JP2021091060A - 制御方法およびロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】安全性をさらに高めることができる制御方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】ブレーキを作動してロボットアームを減速させる第1ステップと、ロボットアームの減速後に、条件A1、条件A2および条件A3のうちのいずれかを満足した場合、ブレーキの作動を解除または緩和する第2ステップと、ブレーキの解除または緩和後に、条件B1、条件B2および条件B3のいずれかを満足した場合、ブレーキを再度作動させてロボットアームの駆動を制限する第3ステップと、を実行することを特徴とする制御方法。条件A1:ロボットアームの速度が所定値以下になる。条件A2:ロボットアームと物体との接触状態が安定する。条件A3:時間TAが経過する。条件B1:時間TBが経過する。条件B2:ロボットアームの移動量が所定値以上になる。条件B3:物体と前記ロボットアームとの接触状態が解除または緩和される。【選択図】図5

Description

本発明は、制御方法およびロボットシステムに関するものである。
近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。各種ロボットとしては、例えば特許文献1に示すような産業用ロボットが知られている。
特許文献1の産業用ロボットは、物体との接触を検知する接触検知装置を有する。この接触検知装置が物体との接触を検知すると、産業用ロボットのアームのモーターを停止させるとともに、ブレーキを作動して、アームの動作を停止させる。その後、ブレーキを解除する。これにより、接触後に、物体に対して過剰に負荷がかかるのを防止または抑制することができる。
特開昭62−140795号公報
しかしながら、特許文献1の産業用ロボットでは、ブレーキを解除してからアームがフリーな状態となってしまうため、作業再開までの間にアームが意図せずに動いてしまう可能性がある。このため、十分な安全性が確保されていない。
本発明は、前述した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、以下により実現することが可能である。
本適用例の制御方法は、ロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動部と、前記ロボットアームを減速させるブレーキと、を有するロボットの制御方法であって、
駆動中の前記ロボットアームに物体が接触したと判断した場合、前記ブレーキを作動して前記ロボットアームを減速させる第1ステップと、
前記第1ステップの後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、前記ブレーキの作動を解除または緩和する第2ステップと、
前記第2ステップの後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、前記ブレーキを再度作動させて前記ロボットアームの駆動を制限する第3ステップと、を実行することを特徴とする。
条件A1:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームの速度が所定値以下になる。
条件A2:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームと前記物体との接触状態が安定する。
条件A3:前記ロボットアームの減速後、時間TAが経過する。
条件B1:前記ブレーキの解除または緩和後、時間TBが経過する。
条件B2:前記ブレーキの解除または緩和後、前記ロボットアームの移動量が所定値以上になる。
条件B3:前記ブレーキの解除または緩和後、前記物体と前記ロボットアームとの接触状態が解除または緩和される。
本適用例のロボットシステムは、ロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動する駆動部と、
前記ロボットアームを減速させるブレーキと、
前記駆動部および前記ブレーキの作動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、駆動中の前記ロボットアームに物体が接触したと判断した場合、前記ブレーキを作動して前記ロボットアームを減速させ、
前記ロボットアームの減速後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、前記ブレーキの作動を解除または緩和し、
前記ブレーキの解除または緩和後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、前記ブレーキを再度作動させて前記ロボットアームの駆動を制限することを特徴とするロボットシステム。
条件A1:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームの速度が所定値以下になる。
条件A2:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームと前記物体との接触状態が安定する。
条件A3:前記ロボットアームの減速後、時間TAが経過する。
条件B1:前記ブレーキの解除または緩和後、時間TBが経過する。
条件B2:前記ブレーキの解除または緩和後、前記ロボットアームの移動量が所定値以上になる。
条件B3:前記ブレーキの解除または緩和後、前記物体と前記ロボットアームとの接触状態が解除または緩和される。
本発明のロボットシステムの概略構成図である。 図1に示すロボットシステムのブロック図である。 図1に示すロボットが備える第3アームの側面図である。 図1に示すロボットが備える第3アームの側面図である。 図1に示すロボットが備える第3アームの側面図である。 図1に示すロボットが備える第3アームの側面図である。 本発明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、本発明の制御方法およびロボットシステム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、本発明のロボットシステムの概略構成図である。図2は、図1に示すロボットシステムのブロック図である。図3〜図6は、図1に示すロボットが備える第3アームの側面図である。図7は、本発明の制御方法を説明するためのフローチャートである。
また、図1では、説明の便宜上、互いに直交する3軸として、x軸、y軸およびz軸を図示している。また、以下では、x軸に平行な方向を「x軸方向」とも言い、y軸に平行な方向を「y軸方向」とも言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」とも言う。
また、以下では、説明の便宜上、図1中の+z軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、−z軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」とも言う。また、ロボットアーム20については、図1中の基台21側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター7側を「先端」と言う。また、図1中のz軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、x軸方向およびy軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
図1および図2に示すロボットシステム100は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム100は、ロボット2と、ロボット2に対して動作プログラムを教示する教示装置3と、を備える。また、ロボット2と教示装置3とは、有線または無線により通信可能とされ、その通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。
まず、ロボット2について説明する。
ロボット2は、図示の構成では、水平多関節ロボット、すなわち、スカラロボットである。図1に示すように、ロボット2は、基台21と、基台21に接続されたロボットアーム20と、オペレーターからの所定の操作を受け付ける受付部4と、力検出部5と、エンドエフェクター7と、これら各部の作動を制御する制御装置8と、を有する。
基台21は、ロボットアーム20を支持する部分である。基台21には、後述する制御装置8が内蔵されている。また、基台21の任意の部分には、ロボット座標系の原点が設定されている。なお、図1に示すx軸、y軸およびz軸は、ロボット座標系の軸である。
ロボットアーム20は、第1アーム22と、第2アーム23と、作業ヘッドである第3アーム24と、を備えている。また、基台21と第1アーム22との連結部分、第1アーム22と第2アーム23との連結部分および第2アーム23と第3アーム24との連結部分を関節とも言う。
なお、ロボット2は、図示の構成に限定されず、アームの数は、1つまたは2つであってもよく、4つ以上であってもよい。
また、ロボット2は、第1アーム22を基台21に対して回転させる駆動ユニット25と、第2アーム23を第1アーム22に対して回転させる駆動ユニット26と、第3アーム24のシャフト241を第2アーム23に対して回転させるu駆動ユニット27と、シャフト241を第2アーム23に対してz軸方向に移動させるz駆動ユニット28と、を備えている。
図1および図2に示すように、駆動ユニット25は、第1アーム22の筐体220内に内蔵されており、駆動力を発生するモーター251と、ブレーキ252と、モーター251の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター251または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー253とを有している。
駆動ユニット26は、第2アーム23の筐体230に内蔵されており、駆動力を発生するモーター261と、ブレーキ262と、モーター261の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター261または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー263とを有している。
u駆動ユニット27は、第2アーム23の筐体230に内蔵されており、駆動力を発生するモーター271と、ブレーキ272と、モーター271の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター271または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー273とを有している。
z駆動ユニット28は、第2アーム23の筐体230に内蔵されており、駆動力を発生するモーター281と、ブレーキ282と、モーター281の駆動力を減速する図示しない減速機と、モーター281または減速機の回転軸の回転角度を検出するエンコーダー283とを有している。
モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281としては、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を用いることができる。また、減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。
ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282は、ロボットアーム20を減速させる機能を有する。具体的には、ブレーキ252は、第1アーム22の動作速度を減速させ、ブレーキ262は、第2アーム23の動作速度を減速させ、ブレーキ272は、第3アーム24のu方向の動作速度を減速させ、ブレーキ282は、第3アーム24のz軸方向の動作速度を減速させる。
制御装置8が、通電条件を変更することにより作動してロボットアーム20の各部位をそれぞれ減速させる。ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282は、制御装置8によって、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281とは独立して制御される。すなわち、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281への通電のON、OFFと、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282への通電のON、OFFとは、連動しない。
ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282としては、電磁ブレーキ、機械式ブレーキ、油圧式ブレーキ、空圧式ブレーキ等が挙げられる。以下では、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282は、電磁ブレーキとして説明する。なお、電磁ブレーキには、通電するとロボットアーム20を減速する励磁作動式、通電を遮断するとロボットアーム20を減速する無電磁作動式があるが、以下では、通電により、ロボットアーム20を減速する励磁作動式として説明する。
また、図2に示すように、エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283は、ロボットアーム20の位置を検出する位置検出部である。エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283は、制御装置8とそれぞれ電気的に接続されている。エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283は、検出した回転角度に関する情報を制御装置8に電気信号として送信する。これにより、制御装置8は、受信した回転角度に関する情報に基づいて、ロボットアーム20の作動を制御することができる。また、制御装置8は、後述する条件B2における移動量を、エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283の検出結果に基づいて算出することができる。
このような駆動ユニット25、駆動ユニット26、u駆動ユニット27およびz駆動ユニット28は、それぞれ、対応する図示しないモータードライバーに接続されており、モータードライバーを介して制御装置8により制御される。
基台21は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台21の上端部には第1アーム22が連結されている。第1アーム22は、基台21に対して鉛直方向に沿う第1軸O1回りに回転可能となっている。第1アーム22を回転させる駆動ユニット25が駆動すると、第1アーム22が基台21に対して第1軸O1回りに水平面内で回転する。また、エンコーダー253により、基台21に対する第1アーム22の回転量が検出できるようになっている。
また、第1アーム22の先端部には、第2アーム23が連結されている。第2アーム23は、第1アーム22に対して鉛直方向に沿う第2軸O2回りに回転可能となっている。第1軸O1の軸方向と第2軸O2の軸方向とは同一である。すなわち、第2軸O2は、第1軸O1と平行である。第2アーム23を回転させる駆動ユニット26が駆動すると、第2アーム23が第1アーム22に対して第2軸O2回りに水平面内で回転する。また、エンコーダー263により、第1アーム22に対する第2アーム23の駆動量、具体的には、回転量が検出できるようになっている。
また、第2アーム23の先端部には、第3アーム24が設置、支持されている。第3アーム24は、シャフト241を有している。シャフト241は、第2アーム23に対して、鉛直方向に沿う第3軸O3回りに回転可能であり、かつ、上下方向に移動可能となっている。このシャフト241は、ロボットアーム20の最も先端のアームである。
シャフト241を回転させるu駆動ユニット27が駆動すると、シャフト241は、z軸回りに回転する。また、エンコーダー273により、第2アーム23に対するシャフト241の回転量が検出できるようになっている。
また、シャフト241をz軸方向に移動させるz駆動ユニット28が駆動すると、シャフト241は、上下方向、すなわち、z軸方向に移動する。また、エンコーダー283により、第2アーム23に対するシャフト241のz軸方向の移動量が検出できるようになっている。
また、ロボット2では、シャフト241の先端を制御点TCPとし、この制御点TCPを原点とした先端座標系が設定されている。また、この先端座標系は、前述したロボット座標系とキャリブレーションが済んでおり、先端座標系での位置をロボット座標系に変換することができる。これにより、制御点TCPの位置を、ロボット座標系で特定することができる。
また、シャフト241の下端部には、各種のエンドエフェクターが着脱可能に連結される。エンドエフェクターとしては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するもの、検査に使用するもの等が挙げられる。本実施形態では、エンドエフェクター7が着脱可能に連結される。
なお、エンドエフェクター7は、本実施形態では、ロボット2の構成要素になっていないが、エンドエフェクター7の一部または全部がロボット2の構成要素になっていてもよい。
図1に示すように、力検出部5は、ロボット2に加わる力、すなわち、ロボットアーム20および基台21に加わる力を検出するものである。力検出部5は、本実施形態では、基台21の下方、すなわち、−z軸側に設けられており、基台21を下方から支持している。
なお、力検出部5の設置位置は、上記に限定されず、例えば、シャフト241の下端部や、各関節部分であってもよい。
力検出部5は、例えば、水晶等の圧電体で構成され、外力を受けると電荷を出力する複数の素子を有する構成とすることができる。また、制御装置8は、この電荷量に応じて、ロボットアーム20が受けた外力に関する値に変換することができる。また、このような圧電体であると、設置する向きに応じて、外力を受けた際に電荷を発生させることができる向きを調整可能である。
このようにロボット2は、ロボットアーム20に加わる力を検出する力検出部5を有する。これにより、ロボットアーム20に加わる力を検出することができる。
実施形態では、力検出部5が、ロボットアーム20と他の物体との接触を検知する接触検知部として機能する。すなわち、後述するように、ロボットアーム20の駆動中にロボットアーム20に物体が接触したか否かの判断は、力検出部5の検出結果に基づいてなされる。
ただし、接触検知部としては、これに限定されず、例えば、静電容量式の接触センサーや、光学式センサー、カメラ等を用いてもよい。すなわち、ロボットアーム20の駆動中にロボットアーム20に物体が接触したか否かの判断は、これらの検出結果に基づいてなされてもよい。
特に、接触検知部としてカメラを用いた場合、撮像した画像から接触を検知するだけでなく、経時的に撮像した複数の画像から速度等を推定することができる。よって、後述するステップS102だけでなく、ステップS104およびステップS106の判断にもカメラを用いることができる。よって、ロボットシステム100の構成を簡素にすることができる。
また、受付部4は、オペレーターの所定の操作を受け付ける部位である。受付部4は、図示はしないが教示ボタンを有している。この教示ボタンは、直接教示を行う場合に用いることができる。教示ボタンは、メカニカルボタンであってもよく、タッチ式のエレクトリックボタンであってもよい。また、教示ボタンの周囲には、機能が異なる他のボタンが設置されていてもよい。
次に、制御装置8について説明する。
図1に示すように、制御装置8は、本実施形態では、基台21に内蔵されている。また、図2に示すように、制御装置8は、ロボット2の駆動を制御する機能を有し前述したロボット2の各部と電気的に接続されている。制御装置8は、CPU(Central Processing Unit)81と、記憶部82と、通信部83と、を有する。これらの各部は、例えばバスを介して相互に通信可能に接続されている。
CPU81は、記憶部82に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。CPU81で生成された指令信号は、通信部83を介してロボット2の各部に送信される。これにより、ロボットアーム20が所定の作業を実行することができる。
記憶部82は、CPU81が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部82としては、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリー、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。
通信部83は、例えば有線LAN(Local Area Network)、無線LAN等の外部インターフェースを用いてロボット2の各部および教示装置3との間でそれぞれ信号の送受信を行う。
次に、教示装置3について説明する。
図2に示すように、教示装置3は、ロボット2に対して動作プログラムを指定する機能を有する。具体的には、教示装置3は、ロボットアーム20の位置、姿勢を制御装置8に入力する。
図2に示すように、教示装置3は、CPU(Central Processing Unit)31と、記憶部32と、通信部33と、表示部34とを有する。教示装置3としては、特に限定されず、例えば、タブレット、パソコン、スマートフォン等が挙げられる。
CPU31は、記憶部32に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。CPU31で生成された信号は、通信部33を介してロボット2の制御装置8に送信される。これにより、ロボットアーム20が所定の作業を所定の条件で実行することができる。
記憶部32は、CPU31が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部32としては、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリー、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等が挙げられる。
通信部33は、例えば有線LAN(Local Area Network)、無線LAN等の外部インターフェースを用いて制御装置8との間で信号の送受信を行う。
表示部34は、各種ディスプレイで構成されている。本実施形態では、一例としてタッチパネル式、すなわち、表示部34が表示機能と入力操作機能とを備える構成として説明する。
ただし、このような構成に限定されず、別途、入力操作部を備える構成であってもよい。この場合、入力操作部は、例えば、マウス、キーボード等が挙げられる。また、タッチパネルと、マウス、キーボードを併用する構成であってもよい。
ここで、本発明では、ロボットアーム20と物体とが接触した際に、以下のような動作を行うことにより、安全性を高めることができる。以下、このことについて説明する。なお、以下では、図3〜図6に示すように、シャフト241の下端部と、作業面300との間に人の腕400が挟み込まれた場合を例に挙げて説明する。なお、図3〜図6では、エンドエフェクター7の図示を省略している。
図3に示すように、ロボットアーム20の駆動中に、シャフト241の下方に腕400が入り込んでしまい、シャフト241が降下してきたとする。図3に示す状態では、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281は、作動しており、ONの状態である。また、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282は、作動しておらず、OFFの状態である。
そして、図4に示すように、シャフト241がさらに下降して、腕400が作業面300とシャフト241との間に挟み込まれることがある。このようなロボットアーム20と腕400との接触を検出した場合、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の作動を停止し、OFFの状態とする。また、このとき、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動してONの状態とし、ロボットアーム20を減速、好ましくは、停止させる。これにより、腕400にそれ以上負荷がかかるのを防止または抑制することができる。なお、図4に示す状態では、腕400が、シャフト241に押圧されて凹没した状態となっている。
本実施形態では、ロボットアーム20の駆動中にロボットアーム20に物体、すなわち、腕400が接触したか否かの判断は、力検出部5の検出結果に基づいてなされる。
なお、ロボットアーム20の駆動中にロボットアーム20に物体、すなわち、腕400が接触したか否かの判断は、上記に限定されず、例えば、図示しない非常停止ボタンが押されたか否かに基づいてなされてもよい。
そして、図5に示すように、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の作動をOFFの状態のまま、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除してOFFの状態とする。これにより、ロボットアーム20は、外力を加えると移動可能な状態となる。このため、腕400に係る負荷が軽減され、腕400の復元力により、シャフト241が上方に押し戻される。
なお、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を緩和することも、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282をOFFの状態にすることに含まれる。
ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282をOFFの状態にするのは、以下の条件A1〜条件A3のいずれかを満足した場合とされる。
条件A1:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20の速度が所定値VA以下になる。
条件A2:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20と腕400との接触状態が安定する。
条件A3:ロボットアーム20の減速後、時間TAが経過する。
条件A1におけるロボットアーム20の速度とは、制御点TCPの速度または各関節の速度である。これらは、本実施形態では、エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283が検出した位置情報から算出することができる。また、所定値VAは、ロボットアーム20が停止したとみなせる程度の値である。所定値VAは、予め設定された値であり、記憶部82に記憶されている。CPU81は、ロボットアーム20の減速後、制御点TCPの移動方向の速度または各関節の移動方向の速度を算出し、算出した速度が所定値VA以下になると、条件A1を満足したと判断する。
このように、条件A1におけるロボットアーム20の速度は、ロボットアーム20の制御点TCPの速度またはロボットアーム20の関節の速度である。これにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を的確なタイミングで解除または緩和することができる。よって、安全性を高めることができる。
条件A2における「ロボットアーム20と腕400との接触状態が安定する」とは、本実施形態では、力検出部5が検出した、ロボットアーム20にかかる外力の大きさの変化量が所定値FA以下になることを言う。CPU81は、ロボットアーム20にかかる外力の大きさおよび変化量を算出し、変化量の値が所定値FA以下になると条件A2を満足したと判断する。所定値FAは、ロボットアーム20が停止したとみなせる程度の値である。所定値FAは、予め設定された値であり、記憶部82に記憶されている。
このように、条件A2における接触状態は、力検出部5の検出結果に基づいて判断される。これにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を的確なタイミングで解除または緩和することができる。よって、安全性を高めることができる。
条件A3における時間TAは、予め記憶部82に記憶されている値である。制御装置8が有する図示しないタイマーによりロボットアーム20の減速後から時間を計測し、時間TAになると、CPU81は条件A3を満足したと判断する。なお、時間TAは、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動させてからロボットアーム20が停止するのに十分な時間であり、例えば、1秒以上3秒以下程度とされる。時間TAは、予め設定された値であり、記憶部82に記憶されている。
このように、条件A1〜条件A3のいずれかを満足したか否かを判断することにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を的確なタイミングで解除または緩和することができる。これにより、図5に示すように、腕400の負荷が軽減されて、ほぼ負荷がかかっていない状態に復元することができる。また、シャフト241を持ち上げたりして腕400の負荷を軽減することもできる。
そして、図6に示すように、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させ、すなわち、再度ONの状態とする。
ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度ONの状態とするのは、以下の条件B1〜条件B3のいずれかを満足した場合である。
条件B1:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、時間TBが経過する。
条件B2:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、ロボットアーム20の移動量が所定値EB以上になる。
条件B3:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、腕400とロボットアーム20との接触状態が解除または緩和される。
条件B1における時間TBは、腕400の形状が復元して、腕400を退避可能な状態とみなすのに十分な値であり、例えば、1秒以上5秒以下程度とされる。時間TBは、予め定められた値であり、記憶部82に記憶されている。制御装置8が有する図示しないタイマーにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282をOFFとしてからの時間を計測し、時間TBになると、CPU81は条件B1を満足したと判断する。
条件B2における移動量とは、エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283に基づいて算出された制御点TCPの移動量のことを言う。この移動量が所定値EB以上になると、CPU81は、条件B2を満足したと判断する。なお、所定値EBは、腕400の形状が復元して、腕400を退避可能な状態とみなすのに十分な値である。所定値EBは、予め設定された値であり、記憶部82に記憶されている。
このように、ロボット2は、ロボットアーム20の位置を検出する位置検出部としてのエンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283を有する。そして、条件B2における移動量は、エンコーダー253、エンコーダー263、エンコーダー273およびエンコーダー283の検出結果に基づいて算出される。これにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を的確なタイミングで再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限することができる。
条件B3における「腕400とロボットアーム20との接触状態が解除または緩和される」とは、本実施形態では、力検出部5が検出した、ロボットアーム20にかかる外力の大きさ、すなわち、接触力が所定値FB以下になることを言う。CPU81は、ロボットアーム20にかかる外力の大きさを算出し、その値が所定値FB以下になると条件B3を満足したと判断する。すなわち、所定値FBは、腕400の形状が復元して、腕400を退避可能な状態とみなすのに十分な値である。所定値FBは、予め設定された値であり、記憶部82に記憶されている。
このように、条件B3における接触状態は、力検出部5の検出結果に基づいて判断される。これにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を的確なタイミングで再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限することができる。
このようにして、条件B1〜条件B3のいずれかを満足したか否かを判断することにより、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を的確なタイミングで再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限することができる。これにより、図6に示すように、ロボットアーム20の動作を制限することができ、ロボットアーム20が不本意に動いてしまうのを防止または抑制することができる。その結果、安全性をさらに高めることができる。
ここで、従来では、腕400を退避させた後も、ブレーキのOFFの状態が維持されるため、ロボットアームが不本意に移動したりすることがある。具体的には、人がロボットアームを過剰に押しのけてしまったり、ロボットアームの自重で落下したりすることがあり、安全ではない。これに対し、本発明では、図6に示すように、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を的確なタイミングで再度ONの状態とすることにより、ロボットアーム20が不本意に移動するのを防止することができる。よって、安全性を高めることができる。
以上、説明したように、本発明のロボットシステム100は、ロボットアーム20と、ロボットアーム20を駆動する駆動部であるモーター251、モーター261、モーター271およびモーター281と、ロボットアーム20を減速させるブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282と、モーター251、モーター261、モーター271、モーター281、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を制御する制御部としての制御装置8と、を備える。また、制御装置8は、駆動中のロボットアーム20に物体が接触したと判断した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動してロボットアーム20を減速させ、ロボットアーム20の減速後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和し、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限する。
条件A1:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20の速度が所定値以下になる。
条件A2:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20と物体との接触状態が安定する。
条件A3:ロボットアーム20の減速後、時間TAが経過する。
条件B1:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、時間TBが経過する。
条件B2:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、ロボットアーム20の移動量が所定値以上になる。
条件B3:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、物体とロボットアーム20との接触状態が解除または緩和される。
このような本発明によれば、ロボットアーム20と物体とが接触して、物体を退避させた後に、ロボットアーム20が不本意に動いてしまうのを防止または抑制することができる。よって、安全性を高めることができる。また、ロボットアーム20の減速後にブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和するのを的確なタイミングで行うことができる。さらに、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後に、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限するのを的確なタイミングで行うことができる。
以上より、本発明によれば、安全性を高めることができる。
次に、本発明の制御方法、すなわち、CPU81が行う制御動作の一例を図7に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以下のステップは、CPU81とCPU31とで分担して行ってもよい。また、以下では、前記と同様に、ロボットアーム20に接触する物体が人の腕400である場合について説明する。
まず、ステップS101において、ロボットアーム20を駆動する。すなわち、教示装置3から指定された動作プログラムを実行する。
次いで、ステップS102において、ロボットアーム20と腕400とが接触したか否かを判断する。この判断は、力検出部5の検出結果に基づいてなされる。より具体的には、力検出部5が検出した検出結果に基づいて、ロボットアーム20に加わった外力の大きさを算出し、外力の大きさが所定値以上になったら、ロボットアーム20と腕400とが接触したと判断する。
ステップS102において、ロボットアーム20と腕400とが接触したと判断した場合、ステップS103に移行する。また、ステップS102において、ロボットアーム20と腕400とが接触していないと判断した場合、後述するステップS108に移行する。
ステップS103では、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の作動を停止する、すなわち、OFFの状態にするとともに、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動する、すなわち、ONの状態にする。これにより、腕400に対してロボットアーム20からそれ以上負荷がかかるのを防止または抑制することができる。
このステップS103が、ロボットアーム20の駆動中にロボットアーム20に物体が接触したと判断した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動してロボットアーム20を減速させる第1ステップである。
次いで、ステップS104−1において、条件A1を満足するか否かを判断する。条件A1を満足したと判断した場合、ステップS105に移行する。一方、条件A1を満足していないと判断した場合、ステップS104−2において、条件A2を満足するか否かを判断する。条件A2を満足したと判断した場合、ステップS105に移行する。一方、条件A2を満足していないと判断した場合、ステップS104−3において、条件A3を満足するか否かを判断する。条件A3を満足したと判断した場合、ステップS105に移行する。一方、条件A3を満足していないと判断した場合、ステップS104−1に戻る。
すなわち、ステップS104−1、ステップS104−2およびステップS104−3において、条件A1、条件A2および条件A3のうちのいずれかを満足したと判断した場合、ステップS105に移行する。
なお、「満足していない」とは、その条件に該当するか否かを判断した結果、満足していない場合と、そもそも判断を行っていない場合も含む。このことは、後述するステップS106−1、ステップS106−2およびステップS106−3についても同様である。
ステップS105では、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の作動を停止したまま、すなわち、OFFの状態にしたまま、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和する、すなわち、OFFの状態にする。これにより、例えばロボットアーム20を持ち上げたりして腕400を退避させることができる。
このステップS105が、ロボットアーム20の減速後に、条件A1、条件A2および条件A3のうちのいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和する第2ステップである。
次いで、ステップS106−1において、条件B1を満足するか否かを判断する。条件B1を満足したと判断した場合、ステップS107に移行する。一方、条件B1を満足していないと判断した場合、ステップS106−2において、条件B2を満足するか否かを判断する。条件B2を満足したと判断した場合、ステップS107に移行する。一方、条件B2を満足していないと判断した場合、ステップS106−3において、条件B3を満足するか否かを判断する。条件B3を満足したと判断した場合、ステップS107に移行する。一方、条件B3を満足していないと判断した場合、ステップS106−1に戻る。
すなわち、ステップS106−1、ステップS106−2およびステップS106−3において、条件B1、条件B2および条件B3のうちのいずれかを満足したと判断した場合、ステップS107に移行する。
ステップS107では、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の作動を停止したまま、すなわち、OFFの状態にしたまま、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてONの状態とし、ロボットアーム20の駆動を制限する。これにより、ロボットアーム20と腕400とが接触して、腕400を退避させた後に、ロボットアーム20が不本意に動いてしまうのを防止または抑制することができる。よって、安全性を高めることができる。
このステップS107が、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後に、条件B1、条件B2および条件B3のいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限する第3ステップである。
次いで、ステップS108において、動作プログラムが完了したか否かを判断する。ステップS108において、完了していないと判断した場合、ステップS102に戻り、以下のステップを順次繰り返す。
以上説明したように、本発明の制御方法は、ロボットアーム20と、ロボットアーム20を駆動する駆動部であるモーター251、モーター261、モーター271およびモーター281と、ロボットアーム20を減速させるブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282と、を有するロボット2の制御方法である。また、本発明の制御方法は、駆動中のロボットアーム20に物体が接触したと判断した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を作動してロボットアーム20を減速させる第1ステップと、第1ステップの後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和する第2ステップと、第2ステップの後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限する第3ステップと、を実行する。
条件A1:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20の速度が所定値以下になる。
条件A2:ロボットアーム20の減速後、ロボットアーム20と物体との接触状態が安定する。
条件A3:ロボットアーム20の減速後、時間TAが経過する。
条件B1:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、時間TBが経過する。
条件B2:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、ロボットアーム20の移動量が所定値以上になる。
条件B3:ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後、物体とロボットアーム20との接触状態が解除または緩和される。
このような本発明によれば、ロボットアーム20と物体とが接触して、物体を退避させた後に、ロボットアーム20が不本意に動いてしまうのを防止または抑制することができる。よって、安全性を高めることができる。また、ロボットアーム20の減速後にブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を解除または緩和するのを的確なタイミングで行うことができる。さらに、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の解除または緩和後に、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を再度作動させてロボットアーム20の駆動を制限するのを的確なタイミングで行うことができる。
以上より、本発明によれば、安全性を高めることができる。
また、第1ステップであるステップS103、第2ステップであるステップS105および第3ステップであるステップS107では、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281を駆動しない。これにより、安全性をより高めることができる。また、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の作動を比較的弱めても、上記のような安全性を確保することができ、低消費電力化に寄与する。
また、ロボットアーム20は、第1軸O1回りに回転する第1アーム22と、第1アーム22に接続され、第1軸O1と平行な第2軸O2回りに回転する第2アーム23と、第2アームに接続され、第1軸O1と平行な第3軸O3回りに回転するとともに、第3軸O3に沿って移動する第3アーム24と、を有する。また、第1アーム22、第2アーム23および第3アーム24に対して、第1ステップ、第2ステップおよび第3ステップをそれぞれ実行する。これにより、安全性をより高めることができる。特に、第3ステップを第1アーム22、第2アーム23および第3アーム24の全てのアームに対して行うことにより、ロボットアーム20の位置姿勢を可及的に維持することができ、作業の再開を円滑に行うことができる。
なお、本実施形態では、上記ステップにおいて、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の全てに対してON、OFFを同時に切り替えるが、本発明ではこれに限定されず、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281に対して時間差をもって切り替えてもよい。
また、上記各ステップは、モーター251、モーター261、モーター271およびモーター281の全てに対して行わず、これらのうちの少なくとも1つ、例えば、ロボットアーム20のうち、物体が接触した部分の近傍のモーターに対してのみ行ってもよい。
また、本実施形態では、上記ステップにおいて、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の全てに対してON、OFFを同時に切り替えるが、本発明ではこれに限定されず、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282に対して時間差をもって切り替えてもよい。
また、上記各ステップは、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282の全てに対して行わず、これらのうちの少なくとも1つ、例えば、ロボットアーム20のうち、物体が接触した部分の近傍のブレーキに対してのみ行ってもよい。
また、実施形態では、ブレーキ252、ブレーキ262、ブレーキ272およびブレーキ282を励磁作動式として説明したが、それに限定されず、無電磁作動式であってもよい。
なお、「ロボットアーム20の減速後」は、ロボットアーム20が減速を開始した後のことを指していてもよく、ロボットアーム20が減速を完了した後のことを指していてもよい。
以上、本発明の制御方法およびロボットシステム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、本発明の制御方法およびロボットシステムには、それぞれ他の任意の構成物、工程が付加されていてもよい。
2…ロボット、3…教示装置、4…受付部、5…力検出部、7…エンドエフェクター、8…制御装置、20…ロボットアーム、21…基台、22…第1アーム、23…第2アーム、24…第3アーム、25…駆動ユニット、26…駆動ユニット、27…u駆動ユニット、28…z駆動ユニット、31…CPU、32…記憶部、33…通信部、34…表示部、81…CPU、82…記憶部、83…通信部、100…ロボットシステム、220…筐体、230…筐体、241…シャフト、251…モーター、252…ブレーキ、253…エンコーダー、261…モーター、262…ブレーキ、263…エンコーダー、271…モーター、272…ブレーキ、273…エンコーダー、281…モーター、282…ブレーキ、283…エンコーダー、300…作業面、400…腕、O1…第1軸、O2…第2軸、O3…第3軸、TCP…制御点

Claims (9)

  1. ロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動部と、前記ロボットアームを減速させるブレーキと、を有するロボットの制御方法であって、
    駆動中の前記ロボットアームに物体が接触したと判断した場合、前記ブレーキを作動して前記ロボットアームを減速させる第1ステップと、
    前記第1ステップの後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、前記ブレーキの作動を解除または緩和する第2ステップと、
    前記第2ステップの後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、前記ブレーキを再度作動させて前記ロボットアームの駆動を制限する第3ステップと、を実行することを特徴とする制御方法。
    条件A1:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームの速度が所定値以下になる。
    条件A2:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームと前記物体との接触状態が安定する。
    条件A3:前記ロボットアームの減速後、時間TAが経過する。
    条件B1:前記ブレーキの解除または緩和後、時間TBが経過する。
    条件B2:前記ブレーキの解除または緩和後、前記ロボットアームの移動量が所定値以上になる。
    条件B3:前記ブレーキの解除または緩和後、前記物体と前記ロボットアームとの接触状態が解除または緩和される。
  2. 前記条件A1における前記ロボットアームの速度は、前記ロボットアームの制御点の速度または前記ロボットアームの関節の速度である請求項1に記載の制御方法。
  3. 前記ロボットは、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部を有する請求項1または2に記載の制御方法。
  4. 前記条件A2における前記接触状態は、前記力検出部の検出結果に基づいて判断される請求項3に記載の制御方法。
  5. 前記条件B3における前記接触状態は、前記力検出部の検出結果に基づいて判断される請求項3または4に記載の制御方法。
  6. 前記ロボットは、前記ロボットアームの位置を検出する位置検出部を有し、
    前記条件B2における前記移動量は、前記位置検出部の検出結果に基づいて算出される請求項1ないし5のいずれか1項に記載の制御方法。
  7. 前記第1ステップ、前記第2ステップおよび前記第3ステップでは、前記駆動部を駆動しない請求項1ないし5のいずれか1項に記載の制御方法。
  8. 前記ロボットアームは、第1軸回りに回転する第1アームと、前記第1アームに接続され、前記第1軸と平行な第2軸回りに回転する第2アームと、前記第2アームに接続され、前記第1軸と平行な第3軸回りに回転するとともに、前記第3軸に沿って移動する第3アームと、を有し、
    前記第1アーム、前記第2アームおよび前記第3アームに対して、前記第1ステップ、前記第2ステップおよび前記第3ステップをそれぞれ実行する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の制御方法。
  9. ロボットアームと、
    前記ロボットアームを駆動する駆動部と、
    前記ロボットアームを減速させるブレーキと、
    前記駆動部および前記ブレーキの作動を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、駆動中の前記ロボットアームに物体が接触したと判断した場合、前記ブレーキを作動して前記ロボットアームを減速させ、
    前記ロボットアームの減速後に、下記条件A1、下記条件A2および下記条件A3のうちのいずれかを満足した場合、前記ブレーキの作動を解除または緩和し、
    前記ブレーキの解除または緩和後に、下記条件B1、下記条件B2および下記条件B3のいずれかを満足した場合、前記ブレーキを再度作動させて前記ロボットアームの駆動を制限することを特徴とするロボットシステム。
    条件A1:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームの速度が所定値以下になる。
    条件A2:前記ロボットアームの減速後、前記ロボットアームと前記物体との接触状態が安定する。
    条件A3:前記ロボットアームの減速後、時間TAが経過する。
    条件B1:前記ブレーキの解除または緩和後、時間TBが経過する。
    条件B2:前記ブレーキの解除または緩和後、前記ロボットアームの移動量が所定値以上になる。
    条件B3:前記ブレーキの解除または緩和後、前記物体と前記ロボットアームとの接触状態が解除または緩和される。
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