JP2013043232A - ロボットとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットが複数の動作を実行する場合に、そのうちの特定の動作に制限されずに、各動作における条件の変化を考慮して、各動作において正常動作中に誤作動することなく過負荷を確実に検出し安全に停止させることができるロボットとその制御方法を提供する。
【解決手段】複数の動作を実行するロボット１０の制御方法であって、エンドエフェクタ１２に作用する外力を検出する力センサ１４と、３次元空間内でエンドエフェクタの位置と姿勢を移動可能なロボットアーム１６と、ロボットアームを制御するロボット制御装置２０とを備え、（Ａ）外力の閾値をロボットの動作毎に記憶し、（Ｂ）ロボットアームを制御して各動作を順次実行し、（Ｃ）各動作の実行中に力センサで検出された外力が、前記閾値を超えた場合に、ロボットアームを停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の動作を実行するロボットとその制御方法に関する。

ロボットのエンドエフェクタに力センサを取り付け、ワークへの衝突や周辺機器への干渉を検出することが、例えば、特許文献１〜５に開示されている。

特開２００５−２１９２０５号公報、「直交座標系上で柔らかさが調節可能なサーボ系」 特開平１１−１０４９２１号公報、「組立用ロボット」 特開平５−３０５５９１号公報、「組立ロボット」 特開２０１１−１１０６８８号公報、「ロボットの教示装置、及びロボットの制御装置」 特開２００３−１２７０８１号公報、「組立ロボット及び当該組立ロボットによる部品組立方法」

ロボットが複数の動作を実行する場合、エンドエフェクタやロボットアームに予期せぬ外力が加わったとき、関節モータの負荷トルク値が上昇するため、そのトルク値又はモータ電流から、過負荷を検出してロボットを緊急停止させることが従来から行われている。
しかし、この停止手段の場合、過負荷の検出閾値が高すぎるとワーク、エンドエフェクタ等の破壊事故を招くおそれがある。また、逆に過負荷の検出閾値が低すぎると、正常動作中に頻繁に誤作動して停止する可能性が高い。

そこで、障害物との接触力を検知して、その力に応じて倣い制御する「ソフトフロート機能」などが利用されている（例えば、特許文献１）。
しかし、特許文献１の手段は、特定の動作、たとえば部品の嵌め合い動作に適用して、倣い制御することができるが、不測の衝突には対処できない。また、特別な制御アルゴリズムを実装する必要がある。さらに動作が緩慢になる問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ロボットが複数の動作を実行する場合に、そのうちの特定の動作に制限されずに、各動作における条件の変化を考慮して、各動作において正常動作中に誤作動することなく過負荷を確実に検出し安全に停止させることができるロボットとその制御方法を提供することにある。

本発明によれば、複数の動作を実行するロボットの制御方法であって、
エンドエフェクタに作用する外力を検出する力センサと、
３次元空間内でエンドエフェクタの位置と姿勢を移動可能なロボットアームと、
ロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
（Ａ）外力の閾値をロボットの動作毎に記憶し、
（Ｂ）ロボットアームを制御して各動作を順次実行し、
（Ｃ）各動作の実行中に力センサで検出された外力が、前記閾値を超えた場合に、ロボットアームを停止する、ことを特徴とするロボットの制御方法が提供される。

また本発明によれば、複数の動作を実行するロボットであって、
エンドエフェクタに作用する外力を検出する力センサと、
３次元空間内でエンドエフェクタの位置と姿勢を移動可能なロボットアームと、
外力の閾値をロボットの動作毎に記憶し、ロボットアームを制御して各動作を順次実行するロボット制御装置とを備え、
各動作の実行中に力センサで検出された外力が、前記閾値を超えた場合に、ロボットアームを停止する、ことを特徴とするロボットが提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、エンドエフェクタに作用する外力の閾値をロボットの動作毎に記憶しており、各動作の実行中に力センサで外力を検出するので、アームの動作状態に応じて、記憶した閾値を超えたときに異常と判定し、自動的にロボットアームを停止することができる。
従ってロボットが複数の動作を実行する場合に、そのうちの特定の動作に制限されずに、各動作における条件の変化を考慮して、各動作において正常動作中に誤作動することなく過負荷を確実に検出し安全に停止させることができる。

本発明によるロボットの実施形態図である。 本発明による把持動作の模式図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるロボットの実施形態図である。
この図において、ロボット１０は、複数の動作を実行する自動装置であり、エンドエフェクタ１２、力センサ１４、ロボットアーム１６、及びロボット制御装置２０を備える。

複数の動作は、例えばワークの把持動作である。しかし、本発明はこれらの動作に限定させず、例えば組立、溶接、塗装等の動作であってもよい。
エンドエフェクタ１２は、この例ではロボットハンドである。しかし、エンドエフェクタ１２は、ロボットハンドに限定されず、その他のツール装置、例えば溶接用ヘッド、塗装用スプレイ装置等であってもよい。

この図においてワーク１は、円筒形部材であり、その上端をロボットハンド１２（エンドエフェクタ）が把持するようになっている。ワーク１は、この例では、作業台２の上に静置されている。

ロボットハンド１２は、図１（Ａ）において水平に開閉する１対の爪１２ａを有し、１対の爪１２ａでワーク１を把持するようになっている。

力センサ１４は、エンドエフェクタ１２に作用する外力を検出するセンサである。
この例において、力センサ１４は直交３軸方向の力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）と各軸まわりのトルク（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）を計測可能な６軸センサであり、３次元的に移動可能なロボットアーム１６に取り付けられ、これに作用する６自由度の外力（３方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、３軸まわりのトルクＴｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）を検出するようになっている。
なお、本発明はこれに限定されず、エンドエフェクタ１２に作用する外力が検出できる限りで、その他の力センサであってもよい。

ロボットアーム１６は、手先にロボットハンド１２を取り付け、その位置と姿勢を３次元空間内で移動可能に構成されている。
ロボットアーム１６は、この例では、多関節ロボットのロボットアームであるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。

ロボット制御装置２０は、記憶装置２１にエンドエフェクタ１２に作用する外力の閾値をロボット１０の動作毎に予め設定して記憶し、ロボットアーム１６を制御する。
ロボット制御装置２０は、例えば数値制御装置であり、指令信号によりロボットアーム１６を６自由度（３次元位置と３軸まわりの回転）に制御するようになっている。

記憶装置２１に記憶された各動作における外力の閾値の例を表１に示す。

この例において、複数の動作は、（１）空荷で移動、（２）ワークを把持して搬送、（３）手先接触、（４）挿入又は押付けの４動作である。この各動作に対するが外力の閾値を、例えば表１のように予め設定し記憶装置２１に記憶する。
また、この例では、（１）〜（４）の各動作における外力の閾値に対応して閾値番号を１〜４の整数で表している。

図１において、（Ａ）と（Ｂ）は、ロボットアーム１６（すなわちエンドエフェクタ１２）の姿勢の相違を示している。
エンドエフェクタ１２が下向きの場合（Ａ）とエンドエフェクタ１２が横向きの場合（Ｂ）とを比較すると、同じ「空荷で移動」であっても、力センサ１４で検出される力に相違が生じる。
従って、ロボットアーム１６の姿勢を変更したときには、力センサ１４に重畳されるエンドエフェクタ１２又はワーク１の重量を減算する重力補償を実施することが好ましい。

上述した装置を用い、本発明の方法は、Ｓ１〜Ｓ３の各ステップからなる。
Ｓ１では、外力の閾値をロボット１０の動作毎に予め設定し、記憶装置２１に記憶する。
この記憶内容は、例えば上述した表１の内容である。
Ｓ２では、ロボット制御装置２０により、ロボットアーム１６を制御して各動作を順次実行する。この動作は、例えば表１の（１）〜（４）の各動作である。
Ｓ３では、各動作の実行中に力センサ１４で検出された外力が、記憶した閾値を超えた場合に、ロボットアーム１６を停止する。
この場合、力センサ１４の誤検出を回避するために、力センサ１４のサンプリング周期に対し、３〜５サイクル連続で閾値を超えた場合に異常と判定しロボットアーム１６を停止するのがよい。

図２は、本発明による把持動作の模式図である。
この例において、把持動作は、（１）計測位置への移動、（２）把持前位置移動、（３）把持位置移動、（４）把持後持上げ、（５）次動作への搬送の各動作からなる。
この各動作に対するが外力の閾値を、例えば表２のように予め設定し記憶装置２１に記憶する。
なお、この例では、（１）〜（５）の各動作における外力の閾値を、表１の閾値番号で表している。

（３）の「把持位置への移動」から、（４）の「把持後持上げ」が完了するまでの間は、表１の閾値番号３の「手先接触」によりＺ方向の力センサ１４の過荷重を検出しない。これにより、ロボット手先が部品トレイに接触したときのＺ方向発生力を過剰検出しないようにすることができる。
（１）の「計測位置移動」、（２）の「把持前位置移動」は、ワーク１がないことから表１の閾値番号１の「空荷で移動」として扱う。

上述した本発明の装置及び方法によれば、外力の閾値をロボットの動作毎に記憶しており、各動作の実行中に力センサで外力を検出するので、アームの動作状態に応じて、記憶した閾値を超えたときに異常と判定し、自動的にロボットアームを停止することができる。
従ってロボットが複数の動作を実行する場合に、そのうちの特定の動作に制限されずに、各動作における条件の変化を考慮して、各動作において正常動作中に誤作動することなく過負荷を確実に検出し安全に停止させることができる

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ワーク、２ 作業台、
１０ ロボット、
１２ エンドエフェクタ（ロボットハンド）、１２ａ 爪、
１４ 力センサ、１６ ロボットアーム、２０ ロボット制御装置

Claims (5)

1. 複数の動作を実行するロボットの制御方法であって、
   エンドエフェクタに作用する外力を検出する力センサと、
   ３次元空間内でエンドエフェクタの位置と姿勢を移動可能なロボットアームと、
   ロボットアームを制御するロボット制御装置とを備え、
   （Ａ）外力の閾値をロボットの動作毎に記憶し、
   （Ｂ）ロボットアームを制御して各動作を順次実行し、
   （Ｃ）各動作の実行中に力センサで検出された外力が、前記閾値を超えた場合に、ロボットアームを停止する、ことを特徴とするロボットの制御方法。
2. 複数の動作は、空荷で移動、ワークを把持して搬送、手先接触、挿入又は押付けである、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御方法。
3. 力センサに重畳されるエンドエフェクタ又はワークの重量を減算する重力補償を実施する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御方法。
4. 力センサのサンプリング周期において、複数回連続して閾値を超えた場合に異常と判定しロボットアームを停止する、ことを特徴とする請求項１に記載のロボットの制御方法。
5. 複数の動作を実行するロボットであって、
   エンドエフェクタに作用する外力を検出する力センサと、
   ３次元空間内でエンドエフェクタの位置と姿勢を移動可能なロボットアームと、
   外力の閾値をロボットの動作毎に記憶し、ロボットアームを制御して各動作を順次実行するロボット制御装置とを備え、
   各動作の実行中に力センサで検出された外力が、前記閾値を超えた場合に、ロボットアームを停止する、ことを特徴とするロボット。