JP2015182165A - ロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができるロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明のロボットは、ロボットアームと、力覚センサーと、前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除する。また、前記ロボットアームに設けられ、角速度または加速度を検出する慣性センサーを有し、前記制御部は、前記慣性センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの速度を求め、前記速度の振動の振幅が閾値Ａよりも小さい場合に、前記ロボットアームの速度が等速度であると判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置に関するものである。

従来、ロボットアームを備えたロボットが知られている。ロボットアームは複数のアーム部材が関節部を介して連結され、最も先端側のアーム部材には、エンドエフェクターとして、例えば、ハンドが装着される。関節部はモーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アーム部材が回動する。そして、ロボットは、例えば、ハンドで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、開口に挿入する等の所定の作業を行う。

また、最も先端側のアーム部材とハンドとの間には、力覚センサーが設けられており、ロボットは、前記作業の際は、力覚センサーにより、力やモーメントを検出し、その力覚センサーの検出結果に基づいて、インピーダンス制御（力制御）を行う。

そして、力覚センサーでは、温度変化や回路のリーク電流による出力ドリフト等により、力検出の精度が低下してしまうので、前記作業の際は、力覚センサーのゼロ点補正（初期化）を行う（例えば、特許文献１参照）。この力覚センサーのゼロ点補正により、力検出の精度を向上させることができる。

特開２００９−２３０４７号公報

しかしながら、従来のロボットでは、図１３に示すように、力覚センサーを用いた作業として、ロボットアームを第１の位置から第２の位置に移動させ、対象物を開口に挿入させ、その後、ロボットアームを第３の位置に移動させる場合、力覚センサーのゼロ点補正は、一旦、ロボットアームを第１の位置に停止させ、その後、停止した状態で行っていた。これにより、力覚センサーを用いた作業において、サイクルタイムが長くなるという問題があった。

本発明の目的は、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができるロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置を提供することにある。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（適用例１）
本発明に係わるロボットは、ロボットアームと、
力覚センサーと、
前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とする。

これにより、作業の際、例えば、ロボットアームを停止させる動作がある場合、ロボットアームを停止させる前から力覚センサーの初期化を開始することにより、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができる。

（適用例２）
本発明に係わるロボットでは、前記ロボットアームに設けられ、角速度または加速度を検出する慣性センサーを有し、
前記制御部は、前記慣性センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの速度を求め、前記速度の振動の振幅が閾値Ａよりも小さい場合に、前記ロボットアームの速度が等速度であると判別することが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例３）
本発明に係わるロボットでは、前記閾値Ａは、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例４）
本発明に係わるロボットでは、前記制御部は、前記制御部により求められた前記速度の振動の振幅が前記閾値Ａよりも小さくなった時に、前記力覚センサーの初期化状態を解除することが好ましい。

これにより、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムをより短くすることができる。

（適用例５）
本発明に係わるロボットでは、前記ロボットアームに角速度または加速度を検出する慣性センサーが設けられ、
前記制御部は、前記慣性センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの速度を求め、前記速度の振動の振幅が閾値Ａよりも小さく、かつ、前記速度が閾値Ｂよりも小さい場合に、前記ロボットアームの速度が等速度であると判別することが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例６）
本発明に係わるロボットでは、前記閾値Ａは、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例７）
本発明に係わるロボットでは、前記閾値Ｂは、２０ｍｍ毎秒(mm/sec)以下であることが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例８）
本発明に係わるロボットでは、前記制御部は、前記制御部により求められた前記速度の振動の振幅が前記閾値Ａよりも小さくなり、かつ、前記制御部により求められた前記速度が前記閾値Ｂよりも小さくなった時に、前記力覚センサーの初期化状態を解除することが好ましい。

これにより、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムをより短くすることができる。

（適用例９）
本発明に係わるロボットでは、前記力覚センサーは、前記ロボットアームに設けられており、
前記制御部は、前記ロボットアームの前記力覚センサーが設けられている部位の速度に基づいて、前記ロボットアームの速度が等速度であるか否かを判定することが好ましい。
これにより、適正に力覚センサーを初期化することができる。

（適用例１０）
本発明に係わるロボットシステムは、ロボットアームと力覚センサーとを有するロボットと、
前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とする。

これにより、作業の際、例えば、ロボットアームを停止させる動作がある場合、ロボットアームを停止させる前から力覚センサーの初期化を開始することにより、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができる。

（適用例１１）
本発明に係わるロボット制御装置は、ロボットアームと力覚センサーとを有するロボットの作動を制御するロボット制御装置であって、
前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とする。

これにより、作業の際、例えば、ロボットアームを停止させる動作がある場合、ロボットアームを停止させる前から力覚センサーの初期化を開始することにより、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができる。

本発明のロボットの第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示すロボットの概略図である。 図１に示すロボットの主要部のブロック図である。 図１に示すロボットの力覚センサーの一部分の構成を示す回路図である。 図１に示すロボットにおいて、力覚センサーの初期化の期間を含む動作を示すタイミングチャートである。 図１に示すロボットのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図１に示すロボットの作業の際の動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの作業の際の動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの作業の際の動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの作業の際の動作を説明するための図である。 本発明のロボットの第２実施形態を示す概略図である。 本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。 従来のロボットにおいて、力覚センサーの初期化の期間を含む動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明のロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態（ロボット）＞
図１は、本発明のロボットの第１実施形態を正面側から見た斜視図である。図２は、図１に示すロボットの概略図である。図３は、図１に示すロボットの主要部のブロック図である。図４は、図１に示すロボットの力覚センサーの一部分の構成を示す回路図である。図５は、図１に示すロボットにおいて、力覚センサーの初期化の期間を含む動作を示すタイミングチャートである。図６は、図１に示すロボットのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。図７〜図１０は、それぞれ、図１に示すロボットの作業の際の動作を説明するための図である。図１３は、従来のロボットにおいて、力覚センサーの初期化の期間を含む動作を示すタイミングチャートである。

なお、以下では、説明の都合上、図１、図２、図７〜図１０中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１、図２、図７〜図１０中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。

また、図７〜図１０では、図が複雑になるのを避けるため、ロボット１のうち、説明に必要な部材のみ、すなわち、第２アーム部材１３、第３アーム部材１４、リスト１６（第５アーム部材１７）およびハンド９１を図示する。

図１〜図３に示すロボット（産業用ロボット）１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、ロボット本体（本体部）１０と、ロボット本体１０（ロボット１）の作動を制御するロボット制御装置（制御部）２０とを備えている。ロボット制御装置２０は、ロボット１に内蔵されており、ロボット本体１０とロボット制御装置２０とは、電気的に接続されている。ロボット１におけるロボット制御装置２０の位置は、特に限定されないが、図示の構成では、ロボット制御装置２０は、基台１１内に設置されている。また、ロボット制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。なお、ロボット制御装置２０については、後で詳述する。

ロボット本体１０は、基台（支持部）１１と、ロボットアーム５を有している。ロボットアーム５は、６つのアーム部材（腕部）１２、１３、１４、１５、１７、１８と、６つの駆動源４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６とを有している。そして、アーム部材１７とアーム部材１８とによりリスト１６が構成され、アーム部材１８の先端には、例えば、ハンド９１等のエンドエフェクター（図２参照）を取り付けることができる。すなわち、ロボット１は、基台１１と、アーム部材１２、１３、１４、１５と、リスト１６とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節（６軸）ロボットである。なお、以下では、アーム部材１２を「第１アーム部材」、アーム部材１３を「第２アーム部材」、アーム部材１４を「第３アーム部材」、アーム部材１５を「第４アーム部材」、アーム部材１７を「第５アーム部材」、アーム部材１８を「第６アーム部材」とも言う。また、駆動源４０１を「第１駆動源」、駆動源４０２を「第２駆動源」、駆動源４０３を「第３駆動源」、駆動源４０４を「第４駆動源」、駆動源４０５を「第５駆動源」、駆動源４０６を「第６駆動源」とも言う。

アーム部材１２〜１５、リスト１６は、それぞれ、基台１１に対し独立して変位可能に支持されている。このアーム部材１２〜１５、リスト１６の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、第１アーム部材１２、第２アーム部材１３、第４アーム部材１５の長さが、第３アーム部材１４およびリスト１６よりも長く設定されている。

図２及び図３に示すように、基台１１と第１アーム部材１２とは、関節（ジョイント）１７１を介して連結されている。関節１７１は、互いに連結された第１アーム部材１２を基台１１に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第１アーム部材１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸Ｏ１を中心に回動可能となっている。第１回動軸Ｏ１は、基台１１の設置面である床１０１の上面の法線と一致している。この第１回動軸Ｏ１回りの回動は、モーター４０１Ｍを有する第１駆動源４０１の駆動によりなされる。また、第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０１Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０１を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０１Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

また、第１アーム部材１２と第２アーム部材１３とは、関節（ジョイント）１７２を介して連結されている。関節１７２は、互いに連結された第１アーム部材１２と第２アーム部材１３のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第２アーム部材１３は、第１アーム部材１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸Ｏ２を中心に回動可能となっている。第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１と直交している。この第２回動軸Ｏ２回りの回動は、モーター４０２Ｍを有する第２駆動源４０２の駆動によりなされる。また、第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０２Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０２を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０２Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１に直交する軸と平行であってもよい。

そして、第２アーム部材１３と第３アーム部材１４とは、関節（ジョイント）１７３を介して連結されている。関節１７３は、互いに連結された第２アーム部材１３と第３アーム部材１４のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第３アーム部材１４は、第２アーム部材１３に対して水平方向と平行な回動軸Ｏ３を中心に回動可能となっている。第３回動軸Ｏ３は、第２回動軸Ｏ２と平行である。この第３回動軸Ｏ３回りの回動は、第３駆動源４０３の駆動によりなされる。また、第３駆動源４０３は、モーター４０３Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０３Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０３を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第３駆動源４０３はモーター４０３Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０３Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

それから、第３アーム部材１４と第４アーム部材１５とは、関節（ジョイント）１７４を介して連結されている。関節１７６は、互いに連結された第３アーム部材１４と第４アーム部材１５のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第４アーム部材１５は、第３アーム部材１４（基台１１）に対し、第３アーム部材１４の中心軸方向と平行な第４回動軸Ｏ４を中心に回動可能となっている。第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３と直交している。この第４回動軸Ｏ４回りの回動は、第４駆動源４０４の駆動によりなされる。また、第４駆動源４０４は、モーター４０４Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０４Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０４を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第４駆動源４０４はモーター４０４Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０４Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３に直交する軸と平行であってもよい。

さらに、第４アーム部材１５とリスト１６の第５アーム部材１７とは、関節（ジョイント）１７５を介して連結されている。関節１７５は、互いに連結された第４アーム部材１５とリスト１６の第５アーム部材１７のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、リスト１６の第５アーム部材１７は、第４アーム部材１５に対して水平方向（ｙ軸方向）と平行な第５回動軸Ｏ５を中心に回動可能となっている。第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４と直交している。この第５回動軸Ｏ５回りの回動は、第５駆動源４０５の駆動によりなされる。また、第５駆動源４０５は、モーター４０５Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０５Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０５を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第５駆動源４０５はモーター４０５Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０５Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

そして、リスト１６の第５アーム部材１７と第６アーム部材１８とは、関節（ジョイント）１７６を介して連結されている。関節１７６は、互いに連結されたリスト１６の第５アーム部材１７と第６アーム部材１８のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、リスト１６の第６アーム部材１８は、第５アーム部材１７に対し、第６回動軸Ｏ６を中心に回動可能となっている。回動軸Ｏ６は、回動軸Ｏ５と直交している。この第６回動軸Ｏ６回りの回動は、第６駆動源４０６の駆動によりなされる。また、第６駆動源４０６の駆動は、モーターとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０６Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０６を介してロボット制御装置２０により制御される（図３参照）。なお、第６駆動源４０６はモーター４０６Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０６Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４に直交する軸と平行であってもよく、また、第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５に直交する軸と平行であってもよい。

図３に示すように、駆動源４０１〜４０６には、それぞれのモーターまたは減速機に、第１位置センサー（第１角度センサー）４１１、第２位置センサー（第２角度センサー）４１２、第３位置センサー（第３角度センサー）４１３、第４位置センサー（第４角度センサー）４１４、第５位置センサー（第５角度センサー）４１５、第６位置センサー（第６角度センサー）４１６が設けられている。これらの位置センサーとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、エンコーダー、ロータリーエンコーダー、レゾルバー、ポテンショメーター等を用いることができる。これらの位置センサー４１１〜４１６により、それぞれ、駆動源４０１〜４０６のモーターまたは減速機の軸部の回転角度を検出する。この駆動源４０１〜４０６のモーターとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーター、圧電素子を用いた圧電モーター等が挙げられる。

また、図２に示すように、ロボット本体１０は、慣性センサーとして、ロボットアーム５に設けられた角速度センサー３１を有している。角速度センサー３１の設置箇所は、特に限定されないが、本実施形態では、角速度センサー３１は、ロボットアーム５の先端部、すなわち、リスト１６の第６アーム部材１８の先端部に設置されている。換言すれば、角速度センサー３１は、後述する力覚センサー８１が設けられている部材（部位）に設置されている。これにより、角速度センサー３１により、ロボットアーム５の力覚センサー８１が設けられている部位の角速度を検出することができ、これにより、ロボットアーム５の力覚センサー８１が設けられている部位の速度を精度良く求めることができる。なお、角速度センサー３１が他の部位に設けられている場合でも、角速度センサー３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム５の力覚センサー８１が設けられている部位の角速度や速度を求めることができる。

なお、角速度センサー３１としては、特に限定されず、例えば、ジャイロセンサー等を用いることができる。また、角速度センサー３１としては、本実施形態では、互いに直交する３つの検出軸の回りの角速度を検出するものを用いるが、これに限らず、例えば、前記３つの検出軸のうちの１軸の回りの角速度または２軸の回りの角速度を検するものでもよい。また、角速度センサー３１の数は、１つでもよく、また、複数でもよい。

また、本実施形態では、慣性センサーとして、角速度センサーを用いているが、これに限定されず、例えば、加速度センサーを用いてもよい。

また、図２に示すように、ロボット本体１０は、ロボットアーム５のリスト１６のアーム部材１８の先端部（リスト１６のアーム部材１８とハンド９１との間）に設けられた力覚センサー８１を有している。

力覚センサー８１は、ハンド９１が把持した後述する挿入物４１を介して受ける反力等の力やモーメントを検出するものである。この力覚センサー８１としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、その１例としては、例えば、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する６軸力センサー等が挙げられる。なお、以下では、力とモーメントとを含めて力とも言う。この力覚センサー８１の検出結果、すなわち、力覚センサー８１から出力される信号は、ロボット制御装置２０に入力される。

次に、力覚センサー８１の初期化の１例について説明する。そして、その説明のため、力覚センサー８１の一部分の回路構成を説明する。

図４に示すように、力覚センサー８１は、受けた外力に応じて電荷（信号）を出力する圧電素子８２と、圧電素子８２から出力された電荷を電圧に変換する変換回路８６とを有している。変換回路８６は、オペアンプ８３と、コンデンサー８４と、スイッチング素子８５とを有する。オペアンプ８３の反転入力端子（マイナス入力）は、圧電素子８２に接続され、オペアンプ８３の非反転入力端子（プラス入力）は、グランド（基準電位点）に接地されている。また、オペアンプ８３の出力端子は、後段の回路に接続されている。コンデンサー８４は、オペアンプ８３の反転入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチング素子８５は、オペアンプ８３の反転入力端子と出力端子との間に接続され、コンデンサー８４と並列接続されている。また、スイッチング素子８５は、駆動回路（図示せず）に接続されており、駆動回路からのオン／オフ信号に従い、スイッチング素子８５はスイッチング動作を実行する。

スイッチング素子８５がオフの場合、圧電素子８２から出力された電荷は、コンデンサー８４に蓄えられ、電圧として後段の回路に出力され、これにより、力検出を行うことができる。次に、スイッチング素子８５がオンになった場合、コンデンサー８４の両端子間が短絡される。その結果、コンデンサー８４に蓄えられた電荷は、放電されて０クーロンとなり、後段の回路に出力される電圧は、０ボルトとなる。スイッチング素子８５がオンとなることを、変換回路８６をリセットすると言う。すなわち、このようなスイッチング素子８５を有する変換回路８６を備えた力覚センサーを用いる本実施形態では、スイッチング素子８５がオンしたときに、力覚センサー８１の初期化（ゼロ点補正）が開始され、スイッチング素子８５がオンしているときが、力覚センサー８１の初期化状態であり、スイッチング素子８５がオフしたときに、力覚センサー８１の初期化状態が解除される（初期化を終了する）。

なお、理想的な変換回路８６から出力される電圧は、圧電素子８２から出力される電荷量に比例する。

スイッチング素子８５としては、特に限定されず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子を用いることができる。なお、スイッチング素子８５としては、半導体スイッチング素子に限らず、例えば、メカニカルスイッチ等を用いてもよい。また、力覚センサー８１の構成は、前記の構成に限定されないことは言うまでもない。

図３に示すように、ロボット本体１０は、ロボット制御装置２０と電気的に接続されている。すなわち、駆動源４０１〜４０６、位置センサー４１１〜４１６、角速度センサー３１、力覚センサー８１は、それぞれ、ロボット制御装置２０と電気的に接続されている。

そして、ロボット制御装置２０は、アーム部材１２〜１５、リスト１６をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー３０１〜３０６を介して、駆動源４０１〜４０６をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、ロボットロボット制御装置２０は、位置センサー４１１〜４１６、角速度センサー３１、力覚センサー８１により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源４０１〜４０６の駆動、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ制御する。この場合、ロボット制御装置２０は、例えば、インピーダンス制御（力制御）、位置制御等の所定の制御を行う。この制御プログラムは、ロボット制御装置２０に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。

なお、図１に示すように、基台１１は、ロボット１が垂直多関節ロボットの場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、設置スペースの床１０１に固定される部分である。この基台１１内には、例えば、モーター４０１Ｍやモータードライバー３０１〜３０６等が収納されている。

また、リスト１６には、その先端部（第４アーム部材１５と反対側の端部）に、エンドエフェクターとして、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するハンド９１が着脱可能に装着される（図２参照）。なお、ハンド９１としては、特に限定されず、例えば、複数本の指部（フィンガー）を有する構成のものが挙げられる。そして、このロボット１は、ハンド９１で精密機器を把持したまま、アーム部材１２〜１５やリスト１６等の動作を制御することにより、当該精密機器を搬送することができる。

次に、図１〜図３を参照し、ロボット制御装置２０の構成について説明する。
ロボット制御装置２０は、第１駆動源４０１の作動を制御する第１駆動源制御部２０１と、第２駆動源４０２の作動を制御する第２駆動源制御部２０２と、第３駆動源４０３の作動を制御する第３駆動源制御部２０３と、第４駆動源４０４の作動を制御する第４駆動源制御部２０４と、第５駆動源４０５の作動を制御する第５駆動源制御部２０５と、第６駆動源４０６の作動を制御する第６駆動源制御部２０６とを有している。

ロボット制御装置２０は、ロボット１が行う処理の内容に基づいてリスト１６の先端部の目標位置、すなわち、リスト１６に装着されたハンド９１の目標位置を求め、その目標位置にハンド９１を移動させるための軌道を生成する。そして、ロボット制御装置２０は、その生成した軌道に沿ってハンド９１（リスト１６）が移動するように、各駆動源４０１〜４０６の回転角度を所定の制御周期ごとに測定し、この測定結果に基づいて演算した値をそれぞれ各駆動源４０１〜４０６の位置指令として駆動源制御部２０１〜２０６に出力する。また、ロボットロボット制御装置２０は、位置センサー４１１〜４１６、角速度センサー３１、力覚センサー８１により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源４０１〜４０６の駆動をそれぞれ制御する。

また、このロボット１では、力覚センサー８１を用いた作業を行う際、ロボット制御装置２０の制御により、力覚センサー８１の初期化（ゼロ点補正）を行う。そして、その力覚センサー８１の初期化については、ロボットアーム５が減速を開始した後に力覚センサー８１の初期化を開始し、ロボットアーム５の速度が等速度のときに、力覚センサー８１の初期化状態を解除する。前記「等速度」には、ロボットアーム５が移動している場合のみならず、停止している場合も含まれる。なお、以下では、力覚センサー８１の初期化を単に「初期化」とも言う。

作業の際、例えば、ロボットアーム５を停止させる動作があり、ロボットアーム５を停止させた後、移動させて力覚センサー８１を用いた作業を行う場合、ロボットアーム５を停止させる前から力覚センサー８１の初期化を開始することにより、初期化のためのみに要する時間を短縮することができ、力覚センサーを用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができる。

そして、ロボットアーム５の速度が等速度のとき、この場合は、ロボットアーム５が停止しているときは、ロボットアーム５に加速度が加わらないので、そのときに力覚センサー８１の初期化状態を解除し、初期化を終了することにより、力覚センサー８１を適正に初期化することができる。

なお、ロボット制御装置２０は、ロボット１の動作命令（コマンド等）に基づいて、ロボットアーム５の状態、例えば、ロボットアーム５が等速度で移動中、減速開始、減速中、停止、移動開始等の状態を把握している。

ここで、力覚センサー８１の初期化とは、力覚センサー８１の出力値（力検出値）を所定値（基準値）とすることである。換言すれば、力覚センサー８１の初期化とは、例えば、ワークの重量のバラツキやロボットアーム５の姿勢等による重力の影響、回路のリーク電流や熱膨張等によるドリフトの影響等をなくすかまたは減少させることである。すなわち、ワークの重量のバラツキやロボットアーム５の姿勢等による重力の影響、回路のリーク電流や熱膨張等によるドリフトの影響等で力覚センサー８１から出力される値を所定値とすることである。前記所定値としては、「０」が好ましい。

具体例としては、例えば、前述したように、力覚センサー８１のスイッチング素子８５をオンし（閉じ）、コンデンサー８４に蓄積された電荷を放電することである（図４参照）。そして、前述したように、スイッチング素子８５がオンしたときに、力覚センサー８１の初期化が開始され、スイッチング素子８５がオンしているときが、力覚センサー８１の初期化状態であり、スイッチング素子８５がオフしたときに、力覚センサー８１の初期化状態が解除される（初期化を終了する）。

また、等速度とは、速度が全く変化しない場合に限らず、０．２秒間における速度の最大値と最小値との差の絶対値が２ｍｍ毎秒(mm/sec)以下のことである。また、等速度には、ロボットアーム５が移動している場合のみならず、停止している場合も含まれる。

また、ロボット制御装置２０は、角速度センサー３１の検出結果に基づいてロボットアーム５の速度を求め、その速度の振動の振幅を求め、求められた前記振幅が閾値Ａよりも小さい場合に、ロボットアーム５の速度が等速度であると判別することが好ましい。また、ロボット制御装置２０は、角速度センサー３１の検出結果に基づいてロボットアーム５の速度を求め、その速度の振動の振幅を求め、求められた前記振幅が閾値Ａよりも小さく、かつ、求められた前記速度が閾値Ｂよりも小さい場合に、ロボットアーム５の速度が等速度であると判別することがより好ましい。これにより、適正に初期化を行うことができる。

また、閾値Ａは、１００μｍ以下であることが好ましく、５μｍであることがより好ましい。

閾値Ａを前記の値に設定することにより、初期化の際、力覚センサー８１に対し、ロボットアーム５の移動（変位）により加速度が加わることを抑制することができ、適正に力覚センサー８１を初期化することができる。

また、閾値Ｂは、２０ｍｍ毎秒(mm/sec)以下であることが好ましく、１ｍｍ毎秒(mm/sec)であることがより好ましい。

閾値Ｂを前記の値に設定することにより、初期化の際、力覚センサー８１に対し、ロボットアーム５の移動（変位）により加速度が加わることを抑制することができ、適正に力覚センサー８１を初期化することができる。

また、ロボット制御装置２０により求められた前記振幅が閾値Ａよりも小さい場合にロボットアーム５の速度が等速度であると判別する場合は、初期化状態を解除するタイミングは、前記振幅が閾値Ａよりも小さいときであれば特に限定されないが、前記振幅が閾値Ａよりも小さくなった時点であることが好ましい。すなわち、前記振幅が閾値Ａよりも小さくなった時に、力覚センサー８１の初期化状態を解除することが好ましい。これにより、サイクルタイムをより短くすることができる。

また、ロボット制御装置２０により求められた前記振幅が閾値Ａよりも小さく、かつ、ロボット制御装置２０により求められた前記速度が閾値Ｂよりも小さい場合にロボットアーム５の速度が等速度であると判別する場合は、初期化状態を解除するタイミングは、前記振幅が閾値Ａよりも小さく、かつ、前記速度が閾値Ｂよりも小さいときであれば特に限定されないが、前記振幅が閾値Ａよりも小さくなり、かつ、前記速度が閾値Ｂよりも小さくなった時点であることが好ましい。すなわち、前記振幅が閾値Ａよりも小さくなり、かつ、前記速度が閾値Ｂよりも小さくなった時に、力覚センサー８１の初期化状態を解除することが好ましい。これにより、サイクルタイムをより短くすることができる。

また、ロボットアーム５の速度が等速度であるか否かを判定する際、ロボット制御装置２０により求められた振幅が閾値Ａよりも小さいか否かを判定する際、ロボット制御装置２０により求められた速度が閾値Ｂよりも小さいか否かを判定する際に、それぞれ、ロボットアーム５のどの部位の速度を判定の対象とするかは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、ロボットアーム５の力覚センサー８１が設けられている部位であることが好ましい。すなわち、ロボットアーム５の力覚センサー８１が設けられている部位の速度に基づいて、ロボットアーム５の速度が等速度であるか否かを判定することが好ましい。なお、本実施形態では、力覚センサー８１がリスト１６の第６アーム部材１８とハンド９１との間に設置されているので、それぞれ、ロボットアーム５の先端部、すなわち、リスト１６の第６アーム部材１８の先端部の速度が判定の対象である。これにより、初期化の際、力覚センサー８１に対し、ロボットアーム５の移動（変位）により加速度が加わることを抑制することができ、適正に力覚センサー８１を初期化することができる。

以下、ロボット１の力覚センサー８１を用いた作業と、力覚センサー８１の初期化について、具体例を挙げ、図５〜図１０に基づいて詳細に説明する。また、以下の説明では、ロボット制御装置２０の制御動作についても同時に説明する。

力覚センサー８１を用いた作業としては、特に限定されないが、本実施形態では、図７〜図１０に示すように、ハンド９１で、突起（挿入部）４２を有する第１部材（第１組立対象物）である挿入物４１を把持し、その挿入物４１（突起４２）を、インピーダンス制御により、第２部材（第２組立対象物）である挿入対象物４６の穴（開口）４７に挿入する作業を例に挙げる。この作業では、第２の位置に、挿入対象物４６が配置されており、ロボット制御装置２０の制御により、まず、ロボットアーム５を第１の位置に移動させ、次に、第１の位置から第２の位置に移動させ、挿入物４１を挿入対象物４６の穴４７に挿入し、その後、ロボットアームを第３の位置に移動させる。なお、上記および下記において、「ロボットアーム５を第１の位置、第２の位置、第３の位置に移動」とは、それぞれ、リスト１６やハンド９１を第１の位置、第２の位置、第３の位置に移動することである。

この作業では、まず、図６および図７に示すように、ロボットアーム５の第１の位置への移動を開始する（ステップＳ１０１）。

図５に示すように、ロボットアーム５は、加速期間、等速期間を経て、減速を開始する。そして、ロボットアーム５が減速を開始した後（図５に示す例では、減速を開始したタイミングで）、力覚センサー８１の初期化を開始する（ステップＳ１０２）。

次に、図５および図８に示すように、ロボットアーム５の第１の位置への移動が完了すると（ステップＳ１０３）、角速度センサー３１により角速度の検出を開始する（ステップＳ１０４）。そして、前述したように、角速度センサー８１の検出結果に基づいてロボットアーム５の速度や速度の振動の振幅を求め、その値と閾値とを比較し、所定のタイミングで、力覚センサー８１の初期化状態を解除し、初期化を終了する（ステップＳ１０５）。

次に、各動作条件（パラメーター）を通信し、設定する（ステップＳ１０６）。
次に、ロボットアーム５の第２の位置への移動を開始する（ステップＳ１０７）。

次に、挿入物４１が挿入対象物４６に接触する前に、インピーダンス制御を開始する（ステップＳ１０８）。このインピーダンス制御により、挿入物４１を挿入対象物４６に倣わせることができ、挿入物４１が挿入対象物４６に接触する瞬間や接触した接触状態においてもその挿入物４１に無理な力が加わることを防止することができる。そして、図９に示すように、ロボットアーム５が第２の位置に移動し、前記インピーダンス制御により、挿入物４１が挿入対象物４６の穴４７に挿入される（ステップＳ１０９）（図１０参照）。

次に、図１０に示すように、ロボットアーム５を第３の位置に移動させ（ステップＳ１１０）、インピーダンス制御を終了する（ステップＳ１１１）。

次に、挿入物４１が挿入対象物４６の穴４７に挿入されたか否かを判断し（ステップＳ１１２）、挿入されていないと判断した場合は、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行し、挿入されていると判断した場合は、作業を終了する。

なお、等速期間において力覚センサー８１の検出値の振幅が閾値Ａよりも小さくならず、挿入物４１が挿入対象物４６に接触する可能性が高くなった場合は、例えば、ロボットアーム５を、一旦、停止させて初期化を行ってもよい。

以上説明したように、このロボット１では、第１の位置から第２の位置にロボットアーム５を移動させる際に、ロボットアーム５を第１の位置に停止させる前から力覚センサー８１の初期化を開始することにより、初期化のためのみに要する時間を短縮することができる。これにより、力覚センサー８１を用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができ、作業効率を向上させることができる。

また、ロボットアーム５を第１の位置に停止させずに、ロボットアーム５の速度が等速度のときに、力覚センサー８１の初期化状態を解除することもでき、この場合は、初期化のためのみに要する時間を短縮することができる他、ロボットアーム５の第１の位置への停止、再始動のための時間を省略することができる。これにより、力覚センサー８１を用いた作業におけるサイクルタイムを短縮することができ、作業効率を向上させることができる。

＜第２実施形態（ロボット）＞
図１１は、本発明のロボットの第２実施形態を示す概略図である。

以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図１１に示すように、第２実施形態のロボット１Ａは、双腕ロボットであり、そのロボット本体１０は、２つのロボットアーム５と、各ロボットアーム５を支持する基台（支持部）としての胴部１１０とを備えている。このロボット１は、例えば、２つのハンド９１の一方で挿入物４１を把持し、他方で挿入対象物４６を把持して作業を行うことができる。
このロボット１Ａによれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

そして、このロボット１は、双腕ロボットであるので、多彩な動作を行うことができ、多彩な作業を行うことができる。
なお、ロボットアームの数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。

＜実施形態（ロボットシステム）＞
図１２は、本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。

以下、ロボットシステムの実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

図１２に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１Ｂと、ロボット１Ｂと別体であるロボット制御装置（制御部）２０とを有している。ロボット１Ｂは、第１実施形態のロボット１からロボット制御装置２０を除いたものである。また、ロボット１Ｂと、ロボット制御装置２０とは、ケーブル２５で電気的に接続されている。

なお、ロボット１ｂと、ロボット制御装置２０とが、無線で通信を行うように構成されていてもよい。

このロボットシステム１００によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本実施形態は、前記第２実施形態にも適用することができる。

以上、本発明のロボット、ロボットシステムおよびロボット制御装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、前記実施形態では、力覚センサーを用いた制御として、インピーダンス制御を例に挙げて説明したが、本発明では、これに限定されず、この他、例えば、コンプライアンス制御等が挙げられる。

また、前記第１、第３実施形態では、ロボットアームの回動軸の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回動軸の数は、例えば、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上でもよい。すなわち、第１、第３本実施形態では、リストが２本のアーム部材を有しているので、ロボットアームのアーム部材の本数は、６本であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームのアーム部材の本数は、例えば、２本、３本、４本、５本または７本以上でもよい。

また、本発明では、ロボット（ロボット本体）は、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボット、スカラーロボット、ハンドラー、生産専用装置等が挙げられる。

１、１Ａ、１Ｂ……ロボット（産業用ロボット）
１０……ロボット本体
１００……ロボットシステム
１１０……胴部
１１……基台
１２、１３、１４、１５、１７、１８……アーム部材
１６……リスト
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６……関節（ジョイント）
２０……ロボット制御装置
１０１……床
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６……駆動源制御部
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６……モータードライバー
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６……駆動源
４０１Ｍ、４０２Ｍ、４０３Ｍ、４０４Ｍ、４０５Ｍ、４０６Ｍ……モーター
４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６……位置センサー
５……ロボットアーム
２５……ケーブル
３１……角速度センサー
４１……挿入物
４２……突起
４６……挿入対象物
４７……穴
８１……力覚センサー
８２……圧電素子
８３……オペアンプ
８４……コンデンサー
８５……スイッチング素子
８６……変換回路
９１……ハンド
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６……回動軸

Claims (11)

1. ロボットアームと、
   力覚センサーと、
   前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とするロボット。
2. 前記ロボットアームに設けられ、角速度または加速度を検出する慣性センサーを有し、
   前記制御部は、前記慣性センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの速度を求め、前記速度の振動の振幅が閾値Ａよりも小さい場合に、前記ロボットアームの速度が等速度であると判別する請求項１に記載のロボット。
3. 前記閾値Ａは、０．１ｍｍ以下である請求項２に記載のロボット。
4. 前記制御部は、前記制御部により求められた前記速度の振動の振幅が前記閾値Ａよりも小さくなった時に、前記力覚センサーの初期化状態を解除する請求項２または３に記載のロボット。
5. 前記ロボットアームに角速度または加速度を検出する慣性センサーが設けられ、
   前記制御部は、前記慣性センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの速度を求め、前記速度の振動の振幅が閾値Ａよりも小さく、かつ、前記速度が閾値Ｂよりも小さい場合に、前記ロボットアームの速度が等速度であると判別する請求項１に記載のロボット。
6. 前記閾値Ａは、０．１ｍｍ以下である請求項５に記載のロボット。
7. 前記閾値Ｂは、２０ｍｍ毎秒(mm/sec)以下である請求項５または６に記載のロボット。
8. 前記制御部は、前記制御部により求められた前記速度の振動の振幅が前記閾値Ａよりも小さくなり、かつ、前記制御部により求められた前記速度が前記閾値Ｂよりも小さくなった時に、前記力覚センサーの初期化状態を解除する請求項５ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
9. 前記力覚センサーは、前記ロボットアームに設けられており、
   前記制御部は、前記ロボットアームの前記力覚センサーが設けられている部位の速度に基づいて、前記ロボットアームの速度が等速度であるか否かを判定する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
10. ロボットアームと力覚センサーとを有するロボットと、
    前記ロボットアームの作動を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とするロボットシステム。
11. ロボットアームと力覚センサーとを有するロボットの作動を制御するロボット制御装置であって、
    前記ロボットアームが減速を開始した後に前記力覚センサーの初期化を開始し、前記ロボットアームの速度が等速度のときに、前記力覚センサーの初期化状態を解除することを特徴とするロボット制御装置。

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