JP2021020287A - 検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い検出精度を有する検出方法を提供すること。【解決手段】ロボットアームと、ロボットアームに配置される静電容量式の近接センサーと、を有するロボットが周囲の物体を検出する検出方法であって、近接センサーから出力される第１検出信号とロボットアームの第１姿勢とに基づく第１基準検出信号を生成し、第１基準検出信号を生成した後に、ロボットアームを所定の軌跡に沿って駆動し、近接センサーから出力される第２検出信号とロボットアームの第２姿勢とに基づく第２基準検出信号を生成し、ユーザーの選択に基づいて第１基準検出信号および第２基準検出信号の一方を基準検出信号として選択し、基準検出信号と近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより物体を検出する。【選択図】図１５

Description

本発明は、検出方法に関するものである。

特許文献１に記載されているロボットは、第１アームと、第１アームに対して回動可能に連結されている第２アームと、第２アームに対して回動可能に連結されている第３アームと、を有し、第１アームおよび第２アームには、それぞれ、近接センサーが設けられている。

特開２０１８−１４９６７３号公報

しかしながら、このような構成のロボットでは、第１アームに対する第２アームの姿勢によっては第１アームに設けられている近接センサーと第２アームに設けられている近接センサーとが接近し過ぎて互いに干渉し合い、その結果、近接センサーによる誤検出が生じるおそれがある。

本発明の検出方法は、ロボットアームと、前記ロボットアームに配置される静電容量式の近接センサーと、を有するロボットが周囲の物体を検出する検出方法であって、
前記近接センサーから出力される第１検出信号と前記ロボットアームの第１姿勢とに基づく第１基準検出信号を生成し、
前記第１基準検出信号を生成した後に、前記ロボットアームを所定の軌跡に沿って駆動し、前記近接センサーから出力される第２検出信号と前記ロボットアームの第２姿勢とに基づく第２基準検出信号を生成し、
ユーザーの選択に基づいて前記第１基準検出信号および前記第２基準検出信号の一方を基準検出信号として選択し、
前記基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出することを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す全体図である。 近接センサーの配置を示す側面図である。 近接センサーを示す図である。 近接センサーが有する検出電極および駆動電極を示す平面図である。 近接センサー制御部のブロック図である。 近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。 近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。 近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。 処理回路のブロック図である。 第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。 第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。 基準検出信号と検出信号とを比較する図である。 処理回路の処理方法を示すフローチャートである。 第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。 本発明の第２実施形態で用いる基準検出信号を示す図である。 本発明の第３実施形態の近接センサー制御部のブロック図である。 処理回路の処理方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の検出方法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＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す全体図である。図２は、近接センサーの配置を示す側面図である。図３は、近接センサーを示す図である。図４は、近接センサーが有する検出電極および駆動電極を示す平面図である。図５は、近接センサー制御部のブロック図である。図６は、近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。図７は、近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。図８は、近接センサーに生じる電気力線を示すモデル図である。図９は、処理回路のブロック図である。図１０は、第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。図１１は、第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。図１２は、基準検出信号と検出信号とを比較する図である。図１３は、処理回路の処理方法を示すフローチャートである。

図１に示すロボット１は、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ロボット１は、所定の作業を実行するロボット本体２と、ロボット本体２に装着され、周囲の物体、特に人を検出する近接センサー３と、ロボット本体２および近接センサー３の駆動を制御する制御装置８と、を有する。

ロボット本体２は、６軸ロボットである。このようなロボット本体２は、床、壁、天井等に固定されるベース２０と、ロボットアーム２１と、ロボットアーム２１の先端に装着されているエンドエフェクター２２と、を有する。また、ロボットアーム２１は、ベース２０に回動自在に連結されているアーム２１１と、アーム２１１に回動自在に連結されているアーム２１２と、アーム２１２に回動自在に連結されているアーム２１３と、アーム２１３に回動自在に連結されているアーム２１４と、アーム２１４に回動自在に連結されているアーム２１５と、アーム２１５に回動自在に連結されているアーム２１６と、を有し、アーム２１６にエンドエフェクター２２が装着されている。

また、ロボット本体２は、ベース２０に対してアーム２１１を回動させる駆動装置２５１と、アーム２１１に対してアーム２１２を回動させる駆動装置２５２と、アーム２１２に対してアーム２１３を回動させる駆動装置２５３と、アーム２１３に対してアーム２１４を回動させる駆動装置２５４と、アーム２１４に対してアーム２１５を回動させる駆動装置２５５と、アーム２１５に対してアーム２１６を回動させる駆動装置２５６と、を有する。各駆動装置２５１〜２５６は、例えば、駆動源としてのモーターＭと、モーターＭの駆動を制御するコントローラーＣと、モーターＭの回転量すなわちアームの回転角度を検出するエンコーダーＥと、を有する。そして、これら駆動装置２５１〜２５６は、それぞれ、制御装置８によって独立して制御される。

ただし、ロボット本体２の構成は、特に限定されず、例えば、アームの数は、５本以下であってもよいし、７本以上であってもよい。また、例えば、ロボット本体２は、スカラロボット、双腕ロボット等であってもよい。

制御装置８は、図示しないホストコンピューターからロボット本体２の位置指令を受け、各アーム２１１〜２１６が受けた位置指令に応じた位置となるように、駆動装置２５１〜２５６の駆動をそれぞれ独立して制御するロボット制御部８０と、近接センサー３の駆動を制御すると共に、近接センサー３が出力する検出信号Ｓに基づいてロボット本体２の周囲の物体を検出する近接センサー制御部９０と、を有する。例えば、近接センサー制御部９０がロボット本体２の周囲に物体を検出したとき、ロボット制御部８０は、ホストコンピューターからの指令に関わらず、ロボット本体２の駆動を緊急停止したり、ロボットアーム２１の駆動速度を遅くしたりする。これにより、ロボット１を安全に駆動することができる。

このような制御装置８は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。

近接センサー３は、ロボットアーム２１の外表面に配置されている。特に、本実施形態では、近接センサー３は、図２中のハッチングで示す箇所、すなわち、アーム２１１、２１２、２１３、２１４に配置されている。このように、複数のアームに近接センサー３を配置することにより、より広範囲にわたって、ロボットアーム２１の周囲の物体を検出することができる。ただし、近接センサー３の配置は、特に限定されず、例えば、アーム２１４だけであってもよい。

各近接センサー３は、静電容量の変化に基づいて周囲の物体を検出する相互容量方式の静電容量型のセンサーであり、図３に示すように、検出電極３１と駆動電極３２とを有する。また、図４に示すように、検出電極３１および駆動電極３２は、互いに離間して設けられている。また、検出電極３１および駆動電極３２は、それぞれ、平面視で櫛歯状をなし、検出電極３１の櫛歯と駆動電極３２の櫛歯とが互いに離間しつつ噛み合って配置されている。駆動電極３２に駆動電圧Ｖが印加されると、検出電極３１と駆動電極３２との間に電界が発生する。電界が発生した状態で近接センサー３に検出対象である物体が接近すると、検出電極３１と駆動電極３２との間の電界が変化する。この電界の変化による静電容量の変化を検出電極３１で検出することにより、ロボット本体２への物体の接近を検出できる。

アーム２１１、２１２、２１３、２１４に配置されている４つの近接センサー３の制御方法は、それぞれ、同様であるため、以下では、説明の便宜上、アーム２１４に配置されている近接センサー３の制御方法について代表して説明し、他の近接センサー３の制御方法については、その説明を省略する。

図５に示すように、近接センサー制御部９０は、所定クロックに基づいて電圧が周期的に変化する駆動電圧Ｖを生成する駆動回路９１を有し、駆動回路９１で生成した駆動電圧Ｖが駆動電極３２に印加される。また、近接センサー制御部９０は、検出電極３１から出力される検出信号Ｓ（電荷の量）を駆動電圧Ｖに同期して測定し、その測定結果に基づいて近接センサー３の周囲の物体を検出する処理回路９３を有する。

ここで、近接センサー３から出力される検出信号Ｓは、検出対象である物体以外の物体と近接センサー３との干渉によっても変動する。その一例を図６ないし図８に示す。図６に示すモデルでは、近接センサー３が他の物体と干渉していない。説明の便宜上、このとき、検出電極３１には６本の電気力線が作用するものとし、この状態で検出電極３１から出力される検出信号Ｓを基準検出信号Ｓａとも言う。

これに対して、例えば、図７に示すモデルでは、近接センサー３が他のアームの近接センサー３（３Ａ）に接近し、これらが干渉している。これにより、検出電極３１に近接センサー３Ａの駆動電極３２からの電気力線が作用して、検出電極３１には、図６のモデルよりも多い９本の電気力線が作用する。そのため、検出電極３１から出力される検出信号Ｓは、基準検出信号Ｓａよりも大きくなる。反対に、例えば、図８に示すモデルでは、近接センサー３がロボット本体２周囲にある機械設備、安全柵、周辺装置外装、ケーブル、およびフレーム等の導体である構造体Ｘに接近し、これらが干渉している。これにより、電気力線の一部が構造体Ｘに遮蔽され、検出電極３１には、図６のモデルよりも少ない３本の電気力線が作用する。そのため、検出電極３１から出力される検出信号Ｓは、基準検出信号Ｓａよりも小さくなる。

このように、ロボットアーム２１の姿勢、すなわち、検出対象である物体の接近以外の要因によって検出信号Ｓが変動すると、処理回路９３が物体の接近を誤検知し、物体の検出精度が低下する。そこで、近接センサー制御部９０は、このような問題が生じないような構成となっている。

図９に示すように、処理回路９３は、記憶装置９３１を有し、記憶装置９３１には第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とが記憶されている。第１基準検出信号Ｓ１および第２基準検出信号Ｓ２は、共に、検出電極３１から出力される検出信号Ｓをロボットアーム２１の姿勢と対応させた信号であり、互いに生成される環境が異なっている。第１基準検出信号Ｓ１は、前述した図７に示すモデルのように、ロボット１自身の干渉以外の干渉が生じない、すなわち、ロボット１の周囲にロボット１と近接センサー３と干渉する物体がない理想環境下において計測した検出信号Ｓに基づいて生成される。一方、第２基準検出信号Ｓ２は、ロボット１を実作動させる使用環境下において計測した検出信号Ｓに基づいて生成される。

ここで、第１基準検出信号Ｓ１の生成方法の一例を説明する。まず、ロボット１を理想環境下に設置する。次に、ロボットアーム２１を様々な姿勢、好ましくは、取り得る全ての姿勢に動かす。そして、その際に検出電極３１から出力される検出信号Ｓを第１検出信号とし、ロボットアーム２１の姿勢を第１姿勢として、第１検出信号を第１姿勢と対応させて測定し、この測定結果から非干渉データＤを生成する。次に、非干渉データＤから必要なデータを抽出し、さらには必要に応じてデータの補間、間引き等の加工を施すことにより、ロボットアーム２１の全姿勢に対応した検出信号Ｓを含む第１基準検出信号Ｓ１を生成する。このような方法によれば、理想環境下における検出信号Ｓの変動を記録した、つまり、ロボット１自身の干渉の影響だけを反映させた第１基準検出信号Ｓ１を容易に生成することができる。

また、第２基準検出信号Ｓ２の生成方法の一例を説明する。まず、ロボット１を使用環境下に設置する。次に、教示者がロボット１にロボットアーム２１の軌跡を教示する。次に、検出対象である物体の接近が生じない状態において、教示した軌跡に沿ってロボットアーム２１を作動させる。そして、その際に検出電極３１から出力される検出信号Ｓを第２検出信号とし、をロボットアーム２１の姿勢を第２姿勢として、第２検出信号を第２姿勢と対応させて測定し、第２基準検出信号Ｓ２を生成する。このような方法によれば、使用環境下における検出信号Ｓの変動を記録した、つまり、ロボット１自身の干渉とロボット１の周囲に存在する物体の干渉を反映させた第２基準検出信号Ｓ２を容易に生成することができる。

図９に示すように、処理回路９３は、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較し、第１基準検出信号Ｓ１および第２基準検出信号Ｓ２のいずれか一方を、物体の接近を検出するのに用いる基準検出信号ＳＳとして選択する比較回路９３２を有する。比較回路９３２は、図１０に示すように、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、第２基準検出信号Ｓ２に含まれるロボットアーム２１の全姿勢において互いの検出信号Ｓの差が予め定められている所定値ＳＨ１内に収まっていれば基準検出信号ＳＳとして第１基準検出信号Ｓ１を選択する。反対に、比較回路９３２は、図１１に示すように、第２基準検出信号Ｓ２に含まれるロボットアーム２１の全姿勢の少なくとも１つの姿勢において互いの検出信号Ｓの差が所定値ＳＨ１を超えていれば基準検出信号ＳＳとして第２基準検出信号Ｓ２を選択する。なお、所定値は閾値といってもよい。

そして、処理回路９３は、例えば、基準検出信号ＳＳと実作業中のロボット１から出力される検出信号Ｓとを比較し、この比較結果に基づいてロボット１への物体の接近を検出する。具体的には、図１２に示すように、基準検出信号ＳＳと作業中のロボット１から出力される検出信号Ｓとを比較し、これらの差が予め定められた所定値ＳＨ２を超えた場合にロボット１に物体が接近していると判断する。

このように、理想環境下で生成された第１基準検出信号Ｓ１と使用環境下で生成された第２基準検出信号Ｓ２との比較結果から、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のいずれか一方を基準検出信号ＳＳとし、この基準検出信号ＳＳを用いて物体の接近を検出する方法によれば、次のような効果を発揮することができる。

第１基準検出信号Ｓ１は、例えば、ロボット１を製造するメーカーで作成することができる。そのため、第１基準検出信号Ｓ１は、時間をかけて様々な手段で作成することができ、多数回計測による平均処理を行ったり、設計者による補正を行ったり、理論値を用いたりすることにより、ノイズがほとんど無いデータとすることができる。そのため、第１基準検出信号Ｓ１を基準検出信号ＳＳとした場合、ノイズがほとんどなく、ノイズによる誤検知を避ける必要がないため、ロボット１への物体の接近を判定する所定値ＳＨ２を低く設定することができる。これにより、ロボット１への物体の接近を感度よく検出することができる。さらには、より遠距離の物体を検出することもできるため、余裕をもって衝突回避できるほか、ロボットアーム２１がより高速に作動していても物体の衝突を回避することが可能となる。

また、同じく、第１基準検出信号Ｓ１は、メーカーで作成することができるため、時間をかけて計測したり、理論値を用いたりすることにより、ロボットアーム２１の可動可能な全姿勢に対応したデータとすることができる。つまり、ロボットアーム２１の全姿勢において干渉の影響を除去してロボット１への物体の接近を検出することができる。そのため、実作業時にエンドエフェクター２２でワークを把持するにあたり、ワークの位置や向きに応じてロボット１自身がロボットアーム２１の軌道を補正する等、教示された起動とは異なる軌道でロボットアーム２１を駆動したとしても、ロボット１自身の干渉の影響を除去することができ、ロボット１への物体の接近を精度よく判断することができる。

さらには、例えば、各エンコーダーＥが関節角度を１度単位で計測できる場合に、第１基準検出信号Ｓ１の基となる非干渉データＤが関節角度２度間隔で検出信号Ｓを計測したデータであったとしても、それを演算で補完したり理論式を用いたりすることにより、各エンコーダーＥで計測可能な１度単位の全ての関節角度の値に対応したデータとすることができる。これにより、物体の近接を判定する際に近似計算をする必要がなくなり、高速に物体の近接を判断することができる。

一方で、全ての関節角度の値に対応したデータを作成すると、第１基準検出信号Ｓ１を格納する記憶装置９３１が莫大な記憶容量を必要としたり、第１基準検出信号Ｓ１へのアクセスが遅くなったりする可能性がある。このため、検出信号Ｓの変動が小さい、すなわち、干渉の影響が少ない角度領域ではデータを間引き、全体のデータ数を少なくすることにより、記憶容量を節約したり、アクセス速度を速めて高速に物体の近接を判断したりすることができる。

ここで、ロボットアーム２１が教示された所定の軌道で作動するにあたり、後付けされたエンドエフェクター２２、ロボット１周辺に存在する機械設備、安全柵、フレーム、周辺装置外装、ケーブル等の周辺物体が近接センサー３と干渉する距離に近づいたとしても、その影響を無視できるようにする必要があるが、第１基準検出信号Ｓ１では、それができない。一方、第２基準検出信号Ｓ２は、ロボット１自身の干渉だけではなく、無視して良い周辺物体の干渉をも反映させたデータである。そのため、周辺物体の干渉が生じる場合には、基準検出信号ＳＳを第２基準検出信号Ｓ２に変更することにより、これら周辺物体の影響を除外してロボット１への物体の近接を判断することができる。

第２基準検出信号Ｓ２は、１回のみ、あるいは少ない計測回数により計測されたデータであるため、計測バラつきや環境ノイズを含むデータとなっている。また、計測頻度にもよるが、第２基準検出信号Ｓ２は、計測時のロボット１の移動速度に依存し、計測した時刻の関節角度の値にのみ対応したデータとなっている。すなわち、教示された軌道に含まれ、エンコーダーＥで計測可能なすべての関節角度の値に対応したデータとはなっていない。具体的には、例えば、各エンコーダーＥが関節角度を１度単位で計測できるのに、ロボットアーム２１の移動速度が速いと関節角度１度間隔で検出信号Ｓを計測することが間に合わず、ｎ回目の検出信号Ｓの計測と、その次のｎ＋１回目の検出信号Ｓの計測との間にある関節角度に対応する検出信号Ｓが間引きされたデータとなる。

なお、第２基準検出信号Ｓ２は、生データのままではなく、移動平均処理等によってバラつきやノイズを低減したものを用いてもよい。ノイズを低減した第２基準検出信号Ｓ２を基準検出信号ＳＳとした場合、ロボット１への物体の近接を判定する所定値ＳＨ２を下げることができ、物体の接近を感度よく検出することができる。さらには、より遠距離の物体を検出することもできるため、余裕をもって衝突回避できるほか、ロボット１が高速に作動していても物体の衝突を回避することが可能となる。

第２基準検出信号Ｓ２は、さらに補完処理などにより、確定した軌道における全ての関節角に対応したものを用いてもよい。これにより、実作動時に近似計算をする必要がなくなるため、ロボット１への物体の近接をより高速に、すなわち、より短時間で判断することができる。これとは反対に、第２基準検出信号Ｓ２は、必要に応じて、生データからデータ数を間引く処理を行ったものを用いてもよい。これにより、記憶装置９３１の記憶容量を節約したり、アクセス速度を速めて物体の近接をより高速に判断したりすることができる。

前述したように、比較回路９３２は、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、第２基準検出信号Ｓ２に含まれるロボットアーム２１の全姿勢において互いの検出信号Ｓの差が予め定められている所定値ＳＨ１以内に収まっていれば、第１基準検出信号Ｓ１を基準検出信号ＳＳとして選択する。反対に、比較回路９３２は、第２基準検出信号Ｓ２に含まれるロボットアーム２１の全姿勢のうちの少なくとも１つの姿勢において互いの検出信号Ｓの差が所定値ＳＨ１を超えていれば第２基準検出信号Ｓ２を基準検出信号ＳＳとして選択する。なお、第２基準検出信号Ｓ２は、第１基準検出信号Ｓ１に対してノイズを多く含むため、前述したように、比較回路９３２は、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較するにあたり、ノイズ成分を考慮した所定値ＳＨ１を設定している。これにより、より正確に、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較することができる。

なお、例えば、第１基準検出信号Ｓ１が関節角度に対応した関数であり、第２基準検出信号Ｓ２が計測した関節角度に対応した表であるように、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とのデータ形式が互いに異なっていたとしても、これらを比較するのはエンコーダーＥから得られた現在の関節角度に対応してそれぞれ計算された２つの値同士であるため、問題なく比較することができる。

第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、教示された軌道に含まれるロボットアーム２１の全姿勢において互いの検出信号Ｓの差が所定値ＳＨ１以内に収まっているということは、その動作においては、ロボット１の周囲に周辺物体が存在せず、周辺物体の干渉が生じないということである。そこで、この場合には、第１基準検出信号Ｓ１を基準検出信号ＳＳとして選択する。前述したように、第１基準検出信号Ｓ１は、第２基準検出信号Ｓ２よりもノイズが小さく、その分、物体の接近を判断する所定値ＳＨ２をより小さく設定することができる。そのため、物体の接近をより高い感度で検出することができる。

一方、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、教示された軌道に含まれるロボットアーム２１の少なくとも１つの姿勢において互いの検出信号Ｓの差が所定値ＳＨ１を超えているということは、その動作中において、ロボット１の周囲に周辺物体が存在し、周辺物体の干渉が生じるということである。そこで、この場合には、第２基準検出信号Ｓ２を基準検出信号ＳＳとして選択する。前述したように、第２基準検出信号Ｓ２は、周辺物体の干渉を反映したデータであるが、第１基準検出信号Ｓ１は、周辺物体の干渉を反映したデータではない。したがって、第２基準検出信号Ｓ２を基準検出信号ＳＳとして選択することにより、物体の接近をより精度よく検出することができる。

第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して所定値ＳＨ１を超える差があるということは、使用環境下において、ロボット１の周囲にロボットアーム２１と接近する何らかの周辺物体が存在することを意味する。そこで、処理回路９３は、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との間に所定値ＳＨ１を超える差がある場合は、通知装置９５を用いてこれを教示者に通知してもよい。これにより、周辺物体について、教示者がその存在をもれなく認識することができる。そのため、実作業時に周辺物体と接触する危険があるかどうかを教示者が判断し、その危険を回避するよう教示軌道を変更したり、周辺物体の位置を変更したりすることができる。

周辺物体が存在することで最も危険なのは、ロボット１と周辺物体との間に人体が挟み込まれることである。この危険性は、ロボット１の使用環境や使用状況によって大きく変化し、ロボット１自身で危険性を適切に判断することは困難である。そこで、前述したように、処理回路９３が、ロボット１の周囲に危険と思われる周辺物体が存在することを教示者に通知することにより、これを受けた教示者に、ロボット１の使用環境や使用状況を考慮して周辺物体が危険なのかどうかを判断させることができる。そのため、周辺物体がどの程度の危険性であるか、危険な場合の解決策をより適切に判断することができる。

教示者は、処理回路９３から通知された個々の周辺物体の近接ポイント（周辺物体とロボットアーム２１とが最も接近するポイント）それぞれに対して危険性の判断を行う。そして、危険と判断した場合には、ロボットアーム２１と周辺物体との距離を離すためにロボットアーム２１の軌道を変更／再教示したり、周辺物体の位置を変更したりして、通知された全ての周辺物体の近接ポイントで安全性を確保する。このように、安全性が確保された後、新たに教示された軌道に沿ってロボットアーム２１を作動させて、新たな第２基準検出信号Ｓ２を取得する。そして、処理回路９３は、第１基準検出信号Ｓ１と新たな第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、これらのいずれか一方を基準検出信号ＳＳとして選択する。選択方法は、前述した方法と同様である。

なお、周辺物体の近接ポイントを教示者へ通知するタイミングや、通知する方法としては、第２基準検出信号Ｓ２を取得するためにロボットアーム２１を作動させている最中であってもよいし、ロボットアーム２１の作動が終了した後であってもよい。前者の場合は、例えば、近接ポイントとなったときにランプやブザー等の通知手段を用いて通知したり、近接ポイントでロボットを停止させたりすることにより教示者に通知することができる。一方、後者の場合は、ロボット１やその制御装置等に付属したディスプレイ等の表示装置に、近接ポイントの座標リストを表示したり、姿勢をグラフィックイメージで表示したり、実際にロボットアーム２１を動かして近接ポイントの姿勢を再現させたりすることにより教示者に通知することができる。

処理回路９３は、ロボット１の実作業時には、その際に検出電極３１から出力される検出信号Ｓと、基準検出信号ＳＳとを比較する。そして、処理回路９３は、これらの差が予め定められた所定値ＳＨ２を超えた場合にロボット１に物体が接近していると判断する。また、処理回路９３は、ロボット１に物体が接近していると判断したときは、その旨をロボット制御部８０に伝えてロボット１に回避動作を取らせることにより、物体との衝突を回避する。

回避動作としては、特に限定されず、例えば、電気的なブレーキを用いた高速停止でもよいし、モーターＭへの電源供給遮断と物理的なブレーキをからめた緊急停止でもよいし、さらには、ロボットアーム２１を後退させて安全距離を確保してから停止するようにさせてもよい。停止後、物体が離れて危険が回避されたことを検出すれば、処理回路９３は、ロボット１を再稼働させてもよい。再稼働後は、ホームポジションへ復帰後に待機させてもよいし、中断した作業を停止個所から再開させてもよい。また、実作業時に物体の近接を検出した場合は、ランプやブザーによる通知を行ってもよい。

基準検出信号ＳＳがエンコーダーＥから出力される全ての関節角度の値に対応していない場合、つまり、ある関節角度に対応する検出信号Ｓが含まれていない場合は、データ抜けが生じている関節角度付近の関節角度に対応した基準検出信号ＳＳに基づいてデータ抜けが生じている関節角度に対応した値を計算する必要がある。この際、計算方法を例えば直線近似等の単純な計算に留めることにより、データ抜けが生じている関節角度に対応した値を高速に計算することができ、物体の接近を高速に判定することができる。一方で、基準検出信号ＳＳがエンコーダーＥから出力される全ての関節角度の値に対応した表の形式となっている場合、前述のような近似計算が不要のため、基準検出信号ＳＳの値を高速に取り出すことができ、物体の近接を高速に判定することができる。

次に、上述した周囲の物体を検出する検出方法について、図１３のフローチャートに基づいて説明する。まず、処理回路９３は、ステップＳ１１として、理想環境下でロボットアーム２１を作動させて、近接センサー３から出力される検出信号Ｓとロボットアーム２１の姿勢とに基づく第１基準検出信号Ｓ１を記憶する。次に、処理回路９３は、ステップＳ１２として、使用環境下でロボットアーム２１を作動させて、近接センサー３から出力される検出信号Ｓとロボットアーム２１の姿勢とに基づく第２基準検出信号Ｓ２を記憶する。次に、処理回路９３は、ステップＳ１３として、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較する。ステップＳ１３での比較の結果、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号との差が所定値ＳＨ１以内であれば、処理回路９３は、ステップＳ１４として、第１基準検出信号Ｓ１と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出することを決定する。反対に、ステップＳ１３での比較の結果、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号との差が所定値ＳＨ１を超えれば、処理回路９３は、ステップＳ１５として、第２基準検出信号Ｓ２と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出することを決定する。

以上、ロボットアーム２１と、ロボットアーム２１に配置される静電容量式の近接センサー３と、を有するロボット１が周囲の物体を検出する検出方法について説明した。このような方法は、前述したように、近接センサー３から出力される検出信号Ｓを第１検出信号とし、ロボットアーム２１の姿勢を第１姿勢として、第１検出信号と第１姿勢とに基づく第１基準検出信号Ｓ１として記憶し、第１基準検出信号Ｓ１を記憶した後に、ロボットアーム２１を所定の移動軌跡に沿って移動させ、近接センサー３から出力される検出信号Ｓを第２検出信号とし、ロボットアーム２１の姿勢を第２姿勢として、第２検出信号と第２姿勢とに基づく第２基準検出信号Ｓ２として記憶し、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較し、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との差が所定値ＳＨ１以内であれば、第１基準検出信号Ｓ１と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出し、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との差が所定値ＳＨ１を超えていれば、第２基準検出信号Ｓ２と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出する。

このような方法によれば、ロボット１の周囲に周辺物体が存在せず、周辺物体の干渉が生じない場合には、第１基準検出信号Ｓ１が基準検出信号ＳＳとして選択される。これにより、基準検出信号ＳＳのノイズを小さくすることができ、その分、物体の接近を判断する所定値ＳＨ２をより小さく設定することができる。そのため、物体の接近をより高い感度で検出することができる。反対に、ロボット１の周囲に周辺物体が存在し、周辺物体の干渉が生じる場合には、周辺物体の干渉が反映された第２基準検出信号Ｓ２が基準検出信号ＳＳとして選択される。そのため、物体の接近をより精度よく検出することができる。つまり、ロボット１の周囲に周辺物体が存在しているか否かに応じて、より適切な基準検出信号ＳＳを選択することができるため、ロボット１への物体の接近をより精度よく検出することができる。

また、前述したように、第２基準検出信号Ｓ２に含まれる少なくとも１つの姿勢において第１、第２基準検出信号Ｓ１、Ｓ２の差が所定値ＳＨ１を超えている場合は、第２基準検出信号Ｓ２が基準検出信号ＳＳとして選択される。つまり、第２基準検出信号Ｓ２と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出する。これにより、例えば、後述する第２実施形態のように、基準検出信号ＳＳを第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを合成して生成する場合と比べて、ロボット１を単純な構成とすることができる。

また、前述したように、第１基準検出信号Ｓ１は、ロボットアーム２１が他の物体と干渉しない環境、すなわち理想環境で生成され、第２基準検出信号Ｓ２は、理想環境とは異なる環境、具体的にはロボット１の使用環境で生成される。これにより、周辺物体の干渉が反映されない第１基準検出信号Ｓ１と、周辺物体が存在する場合にはその周辺物体の干渉が反映される第２基準検出信号Ｓ２と、が得られる。そのため、第１、第２基準検出信号Ｓ１、Ｓ２を比較することにより、周辺物体を簡単に検出することができる。

また、前述したように、本実施形態の検出方法では、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との差が所定値ＳＨ１を超えていることを通知する。これにより、ロボット１の周囲に、ロボット１と干渉する周辺物体が存在していることを教示者に通知することができる。そのため、教示者は、周辺物体を取り除いたり、ロボットアーム２１の軌道を周辺物体との干渉がなくなるような軌道に修正したりすることができる。

＜第２実施形態＞
図１４は、第１基準検出信号と第２基準検出信号とを比較する図である。図１５は、本発明の第２実施形態で用いる基準検出信号を示す図である。

本実施形態は、基準検出信号ＳＳの構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４および図１５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１４に示すように、理想環境下で計測した検出信号Ｓに基づいて生成した第１基準検出信号Ｓ１と、使用環境下で測定した検出信号Ｓに基づいて生成した第２基準検出信号Ｓ２と、を比較すると、ロボットアーム２１の姿勢ｎから姿勢ｍの間の領域Ｑにおいて、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との差が所定値ＳＨ１を超えている。前述した第１実施形態では、この場合には、第２基準検出信号Ｓ２を基準検出信号ＳＳとして選択するが、本実施形態ではそれと異なっている。具体的には、基準検出信号ＳＳは、図１５に示すように、領域Ｑ内の第２基準検出信号Ｓ２と領域Ｑ外の第１基準検出信号Ｓ１とを合成することにより生成される。これにより、領域Ｑ内においては周辺物体との干渉を反映した上で物体の接近を検出することができ、領域Ｑ外では所定値ＳＨ２をより小さく設定することができる。そのため、ロボット１への物体の接近をより精度よく検出することができる。

以上のように、第２基準検出信号Ｓ２に含まれる一部の姿勢すなわち領域Ｑにおいて第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２との差が所定値ＳＨ１を超えている場合、領域Ｑでは、第２基準検出信号Ｓ２と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出し、領域Ｑとは異なる姿勢では、第１基準検出信号Ｓ１と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出する。これにより、領域Ｑ内においては周辺物体との干渉を反映した上で物体の接近を検出することができ、領域Ｑ外では所定値ＳＨ２をより小さく設定することができる。そのため、ロボット１への物体の接近をより精度よく検出することができる。

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することができる。

＜第３実施形態＞
図１６は、本発明の第３実施形態の近接センサー制御部のブロック図である。図１７は、処理回路の処理方法を示すフローチャートである。

本実施形態は、基準検出信号ＳＳとして、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のどちらを選択するかをユーザーに選択させること以外は、前述した第１実施形態と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１６および図１７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

本実施形態では、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを生成するまでは前述した第１実施形態と同様である。本実施形態では、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２とを比較して、その比較結果を教示者等のユーザーに通知装置９５を用いて通知する。そして、ロボット１は、通知した比較結果に基づいて、基準検出信号ＳＳとして、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のどちらを選択するかをユーザーに選択させる。図１６に示すように、処理回路９３には、受付部９６が接続されており、ユーザーは、この受付部９６を介して、基準検出信号ＳＳとして、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のどちらを選択するかを入力する。このように、基準検出信号ＳＳとして、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のどちらを用いるかをユーザーに選択させることにより、ユーザーがロボット１の使用環境や使用状態を考慮してより最善な方を選択することができる。そのため、より精度よく、ロボット１への物体の接近を検出することができる。

処理回路９３は、受付部９６が受け付けた信号に基づいて、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のいずれかを基準検出信号ＳＳとして選択する。そして、処理回路９３は、基準検出信号ＳＳと実作業中のロボット１から出力される検出信号Ｓとを比較し、この比較結果に基づいてロボット１への物体の接近を検出する。検出方法は、前述した第１実施形態と同様である。

次に、上述した周囲の物体を検出する検出方法について、図１７のフローチャートに基づいて説明する。まず、処理回路９３は、ステップＳ３１として、理想環境下でロボットアーム２１を作動させて、近接センサー３から出力される検出信号Ｓとロボットアーム２１の姿勢とに基づく第１基準検出信号Ｓ１を記憶する。次に、処理回路９３は、ステップＳ３２として、使用環境下でロボットアーム２１を作動させて、近接センサー３から出力される検出信号Ｓとロボットアーム２１の姿勢とに基づく第２基準検出信号Ｓ２を記憶する。次に、処理回路９３は、ステップＳ３３として、受付部９６で第１基準検出信号Ｓ１が選択されたかを確認する。ステップＳ３３で、第１基準検出信号Ｓ１が選択されれば、処理回路９３は、ステップＳ３４として、第１基準検出信号Ｓ１と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出することを決定する。反対に、ステップＳ３３で第１基準検出信号Ｓ１が選択されなければ、すなわち、第２基準検出信号が選択されれば、処理回路９３は、ステップＳ３５として、第２基準検出信号Ｓ２と近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出することを決定する。

以上、ロボットアーム２１と、ロボットアーム２１に配置される静電容量式の近接センサー３と、を有するロボット１が周囲の物体を検出する検出方法について説明した。このような方法は、近接センサー３から出力される検出信号Ｓを第１検出信号とし、ロボットアーム２１の姿勢を第１姿勢として、第１検出信号と第１姿勢とに基づく第１基準検出信号Ｓ１を生成し、第１基準検出信号Ｓ１を生成した後に、ロボットアーム２１を所定の軌跡に沿って駆動し、近接センサー３から出力される検出信号Ｓを第２検出信号とし、ロボットアーム２１の姿勢を第２姿勢として、第２検出信号と第２姿勢とに基づく第２基準検出信号Ｓ２を生成し、ユーザーの選択に基づいて第１基準検出信号Ｓ１および第２基準検出信号Ｓ２の一方を基準検出信号ＳＳとして選択し、基準検出信号ＳＳと近接センサー３から出力される検出信号Ｓとを比較することにより物体を検出する。

このように、基準検出信号ＳＳとして、第１基準検出信号Ｓ１と第２基準検出信号Ｓ２のどちらを用いるかをユーザーに選択させることにより、ユーザーがロボット１の使用環境や使用状態を考慮してより最善な方を選択することができる。そのため、より精度よく、ロボット１への物体の接近を検出することができる。

以上、本発明の検出方法を図示の好適な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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ロボット、２…ロボット本体、２０…ベース、２１…ロボットアーム、２１１〜２１６…アーム、２２…エンドエフェクター、２５１〜２５６…駆動装置、３、３Ａ…近接センサー、８…制御装置、８０…ロボット制御部、３１…検出電極、３２…駆動電極、９０…近接センサー制御部、９１…駆動回路、９３…処理回路、９３１…記憶装置、９３２…比較回路、９５…通知装置、９６…受付部、Ｃ…コントローラー、Ｅ…エンコーダー、Ｍ…モーター、Ｑ…領域、Ｓ…検出信号、Ｓ１…第１基準検出信号、Ｓ２…第２基準検出信号、ＳＨ１、ＳＨ２…所定値、ＳＳ…基準検出信号、Ｓａ…基準検出信号、Ｖ…駆動電圧、Ｘ…構造体、ｍ、ｎ…姿勢

Claims (5)

1. ロボットアームと、前記ロボットアームに配置される静電容量式の近接センサーと、を有するロボットが周囲の物体を検出する検出方法であって、
   前記近接センサーから出力される第１検出信号と前記ロボットアームの第１姿勢とに基づく第１基準検出信号を生成し、
   前記第１基準検出信号を生成した後に、前記ロボットアームを所定の軌跡に沿って駆動し、前記近接センサーから出力される第２検出信号と前記ロボットアームの第２姿勢とに基づく第２基準検出信号を生成し、
   ユーザーの選択に基づいて前記第１基準検出信号および前記第２基準検出信号の一方を基準検出信号として選択し、
   前記基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出することを特徴とする検出方法。
2. ロボットアームと、前記ロボットアームに配置される静電容量式の近接センサーと、を有するロボットが周囲の物体を検出する検出方法であって、
   前記近接センサーから出力される第１検出信号と前記ロボットアームの第１姿勢とに基づく第１基準検出信号として記憶し、
   前記第１基準検出信号を記憶した後に前記近接センサーから出力される第２検出信号と前記ロボットアームの第２姿勢とに基づく第２基準検出信号として記憶し、
   前記第１基準検出信号と前記第２基準検出信号とを比較し、
   前記第１基準検出信号と前記第２基準検出信号との差が所定値以内であれば、前記第１基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出し、
   前記第１基準検出信号と前記第２基準検出信号との差が前記所定値を超えていれば、前記第２基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出することを特徴とする検出方法。
3. 前記第２基準検出信号に含まれる一部の前記姿勢において前記差が前記所定値を超えている場合、
   前記一部の姿勢では、前記第２基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出し、
   前記一部の姿勢とは異なる姿勢では、前記第１基準検出信号と前記近接センサーから出力される検出信号とを比較することにより前記物体を検出する請求項２に記載の検出方法。
4. 前記第１基準検出信号は、前記ロボットアームが他の物体と干渉しない環境で生成され、
   前記第２基準検出信号は、前記環境とは異なる環境で生成される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検出方法。
5. 前記第１基準検出信号と前記第２基準検出信号との差が前記所定値を超えていることを通知する請求項２ないし４のいずれか１項に記載の検出方法。

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