｂ）は図１の慣性信号のデータが適格に補正されていない状態で求められた産業用ロボットの速度、（ｃ）は図１の慣性信号のデータが適格に補正された状態で求められた産業用ロボットの速度を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は図１の（ａ）〜（ｃ）と同じであり、（ｄ）は第１の平均化補正、（ｅ）は第２の平均化補正をして求められた産業用ロボットの速度を示すグラフである。 第２の本発明の実施の形態１による産業用ロボットの速度位置検出装置を示すブロック図である。 図６の移動制御部による移動制御を示す説明図である。 図７の速度位置後解析部による速度位置解析動作を示すフローチャートである。 （ａ）は図１の産業用ロボットの真の速度、（ｂ）は図１の慣性信号のデータが適格に補正されていない状態で求められた産業用ロボットの速度、（ｃ）は図１の慣性信号のデータが適格に補正された状態で求められた産業用ロボットの速度を示すグラフである。 産業用ロボットに装着する一軸偏心ねじポンプの詳細を示す断面図である。 図１０に示す一軸偏心ねじポンプを装着した産業用ロボットの一例の概略図である。 図１０、図１１に示す一軸偏心ねじポンプとこれに装着した慣性センサとの位置関係を示した略斜視図である。

≪第１の本発明の実施形態≫
以下、第１の本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態１による産業用ロボット１の速度位置解析システムを示すブロック図である。図において、産業用ロボット１には、アクチュエータ１０と慣性センサ１１とが設けられている。産業用ロボット１はロボットアーム等により構成されており、アクチュエータ１０は産業用ロボット１の可動部を駆動するためのものである。慣性センサ１１は、ＭＥＭＳの技法により作成された小型のジャイロ及び加速度計により構成されており、産業用ロボット１（可動部）の移動を検出するための３軸の加速度と該３軸回りの角速度とを検出するものである。

産業用ロボット１には、制御装置２及び解析装置３が接続されている。制御装置２は、アクチュエータ１０と解析装置３のデータ蓄積部３０とに接続された移動制御部２０を有している。移動制御部２０は、所定のプログラムに従ってアクチュエータ１０の駆動制御を行うことで産業用ロボット１の移動制御を行う。また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を静止させているときにデータ蓄積部３０に対して静止情報２０ａを入力する。

解析装置３は、慣性センサ１１及び移動制御部２０に接続されたデータ蓄積部３０と、データ蓄積部３０に接続された速度位置後解析部３１とを有している。データ蓄積部３０は、慣性センサ１１からの慣性信号１１ａのデータを蓄積する。また、データ蓄積部３０は、移動制御部２０からの静止情報２０ａを検出した場合に、静止情報２０ａを検出したときの慣性信号１１ａのデータに関連付けて静止情報２０ａを記憶する。

速度位置後解析部３１は、データ蓄積部３０に蓄積された慣性信号１１ａのデータに基づいて産業用ロボット１の速度及び位置を求める。具体的には、速度位置後解析部３１は、産業用ロボット１の一連の動作（一連の動作については後に例示する）が終了した後に、外部からの解析指令に応じて産業用ロボット１の速度及び位置を求める。すなわち、本実施の形態の構成は、産業用ロボット１の一連の動作が終了した後に、産業用ロボット１の速度及び位置を後解析により求めるものである。速度位置後解析部３１は、求めた産業用ロボット１の速度及び位置を示す速度位置情報２１ａを移動制御部２０に入力する。

また、速度位置後解析部３１は、データ蓄積部３０に蓄積された慣性信号１１ａのデータの中に静止情報２０ａが関連付けられているデータがあることを検出した場合、該慣性信号１１ａのデータに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号１１ａのデータを補正して産業用ロボットの速度及び位置を求める。ここで、補正値とは、角速度オフセット（入力角速度がないときのジャイロ出力）、鉛直方向加速度オフセット（重力加速度以外の入力加速度がないときの、加速度計の出力の鉛直方向成分から重力加速度を減算したもの）、加速度スケールファクタ（加速度計の電圧出力をｍ／ｓ２単位に変換する値）、及び角速度スケールファクタ（ジャイロの電圧出力を°／ｓ単位に変換する値）を含むものである。

次に、図２は、図１の移動制御部２０による移動制御を示す説明図である。図において、移動制御部２０は、所定のプログラムに従って、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる移動制御を行う。ここで、第１位置４１とは、産業用ロボット１の待機位置又は産業用ロボット１が作業を行った位置（現在位置）であり、第２位置４２とは、産業用ロボット１が次に作業を行うべき位置（目標位置）である。また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中で産業用ロボット１を所定時間静止させる。

静止情報２０ａは、産業用ロボット１の待機中、及び第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中での静止中に移動制御部２０からデータ蓄積部３０に入力される。一般的には、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる場合、産業用ロボット１を連続的に移動させるが、本実施の形態の構成では、慣性信号１１ａのデータの補正値を得るために、意図的に産業用ロボット１を途中で静止させている。この途中静止のタイミングとしては、例えば第１位置４１と第２位置４２との間の中間位置や、第１位置４１と第２位置４２との間の任意の複数位置等が採用され得る。

次に、図３は、図２の速度位置後解析部３１による速度位置解析動作を示すフローチャートである。図において、利用者による解析開始操作に応じて速度位置後解析部３１に解析指令が入力されると、データ蓄積部３０に蓄積されている待機時の慣性信号１１ａのデータに基づいて、補正値が求められる（ステップＳ１）。また、データ蓄積部３０には慣性信号１１ａのデータには産業用ロボット１の移動開始から終了までの全データが既に蓄積されており、ここではこの蓄積データに基づいたゲイン調整のための補正値も求められる。補正値が求められると、該補正値を用いて慣性信号１１ａのデータの補正を行いつつ、補正されたデータに基づいて産業用ロボット１の速度及び位置が求められる（ステップＳ２）。このとき、慣性信号１１ａのデータは時系列に沿って処理される。

その次に、データ蓄積部３０に蓄積されている慣性信号１１ａのデータにおいて、処理されていない（慣性演算に利用されていない）データが有るか否かが判定されて（ステップＳ３）、すべてのデータが処理されていると判定された場合には、この速度位置解析動作が終了される。

これに対して、未処理のデータが有ると判定されると、次に処理すべきデータに静止情報が関連づけられているか否かが判定される（ステップＳ４）。このとき、次に処理すべきデータに静止情報が関連づけられていると判定された場合、該データに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする新たな補正値が求められる（ステップＳ５）。この後、新たに求められた補正値を用いて慣性信号１１ａのデータが補正されて産業用ロボット１の速度及び位置が順次求められる（ステップＳ２〜Ｓ４）。一方で、次に処理すべきデータに静止情報が関連づけられていないと判定されると、静止情報が関連づけられたデータに達するまで、現在の補正値を用いて慣性演算が続けられる（ステップＳ２〜４）。

次に、作用について説明する。図４は、産業用ロボット１の速度を示すグラフであり、（ａ）は産業用ロボット１の真の速度を示すグラフであり、（ｂ）は図１の慣性信号１１ａのデータが適格に補正されていない状態で求められた産業用ロボット１の速度を示すグラフであり、（ｃ）は図１の慣性信号１１ａのデータが適格に補正された状態で求められた産業用ロボット１の速度を示すグラフである。図４（ａ）に示すように産業用ロボット１の速度は時経列に、静止状態（時間ｔ０〜ｔ１）、動作状態（時間ｔ１〜ｔ２）、静止状態（時間ｔ２〜ｔ３）、動作状態（時間ｔ３〜ｔ４）、静止状態（時間ｔ４〜ｔ５）である。図４（ｂ）に示すように、慣性信号１１ａのデータが適格に補正されていない状態で産業用ロボット１の速度が求められると、時間ｔ０〜ｔ１、時間ｔ２〜ｔ３、時間ｔ４〜ｔ５で現実には静止しているにも拘わらず、求められたデータ上では産業用ロボット１が変位していることになってしまう。この誤った速度情報を積分して産業用ロボット１の位置を求めると、求められた産業用ロボット１の位置は現実の位置と大きく異なるものになってしまう。これに対して図４（ｃ）に示すように、第１の本発明の実施の形態の補正値を用いて慣性信号１１ａのデータを補正すると、慣性信号１１ａのデータに基づいて求められる産業用ロボット１の速度を、現実の産業用ロボット１の速度に近づけることができる。

具体的には、静止状態の時間ｔ０〜ｔ１では速度をゼロとする補正を実行し、動作状態の時間ｔ１〜ｔ２ではデータ蓄積部３０に蓄積された過去のデータに基づいてゲイン補正がなされていることが判る。ゲイン補正で求められた産業用ロボット１の速度でも静止状態に至った時間ｔ２でもゼロには至っていないのでこれをオフセットし、ゼロ補正する。その後、静止状態である時間ｔ２〜ｔ３の間は速度ゼロとする。その後、動作状態である時間ｔ３〜ｔ４でも時間ｔ１〜ｔ２と同様に過去のデータに基づくゲイン補正がなされ、時間ｔ４でオフセットし、ゼロ補正が実行される。そして、時間ｔ５まで速度ゼロを維持している。このような既に蓄積された過去のデータに基づくゲイン補正と、静止時間中のゼロ補正により、産業用ロボット１の現実の速度と求められる速度との相違を小さくできる。

このような産業用ロボットの速度位置解析システムでは、静止情報２０ａが関連付けられている慣性信号１１ａのデータに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号１１ａのデータを補正して産業用ロボット１の速度及び位置を求めるので、誤差が大きな安価な慣性センサ１１を用いても慣性信号１１ａに含まれる誤差を打ち消すことができ、より安価な構成で高精度な産業用ロボットの速度及び位置を求めることができる。

また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中で産業用ロボット１を所定時間静止させるので、より確実に補正値を求めることができ、産業用ロボット１の速度及び位置をより高精度に求めることができる。この構成は、産業用ロボット１の動作を開始させた後に産業用ロボット１を待機させることなく常に稼働させる実施状況において、特に有用である。

図５を参照すれば、図４の場合よりもさらに真の速度に近づけるべくデータ蓄積部３０に蓄積された複数回データを平均化する補正を行っている。
図５の（ａ）〜（ｃ）は図４の場合と同一のグラフである。まず第１の平均化補正が図５（ｄ）に示されており、第２の平均化補正が図５（ｅ）に示されている。第１の平均化補正（ｄ）は、産業用ロボット１を反復動作させ、その繰り返し再現性を利用し、データを平均化し補正を行っている。また、第２の平均化補正（ｅ）は、１回の計測データの、補正計算を複数回繰り返し計算して真値に近づけている。

≪第２の本発明の実施形態≫
次に、第２の本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図６は、本発明の実施の形態１による産業用ロボット１の速度位置検出装置を示すブロック図である。図において、産業用ロボット１には、アクチュエータ１０と慣性センサ１１とが設けられている。産業用ロボット１はロボットアーム等により構成されており、アクチュエータ１０は産業用ロボット１の可動部を駆動するためのものである。慣性センサ１１は、ＭＥＭＳの技法により作成された小型のジャイロ及び加速度計により構成されており、産業用ロボット１（可動部）の移動を検出するための３軸の加速度と該３軸回りの角速度とを検出するものである。

産業用ロボット１には、制御手段２が接続されている。制御手段２には、移動制御部２０及び速度位置検出部２１が含まれている。移動制御部２０は、アクチュエータ１０に接続されており、所定のプログラムに従ってアクチュエータ１０の駆動制御を行うことで産業用ロボット１の移動制御を行う。また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を静止させているときに速度位置検出部２１に対して静止情報２０ａを入力する。

速度位置検出部２１は、移動制御部２０及び慣性センサ１１に接続されている。また、速度位置検出部２１は、慣性センサ１１からの慣性信号１１ａに基づいて産業用ロボット１の速度及び位置を求める。具体的には、速度位置検出部２１は、制御手段２の電源が投入されているときに、慣性信号１１ａに基づいて産業用ロボット１の速度及び位置を逐次求める。すなわち、本実施の形態の構成は、産業用ロボット１の速度及び位置をリアルタイムに求めるものである。速度位置検出部２１は、求めた産業用ロボット１の速度及び位置を示す速度位置情報２１ａを移動制御部２０に入力する。移動制御部２０は、速度位置検出部２１からの速度位置情報２１ａをフィードバック情報としてアクチュエータ１０の駆動制御に利用する。

また、速度位置検出部２１は、移動御部２０からの静止情報２０ａを検出した場合に、静止情報２０ａを検出しているときの慣性信号１１ａに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号１１ａを補正して産業用ロボット１の速度及び位置を求める。ここで、補正値とは、角速度オフセット（入力角速度がないときのジャイロ出力）、及び鉛直方向加速度オフセット（重力加速度以外の入力加速度がないときの、加速度計の出力の鉛直方向成分から重力加速度を減算したもの）を含むものである。なお、本実施の形態の産業用ロボットの速度位置検出装置には、移動制御部２０、慣性センサ１１、及び速度位置検出部２１が含まれる。

次に、図７は、図６の移動制御部２０による移動制御を示す説明図である。
図において、移動制御部２０は、所定のプログラムに従って、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる移動制御を行う。ここで、第１位置４１とは、産業用ロボット１の待機位置又は産業用ロボット１が作業を行った位置（現在位置）であり、第２位置４２とは、産業用ロボット１が次に作業を行うべき位置（目標位置）である。また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中で産業用ロボット１を所定時間静止させる。

静止情報２０ａは、産業用ロボット１の待機中、及び第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中での静止中に移動制御部２０から速度位置検出部２１に入力される。一般的には、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる場合、産業用ロボット１を連続的に移動させるが、本実施の形態の構成では、慣性信号１１ａの補正値を得るために、意図的に産業用ロボット１を途中で静止させている。この途中静止のタイミングとしては、例えば第１位置４１と第２位置４２との間の中間位置や、第１位置４１と第２位置４２との間の任意の複数位置等が採用され得る。

次に、図８は、図７の速度位置検出部２１による速度位置検出動作を示すフローチャートである。図において、制御手段２の電源が投入されると、電源投入直後は産業用ロボット１が待機状態とされているため、そのときの慣性信号１１ａに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値が求められる（ステップＳ１１）。なお、第２の本発明の場合、産業用ロボット１の移動開始から終了までの過去の慣性信号１１ａの全データは蓄積されていないため第１の本発明のように蓄積データに基づくゲイン調整はなされず、このための補正値の算出もない。待機時の補正値が求められると、該補正値を用いて慣性信号１１ａの補正を行いつつ、産業用ロボット１の速度及び位置が求められる（ステップＳ１２）。

その次に、移動制御部２０からの静止情報２０ａが検出されるか否かが判定される（ステップＳ１３）。このとき、静止情報２０ａが検出されると判定されると、静止情報２０ａが検出されているときの慣性信号１１ａに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする新たな補正値が求められ（ステップＳ１４）、新たに求められた補正値を用いて慣性信号１１ａが補正されて産業用ロボット１の速度及び位置が逐次求められる（ステップＳ１２）。これに対して、静止情報２０ａが検出されないと判定されると、静止情報２０ａが検出されると判定されるまで、現在の補正値を用いて慣性演算が続けられる（ステップＳ１２）。この速度位置検出動作は、制御手段２の電源がＯＦＦされるまで継続して実施される。

次に、作用について説明する。
図９は、産業用ロボット１の速度を示すグラフであり、（ａ）は産業用ロボット１の真の速度を示すグラフであり、（ｂ）は図１の慣性信号１１ａのデータが適格に補正されていない状態で求められた産業用ロボット１の速度を示すグラフであり、（ｃ）は図１の慣性信号１１ａのデータが適格に補正された状態で求められた産業用ロボット１の速度を示すグラフである（図９（ａ）（ｂ）は、それぞれ図４（ａ）（ｂ）に相当）。図４と同様に図９の産業用ロボット１の速度は時経列に、静止状態（時間ｔ０〜ｔ１）、動作状態（時間ｔ１〜ｔ２）、静止状態（時間ｔ２〜ｔ３）、動作状態（時間ｔ３〜ｔ４）、静止状態（時間ｔ４〜ｔ５）であり、図９（ｂ）に示すように慣性信号１１ａのデータが適格に補正されていない状態で産業用ロボット１の速度が求められると、時間ｔ０〜ｔ１、時間ｔ２〜ｔ３、時間ｔ４〜ｔ５で現実には静止しているにも拘わらず、求められたデータ上では産業用ロボット１が変位していることになってしまう。この誤った速度情報を積分して産業用ロボット１の位置を求めると、求められた産業用ロボット１の位置は現実の位置と大きく異なるものになってしまう。
これに対して図９（ｃ）に示すように、第２の本発明の実施の形態の補正値を用いて慣性信号１１ａのデータを補正すると、慣性信号１１ａのデータに基づいて求められる産業用ロボット１の速度を、現実の産業用ロボット１の速度に近づけることができる。

具体的には、静止状態の時間ｔ０〜ｔ１、時間ｔ２〜ｔ３、時間ｔ４〜ｔ５でオフセットし、速度をゼロに補正する。すなわち、静止状態を判定し、その時間中の速度をゼロ補正する。静止状態は移動速度を検出する既存のセンサで検出可能であるので、この補正は比較的容易であり、産業用ロボット１等の作動時にもリアルタイムで現実の速度と求められる速度との相違を小さくできる。

このような産業用ロボットの速度位置検出装置では、速度位置検出部２１は、静止情報２０ａを検出しているときの慣性信号１１ａに基づいて求められる産業用ロボット１の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた補正値を用いて慣性信号１１ａを補正して産業用ロボット１の速度及び位置を求めるようにするので、慣性信号１１ａに含まれる誤差を打ち消すことができ、より安価な構成で高精度な産業用ロボット１の速度及び位置を求めることができる。

また、移動制御部２０は、産業用ロボット１を第１位置４１から第２位置４２まで移動させる途中で産業用ロボット１を所定時間静止させるので、より確実に補正値を求めることができ、産業用ロボット１の速度及び位置をより高精度に求めることができる。この構成は、産業用ロボット１の動作を開始させた後に産業用ロボット１を待機させることなく常に稼働させる実施状況において、特に有用である。

≪産業用ロボットへの装着例としての一軸偏心ねじポンプの説明≫
次に、第１及び第２の本発明の速度位置解析システム及び速度位置検出装置を使用する産業用ロボット１の具体例について、産業用ロボット１に流体塗布装置を取り付け、本発明の速度位置解析システム及び速度位置検出装置によって得られた産業用ロボット１の速度及び位置に基づいて流体塗布装置から塗布される流体の塗布量を制御する場合が想定される。例えば、流体塗布装置から塗布される流体の塗布量を産業用ロボット１の速度の増減に比例させれば均一な塗布幅での塗布が可能である。とりわけ流体塗布装置として一軸偏心ねじポンプが例示される。

図１０に一軸偏心ねじポンプ１００が示されており、図１１ではこの一軸偏心ねじポンプ１００を装着した産業用ロボット１を示している。図１１を参照すれば、産業用ロボット１は枢結点（ピボット部）が６箇所存在する所謂６軸ロボットであり、そのアーム先端に一軸偏心ねじポンプ１００を装着している。産業用ロボット１を据え付けたプラットホーム２００には部材２０１（代表的には略板状部材）が配置されている。一軸偏心ねじポンプ１００には第１または第２の本発明の速度位置解析システム及び速度位置検出装置が内臓されており、これにより適正な塗布量で部材２０１上に液体を塗布する。

また、一軸偏心ねじポンプ１００の構成を概説する。
本発明の一実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００（以下、単に「ポンプ」１００とも称す）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ポンプ１００は、いわゆる回転容積型のポンプであり、図１０に示すように、ケーシング１１２の内部にステータ１２０や、ロータ１３０、動力伝達機構１５０などが収容された構成とされている。ケーシング１１２は、金属製で筒状の部材あり、長手方向一端側に取り付けられたノズル１１２ａにニードル（第１開口部）１１４ａが設けられている。また、ケーシング１１２の外周部分には、開口部（第２開口部）１１４ｂが設けられている。１１４ｂは、ケーシング１１２の長手方向中間部分に位置する中間部１１２ｄにおいてケーシング１１２の内部空間に連通している。

ニードル１１４ａ，開口部１１４ｂは、それぞれポンプ１００の吸込口および吐出口として機能する部分である。さらに詳細に説明すると、本実施形態のポンプ１００は、ロータ１３０を正方向に回転させることにより、ニードル１１４ａが吐出口として機能し、開口１１４ｂが吸込口として機能するように流体を圧送することが可能である。またこれとは逆に、ポンプ１００は、ロータ１３０を逆方向に回転させることにより、ニードル１１４ａが吸込口として機能し、開口１１４ｂが吐出口として機能するように流体を圧送させることが可能である。本実施形態のポンプ１００では、ニードル１１４ａが吐出口として機能し、開口１１４ｂが吸込口として機能するようにロータ１３０が作動する。

ステータ１２０は、ゴムに代表される弾性体や樹脂などで作成され、略円筒形の外観形状を有する部材である。ステータ１２０の材質は、ポンプ１００を用いて輸送する被搬送物である流体の種類や性状などにあわせて適宜選択される。ステータ１２０は、ケーシング１１２においてニードル１１４ａに隣接する位置にあるステータ取付部１１２ｂ内に収容されている。ステータ１２０の外径は、ステータ取付部１１２ｂの内径と略同一である。そのため、ステータ１２０は、その外周面がステータ取付部１１２ｂの内周面に略密着するような状態で取り付けられている。また、ステータ１２０は、一端側がケーシング１１２の端部においてノズル１１２ａによって挟み込まれている。

図１０に示すように、ステータ１２０の内周面１２４は、２条で多段の雌ねじ形状とされている。さらに具体的には、ステータ１２０の内部には、ステータ１２０の長手方向に沿って伸び、前述したピッチでねじれた貫通孔１２２が設けられている。ステータ１２０は、内部に形成された雌ねじ形状部分のリードの長さＬ（ピッチの長さに条数を乗じた長さ）を基準長Ｓとした場合に、この基準長Ｓのｄ倍（ｄ＝自然数）の長さを有する多段（ｄ段）の雌ねじ形状とされている。また、貫通孔１２２は、ステータ１２０の長手方向のいずれの位置において断面視しても、その断面形状（開口形状）が略長円形となるように形成されている。

ステータ１２０の内周面１２４によって形成された雌ねじ形状の部分の内径Ｄｉは、吸込口となる開口１１４ｂ側（図１０右側）から吐出口となるニードル１１４ａ側（図１０左側）に向けて長さＬだけ長手方向に進む毎に拡径するよう、段状に形成されている。

ロータ１３０は、金属製の軸体であり、１条で多段の偏心した雄ねじ形状とされている。さらに詳細には、ロータ１３０のリードの長さＬは、上述したステータ１２０と同一である。また、ロータ１３０は、リードの長さＬに相当する基準長Ｓのｄ倍（ｄ＝自然数）の長さを有する多段（ｄ段）の雄ねじ形状となるように形成されている。ロータ１３０は、長手方向のいずれの位置で断面視しても、その断面形状が略真円形となるように形成されている。ロータ１３０は、上述したステータ１２０に形成された貫通孔１２２に挿通され、貫通孔１２２の内部において自由に偏心回転可能とされている。

ロータ１３０の雄ねじ形状に形成された部分の外径Ｄｏは、吸込口となる開口１１４ｂ側（図中右側）から吐出口側ニードル１１４ａ側（図中左側）に向けて長さＬだけ長手方向に進む毎に縮径するよう、段状に形成されている。

ロータ１３０をステータ１２０に対して挿通すると、ロータ１３０の外周面１３２とステータ１２０の内周面１２４とが両者の接線でぴったりと接した状態になり、ステータ１２０の内周面１２４とロータ１３０の外周面との間に流体搬送路１４０が形成される。流体搬送路１４０は、上述したステータ１２０やロータ１３０のリードの長さＬを基準長Ｓとした場合に、ステータ１２０やロータ１３０の軸方向にリードの基準長Ｓのｄ倍の長さを有する多段（ｄ段）の流路となっている。また、流体搬送路１４０は、ステータ１２０やロータ１３０の長手方向に向けて螺旋状に伸びている。

また、流体搬送路１４０は、ロータ１３０をステータ１２０の貫通孔１２２内において回転させると、ステータ１２０内を回転しながらステータ１２０の長手方向に進む。そのため、ロータ１３０を回転させると、ステータ１２０の一端側から流体搬送路１４０内に流体を吸い込むと共に、この流体を流体搬送路１４０内に閉じこめた状態でステータ１２０の他端側に向けて移送し、ステータ１２０の他端側において吐出させることが可能である。本実施形態のポンプ１１０は、ロータ１３０を正方向に回転させることにより、開口１１４ｂから吸い込んだ流体を圧送し、ニードル１１４ａから吐出することが可能とされている。

動力伝達機構１５０は、ケーシング１１２の外部に設けられたモータなどの動力源（図示せず）から上述したロータ１３０に対して動力を伝達するために設けられている。動力伝達機構１５０は、動力伝達部１５２と偏心回転部１５４とを有する。動力伝達部１５２は、ケーシング１１２の長手方向の一端側、さらに詳細には上述したノズル１１２ａやステータ取付部１１２ｂが設けられたのとは反対側（以下、単に「基端側」とも称す）に設けられた軸収容部１１２ｃ内に設けられている。また、偏心回転部１５４は、軸収容部１１２ｃとステータ取付部１１２ｂとの間に形成された中間部１１２ｄに設けられている。

動力伝達部１５２は、ドライブシャフトを有し、これを介してサーボモータと減速機で構成される駆動機１６５に接続されている。この駆動機１６５を作動させることにより、ドライブシャフトを回転させることが可能である。動力伝達部１５２が設けられた軸収容部１１２ｃと中間部１１２ｄとの間には、バリシール１６３やその他メカニカルシールやグランドパッキンなどからなる軸封装置１６１が設けられており、これにより中間部１１２ｄ側から駆動機１６５側に被搬送物たる流体が漏れ出さない構造とされている。

偏心回転部１５４は、ドライブシャフトとロータ１３０とを動力伝達可能なように接続する部分である。偏心回転部１５４は、連結軸１６２と、２つの連結体１６４，１６６とを有する。連結軸１６３は、従来公知のカップリングロッドや、スクリューロッドなどによって構成されいる。連結体１６４は連結軸１６２とロータ１３０とを連結するものであり、連結体１６６は連結軸１６２とドライブシャフト１５６とを連結するものである。連結体１６４，１６６は、いずれも従来公知のユニバーサルジョイントなどによって構成されており、ドライブシャフトを介して伝達されてきた回転動力をロータ１３０に伝達し、ロータ１３０を偏心回転させることが可能である。

ここで図１２を参照すれば上記産業用ロボット１に装着した一軸偏心ねじポンプ１００とセンサ（代表的には慣性センサ）１１との位置関係を示している。上述するように第一および第二の本発明では、慣性センサ１１からの慣性信号に基づいて一軸偏心ねじポンプ１００の位置・速度を算出している。したがって、計算便宜上は検出の直接目的である液体を塗布するノズル１１２ａ先端のニードル１１４ａに慣性センサ１１を装着すること好ましい。しかしながら、ニードル１１４ａには慣性センサ１１を装着し得るようなスペースが存在しない。このため慣性センサ１１はニードル１１４ａから比較的近いケーシング１１２の中間部近傍に装着している（図１２参照）。

実際に慣性センサ１１からの信号に基づいてニードル１１２ａの速度・位置を検出するには、慣性センサ１１の位置座量（ｘ、ｙ、ｚ）での速度・位置関数を検出し、この関数をニードル１１４ａの位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）基準の関数に変換することでその速度・位置を検出することとしている。

以上、第１及び第２の本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載および教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が存在することは当業者に明白であろう。

１ 産業用ロボット
１０ アクチュエータ
１１ 慣性センサ
１１ａ 慣性信号
２０ 移動制御部
２０ａ 静止情報
３０ データ蓄積部
３１ 速度位置後解析部
４１ 第１位置
４２ 第２位置

Claims (13)

1. 産業用ロボット（１）に設けられたアクチュエータ（１０）の駆動制御を行うことで前記産業用ロボット（１）の移動制御を行う移動制御部（２０）と、
   前記産業用ロボット（１）に設けられた慣性センサ（１１）と、
   前記慣性センサ（１１）に接続され、前記慣性センサ（１１）からの慣性信号（１１ａ）のデータを蓄積するデータ蓄積部（３０）と、
   前記データ蓄積部（３０）に接続され、前記データ蓄積部（３０）に蓄積された前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づいて前記産業用ロボット（１）の速度及び位置を求める速度位置後解析部（３１）と
   を備え、
   前記移動制御部（２０）は、前記産業用ロボット（１）を静止させているときに前記データ蓄積部（３０）に対して静止情報（２０ａ）を入力し、
   前記データ蓄積部（３０）は、前記移動制御部（２０）からの静止情報（２０ａ）を検出した場合に、前記静止情報（２０ａ）を検出したときの前記慣性信号（１１ａ）のデータに関連付けて前記静止情報（２０ａ）を記憶し、
   前記速度位置後解析部（３１）は、前記静止情報（２０ａ）が関連付けられている前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づいて求められる前記産業用ロボット（１）の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた前記補正値を用いて前記慣性信号（１１ａ）のデータを補正して前記産業用ロボット（１）の速度及び位置を求めることを特徴とする産業用ロボットの速度位置解析システム。
2. 前記移動制御部（２０）は、前記産業用ロボット（１）を第１位置（４１）から第２位置（４２）まで移動させる途中で前記産業用ロボット（１）を所定時間静止させることを特徴とする請求項１記載の産業用ロボットの速度位置解析システム。
3. 前記データ蓄積部（３０）は、前記産業用ロボット（１）を動作させたときの前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づく動作情報を記憶し、
   前記速度位置後解析部（３１）は、前記動作情報が関連付けられている前記慣性信号（１１ａ）のデータに基づいて、求められる前記産業用ロボット（１）の速度を真の速度に近づける補正値を求める、ことを特徴とする請求項１又は２記載の産業用ロボットの速度位置解析システム。
4. 前記産業用ロボット（１）に流体塗布装置（１０）を取り付け、
   請求項１又は２に記載の産業用ロボット（１）の速度位置解析システムによって得られた産業用ロボット（１）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１０）から塗布される流体の塗布量を制御することを特徴とする流体塗布量制御装置。
5. 前記産業用ロボット（１）に流体塗布装置（１００）を取り付け、
   前記流体塗布装置（１００）が請求項１又は２に記載の速度位置解析システムを有し、該速度位置解析システムによって得られた前記流体塗布装置（１００）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御することを特徴とする流体塗布量制御装置。
6. 前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量は、前記産業用ロボット（１）の速度の増減に比例することを特徴とする請求項４又は５に記載の流体塗布量制御装置。
7. 前記流体塗布装置（１００）は、一軸偏心ねじポンプであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の流体塗布量制御装置。
8. 産業用ロボット（１）に設けられたアクチュエータ（１０）の駆動制御を行うことで前記産業用ロボット（１）の移動制御を行う移動制御部（２０）と、
   前記産業用ロボット（１）に設けられた慣性センサ（１１）と、
   前記移動制御部（２０）及び前記前記慣性センサ（１１）に接続された速度位置検出部（２１）と
   を備え、
   前記移動制御部（２０）は、前記産業用ロボット（１）を静止させているときに前記速度位置検出部（２１）に対して静止情報（２０ａ）を入力し、
   前記速度位置検出部（２１）は、前記移動制御部（２０）からの静止情報（２０ａ）を検出した場合に、前記静止情報（２０ａ）を検出しているときの前記慣性信号（１１ａ）に基づいて求められる前記産業用ロボット（１）の速度をゼロとする補正値を求めて、求めた前記補正値を用いて前記慣性信号（１１ａ）を補正して前記産業用ロボット（１）の速度及び位置を求めることを特徴とする産業用ロボットの速度位置検出装置。
9. 前記移動制御部（２０）は、前記産業用ロボット（１）を第１位置（４１）から第２位置（４２）まで移動させる途中で前記産業用ロボット（１）を所定時間静止させることを特徴とする請求項８記載の産業用ロボットの速度位置検出装置。
10. 前記産業用ロボット（１）に流体塗布装置（１００）を取り付け、
    請求項８又は９に記載の産業用ロボット（１）の速度位置検出装置によって得られた産業用ロボットの速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御することを特徴とする流体塗布量制御装置。
11. 前記流体塗布装置（１００）が請求項８又は９に記載の速度位置検出装置を有し、該速度位置検出装置（１００）によって得られた該速度位置検出装置（１００）の速度及び位置に基づいて前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量を制御することを特徴とする流体塗布量制御装置。
12. 前記流体塗布装置（１００）から塗布される流体の塗布量は、前記産業用ロボットの速度の増減に比例することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の流体塗布量制御装置。
13. 前記流体塗布装置（１００）は、一軸偏心ねじポンプであることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の流体塗布量制御装置。