JP2020104249A - Industrial robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、産業用ロボットシステムに関するものである。 The present disclosure relates to industrial robot systems.
周辺の人との干渉を検出するために、少なくとも1つの軸にトルクセンサを搭載した協働ロボット等の産業用ロボットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
トルクセンサは、一般には、精度を保つために、トルクがかかっていない状態や所定のトルクが作用した際の検出値が測定されることにより、トルクセンサ単体でキャリブレーションされたものが、産業用ロボットに組み込まれて使用される。
There is known an industrial robot such as a collaborative robot having a torque sensor mounted on at least one axis in order to detect interference with surrounding people (see, for example, Patent Document 1).
Generally, in order to maintain accuracy, the torque sensor is calibrated by the torque sensor alone by measuring the detected value when no torque is applied or when a predetermined torque acts, Used by being incorporated in a robot.
しかしながら、トルクセンサをロボットに組み付ける際には、トルクセンサのロボットへの組付けに使用する取付ボルトの締結力により、トルクセンサ自体に歪が発生し、組み付け前にキャリブレーションされたトルクセンサ単体の校正値が使用できなくなる可能性がある。
また、トルクセンサの出力特性は、一般には非線形であるため、精度よくキャリブレーションを行うには、多くのパターンでキャリブレーション(合わせ込み)を行う必要があり、多くの時間と手間を要するという問題がある。
However, when assembling the torque sensor to the robot, the torque sensor itself is distorted due to the fastening force of the mounting bolt used for assembling the torque sensor to the robot, and the torque sensor itself calibrated before assembly is The calibration value may not be usable.
Further, since the output characteristic of the torque sensor is generally non-linear, in order to perform accurate calibration, it is necessary to perform calibration (matching) with many patterns, which requires a lot of time and effort. There is.
本開示の一態様は、少なくとも1つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付ける出力校正部とを備える産業用ロボットシステムである。 One aspect of the present disclosure includes a robot having a torque sensor on at least one rotation axis, and a control device that controls the robot, wherein the control device controls the posture of the robot or the moment value based on the posture and motion of the robot. A moment output section, a program storage section for storing an operation program, and a drive control section for rotating the component parts of the robot around the rotation axis according to the operation program stored in the program storage section, An output calibration unit that associates the torque detection value detected by the torque sensor with the moment value output from the moment output unit in the rotation operation of the component about the rotation axis by the drive control unit. It is an industrial robot system.
本開示の一実施形態に係る産業用ロボットシステム1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボットシステム1は、図1に示されるように、ロボット2と、ロボット2を制御する制御装置3とを備えている。
An industrial robot system 1 according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the industrial robot system 1 according to this embodiment includes a
ロボット2は、例えば、垂直多関節型ロボットである。ロボット2の種類は限定されるものではなく、他の任意の形式のロボット2を採用してもよい。
The
ロボット2は、床面(被設置面)に設置されたベース21と、鉛直な第1軸線(回転軸)A回りにベース21に対して回転可能に支持された旋回胴(構成部品)22と、水平な第2軸線(回転軸)B回りに旋回胴22に対して回転可能に支持された第1アーム(構成部品)23と、水平な第3軸線(回転軸)C回りに第1アーム23に対して回転可能に支持された長手軸を有する第2アーム(構成部品)24と、該第2アーム24の先端に支持された手首ユニット(構成部品)25とを備えている。
The
ベース21と旋回胴22との間、旋回胴22と第1アーム23との間、および第1アーム23と第2アーム24との間には、それぞれ第1軸線A、第2軸線Bおよび第3軸線C回りのトルクを検出するトルクセンサ26,27,28が配置されている。
A first axis A, a second axis B, and a second axis B are respectively provided between the
制御装置3は、図2に示されるように、モーメント出力部31と、プログラム記憶部32と、トルクセンサ26,27,28の出力校正部33と、駆動制御部34とを備えている。制御装置3は、メモリおよびプロセッサにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the
モーメント出力部31は、ロボット2の姿勢またはロボット2の姿勢および動作からモーメント値を出力するための処理部である。具体的には、モーメント出力部31は、ロボット2の姿勢、またはロボット2の姿勢および動作から、トルクセンサ26,27,28に接続された構成部品の質量、重力および慣性力によって発生するモーメント値を求めて出力する。
モーメント出力部31は、ロボット2の姿勢およびトルクセンサ26,27,28を備える回転軸A,B,C回りの構成部品の回転角度とのモーメント値の対応付けをもとに、ロボット2の姿勢やトルクセンサ26,27,28を備える回転軸A,B,C回りの構成部品の回転角度からモーメント値を出力してもよい。または、ロボット2の姿勢に応じてトルクセンサ26,27,28に接続された構成部品が質量および重力によって作用するモーメント値を算出して出力するようにしてもよい。また、ロボット2が移動して減速するとき、例えば、所定の位置に加減速して移動するときに、トルクセンサ26,27,28に作用する構成部品の質量に起因する慣性力を算出して出力するようにしてもよい。
The
The
さらに具体的には、モーメント出力部31は、ロボット2の姿勢またはロボット2の姿勢および動作からモーメント値を出力するための記憶部であり、メモリにより構成される。モーメント出力部31に、ロボット2の姿勢およびトルクセンサ26,27,28を備える回転軸A,B,C回りの構成部品の回転角度と、モーメント値とを対応付けたデータを格納し、対応付けデータをもとにモーメント値を出力してもよい。または、モーメント出力部31に、ロボット2の姿勢およびロボット2の動作から算出したモーメント値を一時的に(間接的に)記憶しておいて、記憶されているモーメント値をモーメント出力部31が出力するようにしてもよい。
More specifically, the
モーメント出力部31に、トルクセンサ26,27,28を備える回転軸A,B,C回りの構成部品の回転角度と、モーメント値とを対応付けたデータを格納する場合、第2軸線B回りの第1アーム23の回転角度と、第1アーム23、第2アーム24および手首ユニット25を含む構成部品により第2軸線B回りに作用する質量によるモーメント値とを対応付け、かつ、第3軸線C回りの第2アーム24の回転角度と、第2アーム24および手首ユニット25を含む構成部品により第3軸線C回りに作用するモーメント値とを対応付けて記憶している。具体例として、テーブル表、相関グラフまたは相関近似式を作ることなどがこれに相当する。ここで、モーメント値は、外力によるものではなく、ロボット2の構成部品および付属のツール等を含めた、ロボット2の機構部がトルクセンサ26,27,28に作用するモーメントである。
In the case where the
第1アーム23、第2アーム24および手首ユニット25を含む各構成部品の質量および寸法は既知であるので、第2軸線B回りに第1アーム23の回転角度に応じた第2軸線B回りのモーメント値を正しく算出することができる。モーメント出力部31には、予め算出したモーメント値のデータを直接的に記憶しておいてもよいし、間接的に記憶しておいてもよい。
Since the masses and dimensions of the respective components including the
モーメント値を間接的に記憶する場合には、モーメント値を算出するための第1アーム23、第2アーム24および手首ユニット25を含む各構成部品の質量、寸法あるいは重心位置を記憶しておいて、回転角度を用いた計算によりモーメント値を算出すればよい。ロボット2の姿勢とロボット2の各構成部品および付属部品の情報とからモーメント値を算出する場合、重力、または重力およびロボット2の移動に伴って作用するモーメント値を算出する。
When the moment value is indirectly stored, the mass, size, or center-of-gravity position of each component including the
ここで、トルクセンサ26,27,28を備える回転軸である第1軸線A、第2軸線Bおよび第3軸線Cの回転角度だけでなく、その先の軸の角度も含めてロボット2の姿勢によってトルクセンサ26,27,28に作用するモーメント値は変わるため、回転角度とモーメント値とを対応付けるときには、その先の軸の姿勢が所定の角度であることが前提である。所定の角度として複数の値とするときには、そのデータを予め記憶しておくことが望ましい。
Here, not only the rotation angles of the first axis A, the second axis B, and the third axis C, which are rotation axes including the
プログラム記憶部32は、メモリにより構成され、動作プログラムを記憶している。
動作プログラムとしては、ロボット2に作業を行わせるためにあらかじめ教示された動作プログラムの他、トルクセンサ26,27,28をキャリブレーションするための情報を取得するキャリブレーションプログラムが挙げられる。例えば、第3軸線C回りのトルクを検出するトルクセンサ28のキャリブレーションプログラムは、例えば、図3から図5に示されるように、第1アーム23に対して第2アーム24のみを第3軸線C回りに一方向に回転させるとともに、回転の途中の複数の回転角度において静止し、その時にトルクセンサ28から出力されるトルク検出値を記憶するものである。
The
Examples of the operation program include an operation program taught in advance for causing the
出力校正部33は、プロセッサにより構成され、キャリブレーションプログラムの実行中に、各回転角度においてトルクセンサ26,27,28により検出されたトルク検出値と、モーメント出力部31が出力するモーメントとを対応付けることにより、図6に示されるように、トルクセンサ26,27,28の出力特性を生成する。第2軸線B回りのトルクを検出するトルクセンサ27の出力特性の生成は、第3軸線C回りのトルクを検出するトルクセンサ28の出力特性の生成と同様に行われる。
The
一方、第1軸線A回りのトルクを検出するトルクセンサ26については、ロボット2を水平な床面に設置したと仮定した場合、トルクセンサ27,28とは異なるキャリブレーションプログラムが実行される。トルクセンサ26は、機構部の質量および重心を用いて、第1軸線A回りの旋回動作時のモーメント値の出力に基づいてキャリブレーションが実行される。ロボット2を水平な床面に設置したと仮定した場合、鉛直回転軸である第1軸線Aまたは鉛直回転軸の姿勢が取れる第1軸線Aを除いた第2軸線B、第3軸線Cおよび手首ユニット25の各軸において重力によるモーメントが作用するため、所定の回転角度で停止した状態でキャリブレーションを実施することができる。
On the other hand, regarding the
しかしながら、第1軸線Aについては、重力によるモーメントが作用しないので、第1軸線Aをキャリブレーションするために、第1軸線A回りのロボット2の姿勢を変えて、第1軸線Aが停止した状態で、モーメントが全て「0」であることをキャリブレーションし、ロボット2の第1アーム23を一定速度で動かして作用する慣性力によるモーメントを使用して第1軸線A回りのロボット2の姿勢を変えながら、全てのモーメント値が一定の値であることをキャリブレーションする必要がある。または、第1軸線A回りに一定速度で旋回動作させているときのモーメントの値が「0」となるようにキャリブレーションしてもよい。
However, since the moment due to gravity does not act on the first axis A, in order to calibrate the first axis A, the posture of the
また、トルクセンサ26に作用するモーメント値が変化するように、ロボット2を加速、または減速させ、例えば、ある位置に減速停止するなどして、そのときに慣性力がトルクセンサ26に作用するモーメント値を使用してキャリブレーションしてもよい。
この場合には、モーメント出力部31は、ロボット2の姿勢および動作からロボット2が加減速して移動するときに、トルクセンサ26に作用する構成部品の質量に起因する慣性力を算出して出力する。
Also, the
In this case, the
このようなキャリブレーション時に、トルクセンサ26から出力されるトルク検出値を記憶するものが第1軸線A回りのトルクを検出するトルクセンサ26のキャリブレーションプログラムである。
ここで、トルクセンサ27,28がオフセットした構造である場合には、トルクセンサ27,28を校正した後、トルクセンサ27,28を用いて、ロボット2で一定の力またはモーメントの押しつけを行って検出されるトルク検出値に基づいてキャリブレーションを実行する、また、好ましくは、何種類かの速度で異なるモーメント値をキャリブレーションする。これにより、生成される出力特性の精度が向上する。
What stores the detected torque value output from the
Here, in the case where the
ロボット2を、重力方向に対して傾斜させた台に設置する場合には、重力がトルクセンサ27,28に作用するモーメント値を利用して、第1軸線A回りのトルクのキャリブレーションを行うことができるので、そのように設置してトルクセンサ26のキャリブレーションをするようにしてもよい。
When the
生成された出力特性は駆動制御部34に出力され、記憶される。駆動制御部34は、プロセッサおよびメモリにより構成されている。
そして、予め教示された動作プログラムが実行されるときには、トルクセンサ26,27,28により検出されたトルク検出値が入力されると、記憶されている出力特性によって、出力校正部33により補正されたトルク検出値が算出される。
The generated output characteristic is output to the
Then, when the operation program taught in advance is executed, when the torque detection values detected by the
駆動制御部34は、プログラム記憶部32から読みだされた動作プログラムに従う指令信号を生成してロボット2に対して出力するとともに、補正されたトルク検出値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、超えている場合には、ロボット2を停止、減速、力が作用した方向に移動させて逃げる、それまでの動作方向に戻る、または予め用意した動作プログラムを実行する等の指定の動作を実行するよう指令信号を出力する。
The
このように構成された本実施形態に係る産業用ロボットシステム1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボットシステム1が工場等に設置された状態で、制御装置3の作動により、プログラム記憶部32に記憶されているキャリブレーションプログラムが実行される。
The operation of the industrial robot system 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
With the industrial robot system 1 according to the present embodiment installed in a factory or the like, the calibration program stored in the
キャリブレーションプログラムにおいては、例えば、第1アーム23に対して第3軸線C回りに第2アーム24を回転させながら、複数の回転角度において静止し、その状態でトルクセンサ28から出力されるトルク検出値を出力校正部33に読み込む。
出力校正部33には、駆動制御部34から出力された第2アーム24の回転角度に対応付けてモーメント出力部31に記憶されているモーメント値が入力される。これにより、出力校正部33においては、入力されてきたトルク検出値とモーメント値とを対応付けた出力特性が生成される。旋回胴22に対する第1アーム23の第2軸線B回りのトルクを検出するトルクセンサ27についても同様に出力特性が生成される。生成された各トルクセンサ26,27,28の出力特性は、駆動制御部34に送られて記憶される。これにより、キャリブレーション作業が終了する。
In the calibration program, for example, while rotating the
The
プログラム記憶部32から予め教示された動作プログラムが読みだされて駆動制御部34によりロボット2が作動させられる際には、トルクセンサ26,27,28により検出されたトルク検出値は駆動制御部34に直接入力され、記憶されている出力特性に基づいて補正されたトルク検出値が算出される。そして、算出されたトルク検出値から求められる外力の作用によるモーメントや力が所定の閾値を超えているか否かが判定され、超えている場合には、ロボット2に周辺物体が接触したものと判定して、ロボット2が停止または減速させたり、それまでの動作方向に戻すようにしたり、力が作用した方向に移動させて逃げるようにしたり、予め用意した動作プログラムを実行したりする。
When the operation program taught in advance is read from the
このように、本実施形態に係る産業用ロボットシステム1によれば、複数の回転角度においてトルクセンサ26,27,28により検出されたトルク値と、モーメント出力部31に記憶されているモーメント値(モーメント出力部31が出力するモーメント値)とが出力校正部33において対応付けられることにより、精度よくキャリブレーションが行われた出力特性、すなわち、トルクセンサ26,27,28により検出されたトルク値に対するモーメント値の関係を生成することができる。これにより、トルクセンサ26,27,28のロボット2への組付け時にトルクセンサ26,27,28に歪が発生しても、また、トルクセンサ26,27,28が強い非線形特性を有していても、キャリブレーション用のプログラムをロボット2の制御装置3上で実行するだけで、ロボット2自身の自動運転によって、短時間で、簡易かつ高精度にトルクセンサ26,27,28のキャリブレーションを行うことができるという利点がある。
As described above, according to the industrial robot system 1 according to the present embodiment, the torque value detected by the
なお、本実施形態においては、ロボット2の機構部に装着されるツール等の付属の構成部品を含まない状態でキャリブレーションを行う場合について例示したが、付属の構成部品の寸法、重量および重心が既知である場合には、付属の構成部品を装着した状態でのモーメント値をモーメント出力部31に記憶しておいてもよい。
これにより、ユーザごとに異なるツールを取り付けて、そのツールが取り外せない環境下であっても、トルクセンサ26,27,28のキャリブレーションをやり直すことができるという利点がある。
また、ロボット2の姿勢、ロボット2付属の構成部の質量および重心の値に基づいて、ロボット2の機構部が各トルクセンサ26,27,28に作用しているモーメント値を算出し、各トルクセンサ26,27,28に作用する正味の力を算出するようにしてもよい。
In addition, in the present embodiment, the case where the calibration is performed in a state where the accessory components such as the tool mounted on the mechanism portion of the
This has the advantage that different tools can be attached to different users and the calibration of the
Further, the moment value acting on each
また、キャリブレーションプログラムにおいて設定されているトルクを検出する回転角度についてはユーザが任意に変更してもよい。ロボット2の動作範囲が制限される環境下においても容易にトルクセンサ26,27,28のキャリブレーションを行うことができる。
The user may arbitrarily change the rotation angle for detecting the torque set in the calibration program. It is possible to easily calibrate the
また、本実施形態においては、駆動制御部34が、検出されたトルク検出値に出力校正部33により対応付けられたモーメント値から求められる外力の作用によるモーメントや力に基づいてロボット2の接触判定を行う場合について例示したがこれに限られるものではない。これに代えて、例えば、駆動制御部34が、検出されたトルク検出値に出力校正部33により対応付けられたモーメント値から求められる外力の作用によるモーメントや力に基づいて、ロボット2の構成部品を直接持って誘導操作する際に、作業者がロボット2に作用させる力を軽減させるようにロボット2の動作指令を発生させるように、アシストトルクの制御を行うものを採用してもよい。これにより、リードスルーの操作を軽くすることができる。
In addition, in the present embodiment, the
また、本実施形態に係る産業用ロボットシステム1として、ロボット2のベース21が床面に設置されているものを例示したが、これに代えて、図7に示されるように、床面に設置され、上面にロボット2のベース21が設置される2軸ポジショナ50を備えているものを採用してもよい。
Further, as the industrial robot system 1 according to the present embodiment, an example in which the
この場合、2軸ポジショナ50は、床面に設置されるベース部51と、水平な揺動軸線K回りにベース部51に対して揺動可能に支持された揺動部52と、揺動軸線Kに直交する旋回軸線L回りに揺動部52に対して回転可能な旋回部53とを備えている。旋回部53の上面には、ロボット2のベース21が設置されるようになっている。また、ベース部51の設置は、床面に限られるものではなく、横向き、または下向きの壁面などを対象にしてもよく、設置可能な被接地面であればよい。本発明においては、他の被設置面についても同様である。
In this case, the
そして、2軸ポジショナ50の旋回部53にロボット2を設置した状態で、揺動軸線K回りに揺動部52を揺動(回転)させることによって、ロボット2を床面に対して傾斜させる。これにより、機構部の質量および重心を用いて第1軸線A回りのトルクのキャリブレーションを行うことができる。また、2軸ポジショナ50を付加軸で制御することにより、短時間かつ自動でキャリブレーションを行うことができる。
Then, the
また、2軸ポジショナ50に代えて、床面に設置されるベース部51と、水平な揺動軸線K回りにベース部51に対して揺動可能に支持され、上面にロボット2のベース21を設置可能な揺動部52とを備える1軸ポジショナを採用してもよい。
Further, instead of the
また、本実施形態においては、各トルクセンサ26,27,28が1つのトルク検出値を出力する単一系統のものを用いて例示したが、これに代えて、トルクセンサ26,27,28が、各トルクセンサ26,27,28に作用するトルクを検出するトルク検出部を2系統以上、備えているものを採用してもよい。各トルク検出部は、それぞれ、トルクセンサ26,27,28に作用するトルクを検出し、トルク検出値として出力する。
Further, in the present embodiment, each
なお、ロボット2が備える複数のトルクセンサ26,27,28において、各トルクセンサ26,27,28が備えるトルク検出部の数をトルクセンサ26,27,28によって変えるようにしてもよい。これによって、トルクセンサ26,27,28の設置個所によって、トルク検出部の数を変えることができる。
トルクセンサ26,27,28が2以上の系統のトルク検出部を有する場合、単独または複数のトルク検出値を、モーメント出力部31の出力値と対応づけ、出力校正部33によって校正、補正、修正されたトルクの値を求めてもよい。
In the plurality of
When the
出力校正部33は、各系統のトルク検出部のトルク検出値と、モーメント出力部31の出力値とを対応づけ、トルク検出値から校正、補正、および修正されたトルクの値を出力する。また、出力校正部33は、複数の系統のトルク検出部のトルク検出値、換言すれば、複数のトルク検出値と、モーメント出力部31の出力値とを対応づけ、トルク検出値から校正、補正、および修正されたトルクの値を出力してもよい。
The
トルクセンサ26,27,28の検出系統を少なくとも2つ準備することにより、少なくとも2つ以上のトルクの値を求め、それらの値を比較しその差が閾値より大きい場合にはトルクセンサ26,27,28の故障と判断したり、故障等のなんらかの影響で1つの系統のトルク検出値を検出できない場合においても他の系統のトルク検出値を用いたりして、速やかかつ安定にロボット2を停止させることができる。
また、各トルクセンサ26,27,28のトルク検出部の出力値を複数用いて、出力校正部33からトルクの値を取得することにより、各トルクセンサ26,27,28においてより精度のよいトルクの値を求めることができる。
By preparing at least two detection systems for the
Further, by obtaining the torque value from the
また、トルクセンサ26,27,28の1つにつき少なくとも2系統のトルク検出部が設けられることになるが、トルクセンサ26,27,28の取り付け時における歪やロボット2の姿勢によって生ずる少なくとも2系統のトルク検出部に対するトルクのアンバランス等により、検出されたトルク検出値に差異が生じてしまう可能性がある。これに対し、各系統において、各トルク検出部によって検出されるトルク検出値と、モーメント出力部31によって出力されたモーメント値とを対応づけることによって、片持ちアーム支持構造等によるトルクセンサ26,27,28に作用するトルク以外の方向の力によって生じる他軸干渉の影響、応力分布が不均一となること、トルクセンサ26,27,28の組付け時の歪、および各系統を構成する検出素子の個体差などによる、各系統のトルク検出値の出力値の差異を吸収する。そして、トルクセンサ26,27,28に実際に作用するトルクを、2つ以上の系統について精度よく算出し、1つのトルクセンサ26,27,28から2つ以上のトルクの値を求めることができる。更に、該当軸以外の軸角度(アーム姿勢)の変化により他軸干渉の影響度が変化する場合でも、該当軸に他軸干渉の影響を与える他の軸の軸角度を変化させながら、トルク検出値と、モーメント出力部31の出力値とを対応づけることによって、他軸干渉も加味したより高精度なトルクセンサ26,27,28のキャリブレーションを行うことができる。
Further, at least two systems of torque detection units are provided for each of the
トルクセンサ26,27,28の検出方式は、力センサと同様に、変位やひずみを検出する方式、特性変化を検出する方式などがある。このとき、検出する物理量としては、抵抗値、電流、静電容量、電荷量、インダクタンス、光量、画像、超音波および磁気などがある。
トルクセンサ26,27,28は、トルクに係る物理量を検出する検出部を1つ以上備えていてもよい。トルクセンサ26,27,28の検出部が検出する物理量は、構造物の変位を電気抵抗、静電容量、電化量または磁気の変化として検出するなど、作用されるトルクまたは力によって変化が生じる物理量であれば、どのようなものであってもよい。
The
The
また、本実施形態においては、トルクセンサ26,27,28として、トルクセンサ26,27,28に作用するトルクを検出するものを採用すればよく、力とモーメントとを検出する力センサ、回転軸A,B,C回りに作用するトルクを検出するトルクセンサ、回転軸A,B,C回りとその他の軸の回りのトルクを検出するトルクセンサであってもよい。
Further, in the present embodiment, as the
また、トルクセンサ26,27,28は、ロボット2を構成する回転軸構造が備える減速機、モータ、歯車、軸受け部、アーム23,24などに、トルクセンサ26,27,28の検出部を組み込んだり設置したりすることによって、トルクを検出できるようにしたものであってもよい。
また、トルクセンサ26,27,28は、モータの電流値からトルクを推定したり、モータの指令位置と現在位置からトルクを推定したりして、トルクを検出するようにして構成したものであってもよい。このように、各トルクセンサ26,27,28は、検出部の出力値に基づいて、トルクを検出することができれば、どのような構成としてもよい。
In addition, the
Further, the
トルクセンサ26,27,28によって検出されるトルク検出値は、トルクに換算された値、または、物理量をアナログデータまたはデジタルデータに変換した値であってもよい。
トルクセンサ26,27,28によるトルクの検出においては、出力校正部33によって、トルクに換算された値またはトルクに係る物理量を検出する、トルクセンサ26,27,28の検出部の出力を、モーメント出力部31の出力と対応づけ、出力校正部33によって、トルクセンサ26,27,28の検出部の出力から、各トルクセンサ26,27,28に作用する正確なトルクを検出するようにしてもよい。
The detected torque value detected by the
In the torque detection by the
トルクに関わる物理量からトルクを求める演算を行う演算部は、プリント基板に設けられ、トルクセンサ26,27,28の検出部と共にロボット2の内部に収納するようにしてもよい。
また、ロボット2の制御装置3に演算部を設け、ロボット2を制御する制御装置3に有線または無線方式でトルクセンサ26,27,28の検出部の出力値を転送しロボット2の制御装置3でトルクを算出するようにしてもよい。
The calculation unit that performs the calculation for obtaining the torque from the physical quantity related to the torque may be provided on the printed circuit board and housed inside the
Further, the
また、ロボット2を制御する制御装置3とは別の制御装置に演算部を設けてもよい。また、ロボット2を制御する制御装置3とは別の装置に有線または無線方式でトルクセンサ26,27,28の検出部の出力値を転送し、別の制御装置でトルクを求めてもよい。このように、トルクセンサ26,27,28において、演算部は、トルクセンサ26,27,28の検出部と同じ位置に配置してもよいし、本実施形態に係る産業用ロボットシステム1に都合のよい制御装置3によって実現するようにしてもよい。
Further, the calculation unit may be provided in a control device different from the
このように、ある回転軸A,B,Cに作用するトルクを求めるトルクセンサ26,27,28としては、トルクに係る物理量を検出する検出部と、検出部の検出値に基づいてトルクを求める演算部とを備えるものを採用すればよい。
As described above, as the
また、出力校正部33は、各トルクセンサ26,27,28の各系統の複数の検出部の出力値と、モーメント出力部31の出力値とを対応づけ、各トルクセンサ26,27,28の検出部の出力値から校正、補正および修正されたトルクの値を出力してもよい。
また、出力校正部33は、各トルクセンサ26,27,28の複数の系統の検出部の出力値と、モーメント出力部31の出力値とを対応づけ、検出部の出力値から校正、補正および修正されたトルクの値を出力してもよい。これによって、各トルクセンサ26,27,28において精度のよいトルクの値を求めることができる。
Further, the
Further, the
出力校正部33によって、トルク検出値または検出部の出力値から、トルクセンサ26,27,28に作用するトルクを求めるときには、テーブルによる変換、キャリブレーション行列の乗算、関数による線形的または非線形的な変換など、トルクセンサ26,27,28の検出部の出力値と、トルクとを対応付けてキャリブレーションを行うことが可能な方法であれば、他のどのような方法を採用してもよい。
When obtaining the torque acting on the
上記実施形態は、以下の本開示の各態様から導かれる。
本開示の一態様は、少なくとも1つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付ける出力校正部とを備える産業用ロボットシステムである。
The above embodiment is derived from the following aspects of the present disclosure.
One aspect of the present disclosure includes a robot having a torque sensor on at least one rotation axis, and a control device that controls the robot, wherein the control device controls the posture of the robot or the moment value based on the posture and motion of the robot. A moment output section, a program storage section for storing an operation program, and a drive control section for rotating the component parts of the robot around the rotation axis according to the operation program stored in the program storage section, An output calibration unit that associates the torque detection value detected by the torque sensor with the moment value output from the moment output unit in the rotation operation of the component about the rotation axis by the drive control unit. It is an industrial robot system.
本態様によれば、プログラム記憶部に記憶されている動作プログラムに基づいて駆動制御部が少なくとも1つの回転軸回りに構成部品を回転動作させると、回転動作に応じてトルクセンサにより検出されるトルク値が変化する。回転軸回りの構成部品のモーメント値は、ロボットの機構部の質量および寸法から回転角度ごとに精度よく算出できる。 According to this aspect, when the drive control unit rotates the component around the at least one rotation axis based on the operation program stored in the program storage unit, the torque detected by the torque sensor according to the rotation operation. The value changes. The moment value of the components around the rotation axis can be accurately calculated for each rotation angle from the mass and dimensions of the robot mechanical unit.
したがって、回転動作においてトルクセンサにより検出されたトルク値と、モーメント出力部によってロボットの姿勢またはロボットの姿勢および動作から出力されたモーメント値とが出力校正部において対応付けられることにより、精度よくキャリブレーションが行われた出力特性、すなわち、トルクセンサにより検出されたトルク値に対するモーメント値の関係が生成される。これにより、トルクセンサのロボットへの組付け時にトルクセンサに歪が発生しても、また、トルクセンサが強い非線形特性を有していても、短時間で高精度にトルクセンサのキャリブレーションを行うことができる。 Therefore, the torque value detected by the torque sensor in the rotation operation and the moment value output from the robot posture or the robot posture and movement by the moment output unit are associated in the output calibration unit, so that the calibration can be performed accurately. The generated output characteristic, that is, the relationship between the moment value and the torque value detected by the torque sensor is generated. As a result, the torque sensor can be calibrated with high accuracy in a short time even if the torque sensor is distorted when the torque sensor is assembled to the robot or the torque sensor has a strong nonlinear characteristic. be able to.
上記態様においては、前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢と前記モーメント値との対応付けデータを有していてもよい。
また、上記態様においては、前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作と前記ロボットの各前記構成部品または前記ロボットの各前記構成部品および付属部品の情報とから、前記トルクセンサに作用する前記モーメント値を算出し、
前記出力校正部が、算出された前記モーメント値と前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値とを対応付けていてもよい。
In the above aspect, the moment output unit may include association data between the posture of the robot and the moment value.
Further, in the above aspect, the torque output unit may calculate the torque based on the posture of the robot or the posture and motion of the robot, and information on each of the constituent parts of the robot or each of the constituent parts and accessory parts of the robot. Calculate the moment value acting on the sensor,
The output calibration unit may associate the calculated moment value with the torque detection value detected by the torque sensor.
また、上記態様においては、前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの接触判定を行ってもよい。 Further, in the above aspect, the drive control unit may perform the contact determination of the robot based on the moment value associated with the torque detection value detected by the torque sensor by the output calibration unit. Good.
この構成により、ロボットを動作させて作業を行っているときに、トルクセンサにより検出されたトルク検出値から求められる外力の作用によるモーメントや力が所定の閾値を超えたときには、ロボットと周辺物体との干渉が発生したものと精度よく判定して、ロボットを正しく停止させたり、減速停止させたり、それまでの動作方向に戻すようにしたり、力が作用した方向に移動させて逃げるようにしたり、予め用意した動作プログラムを実行したりする等の所定の動作を実行することができる。 With this configuration, when the robot operates and the work is performed, when the moment or force due to the action of the external force obtained from the torque detection value detected by the torque sensor exceeds the predetermined threshold value, the robot and the surrounding object are Accurately determine that interference has occurred, stop the robot correctly, decelerate and stop, return to the previous movement direction, move in the direction in which the force acts and escape. It is possible to execute a predetermined operation such as executing an operation program prepared in advance.
また、上記態様においては、前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの前記構成部品を直接持って誘導操作する際のアシストトルクの制御を行ってもよい。 Further, in the above aspect, the drive control unit directly holds the constituent component of the robot based on the moment value associated with the torque detection value detected by the torque sensor by the output calibration unit. You may control the assist torque at the time of carrying out guidance operation.
また、上記態様においては、前記構成部品が、前記回転軸回りに動作させられる前記ロボットの機構部の部品であってもよい。
この構成により、ロボットの機構部にツール等の部品が搭載されていない状態で、トルクセンサのキャリブレーションを精度よく行うことができる。
Further, in the above aspect, the constituent component may be a component of a mechanical portion of the robot that is operated around the rotation axis.
With this configuration, the torque sensor can be accurately calibrated in a state in which no parts such as tools are mounted on the mechanical portion of the robot.
また、上記態様においては、前記構成部品が、前記ロボットの前記機構部に装着される部品を含んでいてもよい。
この構成により、ロボットの機構部にツール等の部品が搭載されている状態で、トルクセンサのキャリブレーションを精度よく行うことができる。
Further, in the above aspect, the component may include a component to be mounted on the mechanism unit of the robot.
With this configuration, it is possible to accurately calibrate the torque sensor in a state where a tool such as a tool is mounted on the mechanism unit of the robot.
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 The above description is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications unless the characteristics of the present invention are impaired. The constituent elements of the above-described embodiments and modifications include those that are substitutable and obvious for substitution while maintaining the sameness of the invention. That is, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1 産業用ロボットシステム
2 ロボット
3 制御装置
22 旋回胴(構成部品)
23 第1アーム(構成部品)
24 第2アーム(構成部品)
25 手首ユニット(構成部品)
26,27,28 トルクセンサ
31 モーメント出力部
32 プログラム記憶部
33 出力校正部
34 駆動制御部
A 第1軸線(回転軸)
B 第2軸線(回転軸)
C 第3軸線(回転軸)
1
23 First Arm (Component)
24 Second Arm (Component)
25 Wrist unit (components)
26, 27, 28
B 2nd axis (rotation axis)
C 3rd axis (rotation axis)
Claims (10)
該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付ける出力校正部とを備える産業用ロボットシステム。 A robot having a torque sensor on at least one axis of rotation; and a controller for controlling the robot,
According to the operation program stored in the program storage unit, a moment output unit that outputs a moment value from the posture of the robot or the posture and movement of the robot, a program storage unit that stores the operation program, A drive control unit configured to rotate the component of the robot about the rotation axis, and a torque detection value detected by the torque sensor in the rotation operation of the component about the rotation axis by the drive control unit and the torque detection value. An industrial robot system comprising: an output calibration unit that associates the moment value output from the moment output unit.
前記出力校正部が、算出された前記モーメント値と前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値とを対応付ける請求項1に記載の産業用ロボットシステム。 The moment value acting on the torque sensor by the moment output unit from the posture of the robot or the posture and motion of the robot, and the information of each of the constituent parts of the robot or each of the constituent parts and accessory parts of the robot. And calculate
The industrial robot system according to claim 1, wherein the output calibration unit associates the calculated moment value with the torque detection value detected by the torque sensor.
前記出力校正部が、前記トルク検出部によって検出された各前記トルク検出値と、前記モーメント値とを対応づける請求項1から請求項7のいずれかに記載の産業用ロボットシステム。 The torque sensor includes a torque detection unit of two or more systems that detects a torque acting on the torque sensor,
The industrial robot system according to claim 1, wherein the output calibration unit associates each of the torque detection values detected by the torque detection unit with the moment value.
該ロボットを制御する制御装置とを備え、
該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、トルクに係る物理量により検出された検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付ける出力校正部とを備える産業用ロボットシステム。 A robot having a torque sensor on at least one rotation axis;
A control device for controlling the robot,
According to the operation program stored in the program storage unit, a moment output unit that outputs a moment value from the posture of the robot or the posture and movement of the robot, a program storage unit that stores the operation program, A drive control unit configured to rotate the component of the robot about the rotation axis, and a detection value detected by a physical quantity related to torque in the rotation operation of the component about the rotation axis by the drive control unit and the An industrial robot system comprising: an output calibration unit that associates the moment value output from the moment output unit.
前記出力校正部が、各前記検出値と、前記モーメント値とを対応づける請求項9に記載の産業用ロボットシステム。 The torque sensor includes a detection unit that detects the physical quantity related to the torque of two or more systems that detects the torque acting on the at least one rotation shaft, and detects the detected value from the physical quantity.
The industrial robot system according to claim 9, wherein the output calibration unit associates each of the detected values with the moment value.
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