JP7310358B2 - オーバーシュート量検出方法、オーバーシュート量検出システム、ロボットシステムおよびオーバーシュート量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、オーバーシュート量検出方法、オーバーシュート量検出システム、ロボットシステムおよびオーバーシュート量調整方法に関するものである。

特許文献１に記載されているロボット制御システムは、エンドエフェクターに設けられた加速度センサーを有し、この加速度センサーから出力される検出信号に基づいてアームの設定停止位置からのオーバーシュート量を検出する。具体的には、ロボット制御システムは、加速度センサーから出力される検出信号である加速度信号を２回積分することによりアームの位置を検出し、検出した位置と設定停止位置とのずれの最大値をオーバーシュート量として検出する。

特開２０１８－１１８３５３号公報

加速度センサーから出力される加速度信号を２回積分するとノイズ起因によるドリフトが発生するため、積分を行う際に加速度信号から当該信号に含まれる低周波成分の信号をフィルター処理等によって除去する必要がある。しかしながら、低周波成分は、アームの移動を示す重要な成分であり、このような低周波成分を除去してしまうと、アームのオーバーシュート量を精度よく検出することができないという問題がある。

本発明のオーバーシュート量検出方法は、変位するアームの作業部における慣性を検出する慣性センサーから出力される第１検出信号に対して２回積分と、前記第１検出信号に含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号を生成し、
前記アームの変位量を検出するエンコーダーから出力される第２検出信号から前記第１信号の前記低周波成分を補う第２信号を生成し、
前記第１信号と前記第２信号とに基づいて前記アームのオーバーシュート量を検出することを特徴とする。

本発明の好適な実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 オーバーシュート量の検出方法を示すフローチャートである。

以下、本発明のオーバーシュート量検出方法、オーバーシュート量検出システム、ロボットシステムおよびオーバーシュート量調整方法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、本発明の好適な実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、制御装置の構成を示すブロック図である。図３は、オーバーシュート量の検出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、ロボット本体１００と、ロボット本体１００の駆動を制御する制御装置２００と、を有する。

まず、ロボット本体１００について簡単に説明する。図１に示すように、ロボット本体１００は、水平多関節ロボットすなわちスカラロボットであり、例えば、電子部品等のワークの保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いられる。なお、ロボット本体１００の用途は、特に限定されない。

ロボット本体１００は、基台１１０と、基台１１０に接続されているアーム１２０と、を有する。また、アーム１２０は、基端部が基台１１０に接続され、基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわり回動可能な第１アーム１２１と、基端部が第１アーム１２１の先端部に接続され、第１アーム１２１に対して第１軸Ｊ１と平行な第２軸Ｊ２まわりに回動可能な第２アーム１２２と、を有する。また、第２アーム１２２の先端部には作業ヘッド１３０が設けられている。

基台１１０は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。また、基台１１０内には基台１１０に対して第１アーム１２１を鉛直方向に沿う第１軸Ｊ１まわりに回動させる駆動装置１４１が設けられており、第２アーム１２２内には第１アーム１２１に対して第２アーム１２２を第２軸Ｊ２まわりに回動させる駆動装置１４２が設けられている。

駆動装置１４１には、第１アーム１２１を基台１１０に対して第１軸Ｊ１まわりに回動させる駆動源としてのモーターＭ１、モーターＭ１の駆動を制御するコントローラーＣ１、第１アーム１２１の第１軸Ｊ１まわりの変位量（回動角）を検出するエンコーダーＥ１等が含まれている。同様に、駆動装置１４２には、第２アーム１２２を第１アーム１２１に対して第２軸Ｊ２まわりに回動させる駆動源としてのモーターＭ２、モーターＭ２の駆動を制御するコントローラーＣ２、第２アーム１２２の第２軸Ｊ２まわりの変位量（回動角）を検出するエンコーダーＥ２等が含まれている。

作業ヘッド１３０は、第２アーム１２２の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット１３１およびボールネジナット１３２と、スプラインナット１３１およびボールネジナット１３２に挿通されたスプラインシャフト１３３と、を有する。スプラインシャフト１３３は、第２アーム１２２に対して、その中心軸であり、第１、第２軸Ｊ１、Ｊ２と平行な第３軸Ｊ３まわりに回転可能であり、かつ、第３軸Ｊ３に沿った方向に昇降可能である。

第２アーム１２２内にはスプラインナット１３１を回転させてスプラインシャフト１３３を第３軸Ｊ３まわりに回転させる駆動装置１４３と、ボールネジナット１３２を回転させてスプラインシャフト１３３を第３軸Ｊ３に沿った方向に昇降させる駆動装置１４４と、が設けられている。

駆動装置１４３には、スプラインシャフト１３３を第２アーム１２２に対して第３軸Ｊ３まわりに回動させる駆動源としてのモーターＭ３、モーターＭ３の駆動を制御するコントローラーＣ３、スプラインシャフト１３３の第３軸Ｊ３まわりの変位量（回動角）を検出するエンコーダーＥ３等が含まれている。同様に、駆動装置１４４には、スプラインシャフト１３３を第２アーム１２２に対して第３軸Ｊ３方向に昇降させる駆動源としてのモーターＭ４、モーターＭ４の駆動を制御するコントローラーＣ４、スプラインシャフト１３３の第３軸Ｊ３方向の変位量（昇降量）を検出するエンコーダーＥ４等が含まれている。

ここで、各エンコーダーＥ１～Ｅ４は、共通の固定座標系Ｄ１を有する。固定座標系Ｄ１は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有しており、Ｘ軸およびＹ軸が水平方向に延び、Ｚ軸が鉛直方向に延びている。このような固定座標系Ｄ１は、基台１１０に対して固定されており、そのため、アーム１２０の変位に関わらず、その位置は固定されている。

スプラインシャフト１３３の下端部には、エンドエフェクター１６０を装着するためのペイロード１５０が設けられている。ペイロード１５０に装着するエンドエフェクター１６０としては、目的の動作を行うことができれば、特に限定されないが、本実施形態では、対象物Ｘを把持するためのハンドが用いられている。なお、把持方法としては、特に限定されず、複数の爪部で挟み込んでもよいし、エアチャック、静電チャック等によって吸着させてもよい。

本実施形態のエンドエフェクター１６０は、ペイロード１５０に装着された基部１６１と、基部１６１に対して開閉自在な一対の爪部１６２、１６３と、を有する。そして、爪部１６２、１６３を接近させることにより対象物を把持し、爪部１６２、１６３を離間させることにより、把持した対象物を離脱させることができる。ただし、エンドエフェクター１６０の構成としては、特に限定されない。

また、ロボット本体１００は、エンドエフェクター１６０の基部１６１に設けられた慣性センサーとしての加速度センサー１７０を有する。この加速度センサー１７０は、互いに直交する３軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出することのできる３軸加速度センサーである。加速度センサー１７０は、可動座標系Ｄ２を有する。可動座標系Ｄ２は、互いに直交するＸ’軸、Ｙ’軸およびＺ’軸を有しており、Ｘ’軸およびＹ’軸が水平方向に延び、Ｚ’軸が鉛直方向に延びている。このような可動座標系Ｄ２は、基部１６１に対して固定されており、基部１６１がＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向に移動・回動すればそれに伴って移動・回動するし、基部１６１が第３軸Ｊ３まわりに回転すればそれに伴って回転する。

このように、慣性センサーとして加速度センサー１７０を用いることにより、回転を伴わない並進方向（直線方向）についてもアーム１２０の移動や振動を検出することができる。ただし、慣性センサーとしては、加速度センサー１７０に限定されず、例えば、角速度センサーを用いることもできる。この場合は、アーム１２０の並進方向の移動や振動が生じないロボット本体と組み合わせることが好ましい。

以上、ロボット本体１００の全体構成について簡単に説明した。ただし、ロボット本体１００の構成については、特に限定されず、例えば、アーム１２０は、第１アーム１２１を省略し、第２アーム１２２が基台１１０に接続されている構成となっていてもよいし、第１アーム１２１と第２アーム１２２との間に、さらに、第１、第２軸Ｊ１、Ｊ２と平行な軸まわりに回転可能な少なくとも１つのアームが介在していてもよい。また、水平多関節ロボットではなく、複数のアームの回転軸が捩じれの関係にある６軸ロボット、双腕ロボット等の多関節ロボットであってもよい。

また、基台１１０内には、例えば、図示しないホストコンピューターからの指令に基づいて駆動装置１４１、１４２、１４３、１４４の駆動を制御する制御装置２００が設けられている。ただし、制御装置２００の設置位置は、特に限定されず、例えば、基台１１０の外部であってもよい。

制御装置２００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（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、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。

図２に示すように、制御装置２００は、アーム１２０のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート量検出部２１０と、オーバーシュート量検出部２１０での検出結果に基づいてアーム１２０の駆動条件を調整する駆動条件調整部２２０と、を有する。なお、アーム１２０のオーバーシュート量とは、アーム１２０を目標停止位置まで移動させた際の、前記目標停止位置に対するアーム１２０の行き過ぎ量の最大値である。

オーバーシュート量検出部２１０は、前述したようにアーム１２０のオーバーシュート量を検出する機能を有する。本実施形態のアーム１２０のオーバーシュート量とは、具体的には作業部であるエンドエフェクター１６０の基部１６１のオーバーシュート量を意味する。基部１６１は対象物を把持する爪部１６２、１６３すなわちロボット本体１００の作業部の十分近くに設けられている。そのため、当該部分のオーバーシュート量を検出することにより、作業部におけるオーバーシュート量をより精度よく検出することができる。そして、この検出結果を用いることにより、エンドエフェクター１６０の軌道をより精度よく制御することができ、その結果、ロボット本体１００の作業精度および作業効率がそれぞれ向上する。

オーバーシュート量検出部２１０は、加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａを取得し、取得した第１検出信号Ａから第１信号ＡＡを生成する第１信号生成部２１１と、各エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂを取得し、取得した第２検出信号Ｂから第２信号ＢＢを生成する第２信号生成部２１２と、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとを加算して第３信号ＣＣを生成し、この第３信号ＣＣに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を算出する算出部２１３と、を有する。以下、図３に示すフローチャートに基づいて、各部の機能およびオーバーシュート量の検出方法について詳細に説明する。

まず、第１信号生成部２１１での処理について説明する。第１信号生成部２１１は、まず、ステップＳ１１として、加速度センサー１７０から出力される加速度信号である第１検出信号Ａを取得する。次に、第１信号生成部２１１は、ステップＳ１２として、加速度センサー１７０から取得した第１検出信号Ａの座標系である可動座標系Ｄ２をエンコーダーＥ１～Ｅ４の座標系である固定座標系Ｄ１に変換する。当該変換は、例えば、同次変換行列を用いて行うことができる。このように、第１検出信号Ａの座標系である可動座標系Ｄ２をエンコーダーＥ１～Ｅ４の座標系である固定座標系Ｄ１に変換し、第１検出信号Ａと第２検出信号Ｂとの座標系を合わせることにより、後の第３信号ＣＣからアーム１２０のオーバーシュート量を精度よく算出することができる。

次に、第１信号生成部２１１は、ステップＳ１３として、第１検出信号Ａと第２検出信号Ｂ、具体的には後述する位置信号Ｂ１とを同期させる。これにより、後の第３信号ＣＣをより精度よく生成することができる。同期の方法としては、特に限定されないが、例えば、アーム１２０を駆動させた際に、第１検出信号Ａの立ち上がりを検出して、当該立ち上がり時刻をアーム１２０の動作開始時刻Ｔ１とし、第２検出信号Ｂの立ち上がりを検出して、当該立ち上がり時刻をアーム１２０の動作開始時刻Ｔ２とし、これら２つの動作開始時刻Ｔ１、Ｔ２を同時刻とすることにより、第１検出信号Ａと第２検出信号Ｂとを同期させることができる。

次に、第１信号生成部２１１は、第１検出信号Ａを２回積分し、第１検出信号Ａから低周波成分を除去する。具体的には、第１信号生成部２１１は、まず、ステップＳ１４として、第１検出信号Ａを積分して速度信号Ａ１を得る。次に、第１信号生成部２１１は、ステップＳ１５として、ハイパスフィルター等を用いて速度信号Ａ１から低周波成分を除去する。次に、第１信号生成部２１１は、ステップＳ１６として、速度信号Ａ１を積分して位置信号Ａ２を得る。次に、第１信号生成部２１１は、ステップＳ１７として、ハイパスフィルター等を用いて位置信号Ａ２から低周波成分を除去する。これにより、第１信号ＡＡが得られる。

ステップＳ１５、Ｓ１７で除去する低周波成分としては、その信号の周波数帯の中で相対的に低い周波数帯の成分を言い、絶対的な周波数帯を有する意味ではない。例えば、通常のロボット本体１００の作動では、第１検出信号Ａの周波数帯が１Ｈｚ～１００Ｈｚ程度であるため、例えば、１０Ｈｚ以下の成分とすることが好ましい。

第１検出信号Ａから低周波成分を除去するのは、次の理由による。上述のように加速度信号である第１検出信号Ａを１回積分すれば速度信号Ａ１が得られ、２回積分すれば位置信号Ａ２が得られることは公知である。そのため、位置信号Ａ２からエンドエフェクター１６０の基部１６１の位置を検出することも可能である。しかしながら、第１検出信号Ａを２回積分した位置信号では低い周波数のノイズが強調されてしまう。そのため、第１検出信号Ａを２回積分しただけの位置信号からは基部１６１の正確な位置を検出することが困難である。

以上の理由から、上述のノイズを除去すべく、第１検出信号Ａから低周波成分を除去する必要がある。なお、第１検出信号Ａから低周波成分を除去するタイミングや回数は、特に限定されない。例えば、ステップＳ１５、Ｓ１７のいずれか一方を省略してもよい。また、ステップＳ１５、Ｓ１７を省略し、その代わりに、ステップＳ１４に先立って第１検出信号Ａから低周波成分を除去してもよい。

上述のように、第１検出信号Ａから低周波成分を除去することにより位置信号Ａ２からノイズが除去されるが、除去した低周波成分は、アーム１２０の移動を示す重要な信号である。つまり、第１検出信号Ａから低周波成分を除去すると、ノイズを除去すると共にアーム１２０の移動を示す重要な信号まで除去してしまう。そのため、低周波成分を除去した位置信号Ａ２に基づいても、やはり、エンドエフェクター１６０の基部１６１の正確な位置を検出することが困難である。そこで、第２信号生成部２１２によって、第１検出信号Ａから除去した低周波成分を補う第２信号ＢＢを生成する。

次に、第２信号生成部２１２での処理について説明する。第２信号生成部２１２は、まずステップＳ２１として、各エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂを取得し、これら各第２検出信号Ｂからエンドエフェクター１６０の基部１６１の位置信号Ｂ１を得る。次に、第２信号生成部２１２は、ステップＳ２２として、位置信号Ｂ１と第１検出信号Ａとを同期させる。この工程は、前述したステップＳ１３と同工程である。次に、第２信号生成部２１２は、ステップＳ２３として、ローパスフィルター等を用いて位置信号Ｂ１から高周波成分を除去する。これにより、第１信号ＡＡから除去した低周波成分を補うための第２信号ＢＢが得られる。

ステップＳ２３で除去する高周波成分としては、第２信号ＢＢの周波数帯が第１信号ＡＡから除去した周波数帯を含んでいることが好ましい。これにより、第１信号ＡＡから除去した低周波成分を第２信号ＢＢによって補うことができる。前述したように、本実施形態では、第１信号ＡＡから１０Ｈｚ以下の低周波成分が除去されているため、第２信号ＢＢには０Ｈｚ～１０Ｈｚまでの低周波成分が含まれていることが好ましい。言い換えると、ステップＳ２３では、１０Ｈｚを超える周波数成分を除去するようにローパスフィルターを設定することが好ましい。

また、第２信号生成部２１２は、ステップＳ２３とは別に、ステップＳ２４として、前記ホストコンピューターからの位置指令（アーム１２０の目標停止位置に関する情報）と位置信号Ｂ１とに基づいて、アーム１２０の目標停止位置到達時における速度ベクトルＶ１を算出する。

以上、第１信号生成部２１１および第２信号生成部２１２の処理について、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとが生成されたところまで説明した。次に、算出部２１３の処理について説明する。算出部２１３は、まず、ステップＳ３１として、第１信号生成部２１１で得られた第１信号ＡＡと第２信号生成部２１２で得られた第２信号ＢＢとを加算して第３信号ＣＣを得る。第３信号ＣＣは、第１信号ＡＡの低周波成分を第２信号ＢＢで補った信号であり、エンドエフェクター１６０の基部１６１の三次元移動軌跡を示す合成信号である。

次に、算出部２１３は、ステップＳ３２として、速度ベクトルＶ１と第３信号ＣＣとの内積をとり、速度方向すなわち基部１６１の移動方向の信号変位を算出する。次に、算出部２１３は、ステップＳ３３として、ステップＳ３２で算出した信号変位に基づいて、基部１６１のオーバーシュート量を算出する。具体的には、算出部２１３は、信号変位のピーク値（最大値）を基部１６１のオーバーシュート量として算出する。次に、ステップＳ３４として、ステップＳ３３で算出されたオーバーシュート量に基づいて、アーム１２０の駆動条件を調整する。ただし、ステップＳ３４は、省略してもよい。

以上、ロボットシステム１、ロボットシステム１により実現されるオーバーシュート量検出方法、および、ロボットシステム１に適用されたオーバーシュート量の検出システムおよび調整システムについて説明した。

オーバーシュート量検出部２１０によれば、加速度センサー１７０から出力された第１検出信号Ａから生成され、ノイズの大きい低周波成分が除去された第１信号ＡＡに、各エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力された第２検出信号Ｂから生成され、第１信号ＡＡから除去された低周波成分を補うための第２信号ＢＢを加算して生成される第３信号ＣＣに基づいてオーバーシュート量を算出している。第２信号ＢＢの低周波成分は、第１検出信号Ａから除去された低周波成分よりもノイズが小さいため、第３信号ＣＣに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を算出することにより、例えば、従来のように、第１検出信号Ａを２回積分しただけで低周波成分が除去されていない信号に基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を検出する場合と比べて、より精度よくアーム１２０のオーバーシュート量を検出することができる。なお、第２信号ＢＢの低周波成分のノイズが第１検出信号Ａから除去された低周波成分のノイズよりも小さいのは、第２信号ＢＢが第１信号ＡＡのような積分処理を受けていないためである。

また、オーバーシュート量検出部２１０によれば、モーターＭ１～Ｍ４の駆動によってもたらされるアーム１２０の位置変化と、それに伴って基部１６１に生じる振動（加速度）の両方を考慮して、基部１６１の位置を算出することができるため、基部１６１の三次元軌跡をより精度よく算出することができる。また、基部１６１の進行方向の軌跡だけを抽出することができ、加速度センサー１７０の基部１６１に対する配置向きによらず、どのような進行方向においても基部１６１のオーバーシュート量を精度よく算出することができる。特に、エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂに基づくことにより、基部１６１の静止時の残留振動によらず、精度よく基部１６１の進行方向を検出することができる。

以上、オーバーシュート量検出部２１０について説明した。次に、駆動条件調整部２２０について説明する。駆動条件調整部２２０は、オーバーシュート量検出部２１０によって検出されたオーバーシュート量が小さくなるように、好ましくはゼロとなるようにアーム１２０の駆動条件を調整する。調整可能な駆動条件としては、特に限定されないが、例えば、（１）アーム１２０の駆動開始直後の加速度、（２）加速が終わって等速で移動する際の速度すなわち最高速度、（３）目標位置に停止するための減速を開始する位置、（４）減速時の減速度、等が挙げられる。これら条件（１）から条件（４）の少なくとも１つを適宜調整してオーバーシュート量を小さく抑えることにより、アーム１２０の移動精度がより高まり、かつ、作業効率も高まる。

具体的には、オーバーシュート量ができるだけ小さくなるように、モーターＭ１～Ｍ４のうちの少なくとも１つの駆動量を調整し、実行する。すなわち、図２に示すように、駆動条件調整部２２０は、オーバーシュート量に相当する補正値を加味した命令信号Ｆを調整すべきモーターＭ１～Ｍ４に対応するコントローラーＣ１～Ｃ４へ出力し、対応するモーターＭ１～Ｍ４の駆動量、駆動タイミングを調整する。ただし、当該調整は、ユーザーが手動で行ってもよい。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１に用いられたオーバーシュート量検出方法は、前述したように、変位するアーム１２０の作業部であるエンドエフェクター１６０における慣性、本実施形態では加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａに対して２回積分と、第１検出信号Ａに含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号ＡＡを生成し、アーム１２０の変位量を検出するエンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂから第１信号ＡＡの低周波成分を補う第２信号ＢＢを生成し、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を検出する。

また、言い換えると、オーバーシュート量検出方法は、変位するアーム１２０の作業部であるエンドエフェクター１６０における慣性、本実施形態では加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａから第１信号ＡＡを生成する第１ステップとしてのステップＳ１１～Ｓ１７と、アーム１２０の変位量を検出するエンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂを用いて第２信号ＢＢを生成する第２ステップとしてのステップＳ２１～Ｓ２４と、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとを合成した第３信号ＣＣに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を検出する第３ステップとしてのステップＳ３１～Ｓ３３と、を含む。さらに、第１ステップは、第１検出信号Ａを２回積分するステップと、第１検出信号Ａに含まれる低周波成分を除去するステップと、を含む。

このようなオーバーシュート量検出方法によれば、ノイズの大きい低周波成分が除去された第１信号ＡＡに、第１信号ＡＡから除去された低周波成分よりもノイズの小さい第２信号ＢＢを加算して生成される第３信号ＣＣに基づいてオーバーシュート量を算出している。そのため、第３信号ＣＣに基づいてオーバーシュート量を算出することにより、例えば、従来のように、第１検出信号Ａを２回積分しただけで低周波成分が除去されていない信号に基づいてオーバーシュート量を検出する場合と比べて、より精度よくオーバーシュート量を検出することができる。

さらには、オーバーシュート量検出方法によれば、モーターＭ１～Ｍ４によってもたらされるアーム１２０の位置変化と、それに伴って基部１６１に生じる振動（加速度）の両方を考慮して、エンドエフェクター１６０の位置を算出することができるため、エンドエフェクター１６０の三次元軌跡をより精度よく算出することができる。また、エンドエフェクター１６０の進行方向の軌跡だけを抽出することができ、加速度センサー１７０の配置向きによらず、どのような進行方向においてもオーバーシュート量を精度よく算出することができる。特に、エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂに基づくことにより、エンドエフェクター１６０の静止時の残留振動によらず、精度よくエンドエフェクター１６０の進行方向を検出することができる。

また、前述したように、ステップＳ１２では、第１検出信号Ａの座標系である可動座標系Ｄ２を第２検出信号Ｂの座標系である固定座標系Ｄ１に座標変換する。このように、第１検出信号Ａの座標系を第２検出信号Ｂの座標系である固定座標系Ｄ１に変換し、第１検出信号Ａと第２検出信号Ｂとの座標系を合わせることにより、これらを加算した第３信号ＣＣからオーバーシュート量を精度よく算出することができる。

また、前述したように、ステップＳ１３およびステップＳ２２において、第１検出信号Ａおよび第２検出信号Ｂを同期させる。これにより、第３信号ＣＣをより精度よく生成することができる。

また、前述したように、エンドエフェクター１６０は、アーム１２０の先端部に設けられている。また、加速度センサー１７０は、アーム１２０の先端部に設けられている。これにより、加速度センサー１７０を作業部であるエンドエフェクター１６０の近傍に配置することができる。そのため、加速度センサー１７０は、エンドエフェクター１６０に加わる加速度をより精度よく検出することができる。

また、前述したように、加速度センサー１７０は、エンドエフェクター１６０に設けられている。そのため、加速度センサー１７０は、エンドエフェクター１６０に加わる加速度をより精度よく検出することができる。

また、前述したように、慣性センサーは、加速度センサー１７０である。これにより、回転を伴わない並進方向へのアーム１２０の移動、振動についても検出することができる。

また、前述したように、アーム１２０は、少なくとも、第１軸Ｊ１まわりに回動する第１アーム１２１と、第１アーム１２１に対して第２軸Ｊ２まわりに回動し、エンドエフェクター１６０を有する第２アーム１２２と、を有する。また、エンコーダーは、少なくとも、第１アーム１２１の第１軸Ｊ１まわりの変位量を検出する第１エンコーダーとしてのエンコーダーＥ１と、第２アーム１２２の第２軸Ｊ２まわりの変位量を検出する第２エンコーダーとしてのエンコーダーＥ２と、を有する。そして、ステップＳ２１～Ｓ２４では、少なくとも、エンコーダーＥ１から出力される第２検出信号ＢおよびエンコーダーＥ２から出力される第２検出信号Ｂから第２信号ＢＢを生成する。これにより、より精度のよい第２信号ＢＢが生成される。

また、前述したように、ロボットシステム１は、変位するアーム１２０と、アーム１２０の作業部であるエンドエフェクター１６０における慣性、本実施形態では加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー１７０と、アーム１２０の変位量を検出するエンコーダーＥ１～Ｅ４と、加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａに対して２回積分と第１検出信号Ａに含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号ＡＡを生成し、エンコーダーＥ１から出力される第２検出信号Ｂから第１信号ＡＡの低周波成分を補う第２信号ＢＢを生成し、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとに基づいてアーム１２０の目標停止位置からのオーバーシュート量を検出するオーバーシュート量検出部２１０と、を有する。

また、このようなロボットシステム１に組み込まれたオーバーシュート量検出システムは、前述したように、変位するアーム１２０の作業部であるエンドエフェクター１６０における慣性、本実施形態では加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー１７０と、アーム１２０の変位量を検出するエンコーダーＥ１～Ｅ４と、加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａに対して２回積分と第１検出信号Ａに含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号ＡＡを生成し、エンコーダーＥ１から出力される第２検出信号Ｂから第１信号ＡＡの低周波成分を補う第２信号ＢＢを生成し、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を検出するオーバーシュート量検出部２１０と、を有する。

このようなロボットシステム１およびオーバーシュート量検出システムによれば、ノイズの大きい低周波成分が除去された第１信号ＡＡに、第１信号ＡＡから除去された低周波成分よりもノイズの小さい第２信号ＢＢを加算して生成される第３信号ＣＣに基づいてオーバーシュート量を算出している。そのため、第３信号ＣＣに基づいてオーバーシュート量を算出することにより、例えば、従来のように、第１検出信号Ａを２回積分しただけで低周波成分が除去されていない信号に基づいてオーバーシュート量を検出する場合と比べて、より精度よくオーバーシュート量を検出することができる。

さらには、ロボットシステム１およびオーバーシュート量検出システムによれば、モーターＭ１～Ｍ４によってもたらされるアーム１２０の位置変化と、それに伴って基部１６１に生じる振動（加速度）の両方を考慮して、エンドエフェクター１６０の位置を算出することができるため、エンドエフェクター１６０の三次元軌跡をより精度よく算出することができる。また、エンドエフェクター１６０の進行方向の軌跡だけを抽出することができ、加速度センサー１７０の配置向きによらず、どのような進行方向においてもオーバーシュート量を精度よく算出することができる。特に、エンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂに基づくことにより、エンドエフェクター１６０の静止時の残留振動によらず、精度よくエンドエフェクター１６０の進行方向を検出することができる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、オーバーシュート量検出部２１０で検出されたオーバーシュート量に基づいて、アーム１２０の駆動条件を調整する駆動条件調整部２２０を有する。これにより、アーム１２０の移動精度がより高まり、かつ、作業効率も高まる。

また、ロボットシステム１で行われるオーバーシュート量調整方法は、前述したように、変位するアーム１２０の作業部であるエンドエフェクター１６０における慣性、本実施形態では加速度を検出する慣性センサーとしての加速度センサー１７０から出力される第１検出信号Ａに対して２回積分と、第１検出信号Ａに含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号ＡＡを生成し、アーム１２０の変位量を検出するエンコーダーＥ１～Ｅ４から出力される第２検出信号Ｂから第１信号ＡＡの低周波成分を補う第２信号ＢＢを生成し、第１信号ＡＡと第２信号ＢＢとに基づいてアーム１２０のオーバーシュート量を検出し、検出されたオーバーシュート量に基づいて、オーバーシュート量が小さくなるようにアーム１２０の駆動条件を調整する。これにより、アーム１２０の移動精度がより高まり、かつ、作業効率も高まる。

以上、本発明のオーバーシュート量検出方法、オーバーシュート量検出システム、ロボットシステムおよびオーバーシュート量調整方法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く、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、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、１０…オーバーシュート量検出システム、１００…ロボット本体、１１０…基台、１２０…アーム、１２１…第１アーム、１２２…第２アーム、１３０…作業ヘッド、１３１…スプラインナット、１３２…ボールネジナット、１３３…スプラインシャフト、１４１、１４２、１４３、１４４…駆動装置、１５０…ペイロード、１６０…エンドエフェクター、１６１…基部、１６２、１６３…爪部、１７０…加速度センサー、２００…制御装置、２１０…オーバーシュート量検出部、２１１…第１信号生成部、２１２…第２信号生成部、２１３…算出部、２２０…駆動条件調整部、Ａ…第１検出信号、ＡＡ…第１信号、Ｂ…第２検出信号、ＢＢ…第２信号、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…コントローラー、Ｄ１…固定座標系、Ｄ２…可動座標系、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４…エンコーダー、Ｆ…命令信号、Ｊ１…第１軸、Ｊ２…第２軸、Ｊ３…第３軸、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４…モーター、Ｓ１１～Ｓ１７、Ｓ２１～Ｓ２４、Ｓ３１～Ｓ３４…ステップ

Claims (12)

1. 変位するアームの作業部における慣性を検出する慣性センサーから出力される第１検出
   信号に対して２回積分と、前記第１検出信号に含まれる低周波成分の除去とを行って第１
   信号を生成し、
   前記アームの変位量を検出するエンコーダーから出力される第２検出信号から高周波成
   分の除去を行って前記第１信号の前記低周波成分を補う第２信号を生成し、
   前記第１信号と前記第２信号とを加算した第３信号に基づいて前記アームのオーバーシ
   ュート量を検出することを特徴とするオーバーシュート量検出方法。
2. 変位するアームの作業部における慣性を検出する慣性センサーから出力される第１検出
   信号から第１信号を生成する第１ステップと、
   前記アームの変位量を検出するエンコーダーから出力される第２検出信号を用いて第２
   信号を生成する第２ステップと、
   前記第１信号と前記第２信号とを加算した第３信号に基づいて前記アームのオーバーシ
   ュート量を検出する第３ステップと、を含み、
   前記第１ステップは、前記第１検出信号を２回積分するステップと、前記第１検出信号
   に含まれる低周波成分を除去するステップと、を含み、
   前記第２ステップは、前記第２検出信号に含まれる高周波成分を除去するステップを含
   むことを特徴とするオーバーシュート量検出方法。
3. 前記第１ステップでは、前記第１検出信号の座標系を前記第２検出信号の座標系に座標
   変換する請求項２に記載のオーバーシュート量検出方法。
4. 前記第１ステップおよび前記第２ステップにおいて、前記第１検出信号および前記第２
   検出信号を同期させる請求項２または３に記載のオーバーシュート量検出方法。
5. 前記作業部は、前記アームの先端部に設けられ、
   前記慣性センサーは、前記アームの先端部に設けられている請求項２ないし４のいずれ
   か１項に記載のオーバーシュート量検出方法。
6. 前記慣性センサーは、前記作業部に設けられている請求項２ないし５のいずれか１項に
   記載のオーバーシュート量検出方法。
7. 前記慣性センサーは、加速度センサーである請求項２ないし６のいずれか１項に記載の
   オーバーシュート量検出方法。
8. 前記アームは、第１軸まわりに回動する第１アームと、前記第１アームに対して第２軸
   まわりに回動し、前記作業部を有する第２アームと、を有し、
   前記エンコーダーは、前記第１アームの前記第１軸まわりの変位量を検出する第１エン
   コーダーと、前記第２アームの前記第２軸まわりの変位量を検出する第２エンコーダーと
   、を有し、
   前記第２ステップでは、前記第１エンコーダーから出力される前記第２検出信号および
   前記第２エンコーダーから出力される前記第２検出信号から前記第２信号を生成する請求
   項２ないし７のいずれか１項に記載のオーバーシュート量検出方法。
9. 変位するアームの作業部における慣性を検出する慣性センサーと、
   前記アームの変位量を検出するエンコーダーと、
   前記慣性センサーから出力される第１検出信号に対して２回積分と前記第１検出信号に
   含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号を生成し、前記エンコーダーから出力され
   る第２検出信号から高周波成分の除去を行って前記第１信号の低周波成分を補う第２信号
   を生成し、前記第１信号と前記第２信号とを加算した第３信号に基づいて前記アームのオ
   ーバーシュート量を検出するオーバーシュート量検出部と、を有することを特徴とするオ
   ーバーシュート量検出システム。
10. 変位するアームと、
    前記アームの作業部における慣性を検出する慣性センサーと、
    前記アームの変位量を検出するエンコーダーと、
    前記慣性センサーから出力される第１検出信号に対して２回積分と前記第１検出信号に
    含まれる低周波成分の除去とを行って第１信号を生成し、前記エンコーダーから出力され
    る第２検出信号から高周波成分の除去を行って前記第１信号の低周波成分を補う第２信号
    を生成し、前記第１信号と前記第２信号とを加算した第３信号に基づいて前記アームの目
    標停止位置からのオーバーシュート量を検出するオーバーシュート量検出部と、を有する
    ことを特徴とするロボットシステム。
11. 前記オーバーシュート量検出部で検出されたオーバーシュート量に基づいて、前記アー
    ムの駆動条件を調整する駆動条件調整部を有する請求項１０に記載のロボットシステム。
12. 変位するアームの作業部における慣性を検出する慣性センサーから出力される第１検出
    信号に対して２回積分と、前記第１検出信号に含まれる低周波成分の除去とを行って第１
    信号を生成し、
    前記アームの変位量を検出するエンコーダーから出力される第２検出信号から高周波成
    分の除去を行って前記第１信号の前記低周波成分を補う第２信号を生成し、
    前記第１信号と前記第２信号とを加算した第３信号に基づいて前記アームのオーバーシ
    ュート量を検出し、検出された前記オーバーシュート量に基づいて、前記オーバーシュー
    ト量が小さくなるように前記アームの駆動条件を調整することを特徴とするオーバーシュ
    ート量調整方法。

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