JP2013052501A - パラレルリンクロボット、パラレルリンクロボットシステムおよびパラレルリンクロボットの制御方法 - Google Patents

パラレルリンクロボット、パラレルリンクロボットシステムおよびパラレルリンクロボットの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アーム部の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することが可能なパラレルリンクロボットを提供する。
【解決手段】このパラレルリンクロボット100は、ベース部11と、ベース部11に設けられた3つのサーボモータ12と、関節部133、134を有する第1リンク131および第2リンク132をそれぞれ含み、3つのサーボモータ12によりそれぞれ駆動される3つのアーム部13と、3つのサーボモータ12のトルクに基づいて、アーム部13の関節部133、134が外れたか否かを判断するロボットコントローラ2とを備えている。
【選択図】図6

Description

本発明は、パラレルリンクロボット、パラレルリンクロボットシステムおよびパラレルリンクロボットの制御方法に関し、特に、アーム部の関節部の外れ検出が可能なパラレルリンクロボット、パラレルリンクロボットシステムおよびパラレルリンクロボットの制御方法に関する。
従来、並列に設けられた複数のアーム部により協同してエンドエフェクタを移動させるパラレルリンクロボットが知られている。また、アーム部の関節部の外れ検出が可能なパラレルリンクロボットも知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、複数の電動モータ(駆動源)と、複数の電動モータによりそれぞれ駆動される複数のアーム部とを備えたパラレルメカニズム(パラレルリンクロボット)が開示されている。このパラレルメカニズムのアーム部は、ボールジョイント部(関節部)を介して互いに連結された第1リンクおよび第2リンクを含んでいる。また、ボールジョイント部は、球状頭部と、球状頭部を保持するソケットと、球状頭部およびソケットを互いに電気的に接続する導電部材とを有している。そして、上記特許文献1のパラレルメカニズムは、球状頭部とソケットとの間に設けられた導電部材の導通状態に基づいて、ボールジョイント部(関節部)が外れたか否かを判断するように構成されている。
特開2009−248289号公報
しかしながら、上記特許文献1のパラレルメカニズム(パラレルリンクロボット)では、ボールジョイント部(関節部)の導電部材の導通状態に基づいてボールジョイント部(関節部)の外れ検出が可能である一方、ボールジョイント部の球状頭部とソケットとの間に、球状頭部およびソケットを互いに電気的に接続する導電部材を設ける必要があるので、ボールジョイント部(関節部)の構造が複雑になるという問題点がある。
この発明は、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、この発明の1つの目的は、アーム部の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することが可能なパラレルリンクロボット、パラレルリンクロボットシステムおよびパラレルリンクロボットの制御方法を提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面におけるパラレルリンクロボットは、ベース部と、ベース部に設けられた複数の駆動源と、関節部を有するリンクをそれぞれ含み、複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部と、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断する外れ検出部とを備える。
この発明の第1の局面によるパラレルリンクロボットでは、上記のように、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断するように外れ検出部を構成することによって、アーム部の関節部の外れ検出のために関節部に導電部材などの専用部材を別途設けることなく、駆動源の駆動力に基づいて関節部が外れたか否かを判断することができるので、アーム部の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することができる。
上記目的を達成するために、この発明の第2の局面におけるパラレルリンクロボットシステムは、ベース部と、ベース部に設けられた複数の駆動源と、関節部を有するリンクをそれぞれ含み、複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部とを含むパラレルリンクロボットと、パラレルリンクロボットの動作を制御するロボットコントローラとを備え、ロボットコントローラは、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断するように構成されている。
この発明の第2の局面によるパラレルリンクロボットシステムでは、上記のように、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断するようにロボットコントローラを構成することによって、ロボットコントローラにより、外れ検出のために関節部に導電部材などの専用部材を別途設けることなく、駆動源の駆動力に基づいて関節部が外れたか否かを判断することができるので、アーム部の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することができる。また、外れ検出のために既存のロボットコントローラを用いることによって、外れ検出のために導電部材などの専用部材を別途設ける必要がないので、部品点数の増加を抑制することができる。
上記目的を達成するために、この発明の第3の局面におけるパラレルリンクロボットの制御方法は、ベース部と、ベース部に設けられた複数の駆動源と、関節部を有するリンクをそれぞれ含むとともに複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部とを備えたパラレルリンクロボットの制御方法であって、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップを備える。
この発明の第3の局面によるパラレルリンクロボットの制御方法では、上記のように、複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、アーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップを設けることによって、外れ検出のために関節部に導電部材などの専用部材を別途設けることなく、駆動源の駆動力に基づいて関節部が外れたか否かを判断することができるので、アーム部の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することができる。
本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの全体構成を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの関節部の構成を説明するための概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの外れ検出処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの一方の関節部が外れた状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの両方の関節部が外れた状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの第1判定処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの第2判定処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの関節部の外れが発生した状態における実トルクと外れ状態時トルクとを比較した図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの正常時の状態における実トルクと正常時トルクと付加的トルクとを比較した図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの関節部の外れが発生した状態における実トルクと外れ状態時トルクと正常時トルクとを比較した図である。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの変形例における第1判定処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボットの変形例における第2判定処理について説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1および図2を参照して、本発明の一実施形態によるパラレルリンクロボット100の構成について説明する。
本実施形態によるパラレルリンクロボット100は、図1に示すように、ロボット本体1と、ロボット本体1を制御するロボットコントローラ2とを備えている。パラレルリンクロボット100は、ロボット本体1に取り付けられた所定のエンドエフェクタ110を任意の位置に移動させる機能を有している。また、パラレルリンクロボット100は、ロボット本体1の関節部133および134(図1および図2参照)の少なくとも一方が外れたか否かを判断する外れ検出機能を有している。なお、外れ検出機能の詳細な説明は後述する。
ロボット本体1は、ベース部11と、ベース部11に設けられた3つのサーボモータ12と、3つのサーボモータ12によりそれぞれ駆動される3つのアーム部13と、エンドエフェクタ110が取り付けられる1つのヘッド部14とを備えている。なお、サーボモータ12は、本発明の「駆動源」の一例である。
ベース部11は、天井などの固定面に取り付けられている。また、ベース部11は、カバー部111を有し、カバー部111の内部に3つのサーボモータ12が設けられている。また、3つのサーボモータ12は、平面的に見て(平面視で)、鉛直方向に延びるベース部11の中心軸L1回りに互いに等角度間隔(120度間隔)で配置されている。
3つのアーム部13は、互いに同様の構成を有している。具体的には、アーム部13は、第1リンク131と、第1リンク131に連結される第2リンク132とを有している。第1リンク131は、一方端部がサーボモータ12の出力軸に取り付けられており、サーボモータ12により鉛直面内で上下方向(Z方向)に揺動(回動)されるように構成されている。第2リンク132は、互いに平行に配置された一対のポール132aにより主として構成されている。また、第2リンク132の一方端部は、第1関節部133を介して第1リンク131の他方端部131aに連結されている。また、第2リンク132の他方端部は、第2関節部134を介してヘッド部14に連結されている。なお、第1リンク131および第2リンク132は、本発明の「リンク」の一例である。また、第1関節部133および第2関節部134は、本発明の「関節部」の一例である。
第1関節部133および第2関節部134は、図1および図2に示すように、ボールジョイント型の関節構造を有している。具体的には、図2に示すように、第1リンク131の他方端部131aには、ブラケット133aを介して一対の球体部133bが固定的に取り付けられている。また、一対の球体部133bは、ブラケット133aの両側面から外側に突出するように設けられている。また、第2リンク132の一対のポール132aの一方端部(第1リンク131側の端部)には、一対のソケット133cが一対のポール132aに固定的に取り付けられている。一対のソケット133cは、球体部133bが挿入されて当接される半球形状の凹部133dを有している。また、一対のソケット133cは、一対の球体部133bを外側から挟み込むように設けられており、一対の球体部133bに対して互いに摺動可能(回動可能)に構成されている。また、一対のポール132aの一方端部側には、一対のポール132aを互いに近づける方向に付勢する引張コイルバネ133eが設けられている。これにより、一対のソケット133cは、一対の球体部133bに対して外側から押圧された状態で一対の球体部133bを安定的に保持することが可能である。このような構成により、第1関節部133は、第1リンク131と第2リンク132とを屈伸動作可能に連結している。
第2関節部134は、上記第1関節部133と同様に構成されている。具体的には、ヘッド部14には、取付部材134aを介して一対の球体部134bが固定的に取り付けられている。また、一対の球体部134bは、取付部材134aの両端部から外側に突出するように設けられている。また、第2リンク132の一対のポール132aの他方端部(ヘッド部14側の端部)には、一対のソケット134cが一対のポール132aに固定的に取り付けられている。一対のソケット134cは、球体部134bが挿入されて摺動可能に当接される半球形状の凹部134dを有している。また、一対のポール132aの他方端部側には、一対のポール132aを互いに近づける方向に付勢する引張コイルバネ134eが設けられている。なお、第2関節部134の球体部134b、ソケット134c、凹部134dおよび引張コイルバネ134eは、それぞれ、第1関節部133の球体部133b、ソケット133c、凹部133dおよび引張コイルバネ133eに対応している。
また、上記のような構成の第1関節部133(第2関節部134)では、引張コイルバネ133e(134e)に過度の負荷が掛かったり、球体部133b(134b)やソケット133c(134c)が経年劣化により変形したりすることに起因して、ロボット本体1の動作中に、球体部133b(134b)からソケット133c(134c)が脱落して(第1関節部133(第2関節部134)が外れて)しまう場合がある。図4は第2関節部134の1つが外れた状態を示している。
また、上記のような構成では、第1関節部133および第2関節部134のいずれか一方が外れた場合、第2リンク132は外れていない方の関節部を支点としてぶら下がることになる。ぶら下がった状態の第2リンク132がロボット本体1の動作によって振られると、その勢いで他方の関節部も外れることになる。図5は、図4の状態からさらに第1関節部133も外れて第2リンク132が脱落した状態を示している。
ヘッド部14は、3つのアーム部13により支持されている。また、ヘッド部14は、3つのアーム部13それぞれの姿勢の組み合わせにより、任意の位置で任意の姿勢となるように移動される。これにより、ヘッド部14に取り付けられるエンドエフェクタ110を任意の位置で任意の姿勢にすることが可能である。
ロボットコントローラ2は、図1に示すように、ロボット指令ケーブル3を介してロボット本体1に通信可能に接続されている。また、ロボットコントローラ2は、ロボット本体1の各サーボモータ12に対して動作指令を出力してロボット本体1の動作を制御するように構成されている。また、ロボットコントローラ2は、3つのサーボモータ12のトルクに基づいて、3組の第1関節部133および第2関節部134のそれぞれについて外れが発生したか否かを判断可能に構成されている。ユーザは、ロボットコントローラ2による外れ検出機能の有効または無効を選択的に設定可能である。なお、ロボットコントローラ2は、本発明の「外れ検出部」の一例である。また、トルクは、本発明の「駆動力」の一例である。
次に、図3を参照して、ロボットコントローラ2による外れ検出処理について説明する。なお、ロボットコントローラ2は、図3のステップS2以下の外れ検出処理を所定の頻度(例えば数msec〜数十msecに一度)で実行する。この頻度はロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。
まず、ステップS1において、ロボットコントローラ2は、外れ検出機能が有効か否かを判断する。ユーザにより外れ検出機能が有効に設定されている場合には、ステップS2において、ロボットコントローラ2は、3つのサーボモータ12の軸角度を取得する。3つのサーボモータ12の軸角度は、対応するアーム部13の第1リンク131の鉛直面内における回動角度である。ロボットコントローラ2は、各サーボモータ12に設けられた図示しないエンコーダの検出結果に基づいて各サーボモータ12の軸角度を取得する。また、ロボットコントローラ2は、ステップS3において、各サーボモータ12の軸角速度を取得する。ロボットコントローラ2は、ステップS2で取得した軸角度を1回時間微分することにより軸角速度を取得する。また、ロボットコントローラ2は、ステップS4において、各サーボモータ12の軸角加速度を取得する。ロボットコントローラ2は、ステップS2で取得した軸角度を2回時間微分することにより軸角加速度を取得する。
次に、ステップS5において、ロボットコントローラ2は、各サーボモータ12の実トルクτを取得する。実トルクτは、サーボモータ12に掛かる負荷の増減により変動する。ロボットコントローラ2は、各サーボモータ12に与える位置指令および速度指令に基づいて各サーボモータ12の実トルクτを取得する。すなわち、ロボットコントローラ2は、各サーボモータ12に与える指令値に基づいて実トルクτを取得する。なお、ステップS4で取得される各サーボモータ12の軸角加速度およびステップS5で取得される各サーボモータ12の実トルクτは、ノイズ除去のために一次遅れフィルタを通過させることが好ましい。なお、実トルクτは、本発明の「実駆動力」の一例である。なお、ステップS2からステップS5までの処理は外れ検出処理のためだけに行う必要はない。換言すれば、ロボット本体1の動作制御のために検出される各サーボモータ12の軸角度、軸角速度、軸角加速度や、トルク指令値を取得して外れ検出処理に用いればよい。
ロボットコントローラ2は、ステップS6において、以下の式(1)により各サーボモータ12の外れ状態時トルクτを算出(推定)する。サーボモータ12の外れ状態時トルクτは、アーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れた状態において、対応するサーボモータ12に掛かるトルクである。第1関節部133が外れた場合や、図5に示すように第2リンク132が脱落した場合には、サーボモータ12には第1リンク131の質量のみが掛かる。また、図4に示すように、所定のアーム部13の第2関節部134が外れた場合には、ヘッド部14が第2リンク132から外れる。この場合、第2リンク132の質量は第1リンク131やエンドエフェクタ110の質量に対して小さいので、第2リンク132の質量を無視して、対応するサーボモータ12は第1リンク131の影響だけを受けると考えられる。このため、本実施形態では、外れ状態時トルクτを第1リンク131の影響だけを考慮して算出(推定)する。
Figure 2013052501
なお、上記式(1)において、τD1は、3つのアーム部13のうちの所定のアーム部13に対応する所定のサーボモータ12の外れ状態時トルク、Jは、上記所定のアーム部13の第1リンク131のイナーシャ、Dは、上記所定のアーム部13の第1リンク131の移動速度に関する係数、Cは、上記所定のアーム部13の第1リンク131に掛かる重力に関する係数、θは、上記所定のサーボモータ12の軸角度をそれぞれ表す。また、J、DおよびCは、ロボット本体1固有の値である。3つのアーム部13のその他の2つのアーム部13を駆動させるサーボモータ12についても式(1)と同様にしてそれぞれの外れ状態時トルクτを算出(推定)する。
次に、ロボットコントローラ2は、ステップS7において、以下の式(2)により各サーボモータ12の付加的トルクτを算出(推定)する。サーボモータ12の付加的トルクτは、アーム部13が正常状態(関節部が外れていない状態)である場合に、第1リンク131に対して第2リンク132側から加えられる負荷に起因するトルクである。この付加的トルクτは、対応するアーム部13以外の他のアーム部13からの干渉力に起因するトルク成分と、非線形項に対応するトルク成分とを含む。また、本実施形態では、第2リンク132の質量が第1リンク131やエンドエフェクタ110の質量に対して小さいため、付加的トルクτの算出において第2リンク132の質量を無視している。また、サーボモータ12の付加的トルクτは、アーム部13が正常状態(関節部が外れていない状態)である場合に、ヘッド部14やエンドエフェクタ110などのアーム部13以外の部分を駆動させるためのトルク成分を含むトルクであると言い換えることが可能である。また、サーボモータ12の付加的トルクτは、3つのアーム部13それぞれの姿勢により変動するとともに、対応するアーム部13以外の他のアーム部13からの干渉力の影響を受ける。なお、付加的トルクτは、本発明の「所定の駆動力」の一例である。
Figure 2013052501
なお、上記式(2)において、τF1は、3つのアーム部13のうちの所定のアーム部13に対応する所定のサーボモータ12の付加的トルク、b、c、d、e、f、g、hおよびiは、3つのアーム部13それぞれの姿勢により決定される係数、θは、上記所定のサーボモータ12の軸角度、θおよびθは、上記所定のサーボモータ12以外の他の2つのサーボモータ12の軸角度をそれぞれ表す。また、上記式(2)のbおよびcに係る項は、所定のアーム部13以外のアーム部13からの干渉力に起因するトルクであり、d、e、f、g、hおよびiに係る項は、非線形項である。
上記式(2)の係数b、c、d、e、f、g、hおよびiの算出方法は、予めロボット本体1に関する運動方程式を解くことによって求めることができるが、詳細な算出方法の説明は割愛する。なお式(2)のcは式(1)のCとは異なる。また、ステップS6と同様に、3つのアーム部13のその他の2つのアーム部13を駆動させるサーボモータ12についても式(2)と同様にしてそれぞれの付加的トルクτを算出(推定)する。
そして、ロボットコントローラ2は、ステップS8において、以下の式(3)により各サーボモータ12の正常時トルクτを算出(推定)する。サーボモータ12の正常時トルクτは、アーム部13の正常状態(関節部が外れていない状態)における対応するサーボモータ12に掛かるトルクである。すなわち、所定の正常時トルクτは、所定のアーム部13を駆動させるためのトルク成分と、ヘッド部14やエンドエフェクタ110などの所定のアーム部13以外の部分を駆動させるためのトルク成分とを含むトルクである。なお、本実施形態では、上記のとおり、第2リンク132の質量を無視しているので、所定のアーム部13を駆動させるためのトルク成分は、第1リンク131を駆動させるためのトルク成分と実質的に同じになる。
Figure 2013052501
なお、上記式(3)において、τS1は、3つのアーム部13のうちの所定のアーム部13に対応する所定のサーボモータ12の正常時トルク、τD1は、上記所定のサーボモータ12の外れ状態時トルク、τF1は、上記所定のサーボモータ12の付加的トルクをそれぞれ表す。また、ステップS6およびステップS7と同様に、3つのアーム部13のその他の2つのアーム部13を駆動させるサーボモータ12についても式(3)と同様にしてそれぞれの正常時トルクτを算出(推定)する。
その後、ロボットコントローラ2は、ステップS9において、第1および第2判定処理を互いに並行して実行する。そして、ロボットコントローラ2は、上記ステップS2〜S9の一連の動作を前述の所定の頻度で繰り返し実行する。ステップS9では、3つのアーム部13を駆動させる各サーボモータ12について個別に第1および第2判定処理が行われる。
次に、図6を参照して、第1判定処理について説明する。まず、ステップS911において、ロボットコントローラ2は、上記ステップS7で算出(推定)した各サーボモータ12の付加的トルクτがしきい値τa以上か否かを判断する。なお、しきい値τaは、本発明の「第2のしきい値」の一例である。しきい値τaはロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。付加的トルクτがしきい値τa以上の場合には、ロボットコントローラ2は、ステップS912において、各サーボモータ12について上記ステップS5で取得した実トルクτと上記ステップS6で算出(推定)した外れ状態時トルクτとの差の絶対値を算出する。そして、ロボットコントローラ2は、ステップS913において、各サーボモータ12について実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下か否かを判断する。なお、しきい値τbは、本発明の「第1のしきい値」の一例である。しきい値τbはロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。いずれかのサーボモータ12の実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下であれば、ロボットコントローラ2は、ステップS914において、Mの値をカウントアップ(M=M+1)する。なお、Mは、ゼロ以上の整数である。
そして、ロボットコントローラ2は、ステップS915において、カウンタの回数Mが所定回数(例えば数回〜数十回)以上か否かを判断する。この回数はロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。すなわち、ロボットコントローラ2は、付加的トルクτがしきい値τa以上で、かつ、実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下である状態が所定時間継続しているか否かを判断する。ロボットコントローラ2は、外れ検出処理を数msec〜数十msecに1回の頻度で実行するとすれば、所定時間は数msec〜数百msecとなり、この間継続して上記条件を満たしたか否かを判断していることになる。また、ロボットコントローラ2は、回数Mが所定回数未満であれば、第1判定処理を終了し、回数Mが所定回数以上であれば、ステップS916において、アーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断する。そして、ロボットコントローラ2は、ステップS917において、3つのサーボモータ12の駆動を停止してロボット本体1の動作を停止させるとともに、ユーザに関節部が外れたことを知らせるためのエラー報知を行う。なお、エラー報知は、例えばロボットコントローラ2に設けた表示部(図示せず)により視覚的に報知してもよいし、音声により聴覚的に報知してもよい。
また、ステップS911で付加的トルクτがしきい値τa以上でない場合(しきい値τa未満の場合)、または、ステップS913で実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下でない場合(しきい値τbよりも大きい場合)には、ロボットコントローラ2は、ステップS918において、カウンタをクリア(M=0)する。
次に、図7を参照して、第2判定処理について説明する。まず、ステップS921において、ロボットコントローラ2は、上記ステップS5で取得した各サーボモータ12の実トルクτと上記ステップS8で算出(推定)した正常時トルクτとの差の絶対値を算出する。そして、ロボットコントローラ2は、ステップS922において、実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上か否かを判断する。なお、しきい値τcは、本発明の「第3のしきい値」の一例である。しきい値τcはロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。いずれかのサーボモータ12の実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上であれば、ロボットコントローラ2は、ステップS923において、Nの値をカウントアップ(N=N+1)する。なお、Nは、ゼロ以上の整数である。
そして、ロボットコントローラ2は、ステップS924において、カウンタの回数Nが所定回数(例えば数回〜数十回)以上か否かを判断する。この回数はロボットコントローラ2内の不揮発性メモリ(図示せず)に書き換え可能なパラメータとして設定可能である。すなわち、ロボットコントローラ2は、実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上である状態が所定時間継続しているか否かを判断する。ロボットコントローラ2は、外れ検出処理を数msec〜数十msecに1回の頻度で実行するとすれば、所定時間は数msec〜数百msecとなり、この間継続して上記条件を満たしたか否かを判断していることになる。また、ロボットコントローラ2は、回数Nが所定回数未満であれば、第2判定処理を終了し、回数Nが所定回数以上であれば、ステップS925において、アーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断する。そして、ロボットコントローラ2は、ステップS926において、上記ステップS917と同様に、3つのサーボモータ12の駆動を停止してロボット本体1の動作を停止させるとともに、ユーザに関節部が外れたことを知らせるためのエラー報知を行う。
また、ステップS922で実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上でない場合(しきい値τc未満の場合)には、ロボットコントローラ2は、ステップS927において、カウンタをクリア(N=0)する。また、本実施形態では、上記のように、第1および第2判定処理が互いに並行して実行されており、第1および第2判定処理の少なくとも一方の条件が満たされた場合に、ロボットコントローラ2は、アーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断してロボット本体1の動作を停止させる。
本実施形態では、上記のように、3つのサーボモータ12のトルクに基づいて、アーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたか否かを判断するようにロボットコントローラ2を構成することによって、外れ検出のために関節部に導電部材などの専用部材を別途設けることなく、各サーボモータ12のトルクに基づいて関節部が外れたか否かを判断することができるので、アーム部13の関節部の構造が複雑になるのを抑制しながら、関節部の外れを検出することができる。また、外れ検出のために既存のロボットコントローラ2を用いることによって、外れ検出のために導電部材などの専用部材を別途設ける必要がないので、部品点数の増加を抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のアーム部13の外れ状態および正常状態における対応する所定のサーボモータ12のトルク(外れ状態時トルクτおよび正常時トルクτ)を推定するとともに、所定のサーボモータ12の推定したトルクと所定のサーボモータ12の実トルクτとに基づいて、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたか否かを判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、推定したトルク(外れ状態時トルクτおよび正常時トルクτ)と実トルクτとを比較して関節部が外れたか否かを判断することができるので、関節部の外れを容易に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の外れ状態時トルクτと所定のサーボモータ12の実トルクτとの差がしきい値τb以下の場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、実トルクτが推定した外れ状態時トルクτに近づいた場合に関節部の外れを確実に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の付加的トルクτがしきい値τa以上の場合で、かつ、所定のサーボモータ12の外れ状態時トルクτと所定のサーボモータ12の実トルクτとの差がしきい値τb以下の場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、関節部が外れていない状態(正常状態)において、所定のアーム部13以外の部分(ヘッド部14やエンドエフェクタ110)を駆動させるためにサーボモータ12に掛かるトルクが小さくなった結果(付加的トルクτが小さくなる状態となった結果)、外れ状態時トルクτと実トルクτとの差が小さくなった場合に、関節部が外れていない状態(正常状態)であるにも関わらず、関節部が外れたと誤検出してしまうのを抑制することができる。その結果、関節部の外れをより正確に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の外れ状態時トルクτと所定のサーボモータ12の実トルクτとの差がしきい値τb以下となる状態が所定時間継続した場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、外れ状態時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τb以下となる状態が極短時間生じただけで関節部が外れたと判断されるのを抑制することができるので、関節部の外れの誤検出を抑制することができる。これによっても、関節部の外れをより正確に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の正常時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τc以上の場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、実トルクτが推定した正常時トルクτから乖離した場合に関節部の外れを確実に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の正常時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τc以上となる状態が所定時間継続した場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、正常時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τc以上となる状態が極短時間生じただけで関節部が外れたと判断されるのを抑制することができるので、関節部の外れの誤検出を抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の外れ状態時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τb以下の場合、および、所定のサーボモータ12の正常時トルクτと実トルクτとの差がしきい値τc以上の場合の少なくともいずれか一方の場合に、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断するようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、外れ状態時トルクτと実トルクτとの差に基づく判断と、正常時トルクτと実トルクτとの差に基づく判断との複数の異なる判断基準で関節部の外れの有無を判断することができるので、関節部の外れを確実に検出することができる。
また、本実施形態では、上記のように、所定のサーボモータ12の推定したトルク(外れ状態時トルクτおよび正常時トルクτ)と実トルクτとに基づいて、所定のアーム部13の関節部(第1関節部133および第2関節部134の少なくとも一方)が外れたと判断した場合には、3つのサーボモータ12を停止させる制御を行うようにロボットコントローラ2を構成する。このように構成すれば、関節部の外れに起因してパラレルリンクロボット100が所望の動作を行うことができない状態であるにも関わらず、アーム部13がサーボモータ12により継続して駆動されてしまうのを抑制することができる。その結果、アーム部13やアーム部13に支持されたエンドエフェクタ110などが意図しない位置に移動されるのを抑制することができる。
また、本願の発明者は、上記外れ検出処理における第1判定処理(図6参照)および第2判定処理(図7参照)による外れ検出精度を確認するための実験を行った。図8〜図10を参照して、所定のアーム部13についての第1判定処理(図6参照)および第2判定処理(図7参照)による外れ検出精度について説明する。なお、図8〜図10では、縦軸にサーボモータ12の定格トルクに対するトルク比率(%)を示し、横軸に時間(s)を示している。
まず、図8に示すように、アーム部13の関節部が外れている状態では、実トルクτと上記式(1)により算出(推定)された外れ状態時トルクτとは、略合致した状態で連動しており、上記式(1)により外れ状態時トルクτを精度よく算出(推定)可能であることが確認できた。
また、図9に示すように、アーム部13の関節部が外れていない状態(正常状態)では、実トルクτと上記式(3)により算出(推定)された正常時トルクτとは、略合致した状態で連動しており、上記式(3)により正常時トルクτを精度よく算出(推定)可能であることが確認できた。また、上記式(2)により算出(推定)された付加的トルクτは、実トルクτよりも小さい増減幅で実トルクτの増減に連動している。
また、図10の正常状態の区間では、実トルクτと上記式(3)により算出(推定)された正常時トルクτとは、上記図9の場合と同様に略合致した状態で連動しており、実トルクτと上記式(1)により算出(推定)された外れ状態時トルクτとは、互いに乖離した状態で変動している。これに対して、外れ発生後(外れ状態の区間)では、実トルクτと上記式(1)により算出(推定)された外れ状態時トルクτとが、上記図8の場合と同様に略合致した状態(第1判定処理における実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下である状態)で連動するようになり、実トルクτと上記式(3)により算出(推定)された正常時トルクτとは、互いに乖離した状態(第2判定処理における実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上である状態)で変動している。そして、関節部の外れが発生してから外れ状態が所定時間継続した後、ロボットコントローラ2により関節部が外れていると判断されてサーボモータ12の駆動が停止されている。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、本発明のパラレルリンクロボットの一例として、ロボット本体とロボットコントローラとを備えたパラレルリンクロボットを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロボットコントローラを含まないパラレルリンクロボットであってもよい。この場合、パラレルリンクロボットとロボットコントローラとにより、本発明のパラレルリンクロボットシステムが主として構成される。
また、上記実施形態では、本発明のパラレルリンクロボットの一例として、3つのアーム部を備えたパラレルリンクロボットを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、2つまたは4つ以上のアーム部を備えたパラレルリンクロボットであってもよい。
また、上記実施形態では、サーボモータ(駆動源)の推定したトルク(駆動力)と、サーボモータの実トルク(実駆動力)とに基づいて、関節部の外れ検出を行う構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サーボモータの駆動力に基づいていれば、実駆動力または推定した駆動力のいずれか一方だけに基づいて関節部の外れ検出を行う構成であってもよい。
また、上記実施形態では、本発明の駆動源の一例としてサーボモータを示すとともに、本発明の駆動力の一例としてトルクを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、サーボモータ以外の駆動源であってもよいし、トルク以外の駆動力であってもよい。
また、上記実施形態では、全てのサーボモータ(駆動源)のトルク(駆動力)に基づいて、関節部の外れ検出を行う構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、関節部の外れ検出を行う構成であってもよい。
また、上記実施形態では、図6に示した第1判定処理および図7に示した第2判定処理の両方を用いて関節部の外れ検出を行う構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1判定処理および第2判定処理のいずれか一方だけを用いて関節部の外れ検出を行う構成であってもよい。
また、上記実施形態では、図6に示した第1判定処理において、ステップS911で付加的トルクτがしきい値τa以上でない場合、または、ステップS913で実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下でない場合に、カウンタをクリア(M=0)する構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図11に示すように、ステップS911で付加的トルクτがしきい値τa以上でない場合、または、ステップS913で実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下でない場合に、ステップS931において、ロボットコントローラ2により、カウンタが所定回数の50%を超えているか否かを判断する構成であってもよい。超えていなければ、ステップS918においてカウンタをクリア(M=0)する。
一方、カウンタが所定回数の50%を超えている場合には、ステップS932において、ロボットコントローラ2により、本状態が所定回数の25%以上継続しているか否かを判断する。すなわち、ロボットコントローラ2は、付加的トルクτがしきい値τa以上でない状態、または、実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下でない状態が所定回数の25%以上継続しているか否かを判断する。25%以上継続している場合には、ステップS918においてカウンタをクリア(M=0)し、25%以上継続していない場合(25%未満の場合)には、カウンタをクリアすることなく第1判定処理を終了する。これにより、所定時間のうちの一定時間以上の間、付加的トルクτがしきい値τa以上で、かつ、実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下の状態が継続したにも関わらず、付加的トルクτがしきい値τa以上でない状態、または、実トルクτと外れ状態時トルクτとの差の絶対値がしきい値τb以下でない状態が極短時間生じただけで、カウンタがクリアされてしまうのを抑制することができる。その結果、外れ検出の精度を向上させることができる。
また、上記実施形態では、図7に示した第2判定処理において、ステップS922で実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上でない場合に、カウンタをクリア(N=0)する構成を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第1判定処理の場合と同様に、図12に示すように、ステップS922で実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上でない場合に、ステップS941において、ロボットコントローラ2により、カウンタが所定回数の50%を超えているか否かを判断する構成であってもよい。超えていなければ、ステップS927においてカウンタをクリア(N=0)する。
また、カウンタが所定回数の50%を超えている場合には、ステップS942において、ロボットコントローラ2により、本状態が所定回数の25%以上継続しているか否かを判断する。すなわち、ロボットコントローラ2は、実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上でない状態が所定回数の25%以上継続しているか否かを判断する。25%以上継続している場合には、ステップS927においてカウンタをクリア(N=0)し、25%以上継続していない場合(25%未満の場合)には、カウンタをクリアすることなく第2判定処理を終了する。これにより、所定時間のうちの一定時間以上の間、実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上である状態が継続したにも関わらず、実トルクτと正常時トルクτとの差の絶対値がしきい値τc以上でない状態が極短時間生じただけで、カウンタがクリアされてしまうのを抑制することができる。その結果、外れ検出の精度を向上させることができる。
また、上記実施形態では、説明の便宜上、本発明の外れ検出部としてのロボットコントローラの処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、外れ検出部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型(イベントドリブン型)の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
1 ロボット本体(パラレルリンクロボット)
2 ロボットコントローラ(外れ検出部)
11 ベース部
12 サーボモータ(駆動源)
13 アーム部
100 パラレルリンクロボット(パラレルリンクロボットシステム)
131 第1リンク(リンク)
132 第2リンク(リンク)
133 第1関節部(関節部)
134 第2関節部(関節部)

Claims (15)

  1. ベース部と、
    前記ベース部に設けられた複数の駆動源と、
    関節部を有するリンクをそれぞれ含み、前記複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部と、
    前記複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、前記アーム部の関節部が外れたか否かを判断する外れ検出部とを備える、パラレルリンクロボット。
  2. 前記外れ検出部は、所定の前記アーム部の関節部の外れ状態および正常状態の少なくとも一方の状態における前記所定のアーム部に対応する所定の駆動源の駆動力を推定するとともに、前記所定の駆動源の推定した駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力とに基づいて、前記所定のアーム部の関節部が外れたか否かを判断するように構成されている、請求項1に記載のパラレルリンクロボット。
  3. 前記外れ検出部は、前記所定のアーム部の関節部の外れ状態における前記所定の駆動源の駆動力を外れ状態時駆動力として推定するとともに、前記所定の駆動源の外れ状態時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第1のしきい値以下の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項2に記載のパラレルリンクロボット。
  4. 前記外れ検出部は、前記所定のアーム部の正常状態における前記所定の駆動源の駆動力のうち、前記所定のアーム部以外の部分を駆動させるための駆動力成分を含む所定の駆動力を推定し、前記所定の駆動力が第2のしきい値以上の場合で、かつ、前記所定の駆動源の外れ状態時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が前記第1のしきい値以下の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項3に記載のパラレルリンクロボット。
  5. 前記外れ検出部は、前記所定の駆動源の外れ状態時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が前記第1のしきい値以下となる状態が所定時間継続した場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項3または4に記載のパラレルリンクロボット。
  6. 前記外れ検出部は、前記所定のアーム部の正常状態における前記所定の駆動源の駆動力を正常時駆動力として推定するとともに、前記所定の駆動源の正常時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第3のしきい値以上の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項2に記載のパラレルリンクロボット。
  7. 前記外れ検出部は、前記所定の駆動源の正常時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が前記第3のしきい値以上となる状態が所定時間継続した場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項6に記載のパラレルリンクロボット。
  8. 前記外れ検出部は、前記所定のアーム部の関節部の外れ状態における前記所定の駆動源の駆動力を外れ状態時駆動力として推定するとともに、前記所定のアーム部の正常状態における前記所定の駆動源の駆動力を正常時駆動力として推定し、前記所定の駆動源の外れ状態時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第1のしきい値以下の場合、および、前記所定の駆動源の正常時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第3のしきい値以上の場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するように構成されている、請求項2に記載のパラレルリンクロボット。
  9. 前記外れ検出部は、前記所定の駆動源の推定した駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力とに基づいて、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断した場合には、前記複数の駆動源を停止させる制御を行うように構成されている、請求項2〜8のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボット。
  10. 前記駆動源は、モータであり、
    前記駆動源の駆動力は、前記モータのトルクである、請求項1〜9のいずれか1項に記載のパラレルリンクロボット。
  11. ベース部と、前記ベース部に設けられた複数の駆動源と、関節部を有するリンクをそれぞれ含み、前記複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部とを含むパラレルリンクロボットと、
    前記パラレルリンクロボットの動作を制御するロボットコントローラとを備え、
    前記ロボットコントローラは、前記複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、前記アーム部の関節部が外れたか否かを判断するように構成されている、パラレルリンクロボットシステム。
  12. ベース部と、前記ベース部に設けられた複数の駆動源と、関節部を有するリンクをそれぞれ含むとともに前記複数の駆動源によりそれぞれ駆動される複数のアーム部とを備えたパラレルリンクロボットの制御方法であって、
    前記複数の駆動源のうちの少なくとも1つの駆動源の駆動力に基づいて、前記アーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップを備える、パラレルリンクロボットの制御方法。
  13. 前記関節部が外れたか否かを判断するステップは、
    所定の前記アーム部の関節部の外れ状態および正常状態の少なくとも一方の状態における前記所定のアーム部に対応する所定の駆動源の駆動力を推定するステップと、
    前記所定の駆動源の推定した駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力とに基づいて、前記所定のアーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップとを含む、請求項12に記載のパラレルリンクロボットの制御方法。
  14. 前記所定の駆動源の駆動力を推定するステップは、前記所定のアーム部の関節部の外れ状態における前記所定の駆動源の駆動力を外れ状態時駆動力として推定するステップを有し、
    前記所定のアーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップは、前記所定の駆動源の外れ状態時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第1のしきい値以下の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するステップを有する、請求項13に記載のパラレルリンクロボットの制御方法。
  15. 前記所定の駆動源の駆動力を推定するステップは、前記所定のアーム部の正常状態における前記所定の駆動源の駆動力を正常時駆動力として推定するステップを有し、
    前記所定のアーム部の関節部が外れたか否かを判断するステップは、前記所定の駆動源の正常時駆動力と前記所定の駆動源の実駆動力との差が第3のしきい値以上の場合に、前記所定のアーム部の関節部が外れたと判断するステップを有する、請求項13に記載のパラレルリンクロボットの制御方法。
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