JP6606145B2 - ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステムに関するものである。

従来、ロボットに過度な外力が作用することを防止するために、ロボットに作用する外力の大きさを力センサによって検出し、検出された外力の大きさに基づいてロボットを制御するロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。

特許文献１に開示されているロボットシステムは、人間と共通の作業空間で作業する協働ロボットシステムであり、人間または周囲の物体とのロボットの接触を力センサによって検出し、検出された外力の大きさが所定の閾値を超えたときにロボットを停止させる。
特許文献２に開示されているロボットシステムは、人間がロボットの手先を直接操作するダイレクトティーチ方式のロボットシステムであり、人間がロボットの手先に加える力を力センサによって検出し、検出された外力の大きさが所定の閾値を超えたときに、ロボットを停止したり警告を発したりする。

特開２０１６−６４４７４号公報 特開平０４−３４４５０５号公報

しかしながら、特許文献１，２のロボットシステムは、外力が所定の閾値を超える度にロボットを停止させるので、作業者は、その都度作業を中断しなければならず、作業効率が低下するという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットに過度な外力が加わることを防止しつつ、作業の中断を防止して作業効率を向上することができるロボットシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、作業者によって加えられる外力に従って動作可能なロボットと、該ロボットに設けられ該ロボットに作用する外力の大きさを検出する力検出部と、前記ロボットのアームおよび前記ロボットが載置される基台の少なくとも一方に設けられ、振動を発生する振動部と、所定の第１の閾値以上の大きさの外力が前記力検出部によって検出されたときに前記振動部に振動を発生させる警告手段と、前記所定の第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値以上の外力が前記力検出部によって検出されたときに前記ロボットを停止させる停止手段とを備えるロボットシステムである。

本態様によれば、作業者がロボットに力を加えてロボットを操作している間、ロボットに作用する外力の大きさが力検出部によって検出され、外力の大きさが所定の第１の閾値以上になったときに警告手段によってロボットが振動する。その後、ロボットに作用する外力がさらに増大し、外力の大きさが所定の第２の閾値以上になったときに停止手段によってロボットが停止する。

このように、外力が第２の閾値に達する前に、外力の大きさが第２の閾値に近づいていることがロボットの振動によって作業者に報知されるので、作業者は、停止手段によってロボットが停止させられる前に、ロボットに加えている力を弱める等の適切な行動をとることができる。これにより、ロボットに過度な外力が加わることを防止しつつ、作業の中断を防止して作業効率を向上することができる。さらに、周囲の環境が騒がしくても、また、作業者がどのような方向を見ていても、ロボットの振動は、ロボットを操作中の作業者の手に確実に伝わるので、外力の大きさが第１の閾値に達したことを、作業者に確実に認識させることができる。

上記態様においては、前記力検出部が、前記外力の方向を検出し、前記警告手段が、前記外力の方向によって前記振動を異ならせてもよい。
このようにすることで、大きさが第１の閾値以上である外力の方向を、振動の差異によって作業者に認識させることができる。

上記態様においては、前記警告手段が、前記外力の大きさに応じて前記振動を変化させてもよい。
このようにすることで、ロボットに作用している外力の大きさを、振動の変化によって作業者に認識させることができる。

本発明の参考態様は、作業者によって加えられる外力に従って動作可能なロボットと、該ロボットに設けられ該ロボットに作用する外力の大きさおよび方向を検出する力検出部と、所定の第１の閾値以上の大きさの外力が前記力検出部によって検出されたときに警告を発する警告手段と、前記所定の第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値以上の外力が前記力検出部によって検出されたときに前記ロボットを停止させる停止手段とを備え、前記警告手段が、前記力検出部によって検出された前記外力の方向によって異なる警告を発するロボットシステムである。

本態様によれば、作業者がロボットに力を加えてロボットを操作している間、ロボットに作用する外力の大きさが力検出部によって検出され、外力の大きさが所定の第１の閾値以上になったときに警告手段によって警告が発せられる。その後、ロボットに作用する外力がさらに増大し、外力の大きさが所定の第２の閾値以上になったときに停止手段によってロボットが停止する。

このように、外力が第２の閾値に達する前に、外力の大きさが第２の閾値に近づいていることが警告によって作業者に報知されるので、作業者は、停止手段によってロボットが停止させられる前に、ロボットに加えている力を弱める等の適切な行動をとることができる。これにより、ロボットに過度な外力が加わることを防止しつつ、作業の中断を防止して作業効率を向上することができる。さらに、外力の方向によって警告が異なるので、作業者は、いずれの方向の外力が大きくなっているかを認識することができる。

本発明によれば、ロボットに過度な外力が加わることを防止しつつ、作業の中断を防止して作業効率を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るロボットシステムの全体構成図である。 図１のロボットシステムの動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１０について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１０は、１人の作業者Ａと１台のロボット１とが共同で作業を行う協働ロボットシステムであり、図１に示されるように、協働ロボット１と、ロボット１に設けられロボット１に作用する外力を検出する力検出部２と、ロボット１に設けられ振動を発生する振動部３と、力検出部２によって検出された外力の大きさに基づいてロボット１および振動部３を制御する制御部（警告手段、停止手段）４とを備えている。符号５は、ロボット１が載置される基台である。

ロボット１は、６軸多関節型のロボットであり、多関節のアーム６と、アーム６の先端部に着脱可能なハンドガイド７とを備えている。ロボット１は、他の構造のロボットであってもよい。アーム６の先端部には、ワークを加工するためのツールまたはワークを把持するハンド等のエンドエフェクタが取り付けられている。

ロボット１は、アーム６に加えられた外力に従って動作可能である。例えば、作業者Ａは、ハンドに把持されているワークをロボット１と協働して搬送したいときや、アーム６の先端部の動作を直接教示するダイレクトティーチのときに、アーム６の先端部に取り付けられたハンドガイド７を手で把持してハンドガイド７に力を加えることで、力の方向にアーム６の先端部を移動させることができる。また、作業者Ａは、アーム６を退避させたいとき、アーム６を手で直接押すことで、押した方向にアーム６を移動させることができる。このとき、力検出部２によって検出された、作業者Ａがアーム６の先端部に加えた力の大きさおよび方向に基づき、検出された外力の方向へのアーム６の移動を補助するように、制御部４がアーム６の各関節のモータを制御してもよい。

力検出部２は、例えば、ロボット１の基部に設けられた６軸力センサであり、相互に直交する３軸方向の力の大きさおよび３軸回りのモーメントを検出する。力検出部２は、ロボット１の各軸に設けられた力センサであってもよい。力検出部２は、検出された外力の大きさおよび方向の情報を制御部４に送信する。力検出部２は、外力の大きさおよび方向と共に、外力が加わった範囲の情報を制御部４に送信してもよい。

振動部３は、例えば振動モータであり、ロボット１の少なくとも一部に設けられている。図１に示される例では、アーム６、ハンドガイド７、および基台５のそれぞれに振動部３が設けられている。

力検出部２によって検出される力には、作業者Ａがアーム６およびハンドガイド７に加える外力の他に、アーム６に加わる重力と、アーム６の先端部に取り付けられたツール、ハンド、ハンドガイド７等の物体に加わる重力とが含まれ、ハンドがワークを把持しているときにはワークに加わる重力も含まれる。さらに、アーム６が動いているときには、アーム６、アーム６に取り付けられている物体、およびワークに作用する慣性力も、力検出部２によって検出される力に含まれる。

制御部４は、ロボット１に加わる上記の重力および慣性力を考慮して、力検出部２によって検出された力の大きさから、作業者Ａによってアーム６およびハンドガイド７に加えられた正味の外力の大きさを算出する。このような正味の外力の大きさは、例えば、特許第５８２００１３号公報に記載の手法によって算出することができる。

制御部４は、所定の第１の閾値以上の大きさの外力が力検出部２によって検出されたときに、振動部３を間欠的に振動させる。また、制御部４は、所定の第２の閾値以上の外力が力検出部２によって検出されたときに、ロボット１を停止させる。第２の閾値は、例えば６５Ｎであり、第１の閾値は、第２の閾値よりも小さい値である。制御部４は、力検出部２によって検出される外力が第１の閾値未満になったとき、または、外力が第２の閾値以上になってロボット１を停止状態にしたときに、振動部３による振動の発生を停止させる。

次に、このように構成されたロボットシステム１０の作用について図２を参照して説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１０によれば、ロボット１の作動中に（ステップＳ１）、作業者Ａがハンドガイド７を操作したりアーム６を押したりすることでロボット１に外力が作用したときに、外力の大きさが力検出部２によって検出される（ステップＳ２）。

検出される外力の大きさが第１の閾値以上になったとき（ステップＳ２のＹＥＳ）、制御部４が振動部３を作動させることでロボット１およびロボット１が載置されている基台５が振動し（ステップＳ５）、アーム６の先端部にハンドガイド７が取り付けられている場合にはハンドガイド７も振動する（ステップＳ３のＹＥＳ、ステップＳ４）。第１の閾値以上の外力がロボット１に加えられている間、振動部３が間欠的に作動することでロボット１が間欠的に振動し続け、作業者Ａがロボット１に加える力が第１の閾値未満まで低下したときにロボット１および基台５の振動が停止する。

作業者Ａがロボット１に加える力が第１の閾値よりもさらに大きくなり、検出される外力の大きさが第２の閾値以上に達したとき（ステップＳ６のＹＥＳ）、制御部４がロボット１を停止させる（ステップＳ７）。このときに、振動部３も停止することでロボット１および基台５の振動も停止する。

このように、本実施形態によれば、第２の閾値以上の過度な外力がロボット１に加わる前に、ロボット１に加えられている外力が第２の閾値に近付いていることが、ロボット１の振動によって作業者Ａに報知される。作業者Ａは、ロボット１の振動に応答してロボット１に加える力を弱めることで、外力が第２の閾値に達してしまうことを防止することができる。すなわち、ロボット１に過度な外力が加わることを防止しつつ、ロボット１の停止による作業の中断を防止して作業効率を向上することができるという利点がある。

さらに、周囲の環境が騒がしいときでも、また、作業者Ａがどのような方向を見ているときでも、ロボット１を直接操作している作業者Ａの手にはロボット１の振動が確実に伝わる。したがって、外力の大きさが第１の閾値以上であることを作業者Ａに確実に認識させることができるという利点がある。
本実施形態においては、制御部４が、ロボット１および基台５に設けられた振動部３に加えて、作業者Ａが携帯する携帯デバイスを振動させてもよい。

本実施形態においては、第１の閾値以上の大きさの外力が力検出部２によって検出されたときに、制御部４は、振動部３が発生する振動の大きさ、周波数、時間間隔等を外力の大きさに応じて段階的にまたは連続的に変化させてもよい。例えば、外力が大きい程、振動が大きくなるように、あるいは、外力が大きい程、振動の時間間隔が短くなるように、制御部４が振動部３を制御してもよい。
このようにすることで、作業者Ａは、振動の大きさ、周波数、時間間隔等に基づいて、アーム６またはハンドガイド７に加えている力の具体的な大きさを認識することができる。

本実施形態においては、力検出部２が、外力の大きさに加えて外力の方向を検出し、制御部４は、振動部３が発生する振動の大きさ、周期、時間間隔等を外力の方向によって相互に異ならせてもよい。
このようにすることで、作業者Ａは、振動の大きさ、周波数、時間間隔等に基づいて、いずれの方向において外力が第１の閾値以上となっているかを認識し、アーム６またはハンドガイド７に加える力をより適切に調整することができる。

本実施形態においては、力検出部２が、アーム６の各軸に設けられたモータの電流値の変化に基づいて、ロボット１に加えられている外力を検出してもよい。
アーム６の動作中にアーム６またはハンドガイド７が周囲の物体と衝突したときに、モータの電流値は急激に低下する。同様に、アーム６の動作方向とは逆方向の外力を作業者Ａがアーム６に加えたときにもモータの出力値が低下するが、このときのモータの出力値の低下は衝突時よりも緩やかである。このように、アーム６の動きに抗する外力がアーム６に加わったときに、モータの電流値は、外力が大きい程、大きな低下率で低下するので、モータの電流値の低下に基づいて、外力の大きさを見積もることができる。

この場合、制御部４は、例えば、モータの出力値が第１の所定値以上の低下率で低下したときに振動部３を振動させ、モータの出力値が第１の所定値よりも大きい所定の第２の所定値以上の低下率で低下したときにロボット１を停止させる。このようにすることで、作業者Ａは、アーム６の動作方向とは逆方向に大きな力を加えていることを、ロボット１が停止する前にロボット１の振動に基づいて認識することができる。

本実施形態においては、外力の大きさが第１の閾値以上になったことをロボット１の振動によって作業者Ａに報知することとしたが、聴覚的または視覚的な警告（例えば、音または表示）によって作業者Ａに報知してもよい。
この場合、制御部４は、力検出部２によって検出された外力の方向によって警告を異ならせてもよい。例えば、ハンドに把持されているワークをロボット１と作業者Ａが協働で搬送する場合には、搬送方向に沿う方向と搬送方向とは異なる方向とで、警告の種類（振動、音、表示）を異ならせてもよい。このようにすることで、作業者Ａは、警告に基づいて、いずれの方向において外力が第１の閾値以上となっているかを認識し、アーム６またはハンドガイド７に加える力をより適切に調整することができる。

１ ロボット
２ 力検出部
３ 振動部（警告手段）
４ 制御部（警告手段、停止手段）
５ 基台
６ アーム
７ ハンドガイド
１０ ロボットシステム
Ａ 作業者

Claims (3)

1. 作業者によって加えられる外力に従って動作可能なロボットと、
   該ロボットに設けられ該ロボットに作用する外力の大きさを検出する力検出部と、
   前記ロボットのアームおよび前記ロボットが載置される基台の少なくとも一方に設けられ、振動を発生する振動部と、
   所定の第１の閾値以上の大きさの外力が前記力検出部によって検出されたときに前記振動部に振動を発生させる警告手段と、
   前記所定の第１の閾値よりも大きい所定の第２の閾値以上の外力が前記力検出部によって検出されたときに前記ロボットを停止させる停止手段とを備えるロボットシステム。
2. 前記力検出部が、前記外力の方向を検出し、
   前記警告手段が、前記外力の方向によって前記振動を異ならせる請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記警告手段が、前記外力の大きさに応じて前記振動を変化させる請求項１または請求項２に記載のロボットシステム。

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