JP2023005671A - Multijoint robot arm, driving method of multijoint robot arm, control device, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an articulated robot arm, an articulated robot arm driving method, a control device, and a computer program.
従来から、アクチュエータが設けられた関節を介して複数のリンクが接続されてなる多関節のロボットアームが知られている。例えば、特許文献1には、2ヶ所の関節を備え、上の関節部分に角度センサを備えた上アーム駆動手段と、下の関節部分に角度センサを備えた下アーム駆動手段を備える作業用ロボットが記載されている。また、特許文献2には、荷役物を多関節ロボットアームと共に、多関節ロボットアームとは別に設けられたバランサーアームで保持するための搬送システムが記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a multi-joint robot arm is known in which a plurality of links are connected via joints provided with actuators. For example, Patent Literature 1 discloses a working robot that has two joints, an upper arm driving means having an angle sensor at the upper joint portion, and a lower arm driving means having an angle sensor at the lower joint portion. is described. Further, Patent Literature 2 describes a transport system for holding cargo together with an articulated robot arm by a balancer arm provided separately from the articulated robot arm.
しかしながら、ロボットアームに対して振動等の外力が加わると、振動振幅等により発振や制御エラーが生じる場合がある。このような不都合は、対象物の重量が大きい場合や、上述したように他の搬送装置をアシストするようにロボットアームを用いる場合に顕著となる。 However, when an external force such as vibration is applied to the robot arm, oscillation or control error may occur due to vibration amplitude or the like. Such an inconvenience becomes significant when the weight of the object is large, or when the robot arm is used to assist another transport device as described above.
そこで本発明は、対象物の重量により動作が不安定となることを低減させることの可能な多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an articulated robot arm, a method for driving the articulated robot arm, a control device, and a computer program that can reduce the instability of motion due to the weight of an object. .
本発明の一態様に係る多関節ロボットアームは、第1リンクと、水平方向を向いた第1回転軸に従って第1リンクを回転させることにより、第1リンクの端部を鉛直方向に移動可能に構成された第1アクチュエータと、第1リンクに接続される第2リンクと、第2リンクの端部を移動可能に構成された第2アクチュエータと、を備え、第2アクチュエータが第2リンクの端部を移動させている間に、第1アクチュエータによる第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束する拘束部を更に備える。 An articulated robot arm according to one aspect of the present invention is configured such that the end of the first link can be moved vertically by rotating the first link according to the first link and the first rotating shaft oriented in the horizontal direction. a first actuator configured, a second link connected to the first link, and a second actuator configured to move an end of the second link; A restraining portion restrains vertical movement of the end portion of the first link by the first actuator while moving the portion.
この態様によれば、多関節ロボットアームにおいて、第2アクチュエータが第2リンクの端部を移動させている間に、拘束部が、第1アクチュエータによる第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束する。そのため、対象物の重量が第1アクチュエータの回転軸に対して及ぼす力のモーメントの影響が低減され、以て対象物の重量により多関節ロボットアームの動作が不安定となることが低減される。 According to this aspect, in the articulated robot arm, while the second actuator is moving the end of the second link, the restraining section is configured to move the end of the first link in the vertical direction by the first actuator. constrain the Therefore, the influence of the moment of force exerted by the weight of the object on the rotation axis of the first actuator is reduced, thereby reducing the possibility that the weight of the object causes the operation of the articulated robot arm to become unstable.
本発明によれば、対象物の重量により動作が不安定となることを低減させることの可能な多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide an articulated robot arm, a method for driving the articulated robot arm, a control device, and a computer program that can reduce the instability of the motion due to the weight of an object.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to those embodiments.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るロボットシステム100の機能構成の一例を示すブロック図である。図2は、第1実施形態に係るロボットシステム100が備えるロボットアーム20の外観の一例を示す模式図である。図2には、XYZ軸の直交座標系が示されている。Z軸は鉛直方向を向き、X軸は水平方向を向き、Y軸は水平方向を向くものとする。X軸及びY軸は互いに垂直であるものとする。
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a
ロボットシステム100は、制御装置10と、ロボットアーム20と、を備える。ロボットシステム100は、対象物W(ワーク)を保持して該対象物Wを搬送する動作を実行する。なお、本発明は、必ずしも対象物W(ワーク)を保持して該対象物Wを搬送する機能を有するロボットアームに限らず、広く移動する機能を有するロボットアームに適用可能である。
A
ロボットアーム20は、図2に示すとおり、ベース20Bと、複数のリンク20Lと、複数のジョイント20Jと、エンドエフェクタ20Eと、を備える多関節ロボットアームである。
The
ベース20Bは、ロボットアーム20の一方の端部に配置され、床や壁等の設置箇所に設置される。ベース20Bは、Z軸方向に延在するように床面Fに設けられており、上部にはロボットアーム20が備える他の構成が搭載される。なお、ロボットアーム20は、制御装置10等により制御される電動アクチュエータ等により構成されベース20Bを駆動するベース駆動部を更に備えてもよい。ベース20Bは、当該ベース駆動部により床面F等の上を移動可能に構成されてもよい。
The
エンドエフェクタ20E(「保持機構」の一例)は、ロボットアーム20のベース20Bとは反対側の端部に配置され、対象物Wを保持する機能を有する。具体的には、エンドエフェクタ20Eは、アクチュエータによって開閉する可動プレート20E1及び20E2を備える。これにより、エンドエフェクタ20Eは、当該可動プレート20E1及び20E2により対象物Wを挟持することにより、該対象物Wを保持可能である。なお、エンドエフェクタ20Eの構成は、上述したものに限られるものではなく、例えば、対象物Wの表面を保持するための複数の吸着パッドと制御装置10から送信される制御信号に基づいて吸着パッドに負圧を発生させるアクチュエータを備えるものや、或いは、電磁力で対象物Wを保持するものであってもよい。
The
リンク20Lは、例えば、剛性を有する部材から構成されており、ベース20B及びエンドエフェクタ20Eの間を、各ジョイント20Jを介して連続的に接続されている。リンク20Lの一方の端部は、1つのジョイント20Jに接続され、リンク20Lの他方の端部は、他の1つのジョイント20Jに接続される。リンク20Lは、直線的に延在していてもよいし、任意の位置で婉曲していてもよい。
The
ジョイント20Jは、例えば、ベース20B及びリンク20Lの接続部分、2つのリンク20L同士の接続部分、又はリンク20L及びエンドエフェクタ20Eの接続部分であって、多関節ロボットアームにおける「関節」とも称され得る。各ジョイント20Jには、例えば、直列弾性アクチュエータ20Dと、拘束部20Rとが設けられる。なお、本実施形態では、同一のジョイント20Jに設けられた直列弾性アクチュエータ20D及び拘束部20Rは、互いに「対応する」と称される場合がある。
The joint 20J is, for example, a connecting portion between the
直列弾性アクチュエータ20Dは、例えば、後述するアクチュエータ制御部10Aによる制御に応じて、ジョイント20Jにおいて接続されたリンク20L(2つのリンク20L同士が接続されたジョイント20Jの場合、エンドエフェクタ20Eに近い側のリンク20L)を、当該直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸に従って回転させることにより、当該リンク20Lの(ジョイント20Jとは反対側の)端部を移動させることが可能である。
For example, the series
直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の向きは、ロボットアーム20の設計や姿勢等によって変化し得る。また、リンク20Lの端部の移動方向は、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の方向に応じて規定され得る。例えば、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸が水平方向に平行な場合、リンク20Lの端部の移動方向は鉛直方向(重力が作用する方向)の成分を有する。また、例えば、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸が鉛直方向に平行な場合、リンク20Lの端部の移動方向は水平方向の成分を有する。
The direction of the rotation axis of the series
直列弾性アクチュエータ20Dは、柔軟性を備えていてもよい。「柔軟性を備えた」とは、弾性、粘性又は弾性及び粘性を備えていることをいう。弾性とは、応力を加えると変形し、応力を除去すると元に戻る性質をいい、弾性変形のしやすさを示す可撓性という言葉で表現される場合もある。粘性とは、流体の流動速度を一様化する応力を生じさせる性質をいう。柔軟性を備えた駆動機構は、柔軟性を付与するための、例えば、磁性流体、機械ばね、空気ばね、磁力ばね及びベーンモータの何れか一つを少なくとも備えてもよい。
The series
直列弾性アクチュエータ20Dは、例えば、駆動部20DAと、弾性体20DEと、センサ20DSとを備える。
The series
駆動部20DAは、例えば、制御装置10から供給される制御信号により駆動されるサーボモータ等から構成される。弾性体20DEは、例えば、機械ばねから構成される。直列弾性アクチュエータ20Dにおいて、駆動部20DAから出力される動力は、弾性体20DEを介して出力側のリンク20Lに伝達され、当該リンク20Lが直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の周りを回転する。
The driving unit 20DA is composed of, for example, a servomotor driven by a control signal supplied from the
センサ20DSは、例えば、駆動部20DAに接続され、機械ばねの変位量を取得することにより、ロボットアーム20の基準となる位置(以下、「基準位置」という。)を検知し、当該基準位置を示す情報を制御装置10に供給する。ロボットアーム20の基準位置は、ロボットアーム20の任意の部位の位置であってもよい。基準位置の単位は、当該基準位置に対応するロボットアーム20の部位の態様に応じた任意の形式であってもよい。例えば、基準位置はロボットアーム20を構成するリンク20Lであってもよく、この場合、基準位置は角度情報として表現されることができる。或いは、基準位置はロボットアーム20の手先位置(例えば、エンドエフェクタ20Eのセンターポイント)であってよく、この場合、基準位置は三次元位置情報として表現されることができる。
The sensor 20DS is connected to, for example, the drive unit 20DA, detects the reference position of the robot arm 20 (hereinafter referred to as "reference position") by acquiring the displacement amount of the mechanical spring, and detects the reference position. The information shown is supplied to the
センサ20DSは、更に、例えば、加速度センサとして構成され、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の向きを検知して、当該直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の向きを示す情報を制御装置10に供給してもよい。直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の向きを示す情報は、任意に規定できるが、例えば、3軸の直交座標系における各軸周りの回転角度によって規定されてもよい。
The sensor 20DS may further be configured as, for example, an acceleration sensor, detect the orientation of the rotation axis of the series
拘束部20Rは、例えば、後述する拘束部制御部10Bによる制御に応じて、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転に抗する力を作用させることにより、直列弾性アクチュエータ20Dによってリンク20Lの端部が鉛直方向へ移動するのを拘束する動作(拘束動作)を実行する機能を有する。ここで「拘束する」とは、リンク20Lの端部の鉛直方向への移動を完全に防止する程度にリンク20Lの回転に抗する力を作用させることに限らず、リンク20Lの端部の鉛直方向への移動を完全には防止しない程度にリンク20Lの回転に抗する力を作用させることを含んでもよい。拘束部20Rの構成は特に限定されず、例えば、直列弾性アクチュエータ20Dに摩擦力を及ぼすブレーキパッドや、直列弾性アクチュエータ20Dに設けられた被係合部(凹部等)に係合する係合部(凸部)であってもよい。また、拘束動作について「鉛直方向への移動」とは、「鉛直方向の上側への移動」及び「鉛直方向の下側への移動」のいずれをも含んでよく、また、鉛直方向に対して完全に平行な移動に限らず、鉛直方向と移動方向との差分が所定の角度以下である場合を含んでもよい。
For example, the restraining
図1に示すとおり、ロボットアーム20は、重量センサ(検知部の一例)を備える。重量センサ20Gは、例えば、エンドエフェクタ20Eが保持する対象物Wの重量を検知し、対象物Wの重量を示す信号を制御装置10に供給する。
As shown in FIG. 1, the
以上のような構成の下、柔軟性を備えた駆動機構に相当する直列弾性アクチュエータ20Dによって駆動される部分の慣性、質量及び長さ、外力並びに弾性体20DEである機械ばねのばね定数をパラメータとする運動方程式が成立する。このため、制御装置10は、機械ばねのばね定数及び変位量に基づいて、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御を行うように構成される。
Under the above configuration, the inertia, mass and length of the portion driven by the series
なお、直列弾性アクチュエータ20Dは、駆動部20DAであるサーボモータの駆動軸に接続され、動力を機械ばねに伝達するギヤを備えていてもよい。更に、直列弾性アクチュエータ20Dは、粘性に基づいて衝撃を緩和させるダンパ機構及び動力の伝達をスイッチするためのクラッチ機構を備えてもよい。粘性を有するダンパ機構等の粘性体を付与する場合、運動方程式には、粘性定数がパラメータとして加えられる。例えば、粘性定数にリンク角度の時間変化を乗じた値をトルクとして考慮された運動方程式が成立する。
The series
図1に示すとおり、制御装置10は、例えば、アクチュエータ制御部10Aと、拘束部制御部10Bと、動作モード判定部10Cと、決定部10Dと、拘束条件判定部10Eと、を備える。
As shown in FIG. 1, the
アクチュエータ制御部10Aは、例えば、直列弾性アクチュエータ20Dの駆動部20DAに対して制御信号を供給することにより、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転を制御する。アクチュエータ制御部10Aは、不図示の教示装置から取得したロボットアーム20の動作を規定する情報(開始位置、目標位置、経路情報、許容範囲等)に基づいて、各駆動部20DAに供給する制御信号を生成してもよい。なお、教示装置は、現場で実際にロボットアーム20を動かしてその時の基準位置及び姿勢を開始位置として教示するオンラインティーチングに従う教示装置でもよいし、コンピュータプログラムによって基準位置の位置及び姿勢を開始位置として教示する、テキスト型、シミュレータ型、エミュレータ型、又は、自動ティーチング型等のオフラインティーチングに従う教示装置でもよい。
The
拘束部制御部10Bは、例えば、所定の拘束部20Rに対して制御信号を供給することにより、拘束動作を実行させるように当該拘束部20Rを制御する。拘束部制御部10Bは、例えば、後述するアクティブ拘束部として決定された拘束部20Rに対して、拘束条件判定部10Eにより所定の拘束条件が満たされると判定された場合に、当該拘束部20Rに対して制御信号を供給して、当該拘束部20Rに拘束動作を実行させてもよい。なお、拘束部制御部10Bは、例えば、後述する非アクティブ拘束部として決定された拘束部20Rに対しては、当該拘束部20Rに対して拘束動作を実行させるための制御信号を供給しなくてもよい。また、拘束部制御部10Bは、例えば、ロボットシステム100の動作モードが後述する通常動作モードに設定されている場合、いずれの拘束部20Rに対しても、拘束動作を実行させるための制御信号を供給しなくてもよい。
The restraining
動作モード判定部10Cは、例えば、ロボットシステム100の動作モードを判定する。ここで、動作モードは、ロボットアーム20が備える拘束部20Rのいずれも拘束動作を実行しない通常動作モードと、ロボットアーム20が備える拘束部20Rの少なくとも1つが所定条件下において拘束動作を実行し得る拘束動作モードとを含んでもよい。動作モード判定部10Cは、例えば、操作者が不図示の操作部を介して設定した動作モードに基づいて、ロボットシステム100の動作モードを判定してもよい。
The operation
決定部10Dは、例えば、複数の拘束部20Rのうち少なくともいずれかを、拘束動作を実行し得る拘束部であるアクティブ拘束部に決定してもよい。アクティブ拘束部として決定された拘束部20Rに対応する直列弾性アクチュエータ20Dは、「第1アクチュエータ」の一例であり、当該拘束部20Rが設けられたジョイント20Jのエンドエフェクタ20E側に接続されたリンク20Lは、「第1リンク」の一例である。また、決定部10Dは、例えば、複数の拘束部20Rのうち少なくともいずれか(例えば、アクティブ拘束部として決定された拘束部20R以外の拘束部20R)を、拘束動作を実行し得ない拘束部である非アクティブ拘束部に決定してもよい。非アクティブ拘束部として決定された拘束部20Rに対応する直列弾性アクチュエータ20Dは、「第2アクチュエータ」の一例であり、当該拘束部20Rが設けられたジョイント20Jのエンドエフェクタ20Eに接続されたリンク20Lは、「第2リンク」の一例である。
The determining
ここで、図3を参照して、決定部10Dによるアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部の決定方法について、より詳細に説明する。図3には、ジョイント20Jの回転軸(すなわち、ジョイント20Jに設けられた直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸)及びリンク20Lの向き等が把握し易いように、第1実施形態に係るロボットアーム20の外観が模式的に示されている。同図に示すロボットアーム20は、7軸の多関節ロボットアームとして構成されており、ベース20Bと、ジョイント20J1~20J7と、リンク20LBと、20L1~20L7と、エンドエフェクタ20Eとを備える。リンク20LBは、ベース20Bとジョイント20J1との間に接続され、リンク20L1は、ジョイント20J1とジョイント20J2との間に接続され、リンク20L2は、ジョイント20J2とジョイント20J3との間に接続され、リンク20L3は、ジョイント20J3とジョイント20J4との間に接続され、リンク20L4は、ジョイント20J4とジョイント20J5との間に接続され、リンク20L5は、ジョイント20J5とジョイント20J6との間に接続され、リンク20L6は、ジョイント20J6とエンドエフェクタ20Eとの間に接続される。また、図3には、XYZ軸の直交座標系が示されている。Z軸は鉛直方向を向き、X軸は水平方向を向き、Y軸は水平方向を向くものとする。X軸及びY軸は互いに垂直であるものとする。
Here, with reference to FIG. 3, a more detailed description will be given of how the determining
各直列弾性アクチュエータ20Dには、当該直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸の向きに応じて、当該回転軸周りに、ロボットアーム20の構成要素及び対象物Wそれぞれの重量に起因する力のモーメントが発生し得る。具体的には、各直列弾性アクチュエータ20Dには、当該直列弾性アクチュエータ20Dが設けられたジョイント20Jからエンドエフェクタ20Eまでの間に配置された各リンク20L及び各ジョイント20Jそれぞれの重量、エンドエフェクタ20Eの重量、及び対象物Wの重量等に起因して、回転軸周りの力のモーメントが発生し得る。そして、当該力のモーメントは、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸が水平方向により近い程大きくなる。
In each series
このような前提の下、決定部10Dは、例えば、このような直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸周りの力のモーメントの大きさに基づいて、アクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定してもよい。
Under this premise, the
図3に示す例では、ジョイント20J1、20J3、20J7の回転軸は、Z軸方向(鉛直方向)に略平行であり、ジョイント20J2、20J5の回転軸は、X軸方向(水平方向)に略平行であり、ジョイント20J4、20J6の回転軸は、Y軸方向(水平方向)に略平行である。したがって、ロボットアーム20のジョイント20Jのうち、Z軸方向に略平行でない(水平方向に向く成分を有する)回転軸を有するジョイント20Jは、ジョイント20J2、20J4、20J5、及び20J6であり、当該ジョイント20J2、20J4、20J5、及び20J6において、回転軸周りの力のモーメントが発生し得る。ジョイント20J2、20J4、20J5、及び20J6の回転軸はいずれも水平方向に略平行であるため、ロボットアーム20内における接続位置がよりベース20Bに近い程、回転軸周りの力のモーメントは大きくなる。すなわち、回転軸周りの力のモーメントは、大きい方から順に、ジョイント20J2、ジョイント20J4、ジョイント20J5、ジョイント20J6となる。したがって、決定部10Dは、例えば、ジョイント20J2の拘束部20Rをアクティブ拘束部に決定してもよく、更に、ジョイント20J4の拘束部20Rをアクティブ拘束部に決定してもよい。そして、決定部10Dは、アクティブ拘束部に決定した拘束部20R以外の拘束部20Rを、非アクティブ拘束部に決定してもよい。なお、ロボットアーム20が備える拘束部20Rのうち、アクティブ拘束部に決定される拘束部20Rの割合は、上述したものに限られず、任意に設定可能であってよい。
In the example shown in FIG. 3, the rotation axes of joints 20J1, 20J3, and 20J7 are substantially parallel to the Z-axis direction (vertical direction), and the rotation axes of joints 20J2 and 20J5 are substantially parallel to the X-axis direction (horizontal direction). , and the rotation axes of the joints 20J4 and 20J6 are substantially parallel to the Y-axis direction (horizontal direction). Therefore, of the
図3に示すロボットアーム20の姿勢は、ロボットシステム100の動作中か否かに関わらない任意の時点の姿勢であってよい。そして、決定部10Dは、これら任意の時点において、複数の拘束部20Rから、例えば上述した方法等により、アクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定してもよい。なお、ロボットシステム100の動作中においては、決定部10Dは、各ジョイント20Jの回転軸(直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸)の向きを上述した各ジョイント20Jに設けられたセンサ20DSから取得した上で、当該回転軸の向きに基づいて、アクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定してもよい。
The posture of the
なお、決定部10Dは、例えば、複数の拘束部20Rからアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を、操作者の選択に基づいて決定してもよい。決定部10Dは、例えば、操作者が、不図示の操作部を介して、複数の拘束部20Rのうちからアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部それぞれを選択したことに応じて、当該選択を受け付け、当該選択に応じて各拘束部20Rをアクティブ拘束部又は非アクティブ拘束部として決定してもよい。
Note that the
以上のとおり、本実施形態に係るロボットアーム20では、複数の拘束部20Rのうち少なくともいずれかが、アクティブ拘束部として決定され、当該拘束部20Rが拘束動作を実行し得る。これにより、ジョイント20Jへの過大負荷によるエラーや、制御発振、直列弾性アクチュエータ20Dの弾性部振動等を防止することが可能となる。特に、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸周りの力のモーメントの大きさに基づいてアクティブ拘束部を決定することにより、上述した効果(過大負荷によるエラーや、制御発振、直列弾性アクチュエータ20Dの弾性部振動等の防止)を高めることが可能となる。
As described above, in the
拘束条件判定部10Eは、例えば、アクティブ拘束部について拘束動作を実行させる条件(拘束条件)が設定されている場合、当該拘束条件が満たされるか否かを判定する。拘束条件は、対象物Wの重量に基づいて規定されてもよい。拘束条件判定部10Eは、例えば、ロボットアーム20が備える重量センサ20Gが検知した対象物Wの重量を取得し、これに基づいて拘束条件を判定してもよい。或いは、拘束条件判定部10Eは、例えば、操作者により入力された対象物Wの重量に基づいて、拘束条件を判定してもよい。
For example, when a condition (constraint condition) for executing a constraining motion is set for the active constraint unit, the constraint
例えば、拘束条件は、対象物Wの重量が第1閾値以上であること(或いは、第1閾値より大きいこと)を含んでもよい。第1閾値は、任意に設定可能であってよいが、例えば、ロボットアーム20が所定期間連続して保持することの可能な対象物Wの重量の値である連続許容負荷であってもよい。更に、例えば、拘束条件は、対象物Wの重量が第2閾値以下であること(或いは、第2閾値より小さいこと、第2閾値未満であること)を含んでもよい。第2閾値は、任意に設定可能であってよいが、例えば、ロボットアーム20が瞬間的に保持することの可能な対象物Wの重量の値である瞬時許容負荷であってもよい。以上より、拘束条件は、例えば、「連続許容負荷≦(<)対象物Wの重量≦(<)瞬時許容負荷」であってもよい。
For example, the constraint condition may include that the weight of the object W is equal to or greater than a first threshold (or greater than the first threshold). The first threshold may be set arbitrarily, and may be, for example, a continuous allowable load that is the value of the weight of the object W that can be continuously held by the
ハードウェア構成に関し、制御装置10は、例えば、CPU(Central Pro cessing Unit)、GPU(Graphical Processing Un it)等のプロセッサである演算素子と、SRAM(Static Random Acc ess Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Mem ory)等の揮発性記憶素子と、NORフラッシュメモリ、NANDフラッシュメモリ、HDD(Hard Disc Drive)等の不揮発性記憶素子と、これらを接続するバス等の通信手段を備える1台又は複数台のコンピュータから構成することが可能である。不揮発性記憶素子には、例えば、本実施形態に示される各処理を実行するためのコンピュータプログラムが格納されている。揮発性記憶素子は、これらコンピュータプログラムの少なくとも一部及び演算処理結果等を一時的に記憶する。但し、これら演算素子、不揮発性記憶素子等の少なくとも一部は、インターネット等の通信ネットワークに接続された隔地に設置されていてもよい。例えば、演算素子は、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラム又は必要なデータを取得するように構成されてもよい。
With respect to the hardware configuration, the
図4は、第1実施形態に係るロボットシステム100の動作方法の一例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flow chart showing an example of the operation method of the
(S11)まず、動作モード判定部10Cは、ロボットシステム100の動作モードを判定する。動作モード判定部10Cは、例えば、操作者が不図示の操作部を介して設定した動作モードに基づいて、ロボットシステム100の動作モードを判定してもよい。動作モードは、例えば、ロボットアーム20が備える拘束部20Rのいずれも拘束動作を実行しない通常動作モードと、ロボットアーム20が備える拘束部20Rの少なくとも1つが所定条件下において拘束動作を実行し得る拘束動作モードとを含んでもよい。
(S11) First, the operation
(S12)動作モード判定部10Cが、ロボットシステム100の動作モードが「通常動作モード」に設定されていると判定した場合、制御装置10は、ロボットアーム20が備える拘束部20Rのいずれも拘束動作を実行しない通常動作モードによって、ロボットアーム20を制御する。具体的には、アクチュエータ制御部10Aは、直列弾性アクチュエータ20Dの駆動部20DAに対して制御信号を供給することにより、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転を制御する。更に、拘束部制御部10Bは、いずれの拘束部20Rに対しても、拘束動作を実行させるための制御信号を供給しない。
(S12) When the operation
(S13)動作モード判定部10Cが、ロボットシステム100の動作モードが「拘束動作モード」に設定されていると判定した場合、制御装置10は、ロボットアーム20が備える拘束部20Rの少なくとも1つが所定条件下において拘束動作を実行し得る拘束動作モードによって、ロボットアーム20を制御する。まず、決定部10Dは、複数の拘束部20Rから、アクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定する。決定部10Dは、例えば、図3を参照して説明したとおり、直列弾性アクチュエータ20Dの回転軸周りの力のモーメントの大きさに基づいて、アクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定してもよい。或いは、決定部10Dは、例えば、複数の拘束部20Rからアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を、操作者の選択に基づいて決定してもよい。この場合、決定部10Dは、例えば、操作者が、不図示の操作部を介して、複数の拘束部20Rのうちからアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部それぞれを選択したことに応じて、当該選択を受け付け、当該選択に応じて各拘束部20Rをアクティブ拘束部又は非アクティブ拘束部として決定してもよい。
(S13) When the motion
(S14)次に、拘束条件判定部10Eは、アクティブ拘束部について拘束動作を実行させる条件(拘束条件)が設定されている場合、当該拘束条件が満たされるか否かを判定する。拘束条件は、対象物Wの重量に基づいて規定されてもよい。拘束条件判定部10Eは、例えば、ロボットアーム20が備える重量センサ20Gが検知した対象物Wの重量を取得し、これに基づいて拘束条件を判定してもよい。或いは、拘束条件判定部10Eは、例えば、操作者により入力された対象物Wの重量に基づいて、拘束条件を判定してもよい。拘束条件判定部10Eは、例えば、拘束条件として「連続許容負荷≦対象物Wの重量≦瞬時許容負荷」が設定されている場合、対象物Wの重量が当該拘束条件を満たすか否かを判定する。
(S14) Next, the constraint
(S15)拘束条件判定部10Eが、拘束条件が満たされていると判定した場合、制御装置10は、ステップS13でアクティブ拘束部に決定された拘束部20Rに拘束動作を実行させながら、直列弾性アクチュエータ20Dを制御する。具体的には、アクチュエータ制御部10Aは、直列弾性アクチュエータ20Dの駆動部20DAに対して制御信号を供給することにより、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転を制御する。更に、拘束部制御部10Bは、アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rに対して制御信号を供給することにより、当該拘束部20Rに拘束動作を実行させる。一方で、拘束部制御部10Bは、非アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rに対しては、拘束動作を実行させるための制御信号を供給しない。これにより、非アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rに対応する直列弾性アクチュエータ20D(第2アクチュエータの一例)がリンク20L(第2リンクの一例)の端部を移動させている間に、アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rは、対応する直列弾性アクチュエータ20D(第1アクチュエータの一例)によるリンク20L(第1リンク)の端部の鉛直方向への移動を拘束する。
(S15) When the constraint
(S16)拘束条件判定部10Eが、拘束条件が満たされていないと判定した場合、制御装置10は、ステップS13でアクティブ拘束部に決定された拘束部20R及び非アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rのいずれにも拘束動作を実行させないようにしつつ、直列弾性アクチュエータ20Dを制御する。具体的には、アクチュエータ制御部10Aは、直列弾性アクチュエータ20Dの駆動部20DAに対して制御信号を供給することにより、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転を制御する。更に、拘束部制御部10Bは、アクティブ拘束部に決定された拘束部20R及び非アクティブ拘束部に決定された拘束部20Rのいずれに対しても、拘束動作を実行させるための制御信号を供給しない。以上で、ロボットシステム100による動作処理が終了する。
(S16) When the constraint
なお、拘束動作モードにおいては、ロボットアーム20の動作途中の任意の時点(例えば、周期的な時点)において、決定部10Dによってアクティブ拘束部及び非アクティブ拘束部を決定し直し(ステップS13)、拘束条件判定部10Eによって拘束条件の判定を適宜実行した上で(ステップS14)、拘束動作を伴う直列弾性アクチュエータ20Dの制御(ステップS15)、又は拘束動作を伴わない直列弾性アクチュエータ20Dの制御(ステップS16)を実行してもよい。これにより、ロボットアーム20の動作途中においても適応的に、ジョイント20Jへの過大負荷によるエラーや、制御発振、直列弾性アクチュエータ20Dの弾性部振動等を防止することが可能となる。
In the restraint operation mode, the active restraint portion and the inactive restraint portion are re-determined by the
[第2実施形態]
図5は、第2実施形態に係る搬送システム200の機能構成の一例を示すブロック図である。図6は、第2実施形態に係る搬送システム200が備えるロボットアーム20及び搬送装置30の外観の一例を示す模式図である。図6には、XYZ軸の直交座標系が示されている。Z軸は鉛直方向を向き、X軸は水平方向を向き、Y軸は水平方向を向くものとする。X軸及びY軸は互いに垂直であるものとする。
[Second embodiment]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the
搬送システム200は、対象物Wを搬送するためのシステムである。搬送システム200は、制御装置11と、ロボットアーム20と、搬送装置30と、を備える。
The
搬送装置30は、対象物Wを搬送するための搬送装置の一例である。搬送装置30は、対象物Wを搬送可能であれば、ホイストクレーンやジブクレーン等の任意の構成を有するクレーンや、ベルトコンベア、フォークリフト等の任意の装置であってもよい。第2実施形態に係る搬送装置30は、一例として、ホイストクレーンとして構成され、例えば、側部枠体31と、上部枠体32と、ホイスト33と、ワイヤ34とを備える。ワイヤ34の先端には、直接又は不図示の治具等を介して、対象物Wが取り付けられる。
The
側部枠体31は、床面F上にZ軸方向に延在するように立設されている。側部枠体31の頂部付近には、X軸方向に延在した上部枠体32が接続されている。上部枠体32には、X軸方向に沿ってガイドレール(不図示)が設けられている。なお、搬送装置30がジブクレーンとして構成される場合、側部枠体31は、Z軸方向を向く旋回軸を備え、当該旋回軸の周りに上部枠体32を回動可能に構成されてもよい。
The
ホイスト33は、上部枠体32に設けられた不図示のガイドレールに対して、ホイスト駆動部30Aを介して取り付けられている。ホイスト駆動部30Aは、例えば電動アクチュエータ等を有しており、制御装置11から供給される制御信号によって駆動される。ホイスト33は、ホイスト駆動部30Aの駆動に応じて、矢印Aに示すように上部枠体32の延在方向(X軸方向)に沿って移動可能である。
The hoist 33 is attached to a guide rail (not shown) provided on the
ホイスト33には、柔軟性を有するワイヤ34が巻きかけられて垂下している。ホイスト33には、ワイヤ駆動部30Bが設けられている。ワイヤ駆動部30Bは、例えばサーボモータ等を有しており、制御装置11から供給される制御信号に基づいて、ワイヤ34の巻き上げ及び巻き戻しを制御する。ワイヤ34の先端は、対象物Wを取り付け可能に構成されている。ワイヤ34の先端に取り付けられた対象物Wは、ワイヤ駆動部30Bの駆動に応じて、矢印Bに示すように鉛直方向(Z軸方向)に移動可能となる。
A
なお、搬送装置30は、対象物Wを搬送する構成としてのホイスト33及びホイスト33から垂下するワイヤ34に代えて、剛性を有する棒状のピストン等の部材と、当該ピストン等の部材をZ軸方向に摺動可能に構成されるシリンダを備えてもよい。シリンダは、ホイスト33と同様に、上部枠体32に設けられたガイドレールに沿ってX軸方向に移動可能に構成されてもよい。
In addition, instead of the hoist 33 and the
ホイスト33は、センサ30Cを備える。センサ30Cは、例えば、ワイヤ34に生じる引っ張り力を検出可能であってもよい。センサ30Cは、各種の力の検出に応じた検出信号を生成し、制御装置11に当該検出信号を供給する。
The hoist 33 is equipped with a
制御装置11は、第1実施形態に係る制御装置10が備える構成(アクチュエータ制御部10A、拘束部制御部10B、動作モード判定部10C、決定部10D、及び拘束条件判定部10E)の他に、搬送装置制御部10Fを更に備える。
In addition to the components of the
搬送装置制御部10Fは、搬送装置30が備えるホイスト駆動部30A及びワイヤ駆動部30Bそれぞれに制御信号を供給することにより、搬送装置30を駆動する。搬送装置制御部10Fは、ロボットアーム20に同期させて、搬送装置30を制御してもよい。
The conveying
ロボットアーム20は、第1実施形態と同一の構成を有していてもよい。ロボットアーム20は、搬送装置30による対象物Wの搬送を補助するためのロボットの一例である。ロボットアーム20は、例えば、エンドエフェクタ20Eを介してワイヤ34や対象物Wを保持した上で、対象物Wの搬送を補助するための所定の力を作用させることができる。ロボットアーム20は、例えば、搬送装置30が対象物WをX軸方向に沿って移動させるときに、当該移動を補助するように、ワイヤ34や対象物Wに対して力を作用させてもよい。また、ロボットアーム20は、例えば、搬送装置30が対象物WをZ軸方向に沿って移動させるときに、当該移動を補助するように、ワイヤ34や対象物Wに対して力を作用させてもよい。このように、ロボットアーム20が搬送装置30による対象物Wの移動を補助する際には、アクチュエータ制御部10Aは、各ジョイント20Jに設けられた直列弾性アクチュエータ20Dを制御する。
The
特に、ロボットアーム20が搬送装置30による対象物WのZ軸方向への移動を補助する際には、少なくともいずれかの拘束部20Rは、拘束部制御部10Bによる制御に応じて、直列弾性アクチュエータ20Dによるリンク20Lの回転に抗する力を作用させることにより、直列弾性アクチュエータ20Dによってリンク20Lの端部が鉛直方向へ移動するのを拘束する動作(拘束動作)を実行してもよい。これにより、ジョイント20Jへの過大負荷によるエラーや、制御発振、直列弾性アクチュエータ20Dの弾性部振動等を防止しつつ、搬送装置30による対象物Wの移動を、ロボットアーム20によって効果的に補助することが可能となる。
In particular, when the
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The embodiments described above are for facilitating understanding of the present invention, and are not intended to limit and interpret the present invention. Each element included in the embodiment and its arrangement, materials, conditions, shape, size, etc. are not limited to those illustrated and can be changed as appropriate. Also, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments.
10…制御装置、10A…アクチュエータ制御部、10B…拘束部制御部、10C…動作モード判定部、10D…決定部、10E…拘束条件判定部、10E…及び拘束条件判定部、10F…搬送装置制御部、11…制御装置、20…ロボットアーム、20B…ベース、20D…直列弾性アクチュエータ、20DA…駆動部、20DE…弾性体、20DS…センサ、20E…エンドエフェクタ、20E1…可動プレート、20E2…可動プレート、20G…重量センサ、20J…ジョイント、20J1…ジョイント、20J2…ジョイント、20J3…ジョイント、20J4…ジョイント、20J5…ジョイント、20J6…ジョイント、20J7…ジョイント、20L…リンク、20L1…リンク、20L2…リンク、20L3…リンク、20L4…リンク、20L5…リンク、20L6…リンク、20LB…リンク、20R…拘束部、30…ロボットアーム、30A…ホイスト駆動部、30B…ワイヤ駆動部、30C…センサ、31…側部枠体、32…上部枠体、33…ホイスト、34…ワイヤ、100…ロボットシステム、200…搬送システム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
水平方向を向いた第1回転軸に従って前記第1リンクを回転させることにより、前記第1リンクの端部を鉛直方向に移動可能に構成された第1アクチュエータと、
前記第1リンクに接続される第2リンクと、
前記第2リンクの端部を移動可能に構成された第2アクチュエータと、を備え、
前記第2アクチュエータが前記第2リンクの端部を移動させている間に、前記第1アクチュエータによる前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束する拘束部を更に備える、
多関節ロボットアーム。 a first link;
a first actuator configured to be able to move the end of the first link in the vertical direction by rotating the first link along a first rotating shaft oriented in the horizontal direction;
a second link connected to the first link;
a second actuator configured to move the end of the second link,
further comprising a restraining section that restrains vertical movement of the end of the first link by the first actuator while the second actuator moves the end of the second link;
Articulated robot arm.
前記対象物の重量を検知する検知部と、を更に備え、
前記拘束部は、前記重量が所定の条件を満たす場合に、前記第2アクチュエータが前記第2リンクの端部を移動させている間に、前記第1アクチュエータによる前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束する、請求項1に記載の多関節ロボットアーム。 a holding mechanism for holding an object;
A detection unit that detects the weight of the object,
When the weight satisfies a predetermined condition, the restraining section vertically lifts the end of the first link by the first actuator while the second actuator moves the end of the second link. 2. The articulated robotic arm of claim 1 constrained from moving in a direction.
水平方向を向いた第1回転軸に従って前記第1リンクを回転させることにより、前記第1リンクの端部を鉛直方向に移動可能に構成された第1アクチュエータと、
前記第1リンクに接続される第2リンクと、
前記第2リンクの端部を移動可能に構成された第2アクチュエータと、
前記第1アクチュエータによる前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束可能に構成された拘束部と、を備える多関節ロボットアームの駆動方法であって、
前記第2アクチュエータが前記第2リンクの端部を移動させている間に、前記拘束部を用いて、前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束するステップ、を含む、多関節ロボットアームの駆動方法。 a first link;
a first actuator configured to be able to move the end of the first link in the vertical direction by rotating the first link along a first rotating shaft oriented in the horizontal direction;
a second link connected to the first link;
a second actuator configured to move the end of the second link;
A method for driving an articulated robot arm, comprising: a restraining unit configured to restrain vertical movement of the end of the first link by the first actuator, the method comprising:
using the restraining section to restrain vertical movement of the end of the first link while the second actuator moves the end of the second link. How to drive a robot arm.
水平方向を向いた第1回転軸に従って前記第1リンクを回転させることにより、前記第1リンクの端部を鉛直方向に移動可能に構成された第1アクチュエータと、
前記第1リンクに接続される第2リンクと、
前記第2リンクの端部を移動可能に構成された第2アクチュエータと、
前記第1アクチュエータによる前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束可能に構成された拘束部と、を備える多関節ロボットアームを制御する制御装置であって、
前記第2アクチュエータが前記第2リンクの端部を移動させている間に、前記拘束部を用いて、前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束するステップ、を実行可能に構成される制御装置。 a first link;
a first actuator configured to be able to move the end of the first link in the vertical direction by rotating the first link along a first rotating shaft oriented in the horizontal direction;
a second link connected to the first link;
a second actuator configured to move the end of the second link;
A control device for controlling an articulated robot arm, comprising: a restraint unit configured to restrain movement of the end of the first link in the vertical direction by the first actuator,
restraining vertical movement of the end of the first link using the restraining portion while the second actuator moves the end of the second link. controller.
水平方向を向いた第1回転軸に従って前記第1リンクを回転させることにより、前記第1リンクの端部を鉛直方向に移動可能に構成された第1アクチュエータと、
前記第1リンクに接続される第2リンクと、
前記第2リンクの端部を移動可能に構成された第2アクチュエータと、
前記第1アクチュエータによる前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束可能に構成された拘束部と、を備える多関節ロボットアームを制御する制御装置であって、コンピュータを備える制御装置に、
前記第2アクチュエータが前記第2リンクの端部を移動させている間に、前記拘束部を用いて、前記第1リンクの端部の鉛直方向への移動を拘束するステップ、を実行させるための制御命令を生成させるコンピュータプログラム。 a first link;
a first actuator configured to be able to move the end of the first link in the vertical direction by rotating the first link along a first rotating shaft oriented in the horizontal direction;
a second link connected to the first link;
a second actuator configured to move the end of the second link;
and a restraint unit configured to restrain vertical movement of the end portion of the first link by the first actuator, the control device comprising a computer for controlling an articulated robot arm. ,
restraining vertical movement of the end of the first link using the restraining portion while the second actuator moves the end of the second link. A computer program that generates control instructions.
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