JP7084202B2 - 関節型ロボット及びそのガススプリングのガス減少状態の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、関節型ロボット及びそのガススプリングのガス減少状態の推定方法に関する。

特開２０１７－１５９４０２公報には、関節型ロボットが開示されている。このロボットは、アームと、アームを回動する駆動モータと、ガススプリングとを備えている。このガススプリングは、アームに作用する荷重を支持して駆動モータの負荷を軽減する。

このガススプリングは、封入されたガスの圧力（以下、ガス圧ともいう）によって、駆動モータの負荷を軽減するバランス力を発生している。ガススプリングに封入されたガスは、長期の使用により漏洩する。このガスの漏洩は、ガス圧を低下させる。このガス圧の低下は、ガススプリングが発生するバランス力を低下させる。このバランス力の低下は、駆動モータの負荷を増大させる。

このロボットの制御手段は、ガススプリングのガスの減少状態を推定する機能を備えている。この制御手段は、駆動モータを駆動させてアームを停止した状態において、駆動モータの実電流値を取得する。この制御手段は、この実電流値に基づいて、ガスの減少状態を推定する。この制御手段は、ガスの減少状態が所定の減少状態になると、ガスの減少状態を報知する。これにより、このロボットでは、ガスの漏洩によって、駆動モータの負荷が過大になることが抑制されている。

特開２０１７－１５９４０２公報

前述の様に、このロボットでは、駆動モータを駆動させてアームを停止した状態において、駆動モータの実電流値を取得する。このアームの停止状態では、アームに静止摩擦力が作用している。このアームは、静止摩擦力の大きさが最大静止摩擦力を越えるまで、停止している。このアームの停止状態では、実際に作用している静止摩擦力にばらつきを生じる。この静止摩擦力のばらつきは、アームの停止状態における駆動モータのトルクに、ばらつきを生じさせる。この駆動モータのトルクのばらつきは、駆動モータの実電流値にもばらつきを生じさせる。この実電流値のばらつきは、ガスの減少状態を推定する精度を低下させる。

本発明の目的は、ガススプリングのガスの減少状態を高精度に推定しうるロボットと、このロボットを用いたガススプリングのガス減少状態の推定方法との提供にある。

本発明に係る関節型ロボットは、アーム支持部と、前記アーム支持部に回動可能に支持される回動アームと、前記回動アームを回動する駆動モータと、前記回動アームに作用する荷重を支持して前記駆動モータの負荷を軽減するガススプリングと、制御装置と、を備えている。
前記制御装置は、前記回動アームが回動状態にあることを判定する機能と、前記回動アームが回動状態にあるときの前記駆動モータの実電流値と理論電流値との比較に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する機能と、を備えている。

本発明に係る他の関節型ロボットは、アーム支持部と、前記アーム支持部に回動可能に支持される回動アームと、前記回動アームを回動する駆動モータと、前記回動アームに作用する荷重を支持して前記駆動モータの負荷を軽減するガススプリングと、制御装置とを備えている。
前記制御装置は、前記回動アームが停止状態になく前記回動アームが回動状態にあるときの、前記駆動モータの実電流値と理論電流値との比較に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する機能を備えている。

好ましくは、前記制御装置は、前記駆動モータの角加速度の変動の大きさを判定する機能を備えている。

好ましくは、前記制御装置は、前記回動アームが前記ガススプリングの請け負う最大トルクの２５％以上のトルクを発生させる姿勢であるときの、実電流値を用いる。

本発明に係るガス減少量推定方法は、回動アームと、前記回動アームを回動する駆動モータと、前記回動アームに作用する荷重を支持して前記駆動モータの負荷を軽減するガススプリングと、を備える関節型ロボットにおいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する。
この方法は、前記駆動モータの実電流値を取得する実電流値取得工程と、前記実電流値に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する推定工程と、を備えている。
前記実電流値取得工程において、前記回動アームが回動状態にあるときの前記実電流値を取得する。前記推定工程において、前記実電流値取得工程で取得した前記実電流値と理論電流値との比較に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する。

本発明に係るロボットは、回動アームが回動状態の実電流値に基づいて、ガススプリングのガスの減少状態を推定する。回動アームに静止摩擦力が作用していない状態で、このロボットは、ガススプリングのガスの減少状態を推定する。このロボットでは、ガススプリングのガスの減少状態が高精度に推定されうる。このロボットを用いたガス減少状態推定方法では、このガスの減少状態が高精度に推定されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る間接型ロボットが示された側面図である。 図２（ａ）は図１のロボットのガススプリングの使用状態が示された説明図であり、図２（ｂ）はこのガススプリングの他の使用状態が示された説明図である。 図３は、図１のロボットのガススプリングの使用状態の説明図である。 図４（ａ）は図１のロボットの初期の設定状態におけるガススプリングのトルクと駆動モータのトルクとの関係の説明図であり、図４（ｂ）はガスの減少状態におけるガススプリングのトルクと駆動モータのトルクとの関係の説明図である。 図５は、図１のロボットの動作中におけるガススプリングの圧力Ｐａの変化の様子が示された説明図である。 図６（ａ）は図１のロボットを用いてガス圧Ｐ１で本発明に係る推定方法で得られたガス圧と従来の推定方法で得られたガス圧とが示されたグラフであり、図６（ｂ）は他のガス圧Ｐ２で本発明に係る推定方法で得られたガス圧と従来の推定方法で得られたガス圧とが示されたグラフであり、図６（ｃ）は更に他のガス圧Ｐ３で本発明にかかる推定方法で得られたガス圧と従来の推定方法で得られたガス圧とが示されたグラフである。 図７（ａ）は図１のロボットを用いて本発明に係る推定方法で得られたガス圧の分布が示されたグラフであり、図７（ｂ）は本発明に係る他の推定方法で得られたガス圧の分布が示されたグラフである。 図８は、図１のロボットを用いて本発明に係る推定方法で得られたガス圧と第２アームの角度θｃとの関係が示されたグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１に本発明に係るロボット２が示されている。このロボット２は、基台４、ロボットアーム６、ガススプリング８及び制御装置１０を備えている。図示されないが、このロボット２は、更に、駆動モータＭ１からＭ６と、回転センサーＥ１からＥ６と、電流センサーＣ１からＣ６とを備えている。

ロボットアーム６は、第１アーム１２、第２アーム１４、第３アーム１６、第４アーム１８、第５アーム２０及び第６アーム２２を備えている。このロボット２では、基台４、第１アーム１２、第２アーム１４、第３アーム１６、第４アーム１８、第５アーム２０及び第６アーム２２が順次連結されている。このロボット２は、これらの連結部として複数の関節を備えている。このロボット２は、所謂、多関節型ロボットである。

図１に示される様に、このロボット２では、第６アーム２２の先端部に、ハンド２４が取り付けられている。このハンド２４は、図示されないワークを把持する機能を備えている。このハンド２４は、ロボット２に取り付けられるツールの例示であって、他のツールが取り付けられてもよい。

このロボット２では、第１アーム１２は、上下方向の軸線Ｌ１を回転軸として回転可能に、基台４に連結されている。第２アーム１４は、水平方向の軸線Ｌ２を回動軸として回動可能に、第１アーム１２に連結されている。第３アーム１６は、水平方向の軸線Ｌ３を回動軸として回動可能に、第２アーム１４に連結されている。第４アーム１８は、その軸線Ｌ４を回転軸として回転可能に、第３アーム１６に連結されている。第５アーム２０は、軸線Ｌ４に直交する軸線Ｌ５を回動軸として回動可能に、第４アーム１８に連結されている。第６アーム２２は、その軸線Ｌ６を回動軸として回動可能に、第５アーム２０に連結されている。ここでは、第２アーム１４を回動アームとして、第１アーム１２をアーム支持部として、本発明の説明がされる。

駆動モータＭ１は、第１アーム１２を回転させる機能を備えている。この駆動モータＭ１は、例えば、制御装置１０によって制御されるサーボモータである。駆動モータＭ２は、第２アーム１４を回動させる機能を備えている。この駆動モータＭ２は、例えば、制御装置１０によって制御されるサーボモータである。同様に、駆動モータＭ３、Ｍ５は、第３アーム１６、第５アーム２０を回動させる機能を備え、駆動モータＭ４、Ｍ６は、第４アーム１８、第６アーム２２を回転させる機能を備えている。駆動モータＭ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６は、例えば、制御装置１０によって制御されるサーボモータである。

回転センサーＥ１は、駆動モータＭ１の回転位置を検出する機能を備えている。回転センサーＥ２は、駆動モータＭ２の回転位置を検出する機能を備えている。同様に、回転センサーＥ３、Ｅ４、Ｅ５及びＥ６は、駆動モータＭ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６の回転位置を検出する機能を備えている。この回転センサーＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５及びＥ６は、例えば、エンコーダである。

電流センサーＣ１は、駆動モータＭ１の回転を制御する電流を検出する機能を備えている。電流センサーＣ２は、駆動モータＭ２の回転を制御する電流を検出する機能を備えている。同様に、電流センサーＣ３、Ｃ４、Ｃ５及びＣ６は、駆動モータＭ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６の回転を制御する電流を検出する機能を備えている。

ガススプリング８は、その基端部８ｂをアーム支持部としての第１アーム１２に軸着されている。ガススプリング８は、その先端部８ｃを回動アームとしての第２アーム１４に軸着されている。このガススプリング８は、この基端部８ｂと先端部８ｃとの間で伸縮可能にされている。第２アーム１４の回動に伴って、このガススプリング８は回動可能にされている。

図１の符号Ｐａは、第２アーム１４の回動中心を表している。符号Ｐｂは、ガススプリング８の基端部８ｂの回動中心を表している。符号Ｐｃは、ガススプリング８の先端部８ｃの回動中心を表している。両矢印Ｓは、基端部８ｂの回転中心Ｐｂから先端部８ｃの回転中心Ｐｃまでの距離を表している。この距離Ｓは、ガススプリング８の伸縮によって、変動する。

制御装置１０は、データを入力し出力する入出力部と、データを記憶する記憶部と、データを演算する演算部とを備えている。制御装置１０は、駆動モータＭ１からＭ６のそれぞれの回転を制御する機能を備えている。制御装置１０は、回転センサーＥ１からＥ６のそれぞれから、駆動モータＭ１からＭ６の回転位置情報を受信する機能を備えている。制御装置１０は、第１アーム１２、第４アーム１８及び第６アーム２２の回転位置と第２アーム１４、第３アーム１６及び第５アーム２０の回動位置とを特定する機能を備えている。制御装置１０は、電流センサーＣ１からＣ６の電流値を受信する機能を備えている。制御装置１０は、駆動モータＭ１からＭ６の電流値から駆動モータＭ１からＭ６のトルクを計算する機能を備えている。

図２（ａ）には、図１のガススプリング８の使用状態が示されている。このガススプリング８は、シリンダ２６及びピストン２８を備えている。シリンダ２６は、基端部８ｂに取り付けられている。ピストン２８は、先端部８ｃに取り付けられている。このピストン２８がシリンダ２６に摺動可能に挿入されている。このピストン２８とシリンダ２６とがガス室３０を形成している。このガス室３０には、高圧のガスが封入されている。このガスは、特に限定されないが、例えば不活性ガスである。

図２（ｂ）には、図２（ａ）のガススプリング８の全長が伸ばされた使用状態が示されている。図２（ｂ）の距離Ｓは、図２（ａ）の距離Ｓより大きい。図２（ｂ）では、ガススプリング８の全長が伸びることで、ガス室３０の容積が縮小している。図２（ｂ）の使用状態では図２（ａ）の使用状態に比べて、ガス室３０のガスが圧縮されている。図２（ｂ）のガススプリング８では、図２（ａ）のそれに比べて、ガススプリング８の全長が縮む向きに、大きな力が作用している。

なお、このガススプリング８では、その全長が伸びたときに、その全長が縮む向きの力が作用する。このガススプリング８の基端部８ｂが第１アーム１２に代えて第２アーム１４に軸着され、その先端部８ｃが第２アーム１４に代えて第１アーム１２に軸着されてもよい。このガススプリング８は、第２アーム１４に作用する荷重を支持して駆動モータＭ２の負荷を軽減する機能を発揮できればよい。ガススプリング８は、その全長が縮んだときに、その全長が延びる向きの力が作用するものであってもよい。ガススプリング８の全長が縮んだときに、その全長が延びる向きの力を作用させて、駆動モータＭ２の負荷を軽減する様に構成されてもよい。

図３には、図１のロボット２の回動中心Ｐａ、Ｐｂ及びＰｃの位置関係が示されている。図３には、図１の紙面に平行な平面に投影されて、これらの位置関係が示されている。一点鎖線Ｃは、図１の第２アーム１４の回動に伴って移動する回動中心Ｐｃの軌跡を表している。この軌跡Ｃは、回動中心Ｐａを中心とする円弧である。二点鎖線Ｌｂは、基準線を表している。この基準線Ｌｂは、回動中心Ｐａと回動中心Ｐｂを通って延びる直線である。

符号Ｐｃ１は、軌跡Ｃと基準線Ｌｂとの交点である。二点鎖線Ｃ’は、回動中心Ｐｂを中心とし、交点Ｐｃ１で軌跡Ｃに内接する円弧の軌跡を表している。両矢印Ｓ１は、回動中心Ｐｂから交点Ｐｃ１までの距離を表している。この距離Ｓ１は、図３において、回動中心Ｐｂと交点Ｐｃ１との直線距離として求められる。この距離Ｓ１は、軌跡Ｃ’の半径である。

二点鎖線Ｌｃは、仮想線を表している。この仮想線Ｌｃは、回動中心Ｐａを通って軌跡Ｃの半径方向に延びる直線である。符号Ｐｃ２は、軌跡Ｃと仮想線Ｌｃとの交点である。二点鎖線Ｌｄは、回動中心Ｐｂと交点Ｐｃ２とを通って延びる直線である。符号Ｐｃ’は、この直線Ｌｄと軌跡Ｃ’との交点を表している。両矢印Ｓ２は、回動中心Ｐｂから交点Ｐｃ２までの距離を表している。この距離Ｓ２は、図３において、回動中心Ｐｂと交点Ｐｃ２との直線距離として求められる。両矢印θｃは、基準線Ｌｂと仮想線Ｌｃとのなす角度を表している。この角度θｃは、図３において、基準線Ｌｂを０°とし、時計回り向きを正とし、反時計回り向きを負として表される。

このロボット２では、第２アーム１４が回動して、図１の回動中心Ｐｃが交点Ｐｃ１に移動したとき、ガススプリング８の距離Ｓは、距離Ｓ１にされる。この距離Ｓ１は、距離Ｓの最小値である。また、第２アーム１４が回動して、回動中心Ｐｃが交点Ｐｃ２に移動したとき、この距離Ｓは、距離Ｓ２にされる。このとき、ガススプリング８の距離Ｓは、距離Ｓ１から距離Ｓ２に伸ばされる。ガススプリング８は、距離Ｓ１と距離Ｓ２と差（Ｓ２－Ｓ１）だけ伸ばされる。

即ち、回動中心Ｐｃが交点Ｐｃ１から交点Ｐｃ２まで移動することで、ガススプリング８の距離Ｓは差（Ｓ２－Ｓ１）だけ伸ばされる。このとき、ガスが圧縮されて、ガススプリング８は、その全長が縮む向きの力を発生させる。これにより、このガススプリング８は、回動する第２アーム１４に作用する荷重を支持して、駆動モータＭ２の負荷を軽減する機能を発揮する。

図４（ａ）には、駆動モータＭ２が発生するトルクＴｍと、ガススプリング８が発生するトルクＴｇとが、模式的に表されている。この図４（ａ）は、第２アーム１４が回動状態のロボット２のある姿勢における、トルクＴｍとトルクＴｇとが表されている。この図４（ａ）は、ガスの漏洩がない初期の設定状態でのトルクＴｍとトルクＴｇとが表されている。この回動状態の第２アーム１４は、このトルクＴｇとトルクＴｍとが作用して所定の回動動作を行っている。

図４（ｂ）には、ガスの一部が漏洩した状態での、トルクＴｍとトルクＴｇとが表されている。この図４（ｂ）には、ロボット２が図４（ａ）と同じ姿勢における、トルクＴｍとトルクＴｇとが表されている。図４（ｂ）では、ガスの漏洩によって、ガススプリング８の負担するトルクＴｇが減少している。トルクＴｇが減少量ΔＴだけ減少している。第２アーム１４が所定の回動動作を行うために、駆動モータＭ２が発生するトルクＴｍが増大している。このトルクＴｍは、減少量ΔＴだけ増大している。

このロボット２では、第２アーム１４の姿勢によって、角度θｃが定まる（図３参照）。ガススプリング８の距離Ｓも一義的に定まる。このため、ガスの漏洩がない初期の設定状態において、ガススプリング８のトルクＴｇも、第２アーム１４の姿勢によって定まる。この第２アーム１４の姿勢によって定まるトルクＴｇに基づき、駆動モータＭ２が負担すべきトルクＴｍも一義的に定まる。また、このトルクＴｍが定まれば、駆動モータＭ２の電流－トルク特性に基づき、駆動モータＭ２に供給すべき電流値を計算的に求めることができる。

図４（ｂ）に示される様に、ガススプリング８のガスの一部が漏洩してガス圧が低下すると、ガススプリング８のトルクＴｇが減少する。第２アーム１４に所定の動作をさせるため、このトルクＴｇの減少量ΔＴは駆動モータＭ２のトルクＴｍを増加させて補われる。この増加したトルクＴｍは、駆動モータＭ２の電流－トルク特性に基づき、駆動モータＭ２の実電流値から計算的に求めることができる。

ここで、本発明に係るガス減少状態推定方法が、このロボット２を用いて、説明される。このガス減少状態推定方法は、ロボット２のガススプリング８の使用開始後の任意の時点において、ガススプリング８のガスの減少量を推定する方法である。

このガス減少状態推定方法は、準備工程（ＳＴＥＰ１）、実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２）及び推定工程（ＳＴＥＰ３）を備えている。

準備工程（ＳＴＥＰ１）では、制御装置１０は、予め求められた係数Ｋを記憶する。この係数Ｋは、実電流値Ｉｍと後述する理論電流値Ｉｉとから求められる。実電流値Ｉｍは、駆動する駆動モータＭ２より実際の電流値として取得される。理論電流値Ｉｉは、駆動モータＭ２の計算上の電流値として求められる。この係数Ｋは、実電流値Ｉｍに対する理論電流値Ｉｉの比（Ｉｉ／Ｉｍ）として算出される。

理論電流値Ｉｉは、ガススプリング８の初期のガス圧Ｐｉでの設定状態において、駆動モータＭ２に供給されるべき電流値である。この設定状態において、第２アーム１４の回動姿勢に応じて一義的に駆動モータＭ２の負担すべきトルクＴｍが定まる。駆動モータＭ２の電流－トルク特性に基づき、この駆動モータＭ２の負担すべきトルクＴｍから、理論電流値Ｉｉが求められる。動摩擦力が考慮された理論電流値Ｉｉを求めることと、制御装置１０がこの理論電流値Ｉｉを記憶することとは、衝突検知のために、従来から行われている。

例えば、第２アーム１４が回動状態の異なる複数の姿勢において、制御装置１０は、電流センサーＣ２から駆動モータＭ２の実電流値Ｉｍを取得する。制御装置１０は、これらのそれぞれの姿勢に対応する駆動モータＭ２の理論電流値Ｉｉを求め、記憶する。制御装置１０は、これらの理論電流値Ｉｉと実電流値Ｉｍとから、比（Ｉｉ／Ｉｍ）を求める。制御装置１０は、これらの比（Ｉｉ／Ｉｍ）の平均値として、この係数Ｋを求める。この係数Ｋのバラツキが小さければ、制御装置１０は、この係数Ｋを記憶する。

この係数Ｋのバラツキが大きければ、例えば、回動状態の第２アーム１４の姿勢の範囲を細分化した領域を設定する。設定された領域毎に係数Ｋが求められる。この領域は、第２アーム１４の姿勢のみならず、第１アーム１２から第６アーム２２の姿勢の範囲を含めて、細分化されてもよい。この場合、制御装置１０は、設定された領域とこの領域に対応する係数Ｋとを記憶する。

実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２）は、判定工程（ＳＴＥＰ２－１）及び回動実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２－２）を備えている。実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２）では、制御装置１０が、第２アーム１４が回動状態か否かを判定する。回動実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２－２）では、制御装置１０が、第２アーム１４の回動状態の実電流値Ｉｍを取得する。この実電流値Ｉｍは、特に回動実電流値Ｉｒともいう。

例えば、この実電流値取得工程（ＳＴＥＰ２）では、制御装置１０は、ロボット２の一連の動作において、実電流値Ｉｍを取得する。この実電流値Ｉｍは、例えば、第２アーム１４が回動状態の所定時間の電流値の平均値として取得される。この電流値の平均値は、所定時間の間、積分した積分量を、この所定時間で除して求めることができる。この所定時間は、数秒であってもよいし、数分であってもよい。

制御装置１０は、一連の動作に対応する実電流値Ｉｍから、第２アーム１４が停止状態ではなく回動状態にあるときの実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）を記憶する。

なお、この回動実電流値Ｉｒの取得方法は例示であって、これに限られない。この方法では、第２アーム１４が停止中の実電流値Ｉｍを含まない、第２アーム１４の回動実電流値Ｉｒが取得できればよい。例えば、制御装置１０は、実電流値Ｉｍの取得に先立って第２アーム１４が回動状態か否かを判定してもよい。そして、制御装置１０は、第２アーム１４が回動状態のときの実電流値Ｉｍを取得してもよい。

推定工程（ＳＴＥＰ３）では、制御装置１０は、ガススプリング８のガスの減少状態を推定する。制御装置１０は、例えば、ガス圧の減少圧ΔＰを求めることで、ガスの減少状態を推定する。具体的には、制御装置１０は、第２アーム１４が回動状態における、係数Ｋと、回動実電流値Ｉｒと、理論電流値Ｉｉと、後述する仮想電流値Ｉｇとから、ガス圧の減少圧ΔＰを求める。

仮想電流値Ｉｇは、ガススプリング８のトルクＴｇを駆動モータＭ２で発生させたときの電流値である。ガススプリング８の初期のガス圧Ｐｉでの設定状態において、ガススプリング８の負担するべきトルクＴｇは一義的に定まる。この設定状態において、第２アーム１４の回動姿勢に応じてトルクＴｇが定まる。駆動モータＭ２の電流－トルク特性に基づき、このトルクＴｇを駆動モータＭ２で発生させたときの仮想電流値Ｉｇが求められる。

図４（ａ）及び４（ｂ）に示されたように、ガススプリング８のガス圧が低下すると、第２アーム１４に所定の動作をさせるため、駆動モータＭ２のトルクＴｍが減少量ΔＴだけ増大する。この駆動モータＭ２は、この減少量ΔＴの増大に伴い、実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）が増大する。従って、制御装置１０は、以下の数式（１）により、ガススプリング８のガス圧の低下率Ｇｐを計算できる。更に、制御装置１０は、初期のガス圧Ｐｉとして、以下の数式（２）により、ガス圧の減少圧ΔＰを計算できる。
Ｇｐ ＝ （Ｋ・Ｉｍ－Ｉｉ）／Ｉｇ （１）
ΔＰ ＝ Ｐｉ・Ｇｐ （２）

この制御装置１０は、減少圧ΔＰの閾値ΔＰｒを記憶している。この推定工程（ＳＴＥＰ３）では、ロボット２は、減少圧ΔＰが閾値ΔＰｒ以上であるときに、図示されない警報器によって、警報を発する。その後、ロボット２は、所定の停止位置に戻ったときに、停止して待機状態になる。

このロボット２では、第２アーム１４が回動状態の実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）と理論電流値Ｉｉとの比較に基づいて、減少圧ΔＰを推定している。このロボット２では、第２アーム１４の停止状態にあるときの実電流値Ｉｍを用いずに、減少圧ΔＰを推定している。

第２アーム１４の停止状態では、第２アーム１４に静止摩擦力が作用している。この静止摩擦力が作用することで、この第２アーム１４の停止状態では、駆動モータＭ２のトルクＴｍ及び実電流値Ｉｍにばらつきが生じる。このばらつきによって、停止状態にある第２アーム１４での実電流値Ｉｍに基づいて推定する減少圧ΔＰは、誤差を生じ易い。このロボット２の制御装置１０は、回動状態の第２アーム１４の実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）に基づいて、減少圧ΔＰを推定している。回動状態の第２アーム１４には、静止摩擦力は作用せず、一定の動摩擦力が作用している。この動摩擦力が作用する回動状態の第２アーム１４では、駆動モータＭ２のトルクＴｍの増減は、第２アーム１４の回動速度を増減させる。回動状態の第２アーム１４では、駆動モータＭ２の実電流値Ｉｍの増減は、第２アーム１４の回動速度を増減させる。この制御装置１０は、回動状態の第２アーム１４での実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）に基づいて減少圧ΔＰを推定することで、減少圧ΔＰを高精度に推定できる。このロボット２の制御装置１０は、ガススプリング８のガスの減少状態を高精度に推定できる。

このロボット２では、稼働中に任意の時点において、減少圧ΔＰを推定できる。このロボット２では、ガスの減少状態を推定するための特別な動作を必要としない。このロボット２は、製造ラインを停止することなく、ガスの減少状態を推定できる。また、このロボット２を稼働しながら、即時に減少圧ΔＰを推定できる。ガスの減少状態が所定の状態になったときに、即時に警報を発することができる。このロボット２は、ガススプリング８のガスの減少による動作不良や故障を未然に防止できる。

駆動モータＭ２の角加速度の変動が大きい場合には、この駆動モータＭ２で測定される実電流値Ｉｍの変動も大きい。この変動が大きい実電流値Ｉｍは、減少圧ΔＰの推定精度を低下させる。この推定精度を向上させる観点から、駆動モータＭ２の、単位時間あたりの角加速度の変化率、即ち角加速度の変動は小さいことが好ましい。この観点から、制御装置１０は、角加速度の変動の大きさを判定する機能を備えることが好ましい。制御装置１０は、この角加速度の変動が所定の絶対値を越えるときの実電流値Ｉｍを含まず、この角加速度の変動が所定の絶対値以下であるときの実電流値Ｉｍを基づいて、減少圧ΔＰを推定する機能を備えることが好ましい。

また、伸びが小さいガススプリング８では、ガスの圧縮率が小さい。この圧縮率が小さいガススプリング８は、ガス圧の減少圧ΔＰの推定精度を低下させる。逆に、伸びが大きいガススプリング８では、高精度で減少圧ΔＰを推定できる。この観点から、図３の基準線Ｌｂと仮想線Ｌｃとのがなす角度θｃの絶対値が大きい状態において、駆動モータＭ２の実電流値Ｉｍが取得されることが好ましい。減少圧ΔＰを高精度に推定する観点から、この角度θｃの絶対値は、好ましくは、２０°以上であり、更に好ましく２５°以上であり、特に好ましくは３０°以上である。

この減少圧ΔＰを高精度に推定する観点から、ガスの圧縮率が大きいガススプリング８で、減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。請け負うトルクＴｇが大きいガススプリング８で、減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。この第２アーム１４がガススプリング８の請け負う最大トルクＴｇｍａｘの２５％以上のトルクＴｇを発生させる姿勢であるときの、実電流値Ｉｍを基づいて、この減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。最大トルクＴｇｍａｘの２５％未満のトルクＴｇを含まず、最大トルクＴｇｍａｘの２５％以上のトルクＴｇを発生させるときの、実電流値Ｉｍを基づいて、この減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。この最大トルクＴｇｍａｘは、このロボット２において、ガススプリング８が負担しうる最大値である。

ここでは、ガス圧の減少圧ΔＰを推定したが、本発明で推定されるガスの減少状態は、これに限られない。第２アーム１４が回動状態の駆動モータＭ２の実電流値Ｉｍと理論電流値Ｉｉとの比較に基づいて、ガスの減少状態が推定されればよい。ガスの減少状態として、ガス圧の低下率Ｇｐ、ガススプリング８のガス圧、ガス室３０のガス量又はガス室３０から漏洩したガス漏洩量が求められてもよい。更には、ガスの減少状態を表すものとして、駆動モータＭ２の回動状態の実電流値Ｉｍと理論電流値Ｉｉとの比較が直に用いられてもよい。

このロボット２では、第２アーム１４が本発明に係る回動アームとして、第１アーム１２が本発明に係るアーム支持部として、説明がされたがこれに限られない。例えば、第２アーム１４と第３アーム１６との間にガススプリングが設けられて、第２アーム１４がアーム支持部とされ、第３アーム１６が回動アームとされてもよい。同様に、第４アーム１８と第５アーム２０との間にガススプリングが設けられて、第４アーム１８がアーム支持部とされ、第５アーム２０が回動アームとされてもよい。ここでは、本発明に係るロボット２は、多関節型ロボットを例に説明がされたが、アーム支持部と回動アームとを備える関節型ロボットであればよい。

図５には、ロボット２がある動作をしたときの、ガススプリング８のガス圧Ｐａの変化の様子が、グラフに例示されている。このグラフの横軸は時間ｔ（ｓ）であり、縦軸は圧力Ｐ（ＭＰａ）である。ロボット２の第２アーム１４が回動することで、ガススプリング８が伸縮する。第２アーム１４の回動によって、図５に示される様に、ガススプリング８のガス圧Ｐａは増減する。

［テスト１］
図６（ａ）には、本発明に係る推定方法で推定されたガス圧と実際のガス圧Ｐａとの差と、従来の推定方法で推定されたガス圧と実際のガス圧Ｐａとの差とが表されている。図６（ａ）では、Ｍ１からＭ１２の異なる１２の動作において、ガススプリング８のガス圧が推定された。符号Ａで示される斜線のガス圧の差は、本発明に係る推定方法に基づくものである。符号Ｂで示される斜線のガス圧の差は、従来の推定方法に基づくものである。この従来の推定方法では、駆動モータＭ２が駆動状態で且つ第２アーム１４が停止状態での実電流値Ｉｍに基づいてガス圧の減少圧ΔＰが推定された。この減少圧ΔＰに基づくガス圧と実際のガス圧Ｐａとの差が求められている。図６（ａ）では、初期の設定状態におけるガススプリング８のガス圧はＰ１（１１（ＭＰａ））にされた。図６（ａ）には、圧力Ｐが基準線として実線で表され、圧力Ｐａ＋１（ＭＰａ）と圧力Ｐａ－１（ＭＰａ）とが一点鎖線で表されている。

図６（ａ）に示される様に、１２種類の動作のうち、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１１及びＭ１２の８種類の動作で、本発明に係る推定方法で推定されたガス圧の差が、従来の推定方法で推定されたガス圧の差より小さい。更に、本発明に係る推定方法で推定されたガス圧とガス圧Ｐａとの差は、いずれの動作においても１（ＭＰａ）以下であった。これに対して、従来の推定方法で推定されたガス圧とガス圧Ｐａとの差は、動作Ｍ１１及び動作Ｍ１２において、１（ＭＰａ）を越えている。本発明に係る推定方法は、従来の推定方法に比べて、ガスの減少状態を高精度に推定できる。

図６（ｂ）及び図６（ｃ）には、初期の設定状態におけるガススプリング８のガス圧を変更した他は、図６（ａ）での推定方法と同様にして、ガス圧の差が求められた。図６（ｂ）では、初期の設定状態におけるガススプリング８のガス圧がＰ２（９（ＭＰａ））にされた。図６（ｃ）では、初期の設定状態におけるガススプリング８のガス圧がＰ３（７（ＭＰａ））にされた。この図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示される様に、ガススプリング８のガス圧が低下しても、本発明に係る推定方法では、ガスの減少状態を高精度に推定できる。

［テスト２］
図７（ａ）には、本発明に係る推定方法で推定されたガス圧と実際のガス圧Ｐａとの関係が示されている。図７（ａ）のガス圧は、第２アーム１４が回動状態にあるときの実電流値Ｉｍに基づいて推定されている。図７（ａ）において、横軸は時間ｔ（ｓ）であり、縦軸は実際のガス圧Ｐａに対するガス圧Ｐの比（Ｐ／Ｐａ）である。直線（Ｐａ／Ｐａ）は、実際のガス圧Ｐａとそのガス圧Ｐａの比（Ｐａ／Ｐａ）の基準線を表している。黒丸で示された点は、それぞれ推定されたガス圧とガス圧Ｐａとの比を表している。

図７（ａ）では、二点鎖線で領域Ａ１、Ａ２及びＡ３で、推定されたガス圧のバラツキが他の領域のそれに比べて小さくなっている。この領域Ａ１、Ａ２及びＡ３は、いずれも、角加速度が一定の状態で測定された実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）に基づいて推定されている。この領域Ａ１、Ａ２及びＡ３は、駆動モータＭ２の角加速度が一定の状態での実電流値Ｉｍに基づいて推定されたガス圧では、バラツキが小さいことを表している。ガススプリング８のガスの減少状態を高精度に推定する観点から、制御装置１０は、駆動モータＭ２の角加速度の大きさを判定する機能を備えることが好ましい。この制御装置１０は、駆動モータＭ２の角加速度が変動するときの実電流値Ｉｍを含まない、この角加速度が一定の状態での実電流値Ｉｍに基づいて、ガスの減少状態を推定する機能を備えることが好ましい。

図７（ｂ）では、本発明に係る他の推定方法で推定されたガス圧と実際のガス圧Ｐａとの関係が示されている。この図７（ｂ）では、駆動モータＭ２の角加速度の変動の大きさが所定の絶対値以下であるときの実電流値Ｉｍ（回動実電流値Ｉｒ）が用いられた。その他は、図７（ａ）の推定方法と同様にして、推定されたガス圧とガス圧Ｐａとの比が求められている。この図７（ａ）と図７（ｂ）の縦軸及び横軸の目盛りの大きさは同じにして表されている。図７（ｂ）は、図７（ａ）に比べて、推定されたガス圧のバラツキが小さい。ガススプリング８のガスの減少状態を高精度に推定する観点から、制御装置１０は、駆動モータＭ２の角加速度の変動の大きさを判定する機能を備えることが好ましい。この制御装置１０は、駆動モータＭ２の角加速度の変動が所定の絶対値を越えるときの実電流値Ｉｍを含まない、この角加速度の変動が所定の絶対値以下であるときの実電流値Ｉｍに基づいて、ガスの減少状態を推定する機能を備えることが好ましい。

［テスト３］
図８には、本発明に係る推定方法で推定されたガス圧と角度θｃ（図３参照）との関係が示されている。図８において、横軸は角度θｃであり、縦軸は実際のガス圧Ｐａに対するガス圧Ｐの比（Ｐ／Ｐａ）である。直線（Ｐａ／Ｐａ）は、実際のガス圧Ｐａとそのガス圧Ｐａの比（Ｐａ／Ｐａ）の基準線を表している。黒丸で示された点は、それぞれ推定されたガス圧とガス圧Ｐａとの比を表している。

図８は、角度θｃの絶対値が大きい範囲では、推定されたガス圧のバラツキが小さいことを表している。推定されたガス圧のバラツキは、角度θｃの絶対値が２０°以上で明らかに小さくなっている。この推定されたガス圧のバラツキは、角度θｃの絶対値が２５°以上で更に小さくなっており、角度θｃの絶対値が３０°以上で特に小さくなっている。

このガスの減少状態を高精度に推定する観点から、制御装置１０は、角度θｃの絶対値を判定する機能を備えることが好ましい。制御装置１０は、この角度θｃが所定の角度以上であるときの実電流値Ｉｍに基づいてガスの減少状態を推定することが好ましい。この所定の角度は、好ましくは２０°以上であり、更に好ましくは２５°以上であり、特に好ましくは３０°以上である。

また、この図８は、ガスの圧縮率が大きいガススプリング８で減少圧ΔＰを推定することで、ガスの減少状態を高精度に推定しうることを表している。この観点から、請け負うトルクＴｇが大きいガススプリング８で、減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。この第２アーム１４がガススプリング８の請け負う最大トルクＴｇｍａｘの２５％以上のトルクＴｇを発生させる姿勢であるときの、実電流値Ｉｍを基づいて、この減少圧ΔＰが推定されることが好ましい。

２・・・ロボット
４・・・基台
６・・・ロボットアーム
８・・・ガススプリング
８ｂ・・・基端部
８ｃ・・・先端部
１０・・・制御装置
１２・・・第１アーム（アーム支持部）
１４・・・第２アーム（回動アーム）
１６・・・第３アーム
１８・・・第４アーム
２０・・・第５アーム
２２・・・第６アーム
２４・・・ハンド
２６・・・シリンダ
２８・・・ピストン
３０・・・ガス室

Claims (4)

1. アーム支持部と、
   前記アーム支持部に回動可能に支持される回動アームと、
   前記回動アームを回動する駆動モータと、
   前記回動アームに作用する荷重を支持して前記駆動モータの負荷を軽減するガススプリングと、
   制御装置と
   を備えており、
   前記制御装置が、
   前記回動アームが回動状態にあることを判定する機能と、
   前記回動アームが回動状態にあることの判定によって、前記回動アームが停止状態にあるときの前記駆動モータの実電流値を用いずに、前記回動アームが回動状態にあるときの前記駆動モータの実電流値と理論電流値との比較に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する機能と
   を備えている、関節型ロボット。
2. 前記制御装置が前記駆動モータの角加速度の変動の大きさを判定する機能を備えている請求項１に記載の関節型ロボット。
3. 前記制御装置が、前記回動アームが、前記ガススプリングの請け負う最大トルクの２５％以上のトルクを発生させる姿勢であるときの、実電流値を用いる、請求項１又は２に記載の関節型ロボット。
4. 回動アームと、前記回動アームを回動する駆動モータと、前記回動アームに作用する荷重を支持して前記駆動モータの負荷を軽減するガススプリングと、を備える関節型ロボットにおいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する方法であって、
   前記駆動モータの実電流値を取得する実電流値取得工程と、
   前記実電流値に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する推定工程と
   を備えており、
   前記実電流値取得工程において、前記回動アームが回動状態にあることを判定し、前記回動アームが停止状態にあるときの前記駆動モータの実電流値を用いずに、前記回動アームが回動状態にあるときの前記実電流値を取得し、
   前記推定工程において、前記実電流値取得工程で取得した前記実電流値と理論電流値との比較に基づいて、前記ガススプリングのガスの減少状態を推定する、ガス減少量推定方法。

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