JP2015155134A

JP2015155134A - ロボット、制御装置、及び制御方法

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Publication number: JP2015155134A
Application number: JP2014031415A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　大輔; Daisuke Sato; 大輔佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27

Abstract

【課題】停電時にワークやツールが落下するおそれを低減することができ安全性が高まるロボット、制御装置、及び制御方法を提供する。【解決手段】ロボットは、指部５４が設けられた把持部３６と、把持部３６が設けられたアーム３２と、アーム３２を駆動する駆動部４８と、を備え、駆動部４８は、停電時において、指部５４と把持部３６との接続部７０の重力方向の高さよりも指部５４の先端の重力方向の高さが高くなるようにアーム３２を駆動する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボット、制御装置、及び制御方法に関するものである。

従来、産業用ロボットの停電対策として、種々の手段が提案されている。例えば、停電時に、無停電電源装置を用いてハンドを作業台の安全な場所に退避し、ハンドが把持するワークを配置する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１７２９６８号公報

しかしながら、作業台には通常、別のワークやツールなどの障害物が多く存在し、ハンドが把持しているワークを安全に配置可能なスペースが存在しない場合がある。

また、たとえ安全に配置可能なスペースがあったとしても、停電した時点でのハンドの位置から安全に配置可能なスペースまでの距離が長いと、移動中にハンドを把持するための無停電電源装置の電力がなくなり、ワークを落下させてしまうおそれがある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るロボットは、指部が設けられた把持部と、前記把持部が設けられたアームと、前記アームを駆動する駆動部と、を備え、前記駆動部は、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、停電時において、指部と把持部との接続部の重力方向の高さよりも指部の先端の重力方向の高さが高くなるようにアームを駆動する。これにより、例えば把持しているワークやツールの放り投げを防止できる。その結果、停電時にワークやツールが落下するおそれを低減することができ安全性が高まる。

［適用例２］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記駆動部は、停電時において、前記駆動部の減速動作によって発生される回生エネルギーを用いることを特徴とする。

本適用例によれば、停電した場合に、回生エネルギーを用いて、アームを安全な姿勢で止めることができる。

［適用例３］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記アームは、第１アームと第２アームとを有し、前記ロボットは、前記第１アームと前記第２アームとが設けられた胴部を備え、前記駆動部は、停電時において、前記第１アームと前記第２アームとが左右対称な動きとなるように駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、停電時において、第１アームと第２アームとが左右対称な動きとなるので、各アームの慣性力が打ち消し合うように駆動することで急停止による転倒を防止できる。

［適用例４］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記駆動部は、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動した後、前記把持部を前記胴部側に近づけるように前記アームを駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、把持部やアームの重量に対向して姿勢を維持するための駆動部の必要トルクを低減できる。

［適用例５］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記駆動部は、前記把持部を前記胴部側に近づけた後、前記把持部を重力方向に下げるように前記アームを駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、把持部を重力方向に下げることで位置エネルギーを回生エネルギーに変換できる。

［適用例６］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記駆動部は、前記把持部を重力方向に下げた後、前記第１アーム及び前記第２アームのそれぞれの肘部を作業台上に当接させるように前記アームを駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、肘部を作業台につけることで急停止による転倒を防止できる。

［適用例７］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記肘部には、バンパーが備えられていることを特徴とする。

本適用例によれば、ロボット及び作業台の損傷を低減できる。

［適用例８］本適用例に係る制御装置は、上記のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御装置であって、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とする。

［適用例９］本適用例に係る制御方法は、上記のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御方法であって、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とする。

本実施形態に係るロボットの正面斜視図。本実施形態に係るロボットの背面斜視図。本実施形態に係るアームの詳細を示す図。本実施形態に係る制御装置の構成図。本実施形態に係る停電監視装置による停電監視フロー図。本実施形態に係る停電時のロボットの動作フロー図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

図１は、本実施形態に係るロボット２の正面斜視図である。図２は、本実施形態に係るロボット２の背面斜視図である。本実施形態に係るロボット２は、主として、胴部１０と、アーム１２と、タッチパネルモニター１４と、脚部１６と、搬送用ハンドル１８と、電子カメラ２０と、信号灯２２と、電源スイッチ２４と、外部Ｉ／Ｆ部２６と、昇降ハンドル２８と、を備える。アーム１２は、第１アーム３０と第２アーム３２とを備える。ロボット２は、人間型双腕ロボットであり、制御部（制御装置）３４（図４参照）からの制御信号に従い処理を行う。このロボット２は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができるものである。なお、この製造作業は、通常、作業台（図示せず）上で行われる。

なお、以下では、説明の都合上、図１、図２、図３中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。また、図１の手前側を「正面側」又は「正面」といい、図２の手前側を「背面側」又は「背面」という。

胴部１０の両側面の上端近傍には、それぞれアーム１２（いわゆるマニピュレーター）が設けられる。

アーム１２の先端には、ワークＷ（図３参照）や道具（ツール）を把持するハンド（把持部）３６（いわゆるエンドエフェクター）が設けられる。アーム１２のエンドポイントの位置は、ハンド３６の位置である。なお、エンドエフェクターはハンド３６に限られない。

また、アーム１２には、作業台の上に載置されたワークＷ等を撮影するハンドアイカメラ３８が設けられる。

アーム１２の詳細については、後に詳述する。なお、ロボット２に設けられるのはアーム１２に限られない。例えば、複数のジョイントとリンクとにより構成され、ジョイントを動かすことで全体が動くマニピュレーターであれば、どのような形態でもよい。

胴部１０は、脚部１６のフレーム上に設けられる。なお、脚部１６はロボットの基台であり、胴部１０はロボットの胴体部である。胴部１０は、本発明のロボット本体に相当する。なお、胴部１０のみでなく、脚部１６を含めてロボット本体としてもよい。

脚部１６の内部には、ロボット２自身を制御する制御部３４等が設けられる。脚部１６の内部には回転軸が設けられ、この回転軸には胴部１０の肩領域４０が設けられる。

脚部１６の背面には、電源スイッチ２４と、制御部３４と外部のＰＣ等を接続する外部接続端子である外部Ｉ／Ｆ部２６とが設けられる。電源スイッチ２４は、ロボット２の電源を投入する電源ＯＮスイッチ４２と、ロボット２の電源を遮断する電源ＯＦＦスイッチ４４とを有する。

また、脚部１６の最下部には、図示しない複数のキャスターが水平方向に間隔をおいて設置されている。これにより、作業者が搬送用ハンドル１８を押すこと等によりロボット２を移動搬送することができる。

胴部１０から上に突出する、頭部に当たる部分には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を有する電子カメラ２０と、信号灯２２とが設けられる。電子カメラ２０は、例えば、作業台等を撮像することができる。信号灯２２は、例えば、赤色の光、黄色の光、青色の光をそれぞれ発するＬＥＤを有し、これらのＬＥＤがロボット２の現在の状態に応じて適宜選択されて発光する。

胴部１０の背面には、昇降ハンドル２８が設けられる。昇降ハンドル２８は、胴部１０の最上部にある肩領域４０を、胴部本体４６に対して上下方向に移動させる。これにより、様々な高さの作業台に対応することができる。

また、胴部１０の背面側には、ロボット２の背面側から視認可能なモニターを有するタッチパネルモニター１４が配置されている。液晶モニターは、例えばロボット２の現在の状態を表示することができる。また、液晶モニターは、タッチパネル機能を有しており、ロボット２に対する動作の設定を行う操作部としても用いられる。タッチパネルモニター１４は、本実施形態の入力部に相当する。

図３は、本実施形態に係るアーム１２の詳細を示す図である。図３ではアーム１２が退避姿勢（後に詳述）をとっている様子を示している。

アーム１２は、胴部１０側から順に、アーム部材（本実施形態のマニピュレーター部材に相当）１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅがジョイント（図示せず）により連結されて構成される。ジョイントには、それらを動作させるためのアクチュエーター（駆動部）４８が設けられる。

アーム１２は７個の回動軸を有する７軸ロボットである。７個の回動軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７は、それぞれ、ジョイントに設けられたアクチュエーター４８の回転軸である。アーム部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ及びハンド３６は、回動軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７回りに独立して回動することができる。

アクチュエーター４８は、例えば、サーボモーターやエンコーダーなどを備える。エンコーダーが出力するエンコーダー値は、制御部３４によるロボット２のフィードバック制御に使用される。また、アクチュエーター４８には、回転軸を固定する電磁ブレーキが設けられる。

アーム部材１２Ｅの先端（アーム１２の手首部分に相当）には、図示しない力覚センサーが設けられている。力覚センサーは、ロボット２が出している力に対する反力として受けている力や、モーメントを検出するセンサーである。力覚センサーとしては、例えば、並進３軸方向の力成分と、回転３軸回りのモーメント成分の６成分を同時に検出することができる６軸力覚センサーを用いることができる。なお、力覚センサーは、６軸に限らず、例えば３軸でもよい。

また、アーム部材１２Ｅの先端には、ハンド３６を着脱可能に設けるための着脱部材５０を介して、ハンド３６が設けられる。

ハンド３６は、本体部５２と、本体部５２の先端側に配置された複数本（例えば、２本〜４本の任意の数）のフィンガー（指部）５４とを有する。本体部５２は、外形形状がほぼ直方体状をなし、その内部に各フィンガー５４を駆動させる駆動機構（図示せず）が設けられる。駆動機構によりフィンガー５４同士を互いに接近させることにより、これらの間で部品等の対象物を挟持することができる。また、駆動機構によりこの挟持状態からフィンガー５４同士を互いに離間させることにより、対象物を解放することができる。

図４は、本実施形態に係る制御装置（制御部）３４の構成図である。図４に示すように、本実施形態の制御装置３４は、ロボットコントローラー５６、停電監視装置５８、及び無停電電源装置（コンデンサー）６０を備える。主電源６２（例えば外部電源）は、ロボットコントローラー５６、停電監視装置５８、及び無停電電源装置６０にそれぞれ接続され、それぞれに電力を供給する。なお、無停電電源装置６０はコンデンサーによる電源平滑回路も含んでいる。

ロボットコントローラー５６は、ロボット２に電力を供給するとともに、予め記憶したプログラムに基づき指令信号をロボット２に出力し、ロボット２を３次元的に数値制御する。

停電監視装置５８は、主電源６２の電圧を常時監視し、電圧低下を感知して電圧低下信号をロボットコントローラー５６の停電制御部６４に出力する。また、主電源６２の電圧低下後に、電圧が復旧した場合に電圧復旧信号を同様に出力する。

無停電電源装置６０は、停電感知時にハンド３６、ロボット２、及びロボットコントローラー５６に電力を供給する。この無停電電源装置６０の容量は、停電時において、フィンガー５４とハンド３６との接続部７０の重力方向の高さよりもフィンガー５４の先端の重力方向の高さが高くなるようにアーム１２を駆動するように設定されている。この設定により、無停電電源装置６０の容量を小さくすることができるので、無停電電源装置６０の設置面積を減らすことができ、またコストも抑制できる。

図５は、本実施形態に係る停電監視装置５８による停電監視フロー図である。図５に示すように、停電監視は、ステップＳ１〜Ｓ７の各ステップからなる。

ステップＳ１において、停電監視では主電源６２（例えば外部電源）の電圧を常時監視する。ステップＳ２において、停電監視では電圧低下を感知する。ステップＳ３において、停電監視ではこの電圧低下が瞬時電圧低下でない場合に、停電と判断する。ステップＳ４において、停電監視ではロボットコントローラー５６の停電制御部６４に停電を通知し、ロボットコントローラー５６により瞬時に無停電電源装置６０を作動させ、無停電電源装置６０からハンド３６、ロボット２、及びロボットコントローラー５６に電力を供給する。

次いで、ステップＳ５において、電源復旧を待ち、ステップＳ６において、電源が復旧したら、ステップＳ７において、ロボットコントローラー５６の停電制御部６４に停電通知解除を通知し、ロボットコントローラー５６により電源を主電源６２に復帰させ、主電源６２から、ハンド３６、ロボット２、及びロボットコントローラー５６に電力を供給する。

図６は、本実施形態に係る停電時のロボット２の動作フロー図である。図６に示すように、停電時の動作は、ステップＳ１１〜Ｓ１７の各ステップからなる。

まず、ステップＳ１１において、ワークＷ把持は、ロボット２の作動中、常時検出される。この検出は、ハンド３６とワークＷとの接触を検知するセンサー（例えばハンド３６の接触面付近に備えられたリミットスイッチのＯＮ／ＯＦＦ）、ハンド３６の通電／切断、あるいは搬送ロボットの作動プログラム等により検出する。

次に、ステップＳ１２において、ワークＷ把持中に停電通知を受信すると、ステップＳ１３〜Ｓ１７を開始し、ハンド３６の掌を上に向け、ワークＷ把持を解除して停止する。これにより、電源供給が断絶した場合のロボット２の停止動作を、より安全な姿勢へと導く制御を行う。その際に、アクチュエーター４８は、停電時において、アクチュエーター４８の減速動作によって発生される回生エネルギーを用いてもよい。これによれば、停電した場合に、回生エネルギーを用いて、アーム１２を安全な姿勢で止めることができる。

具体的には、まず、ステップＳ１３において、停電制御部６４の制御により、アクチュエーター４８は、停電時において、図３に示すように、フィンガー５４とハンド３６との接続部７０の重力方向の高さよりもフィンガー５４の先端７２の重力方向の高さが高くなるようにアーム１２を駆動する。これにより、ハンド３６からワークＷやツールの落下を防止できる。

次に、ステップＳ１４において、アクチュエーター４８は、ハンド３６を胴部１０側に近づけるようにアーム１２を駆動する。つまり、脇を締める。これにより、ワークＷやツールやハンド３６やアーム１２の重量に対向して姿勢を維持するためのアクチュエーター４８の必要トルクを低減できる。その際、アクチュエーター４８は、第１アーム及び第２アームのそれぞれの肘部６６を作業台（図示せず）に当たらない程度に下げるようにアーム１２を駆動してもよい。これにより、肘部６６の位置エネルギーが回生エネルギーとして回収できる。

次に、ステップＳ１５において、アクチュエーター４８は、ハンド３６を重力方向に下げるようにアーム１２を駆動する。これにより、ハンド３６を重力方向に下げることで位置エネルギーを回生エネルギーに変換できる。

次に、ステップＳ１６において、アクチュエーター４８は、第１アーム及び第２アームのそれぞれの肘部６６を作業台（図示せず）上に当接させるようにアーム１２を駆動する。これによれば、肘部６６を作業台につけることで急停止による転倒を防止できる。なお、肘部６６には、バンパー６８を設けてもよい。これにより、ロボット２及び作業台の損傷を低減できる。また、バンパー６８が可動式で停電時以外は収納されていれば、通常時に邪魔にならない。

次に、ステップＳ１７において、安定な姿勢になって停止したら、電磁ブレーキを非励磁にしてロックする。なお、アクチュエーター４８は、停電時において、第１アーム３０と第２アーム３２とが左右対称な動きとなるように駆動してもよい。これによれば、停電時において、第１アーム３０と第２アーム３２とが左右対称な動きとなるので、各アームの慣性力が打ち消し合うように駆動することで急停止による転倒を防止できる。双腕ロボットでは、なるべく左右対称な（力が発生する）動きをさせることで、転倒に繋がる不安定姿勢をさらに防止できる。

各動作のうちのどれを選択するかは、予めプログラムにより設定する。この設定は、必要となる電力量が最小になるように選択するのが好ましい。また、本実施形態はこれに限定させず、その他の条件、例えば、停電通知解除後に再スタートしやすい状態に設定してもよい。

本実施形態によれば、アクチュエーター４８は、停電時において、フィンガー５４とハンド３６との接続部７０の重力方向の高さよりもフィンガー５４の先端７２の重力方向の高さが高くなるようにアーム１２を駆動する。これにより、把持しているワークＷやツールの放り投げを防止できる。その結果、停電時にワークＷやツールが落下するおそれを低減することができ安全性が高まる。

以上、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。特に、本発明は、ロボットと、制御部及び撮像部とが別に設けられたロボットシステムとして提供してもよいし、ロボットに制御部等が含まれたロボットとして提供してもよいし、制御部のみ、又は制御部及び撮像部からなるロボット制御装置として提供してもよい。また、本発明は、ロボット等を制御するプログラムやプログラムを記憶した記憶媒体として提供することもできる。

２…ロボット１０…胴部１２…アーム１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ…アーム部材１４…タッチパネルモニター１６…脚部１８…搬送用ハンドル２０…電子カメラ２２…信号灯２４…電源スイッチ２６…外部Ｉ／Ｆ部２８…昇降ハンドル３０…第１アーム３２…第２アーム３４…制御部（制御装置）３６…ハンド（把持部）３８…ハンドアイカメラ４０…肩領域４２…電源ＯＮスイッチ４４…電源ＯＦＦスイッチ４６…胴部本体４８…アクチュエーター（駆動部）５０…着脱部材５２…本体部５４…フィンガー（指部）５６…ロボットコントローラー５８…停電監視装置６０…無停電電源装置６２…主電源６４…停電制御部６６…肘部６８…バンパー７０…接続部７２…先端。

Claims

指部が設けられた把持部と、
前記把持部が設けられたアームと、
前記アームを駆動する駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とするロボット。
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記駆動部は、停電時において、前記駆動部の減速動作によって発生される回生エネルギーを用いることを特徴とするロボット。
請求項１又は２に記載のロボットにおいて、
前記アームは、第１アームと第２アームとを有し、
前記ロボットは、前記第１アームと前記第２アームとが設けられた胴部を備え、
前記駆動部は、停電時において、前記第１アームと前記第２アームとが左右対称な動きとなるように駆動することを特徴とするロボット。
請求項３に記載のロボットにおいて、
前記駆動部は、停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動した後、前記把持部を前記胴部側に近づけるように前記アームを駆動することを特徴とするロボット。
請求項４に記載のロボットにおいて、
前記駆動部は、前記把持部を前記胴部側に近づけた後、前記把持部を重力方向に下げるように前記アームを駆動することを特徴とするロボット。
請求項５に記載のロボットにおいて、
前記駆動部は、前記把持部を重力方向に下げた後、前記第１アーム及び前記第２アームのそれぞれの肘部を作業台上に当接させるように前記アームを駆動することを特徴とするロボット。
請求項６に記載のロボットにおいて、
前記肘部には、バンパーが備えられていることを特徴とするロボット。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御装置であって、
停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とする制御装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御方法であって、
停電時において、前記指部と前記把持部との接続部の重力方向の高さよりも前記指部の先端の重力方向の高さが高くなるように前記アームを駆動することを特徴とする制御方法。