JP2019198904A - ロボット、制御装置およびロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】力センサーの検出精度が高いロボット、ならびに、このロボットを制御可能な制御装置およびロボットの制御方法を提供すること。【解決手段】ロボットアームと、外力を検知する第１の力センサーと、前記ロボットアームの振動を検出する振動センサーと、を有し、前記振動センサーの検出値に基づいて、前記第１の力センサーをリセットすることを特徴とするロボット。また、前記力センサーは、前記ロボットアームよりも基端側に設けられていることが好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット、制御装置およびロボットの制御方法に関するものである。

人間協調型ロボットは、人間と同じ作業空間を共有し、人間と協調して作業を行うロボットである。

例えば、特許文献１に記載の人間協調型ロボットは、ロボットアームと、ロボットアームの先端に取り付けられたロボット手首フランジと、ロボット手首フランジの先端に設けられた把持ハンドと、を備える。このような人間協調型ロボットは、例えば把持ハンドでワークを把持し、目的の場所まで移動させるといった作業を行うことができる。

一方、このような人間協調型ロボットは、人間と同じ作業空間を共有しているため、意図せず、人間に接触してしまうおそれがある。

そこで、特許文献１に記載の人間協調型ロボットは、ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサーと、計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部と、ロボットが停止または一定速度で動作していてかつ所定の単位時間における力検出値の変動幅が閾値以下であるという条件が成立しているときの力検出値を補正値として更新する補正値更新部と、を備える。

このような人間協調型ロボットは、力センサーが設けられているため、ロボットと人間との間の接触力を監視するようになっている。

一方、力センサーには、同じ大きさの力が作用した場合でも、経時変化、帯電、温度変化、湿度変化等の原因により、検出値が実際の値から乖離するという問題がある。

そこで、特許文献１に記載の人間協調型ロボットでは、ロボットに加速や減速に伴う慣性力が作用していないときに力センサーを補正（リセット）するようになっている。これにより、力センサーの精度を良好な状態に保つことができ、人間協調型ロボットの安全性が高められている。

特開２０１６−１１２６２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の人間協調型ロボットでは、ロボットが停止または一定速度で動作していてかつ所定の単位時間における力検出値の変動幅が閾値以下であるという条件が成立するとリセットされてしまうため、ロボットアームが物体に衝突したことを精度よく検出できないおそれがある。

本発明の適用例に係るロボットは、ロボットアームと、
外力を検知する第１の力センサーと、
前記ロボットアームの振動を検出する振動センサーと、を有し、
前記振動センサーの検出値に基づいて、前記第１の力センサーをリセットする。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットのブロック図である。 図１および図２に示すロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１および図２に示すロボットが備える振動センサーの検出値に基づく周波数特性を示す図である。 図１および図２に示すロボットが備える振動センサーの検出値に基づく周波数特性を示す図である。 図１および図２に示すロボットが備える振動センサーの検出値に基づく周波数特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、本発明のロボット、制御装置およびロボットの制御方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。なお、以下では、ロボット１の基台１１０側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端側」と言う。

図１に示すロボット１は、エンドエフェクター１７が装着されたロボットアーム１０を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット１は、複数のアーム１１〜１６を有するロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に取り付けられたエンドエフェクター１７と、これらの動作を制御する制御装置５０と、を備える。以下、まず、ロボット１の概略を説明する。

ロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。図１に示すように、ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に回動可能に連結されているロボットアーム１０と、を備える。

基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１（第１アーム）と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２（第２アーム）と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３（第３アーム）と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４（第４アーム）と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５（第５アーム）と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６（第６アーム）と、を有する。なお、基台１１０およびアーム１１〜１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を屈曲または回動させる部分が「関節部」を構成している。

また、図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０の各関節部を駆動する駆動部１３０と、ロボットアーム１０の各関節部の駆動状態（例えば回転角度）を検出する角度センサー１３１と、を有する。駆動部１３０は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー１３１は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。

このようなロボット１のアーム１６の先端面には、エンドエフェクター１７が装着されている。なお、アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力覚センサーが配置されていてもよい。

エンドエフェクター１７は、対象物を把持する把持ハンドである。このエンドエフェクター１７は、図１に示すように、本体１７１と、本体１７１に設置されている駆動部１７０と、駆動部１７０からの駆動力により開閉する１対の把持部１７２と、把持部１７２に設けられている把持力センサー１７３と、を有する。

ここで、駆動部１７０は、例えば、モーターと、モーターからの駆動力を１対の把持部１７２に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、１対の把持部１７２は、駆動部１７０からの駆動力により開閉する。これにより、１対の把持部１７２間で対象物を掴んで保持したり、１対の把持部１７２間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。把持力センサー１７３は、例えば、抵抗型、静電型等の感圧センサーであり、把持部１７２または把持部１７２と駆動部１７０との間に配置され、１対の把持部１７２間に加わる力を検出する。なお、エンドエフェクター１７は、前述した把持ハンドに限定されず、例えば、吸着により対象物を保持する方式のエンドエフェクターであってもよい。本明細書において、「保持」とは、吸着および把持の双方を含む概念である。また、「吸着」とは、磁力による吸着、負圧による吸着等を含む概念である。また、エンドエフェクター１７に用いる把持ハンドの指の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。

図１および図２に示す制御装置５０は、角度センサー１３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置５０は、把持力センサー１７３の検出結果およびロボット１の動作条件に基づいて、エンドエフェクター１７の把持力を決定したりロボット１の動作条件を変更したりする機能を有する。

この制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー５２と、Ｉ／Ｆ（インターフェース回路）５３と、を有する。そして、制御装置５０は、メモリー５２に記憶されているプログラムをプロセッサー５１が適宜読み込んで実行することで、ロボット１およびエンドエフェクター１７の動作の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆ５３は、ロボット１およびエンドエフェクター１７と通信可能に構成されている。

なお、制御装置５０は、図示では、ロボット１の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部やロボットアーム１０内に配置されていてもよい。また、制御装置５０には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。

また、図１および図２に示すロボット１は、ロボットアーム１０よりも基端側であって、ロボットアーム１０と基台１１０との間に設けられている力センサー２１（第１の力センサー）を備える。

力センサー２１は、ロボットアーム１０に付与される外力を検知するセンサーである。このような力センサー２１を設けることにより、アーム１６またはエンドエフェクター１７に外力が付与されたとき、その外力がロボットアーム１０を経て力センサー２１に伝達され、力センサー２１においてその力の大きさや向きを検知することができる。これにより衝突検知が可能となる。

さらに、図１および図２に示すロボット１は、エンドエフェクター１７に設けられている振動センサー２３を備える。このような振動センサー２３を設けることにより、ロボットアーム１０に人や物体が触れていないかを間接的に検出することができる。振動センサー２３の検出結果は、後述する方法により、力センサー２１のリセットを実行するための条件の１つとなる。なお、リセットとは、例えば力センサー２１の出力値を０レベルに補正することを言う。

振動センサー２３は、ロボットアーム１０の振動を検出するセンサーである。振動センサー２３としては、例えば、加速度センサー、角速度センサーまたはそれらを併設したコンボセンサーのような慣性センサー、光学式振動センサー、音波式振動センサー等が挙げられるが、特に慣性センサーが好ましく用いられる。

図１および図２に示す制御装置５０は、さらに、振動センサー２３の検出結果に基づいて、力センサー２１をリセットする機能を有する。

Ｉ／Ｆ５３（インターフェース）は、力センサー２１および振動センサー２３と通信可能に構成されている。

以上、ロボット１の概略を説明したが、このロボット１は、外力が付与されたとき、その外力を力センサー２１において高精度に検知し、それに応じて動作する。このとき、力センサー２１は、適当なタイミングでリセットされることにより、高い検知精度が維持される。換言すれば、不適当なタイミングでのリセットは許容せず、適当なタイミングでリセットすることにより、検知精度の低下を防止する。その結果、ロボット１では、力センサー２１について高い検知精度を維持することができるため、目的とする作業、例えば物体を把持したり、搬送したりする作業をより正確に行うことができる。以下、この点について詳述する。

図３は、図１および図２に示すロボットの制御方法（制御装置５０による制御方法）を説明するためのフローチャートである。図４ないし図６は、それぞれ、図１および図２に示すロボットが備える振動センサーの検出値に基づく周波数スペクトルを示す図である。

まず、ロボット１は、通常動作を開始する（ステップＳ１１）。通常動作としては、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業が挙げられる。

通常動作が開始された後、ロボット１が停止しているか否か判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ロボットアーム１０に設置された角度センサー１３１に基づき、アーム１１〜１６の動作がいずれも停止している場合には、ロボット１が停止していると判断し、アーム１１〜１６のうちのいずれかが動作している場合には、ロボット１が停止していないと判断する。

ロボット１が停止していると判断した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、後述するステップＳ１４に移行する。

一方、ロボット１が停止していないと判断した場合（ステップＳ１２のＮｏ）、そのロボット１が一定速度で動作中か否か判断する（ステップＳ１３）。つまり、動作中のロボット１の速度が一定か否か判断する。具体的には、ロボットアーム１０に含まれた角度センサー１３１に基づき、アーム１１〜１６のうちの動作しているものの全てが一定の角速度で動作している場合には、ロボット１が一定速度で動作していると判断し、アーム１１〜１６のうちのいずれかが一定でない角速度、すなわち時間的に角速度が変化しつつ動作している（加速または減速している）場合には、ロボット１の動作速度が一定ではないと判断する。

ロボット１が一定速度で動作していると判断した場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、後述するステップＳ１４に移行する。

一方、ロボット１の動作速度が一定ではないと判断した場合（ステップＳ１３のＮｏ）、その時点が、力センサー２１のリセットを実行するタイミングとしては適さないことになるので、前述した通常動作（ステップＳ１１）に戻る。

ロボット１が停止していると判断した場合、または、ロボット１が一定速度で動作していると判断した場合には、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしているか否か判断する（ステップＳ１４）。具体的には、ロボットアーム１０に設けられた振動センサー２３の検出値が、あらかじめ指示された条件を満たしているか否か判断する。あらかじめ指示された条件とは、例えば、ロボットアーム１０の特定の周波数または特定の周波数の振幅等が挙げられる。

図４は、振動センサー２３の検出値の周波数特性（周波数スペクトル）を示すグラフである。周波数特性とは、振動センサー２３の検出値について、高速フーリエ変換のような周波数スペクトル推定処理で演算処理された結果のことをいう。図４のグラフは、周波数特性の一例であり、横軸が振動の周波数であり、縦軸が振幅に対応している。そして、図４では、ロボットアーム１０に物体が触れているときの周波数特性を実線で示し、ロボットアーム１０に物体が触れていないときの周波数特性を破線で示している。

ロボットアーム１０に物体が触れていないとき、振動センサー２３から出力される検出値の周波数スペクトルには、特定の周波数におけるピークが見られる。これらのピークの中にはロボットアーム１０の固有振動数に対応するものもある。このような、周波数のピークの位置やピークの波形等の周波数特性は、ロボットアーム１０に人や物体が触れた場合に変化する。このため、周波数特性を指標としてモニターすることにより、ロボットアーム１０に人や物体が触れていることを間接的に捉えることができる。

したがって、ステップＳ１４において、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしているか否かを判断するプロセスは、例えば、図４に示す周波数範囲Ｒ１に特定の振動数が含まれるか否かで判断できる。図４に示す破線の周波数スペクトルのピークの位置が、周波数範囲Ｒ１内にある場合には、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていると判断する。

一方、図４の場合、ロボットアーム１０に物体が触れると、特定の振動数が十数Ｈｚ程度、低下している。つまり、図４は、特定の周波数が変化した例である。このような低下の結果、図４に示す実線の周波数スペクトルのピークの位置が周波数範囲Ｒ１から外れている。この場合、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていないと判断する。

ここで、ステップＳ１４について、図４とは異なる例を、図５および図６に基づいて説明する。

図５のグラフは、周波数特性の一例であり、横軸が振動の周波数であり、縦軸が振幅に対応している。そして、図５では、ロボットアーム１０に物体が触れているときの周波数特性を実線で示し、ロボットアーム１０に物体が触れていないときの周波数特性を破線で示している。

ステップＳ１４において、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしているか否かは、例えば、図５に示すように周波数スペクトルのピーク波形の半値幅で判断することができる。半値幅の閾値をＨＴ、検出値の周波数スペクトルのピーク波形の半値幅をＨ１、Ｈ２としたとき、半値幅Ｈ２が閾値ＨＴを超えるか否かで判断することができる。図５に示す破線の周波数スペクトルのピーク波形のように、半値幅Ｈ２が半値幅の閾値ＨＴ以下の場合には、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていると判断する。

一方、ロボットアーム１０に物体が触れると、周波数スペクトルのピーク波形の半値幅が増大してブロードな曲線となる場合もある。このような半値幅の増加の結果、図５に示す実線の周波数スペクトルのピーク波形では、半値幅Ｈ１が半値幅の閾値ＨＴを超えている。この場合、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていないと判断する。

図６のグラフは、周波数特性の一例であり、横軸が振動の周波数であり、縦軸が振幅に対応している。そして、図６では、ロボットアーム１０に物体が触れているときの周波数特性を実線で示し、ロボットアーム１０に物体が触れていないときの周波数特性を破線で示している。

ステップＳ１４において、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしているか否かを判断するプロセスは、周波数スペクトルのピーク波形のピーク値が、例えば、図６に示す閾値Ｒ３以上か未満かで判断することができる。図６に示す破線の周波数スペクトルのピーク波形のように、ピーク値が閾値Ｒ３以上の場合は、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていると判断する。

一方、図６のように、ロボットアーム１０に物体が触れると、周波数スペクトルのピーク波形のピーク値が低くなる場合がある。つまり、図６は、周波数スペクトルのピーク波形のピーク値が変化した例である。図６に示す実線の周波数スペクトルのピーク波形のピーク値が閾値Ｒ３未満になる場合、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていないと判断する。

以上のようにして振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていないと判断した場合（ステップＳ１４のＮｏ）、その時点が、力センサー２１のリセットを実行するタイミングとしては適さないことになるので、前述した通常動作（ステップＳ１１）に戻る。

一方、振動センサー２３の検出値が所定の条件を満たしていると判断した場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、力センサー２１のリセットを実行する（ステップＳ１５）。

なお、上記説明では、ロボットアーム１０に物体が触れると周波数スペクトルのピーク位置が低周波側へシフトする例を説明したが、ロボットアーム１０に物体が触れたときに周波数スペクトルのピーク位置が高周波側へシフトしてもよい。同様に、ロボットアーム１０に物体が触れると周波数スペクトルのピーク値が減少する例を説明したが、ロボットアーム１０に物体が触れたときに周波数スペクトルのピーク値が増加してもよい。同様に、ロボットアーム１０に物体が触れると周波数スペクトルのピーク波形の半値幅が増加する例を説明したが、ロボットアーム１０に物体が触れたときに周波数スペクトルのピーク波形の半値幅が減少してもよい。また、図４ないし図６に示すパターンのうち、２つ以上を組み合わせて採用し、それに基づいて力センサー２１のリセットを実行するようにしてもよい。

また、ロボットアーム１０の姿勢によって振動センサーの出力の周波数特性は変化するので、Ｒ１、ＨＴ、Ｒ３のように設定した周波数や振幅に関する閾値や判定基準は動的に変わってもよい。

また、力センサー２１のリセットとは、前述したように、例えば、力センサー２１による力の計測値をゼロ（または任意の値）にオフセットすることをいう。すなわち、力センサー２１による力の計測値をゼロ（または任意の値）とみなすことができるように、計測値を補正する。ロボット１が停止しているとき、または、ロボット１が一定速度で動作しているときであって、かつ、ロボットアーム１０に人や物体が触れていないときには、ロボットアーム１０に外力が付与されていない状態であるため、そのようなタイミングで力センサー２１のリセットを実行することにより、より正確なオフセットが可能になる。その結果、その後の力センサー２１による力の計測においては、計測値と真の値との乖離を最小限に抑えることができる。これにより、力センサー２１の補正後の計測値は、真の値に近いものとなるため、ロボット１の動作をより安定させることができる。

また、このようなロボット１の制御方法は、制御装置５０により行われる。具体的には、制御装置５０は、前述したように、メモリー５２（記憶部）と、プロセッサー５１（処理部）と、を有している。そして、メモリー５２は、コンピューターで読み取り可能な指示を記憶し、プロセッサー５１は、メモリー５２に記憶されている指示と、振動センサー２３からの検出値と、に基づいて、力センサー２１をリセットする。

したがって、図４ないし図６の例では、制御装置５０のプロセッサー５１（処理部）がまず、振動センサー２３からの検出値を取得してその周波数特性を求める。そして、その周波数特性がメモリー５２に記憶されている指示、すなわち周波数範囲Ｒ１や閾値Ｒ３、周波数スペクトルのピーク波形の半値幅の閾値ＨＴ等の指示を満たすか否かを判断し、力センサー２１をリセットする。このようにすれば、制御装置５０において効率よくリセットを実行することができるので、力センサー２１のリセットを高頻度に行うことができる。

なお、このような制御装置５０は、前述したステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５を行う。

また、メモリー５２に記憶されている周波数範囲Ｒ１や閾値Ｒ３、周波数スペクトルのピーク波形の半値幅の閾値ＨＴ等の指示は、経時的に変化する各種情報に基づいて、随時更新されるようになっていてもよい。

また、メモリー５２に記憶されている指示とは、前述したように、例えば周波数特性における周波数の範囲を含むものとされる。具体的には、例えば図４の場合、周波数範囲Ｒ１が周波数の範囲に相当し、コンピューターで読み取り可能なデータとしてメモリー５２に記憶されている。したがって、プロセッサー５１は、メモリー５２に記憶されているこの指示を逐次読み出し、振動センサー２３からの検出値との比較に供することになる。

また、メモリー５２に記憶されている別の指示とは、前述したように、例えば周波数特性における振幅の範囲を含むものとされる。具体的には、例えば図６の場合、閾値Ｒ３が振幅の範囲に相当し、コンピューターで読み取り可能なデータとしてメモリー５２に記憶されている。したがって、プロセッサー５１は、メモリー５２に記憶されているこの指示を逐次読み出し、振動センサー２３からの検出値との比較に供することになる。

また、メモリー５２に記憶されている別の指示とは、前述したように、例えば周波数特性における周波数スペクトルのピーク波形の半値幅の範囲を含むものとされる。具体的には、例えば図５の場合、周波数スペクトルのピーク波形の半値幅の閾値ＨＴが周波数スペクトルの半値幅の範囲に相当し、コンピューターで読み取り可能なデータとしてメモリー５２に記憶されている。したがって、プロセッサー５１は、メモリー５２に記憶されているこの指示を逐次読み出し、振動センサー２３からの検出値との比較に供することになる。

以上のように、ロボット１の制御方法は、ロボットアーム１０と、外力を検知する力センサー２１（第１の力センサー）と、を有するロボット１の制御方法であって、ロボットアーム１０の振動を検出するステップＳ１４と、振動の検出値に基づいて力センサー２１をリセットするステップＳ１５と、を有する。

このようにして振動の検出値に基づくことにより、エンドエフェクター１７やロボットアーム１０が人や物体に触れていることを、より正確に捉えることができる。具体的には、振動の検出値とメモリー５２に記憶されている指示とを比較することにより、エンドエフェクター１７やロボットアーム１０が人や物体に触れていることを、より正確に捉えることができる。これにより、適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができ、力センサー２１の検知精度を高く維持することができる。特に、力センサー２１の出力値のみに基づいて力の有無を検知する場合に比べて、人や物体が接触しているにもかかわらず接触していないと誤認してしまう確率を下げることができる。このため、ロボット１の安全性および信頼性を高めることができる。

また、ロボット１は、ロボットアーム１０と、外力を検知する力センサー２１（第１の力センサー）と、ロボットアーム１０の振動を検出する振動センサー２３と、コンピューターで読み取り可能な指示を記憶するメモリー５２（記憶部）と、メモリー５２に記憶されている指示および振動センサー２３からの検出値に基づいて、力センサー２１をリセットするプロセッサー５１（処理部）と、を有する。

このようなロボット１によれば、前述したように、人や物体が接触していないという誤認を抑制しつつ、適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができるので、力センサー２１の検知精度を高く維持することができる。このため、例えばエンドエフェクター１７が物体等に接触していることをより正確に検知することができ、ロボット１の動作をより安定させることができる。

また、制御装置５０は、ロボットアーム１０と、外力を検知する力センサー２１（第１の力センサー）と、を有するロボット１を制御する装置であって、ロボットアーム１０の振動を検出し、その検出値に基づいて力センサー２１（第１の力センサー）をリセットする。すなわち、制御装置５０は、ロボットアーム１０の振動情報を含む信号を受けて、ロボットアーム１０に加わる外力を検出可能な力センサー２１の出力値のリセット（力の計測値の補正）を行う信号を出力する。そして、この信号に基づき、力センサー２１のリセットを行う。このように制御装置５０によって、振動の検出とリセット信号の出力とを一元的に行うことにより、タイムラグを抑えることができ、力センサー２１のリセットをより高頻度に行うことができる。

また、本実施形態に係るロボット１では、力センサー２１（第１の力センサー）が、ロボットアーム１０よりも基端側に設けられている。すなわち、図１に示す力センサー２１は、ロボットアーム１０と基台１１０との間に設けられている。

力センサー２１がこのような位置に設けられていることで、力センサー２１は、ロボットアーム１０の姿勢によらず、エンドエフェクター１７に付与される外力を効率よく検知することが可能になる。すなわち、力センサー２１がロボットアーム１０の基端側に設けられているため、エンドエフェクター１７に付与される外力が力センサー２１に集約され、効率よく検知することができる。

なお、力センサー２１が設けられる位置は、図１に示す位置に限定されず、いかなる位置であってもよい。

一方、本実施形態に係るロボット１では、振動センサー２３がエンドエフェクター１７に設けられている。エンドエフェクター１７は、ロボットアーム１０よりも先端側の部位であることから、その部位に振動センサー２３が設けられることで、ロボットアーム１０の振動をより高い感度で検出することができる。

なお、振動センサー２３が設けられる位置は、図１に示す位置に限定されず、いかなる位置であってもよい。

また、本実施形態では、前述したように振動センサー２３として慣性センサーが用いられている。慣性センサーでは、加速度や角速度等の物理量を反映した電気信号が出力される。この物理量が振動の影響を受けて変動するため、それに応じて電気信号が変動することになる。したがって、慣性センサーによれば、制御装置５０で処理しやすい信号が出力されるため、振動センサー２３として有用である。

なお、振動センサー２３が設けられる位置は、エンドエフェクター１７に限定されず、ロボットアーム１０の振動を検出し得る位置であれば例えばロボットアーム１０自体のいかなる位置であってもよい。

また、振動センサー２３は、慣性センサーに限定されず、前述した光学式振動センサーや音波式振動センサー等であってもよい。このうち、光学式振動センサーとしては、例えばロボットアーム１０と外部の基準点との距離を光学的に計測し、その距離の変動に基づいて振動を検出するセンサーが挙げられる。

また、力センサー２１（第１の力センサー）の測定原理としては、例えば、圧電方式、歪みゲージ方式、静電容量方式等が挙げられる。このうち、圧電方式が好ましく用いられ、水晶を用いた圧電方式がより好ましく用いられる。すなわち、力センサー２１は、水晶を含むセンサーであるのが好ましい。このような水晶を用いた力センサー２１は、幅広い大きさの外力に対して特に正確な電荷量を発生させるため、高感度とワイドレンジとを両立させやすい。このため、ロボット１に用いられる力センサー２１として有用である。
なお、力センサー２１として、複数の異なる方式のものが併用されてもよい。

また、図３に示すフローチャートに基づくロボット１の制御方法は、通常、フローが一旦終了した後（力センサー２１のリセットが完了した後）、即座に再び開始される（即座に通常動作が開始される）。したがって、力センサー２１のリセットは、比較的短い間隔で繰り返し実行されることになり、高い検知精度が維持されることとなる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。

以下、第２実施形態について、前述した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。なお、図７において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態は、ステップが追加されている以外、第１実施形態と同様である。

まず、ロボット１は、通常動作を開始する（ステップＳ１１）。
振動センサーの検出値が所定の条件を満たす場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、力センサー２１のリセットが前回実行されてから所定の時間以上経過しているか否かを判断する（ステップＳ２１）。具体的には、力センサー２１をリセットした履歴をメモリー５２に記憶しておき、最後に実行した時刻と現在の時刻とを比較する。そして、最後の実行からの経過時間を算出し、算出結果が所定の時間以上であれば、経過していると判断し、算出結果が所定の時間未満であれば、経過していないと判断する。

なお、所定の時間は、力センサー２１のリセットを繰り返す頻度に影響を及ぼす。このため、力センサー２１の検知精度を高く維持するためには、リセットの頻度を多くする、すなわち所定の時間を短くすればよい。一方、力センサー２１をリセットするためには、第１実施形態において説明したように、ロボット１が停止するか、または一定速度で動作しているという条件を満たす必要がある。このため、ロボット１の動作が制限されるのを避けるため、リセットの頻度を際限なく多くすることは現実的ではない。したがって、力センサー２１の検知精度の低下が許容範囲内に収まる程度に、リセットの頻度を抑えることも求められる。

力センサー２１のリセットが前回実行されてから所定の時間以上経過していると判断した場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、第１実施形態と同様のステップＳ１５に移行する。

一方、力センサー２１のリセットが前回実行されてから所定の時間以上経過していないと判断した場合（ステップＳ２１のＮｏ）、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１５は、前述したように、第１実施形態と同様である。これにより、力センサー２１の計測値と真の値との乖離を最小限に留めることができる。

なお、ステップＳ１５の実行後、必要に応じて、そのときの時刻をメモリー５２に記憶させるようにしてもよい。これにより、次回、ステップＳ２１が実行されたとき、前回実行されてからの経過時間を求めることができる。

また、図７に示すフローチャートに基づくロボット１の制御方法により、適切なタイミングで力センサー２１のリセットを行うことが可能となり、高い検知精度が維持されることとなる。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

なお、制御装置５０は、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ２１を行う。

＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、第３実施形態について、前述した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。なお、図８において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した図１に示すロボット１では、力センサー２１がロボットアーム１０よりも基端側に設けられているのに対し、図８に示すロボット１Ａでは、力センサー２１（第１の力センサー）が、ロボットアーム１０よりも先端側に設けられている。すなわち、図８に示す力センサー２１は、ロボットアーム１０とエンドエフェクター１７との間に設けられている。

力センサー２１がこのような位置に設けられていることで、力センサー２１は、人や物体に特に接触しやすいエンドエフェクター１７周辺に付与される外力を効率よく検知することが可能になる。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

なお、力センサー２１の設置位置は、第１実施形態や本実施形態の位置に限定されず、それ以外の位置、例えばロボットアーム１０の内部であってもよい。

＜第４実施形態＞
図９は、本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、第４実施形態について、前述した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。なお、図９において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した図１に示すロボット１では、力センサー２１がロボットアーム１０よりも基端側に設けられているのに対し、図９に示すロボット１Ｂでは、力センサー２１とは別の力センサー２２（第２の力センサー）が、ロボットアーム１０よりも先端側に追加されている。すなわち、図９に示すロボット１Ｂは、力センサー２１（第１の力センサー）と、力センサー２２（第２の力センサー）の２つを備えている。

このように力センサー２１、２２を備えることにより、ロボット１では、付与される外力をより高精度に検知することができ、ロボット１の動作をさらに安定させることができる。

また、力センサー２１、２２は、その双方が第１実施形態のようにしてリセットされるようになっている。これにより、力センサー２１、２２の双方について検知精度を高く維持することができる。

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
なお、力センサーの数は、１つまたは２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

また、力センサー２１、２２のうち、一方のみが前述した方法でリセットされるようになっており、他方は別の方法でリセットされるようになっていてもよい。

以上、本発明のロボット、制御装置およびロボットの制御方法を、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、前述した実施形態のうちの、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、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数（関節の数）は、前述した実施形態の数（６つ）に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。

１…ロボット、１Ａ…ロボット、１Ｂ…ロボット、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２１…力センサー、２２…力センサー、２３…振動センサー、５０…制御装置、５１…プロセッサー、５２…メモリー、５３…Ｉ／Ｆ、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…角度センサー、１７０…駆動部、１７１…本体、１７２…把持部、１７３…把持力センサー、Ｒ１…周波数範囲、Ｒ３…閾値、ＨＴ…半値幅の閾値、Ｓ１１…ステップ、Ｓ１２…ステップ、Ｓ１３…ステップ、Ｓ１４…ステップ、Ｓ１５…ステップ、Ｓ２１…ステップ

Claims (9)

1. ロボットアームと、
   外力を検知する第１の力センサーと、
   前記ロボットアームの振動を検出する振動センサーと、を有し、
   前記振動センサーの検出値に基づいて、前記第１の力センサーをリセットすることを特徴とするロボット。
2. 前記第１の力センサーは、前記ロボットアームと基台の間に設けられている請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１の力センサーは、前記ロボットアームとエンドエフェクターの間に設けられている請求項１に記載のロボット。
4. 第２の力センサーをさらに有し、
   前記第１の力センサーは、前記ロボットアームと基台の間に設けられており、
   前記第２の力センサーは、前記ロボットアームとエンドエフェクターの間に設けられている請求項１に記載のロボット。
5. 前記第１の力センサーは、水晶を含むセンサーである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
6. 前記振動センサーは、慣性センサーである請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記振動センサーの前記検出値である周波数特性に基づいて、前記第１の力センサーをリセットする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
8. ロボットアームの振動情報を含む信号を受けて、
   前記ロボットアームに加わる外力を検出可能な力センサーの出力値のリセットを行う信号を出力することを特徴とする制御装置。
9. ロボットアームと、外力を検知する力センサーと、を有するロボットを制御する制御方法であって、
   前記ロボットアームの振動を検出するステップと、
   前記振動の検出値に基づいて、前記力センサーをリセットするステップと、
   を含むことを特徴とするロボットの制御方法。

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