JP2021191594A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、安全機能を保持しつつ、ワーク等の把持または開放を行うことができるロボット制御装置を提供することである。【解決手段】本発明に係るロボット制御装置は、外部からロボットに作用する力またはトルクを算出する算出部（２４）と、算出部により算出された数値と所定の閾値とを比較する比較部（２５）と、を備え、算出された数値が所定の閾値を超えた場合にロボットを減速、停止または回避させるロボット制御装置（２０）であって、所定の閾値よりも値が低い第１の閾値を記憶する記憶部（２７）と、所定の閾値を第１の閾値に切り替える閾値選択部（２３）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット制御装置に関し、より詳細には、外部からロボットに作用する力またはトルクを算出する算出部を備え、その算出した値に応じてロボットを減速または停止させる動作を制御するロボット制御装置に関する。

近年、産業用ロボットにおいて、人と同じ作業空間で動作を行う協働ロボットが知られている。少なくとも一部の協働ロボットは、人と接触するなどにより外部から力が加わると減速または停止するように設定されている。

ただし、上述の協働ロボットは、ワーク等の把持または開放時における負荷の変化によって発生する重力方向の外力の変動を「人との接触（外部からの力）」と誤判断し、ロボットが停止してしまうことがある。

また、位置決めを目的として把持したワークを位置決め部材に突き当てたり、把持時にハンドとワークとを突き当てたりする場合も、「人との接触（外部からの力）」と誤判断してロボットが停止してしまうことがある。

この誤判断を回避する方法として、特許文献１では、ワークの把持または解放時の前後はロボットの接触検知機能を無効にする方法が提案されている。

また、特許文献２では、ワークの把持または解放時はロボットを停止状態として、別の外部追加軸がロボットハンドの把持範囲内にワークを出し入れすることでロボットが停止してしまうことを防ぐ方法が提案されている。

これら特許文献１または特許文献２で提案された方法を用いることにより、協働ロボットが誤判断によって停止してしまうことを防ぐことができるとされている。

特許第５８２００１３号公報 特開２０１５−２１７４５１号公報

しかしながら、特許文献１で提案された方法では、ワークの把持または解放時の前後でロボットの接触検知機能を無効にしている。そのため、接触検知機能を切っている間は「協働ロボット」ではなくなり、安全が担保されない状態となっている。したがって、例えば安全柵などの別の安全対策が必要となる。

また、特許文献２で提案された方法では、ワークの把持または解放時はロボットを停止状態として、別の外部追加軸がロボットハンドの把持範囲内にワークを出し入れしている。この「別の外部追加軸」は協働ロボットではない（接触検知・停止しない）ので、システムとしての安全が担保されない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全機能を保持しつつ、ワーク等の把持または開放を行うことができるロボット制御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の一例に係るロボット制御装置は、外部からロボットに作用する力またはトルクを算出する算出部と、算出部により算出された数値と「第１の閾値」とを比較する比較部と、を備え、算出された数値が所定の閾値を超えた場合にロボットを減速、停止または回避させるロボット制御装置であって、「第１の閾値」とは異なる「第２の閾値」を記憶する記憶部と、「第１の閾値」を「第２の閾値」に切り替える閾値選択部と、を備える。

本発明に係るロボット制御装置によれば、安全機能を保持しつつ、ワーク等の把持または開放を行うことができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置の動作を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置のワークを持ち上げる動作を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置のワークを載置する動作を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置の押し付け作業の動作を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るロボット１０およびロボット制御装置２０について説明する。図１は、本実施形態に係るロボット１０およびロボット制御装置２０の構成を示すブロック図である。

図１に示されたように、例えば、６軸多関節型の産業用等のロボット１０は、ベース部１１と、ベース部１１に接続されたアーム部１２と、アーム部１２の先端に接続された手首部１３と、を備えている。

手首部１３には、例えば物を把持できるロボットハンド等のツール１４が取り付けられている。

本実施形態では、アーム部１２や手首部１３の各関節部分に、力またはトルクを検出するセンサ等の力検出部１５が取付けられている。なお、力検出部１５は、ベース部１１に内蔵されていてもよい。

このようなロボット１０の動作を制御するロボット制御装置２０には、ロボット１０の動作命令等が記憶されたロボットプログラム２１が組み込まれている。

また、ロボット制御装置２０は、位置指令生成部２２、閾値選択部２３、外部トルク算出部２４、トルク比較部２５およびロボット１０の動作用電源を遮断する電源遮断部２６を備えている。さらに、ロボット制御装置２０は、第１の閾値、第２の閾値・・・、第ｎの閾値のように、一または複数の閾値を設定して記憶する記憶部２７を備えている。

また、本実施形態に係るロボット制御装置２０にはロボット監視装置（ＲＭＵ）２９が搭載されている。ロボット監視装置２９は、ロボット１０の動きを監視し、ロボット１０が所定の位置、所定の速度から逸脱した動きを行なった場合に、安全を確保するための装置である。本実施形態では、ロボット監視装置２９が外部トルク算出部２４、トルク比較部２５、電源遮断部２６および記憶部２７を備えている。なお、ロボット監視装置２９は必須ではなく省略することができ、その場合はロボット制御装置２０内に外部トルク算出部２４、トルク比較部２５、電源遮断部２６および記憶部２７を備えることができる。

次に、本実施形態に係るロボット制御装置２０の構成要素についてより詳しく説明する。

位置指令生成部２２は、ロボット１０の各軸に対して各軸を動作させる位置指令信号を、ベース部１１を介してロボット１０へ出力する。

閾値選択部２３は、ロボットプログラム２１から指令信号を入力し、あらかじめ設定されている「第１の閾値」を「第２の閾値」（第ｎの閾値）に選択変更して切り替える制御命令を出力する。すなわち、閾値選択部２３は、ロボット１０の動作を記述し、記憶部２７に記憶されるロボットプログラム２１に使用される制御命令によって閾値の選択を実行する。また、閾値選択部２３は、第１の閾値を複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、予め設定された時間経過後に選択変更した第ｎの設定閾値を第１の閾値に戻すことができる。また、閾値選択部２３は、第１の閾値を複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、予め設定されたロボット１０のツール位置が予め設定された距離を移動後に選択変更した第ｎの設定閾値を第１の閾値に戻すこともできる。さらに、閾値選択部２３は、第１の閾値を複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、 予め設定されたロボット１０のツール位置が予め設定された速度を超えると選択変更した第ｎの設定閾値を第１の閾値に戻すこともできる。

一例として、「第２の閾値」に「第１の閾値」よりも大きな値を設定しておき、接触検知感度が高い場合を制御命令TOUCHMOVE[０]を実行して「第１の閾値」を選択し、接触検知感度が低い場合を制御命令TOUCHMOVE[１]を実行して「第２の閾値」を選択するというように、制御命令により接触検知感度切り替える。

これにより、制御命令TOUCHMOVE[1]を実行すると接触検知の感度が下がり、接触検知有効中のツール切り替えや、押し付け動作の際に接触を検知してロボット１０が止まってしまうことを防ぐことができる。なお、TOUCHMOVE[１]の実行後にTOUCHMOVE[０]を実行するかロボットプログラム２１が停止すると接触検知は高感度に戻る。

外部トルク算出部２４は、ロボット１０に備えられた力検出部１５で検出されたトルク情報（力情報）を入力し、外部からロボット１０に作用する力またはトルクを算出する。

トルク比較部２５は、外部トルク算出部２４により算出された数値と第１の閾値あるいは第２の閾値とを比較する。

電源遮断部２６は、トルク比較部２５による比較結果により、算出した数値がいずれかの閾値を超えた場合にロボット１０の動作用電源を遮断し、ロボット１０の動作を減速、停止または回避させる。

ここで、ロボット監視装置２９の挙動について説明する。まず、ロボット監視装置２９の接触検知は高感度のままにする。ロボット監視装置２９は、TOUCHMOVEファンクションに関係なく、接触を検知した後に停止監視幅および停止監視時間によって停止と判断されていればサーボＯＦＦしない。なお、接触検知後極低速であれば、ロボット１０は作業を続行することができる。

次に制御命令TOUCHMOVEによってのトルク比較部２５の閾値が、第１の閾値から第２の閾値に切り替わっている場合について以下に説明する。

ロボット監視装置２９のトルク比較部２５は、停止監視幅および停止監視時間によって定義される極低速以下の速度でロボット１０が動作していると判断されていれば電源遮断部２６を動作させて電源遮断を行なわない。

その結果、ロボット１０が極低速で動作している場合は、制御命令TOUCHMOVEによって第２の閾値に切り替わった値がトルク算出部２５から出力されてもロボット１０は動作を継続することができる。

もちろん、その値が第２の閾値を超える場合や、かつ定義された極低速以上の動作速度でロボット１０が動作している場合は、ロボット１０は停止する。

したがって、接触検知機能が無効となっている状態は存在しないのでロボット１０の安全は確保される。

＜ワークの持上げ動作＞
次に、図２および図３を用いて、ロボット１０がワークＷを持ち上げる動作を行う場合のロボット制御装置２０の制御について説明する。

図２（ａ）〜（ｄ）は、ロボット１０に取り付けられたツール１４によってワークＷを持ち上げる動作の手順を示す図である。図３は、ロボット１０に取り付けられたツール１４によってワークＷを持上げる動作を行う際のロボット制御装置２０の動作を示すフローチャートである。

まず、事前にロボットプログラム２１をロボット制御装置２０に組み込み、図２に示すように、ワークＷを作業台Ｄの作業面Ｅに載置しておく。

そして、使用者による指令の直接入力または外部コントローラによる指令の入力により、ロボット１０の動作が開始される。

図３のステップＳ３０１において、位置指令生成部２２は、ツール１４がワークＷを把持できる位置までロボット１０を動作させる位置指令を発行し、ロボット１０は、ワークＷを把持できる位置までツール１４を移動させる。

次いで、ステップＳ３０２において、閾値選択部２３は、ロボットプログラム２１から指令信号を入力し、あらかじめ設定されている第１の閾値から第１の閾値よりも値が大きい第２の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[1]を実行する。

ステップＳ３０３において、ロボット１０は、ツール１４によりワークＷを把持する。

次いで、ステップＳ３０４において、ツール番号をツール１４がワークＷを保持した状態における重さや重心位置等のツール定数が正しく定義されているツール番号に変更する。ステップＳ３０４でワークＷの重さを設定して、外力からワークＷの重さを引くことができる。これにより、ワークＷを持ち上げる時にワークＷの重さが外力としてカウントされて、元の閾値に戻した時にロボット１０が停止することを防ぐことができる。

次いで、ステップＳ３０５において、ロボット１０は、ツール１４によりワークＷを持上げる動作を行う。この動作は予め定義された極低速以下の速度で実行する。なお、ステップＳ３０３とＳ３０４の実行は入れ替わっても良い。

ステップＳ３０６において、閾値選択部２３は、ワークＷが作業台Ｄの作業面Ｅから完全に離間した後に、第１の閾値からあらかじめ設定されている所定の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[0]を実行する。

そし、ステップＳ３０７において、ロボット１０は、ツール１４によりワークＷを所定の場所まで搬送する搬送動作を行う。

＜ワークの載置動作＞
続いて、図２および図４を用いて、ロボット１０がワークＷを作業台Ｄに載置する動作を行う場合のロボット制御装置２０の制御について説明する。

図４は、ロボット１０に取り付けられたツール１４によってワークＷを載置する動作を行う際のロボット制御装置２０の動作を示すフローチャートである。

ここで、ワークＷを載置する動作については、図２（ｄ）に示すように、ツール１４でワークＷを把持している状態から開始されるものとする。なお、この場合は、図２（ｄ）から（ｃ）、（ｂ）および（ａ）へと手順が進んでいく。

ステップＳ４０１において、ロボット１０は、ワークＷを載置する位置まで移動する。

次いで、ステップＳ４０２において、閾値選択部２３は、ロボットプログラム２１から指令信号を入力し、あらかじめ設定されている所定の閾値をその所定の閾値よりも値が低い第１の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[1]を実行するする。

次いで、ステップＳ４０３において、ツール番号をツール１４がワークＷを保持していない場合における重さや重心位置等のツール定数が正しく定義されているツール番号に変更する。

その後、ステップＳ４０４において、ロボット１０は、ツール１４によりワークＷを作業台Ｄの作業面Ｅ上に載置する動作を行う。この動作は予め定義された極低速以下の速度で実行する。なお、ステップＳ４０３は、Ｓ４０４またはＳ４０５の後に実行しても良い。

次いで、ステップＳ４０５において、ロボット１０は、ツール１４を解放して、ワークＷを作業面Ｅ上に載置する。

次いで、ステップＳ４０６において、閾値選択部２３は、ワークＷを作業台Ｄの作業面Ｅ上に完全に載置した後に、設定された第１の閾値からあらかじめ設定されている所定の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[0]を実行するする。

最後に、ステップＳ４０７において、ロボット１０は、元の位置まで移動する。

以上のように、本実施形態のロボット制御装置２０によれば、安全機能を保持しつつ、ワーク等の把持または開放時に発生する負荷の変動によって発生する接触検知停止を回避可能にすることができる。

＜押し付け動作＞
さらに、図５を用いて、ロボット１０が、例えば組み立て作業で作業台Ｄのボタン等を押し付ける動作を行う場合のロボット制御装置２０の制御について説明する。

図５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るツール１４の動作Ｃを説明する図である。

例えばロボット１０が、組み立て作業等での押し付け動作を行う場合、接触検知が有効なとき、押し付けを行うと接触を検知して作業が止まってしまう。

そこで、押し付け動作の前後でTOUCHMOVEファンクションを使用すれば作業を継続させることができる。

図５に示すように、まず、ロボット１０は、ボタンを押す等の押し付け作業を行う位置までツール１４を移動させる。

次に、閾値選択部２３は、ロボットプログラム２１から指令信号を入力し、あらかじめ設定されている所定の閾値をその所定の閾値よりも値が低く設定された第１の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[1]を実行する。

次に、ロボット１０は、ツール１４によりボタンを押し付ける動作Ｃを行う。この動作Ｃは予め定義された極低速以下の速度で実行する。

次に、ロボット１０は、ツール１４がボタンから完全に離間するまでツール１４を持ち上げる。この動作も予め定義された極低速以下の速度で実行する。

次に、ロボット１０は、ツール１４がボタンから完全に離間した後に、第１の閾値からあらかじめ設定されている所定の閾値へ切り替える制御命令TOUCHMOVE[0]を実行する。

最後に、ロボット１０は、元の位置まで移動する。

以上のように、本実施形態のロボット制御装置２０を使用する場合も、安全機能を保持しつつ、押し付け動作Ｃ時に発生する負荷の変動によって発生する接触検知停止を回避可能にすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るロボット１０およびロボット制御装置６０について説明する。図６は、本実施形態に係るロボット１０およびロボット制御装置６０の構成を示すブロック図である。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、ロボット制御装置６０内に外部トルク算出部、トルク比較部および記憶部を複数備えている点である。なお、第１実施形態と共通する構成については説明を省略し、第１実施形態と相違する構成について以下に説明する。

本実施形態のロボット制御装置６０は、第１の外部トルク算出部２４、第１のトルク比較部２５および第１の記憶部２７を備えている。また、ロボット制御装置６０はロボット監視装置６１を搭載し、ロボット監視装置６１が第２の外部トルク算出部６２、第２のトルク比較部６３、電源遮断部２６および第Ｘの閾値を設定して記憶する第２の記憶部６４を備えている。

一方で、ロボット監視装置６１の第Ｘの設定閾値は、制御命令TOUCHMOVE[1]を実効しても変更されることは無い。

ロボット監視装置６１の第２の外部トルク算出部６２は、第１の外部トルク算出部２４とは独立してトルクを計算し、第２のトルク比較部６３で第Ｘの閾値との比較を行なう。

第Ｘの閾値は、第１の閾値よりも大きな値が設定され、第２の閾値よりも小さい値を設定する。その結果、通常の場合は第１のトルク比較部２５による比較結果が先に処理され、ロボット１０は減速停止するので、第２のトルク比較部６３の比較結果によって電源遮断部２６が動作することはない。

ロボット制御装置６０に何らかの異常が発生し、第１の閾値による第１のトルク比較部２５の結果によってロボット１０が減速停止しない場合は、ロボット監視装置６１の第Ｘの閾値に基づく第２のトルク比較部６３によって電源遮断部２６が動作し、ロボット１０の電源を遮断する。

次に制御命令TOUCHMOVEによって第１のトルク比較部２５の閾値が第２の閾値に切り替わっている場合について以下に説明する。

ロボット監視装置６１の第２のトルク比較部６３は、停止監視幅および停止監視時間によって定義される極低速以下の速度でロボットが動作していると判断されていれば電源遮断部２６を動作させて電源遮断を行なわない。その結果、ロボット１０が極低速で動作している場合は、制御命令TOUCHMOVEによって第２の閾値に切り替わっている場合でかつ第Ｘの閾値を超える値が第２の外部トルク算出部６２より出力されてもロボット１０は動作を継続することができる。

もちろん出力された値が第２の閾値を超える場合や第Ｘの閾値を超え、かつ定義された極低速以上の動作速度でロボット１０が動作している場合は、ロボット１０は停止する。

したがって、接触検知機能が無効となっている状態は存在しないのでロボットの安全は確保される。

以上のように、本実施形態のロボット制御装置６０を使用する場合も、第１実施形態と同様に、安全機能を保持しつつ、ワーク等の把持または開放時に発生する負荷の変動によって発生する接触検知停止を回避可能にすることができる。

また、本実施形態のロボット制御装置は、外部からロボットに作用する力またはトルクを算出する算出部を有し、算出された外部からの力、若しくはトルクが第１の閾値を超えた場合に減速、若しくは停止、若しくは回避動作を行なうことが可能なロボットの制御装置であって、第１の閾値に基づいてロボットに減速、若しくは停止、若しくは回避動作を行なわせる第１の制御部と、第１の閾値とは異なる第Ｘの閾値を設定可能であって、検出された外部からの力、若しくはトルクが第Ｘの閾値を超えるとロボットの動力の少なくとも一部を遮断する第２の制御部を有する構成とすることができる。

さらに、本実施形態のロボット制御装置は、上記構成に加えて、第２の制御部が外部からの力、若しくはトルクが第Ｘの閾値を超えたと判断してから動力を遮断するまでの時間は第１の制御部が外部から力、若しくはトルクが第１の閾値を超えたと判断し、ロボットを減速、若しくは停止、若しくは回避動作を行なわせるまでの時間よりも遅い構成とすることができる。

さらに、本実施形態のロボット制御装置は、上記構成に加えて、第２の制御部が外部からの力、若しくはトルクが第Ｘの閾値を超えたと判断した場合であっても、ロボットの各軸の移動速度が０か、若しくは特定の閾値以下の場合は動力の遮断を行わない構成とすることができる。

本発明は、ロボットの動作を制御するロボット制御装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有するものである。

１０ ロボット
１１ ベース部
１２ アーム部
１３ 手首部
１４ ツール
１５ 力検出部
２０、６０ ロボット制御装置
２１ ロボットプログラム
２２ 位置指令生成部
２３ 閾値選択部
２４、６２ 外部トルク算出部
２５、６３ トルク比較部
２６ 電源遮断部
２７、６４ 記憶部
２９、６１ ロボット監視装置
Ｄ 作業台
Ｅ 作業面
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 外部からロボットに作用する力またはトルクを算出する算出部と、前記算出部により算出された数値と第１の閾値とを比較する比較部と、を備え、
   前記算出された数値が前記第１の閾値を超えた場合に前記ロボットを減速、停止または回避させるロボット制御装置であって、
   前記第１の閾値とは別に、少なくとも一つの第ｎの設定閾値を記憶する記憶部と、
   前記第１の閾値を前記第ｎの設定閾値に切り替える閾値選択部と、を備えるロボット制御装置。
2. 前記閾値選択部は、前記ロボットの動作を記述し、前記記憶部に記憶されるロボットプログラムに使用される制御命令によって前記閾値の選択を実行する請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記記憶部は、複数の第ｎの設定閾値を記憶し、
   前記閾値選択部は、前記第１の閾値を前記複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更する制御命令を出力する請求項２に記載のロボット制御装置。
4. 前記閾値選択部は、前記第１の閾値を前記複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、
   予め設定された時間経過後に前記選択変更した前記第ｎの設定閾値を前記第１の閾値に戻す請求項２または３に記載のロボット制御装置。
5. 前記閾値選択部は、前記第１の閾値を前記複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、
   予め設定されたロボットのツール位置が予め設定された距離を移動後に前記選択変更した前記第ｎの設定閾値を前記第１の閾値に戻す請求項２から４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
6. 前記閾値選択部は、前記第１の閾値を前記複数の第ｎの設定閾値のいずれかに選択変更した後、
   予め設定されたロボットのツール位置が予め設定された速度を超えると前記選択変更した前記第ｎの設定閾値を前記第１の閾値に戻す請求項２から４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。

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