JP2019098417A - ロボット装置およびロボット装置に着脱可能な力覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボット装置を用いて対象物を操作する際、力覚センサの装着を容易に選択することができるロボット装置を提供する。【解決手段】 上記課題を解決するため、ロボットアームと力覚センサとの複数の締結位置の相対関係が、ロボットハンドと力覚センサとの複数の締結位置の相対関係と、同じであり、ロボットアームの内部の配線に設けられた第１の接続部と、第１の接続部と接続される第２の接続部と、第２の接続部から延長された配線に設けられた第３の接続部と、ロボットハンドに設けられた、前記第３の接続部と接続される第４の接続部と、を有し、第１の接続部は、第２の接続部と第４の接続部に接続可能であることを特徴とするロボット装置を採用した。【選択図】 図３

Description

本発明は、ロボット装置およびロボット装置に着脱可能な力覚センサに関する。

近年、ロボットハンドとロボットアームにより構成され制御プログラムに従って自動的に稼働するロボット装置を物品の生産ラインに用いる機運が高まっている。物品に対して精密な動作が要求される生産ラインに関しては、物品に加わる外力を検出するための力覚センサをロボット装置に搭載し、検出した外力を基に物品が破損しないよう精密な動作を行う力覚センサ搭載型のロボット装置が提案されている。

一方で、例えば物品の搬送のみを行う生産ラインでは力覚センサを必要としない場合がある。そのため同一のロボット装置で上記のような生産ラインに対応するには、力覚センサがロボット装置に対して着脱容易であることが望まれる。

特許文献１の力制御ロボットでは、力覚センサを中空円筒状に構成し、ロボットアームから工具装着部へ動力を供給するための配線を、その力覚センサの中空部を通して工具装着部へ接続させることが提案されている。またロボットアームと力覚センサの互いに対向する端面に接続端子を設けることで、力覚センサをロボットアームに容易に取り付けできるとしている。

特開平１１−２０７６８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に代表されるロボット装置では、力覚センサを取り外し、工具装着部を直接ロボットアームに装着する際については記載がない。つまり力覚センサの着脱に関して、力覚センサをロボット装置に装着して対象物へ作業を行うことは考慮されているが、力覚センサを装着せずに対象物へ作業を行うことについては考慮されていない。そのため力覚センサを装着せずに対象物へ作業を行う際工具装着部を直接ロボットアームに装着せねばならないが、力覚センサ内部を通るフレキシブルエアチューブが邪魔になり、フレキシブルエアチューブを取り外すといった煩雑な作業が必要になる。

ゆえに本発明は上述した課題に鑑み、ロボット装置を用いて対象物を操作する際、力覚センサの装着を容易に選択することができるロボット装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、ロボットアームと、ロボットハンドと、前記ロボットアームと前記ロボットハンドとの間に配された力覚センサとを有するロボット装置であって、前記ロボットアームと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係が、前記ロボットハンドと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係と、同じであり、前記力覚センサは中空部を有し、前記ロボットアームの内の配線に設けられた第１の接続部と、前記中空部に設けられた、前記第１の接続部と接続される第２の接続部と、前記第２の接続部から延長された配線に設けられた第３の接続部と、前記ロボットハンドに設けられた、前記第３の接続部と接続される第４の接続部と、を有し、前記第１の接続部は、前記第２の接続部と前記第４の接続部に接続できることを特徴とするロボット装置を採用した。

本発明は、力覚センサにおける、ロボットアームとの締結位置とロボットハンドとの締結位置の相対位置を同じにし、ロボットアームとの電気的な接続部と、ロボットハンドとの電気的な接続部を共通化している。これによりロボット装置を用いて対象物を操作する際、力覚センサの装着を容易に選択することができる。

本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム１００を示した図である。 本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム１００の制御ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における力覚センサ１の詳細を示した図である。 本発明の第１の実施形態における配線の結線を示した図である。 本発明の第１の実施形態における力覚センサ１が未搭載時の図である。 本発明の第１の実施形態における光学的に変位を検出する検出部の詳細図である。 本発明の第２の実施形態における力覚センサ１の詳細を示した図である。 本発明の第２の実施形態におけるロボットシステム１００の制御ブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるロボットシステム１００の制御フローチャートである。 本発明のその他の実施形態における磁気的に変位を計測する方法を説明する図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態のロボットシステム１００の概略構成を示している。図１において、ロボットシステム１００は、多関節ロボット装置として構成されたロボットアーム本体３とロボットハンド本体２、ロボットシステム１００全体を制御する制御装置２００と、外部入力装置２１０を備えている。

本実施形態のロボットアーム本体３は６軸多関節で構成されている。ロボットアーム本体３は、基台１１０に固定され６つのリンク３０１〜３０６で構成されている。各リンク３０１〜３０６は各関節軸Ｊ１〜Ｊ６を図示した矢印周りに回転駆動される。

ロボットアーム本体３のリンク３０６には力覚センサ１を設置しており、力覚センサ１をリンク３０６とロボットハンド本体２とで挟むように設置されている。力覚センサ１が配置された位置はロボットアーム本体３の手首に相当する位置となる。この力覚センサ１によりロボットハンド本体２にかかる外力を検出し、制御装置２００にフィードバックする。

ロボットハンド本体２には対象物を把持するための一対の指４００が設けられている。指４００は不図示のモータにより開閉駆動され対象物の把持ないし解放を行う。

制御装置２００は、ロボットアーム本体３の各関節Ｊ１〜Ｊ６に設けられた不図示のモータに制御値を出力しモータを動作させ、各リンク３０１〜３０６を駆動させることでロボットアーム本体３を動作させる。制御装置２００が、各リンク３０１〜３０６の回転角度をそれぞれ制御することにより、ロボットアーム本体３の先端であるリンク３０６を任意の３次元位置で任意の方向に向けることができる。また、ロボットハンド本体２の指４００を駆動するモータに制御値を出力することで指４００を駆動させ対象物の把持ないし解放の制御を行う。

外部入力装置２１０は、制御装置２００に複数の教示点のデータを送信する教示装置であり、主にロボットシステム１００の設置現場において、操作者がロボットアーム本体３の動作を指定するのに用いられる。

図２は本実施形態におけるロボットシステム１００の制御ブロック図である。制御装置２００が制御プログラムを実行することにより、ロボットアーム本体３とロボットハンド本体２の各部が制御される。

図２より、制御装置２００はロボットハンド本体２とロボットアーム本体３の各種動作に応じて対応するモータを制御するためのプログラムや、それらの制御に必要なデータ等を記憶したＲＯＭ２０２を有する。さらにロボットシステム１００を制御する上で必要なデータ、設定値、プログラム等を展開するとともにＣＰＵ２０１の作業領域として使用するＲＡＭ２０３を備えている。外部入力装置２１０は汎用入出力インターフェイスＩ／Ｏ２０４などによって接続されている。これらは制御装置２００内の内部バスにより接続されている。

制御装置２００は、外部入力装置２１０により設定された複数の教示点を繋ぐロボットアーム本体３の経路を所定の補間方法（例えば、直線補間や円弧補間、関節補間等）で、ＣＰＵ２０１により生成する。そして、生成したロボットアーム本体３の経路に基づいて、ロボットアーム本体３の動作指令をＣＰＵ２０１により行う。

ロボットハンド本体２とロボットアーム本体３が位置制御により動作されているときは、生成した動作指令をそのままロボットハンド本体２とロボットアーム本体３の各部に出力する。ロボットハンド本体２とロボットアーム本体３が力制御により動作されているときは、力覚センサ１から検出された外力に基づいて、生成した動作指令を補正しロボットハンド本体２とロボットアーム本体３に出力する。

例えば力覚センサ１から出力された外力の検出結果に基づき、外力が小さくなる方向に動作指令を補正してロボットハンド本体２とロボットアーム本体３に出力する。このように力覚センサ１の出力を制御装置２００に返し、各モータの駆動にフィードバックする事で、外力を加味した精密な制御を行うことができる。

図３は本実施形態の力覚センサ１の詳細な図である。図３（ａ）はロボットアーム本体３のリンク３０６から力覚センサ１を通りロボットハンド本体２の下部にかけての断面図である。切断方向は図１の点線ＡＡから矢印Ｐ方向に切断している。図３（ｂ）は図１の点線ＢＢから矢印Ｓ方向に切断した断面図である。

図３（ａ）（ｂ）より力覚センサ１はロボットハンド本体２に取り付けられる中空の円盤状の上面部材６０と、リンク３０６に取り付けられる中空の円盤状の底面部材６１とを複数の弾性部材５０によって所定の間隙を介して連結し一体化した構造となっている。

上面部材６０は、ねじ等の締結部材７０によってロボットハンド本体２に固定されており、底面部材６１は同じくねじ等の締結部材７１によってリンク３０６に固定されている。これにより力覚センサ１は、ロボットアーム本体３の先端のリンク３０６とロボットハンド本体２との間に固定された状態となる。

力覚センサ１とリンク３０６との締結部材７１の締結位置の相対関係と、力覚センサ１とロボットハンド２の締結部材７０の締結位置の相対関係は同じになっている。よって力覚センサ１とロボットハンド２の締結部材７０をそのまま、力覚センサ１とリンク３０６との締結部材７１に使用することができ、力覚センサ１を取り外しリンク３０６にロボットハンド本体２を直接締結することができる。図３（ｂ）より締結部材７１は底面部材６１とリンク３０６とを４カ所で締結しており、締結部材７０も同様に上面部材６０とロボットハンド本体２とを４カ所で締結している。

このように力覚センサ１をロボットハンド本体２とリンク３０６の間に固定することで、ロボットハンド本体２に外力が加わると、図３（ａ）における力覚センサ１の弾性部材５０に変形が生じることになる。

なお、力覚センサ１の上面部材６０、底面部材６１は、弾性部材５０は例えばＳＵＳ等の金属で形成されているが、加えられた外力に対して破損したりしないように十分な剛性を有する限り特に材質は限定されない。例えば樹脂や金属であり金属としては鋼材、ステンレス、樹脂としてはポリプロピレンなどが挙げられる。

弾性部材５０がその弾性によって変形することで上面部材６０と底面部材６１が相対変位するがこの相対変位は、上面部材６０、底面部材６１間の周方向の複数箇所（本実施例では４か所）に配されたセンサユニット５０１によって検出される。このセンサユニット５０１が検出部となる。そしてその相対変位量から外力が求められる。センサユニット５０１はそれぞれ底面部材６１側に配された検出対象５０３と、これに近接対向するように上面部材６０側に配された検出素子５０２とからなる。上記センサユニット５０１は後に詳しく説明する。

図３（ａ）より、リンク３０６内部にはリンク中空部３０６ａが形成されており、このリンク中空部３０６ａ内には、ロボットハンド本体２および力覚センサ１への信号の送受信、電力の供給を行うためのアーム内配線３０が配されている。

アーム内配線３０は、リンク３０６内のリンク中空部３０６ａを通って、その先端のアーム内配線プラグ３０ａを力覚センサ１の内部の中継基板４０に設けられたセンサ側コネクタ１０に接続される。

中継基板４０からの配線は、中継基板４０上の端子９０ｂに接続され先端に中継配線プラグ３０ｂを取り付けたハンド中継配線３１によってハンド側コネクタ２０へと接続される。ハンド側コネクタ２０はハンド側基板４１に設けられている。

また中継基板４０上の端子９０ｃに接続され先端にセンサプラグ３０ｃを取り付けたセンサ配線３２によってセンサ基板４２へと接続される。センサ基板４２には各センサユニット５０１の検出素子５０２が実装されており、これによって各センサユニット５０１が検出した相対変位量を制御装置２００に送信できる。

アーム内配線３０には電源、グランド、複数のデータ線が含まれており、指４００を駆動するモータを含む駆動系及び力覚センサ１の各センサに対する電源供給を行う。さらにデータ線を用いて、指４００を駆動する駆動系への制御データ、指４００の移動位置を検出するエンコーダからの位置検出データ、力覚センサ１からの検出出力データ等の通信を行う。尚、各データ線は制御用ネットワーク（例えばＣＡＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ等）のバスで構成され各種データの通信が行われる。

次に、力覚センサ１の中空部に設けられた電気的な接続部の具体的な接続関係を図４を用いて説明する。図４は各接続部の結線図である。

アーム内配線３０は、電源線７０１、７０２と信号線７０３、７０４、７０５で構成され、先端のアーム内配線プラグ３０ａを中継基板４０のセンサ側コネクタ１０に接続する。さらに中継基板４０で、端子９０ｂ、９０ｃとバス接続によりハンド中継配線３１と、センサ配線３２に分岐、延長され、ハンド中継配線３１は中継配線プラグ３０ｂを介してハンド側基板４１のハンド側コネクタ２０へと接続される。一方、センサ配線３２はセンサプラグ３０ｃを介してセンサ基板４２へと接続される。

すなわち力覚センサ１の中空部に配された中継基板４０により、センサ側コネクタ１０にアーム内配線プラグ３０ａを接続するだけで、アーム内配線３０からの接続をロボットハンド本体２と力覚センサ１へ行うことができる。

また、センサ側コネクタ１０とハンド側コネクタ２０、アーム内配線プラグ３０ａと中継配線プラグ３０ｂは、それぞれ端子配列を含め同一形状に構成し、それぞれ共通化している。よって力覚センサ１を用いない場合には、アーム内配線プラグ３０ａをハンド側コネクタ２０へと直接接続することができる。

以上により力覚センサ１が取り外された場合でも、リンク３０６にロボットハンド本体２を取る付けることができ、電気的な接続も行うことができる。

上記のアーム内配線プラグ３０ａが請求項１に記載の第１の接続部、センサ側コネクタ１０が請求項１に記載の第２の接続部の一例を表す。また中継配線プラグ３０ｂが請求項１に記載の第３の接続部、ハンド側コネクタ２０が請求項１に記載の第４の接続部の一例を表す。

図５は力覚センサ１が未搭載の場合のロボットアーム３の先端の顔面図である。図５（ａ）は力覚センサ１が未搭載の場合の図３（ａ）と同様の断面図である。図５（ｂ）は結線図である。

図５（ａ）より上記で説明した、力覚センサ１とリンク３０６との締結部材７１と、力覚センサ１とロボットハンド２の締結部材７０との締結位置の相対位置は同じであるため、ロボットハンド本体２をリンク３０６に直接締結することができる。図５（ａ）では締結部材７０を使用しているが、締結部材７１を用いても構わない。

さらにアーム内配線プラグ３０ａをハンド側コネクタ２０へと直接接続することができるので、ロボットハンド本体２とリンク３０６とを直接接続し、かつ電気的に接続することができる。

また、図５（ｂ）より上記で述べた力覚センサ１の内部の配線構造により、力覚センサ１の搭載有無に関わらず、アーム内配線３０からハンド側基板４１までの結線を変更する必要がないため着脱作業を簡単に行うことができる。

次に、光学的に上面部材６０と底面部材６１との変位を計測するセンサユニット５０１について詳しく説明する。図６はセンサユニット５０１を構成する検出素子５０２と検出対象５０３を詳細に説明した図である。図５（ａ）は検出素子５０２の平面図、図５（ｂ）は検出対象５０３の平面図、図５（ｃ）は検出素子５０２及び検出対象５０３を対向配置させた際の図である。

図６（ａ）は検出素子５０２を示しており、本実施形態では反射型の検出ヘッドを用い発光素子５５１及び受光素子５５２を有する。

図６（ｂ）は検出対象５０３を示しており、本実施形態では反射型のスケールを用い、格子配列の光学パターン５４１を有する。光学パターン５４１は、例えばＡｌ、Ｃｒで形成されている。

図６（ｃ）より検出素子５０２は、発光素子５５１から光を検出対象５０３に対して矢印Ｓ１のように照射し、検出対象５０３の光学パターン５４１から矢印Ｓ２のように反射した光を受光素子５５２が受光する。ここでロボットハンド２に外力が働き、上面部材６０と底面部材６１とが相対移動すると、検出素子５０２と検出対象５０３との相対位置が変化するため、検出対象５０３に照射されている光の照射位置が光学パターン５４１上を移動する。

このとき検出素子５０２の受光素子５５２で検出される光の光量が変化する。この光量の変化から、上面部材６０と底面部材６１との相対変位量を検出する。検出素子５０２が検出した相対変位量に力覚センサ１に作用した力に変換する感度係数を用いることで力検出値に変換される。

なお、この光学パターン５４１は、検出演算の方式によっては１条のみならず、（例えば配置位相の異なる）複数条の濃淡パターンを複数条配置することもできる。光学パターン５４１のピッチは、位置検出に必要とされる分解能などに応じて決定するが、近年ではエンコーダの高精度化／高分解能化に伴い、μｍオーダのピッチのものも利用可能である。

上記のような変位検出型の機構を用いた力覚センサ１は、検出対象５０３と検出素子５０２の相対変位を検出して力、モーメントを算出する。そのため、力覚センサ１自体を高感度にするためには検出対象５０３と検出素子５０２の相対変位量を大きくすればよい。

よって図３（ｂ）より、力覚センサ１の中心Ｏから検出対象５０３までの距離が長くなるほど外力に対する検出素子５０２と検出対象５０３の相対変位量は大きくなる。つまり、中心Ｏから検出素子５０２及び検出対象５０３までの距離を長くすれば外力を高感度に検出することができる。

以上述べたように、力覚センサ１とロボットハンド本体２との締結位置と、力覚センサ１とリンク３０６との締結位置の相対位置を同一にする。また、中継基板４０を力覚センサ１の中空部に内蔵し、アーム内配線３０からの接続を、力覚センサ１内部で、センサユニット５０１とロボットハンド本体２とに分岐できるように構成する。さらに、ロボットアーム本体３と力覚センサ１との電気的な接続、ロボットアーム本体３とロボットハンド本体２との電気的な接続を共通化する。

これらにより力覚センサ１が取り外された場合でも、リンク３０６にロボットハンド本体２を直接取り付けることができ、電気的な接続も行うことができる。よって力覚センサ１の装着の有無に関わらず、ロボットハンド本体２による対象物の操作を行うことができ、力覚センサ１の装着の有無を自由に選択することができる。

また力覚センサの構成上、厚みが必要となる電気的な接続部を力覚センサ１の中空部に収めている。これによりロボットアーム本体３、ロボットハンド本体２、力覚センサ１の互いに対向するそれぞれの端面に接続部を設ける必要が無くなり薄型の力覚センサを提供することができる。

また力覚センサ１を中空とすることで各配線をロボット装置内部に配することができる。その結果、ロボットアーム本体３からロボットハンド本体２まで配線を外部へ引き出すことがないロボット装置を提供することができる。

実際の設計仕様より、ロボットハンド本体２と力覚センサ１との電気的な接続部（２０、３０ｂ）と、ロボットアーム本体３と力覚センサ１との電気的な接続部（１０、３０ａ）はそれぞれ約５ｍｍの厚みがある。これらの電気的な接続部を力覚センサ１の外部に設けた場合、約１０ｍｍロボットアーム３本体からロボットハンド本体２の方向に長くなってしまう。しかし、本実施形態によりこの１０ｍｍの長さを力覚センサ１の内部に収めることでカットすることができる。一般的に市販されている力覚センサは、ロボットアーム本体３からロボットハンド本体２の方向に長さ約３０ｍｍであるため、大幅に改善できていることがわかる。

図７は本実施形態の力覚センサ１の変形例である。図７（ａ）、図７（ｂ）は図３（ａ）、図３（ｂ）と同様の方向に切断した際の断面図である。

図６で説明したセンサユニット５０１は、検出素子５０２と検出対象５０３に空隙が必要である。この空隙に光を遮蔽するような塵、油、金属片などが混入した場合、相対変位の検出誤差となる恐れがある。特に混入物は着脱作業時に侵入する可能性が高い。そのため、混入物に十分な注意を払う必要がある。

そこで、図７のように中継基板４０などの電気的な接続部とセンサユニット５０１を隔てるようにシール部材８０を配置する。こうすることでセンサユニット５０１を密閉でき混入物の侵入を防ぐことができる。なお、シール部材８０は弾性部材５０の変形を阻害することのないように剛性が低いゴムなどの材料で構成されることが望ましい。

また電気的な接続部が、力覚センサ１の中空部の中心付近に集中した形態となっており、センサユニット５０１は中心付近から離れた位置にシール部材８０を隔てて配置している。こうすることでロボット装置の長期使用に伴って生じるハンド中継配線３１、センサ配線３２の削れによる金属片などの混入物を防ぐことができ、混入物に対する影響を最小限に抑えることができる。

上記の実施形態において、力覚センサ１の着脱について説明したが力覚センサ１の有無によって動作指令、教示点を変更しなければならない場合がある。例えば力覚センサ１が取り外されることで、ロボットアーム本体３の先端のリンク３０６から指４００の先端までの長さが変わり、力覚センサ１が取り付けられている際に設定した教示点では対象物を把持できない場合がある。

この場合、教示者により力覚センサ１が取り付けられている際に設定した教示点を再度設定し直すという煩雑な作業が必要となり、力覚センサ１を着脱容易にした利点を活かすことができない。そこで本実施形態では、力覚センサ１が取り外されてもロボット装置自身が教示点を設定し直し、煩雑な教示点の再設定を教示者が行う必要がないようにする。

図８は本実施形態のロボットシステム１００における制御ブロック図である。第１の実施形態と大きく違う点は、制御装置２００のＣＰＵ２０１に力覚センサ検知部２０５を設けている点である。

力覚センサ検知部２０５は力覚センサ１の有無を自動で検出する。力覚センサ検知部２０５は例えば電流検出回路などで構成される。力覚センサ１の接続有無によりロボットハンド本体２に送られる電流が異なるため、この電流の差を力覚センサ検知部２０５となる電流検出回路で検出することで力覚センサ１の有無を検出することができる。

図９は力覚センサの有無検知からロボット装置の動作を開始するまでのフローチャートである。まず、Ｓ１でロボット装置の電源を投入する。

Ｓ１でロボット装置に電源が投入された後、Ｓ２でＣＰＵ２０１内の力覚センサ検知部２０５が動作する。

そしてＳ３で力覚センサ検知部２０５が電流の差を検知し力覚センサ１の設置有無を判別する。この際、力覚センサ１の有無の判別基準となる電流の差の閾値はあらかじめ教示者により設定されＲＯＭ２０２に格納されているものとする。

Ｓ３：ＹＥＳとなった場合Ｓ４−１に進む。力覚センサ検知部２０５は「力覚センサあり」の信号をＣＰＵ２０１へ送る。ＣＰＵ２０１では「力覚センサあり」の信号を力覚センサ検知部２０５から受けると、予めＲＯＭ２０２に格納された「力覚センサあり」時の動作指令、教示点などの制御パラメータが書き込まれたブログラムをＲＡＭ２０３に展開する。これにより力覚センサありのときの制御パラメータ設定を行う。

そしてＳ５−１で制御装置２００により、Ｓ４−１で展開されたプログラムによる動作指令の信号をロボットハンド本体２とロボットアーム本体３に送る。

そしてＳ６−１でロボットハンド本体２とロボットアーム本体３は、制御装置２００から送られた信号を基に備えられた各モータが駆動され、位置制御または力制御で動作が開始される。

一方、Ｓ３：ＮＯとなった場合Ｓ４−２に進む。力覚センサ検知部２０５は「力覚センサなし」の信号をＣＰＵ２０１へ送る。ＣＰＵ２０１では「力覚センサなし」の信号を力覚センサ検知部２０５から受けると、予めＲＯＭ２０２に格納された「力覚センサなし」時の動作指令、教示点などの制御パラメータが書き込まれたプログラムをＲＡＭ２０３に展開する。これにより力覚センサなしのときの制御パラメータ設定を行う。

そしてＳ５−２で制御装置２００により、Ｓ４−２で展開されたプログラムによる動作指令の信号をロボットハンド本体２とロボットアーム本体３に送る。

そしてＳ６−２でロボットハンド本体２とロボットアーム本体３は、制御装置２００から送られた信号を基に備えられた各モータが駆動され、位置制御で動作が開始される。位置制御のみで駆動されるようプログラムされているため、教示者が誤って力制御の動作をロボット装置に指示したとしても制御装置２００で事前に「力覚センサなし」と認識しているため、力制御で動作させる信号を出すことはない。

以上より、制御装置２００により自動で力覚センサ１の有無を検知し、力覚センサ１の有無により変化する制御パラメータを加味したプログラムを力覚センサ１の有無条件によって別々に展開させることで教示点を再設定する必要がなくなる。ゆえに力覚センサ１を容易に着脱できるロボットシステム１００の利点を最大限活かすことができる。

本実施形態の処理手順は具体的には制御装置２００により実行されるものである。従って上述した機能を実現するソフトウェアの制御プログラムを記録した記録媒体をＣＰＵ２０１に供給し、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２に格納された制御プログラムを読み出し実行することによって達成されるよう構成することができる。この場合、記録媒体から読み出された制御プログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、制御プログラム自体およびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。

また、各実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ２０２或いはＲＡＭ２０３であり、ＲＯＭ２０２或いはＲＡＭ２０３に制御プログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

（その他の実施形態）
第１の実施形態では上面部材６０と底面部材６１の相対変位量を光学センサにより検出したがこれに限らない。例えば磁気的に変位を計測する方法がある。以下、検出素子５０２に磁電変換素子４０１、検出対象５０３に磁束発生源４０２を用いた例で詳述する。図１０は空気中に磁石を配置した際の磁束線のシミュレーションの結果を示す。シミュレーションは２次元静磁界モデルで行った。

上面部材６０と底面部材６１が相対移動し、磁束発生源４０２と磁電変換素子４０１との距離が変化すると、磁電変換素子４０１へ流入する磁束密度の大きさに変化が生じる。磁束密度の変化にともなう磁電変換素子４０１の出力を検出することで上面部材６０と底面部材６１の相対変位量を計測することができる。

磁束発生源は永久磁石を用いても良いし、電磁石を用いても良い。磁束発生源はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石、フェライト磁石に代表されるような永久磁石であってもよく、磁性体まわりに、コイルを巻き、通電することによって磁力を発生させる電磁石であってもよい。磁電変換素子はホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子、巻き線コイルから選択される。

本発明の力覚センサはロボット装置に好適に利用でき、本発明の力覚センサを有するロボット装置は生産用途に好適に利用できる。

１ 力覚センサ
２ ロボットハンド本体
３ ロボットアーム本体
１０ センサ側コネクタ
２０ ハンド側コネクタ
３０ アーム内配線
３０ａ アーム内配線プラグ
３０ｂ 中継配線プラグ
３０ｃ センサプラグ
３１ ハンド中継配線
３２ センサ配線
４０ 中継基板
４１ ハンド側基板
４２ センサ基板
５０ 弾性部材
６０ 上面部材
６１ 底面部材
７０、７１ 締結部材
８０ シール部材
９０ｂ、９０ｃ 端子
１００ ロボットシステム
１１０ 基台
２００ 制御装置
２０５ 力覚センサ検知部
２１０ 外部入力装置
３０１〜３０６ リンク
３０６ａ リンク中空部
４００ 指
４０１ 磁電変換素子
４０２ 磁束発生源
５０１ センサユニット
５０２ 検出素子
５０３ 検出対象
５４１ 光学パターン
５５１ 発光素子
５５２ 受光素子

Claims (10)

1. ロボットアームと、ロボットハンドと、前記ロボットアームと前記ロボットハンドとの間に配された力覚センサとを有するロボット装置であって、
   前記ロボットアームと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係が、前記ロボットハンドと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係と、同じであり、
   前記力覚センサは中空部を有し、
   前記ロボットアームの内の配線に設けられた第１の接続部と、
   前記中空部に設けられた、前記第１の接続部と接続される第２の接続部と、
   前記第２の接続部から延長された配線に設けられた第３の接続部と、
   前記ロボットハンドに設けられた、前記第３の接続部と接続される第４の接続部と、
   を有し、
   前記第１の接続部は、前記第２の接続部と前記第４の接続部に接続できることを特徴とするロボット装置。
2. 前記中空部には、
   前記力覚センサにかかる外力を検出する検出部と、
   前記ロボットアームの内部の配線を前記検出部と前記ロボットハンドに分岐して接続するための中継基板とを有し、
   前記中継基板は前記第２の接続部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記検出部は、検出素子と検出対象の間に空隙を有して構成され、前記検出素子と前記検出対象との相対変位の出力に基づいて外力が検出されることを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
4. 前記第２の接続部は、前記中空部を密閉するように設置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のロボット装置。
5. 前記検出部は、シール部材により密閉されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のロボット装置。
6. 前記力覚センサが、前記ロボット装置に取り付けられているか検知する力覚センサ検知部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のロボット装置。
7. ロボットアームとロボットハンドの間に配される、中空部を有した力覚センサであって、
   前記ロボットアームと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係が、前記ロボットハンドと前記力覚センサとの複数の締結位置の相対関係と、同じであり、
   前記中空部に、
   前記力覚センサにかかる外力を検出する検出部と、
   前記ロボットアームの内部からの配線を前記検出部と前記ロボットハンドに分岐して接続する中継基板と、
   前記中継基板を介して前記検出部と前記ロボットアームの内部の配線とを繋ぐ第１の配線と、
   前記中継基板を介して前記ロボットハンドと前記ロボットアームの内部の配線とを繋ぐ第２の配線とを有していることを特徴とする力覚センサ。
8. 前記第２の配線と前記ロボットアームの内部の配線にはそれぞれ接続端子が設けられており、
   前記第２の配線と前記ロボットアームの内部の配線に設けられたそれぞれの接続端子の端子配列が同じであることを特徴とする請求項７に記載の力覚センサ。
9. ロボットアームとロボットハンドと力覚センサを備えたロボット装置の制御方法であって、
   前記力覚センサが前記ロボット装置に取り付けられているか検知する力覚センサ検知工程と、
   前記力覚センサ検知工程の結果から、前記ロボット装置の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定工程と、を有することを特徴とする制御方法。
10. 前記力覚センサ検知工程において、前記力覚センサが前記ロボット装置に取り付けられていないと検知された場合、力制御を動作させないことを特徴とする請求項９に記載のロボット装置。

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