JP2024064471A - ロボットシステムの制御方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの減速制御の異常を精度よく検知することのできるロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを提供する。【解決手段】ロボットと、前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、前記ロボットの動作を監視する安全監視部と、を有するロボットシステムの制御方法であって、前記ロボット制御部が減速指令に基づいて前記ロボットを減速制御する減速制御ステップと、前記減速制御ステップ中、前記安全監視部が前記ロボットの動作速度を所定間隔で取得し、取得した前記動作速度に基づいて算出される速度変化から前記減速制御の異常を検知する異常検知ステップと、を含む。【選択図】図６

Description

本発明は、ロボットシステムの制御方法およびロボットシステムに関する。

人と共同で作業を行う人共存型のロボットの分野では、安全監視ユニットによりロボットの動作を監視し、ロボットの異常や不具合を検知した場合にロボットを非常停止する構成が知られている。例えば、特許文献１には、ロボットが停止命令を受けた後のロボットの減速状態を監視するロボット制御装置が記載されている。

特開２０１１－１５２６１２号公報

しかしながら、特許文献１のロボット制御装置では、ロボットの最高速度に基づいて算出された比較速度を用いて監視を行うため、ロボットが最高速度でない速度から減速する場合、減速異常を十分に検知できないおそれがある。

本発明のロボットシステムの制御方法は、ロボットと、前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、前記ロボットの動作を監視する安全監視部と、を有するロボットシステムの制御方法であって、
前記ロボット制御部が減速指令に基づいて前記ロボットを減速制御する減速制御ステップと、
前記減速制御ステップ中、前記安全監視部が前記ロボットの動作速度を所定間隔で取得し、取得した前記動作速度に基づいて算出される速度変化から前記減速制御の異常を検知する異常検知ステップと、を含む。

本発明のロボットシステムは、ロボットと、
前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、
前記ロボットの動作を監視する安全監視部と、を有するロボットシステムであって、
前記ロボット制御部は、減速指令に基づいて前記ロボットを減速制御し、
前記安全監視部は、前記減速制御中、前記ロボットの動作速度を所定間隔で取得し、取得した前記動作速度に基づいて算出される速度変化から前記減速制御の異常を検知する。

好適な実施形態に係るロボットシステムの構成図である。 減速制御が異常な状態を示すグラフである。 減速制御が異常な状態を示すグラフである。 減速制御が異常な状態を示すグラフである。 減速制御が正常な状態を示すグラフである。 ロボットシステムの制御方法を示すフローチャートである。 ロボットシステムの制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、好適な実施形態に係るロボットシステムの構成図である。図２～図４は、それぞれ、減速制御が異常な状態を示すグラフである。図５は、減速制御が正常な状態を示すグラフである。図６および図７は、それぞれ、ロボットシステムの制御方法を示すフローチャートである。

図１に示すロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の駆動を制御するロボット制御部３と、ロボット２の駆動を監視する安全監視部４と、を有する。

ロボット２は、駆動軸を６つ有する６軸垂直多関節ロボットである。ロボット２は、ベース２１と、ベース２１に回動自在に連結されたロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に装着されたツール２３と、を有する。

また、ロボットアーム２２は、６本のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されたロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を備えている。これら６つの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５が曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６がねじり関節である。関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、モーターＭとエンコーダーＥとが設置されている。ロボット制御部３は、ロボットシステム１の運転中、各関節Ｊ１～Ｊ６について、エンコーダーＥの出力が示す関節Ｊ１～Ｊ６の回転角度を目標位置に一致させるフィードバック制御を実行する。このようなロボットアーム２２の先端には、制御点としてのツールセンターポイント（以下、「ＴＣＰ」と言う。）が設定されている。

また、ツール２３は、ワークＷを保持するハンドである。ただし、ツール２３の構成は、特に限定されず、目的の作業によって適宜選択することができる。

以上、ロボット２について説明したが、ロボット２の構成は、特に限定されない。例えば、スカラロボット（水平多関節ロボット）、上述のロボットアーム２２を２本備えた双腕ロボット等であってもよい。また、ベース２１が固定されていない自走式のロボットであってもよい。

ロボット制御部３は、例えば、図示しないホストコンピューターからの動作指令に基づいてロボット２の駆動を制御する。ロボット制御部３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、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有する。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。

安全監視部４は、ロボット制御部３によるロボット２の駆動を監視し、ロボット２の減速時に異常を検知すると、ロボット２を緊急停止させる。緊急停止の方法は、特に限定されず、例えば、ロボット２の電源を遮断してもよいし、予めロボット２に物理的なブレーキ装置を装着しておき、ブレーキ装置を作動させることによりロボット２を停止させてもよい。安全監視部４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、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有する。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。

安全監視部４は、次の３つの方法によりロボット制御部３によるロボット２の減速制御時の異常を検知する。

＜第１の方法＞
第１の方法では、安全監視部４は、まず、ロボット制御部３がロボット２を減速制御している最中、所定周期毎にロボット２の動作速度Ｖを繰り返し検出する。本実施形態の動作速度Ｖは、ＴＣＰの動作速度を意味する。ただし、動作速度Ｖとしては、特に限定されず、適宜設定することができ、例えば、ワークＷの動作速度であってもよい。また、動作速度Ｖは、各アーム２２１～２２６の長さ、各関節Ｊ１～Ｊ６のオフセット量、ソフトウェア原点への補正量（補正パルス値）等の制御パラメーターと、各エンコーダーＥからの出力つまり各関節Ｊ１～Ｊ６の回転角度と、に基づいて検出することができる。ただし、動作速度Ｖの検出方法は、特に限定されず、例えば、レーザードップラー計測器を用いて検出してもよいし、ロボットアーム２２に慣性センサーを取り付け、この慣性センサーの出力に基づいて検出してもよい。また、所定周期は、実時間を用いて計測してもよいし、ロボット制御部３が有するクロック周波数を用いて決定してもよい。また所定周期としては、特に限定されないが、本実施形態では、５［ミリ秒］程度に設定されている。

次に、安全監視部４は、ある時刻、本実施形態では直近の時刻において取得した動作速度Ｖが、１つ前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となる状態が所定回数Ｎだけ連続して生じた場合に異常を検知する。

異常が検知される例について、図２に基づいて説明する。なお、図２は、ロボット２の減速制御を行っているにも関わらず、何等かの異常で動作速度Ｖが途中で加速する状態を示している。また、図示の例ではＮ＝３である。同図に示すように、安全監視部４は、所定周期つまり時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…毎に動作速度Ｖを検出する。同図の例では、時刻Ｔ８において取得した動作速度Ｖが１つ前の時刻Ｔ７において取得した動作速度Ｖ以上であり、時刻Ｔ８の次の時刻Ｔ９において取得した動作速度Ｖが１つ前の時刻Ｔ８において取得した動作速度Ｖ以上であり、時刻Ｔ９の次の時刻Ｔ１０において取得した動作速度Ｖが１つ前の時刻Ｔ９において取得した動作速度Ｖ以上である。このように、３回連続で直近の時刻において取得した動作速度Ｖが前回の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となった場合、安全監視部４は、ロボット２の異常を検知し、ロボット２を緊急停止させる。

なお、Ｎとしては、３に限定されず、２以下であってもよいし、４以上であってもよい。ただし、Ｎとしては、３以上１０以下程度であることが好ましい。これにより、より精度よくかつ短時間でロボット２の減速制御時の異常を検知することができる。ここで、ロボット２では、ノイズ等の影響により瞬間的に動作速度Ｖが変動し、当該変動が原因となって、実際には正常な減速制御がなされ動作速度Ｖが減少しているにも関わらず、直近の時刻において取得した動作速度Ｖが前回の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となる場合が考えられる。このような場合、Ｎが少なすぎると、正常な減速制御が行われているにも関わらず異常と誤検知してしまうおそれがある。一方、Ｎが多すぎると、異常が生じてから異常を検知するまでに時間がかかり、異常が生じてからロボット２が緊急停止するまでの時間が長くなるおそれがある。

このような方法によれば、直近の時刻において取得した動作速度Ｖと１つ前の時刻において取得した動作速度Ｖとを比較するため、減速異常を精度よく検知することができる。

＜第２の方法＞
第２の方法では、安全監視部４は、まず、ロボット制御部３がロボット２を減速制御している最中、所定周期毎にロボット２の動作速度Ｖを繰り返し検出する。動作速度Ｖの検出方法は、前述した第１の方法と同様である。次に、安全監視部４は、ある時刻、本実施形態では直近の時刻において取得した動作速度Ｖが、Ｍ回前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上の場合に異常を検知する。ただし、Ｍ≧２である。

異常が検知される例について、図３に基づいて説明する。なお、図３は、ロボット２の減速制御を行っているにも関わらず、何等かの異常で動作速度Ｖが途中で加速する状態を示している。また、図示の例では、Ｍ＝６である。同図に示すように、安全監視部４は、所定周期つまり時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、毎に動作速度Ｖを検出する。そして、同図の例では、時刻Ｔ１０において取得した動作速度Ｖが６回前の時刻Ｔ４において取得した動作速度Ｖ以上となる。このように、今回の時刻において取得した動作速度Ｖが６回前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となった場合、安全監視部４は、ロボット２の異常を検知し、ロボット２を緊急停止させる。

なお、Ｍとしては、２以上であれば、特に限定されないが、５以上１０以下程度であることが好ましい。これにより、より精度よくかつ短時間でロボット２の減速制御の異常を検知することができる。ここで、第１の方法でも述べたように、ロボット２では、ノイズ等の影響により瞬間的に動作速度Ｖが変動し、当該変動が原因となって、実際には正常な減速制御がなされ動作速度Ｖが減少しているにも関わらず、直近の時刻において取得した動作速度ＶがＭ回前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となる場合が考えられる。このような場合、Ｍが少なすぎると今回の時刻とＭ回前の時刻との間隔が小さく、その間に動作速度Ｖが十分に低下せず、前述したノイズに起因する瞬間的な動作速度Ｖの変動によって今回の時刻における動作速度ＶがＭ回前の時刻における動作速度Ｖ以上となり、正常な減速制御が行われているにも関わらず異常と誤検知されるおそれがある。一方、Ｍが多すぎると、異常を検知するまでに時間がかかり、異常が発生してからロボット２が緊急停止するまでの時間が長くなるおそれがある。

このような方法によれば、直近の時刻において取得した動作速度ＶとＭ回前の時刻において取得した動作速度Ｖとを比較するため、減速異常を精度よく検知することができる。

＜第３の方法＞
第３の方法では、安全監視部４は、ロボット２の予想停止時刻Ｔｓにおける動作速度Ｖが所定速度Ｖ０以上の場合に異常を検知する。なお、予想停止時刻Ｔｓは、例えば、減速指令に基づいて求めることができる。また、減速指令に基づかず、減速指令に基づいて減速制御を開始してから所定時刻が経過した時刻とすることもできる。また、所定速度Ｖ０は、実質的に停止とみなせる程の低速に設定される。

異常が検知される例について、図４に基づいて詳細に説明する。なお、図４は、ロボット２の減速制御時の減速度が命令よりも低い状態を示している。同図に示すように、安全監視部４は、所定周期つまり時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、…、毎に動作速度Ｖを検出する。そして、同図の例では、時刻Ｔ１０と時刻Ｔ１１との間に予想停止時刻Ｔｓが位置しており、時刻Ｔ１１において取得した動作速度Ｖが所定速度Ｖ０よりも大きい。このように、予想停止時刻Ｔｓにおける動作速度Ｖ、より具体的には、予想停止時刻Ｔｓを超えた直後に検出する動作速度Ｖが所定速度Ｖ０以上の場合、安全監視部４は、ロボット２の異常を検知し、ロボット２を緊急停止させる。

このような方法によれば、予想停止時刻Ｔｓにおける動作速度Ｖに基づいて異常を検知するため、減速異常を精度よく検知することができる。

また、安全監視部４は、次の方法によりロボット制御部３によるロボット２の減速制御が正常であると判断する。この方法では、安全監視部４は、まず、ロボット制御部３がロボット２を減速制御している最中、所定周期毎にロボット２の動作速度Ｖを繰り返し検出する。動作速度Ｖの検出方法は、前述した第１の方法と同様である。そして、図５に示すように、安全監視部４は、予想停止時刻Ｔｓよりも前に動作速度Ｖが所定速度Ｖ０未満となった場合に、減速制御が正常に終了したと判断し、その旨を通知する。

以上、ロボットシステム１の構成について簡単に説明した。次に、ロボットシステム１の制御方法について説明する。図６に示すように、ロボットシステム１の制御方法は、ロボット制御部３が減速指令に基づいてロボット２を減速制御する減速制御ステップＳ１と、減速制御ステップＳ１中、安全監視部４がロボット２の動作速度Ｖを所定間隔で取得し、取得した動作速度Ｖに基づいて算出される速度変化から減速制御の異常を検知する異常検知ステップＳ２と、を含む。このように、減速制御中の動作速度Ｖの速度変化から減速制御の異常を検知することにより、減速制御の異常を精度よく検知することができる。以下、詳細に説明する。

［減速制御ステップＳ１］
減速制御ステップＳ１では、ロボット制御部３は、例えば、図示しないホストコンピューターの減速指令に基づいて駆動中のロボット２を減速して停止させる減速制御を行う。

［異常検知ステップＳ２］
図７に示すように、異常検知ステップＳ２では、まず、安全監視部４は、ステップＳ２１として、時刻Ｔを０に初期化する。なお、時刻Ｔは、整数である。次に、安全監視部４は、ステップＳ２２として、１周期に相当する一定間隔Ｔｃｙｃが経過したかを判断する。本実施形態では、時刻Ｔを一定間隔Ｔｃｙｃで除算した時の余りが０になるときに一定間隔Ｔｃｙｃが経過したと判断する。一定間隔Ｔｃｙｃが経過していない場合、時刻Ｔをインクリメントつまり１つ増量し、再びステップＳ２２を実行する。一定間隔Ｔｃｙｃが経過した場合、安全監視部４は、ステップＳ２３として、ロボット２の動作速度Ｖを検出する。

次に、安全監視部４は、ステップＳ２４として、第１の方法を用いてロボット２の減速制御の異常を検知する。つまり、直前の時刻Ｔｎにおいて取得した動作速度Ｖｎ≧時刻Ｔｎ－１において取得した動作速度Ｖｎ－１、時刻Ｔｎ－１において取得した動作速度Ｖｎ－１≧時刻Ｔｎ－２において取得した動作速度Ｖｎ－２、かつ、時刻Ｔｎ－２において取得した動作速度Ｖｎ－２≧時刻Ｔｎ－３において取得した動作速度Ｖｎ－３であるかを判断する。Ｖｎ≧Ｖｎ－１、Ｖｎ－１≧Ｖｎ－２、かつ、Ｖｎ－２≧Ｖｎ－３の場合、安全監視部４は、ロボット２の減速制御の異常を検知する。

一方で、Ｖｎ≧Ｖｎ－１、Ｖｎ－１≧Ｖｎ－２、かつ、Ｖｎ－２≧Ｖｎ－３でない場合、安全監視部４は、ステップＳ２５として、第２の方法を用いてロボット２の減速制御の異常を検知する。つまり、直前の時刻Ｔｎにおいて取得した動作速度Ｖｎ≧６回前の時刻Ｔｎ－６において取得した動作速度Ｖｎ－６であるかを判断する。Ｖｎ≧Ｖｎ－６の場合、安全監視部４は、ロボット２の減速制御の異常を検知する。

一方で、Ｖｎ≧Ｖｎ－６でない場合、安全監視部４は、ステップＳ２６として、第３の方法を用いてロボット２の減速制御の異常を検知する。つまり、時刻Ｔが予想停止時刻Ｔｓ直後の時刻Ｔｓ＋１のときに取得した動作速度Ｖｓ＋１≧所定速度Ｖ０であるかを判断する。Ｖｓ＋１≧Ｖ０の場合、安全監視部４は、ロボット２の減速制御の異常を検知する。

一方で、Ｖｓ＋１≧Ｖ０でない場合、安全監視部４は、ステップＳ２７として、直前の時刻において取得した動作速度Ｖｎ≦所定速度Ｖ０であるかを判断する。Ｖｎ≦Ｖ０の場合、安全監視部４は、ロボットが正常に停止したと判断する。一方で、Ｖｎ＞Ｖ０の場合、安全監視部４は、時刻Ｔをインクリメントし、再びステップＳ２２を実行する。

前述したステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６においてロボット２の減速制御の異常を検知した場合および前述したステップＳ２７において正常に停止したと判断した場合、安全監視部４は、ステップＳ２８として、各モーターＭの電源を遮断する。

このような方法によれば、３つの方法を用いてロボット２の減速制御の異常を検知するため、ロボット２の減速制御の異常をより精度よく検知することができる。なお、ステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７の順番は、特に限定されない。例えば、ロボット２の減速制御の異常をできるだけ早期に検知したいという観点からすると、優先度は、Ｓ２５≧Ｓ２４＞Ｓ２６＞Ｓ２７となり、優先度の高いステップから順に行うことができる。

以上、ロボットシステム１およびその制御方法について説明した。このようなロボットシステム１の制御方法は、前述したように、ロボット２と、ロボット２の動作を制御するロボット制御部３と、ロボット２の動作を監視する安全監視部４と、を有するロボットシステム１の制御方法であって、ロボット制御部３が減速指令に基づいてロボット２を減速制御する減速制御ステップＳ１と、減速制御ステップＳ１中、安全監視部４がロボット２の動作速度Ｖを所定間隔で取得し、取得した動作速度Ｖに基づいて算出される速度変化から減速制御の異常を検知する異常検知ステップＳ２と、を含む。このように、減速制御中の動作速度Ｖの速度変化から減速制御の異常を検知する方法によれば、減速制御の異常を精度よく検知することができる。

また、前述したように、異常検知ステップＳ２では、ある時刻において取得した動作速度Ｖが、１つ前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上となる状態が、所定回数Ｎ連続して生じた場合に異常を検知する。このような方法によれば、減速異常を精度よく検知することができる。

また、前述したように、異常検知ステップＳ２では、ある時刻において取得した動作速度Ｖが、２つ以上前の時刻において取得した動作速度Ｖ以上の場合に異常を検知する。このような方法によれば、減速異常を精度よく検知することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２の動作を制御するロボット制御部３と、ロボット２の動作を監視する安全監視部４と、を有するロボットシステム１であって、ロボット制御部３は、減速指令に基づいてロボット２を減速制御し、安全監視部４は、減速制御中、ロボット２の動作速度Ｖを所定間隔で取得し、取得した動作速度Ｖに基づいて算出される速度変化から減速制御の異常を検知する。このように、減速制御中の動作速度Ｖの速度変化から減速制御の異常を検知する構成によれば、減速制御の異常を精度よく検知することができる。

以上、本発明のロボットシステム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い。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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、３…ロボット制御部、４…安全監視部、２１…ベース、２２…ロボットアーム、２３…ツール、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、Ｅ…エンコーダー、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｍ…モーター、Ｓ１…減速制御ステップ、Ｓ２…異常検知ステップ、Ｓ２１…ステップ、Ｓ２２…ステップ、Ｓ２３…ステップ、Ｓ２４…ステップ、Ｓ２５…ステップ、Ｓ２６…ステップ、Ｓ２７…ステップ、Ｓ２８…ステップ、Ｔ…時刻、Ｔｃｙｃ…一定間隔、Ｔｓ…予想停止時刻、Ｖ…動作速度、Ｖ０…所定速度、Ｖｎ…動作速度、Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. ロボットと、前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、前記ロボットの動作を監視する安全監視部と、を有するロボットシステムの制御方法であって、
   前記ロボット制御部が減速指令に基づいて前記ロボットを減速制御する減速制御ステップと、
   前記減速制御ステップ中、前記安全監視部が前記ロボットの動作速度を所定間隔で取得し、取得した前記動作速度に基づいて算出される速度変化から前記減速制御の異常を検知する異常検知ステップと、を含むことを特徴とするロボットシステムの制御方法。
2. 前記異常検知ステップでは、ある時刻において取得した前記動作速度が、１つ前の時刻において取得した前記動作速度以上となる状態が、所定回数連続して生じた場合に前記異常を検知する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
3. 前記異常検知ステップでは、ある時刻において取得した前記動作速度が、２つ以上前の時刻において取得した前記動作速度以上の場合に前記異常を検知する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
4. ロボットと、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、
   前記ロボットの動作を監視する安全監視部と、を有するロボットシステムであって、
   前記ロボット制御部は、減速指令に基づいて前記ロボットを減速制御し、
   前記安全監視部は、前記減速制御中、前記ロボットの動作速度を所定間隔で取得し、取得した前記動作速度に基づいて算出される速度変化から前記減速制御の異常を検知することを特徴とするロボットシステム。

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