JP2015157352A - ロボット、ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボット用制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】挟み込み判別部15によって人91若しくは物体が挟み込まれたことを判別後、制限時間設定部51で設定された制限時間内は、領域分類部52,55が、先端部が、領域分類部で決定された制限をかける領域に位置すると判断するときには、制限をかける関節部の動作は停止しかつ制限をかけない関節部の少なくとも1つを力制御部14,16で動作させ、制限時間後は、すべての関節部を力制御部で動作制御可能とする。
【選択図】図1
Description
従来、例えば、物体搬送において、人と協働して作業を行うパワーアシストロボットは、簡単な物体の組み付け作業にも応用が可能である。その場合、搬送物体は、周辺に何もない安全な場所だけを移動するわけではなく、周辺に組み付け先となる他の物体がある可能性が高い。そして、同時にロボットの安全性を高めても、人が介在する以上、人がある程度危険な状況になる可能性は、無視できない。想定できる危険状況の中に、人がロボット若しくはロボットの搬送物体と周辺環境との間に挟まれる状況が考えられる。例えば図12で示すように、ロボットアーム21で保持した搬送物体92を周辺物体95の中に組み込むような作業をパワーアシストロボットで実現する場合に、最終組み付けで、人が搬送物体92を少し位置合わせをしようと、ロボットアーム21に取り付けたハンドルから手を離し、自らの手で搬送物体92を触って搬送物体92の位置合わせをするような状況において、搬送物体92と周辺物体95との間に手を挟まれてしまうようなケースが考えられる。
前記挟み込み判別部は、前記第1の力検出部で検出した力と、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力とに基づき、前記ロボットアームと前記外界環境との間に前記人若しくは物体が挟まれたことを判別し、
前記挟み込み判別部で挟み込みを判別したとき、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力に基づき、前記ロボットアームを動作制御させる、
第1の態様に記載のロボットを提供する。
前記人物体判別部は、前記位置情報取得部で取得した位置情報と、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力と、前記挟み込み判別部で判別された情報とを基に、前記ロボットアームの前記先端部と前記外界環境との間に挟み込まれた物質が人か物体かを判別し、前記人であると判別した場合は、前記制限時間設定部が前記制限時間を、前記物体であると判別した場合よりも小さくする第2の態様に記載のロボットを提供する。
前記人物体判別部は、前記位置情報取得部で取得した位置情報と前記第2の力検出部で推定した前記推定関節トルクとを基に、弾性係数を求め、求められた弾性係数が人判別用第1閾値より小さい物質を挟み込んだと判断した場合は、挟み込まれた物質は人であると判別し、前記弾性係数が前記人判別用第1閾値以上である物質を挟み込んだと判断した場合は、挟み込まれた物質は物体であると判別する、第9の態様に記載のロボットを提供する。
図1は、本開示の第1実施形態にかかるロボットシステム100の概要を示す図である。
る。第1力制御部14は、インピーダンス制御法又はコンプライアンス制御法等の力制御手法により、目標位置ベクトルrdFを算出する。人91がロボットアーム21に取り付
けられたハンドル22にかけた力を、第1力検出部の一例である力センサ23で検出し、検出した力を基に第1力制御部14が修正目標位置ベクトルrdFを算出して出力する。
このような方法で、人91がかけた力の方向にロボットアーム21が動作する、人協調動作を実現することができる。
ルrdmを求め、修正目標位置ベクトルrdmを逆運動学計算部4に出力する。
発生して物体62に力がかかっている状態でエンコーダ7より出力される関節角度がqn2に相当する。また、挟み込みが発生する直前の推定関節トルクがτn1に相当し、挟み
込みが発生して物体62に力がかかっている状態の推定関節トルクがτn2に相当する。挟み込み時の関節角度の変化は小さいと考えられるため、挟み込み前後で物体62とリンク60との接触点の位置はほとんど変わらず、どちらも関節軸61から長さlの部分だとすると、挟み込みによってリンク60から物体62にかけられた力は、
方向別領域分類部52は制限領域を含む作業領域のマップを複数保持してもよい。方向別領域分類部52は複数の制限領域を含む作業領域のマップの各々に対応する図6Aまたは図6Bに示すような動作の制限をかける方向の情報を、吸着パッド93(ロボットアームの先端部)の位置に基づいて関節制限部54に出力してもよい。
ロボットアーム21の先端部に近い関節部から少なくとも1個の関節部は、制限をかけないようにしてもよい。
図7は、本開示の第2実施形態にかかるロボット20の制御装置50及び制御対象であるロボット20の一部を示すブロック図である。第1実施形態は、ロボットアーム21の動作に制限をかける領域か又は動作に制限をかけない領域かの情報(制限情報)を事前に記憶しているのに対して、第2実施形態は、そのような情報を事前に持たずに、動作制御時に取得した情報から制限情報を生成するものである。
ただし、領域Dの左右及び背後(図5では領域Dの左右両側及び下側)に、外界環境として壁Eが存在するとする。ある作業において、ロボットアーム21の手先位置が点aから点bに移動すると仮定し、このときの手先位置の経路を実線で示す。人91は、点aにおいて搬送物体92をピックアップして搬送物体92の搬送を開始するが、点aから点dまでの移動経路の周辺に特に障害物はないため、ロボットアーム21の手先は比較的早い速度で点aから点dに向けて移動し、点dに近づく。点dに近づいた位置で、搬送物体92と壁Eとが衝突することなく、点bに搬送物体92を近づけるためにロボットアーム21の手先は速度を落とし、点bまで移動する。この作業の間、第2領域分類部55は、エンコーダ7から入力される角度情報から、ロボットアーム21の手先位置及びその位置を通過するときの手先速度を計算する。第2領域分類部55は、計算して求めた手先速度が予め事前に決められた速度の閾値以上に早いときは、その位置の制限情報を「0」(制限をかけない)と分類し、計算して求めた手先速度が速度の閾値よりも遅いときは、その位置の制限情報を「1」(制限をかける)と分類する。図9は、第2領域分類部55の、より具体的な分類の一例である。時刻t=tnにおいてロボットアーム21の手先は図8の点dを通過し、人91はロボットアーム21の操作速度を遅くした結果、時刻t=tnまでの速度では制限がかからず、制限情報としては「0」を第2領域分類部55から関節制限部54に出力する。また、時刻tn+1以降では、ロボットアーム21の手先の速度が早いため、制限情報としては「1」を出力する。
複数の関節部を有するロボットアームの前記先端部に人が直接力を掛けて、位置情報取得部で取得した前記ロボットアームの先端部の位置情報に基づき前記ロボットアームを動作制御させる力制御部と、
前記人が前記ロボットアームにかけている力を検出する第1の力検出部と、
前記第1の力検出部で検出した力を基に、前記ロボットアームと外界環境との間に前記人若しくは物体が挟まれたことを判別する挟み込み判別部と、
前記第1の力検出部で力を検出したときに、動作の制限をかけない関節部と、動作の制限をかける関節部とを決定する関節制限部と、
前記ロボットアームの前記先端部の動作する領域を、前記ロボットアームの動作に制限をかける領域と、制限をかけない領域とに分類する領域分類部と、
前記動作の制限をかける時間を設定する制限時間設定部と、
として機能させるとともに、
前記挟み込み判別部が挟み込みを判別した場合、前記制限時間設定部で設定された前記動作制限をかける時間内であるときは、前記領域分類部が、前記位置情報取得部で取得した前記ロボットアームの前記先端部の前記位置情報を基に、前記ロボットアームの前記先端部が、前記領域分類部で決定された前記制限をかける領域に位置すると判断するときには、前記制限をかける関節部の動作は停止して、前記制限をかけない関節部の少なくとも1つを前記力制御部によって動作制御させ、前記制限時間設定部が設定された前記動作制限をかける時間が経過した後、前記制限をかける関節部の制限を解除する一方、前記ロボットアームの前記先端部が、前記領域制限部で決定された前記制限をかけない領域に位置すると判断するときには、いずれの関節部にも制限をかけることなく前記関節部を前記力制御部によって動作制御させるように機能させる、多関節ロボットの制御プログラムである。
2 目標角加速度計算部
3 目標関節トルク計算部
4 逆運動学計算部
5 角度誤差補償部
6 ロボット機構部
7 エンコーダ
8 電流検出部
9 角度誤差計算部
10 修正目標角加速度計算部
11 目標軌道加算部
12 挟み込み検知部
13 負荷トルク推定部
14 第1力制御部
15 挟み込み判別部
16 第2力制御部
19 モータ
20 ロボット
21 ロボットアーム
22 ハンドル
23 第1力検出部
24 第1関節部
25 第2関節部
26 第3関節部
27 第4関節部
28 第5関節部
29 第6関節部
31 手首部
32 第2リンク
33 第1リンク
34、34a、34b 台部
35 第2関節支柱
40 制御プログラム
41 入出力IF
42 モータドライバ
49 人物体判別部
49m 記憶装置
50 人物体判別部
51 制限時間設定部
52 方向別領域分類部(第1領域分類部)
53 挟み込み時目標値加算部
54 関節制限部
55 第2領域分類部
60 リンク
61 関節軸(回転中心)
62 挟み込み物体
90 床
91 人
92 搬送物体
93 吸着パッド
94 作業台
95 周辺物体
100 ロボットシステム
A 外側の円
B 内側の円
C 楕円形状の領域
D 楕円形状の領域
E 外界環境の一例としての壁
FR 領域
Claims (15)
- 複数の関節部を有するロボットアームの先端部の位置情報を取得する位置情報取得部と、
人が前記ロボットアームにかけている力を検出する第1の力検出部と、
前記第1の力検出部で検出した力を基に、前記ロボットアームと外界環境との間に前記人若しくは物体が挟まれたか否かを判別する挟み込み判別部と、
前記先端部が動作する領域を、制限領域と非制限領域に分類する領域分類部と、
前記ロボットアームの動作に制限をかける時間である制限期間を設定する制限時間設定部を備え、
前記挟み込み発生検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に含まれる一以上の関節部に動作制限が課され、前記複数の関節部のうち前記一以上の関節部以外の少なくとも1つの関節部には前記動作制限が課されず、
前記動作制限は前記一以上の関節部の動作停止であり、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間以降である場合は、前記動作制限が解除され、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記非制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に動作制限が課されない、
ロボット。 - 外部から前記ロボットアームが受けている外力を検出する第2の力検出部をさらに備えて、
前記挟み込み判別部は、前記第1の力検出部で検出した力と、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力とに基づき、前記ロボットアームと前記外界環境との間に前記人若しくは前記物体が挟まれたことを判別し、
前記挟み込み判別部で挟み込みを判別したとき、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力に基づき、前記ロボットアームを動作制御させる、
請求項1に記載のロボット。 - 前記領域分類部は、前記制限領域を有する作業領域のマップを事前に保持している請求項1又は2に記載のロボット。
- 前記領域分類部は、前記先端部の動作速度を求め、前記先端部の動作速度が速度の閾値より遅い領域を、前記制限領域とする請求項1又は2に記載のロボット。
- 前記制限領域は複数の領域を含み、
前記領域分類部は、前記複数の領域ごとに、前記複数の関節部の動作の制限をかける方向の情報を有している方向別領域分類部である、請求項3に記載のロボット。 - 前記方向別領域分類部の前記複数の領域の情報と前記関節部の動作の制限をかける方向の情報に基づいて、前記動作の制限をかける関節部が決定される請求項5に記載のロボット。
- 前記複数の関節部のうち、前記先端部に近い関節部から少なくとも1個の関節部は、制限を課されない請求項1に記載のロボット。
- 前記制限時間設定部は、前記第2の力検出部が検出した前記外力が大きいほど制限時間を短くする請求項2に記載のロボット。
- さらに、人物体判別部を備え、
前記人物体判別部は、前記位置情報取得部で取得した位置情報と、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受けている外力と、前記挟み込み判別部で判別された情報とを基に、前記ロボットアームの前記先端部と前記外界環境との間に挟み込まれた物質が前記人か前記物体かを判別し、前記人であると判別した場合は、前記制限時間設定部が前記制限時間を、前記物体であると判別した場合よりも小さくする請求項2に記載のロボット。 - 前記第2の力検出部は、前記関節部の駆動装置の電流値と前記位置情報取得部で取得した位置情報とから推定関節トルクを推定し、
前記人物体判別部は、前記位置情報取得部で取得した位置情報と前記第2の力検出部で推定した前記推定関節トルクとを基に、弾性係数を求め、求められた弾性係数が人判別用第1閾値より小さい物質を挟み込んだと判断した場合は、挟み込まれた物質は人であると判別し、前記弾性係数が前記人判別用第1閾値以上である物質を挟み込んだと判断した場合は、挟み込まれた物質は物体であると判別する、請求項9に記載のロボット。 - 前記人物体判別部は、前記第2の力検出部で検出した、前記外部から前記ロボットアームが受ける外力の最大値と最小値との差が、人判別用第2閾値以上の場合は、挟み込まれた物質を人であると判別する請求項9に記載のロボット。
- 前記挟み込み判別部は、前記第1の力検出部からの入力が0であり前記第2の力検出部からの入力が一定値以上の値であるときに、前記挟み込み判別部は挟み込みがあると判別する請求項8に記載のロボット。
- 複数の関節部を有するロボットアームの先端部の位置情報を取得する位置情報取得部と、
人が前記ロボットアームにかけている力を検出する第1の力検出部と、
前記第1の力検出部で検出した力を基に、前記ロボットアームと外界環境との間に前記
人若しくは物体が挟まれたか否かを判別する挟み込み判別部と、
前記先端部が動作する領域を、制限領域と非制限領域に分類する領域分類部と、
前記ロボットアームの動作に制限をかける時間である制限期間を設定する制限時間設定部を備え、
前記挟み込み発生検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に含まれる一以上の関節部に動作制限が課され、前記複数の関節部のうち前記一以上の関節部以外の少なくとも1つの関節部には前記動作制限が課されず、
前記動作制限は前記一以上の関節部の動作停止であり、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間以降である場合は、前記動作制限が解除され、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記非制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に動作制限が課されない、
ロボットの制御装置。 - 複数の関節部を有するロボットアームの先端部の位置情報を取得するステップと、
人が前記ロボットアームにかけている力を検出するステップと、
前記検出した力を基に、前記ロボットアームと外界環境との間に前記人若しくは物体が挟まれたか否かを判別するステップと、
前記先端部が動作する領域を、制限領域と非制限領域に分類するステップと、
前記ロボットアームの動作に制限をかける時間である制限期間を設定するステップを含み、
前記挟み込み発生検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に含まれる一以上の関節部に動作制限が課され、前記複数の関節部のうち前記一以上の関節部以外の少なくとも1つの関節部には前記動作制限が課されず、
前記動作制限は前記一以上の関節部の動作停止であり、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間以降である場合は、前記動作制限が解除され、
前記挟み込み検出後の期間が、前記制限期間内であり、かつ、前記先端部が前記非制限領域に位置する場合は、前記複数の関節部に動作制限が課されない、
ロボットの制御方法。 - 請求項14に記載のロボットの制御方法をコンピュータに実行させるためのロボット用制御プログラム。
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