JPH1170490A - 産業用ロボットの衝突検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーム自身あるいはこれに把持されたエンド
エフェクタが障害物に衝突した際の、衝突が発生してか
ら衝突を検出するまでのタイムラグを少なくし、その結
果アームや減速機を含む駆動系にかかる衝突時の負荷を
最小限に抑えることが可能な産業用ロボットの衝突検出
方法を提供する。 【解決手段】 関節部を駆動する駆動軸モータが減速機
を介してアームと連結される構造を有する産業用ロボッ
トにおいて、オブザーバを用いることにより駆動軸モー
タが受ける推定外乱トルクを算出し、この推定外乱トル
クから既知の外乱トルクを差し引くことにより外乱トル
クの衝突成分を算出し、この外乱トルクの衝突成分が予
め設定された第１の規定値を超えたとき、または外乱ト
ルクの衝突成分の変化量が予め設定された第２の規定値
を超えたときのいずれかの場合に衝突を検出したと判断
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】産業用ロボットを構成するア
ームあるいはエンドエフェクタが障害物などと衝突した
場合に、衝突時の負荷を最小限に抑えることが可能な産
業用ロボットの衝突検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットを構成するアーム自身あ
るいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害物に衝
突した場合、各アームを駆動する駆動軸モータは予め設
定された移動指令に従ってなおも回転し続けようとし、
この結果駆動軸モータは拘束状態となり、大きなトルク
を発生し続けることになる。この状態が長く続くと駆動
軸モータや減速機を含むアームの機構部が破損する可能
性が生ずるので、従来より、何らかの手法により衝突の
発生を検出し、駆動軸モータの移動指令を即時に中断す
る等の処置を行わせていた。

【０００３】例えば、特開平６−１３１０５０号に開示
されている方法では、外乱推定オブザーバによって摩擦
トルクを考慮した外乱トルクを推定し、この推定外乱ト
ルクが規定値以上になったとき、負荷異常として衝突等
が生じているものと判断するようにしていた。この方法
は、力センサなどの衝突検出用の特別な検出器を使用す
ることなく、ソフトウェア上での処理により衝突の発生
を検出し、駆動軸モータへの動力供給を遮断し、これに
よりアームを即座に緊急停止させることができるという
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ソフトウェア
上での処理においては、実際に衝突が発生してからソフ
トウェア上でこれを検出するまでにはある程度のタイム
ラグが生じ、その結果、駆動軸モータへの動力供給が遮
断される時刻は、実際の衝突発生時刻から少なくともこ
のタイムラグを加算したものとなるので、アーム自身あ
るいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害物にめ
り込んだ状態で停止してしまい、減速機を含む駆動系に
過大な力がかかるという問題点があった。

【０００５】具体的に言うと、外乱トルクの衝突成分の
衝突発生時以降の時間変化を示すグラフである図２にお
いて、衝突発生時刻Ｔ１から、外乱トルクの衝突成分が
規定値を超える時刻すなわち衝突検出時刻Ｔ２までの時
間がタイムラグにあたり、このタイムラグの間にアーム
自身あるいはこれに把持されたエンドエフェクタが障害
物にめり込むことになり、減速機を含む駆動系に過大な
力がかかることになる。

【０００６】このタイムラグを小さくする対策として最
も安易な方法は規定値を引き下げることであるが、規定
値を極度に引き下げると、実際に衝突が発生していない
場合でも衝突が発生しているとの誤った判断がされる事
態が生じ、衝突検出の信頼性が低下することになり問題
である。詳細には、図５は衝突が発生していない場合の
外乱トルクの衝突成分の時間変化を示すグラフである
が、衝突が発生していない場合でも、外乱推定オブザー
バで使用するロボットモデルと実機との間には、ロボッ
トの機械的な誤差や温度変化などの環境による誤差、あ
るいはオペレータが設定するハンドやワークの設定誤差
などが存在するために、常に正確な外乱トルクが推定さ
れるわけではなく、ある程度の誤差を含んだものとな
り、その結果図５に示すように外乱トルクの衝突成分は
完全なゼロとはならない。そのため、衝突発生前後の外
乱トルクの衝突成分の時間変化は図６に示すようなグラ
フとなり、この場合、規定値（第１の規定値）を極度に
引き下げると、実際の衝突発生前（衝突発生時刻Ｔ１よ
り以前）でも外乱トルクの衝突成分が規定値を超えるよ
うな状態が起こりうる。したがって、規定値を引き下げ
るのみでは迅速かつ確実な衝突検出は行えない。

【０００７】また、タイムラグの間に減速機を含む駆動
系にかかる力は衝突した瞬間のアームの動作速度が速け
れば速いほど大きくなる。すなわち、衝突した瞬間のア
ームの動作速度が速ければ速いほど、タイムラグの間に
アーム自身あるいはこれに把持されたエンドエフェクタ
が障害物にめり込む度合いも大きくなるので、衝突状態
におけるアーム自身あるいはこれに把持されたエンドエ
フェクタと障害物との間に発生する反発力が大きくな
り、その結果駆動系に一層過大な力がかかることにな
る。そのため、アームの動作速度が速い場合は特に、衝
突発生時刻Ｔ１から短い時間で衝突の発生を検出する必
要がある。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、アーム自身あるいはこれに把持された
エンドエフェクタが障害物に衝突した際の、衝突が発生
してから衝突を検出するまでのタイムラグを少なくし、
その結果アームあるいはエンドエフェクタ及び減速機を
含む駆動系にかかる衝突時の負荷を最小限に抑えること
が可能な産業用ロボットの衝突検出方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、関節部を駆動する駆動軸モータが減
速機を介してアームと連結される構造を有する産業用ロ
ボットにおいて、オブザーバを用いることにより駆動軸
モータが受ける推定外乱トルクを算出し、この推定外乱
トルクから既知の外乱トルクを差し引くことにより外乱
トルクの衝突成分を算出し、この外乱トルクの衝突成分
が予め設定された第１の規定値を超えたとき、または外
乱トルクの衝突成分の変化量が予め設定された第２の規
定値を超えたときのいずれかの場合に衝突の発生を検出
したものと判断するようにしたことを特徴とする産業用
ロボットの衝突検出方法を提供した（請求項１）。

【００１０】オブザーバを用いた従来の衝突検出では、
オブザーバを用いることにより駆動軸モータが受ける推
定外乱トルクを算出し、この推定外乱トルクから、重力
により発生するアンバランストルクや、他の駆動軸の運
動により発生する遠心力・コリオリ力・慣性力等を源と
する所謂軸干渉トルクといった既知の外乱トルクを差し
引くことにより、外乱トルクの衝突による増加分すなわ
ち外乱トルクの衝突成分を算出し、この外乱トルクの衝
突成分が予め設定された規定値を超えたときに衝突の発
生を検出したものと判断するようにしていた。アームの
動作速度が遅い状態で衝突が発生した場合には、この従
来の衝突検出方法でも十分に対応できるが、アームの動
作速度が速い状態で衝突が発生した場合には、先に述べ
たタイムラグによる影響が無視できないものとなってい
た。

【００１１】そこで、本発明では、アームの動作速度が
速い状態で衝突が発生した場合には、外乱トルクの衝突
成分の変化量が大きくなり、さらに外乱トルクの衝突成
分と比較される規定値の値によっては、外乱トルクの衝
突成分の変化量のピーク時刻は外乱トルクの衝突成分が
予め設定された規定値を超える時刻よりも早く訪れると
いう特性に着目することにした。すなわち、本発明で
は、外乱トルクの衝突成分の変化量を算出し、この変化
量が予め設定された規定値を超えた場合にも衝突を検出
したと判断するようにする。これにより、アームの動作
速度が速い状態で衝突が発生した場合には、外乱トルク
の衝突成分を規定値と比較する従来の方法よりも早く衝
突の検出が行えるようになる。ただし、障害物が柔らか
いもの例えば弾性体であったり、アームの動作速度が遅
い状態で衝突が発生した場合には、外乱トルクの衝突成
分の変化量は小さく、よって変化量が規定値を超えない
事態が生ずるという不都合もある。

【００１２】これに対処するために、本発明では、外乱
トルクの衝突成分と比較される第１の規定値及び外乱ト
ルクの衝突成分の変化量と比較される第２の規定値の２
つを予め設定し、外乱トルクの衝突成分が予め設定され
た第１の規定値を超えたとき、または外乱トルクの衝突
成分の変化量が予め設定された第２の規定値を超えたと
きのいずれかの場合に衝突の発生を検出したと判断する
ようにする。これにより、衝突時のアームの動作速度や
障害物の弾性力の如何にかかわらず衝突の検出が可能に
なるとともに、特に、アームの動作速度が速い状態で衝
突が発生した場合には、衝突が発生してからこれを検出
するまでのタイムラグを少なくすることができ、その結
果アームや駆動系の過負荷状態の時間を少なくすること
ができるようになる。なお、外乱トルクの衝突成分の変
化量は、オブザーバにより得られた前記外乱トルクの衝
突成分を時間微分することにより、容易に求めることが
できる。

【００１３】ところで、本発明において設定される第１
の規定値は以下に述べる方法にて自動的に設定するよう
にしてもよい。すなわち、請求項２にかかる発明では、
第１の規定値は、産業用ロボットを衝突の発生がない状
態で動作させ、このときの外乱トルクの衝突成分の最大
値を算出し、この最大値に所定のマージン値を乗ずるこ
とにより自動的に設定するようにした。これにより、各
駆動軸毎に異なる第１の規定値を自動的に設定すること
が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
における駆動軸制御装置を構成するサーボ系のブロック
図である。図中、１は産業用ロボットの各アームの駆動
軸を駆動するための駆動軸モータとしてのサーボモー
タ、２は駆動軸の位置を検出するための位置検出器とし
てのエンコーダ、３は増幅器としてのパワーアンプであ
る。サーボループは内側から電流制御装置４、速度制御
装置５、位置制御装置６、という３重のループで構成さ
れている。１０は目標位置・出発位置・要求速度・加速
度の制限値などを基に産業用ロボットが適正に動作する
ために求められた時々刻々の各駆動軸の指令位置を出力
する指令位置発生装置である。７は、本発明の衝突検出
方法が適用される、アーム２３あるいはアーム２３に把
持された図示しないエンドエフェクタが図示しない障害
物と衝突した際これを検出する衝突検出装置である。８
は衝突検出時に位置ループゲインを変更する位置ループ
ゲイン変更装置である。９は衝突検出時に指令位置を変
更する指令位置変更装置である。一方、図４はサーボモ
ータ１、回転減速機２２、及びアーム２３の関係を示
す、ばね−質量系の概念図である。

【００１５】このサーボ系の機能について説明すると、
位置制御装置６は、指令位置発生装置１０が発生した動
作プログラム等に従ったサーボモータ１の時々刻々の指
令位置と、サーボモータ１に取り付けられたエンコーダ
２から読み込まれた現在位置としての位置フィードバッ
ク１１との差分をとって位置偏差１４とし、この位置偏
差１４に位置ループゲインを乗じて求められた速度指令
１５を出力するようにされている。速度制御装置５は、
位置制御装置６から出力された速度指令１５と、エンコ
ーダ２から読み込まれた現在位置を微分器Ｓで微分する
ことにより求められた速度フィードバック１２との差分
をとって速度偏差とし、この速度偏差に基づいて電流指
令１６を出力するようにされている。電流制御装置４
は、速度制御装置５から出力された電流指令１６と、電
流検出器１７により検出されたサーボモータ１へ流れる
実電流としての電流フィードバック１３との差分をと
り、これに基づいてサーボモータ１へモータ電流を出力
するようにされている。

【００１６】衝突検出装置７は、本発明の衝突検出方法
が適用される装置であり、外乱推定オブザーバによって
外乱トルクを推定し、この推定された外乱トルクに基づ
いて算出された外乱トルクの衝突成分が規定値以上にな
ったとき、衝突が生じているものと判断するようにして
いる。衝突時には、サーボループは通常よりも大きなト
ルク（電流指令１６）をサーボモータ１に対して出力し
ようとするが、衝突により実際にはサーボモータ１の位
置はほとんど変化しないので速度フィードバック１２の
値はほとんどゼロとなる。したがって、速度制御装置５
から出力された電流指令１６と速度フィードバック１２
の値を監視し、これらの値を基にねじれ量を算出し、こ
のねじれ量をアーム２３に加わる外乱トルクに換算し、
この換算値から、重力により発生するアンバランストル
クや、他の駆動軸の運動により発生する遠心力・コリオ
リ力・慣性力等を源とする所謂軸干渉トルクといった既
知の外乱トルクを差し引けば、外乱トルクの衝突による
増加分すなわち外乱トルクの衝突成分が算出できる。

【００１７】図３は本実施形態における衝突検出のタイ
ミングを示すグラフであり、（ａ）図は外乱トルクの衝
突成分の時間変化を示し、（ｂ）図は外乱トルクの衝突
成分の変化量の時間変化を示している。横軸は（ａ）
（ｂ）両図とも時間であり、縦軸は（ａ）図については
外乱トルクの衝突成分、（ｂ）図については外乱トルク
の衝突成分の変化量である。（ａ）図に示す外乱トルク
の衝突成分は、前述のように、オブザーバを用いること
により駆動軸モータが受ける推定外乱トルクを算出し、
この推定外乱トルクから、重力により発生するアンバラ
ンストルクや、他の駆動軸の運動により発生する遠心力
・コリオリ力・慣性力等を源とする所謂軸干渉トルクと
いった既知の外乱トルクを差し引くことにより、外乱ト
ルクの衝突による増加分として得られる。また、（ｂ）
図に示す外乱トルクの衝突成分の変化量は、オブザーバ
により得られた前記外乱トルクの衝突成分を時間微分す
ることにより得ることができる。

【００１８】外乱トルクの衝突成分を示す（ａ）図のグ
ラフは、前述の図２と同様である。すなわち、Ｔ１は衝
突発生時刻であり、Ｔ２は衝突検出時刻としての外乱ト
ルクの衝突成分が規定値（第１の規定値）を超えた時刻
である。第１の規定値は、この値が小さいほど素早く衝
突が検出されるが、極度に小さくし過ぎると、実際に衝
突が発生していない場合でも衝突が発生しているとの誤
った判断がされる事態が生じる。したがって、衝突検出
の信頼性を低下させないためにも、第１の規定値は、事
前に衝突実験等を行うことにより適正な値を求めておく
ことが必要であるが、後述するように自動的に設定する
ようにすることも可能である。

【００１９】一方、（ｂ）図に示す外乱トルクの衝突成
分の変化量は、一般に、アームの動作速度が速いほどピ
ーク値が大きくなって現れる。これは、外乱トルクの衝
突成分の変化量は衝突時の衝撃力の大きさを示すもので
あり、衝突時の衝撃力はアームの動作速度が速いほど大
きいためである。そこで、予め規定値（第２の規定値）
を定めておき、外乱トルクの衝突成分の変化量がこの第
２の規定値を超えたときに衝突の発生を検出したものと
判断するようにする。第１の規定値を適正な値に設定し
た場合には、外乱トルクの衝突成分の変化量のピーク値
の時刻は、外乱トルクの衝突成分が第１の規定値を超え
た時刻Ｔ２よりも早くなる。当然のことながら、この場
合、外乱トルクの衝突成分の変化量が第２の規定値を超
えた時刻Ｔ３はＴ２よりも早くなるので、結局のとこ
ろ、外乱トルクの衝突成分の変化量を用いることによ
り、従来の外乱トルクの衝突成分を用いた場合より、衝
突の発生を早く検出することができるようになる。

【００２０】アームの動作速度が速い状態で衝突が発生
した場合には、上述の方法を用いることで従来よりも衝
突の発生を早く検出することができるが、アームの動作
速度が遅い状態で衝突が発生した場合や、障害物が柔ら
かいもの例えば弾性体である場合には、衝突時の衝撃力
は小さく、よって外乱トルクの衝突成分の変化量のピー
ク値は小さくなるので、外乱トルクの衝突成分の変化量
のみでは衝突検出が行えないという事態が生じる。

【００２１】そこで、外乱トルクの衝突成分と比較され
る第１の規定値及び外乱トルクの衝突成分の変化量と比
較される第２の規定値の２つを予め設定し、外乱トルク
の衝突成分が予め設定された第１の規定値を超えたと
き、または外乱トルクの衝突成分の変化量が予め設定さ
れた第２の規定値を超えたときのいずれかの場合に衝突
の発生を検出したものと判断するようにした。このよう
に外乱トルクの衝突成分と外乱トルクの衝突成分の変化
量とを併用することにより、衝突時のアームの動作速度
や障害物の弾性力の如何にかかわらず衝突検出が可能に
なるとともに、特に、アームの動作速度が速い状態で衝
突が発生した場合には、衝突が発生してからこれを検出
するまでのタイムラグを少なくすることができ、その結
果アームが停止するまでの時間を少なくすることができ
る。

【００２２】指令位置変更装置９は、衝突検出装置７に
おいて衝突の発生が検出された場合は、エンコーダ２よ
りサーボモータ１の現在位置を入力し、この現在位置を
衝突時の指令位置として指令位置発生装置１０へ出力す
る。指令位置発生装置１０は、前述のように、通常は動
作プログラム等に従いサーボモータ１の時々刻々の指令
位置を発生しているが、衝突検出時には指令位置変更装
置９から入力したサーボモータ１の現在位置を指令位置
として位置制御装置６へ出力する。これにより、衝突時
は指令位置と現在位置との差分である位置偏差１４はゼ
ロとなるので、これに位置ループゲインを乗じて求めら
れる速度指令１５もゼロとなり、この結果サーボモータ
１に制動トルクが発生することにより直ちにアーム２３
の動作が停止される。したがって、アーム２３あるいは
図示しないエンドエフェクタの障害物へのくい込みが最
小限に抑えられることとなる。

【００２３】位置ループゲイン変更装置８は、衝突検出
装置７において衝突の発生が検出された場合は、位置制
御装置６に対して位置ループゲインの衝突時設定値を出
力し、位置制御装置６はこの衝突時設定値の入力を受
け、位置制御装置６内に記憶されている位置ループゲイ
ンの初期設定値を衝突時設定値に変更する。位置ループ
ゲインは位置偏差１４より速度指令１５を算出する際に
用いられる比例定数であり、この値が大きいほど駆動軸
の剛性は高くなり、よって指令位置に対する駆動軸の追
従性は良くなるが、逆にサーボモータ１や減速機２２に
かかる負荷は大きくなる。アーム２３の動作中は駆動軸
の追従性を良くするために位置ループゲインを大きくと
ることが望ましいが、衝突時にサーボモータ１が拘束状
態となったときには、位置ループゲインが大きいことに
よる減速機２２にかかる負荷の増加により、減速機２２
の寿命を縮めたり、最悪の場合は減速機２２を含む駆動
系を破損させることになる。

【００２４】そこで、衝突時には位置ループゲインをア
ーム動作中の初期設定値からこの初期設定値よりも小さ
い衝突時設定値に変更することにより、速度指令を低下
させ、よって駆動軸の剛性を低下させ、この結果障害物
に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自然
に引き戻されることによりくい込み状態が解消され、よ
って減速機２２にかかる負荷が低減されるようになる。

【００２５】位置ループゲインの衝突時設定値は、障害
物に衝突したアーム２３が復元力により衝突位置まで自
然に引き戻される程度に小さくしておく必要があるが、
極端に小さくし過ぎると、アーム自身の重みにより重力
に対抗しきれなくなり、最悪の場合アーム２３が落下し
てしまうという事態が発生する。そのため、位置ループ
ゲインの衝突時設定値については、重力の影響分は最低
限補償しておく必要がある。この点を考慮したうえで、
位置ループゲインの衝突時設定値は予め所定の値を規定
しておいてもよいが、所定の比率を予め規定しておき、
衝突時には位置ループゲインの初期設定値にこの予め規
定しておいた比率を乗ずることにより、位置ループゲイ
ンを変更するようにしてもよい。

【００２６】具体的には、エンドエフェクタに所定の負
荷を持たせ、実際に衝突状態を発生させることにより、
アーム２３が復元力により衝突位置まで自然に引き戻さ
れ、かつ、重力の影響によりアーム２３が落下してしま
うことがないような衝突時設定値を実験的に求めるよう
にする。あるいは、同様な実験を繰り返すことにより複
数のデータが得られれば、衝突時設定値の初期設定値に
対する比率を求めることが可能になるので、衝突時には
位置ループゲインの初期設定値にこの比率を乗ずること
により、位置ループゲインを変更するようにする。

【００２７】ところで、先に述べたように、第１の規定
値は、この値が小さいほど素早く衝突の発生が検出され
るが、極度に小さくし過ぎると、実際に衝突が発生して
いない場合でも衝突が発生しているとの誤った判断がさ
れる事態が生じるので、衝突検出の信頼性を低下させな
いためにも、事前に衝突実験を行うことにより、適正な
第１の規定値の値を求めておくことが必要であるが、こ
こで、第１の規定値の値を自動的に設定する方法の一例
を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。

【００２８】産業用ロボットを実際の動作プログラムに
従い動作させ、その間、ロボット制御装置において図７
に示すフローチャートで規定される処理を行う。まず、
外乱トルクの衝突成分の最大値Ｔ_max を初期化する（ス
テップ３１）。次に、最小次元オブザーバに基づいて外
乱トルクの衝突成分Ｔを算出し（ステップ３２）、外乱
トルクの衝突成分Ｔがこの時点での最大値Ｔ_max よりも
大きければ（ステップ３３Ｙ）この外乱トルクの衝突成
分Ｔを新たな最大値Ｔ_max と置き換えた後（ステップ３
４）ステップ３５に進み、一方、外乱トルクの衝突成分
Ｔがこの時点での最大値Ｔ_max よりも小さければ（ステ
ップ３３Ｎ）そのままステップ３５に進む。そして、ス
テップ３５では、動作プログラムが終了していなければ
ステップ３２以降の処理を再度実行し、一方、動作プロ
グラムが終了していればステップ３６に進む。

【００２９】最後に、ステップ３６において、この時点
での最大値Ｔ_max をこの動作プログラムにおける最大値
と判断する。すなわち、図８は衝突が発生していない場
合の外乱トルクの衝突成分の時間変化と最大値Ｔ_max と
の関係を示すグラフであるが、図７のフローチャートに
示す処理を行わせることにより、最大のピーク値が最大
値Ｔ_max として求められる。そして、最大値Ｔ_max に所
定のマージン値を乗ずることにより得られた値を第１の
規定値として記憶する。ここで、マージン値は１以上の
数値であり、安全率を考慮した上で設定する。すなわ
ち、衝突が発生しない状態のときは常に、外乱トルクの
衝突成分が最大値に所定のマージン値を乗ずることによ
り得られた値である第１の規定値以下であるあるように
マージン値を設定する。図９は衝突が発生している場合
の外乱トルクの衝突成分の時間変化と最大値Ｔ_max に所
定のマージン値を乗ずることにより得られた第１の規定
値との関係を示すグラフである。適正なマージン値を設
定することにより、衝突検出の信頼性を確保しつつ、衝
突発生時刻Ｔ１と衝突検出時刻Ｔ２との間隔すなわちタ
イムラグを小さくすることができる。

【００３０】以上、本発明の一実施形態について説明し
た。上記の実施形態は産業用ロボットの駆動軸に本発明
を適用した場合について説明したものであるが、関節部
を駆動する駆動軸モータが減速機を介してアームあるい
はこれに相当する部材を動作させる形態のものであれ
ば、産業用ロボット以外のものにも本発明の技術は容易
に展開可能であり、例えば、駆動軸にサーボモータ及び
減速機を使用している工作機械にも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、関節部を駆動する駆動
軸モータが減速機を介してアームと連結される構造を有
する産業用ロボットにおいて、オブザーバを用いること
により駆動軸モータが受ける推定外乱トルクを算出し、
この推定外乱トルクから既知の外乱トルクを差し引くこ
とにより外乱トルクの衝突成分を算出し、この外乱トル
クの衝突成分が予め設定された第１の規定値を超えたと
き、または外乱トルクの衝突成分の変化量が予め設定さ
れた第２の規定値を超えたときのいずれかの場合に衝突
の発生を検出したものと判断するようにしたので、衝突
時のアームの動作速度や障害物の弾性力の如何にかかわ
らず衝突検出が可能になるとともに、特に、アームの動
作速度が速い状態で衝突が発生した場合には、衝突が発
生してからこれを検出するまでのタイムラグを少なくす
ることができ、その結果アームや駆動系の過負荷状態の
時間を少なくすることができるようになった。

【００３２】特に、請求項２にかかる発明では、第１の
規定値は、産業用ロボットを衝突の発生がない状態で動
作させ、このときの外乱トルクの衝突成分の最大値を算
出し、この最大値に所定のマージン値を乗ずることによ
り自動的に設定するようにしたので、各駆動軸毎に異な
る第１の規定値が自動的に設定されることとなり、衝突
検出の信頼性が向上することとなった。

【００３３】以上により、速い動作速度にてアームある
いはエンドエフェクタが障害物に衝突した場合でも、素
早く衝突の発生を検出できることとなったので、アーム
あるいはエンドエフェクタ及び減速機を含む駆動系にか
かる衝突時の負荷を最小限に抑えることができるものと
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における産業用ロボットの衝突検出方法
が適用される、産業用ロボットのサーボ系のブロック図
である。

【図２】外乱トルクの衝突成分の時間変化を示すグラフ
である。

【図３】本発明の実施形態における衝突検出のタイミン
グを示すグラフであり、（ａ）図は外乱トルクの衝突成
分の時間変化を示し、（ｂ）図は外乱トルクの衝突成分
の変化量の時間変化を示している。

【図４】サーボモータ１、回転減速機２２、及びアーム
２３の関係を示す、ばね−質量系の概念図である。

【図５】衝突が発生していない場合の外乱トルクの衝突
成分の時間変化を示すグラフである。

【図６】衝突発生前後の外乱トルクの衝突成分の時間変
化を示すグラフである。

【図７】本発明における第１の規定値の値を自動的に設
定する方法の一例を示すフローチャートである。

【図８】本発明における衝突が発生していない場合の外
乱トルクの衝突成分の時間変化と最大値Ｔ_max との関係
を示すグラフである。

【図９】本発明における衝突が発生している場合の外乱
トルクの衝突成分の時間変化と最大値Ｔ_max に所定のマ
ージン値を乗ずることにより得られた第１の規定値との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 駆動軸モータ（サーボモータ） ２ 位置検出器（エンコーダ） ３ パワーアンプ ４ 電流制御装置 ５ 速度制御装置 ６ 位置制御装置 ７ 衝突検出装置 ８ 位置ループゲイン変更装置 ９ 指令位置変更装置 １０ 指令位置発生装置 １１ 位置フィードバック １２ 速度フィードバック １３ 電流フィードバック １４ 位置偏差 １５ 速度指令 １６ 電流指令 １７ 電流検出器 ２２ 減速機 ２３ アーム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】関節部を駆動する駆動軸モータが減速機を
   介してアームと連結される構造を有する産業用ロボット
   において、 オブザーバを用いることにより前記駆動軸モータが受け
   る推定外乱トルクを算出し、 該推定外乱トルクから既知の外乱トルクを差し引くこと
   により外乱トルクの衝突成分を算出し、 該外乱トルクの衝突成分が予め設定された第１の規定値
   を超えたとき、または外乱トルクの衝突成分の変化量が
   予め設定された第２の規定値を超えたときのいずれかの
   場合に衝突の発生を検出したものと判断するようにした
   ことを特徴とする産業用ロボットの衝突検出方法。
2. 【請求項２】前記第１の規定値は、前記産業用ロボット
   を衝突の発生がない状態で動作させ、このときの前記外
   乱トルクの衝突成分の最大値を算出し、該最大値に所定
   のマージン値を乗ずることにより自動的に設定するよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の産業用ロボッ
   トの衝突検出方法。