JP7015276B2 - 産業用ロボットシステム - Google Patents

Description

本開示は、産業用ロボットシステムに関するものである。

周辺の人との干渉を検出するために、少なくとも１つの軸にトルクセンサを搭載した協働ロボット等の産業用ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
トルクセンサは、一般には、精度を保つために、トルクがかかっていない状態や所定のトルクが作用した際の検出値が測定されることにより、トルクセンサ単体でキャリブレーションされたものが、産業用ロボットに組み込まれて使用される。

特開２００９－２２０１８４号公報

しかしながら、トルクセンサをロボットに組み付ける際には、トルクセンサのロボットへの組付けに使用する取付ボルトの締結力により、トルクセンサ自体に歪が発生し、組み付け前にキャリブレーションされたトルクセンサ単体の校正値が使用できなくなる可能性がある。
また、トルクセンサの出力特性は、一般には非線形であるため、精度よくキャリブレーションを行うには、多くのパターンでキャリブレーション（合わせ込み）を行う必要があり、多くの時間と手間を要するという問題がある。

本開示の一態様は、少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付けた各前記トルクセンサの出力特性を生成し、生成した該出力特性を前記駆動制御部に出力する出力校正部とを備え、前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢と前記モーメント値との対応付けデータを有している産業用ロボットシステムである。

本開示の一実施形態に係る産業用ロボットシステムを示す全体構成図である。 図１の産業用ロボットシステムに備えられる制御装置を示すブロック図である。 図１の産業用ロボットシステムによる第３軸回りのトルクを検出するトルクセンサのキャリブレーション動作における原点位置を示す図である。 図３のキャリブレーション動作において第２アームを一方向に回転させた状態を示す図である。 図３のキャリブレーション動作において第２アームを他方向に回転させた状態を示す図である。 図３から図５のキャリブレーション動作により取得されたトルクセンサの出力特性の一例を示す図である。 図１の産業用ロボットシステムの変形例を示す全体構成図である。

本開示の一実施形態に係る産業用ロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボットシステム１は、図１に示されるように、ロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３とを備えている。

ロボット２は、例えば、垂直多関節型ロボットである。ロボット２の種類は限定されるものではなく、他の任意の形式のロボット２を採用してもよい。

ロボット２は、床面（被設置面）に設置されたベース２１と、鉛直な第１軸線（回転軸）Ａ回りにベース２１に対して回転可能に支持された旋回胴（構成部品）２２と、水平な第２軸線（回転軸）Ｂ回りに旋回胴２２に対して回転可能に支持された第１アーム（構成部品）２３と、水平な第３軸線（回転軸）Ｃ回りに第１アーム２３に対して回転可能に支持された長手軸を有する第２アーム（構成部品）２４と、該第２アーム２４の先端に支持された手首ユニット（構成部品）２５とを備えている。

ベース２１と旋回胴２２との間、旋回胴２２と第１アーム２３との間、および第１アーム２３と第２アーム２４との間には、それぞれ第１軸線Ａ、第２軸線Ｂおよび第３軸線Ｃ回りのトルクを検出するトルクセンサ２６，２７，２８が配置されている。

制御装置３は、図２に示されるように、モーメント出力部３１と、プログラム記憶部３２と、トルクセンサ２６，２７，２８の出力校正部３３と、駆動制御部３４とを備えている。制御装置３は、メモリおよびプロセッサにより構成されている。

モーメント出力部３１は、ロボット２の姿勢またはロボット２の姿勢および動作からモーメント値を出力するための処理部である。具体的には、モーメント出力部３１は、ロボット２の姿勢、またはロボット２の姿勢および動作から、トルクセンサ２６，２７，２８に接続された構成部品の質量、重力および慣性力によって発生するモーメント値を求めて出力する。
モーメント出力部３１は、ロボット２の姿勢およびトルクセンサ２６，２７，２８を備える回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りの構成部品の回転角度とのモーメント値の対応付けをもとに、ロボット２の姿勢やトルクセンサ２６，２７，２８を備える回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りの構成部品の回転角度からモーメント値を出力してもよい。または、ロボット２の姿勢に応じてトルクセンサ２６，２７，２８に接続された構成部品が質量および重力によって作用するモーメント値を算出して出力するようにしてもよい。また、ロボット２が移動して減速するとき、例えば、所定の位置に加減速して移動するときに、トルクセンサ２６，２７，２８に作用する構成部品の質量に起因する慣性力を算出して出力するようにしてもよい。

さらに具体的には、モーメント出力部３１は、ロボット２の姿勢またはロボット２の姿勢および動作からモーメント値を出力するための記憶部であり、メモリにより構成される。モーメント出力部３１に、ロボット２の姿勢およびトルクセンサ２６，２７，２８を備える回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りの構成部品の回転角度と、モーメント値とを対応付けたデータを格納し、対応付けデータをもとにモーメント値を出力してもよい。または、モーメント出力部３１に、ロボット２の姿勢およびロボット２の動作から算出したモーメント値を一時的に（間接的に）記憶しておいて、記憶されているモーメント値をモーメント出力部３１が出力するようにしてもよい。

モーメント出力部３１に、トルクセンサ２６，２７，２８を備える回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りの構成部品の回転角度と、モーメント値とを対応付けたデータを格納する場合、第２軸線Ｂ回りの第１アーム２３の回転角度と、第１アーム２３、第２アーム２４および手首ユニット２５を含む構成部品により第２軸線Ｂ回りに作用する質量によるモーメント値とを対応付け、かつ、第３軸線Ｃ回りの第２アーム２４の回転角度と、第２アーム２４および手首ユニット２５を含む構成部品により第３軸線Ｃ回りに作用するモーメント値とを対応付けて記憶している。具体例として、テーブル表、相関グラフまたは相関近似式を作ることなどがこれに相当する。ここで、モーメント値は、外力によるものではなく、ロボット２の構成部品および付属のツール等を含めた、ロボット２の機構部がトルクセンサ２６，２７，２８に作用するモーメントである。

第１アーム２３、第２アーム２４および手首ユニット２５を含む各構成部品の質量および寸法は既知であるので、第２軸線Ｂ回りに第１アーム２３の回転角度に応じた第２軸線Ｂ回りのモーメント値を正しく算出することができる。モーメント出力部３１には、予め算出したモーメント値のデータを直接的に記憶しておいてもよいし、間接的に記憶しておいてもよい。

モーメント値を間接的に記憶する場合には、モーメント値を算出するための第１アーム２３、第２アーム２４および手首ユニット２５を含む各構成部品の質量、寸法あるいは重心位置を記憶しておいて、回転角度を用いた計算によりモーメント値を算出すればよい。ロボット２の姿勢とロボット２の各構成部品および付属部品の情報とからモーメント値を算出する場合、重力、または重力およびロボット２の移動に伴って作用するモーメント値を算出する。

ここで、トルクセンサ２６，２７，２８を備える回転軸である第１軸線Ａ、第２軸線Ｂおよび第３軸線Ｃの回転角度だけでなく、その先の軸の角度も含めてロボット２の姿勢によってトルクセンサ２６，２７，２８に作用するモーメント値は変わるため、回転角度とモーメント値とを対応付けるときには、その先の軸の姿勢が所定の角度であることが前提である。所定の角度として複数の値とするときには、そのデータを予め記憶しておくことが望ましい。

プログラム記憶部３２は、メモリにより構成され、動作プログラムを記憶している。
動作プログラムとしては、ロボット２に作業を行わせるためにあらかじめ教示された動作プログラムの他、トルクセンサ２６，２７，２８をキャリブレーションするための情報を取得するキャリブレーションプログラムが挙げられる。例えば、第３軸線Ｃ回りのトルクを検出するトルクセンサ２８のキャリブレーションプログラムは、例えば、図３から図５に示されるように、第１アーム２３に対して第２アーム２４のみを第３軸線Ｃ回りに一方向に回転させるとともに、回転の途中の複数の回転角度において静止し、その時にトルクセンサ２８から出力されるトルク検出値を記憶するものである。

出力校正部３３は、プロセッサにより構成され、キャリブレーションプログラムの実行中に、各回転角度においてトルクセンサ２６，２７，２８により検出されたトルク検出値と、モーメント出力部３１が出力するモーメントとを対応付けることにより、図６に示されるように、トルクセンサ２６，２７，２８の出力特性を生成する。第２軸線Ｂ回りのトルクを検出するトルクセンサ２７の出力特性の生成は、第３軸線Ｃ回りのトルクを検出するトルクセンサ２８の出力特性の生成と同様に行われる。

一方、第１軸線Ａ回りのトルクを検出するトルクセンサ２６については、ロボット２を水平な床面に設置したと仮定した場合、トルクセンサ２７，２８とは異なるキャリブレーションプログラムが実行される。トルクセンサ２６は、機構部の質量および重心を用いて、第１軸線Ａ回りの旋回動作時のモーメント値の出力に基づいてキャリブレーションが実行される。ロボット２を水平な床面に設置したと仮定した場合、鉛直回転軸である第１軸線Ａまたは鉛直回転軸の姿勢が取れる第１軸線Ａを除いた第２軸線Ｂ、第３軸線Ｃおよび手首ユニット２５の各軸において重力によるモーメントが作用するため、所定の回転角度で停止した状態でキャリブレーションを実施することができる。

しかしながら、第１軸線Ａについては、重力によるモーメントが作用しないので、第１軸線Ａをキャリブレーションするために、第１軸線Ａ回りのロボット２の姿勢を変えて、第１軸線Ａが停止した状態で、モーメントが全て「0」であることをキャリブレーションし、ロボット２の第１アーム２３を一定速度で動かして作用する慣性力によるモーメントを使用して第１軸線Ａ回りのロボット２の姿勢を変えながら、全てのモーメント値が一定の値であることをキャリブレーションする必要がある。または、第１軸線Ａ回りに一定速度で旋回動作させているときのモーメントの値が「０」となるようにキャリブレーションしてもよい。

また、トルクセンサ２６に作用するモーメント値が変化するように、ロボット２を加速、または減速させ、例えば、ある位置に減速停止するなどして、そのときに慣性力がトルクセンサ２６に作用するモーメント値を使用してキャリブレーションしてもよい。
この場合には、モーメント出力部３１は、ロボット２の姿勢および動作からロボット２が加減速して移動するときに、トルクセンサ２６に作用する構成部品の質量に起因する慣性力を算出して出力する。

このようなキャリブレーション時に、トルクセンサ２６から出力されるトルク検出値を記憶するものが第１軸線Ａ回りのトルクを検出するトルクセンサ２６のキャリブレーションプログラムである。
ここで、トルクセンサ２７，２８がオフセットした構造である場合には、トルクセンサ２７，２８を校正した後、トルクセンサ２７，２８を用いて、ロボット２で一定の力またはモーメントの押しつけを行って検出されるトルク検出値に基づいてキャリブレーションを実行する、また、好ましくは、何種類かの速度で異なるモーメント値をキャリブレーションする。これにより、生成される出力特性の精度が向上する。

ロボット２を、重力方向に対して傾斜させた台に設置する場合には、重力がトルクセンサ２７，２８に作用するモーメント値を利用して、第１軸線Ａ回りのトルクのキャリブレーションを行うことができるので、そのように設置してトルクセンサ２６のキャリブレーションをするようにしてもよい。

生成された出力特性は駆動制御部３４に出力され、記憶される。駆動制御部３４は、プロセッサおよびメモリにより構成されている。
そして、予め教示された動作プログラムが実行されるときには、トルクセンサ２６，２７，２８により検出されたトルク検出値が入力されると、記憶されている出力特性によって、出力校正部３３により補正されたトルク検出値が算出される。

駆動制御部３４は、プログラム記憶部３２から読みだされた動作プログラムに従う指令信号を生成してロボット２に対して出力するとともに、補正されたトルク検出値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、超えている場合には、ロボット２を停止、減速、力が作用した方向に移動させて逃げる、それまでの動作方向に戻る、または予め用意した動作プログラムを実行する等の指定の動作を実行するよう指令信号を出力する。

このように構成された本実施形態に係る産業用ロボットシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る産業用ロボットシステム１が工場等に設置された状態で、制御装置３の作動により、プログラム記憶部３２に記憶されているキャリブレーションプログラムが実行される。

キャリブレーションプログラムにおいては、例えば、第１アーム２３に対して第３軸線Ｃ回りに第２アーム２４を回転させながら、複数の回転角度において静止し、その状態でトルクセンサ２８から出力されるトルク検出値を出力校正部３３に読み込む。
出力校正部３３には、駆動制御部３４から出力された第２アーム２４の回転角度に対応付けてモーメント出力部３１に記憶されているモーメント値が入力される。これにより、出力校正部３３においては、入力されてきたトルク検出値とモーメント値とを対応付けた出力特性が生成される。旋回胴２２に対する第１アーム２３の第２軸線Ｂ回りのトルクを検出するトルクセンサ２７についても同様に出力特性が生成される。生成された各トルクセンサ２６，２７，２８の出力特性は、駆動制御部３４に送られて記憶される。これにより、キャリブレーション作業が終了する。

プログラム記憶部３２から予め教示された動作プログラムが読みだされて駆動制御部３４によりロボット２が作動させられる際には、トルクセンサ２６，２７，２８により検出されたトルク検出値は駆動制御部３４に直接入力され、記憶されている出力特性に基づいて補正されたトルク検出値が算出される。そして、算出されたトルク検出値から求められる外力の作用によるモーメントや力が所定の閾値を超えているか否かが判定され、超えている場合には、ロボット２に周辺物体が接触したものと判定して、ロボット２が停止または減速させたり、それまでの動作方向に戻すようにしたり、力が作用した方向に移動させて逃げるようにしたり、予め用意した動作プログラムを実行したりする。

このように、本実施形態に係る産業用ロボットシステム１によれば、複数の回転角度においてトルクセンサ２６，２７，２８により検出されたトルク値と、モーメント出力部３１に記憶されているモーメント値（モーメント出力部３１が出力するモーメント値）とが出力校正部３３において対応付けられることにより、精度よくキャリブレーションが行われた出力特性、すなわち、トルクセンサ２６，２７，２８により検出されたトルク値に対するモーメント値の関係を生成することができる。これにより、トルクセンサ２６，２７，２８のロボット２への組付け時にトルクセンサ２６，２７，２８に歪が発生しても、また、トルクセンサ２６，２７，２８が強い非線形特性を有していても、キャリブレーション用のプログラムをロボット２の制御装置３上で実行するだけで、ロボット２自身の自動運転によって、短時間で、簡易かつ高精度にトルクセンサ２６，２７，２８のキャリブレーションを行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ロボット２の機構部に装着されるツール等の付属の構成部品を含まない状態でキャリブレーションを行う場合について例示したが、付属の構成部品の寸法、重量および重心が既知である場合には、付属の構成部品を装着した状態でのモーメント値をモーメント出力部３１に記憶しておいてもよい。
これにより、ユーザごとに異なるツールを取り付けて、そのツールが取り外せない環境下であっても、トルクセンサ２６，２７，２８のキャリブレーションをやり直すことができるという利点がある。
また、ロボット２の姿勢、ロボット２付属の構成部の質量および重心の値に基づいて、ロボット２の機構部が各トルクセンサ２６，２７，２８に作用しているモーメント値を算出し、各トルクセンサ２６，２７，２８に作用する正味の力を算出するようにしてもよい。

また、キャリブレーションプログラムにおいて設定されているトルクを検出する回転角度についてはユーザが任意に変更してもよい。ロボット２の動作範囲が制限される環境下においても容易にトルクセンサ２６，２７，２８のキャリブレーションを行うことができる。

また、本実施形態においては、駆動制御部３４が、検出されたトルク検出値に出力校正部３３により対応付けられたモーメント値から求められる外力の作用によるモーメントや力に基づいてロボット２の接触判定を行う場合について例示したがこれに限られるものではない。これに代えて、例えば、駆動制御部３４が、検出されたトルク検出値に出力校正部３３により対応付けられたモーメント値から求められる外力の作用によるモーメントや力に基づいて、ロボット２の構成部品を直接持って誘導操作する際に、作業者がロボット２に作用させる力を軽減させるようにロボット２の動作指令を発生させるように、アシストトルクの制御を行うものを採用してもよい。これにより、リードスルーの操作を軽くすることができる。

また、本実施形態に係る産業用ロボットシステム１として、ロボット２のベース２１が床面に設置されているものを例示したが、これに代えて、図７に示されるように、床面に設置され、上面にロボット２のベース２１が設置される２軸ポジショナ５０を備えているものを採用してもよい。

この場合、２軸ポジショナ５０は、床面に設置されるベース部５１と、水平な揺動軸線Ｋ回りにベース部５１に対して揺動可能に支持された揺動部５２と、揺動軸線Ｋに直交する旋回軸線Ｌ回りに揺動部５２に対して回転可能な旋回部５３とを備えている。旋回部５３の上面には、ロボット２のベース２１が設置されるようになっている。また、ベース部５１の設置は、床面に限られるものではなく、横向き、または下向きの壁面などを対象にしてもよく、設置可能な被接地面であればよい。本発明においては、他の被設置面についても同様である。

そして、２軸ポジショナ５０の旋回部５３にロボット２を設置した状態で、揺動軸線Ｋ回りに揺動部５２を揺動（回転）させることによって、ロボット２を床面に対して傾斜させる。これにより、機構部の質量および重心を用いて第１軸線Ａ回りのトルクのキャリブレーションを行うことができる。また、２軸ポジショナ５０を付加軸で制御することにより、短時間かつ自動でキャリブレーションを行うことができる。

また、２軸ポジショナ５０に代えて、床面に設置されるベース部５１と、水平な揺動軸線Ｋ回りにベース部５１に対して揺動可能に支持され、上面にロボット２のベース２１を設置可能な揺動部５２とを備える１軸ポジショナを採用してもよい。

また、本実施形態においては、各トルクセンサ２６，２７，２８が１つのトルク検出値を出力する単一系統のものを用いて例示したが、これに代えて、トルクセンサ２６，２７，２８が、各トルクセンサ２６，２７，２８に作用するトルクを検出するトルク検出部を２系統以上、備えているものを採用してもよい。各トルク検出部は、それぞれ、トルクセンサ２６，２７，２８に作用するトルクを検出し、トルク検出値として出力する。

なお、ロボット２が備える複数のトルクセンサ２６，２７，２８において、各トルクセンサ２６，２７，２８が備えるトルク検出部の数をトルクセンサ２６，２７，２８によって変えるようにしてもよい。これによって、トルクセンサ２６，２７，２８の設置個所によって、トルク検出部の数を変えることができる。
トルクセンサ２６，２７，２８が２以上の系統のトルク検出部を有する場合、単独または複数のトルク検出値を、モーメント出力部３１の出力値と対応づけ、出力校正部３３によって校正、補正、修正されたトルクの値を求めてもよい。

出力校正部３３は、各系統のトルク検出部のトルク検出値と、モーメント出力部３１の出力値とを対応づけ、トルク検出値から校正、補正、および修正されたトルクの値を出力する。また、出力校正部３３は、複数の系統のトルク検出部のトルク検出値、換言すれば、複数のトルク検出値と、モーメント出力部３１の出力値とを対応づけ、トルク検出値から校正、補正、および修正されたトルクの値を出力してもよい。

トルクセンサ２６，２７，２８の検出系統を少なくとも２つ準備することにより、少なくとも２つ以上のトルクの値を求め、それらの値を比較しその差が閾値より大きい場合にはトルクセンサ２６，２７，２８の故障と判断したり、故障等のなんらかの影響で１つの系統のトルク検出値を検出できない場合においても他の系統のトルク検出値を用いたりして、速やかかつ安定にロボット２を停止させることができる。
また、各トルクセンサ２６，２７，２８のトルク検出部の出力値を複数用いて、出力校正部３３からトルクの値を取得することにより、各トルクセンサ２６，２７，２８においてより精度のよいトルクの値を求めることができる。

また、トルクセンサ２６，２７，２８の１つにつき少なくとも２系統のトルク検出部が設けられることになるが、トルクセンサ２６，２７，２８の取り付け時における歪やロボット２の姿勢によって生ずる少なくとも２系統のトルク検出部に対するトルクのアンバランス等により、検出されたトルク検出値に差異が生じてしまう可能性がある。これに対し、各系統において、各トルク検出部によって検出されるトルク検出値と、モーメント出力部３１によって出力されたモーメント値とを対応づけることによって、片持ちアーム支持構造等によるトルクセンサ２６，２７，２８に作用するトルク以外の方向の力によって生じる他軸干渉の影響、応力分布が不均一となること、トルクセンサ２６，２７，２８の組付け時の歪、および各系統を構成する検出素子の個体差などによる、各系統のトルク検出値の出力値の差異を吸収する。そして、トルクセンサ２６，２７，２８に実際に作用するトルクを、２つ以上の系統について精度よく算出し、１つのトルクセンサ２６，２７，２８から２つ以上のトルクの値を求めることができる。更に、該当軸以外の軸角度（アーム姿勢）の変化により他軸干渉の影響度が変化する場合でも、該当軸に他軸干渉の影響を与える他の軸の軸角度を変化させながら、トルク検出値と、モーメント出力部３１の出力値とを対応づけることによって、他軸干渉も加味したより高精度なトルクセンサ２６，２７，２８のキャリブレーションを行うことができる。

トルクセンサ２６，２７，２８の検出方式は、力センサと同様に、変位やひずみを検出する方式、特性変化を検出する方式などがある。このとき、検出する物理量としては、抵抗値、電流、静電容量、電荷量、インダクタンス、光量、画像、超音波および磁気などがある。
トルクセンサ２６，２７，２８は、トルクに係る物理量を検出する検出部を１つ以上備えていてもよい。トルクセンサ２６，２７，２８の検出部が検出する物理量は、構造物の変位を電気抵抗、静電容量、電化量または磁気の変化として検出するなど、作用されるトルクまたは力によって変化が生じる物理量であれば、どのようなものであってもよい。

また、本実施形態においては、トルクセンサ２６，２７，２８として、トルクセンサ２６，２７，２８に作用するトルクを検出するものを採用すればよく、力とモーメントとを検出する力センサ、回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りに作用するトルクを検出するトルクセンサ、回転軸Ａ，Ｂ，Ｃ回りとその他の軸の回りのトルクを検出するトルクセンサであってもよい。

また、トルクセンサ２６，２７，２８は、ロボット２を構成する回転軸構造が備える減速機、モータ、歯車、軸受け部、アーム２３，２４などに、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部を組み込んだり設置したりすることによって、トルクを検出できるようにしたものであってもよい。
また、トルクセンサ２６，２７，２８は、モータの電流値からトルクを推定したり、モータの指令位置と現在位置からトルクを推定したりして、トルクを検出するようにして構成したものであってもよい。このように、各トルクセンサ２６，２７，２８は、検出部の出力値に基づいて、トルクを検出することができれば、どのような構成としてもよい。

トルクセンサ２６，２７，２８によって検出されるトルク検出値は、トルクに換算された値、または、物理量をアナログデータまたはデジタルデータに変換した値であってもよい。
トルクセンサ２６，２７，２８によるトルクの検出においては、出力校正部３３によって、トルクに換算された値またはトルクに係る物理量を検出する、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力を、モーメント出力部３１の出力と対応づけ、出力校正部３３によって、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力から、各トルクセンサ２６，２７，２８に作用する正確なトルクを検出するようにしてもよい。

トルクに関わる物理量からトルクを求める演算を行う演算部は、プリント基板に設けられ、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部と共にロボット２の内部に収納するようにしてもよい。
また、ロボット２の制御装置３に演算部を設け、ロボット２を制御する制御装置３に有線または無線方式でトルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力値を転送しロボット２の制御装置３でトルクを算出するようにしてもよい。

また、ロボット２を制御する制御装置３とは別の制御装置に演算部を設けてもよい。また、ロボット２を制御する制御装置３とは別の装置に有線または無線方式でトルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力値を転送し、別の制御装置でトルクを求めてもよい。このように、トルクセンサ２６，２７，２８において、演算部は、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部と同じ位置に配置してもよいし、本実施形態に係る産業用ロボットシステム１に都合のよい制御装置３によって実現するようにしてもよい。

このように、ある回転軸Ａ，Ｂ，Ｃに作用するトルクを求めるトルクセンサ２６，２７，２８としては、トルクに係る物理量を検出する検出部と、検出部の検出値に基づいてトルクを求める演算部とを備えるものを採用すればよい。

また、出力校正部３３は、各トルクセンサ２６，２７，２８の各系統の複数の検出部の出力値と、モーメント出力部３１の出力値とを対応づけ、各トルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力値から校正、補正および修正されたトルクの値を出力してもよい。
また、出力校正部３３は、各トルクセンサ２６，２７，２８の複数の系統の検出部の出力値と、モーメント出力部３１の出力値とを対応づけ、検出部の出力値から校正、補正および修正されたトルクの値を出力してもよい。これによって、各トルクセンサ２６，２７，２８において精度のよいトルクの値を求めることができる。

出力校正部３３によって、トルク検出値または検出部の出力値から、トルクセンサ２６，２７，２８に作用するトルクを求めるときには、テーブルによる変換、キャリブレーション行列の乗算、関数による線形的または非線形的な変換など、トルクセンサ２６，２７，２８の検出部の出力値と、トルクとを対応付けてキャリブレーションを行うことが可能な方法であれば、他のどのような方法を採用してもよい。

上記実施形態は、以下の本開示の各態様から導かれる。
本開示の一態様は、少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付ける出力校正部とを備える産業用ロボットシステムである。

本態様によれば、プログラム記憶部に記憶されている動作プログラムに基づいて駆動制御部が少なくとも１つの回転軸回りに構成部品を回転動作させると、回転動作に応じてトルクセンサにより検出されるトルク値が変化する。回転軸回りの構成部品のモーメント値は、ロボットの機構部の質量および寸法から回転角度ごとに精度よく算出できる。

したがって、回転動作においてトルクセンサにより検出されたトルク値と、モーメント出力部によってロボットの姿勢またはロボットの姿勢および動作から出力されたモーメント値とが出力校正部において対応付けられることにより、精度よくキャリブレーションが行われた出力特性、すなわち、トルクセンサにより検出されたトルク値に対するモーメント値の関係が生成される。これにより、トルクセンサのロボットへの組付け時にトルクセンサに歪が発生しても、また、トルクセンサが強い非線形特性を有していても、短時間で高精度にトルクセンサのキャリブレーションを行うことができる。

上記態様においては、前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢と前記モーメント値との対応付けデータを有していてもよい。
また、上記態様においては、前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作と前記ロボットの各前記構成部品または前記ロボットの各前記構成部品および付属部品の情報とから、前記トルクセンサに作用する前記モーメント値を算出し、
前記出力校正部が、算出された前記モーメント値と前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値とを対応付けていてもよい。

また、上記態様においては、前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの接触判定を行ってもよい。

この構成により、ロボットを動作させて作業を行っているときに、トルクセンサにより検出されたトルク検出値から求められる外力の作用によるモーメントや力が所定の閾値を超えたときには、ロボットと周辺物体との干渉が発生したものと精度よく判定して、ロボットを正しく停止させたり、減速停止させたり、それまでの動作方向に戻すようにしたり、力が作用した方向に移動させて逃げるようにしたり、予め用意した動作プログラムを実行したりする等の所定の動作を実行することができる。

また、上記態様においては、前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの前記構成部品を直接持って誘導操作する際のアシストトルクの制御を行ってもよい。

また、上記態様においては、前記構成部品が、前記回転軸回りに動作させられる前記ロボットの機構部の部品であってもよい。
この構成により、ロボットの機構部にツール等の部品が搭載されていない状態で、トルクセンサのキャリブレーションを精度よく行うことができる。

また、上記態様においては、前記構成部品が、前記ロボットの前記機構部に装着される部品を含んでいてもよい。
この構成により、ロボットの機構部にツール等の部品が搭載されている状態で、トルクセンサのキャリブレーションを精度よく行うことができる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１ 産業用ロボットシステム
２ ロボット
３ 制御装置
２２ 旋回胴（構成部品）
２３ 第１アーム（構成部品）
２４ 第２アーム（構成部品）
２５ 手首ユニット（構成部品）
２６，２７，２８ トルクセンサ
３１ モーメント出力部
３２ プログラム記憶部
３３ 出力校正部
３４ 駆動制御部
Ａ 第１軸線（回転軸）
Ｂ 第２軸線（回転軸）
Ｃ 第３軸線（回転軸）

Claims (10)

1. 少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、
   該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付けた各前記トルクセンサの出力特性を生成し、生成した該出力特性を前記駆動制御部に出力する出力校正部とを備え、
   前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢と前記モーメント値との対応付けデータを有している産業用ロボットシステム。
2. 少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、該ロボットを制御する制御装置とを備え、
   該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、前記トルクセンサにより検出されたトルク検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付けた各前記トルクセンサの出力特性を生成し、生成した該出力特性を前記駆動制御部に出力する出力校正部とを備え、
   前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作と前記ロボットの各前記構成部品または前記ロボットの各前記構成部品および付属部品の情報とから、前記トルクセンサに作用する前記モーメント値を算出し、
   前記出力校正部が、算出された前記モーメント値を前記トルク検出値と対応付ける産業用ロボットシステム。
3. 前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの接触判定を行う請求項１または請求項２に記載の産業用ロボットシステム。
4. 前記駆動制御部が、前記トルクセンサにより検出された前記トルク検出値に前記出力校正部により対応付けられた前記モーメント値に基づいて、前記ロボットの前記構成部品を直接持って誘導操作する際のアシストトルクの制御を行う請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業用ロボットシステム。
5. 前記構成部品が、前記回転軸回りに動作させられる前記ロボットの機構部の部品である請求項１から請求項４のいずれかに記載の産業用ロボットシステム。
6. 前記構成部品が、前記ロボットの前記機構部に装着される部品を含む請求項５に記載の産業用ロボットシステム。
7. 前記トルクセンサが、前記トルクセンサに作用するトルクを検出する２以上の系統のトルク検出部を備え、
   前記出力校正部が、前記トルク検出部によって検出された各前記トルク検出値と、前記モーメント値とを対応づける請求項１から請求項６のいずれかに記載の産業用ロボットシステム。
8. 少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、
   該ロボットを制御する制御装置とを備え、
   該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、トルクに係る物理量により検出された検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付けた各前記トルクセンサの出力特性を生成し、生成した該出力特性を前記駆動制御部に出力する出力校正部とを備え、
   前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢と前記モーメント値との対応付けデータを有している産業用ロボットシステム。
9. 少なくとも１つの回転軸にトルクセンサを備えるロボットと、
   該ロボットを制御する制御装置とを備え、
   該制御装置が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作からモーメント値を出力するモーメント出力部と、動作プログラムを記憶するプログラム記憶部と、該プログラム記憶部に記憶されている前記動作プログラムに従って前記ロボットの構成部品を前記回転軸回りに回転動作させる駆動制御部と、該駆動制御部による前記構成部品の前記回転軸回りの前記回転動作において、トルクに係る物理量により検出された検出値と前記モーメント出力部から出力される前記モーメント値とを対応付けた各前記トルクセンサの出力特性を生成し、生成した該出力特性を前記駆動制御部に出力する出力校正部とを備え、
   前記モーメント出力部が、前記ロボットの姿勢または前記ロボットの姿勢および動作と前記ロボットの各前記構成部品または前記ロボットの各前記構成部品および付属部品の情報とから、前記トルクセンサに作用する前記モーメント値を算出し、
   前記出力校正部が、算出された前記モーメント値を前記検出値と対応付ける産業用ロボットシステム。
10. 前記トルクセンサが、前記少なくとも１つの回転軸に作用するトルクに係る物理量を検出する２以上の系統の検出部を備え、
    前記出力校正部が、各前記検出部によって検出された前記物理量に基づく各前記検出値と、前記モーメント値とを対応づける請求項８または請求項９に記載の産業用ロボットシステム。

Images