JP2017196704A - 可動部の振動測定方法、ロボットの振動測定方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部が共振した状態で、可動部の振動の大きさを定量的に測定することができる可動部の振動測定方法、ロボットの振動測定方法および制御装置を提供すること。【解決手段】第１慣性センサーを用いて可動部の振動を測定する振動測定方法であって、前記可動部を駆動する駆動部により前記可動部を駆動し、共振させた状態で、前記第１慣性センサーで測定を行う工程と、前記第１慣性センサーの出力に基づいて前記可動部の振動の大きさを求める工程と、を有することを特徴とする可動部の振動測定方法。また、前記可動部の１例としては、回動軸周りに回動可能に設けられた複数のアーム等が挙げられる。【選択図】図１

Description

本発明は、可動部の振動測定方法、ロボットの振動測定方法および制御装置に関するものである。

基台と、複数のアーム（リンク）を有するマニピュレーターとを備えるロボットが知られている。マニピュレーターの隣り合う２つのアームのうちの一方のアームは、関節部を介して、他方のアームに回動可能に連結され、最も基端側（最も上流側）のアームは、関節部を介して、基台に回動可能に連結されている。関節部はモーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アームが回動する。また、最も先端側（最も下流側）のアームには、エンドエフェクターとして、例えば、着脱可能にハンドが装着される。そして、ロボットは、例えば、ハンドで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、組立等の所定の作業を行う。

また、特許文献１には、ロボットに設けられた角速度センサーからの出力と、エンコーダーからの出力との差分情報を用いて、アームの振動を低減するロボット制御装置が開示されている。

また、ロボット等の可動部の振動の大きさを測定する方法としては、人が、可動部の振動の様子を視覚的に確認したり、また、可動部に手を当てて確認する方法が用いられている。

特開２０１４−２０５１９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロボット制御装置では、角速度センサー等の慣性センサーを用いて、ロボット等の可動部の振動の大きさを定量的に測定することは行われていない。また、測定した可動部の振動の大きさに基づいて、可動部の振動についての良否を判定することは行われていない。

また、ロボット等の可動部の振動の大きさを測定するための従来の方法では、可動部の振動の大きさを定量的に把握することはできず、また、人によって判断にばらつきがある。このため、可動部の振動についての良否の判定を一定の基準で行うことは困難である。また、複数の可動部について、振動の大きさの差を定量的に把握することは困難である。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

本発明の可動部の振動測定方法は、第１慣性センサーを用いて可動部の振動を測定する振動測定方法であって、
前記可動部を駆動する駆動部により前記可動部を駆動し、共振させた状態で、前記第１慣性センサーで測定を行う工程と、
前記第１慣性センサーの出力に基づいて前記可動部の振動の大きさを求める工程と、を有することを特徴とする。

これにより、可動部が共振した状態で、可動部の振動の大きさを定量的に測定することができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記可動部は、回動軸周りに回動可能に設けられた複数のアームを備え、
前記可動部の先端を第１の位置から第２の位置に移動させる際、前記駆動部により前記複数のアームのうちの少なくとも２つの前記アームを回動させ、共振させた状態で、前記第１慣性センサーで測定を行うことが好ましい。

これにより、アームが共振した状態で、アームの振動の大きさを定量的に測定することができる。

また、可動部の先端が第１の位置から第２の位置に移動する間は、可動部の固有振動数が変化するので、可動部の振動の振動数と可動部の固有振動数とが一致して可動部が共振することが期待できる。
また、２つのアームについて、同時に振動の大きさを測定することができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記２つのアームの前記回動軸は、互いに平行であることが好ましい。

これにより、可動部の先端を第１の位置から第２の位置に移動させる間、可動部の先端の姿勢を同一の姿勢に維持することが可能となる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記可動部の先端を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる間、前記可動部の先端の姿勢を同一の姿勢に維持することが好ましい。

これにより、可動部の先端の角速度の目標値が０の状態で測定を行うことができ、これによって、可動部が共振した状態で、容易に、可動部の振動の大きさを定量的に測定することができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記可動部を異なる複数の速度で駆動し、各々の速度において前記第１慣性センサーで測定を行うことが好ましい。

これにより、複数の速度のうちのいずれかの速度において可動部が共振することが期待できる。

また、各々の速度において求めた可動部の振動の大きさのうち、振動の大きさが最も小さいときの速度を選択することにより、可動部の振動を抑制することができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記第１慣性センサーは、前記可動部に内蔵されていることが好ましい。

これにより、第１慣性センサーを他の用途、例えば、可動部の制振制御に用いることができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記可動部を支持する支持部に、前記第１慣性センサーとは異なる第２慣性センサーが設けられ、
前記駆動部により前記可動部を駆動した状態で、前記第２慣性センサーで測定を行い、前記第２慣性センサーの出力に基づいて前記支持部の振動の大きさを求めることが好ましい。

これにより、可動部の動作速度のみでなく、例えば、支持部等の固有振動数を変更する方法を用いて、可動部の振動の影響を低減させることができる。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記第１慣性センサーは、６軸慣性センサーであることが好ましい。

これにより、６軸慣性センサーで、互いに直交する３軸のそれぞれの軸方向の加速度と、前記３軸のそれぞれの軸周りの角速度とを測定し、その６軸慣性センサーの出力に基づいて、可動部の振動の大きさを求めることができる。この６軸慣性センサーを用いる場合は、多くの情報を得ることができ、また、角速度センサーによる測定で、重力や遠心力の影響を受けにくいという利点を有する。

本発明の可動部の振動測定方法では、前記第１慣性センサーは、角速度センサーであることが好ましい。

これにより、角速度センサーで角速度を測定し、その角速度センサーの出力に基づいて、可動部の振動の大きさを求めることができる。この角速度センサーを用いる場合は、測定で、重力や遠心力の影響を受けにくいという利点を有する。

本発明のロボットの振動測定方法は、慣性センサーを用いてロボットの振動を測定する振動測定方法であって、
前記ロボットを駆動する駆動部により前記ロボットを駆動し、共振させた状態で、前記慣性センサーで測定を行う工程と、
前記慣性センサーの出力に基づいて前記ロボットの振動の大きさを求める工程と、を有することを特徴とする。

これにより、ロボットが共振した状態で、ロボットの振動の大きさを定量的に測定することができる。

本発明の制御装置は、アームを備えるロボットを制御する制御装置であって、
前記アームが共振している状態での、前記アームに設けられた慣性センサーの出力に基づいて、前記アームの振動の大きさを求める演算部を備えることを特徴とする。

これにより、アームが共振した状態で、アームの振動の大きさを定量的に求めることができる。

本発明の制御装置では、前記アームを異なる複数の速度で移動させ、各々の速度において前記演算部により求めた前記アームの振動の大きさのうち、振動の大きさが最も小さいときの速度を選択する選択部を備えることが好ましい。
これにより、アームの振動を抑制することができる。

本発明の制御装置により制御されるロボットの第１実施形態であって、そのロボットを正面側から見た斜視図である。 図１に示すロボットの概略図である。 本発明の制御装置およびその制御装置により制御されるロボットの第１実施形態の主要部のブロック図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第２実施形態を説明するための図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第３実施形態を説明するためのロボットを示す図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第３実施形態を説明するためのロボットを示す図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第３実施形態を説明するための図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第４実施形態を説明するための制御装置およびその制御装置により制御されるロボットの主要部のブロック図である。 本発明の可動部の振動測定方法の第５実施形態を説明するためのロボットを示す図である。

以下、本発明の可動部の振動測定方法、ロボットの振動測定方法および制御装置を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

なお、振動の測定対象物である可動部としては、動くことが可能なものであれば、その種類、構成等は特に限定されないが、以下の実施形態では、可動部がロボットのマニピュレーターの場合を例に挙げる。そして、可動部の振動測定方法の下位概念であるマニピュレーター（ロボット）の振動測定方法について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の制御装置により制御されるロボットの第１実施形態であって、そのロボットを正面側から見た斜視図である。図２は、図１に示すロボットの概略図である。図３は、本発明の制御装置およびその制御装置により制御されるロボットの第１実施形態の主要部のブロック図である。

なお、以下では、説明の都合上、図１および図２中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う（図８も同様）。また、図１および図２中の基台側を「基端」または「上流」、その反対側を「先端」または「下流」と言う（図８も同様）。また、図１および図２中の上下方向が鉛直方向である（図８も同様）。

まず、振動の測定対象物である可動部の１例であるロボット１を備えるロボットシステム１００について説明する。

図１〜図３に示すロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置２０とを備えている。また、ロボット１は、基台１１と、マニピュレーター１０（ロボットアーム）とを備えている。また、マニピュレーター１０は、回動軸周りに回動可能に設けられた複数、本実施形態では６つのアームを備えている。このロボットシステム１００の用途は特に限定されないが、ロボットシステム１００は、例えば、腕時計のような精密機器等を製造する製造工程等で用いることができる。

制御装置２０は、ロボット１にその一部または全部が内蔵されていてもよく、また、ロボット１とは、別体であってもよい。

また、制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。この制御装置２０は、ロボット１の後述する第１駆動源４０１の作動（駆動）を制御する第１駆動源制御部２０１、第２駆動源４０２の作動を制御する第２駆動源制御部２０２、第３駆動源４０３の作動を制御する第３駆動源制御部２０３、第４駆動源４０４の作動を制御する第４駆動源制御部２０４、第５駆動源４０５の作動を制御する第５駆動源制御部２０５および第６駆動源４０６の作動を制御する第６駆動源制御部２０６と、制御部２０７と、各情報を記憶する２０８、各演算を行う演算部２０９等を備えている。

また、制御装置２０は、振動測定装置の機能、すなわち、慣性センサー３２の出力に基づいて、ロボット１の所定部分、本実施形態では、マニピュレーター１０の振動の大きさの尺度の１つである角速度（速度）を求める機能を有している。また、制御装置２０の演算部２０９は、アームが共振している状態での、アームに設けられた慣性センサー３２の出力に基づいて、アームの振動の大きさの尺度の１つである角速度を求める機能を有している。この制御装置２０の機能については、後に詳述する。また、振動の大きさの尺度としては、この他、例えば、変位（振幅）、加速度等がある。なお、制御装置２０は、前記角速度に換えて、マニピュレーター１０の振動の変位または加速度を求めてもよく、また、変位、角速度および加速度のうちの任意の２つを求めてもよく、また、変位、角速度および加速度のすべてを求めてもよい。なお、速度には、角速度も含まれ、また、加速度には、角加速度も含まれる。

また、マニピュレーター１０は、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４、第４アーム１５、第５アーム１７および第６アーム１８と、駆動部である第１駆動源４０１、駆動部である第２駆動源４０２、駆動部である第３駆動源４０３、駆動部である第４駆動源４０４、駆動部である第５駆動源４０５および駆動部である第６駆動源４０６とを備えている。また、第５アーム１７および第６アーム１８によりリスト１６が構成され、第６アーム１８の先端部、すなわちリスト１６の先端面１６３には、例えば、ハンド等のエンドエフェクター（図示せず）を着脱可能に取り付けることができるようになっている。そして、このロボット１は、例えば、ハンドで精密機器、部品等を把持したまま、アーム１２〜１５、リスト１６等の動作を制御することにより、当該精密機器、部品を搬送する等の各作業を行うことができる。

ロボット１は、基台１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１７と、第６アーム１８とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節（６軸）ロボットである。以下では、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４、第４アーム１５、第５アーム１７、第６アーム１８、リスト１６をそれぞれ「アーム」とも言う。また、第１駆動源４０１、第２駆動源４０２、第３駆動源４０３、第４駆動源４０４、第５駆動源４０５および第６駆動源４０６をそれぞれ「駆動源」とも言う。なお、アーム１２〜１５、１７および１８の長さは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。

基台１１と第１アーム１２とは、関節（ジョイント）１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸Ｏ１を回動中心とし、その第１回動軸Ｏ１周りに回動可能となっている。第１回動軸Ｏ１は、基台１１の設置面である床１０１の上面の法線と一致している。また、第１回動軸Ｏ１は、ロボット１の最も上流側にある回動軸である。この第１アーム１２は、モーター（第１モーター）４０１Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第１駆動源４０１の駆動により回動する。また、モーター４０１Ｍは、モータードライバー３０１を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。

第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節（ジョイント）１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸Ｏ２を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１と直交している。この第２アーム１３は、モーター（第２モーター）４０２Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第２駆動源４０２の駆動により回動する。また、モーター４０２Ｍは、モータードライバー３０２を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１に直交する軸と平行であってもよい。

第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節（ジョイント）１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸Ｏ３を回動中心とし、その第３回動軸Ｏ３周りに回動可能となっている。第３回動軸Ｏ３は、第２回動軸Ｏ２と平行である。また、前記平行とは、第２回動軸Ｏ２と第３回動軸Ｏ３とが完全に平行な場合のみを示すものではなく、第２回動軸Ｏ２に対して第３回動軸Ｏ３が±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含まれる。この第３アーム１４は、モーター（第３モーター）４０３Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第３駆動源４０３の駆動により回動する。また、モーター４０３Ｍは、モータードライバー３０３を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。

第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節（ジョイント）１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸Ｏ４を回動中心とし、その第４回動軸Ｏ４周りに回動可能となっている。第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３と直交している。この第４アーム１５は、モーター（第４モーター）４０４Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第４駆動源４０４の駆動により回動する。また、モーター４０４Ｍは、モータードライバー３０４を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３に直交する軸と平行であってもよい。

第４アーム１５とリスト１６の第５アーム１７とは、関節（ジョイント）１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１７は、第４アーム１５に対して第５回動軸Ｏ５を回動中心とし、その第５回動軸Ｏ５周りに回動可能となっている。第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４と直交している。この第５アーム１７は、モーター（第５モーター）４０５Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第５駆動源４０５の駆動により回動する。また、モーター４０５Ｍは、モータードライバー３０５を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４に直交する軸と平行であってもよい。

リスト１６の第５アーム１７と第６アーム１８とは、関節（ジョイント）１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１８は、第５アーム１７に対して第６回動軸Ｏ６を回動中心とし、その第６回動軸Ｏ６周りに回動可能となっている。第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５と直交している。この第６アーム１８は、モーター（第６モーター）４０６Ｍおよび減速機（図示せず）を有する第６駆動源４０６の駆動により回動する。また、モーター４０６Ｍは、モータードライバー３０６を介して制御装置２０により制御される。なお、前記減速機が省略されていてもよい。また、第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５に直交する軸と平行であってもよい。

なお、リスト１６は、第６アーム１８として、円筒状をなすリスト本体１６１を有し、また、第５アーム１７として、リスト本体１６１と別体で構成され、当該リスト本体１６１の基端部に設けられ、リング状をなす支持リング１６２を有している。

また、本実施形態では、マニピュレーター１０の所定のアームに、角速度センサーや角速度センサー等の慣性センサー３１が内蔵（設置）されている。この慣性センサー３１により、慣性センサー３１が設置されたアームの角速度や加速度を検出することが可能である。また、加速度センサーの出力、すなわち、検出結果に基づいて、角速度を求めることも可能である。なお、慣性センサー３１の数は、１つに限らず、複数でもよい。

駆動源４０１〜４０６には、それぞれのモーターまたは減速機に、第１角度センサー４１１、第２角度センサー４１２、第３角度センサー４１３、第４角度センサー４１４、第５角度センサー４１５、第６角度センサー４１６が設けられている。これらの角度センサーとしては、特に限定されず、例えば、ロータリーエンコーダー等のエンコーダー等を用いることができる。これらの角度センサー４１１〜４１６により、それぞれ、駆動源４０１〜４０６のモーターまたは減速機の回転軸（回動軸）の回転（回動）角度を検出する。

また、駆動源４０１〜４０６のモーターとしては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いるのが好ましい。

ロボット１は、制御装置２０と電気的に接続されている。すなわち、駆動源４０１〜４０６、角度センサー４１１〜４１６、慣性センサー３１は、それぞれ、制御装置２０と電気的に接続されている。

そして、制御装置２０は、アーム１２〜１５、リスト１６をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー３０１〜３０６を介して、駆動源４０１〜４０６をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、制御装置２０は、角度センサー４１１〜４１６、慣性センサー３１により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源４０１〜４０６の駆動、例えば、角速度や回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、制御装置２０の記憶部２０８に予め記憶されている。

また、制御装置２０は、慣性センサー３１の検出結果と、角度センサー４１１〜４１６のうちの所定の角度センサーの検出結果とに基づいて、ロボット１のマニピュレーター１０の制振制御を行うことが可能である。これにより、ロボット１（マニピュレーター１０）の振動を抑制することができる。

本実施形態では、基台１１は、ロボット１の鉛直方向の最も下方に位置し、設置スペースの床１０１等に固定（設置）される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、複数本のボルト１１１による固定方法を用いている。

基台１１には、例えば、モーター４０１Ｍやモータードライバー３０１〜３０６等が収納されている。

アーム１２〜１５は、それぞれ、中空のアーム本体２と、アーム本体２内に収納され、モーターを備える駆動機構３と、アーム本体２内を封止する封止手段４とを有している。なお、図面では、第１アーム１２が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「２ａ」、「３ａ」、「４ａ」とも表記し、第２アーム１３が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「２ｂ」、「３ｂ」、「４ｂ」とも表記し、第３アーム１４が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「２ｃ」、「３ｃ」、「４ｃ」とも表記し、第４アーム１５が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「２ｄ」、「３ｄ」、「４ｄ」とも表記する。

次に、可動部の１例であるロボット１のマニピュレーター１０の振動測定方法について説明する。

本実施形態の振動測定方法は、マニピュレーター１０に取り付けられた第１慣性センサーである慣性センサー３２を用いてロボット１の振動、すなわち、マニピュレーター１０の振動を測定する振動測定方法である。この振動測定方法は、マニピュレーター１０を駆動する駆動部である第１駆動源４０１〜第６駆動源４０６のうちの少なくとも１つによりマニピュレーター１０を駆動し、マニピュレーター１０を共振させた状態で、慣性センサー３２で測定を行う工程と、慣性センサー３２の出力に基づいてマニピュレーター１０の振動の大きさの尺度の１つである角速度を求める工程とを有する。これにより、マニピュレーター１０が共振した状態で、マニピュレーター１０の振動の角速度を定量的に測定することができる。

また、慣性センサー３２を設置する箇所は、特に限定されず、例えば、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４、第４アーム１５、第５アーム１７、第６アーム１８等が挙げられる。本実施形態では、慣性センサー３２をマニピュレーター１０の先端、すなわち、第６アーム１８の先端に設置する。

また、慣性センサー３２としては、特に限定されず、例えば、単一の角速度センサー（ジャイロセンサー）、単一の加速度センサー、複数の角速度センサーを有するセンサー、複数の角速度センサーを有するセンサー、少なくとも１つの角速度センサーと少なくとも１つの加速度センサーとを有するセンサー等が挙げられる。また、前記角速度センサーおよび加速度センサーを有するセンサーとしては、例えば、６軸慣性センサー等が挙げられる。この６軸慣性センサーは、３つの角速度センサーと３つの加速度センサーとを有しており、互いに直交する３軸のそれぞれの軸方向の加速度を前記３つの加速度センサーで検出し、前記３軸のそれぞれの軸周りの角速度を前記３つの角速度センサーで検出することが可能である。慣性センサー３２として、角速度センサーを含むセンサーを用いる場合は、測定で、重力や遠心力の影響を受けにくいという利点を有する。また、慣性センサー３２として、６軸慣性センサーを用いる場合は、多くの情報を得ることができ、また、角速度センサーによる測定で、重力や遠心力の影響を受けにくいという利点を有する。なお、慣性センサー３２の数は、１つでもよく、また、複数でもよいが、本実施形態では、１つの場合を例に挙げて説明する。

次に、ロボット１のマニピュレーター１０の振動を測定する手順について説明する。
［１］
ロボット１のマニピュレーター１０の先端に慣性センサー３２を取り付ける（図５、図６参照）。

［２］
ロボット１のマニピュレーター１０の固有振動数を求める。この固有振動数を求めるには、まず、マニピュレーター１０に振動を与える。例えば、ハンマー等でマニピュレーター１０を叩く。これにより、マニピュレーター１０が振動する。そして、慣性センサー３２で測定を行い、慣性センサー３２の出力、すなわち、検出結果に基づいて、マニピュレーター１０の固有振動数を求める。なお、マニピュレーター１０の固有振動数が既知の場合は、本工程は、省略される。

［３］慣性センサー３２で測定を行う工程
マニピュレーター１０の振動の振動数（周波数）と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致するように、マニピュレーター１０を駆動する。

この場合、第１アーム１２〜第６アーム１８のうちのいずれのアームを回動させてもよい。例えば、第１アーム１２〜第６アーム１８のうちの所定の１つのアームを回動させて慣性センサー３２で測定を行う。または、第１アーム１２〜第６アーム１８のうちの所定の複数のアームを順番に回動させて、それぞれ、慣性センサー３２で測定を行う。なお、以下では、代表的に、第２アーム１３を回動させて慣性センサー３２で測定を行う場合を例に挙げて説明する。

また、マニピュレーター１０を駆動する際は、第２アーム１３を回動させるモーター４０２Ｍの回転数を調整することにより、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とを一致させ、マニピュレーター１０を共振させる。そして、マニピュレーター１０が共振している状態（共振状態）で、慣性センサー３２で測定を行う。なお、慣性センサー３２により測定する角速度は、本実施形態および後述する各実施形態では、それぞれ、第６回動軸Ｏ６の軸周りの角速度である。

また、第２駆動源４０２の減速機として、波動歯車装置、すなわち、ハーモニックドライブ（「ハーモニックドライブ」は登録商標）を用いる場合は、モーター４０２Ｍの回転数をＮ、減速機のモーター４０２Ｍ側の歯車の歯数をＡ、減速機の減速機側の歯車の歯数をＢとしたとき、マニピュレーター１０の振動の振動数ｆは、下記（１）式で表される。この（１）式を用いて、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致するときのモーター４０２Ｍの回転数を求めることができる。
ｆ＝Ｎ×（Ａ／Ｂ）×２ ・・・（１）

［４］振動の大きさの尺度の１つである角速度を求める工程
慣性センサー３２の出力、すなわち、検出結果に基づいて、マニピュレーター１０の振動の大きさの尺度の１つである角速度を求める。この角速度の算出は、制御装置２０の演算部２０９により行われる。このように、演算部２０９は、マニピュレーター１０（アーム）が共振している状態での、マニピュレーター１０に設けられた慣性センサー３２の出力に基づいて、マニピュレーター１０の振動の大きさの尺度の１つである角速度を求める機能を有している。

得られた共振状態での角速度の情報は、記憶部２０８に記憶され、例えば、ロボット１の振動についての良否の判定等の種々の用途で用いることができる。

測定が終了した後は、慣性センサー３２を取り外す。また、慣性センサー３２を取り外さずに、他の用途に用いてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、マニピュレーター１０が共振した状態で、マニピュレーター１０の振動の角速度を定量的に測定することができる。

これにより、ロボットの１の振動についての良否の判定の精度を向上させることができる。また、複数のロボット１の振動について、定量的に比較することもできる。

また、マニピュレーター１０の振動の角速度の情報を成績表等に記載して保存しておくことにより、ロボット１の納入後に顧客からロボット１の振動が大きい等とのクレームがついた場合に、前記成績表で確認することができ、対応することが可能である。また、後続品の出荷段階で、前記クレームがついた振動レベル以上の製品は、出荷しない等の対応をとることが可能になる。また、ロボット１が振動について出荷後に異常になったのか、または、製造時から異常であったのかを判定することができる。

ここで、本実施形態では、振動測定において、振動測定専用の慣性センサー３２で測定を行うようになっているが、慣性センサー３２に代えて、マニピュレーター１０に内蔵されている慣性センサー３１を第１慣性センサーとし、その慣性センサー３１で測定を行ってもよい。

これにより、慣性センサー３１を、振動測定と、ロボット１の制振制御とに用いることができ、振動測定の際、マニピュレーター１０に対し、振動測定専用の慣性センサー３２を着脱する手間を省くことができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明の可動部の振動測定方法の第２実施形態を説明するための図である。

以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。なお、第２実施形態でも第１実施形態と同様に、代表的に、第２アーム１３を回動させて測定を行う場合を例に挙げて説明する。

第２実施形態では、振動測定において、マニピュレーター１０を異なる複数の速度で駆動し、各々の速度において慣性センサー３２で測定を行う。

具体的には、振動測定において、複数の回転数でモーター４０２Ｍを駆動して第２アーム１３を回動させる。そして、各々の回転数において慣性センサー３２で測定を行う。また、前記複数の回転数は、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致する理論上の値およびその前後の値に設定される。

これにより、ロボット１の個体差等でマニピュレーター１０の固有振動数が異なる場合でも対応することができる。すなわち、前記複数の回転数のうちのいずれかの回転数においてマニピュレーター１０が共振することが期待できる。

図４には、振動の測定結果の一例を示すグラフが示されている。このグラフの縦軸は、慣性センサー３２で測定された角速度、横軸は、時間である。

また、この測定は、第２アーム１３を正方向と逆方向とに回動、すなわち、往復させて行った。図４中の各四角形で囲まれているデータは、その一方が第２アーム１３を正方向に回動させた場合のデータ、すなわち、波形であり、他方が第２アーム１３を逆方向に回動させた場合の波形である。また、各四角形で囲まれているデータは、モーター４０２Ｍの複数の回転数のそれぞれに対応しており、その回転数は、図４中の右側ほど高い。そして、各波形の「ω」が、マニピュレーター１０の振動の角速度に相当する。このωが最も大きいときが、マニピュレーター１０が共振しているときである。

以上のような第２実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図５および図６は、本発明の可動部の振動測定方法の第３実施形態を説明するためのロボットを示す図である。図７は、本発明の可動部の振動測定方法の第３実施形態を説明するための図である。

以下、第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第３実施形態では、振動測定において、マニピュレーター１０の先端を第１の位置から第２の位置に移動させる。また、マニピュレーター１０の先端を第２の位置から第１の位置にも移動させる。そして、その際、駆動部である第１駆動源４０１〜第６駆動源４０６のうちの少なくとも２つにより、複数のアーム、すなわち、第１アーム１２〜第６アーム１８のうちの少なくとも２つのアームを回動させ、共振させた状態で、慣性センサー３２で測定を行う。また、前記２つのアームの回動軸は、互いに平行である。また、マニピュレーター１０の先端を第１の位置から第２の位置に移動させる間、マニピュレーター１０の先端の姿勢を同一の姿勢に維持する。また、マニピュレーター１０の先端を第２の位置から第１の位置に移動させる間も、マニピュレーター１０の先端の姿勢を同一の姿勢に維持する。また、前記同一の姿勢とは、完全に同一の姿勢のみを示すものではなく、例えば、第６回動軸Ｏ６の姿勢で説明すると、マニピュレーター１０の先端の移動前の第６回動軸Ｏ６に対して、マニピュレーター１０の先端の移動中および移動後の第６回動軸Ｏ６が±５°以下の範囲内で傾斜している場合も含まれる。

以下では、代表的に、第２アーム１３および第３アーム１４を回動させて、マニピュレーター１０の先端を移動させる場合を例に挙げて説明する。

まず、本実施形態では、振動測定において、第２アーム１３および第３アーム１４を互いに異なる方向に回動させ、マニピュレーター１０の姿勢を、図５に示す第１の姿勢から図６に示す第２の姿勢に変更し、マニピュレーター１０の先端を、図５に示す第１の位置から図６に示す第２の位置に移動させる。また、第２アーム１３および第３アーム１４を互いに異なる方向、前記と逆の方向に回動させ、マニピュレーター１０の姿勢を、図６に示す第２の姿勢から図５に示す第１の姿勢に変更し、マニピュレーター１０の先端を、図６に示す第２の位置から図５に示す第１の位置に移動させる。そして、前記マニピュレーター１０の先端を移動させる際は、第２アーム１３を回動させるモーター４０２Ｍおよび第３アーム１４を回動させるモーター４０３Ｍの回転数を調整し、マニピュレーター１０の先端の姿勢を同一の姿勢に維持する。

図７には、振動の測定結果の一例を示すグラフが示されている。このグラフの縦軸は、慣性センサー３２で測定された角速度、横軸は、時間である。

また、図７中の各四角形で囲まれているデータは、その一方が、マニピュレーター１０の先端を図５に示す第１の位置から図６に示す第２の位置に移動させた場合のデータ、すなわち、波形であり、他方が、マニピュレーター１０の先端を図６に示す第２の位置から図５に示す第１の位置に移動させた場合の波形である。また、各四角形で囲まれているデータは、モーター４０２Ｍ、４０３Ｍの複数の回転数のそれぞれに対応しており、その回転数は、図７中の右側ほど高い。

ここで、この振動測定では、第２アーム１３および第３アーム１４を回動させるので、マニピュレーター１０の固有振動数が変化し、これにより、マニピュレーター１０が共振することが期待でき、また、第２アーム１３および第３アーム１４の動作について、同時に振動の角速度を測定することができる。また、第２回動軸Ｏ２と第３回動軸Ｏ３とは互いに平行であるので、マニピュレーター１０の先端の姿勢を同一の姿勢に維持することが可能となる。これにより、マニピュレーター１０の先端の角速度の目標値が０の状態で測定を行うことができ、これによって、マニピュレーター１０が共振した状態で、容易に、マニピュレーター１０の振動の角速度を定量的に測定することができる。

具体的には、まず、振動測定におけるマニピュレーター１０の動作では、マニピュレーター１０の姿勢が変化するので、マニピュレーター１０の固有振動数が変化する。これにより、マニピュレーター１０の動作の途中において、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致してマニピュレーター１０が共振することが期待できる。

また、振動測定において、２つのモーター４０２Ｍおよび４０３Ｍを駆動するので、マニピュレーター１０の振動の振動数は、モーター４０２Ｍの駆動に基づく値と、モーター４０３Ｍの駆動に基づく値とで決定される。これにより、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致してマニピュレーター１０が共振することが期待できる。

また、マニピュレーター１０の姿勢を図５に示す第１の姿勢から図６に示す第２の姿勢に変更する際は、第２アーム１３は、反時計周りに回動し、第３アーム１４は、時計周りに回動する。また、マニピュレーター１０の姿勢が図６に示す第２の姿勢から図５に示す第１の変更に変化する際は、第２アーム１３は、時計周りに回動し、第３アーム１４は、反時計周りに回動する。すなわち、第２アーム１３と第３アーム１４とが互いに異なる方向に回動する。また、マニピュレーター１０の先端の角速度の目標値は、０に設定され、マニピュレーター１０の先端の姿勢は、一定の姿勢を維持する。

これにより、図７に示すように、慣性センサー３２で測定される角速度は、マニピュレーター１０の振動に基づく角速度のみとなり、これによって、容易に、マニピュレーター１０の振動の角速度を求めることができる。

また、振動測定では、第２アーム１３の振動によるマニピュレーター１０の振動と、第３アーム１４の振動によるマニピュレーター１０の振動との合成振動を求めるので、それを別々に求める場合に比べて、ロボットの１の振動についての良否の判定を迅速に行うことができる。

また、ロボット１が姿勢を第１の姿勢と第２の姿勢との一方から他方へ変更する動作は、ロボットが作業を行う場合の動作において登場する頻度が高い。このため、ロボット１の振動についての良否の判定を、実際の作業に則して行うことができる。

以上のような第３実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明の可動部の振動測定方法の第４実施形態を説明するための制御装置およびその制御装置により制御されるロボットの主要部のブロック図である。

以下、第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。なお、第４実施形態でも第１実施形態と同様に、代表的に、第２アーム１３を回動させて測定を行う場合を例に挙げて説明する。

図８に示すように、第３実施形態では、制御装置２０は、複数の選択肢から選択を行う選択部２１０を備えている。

また、振動測定において、マニピュレーター１０を異なる複数の速度で駆動、すなわち、アームの１例である第２アーム１３を異なる複数の角速度（速度）で回動（移動）させ、各々の角速度（速度）において慣性センサー３２で測定を行う。

また、選択部２１０は、振動測定において、第２アーム１３を異なる複数の角速度で回動させ、各々の角速度において演算部２０９により求めたアームの振動の角速度のうち、振動の角速度が最も小さいときのアームの角速度を選択する機能を有する。なお、速度は、角速度を含む概念であり、例えば、ロボットの動作において、ロボットの可動部分が平行移動する場合は、角速度ではなく、速度であってもよい。

具体的には、振動測定において、複数の回転数でモーター４０２Ｍを駆動して第２アーム１３を回動させる。そして、各々の回転数において慣性センサー３２で測定を行う。また、前記複数の回転数は、マニピュレーター１０の振動の振動数と、マニピュレーター１０の固有振動数とが一致する理論上の値およびその前後の値に設定される。

また、選択部２１０は、各々の回転数において演算部２０９により求めたマニピュレーター１０の振動の角速度のうち、振動の角速度が最も小さいときのモーター４０２Ｍの回転数を選択する。この選択された回転数は、ロボット１を動作させる際のモーター４０２Ｍの回転数として設定される。これにより、ロボット１を動作させる際、マニピュレーター１０の振動を抑制することができる。

なお、選択部２１０は、単に振動の角速度が最も小さいときのモーター４０２Ｍの回転数ではなく、回転数に閾値を設け、その閾値以上の回転数において、振動の角速度が最も小さいときのモーター４０２Ｍの回転数を選択するように構成してもよい。この場合は、精度の要求や作業時間等を鑑みて、ロボットの動作速度を設定することができる。

以上のような第４実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。

なお、振動測定において、第３実施形態と同様にマニピュレーター１０を駆動してもよい。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明の可動部の振動測定方法の第５実施形態を説明するためのロボットを示す図である。

以下、第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。なお、第５実施形態でも第１実施形態と同様に、代表的に、第２アーム１３を回動させて測定を行う場合を例に挙げて説明する。

図９に示すように、第５実施形態では、基台１１は、ロボット１の鉛直方向の最も上方に位置し、設置スペースの天井１０２に固定されている。このようなロボット１が動作すると、マニピュレーター１０のみでなく、天井１０２も振動する。

また、マニピュレーター１０を支持する支持部の１例である基台１１に、慣性センサー３２とは異なる第２慣性センサーである慣性センサー３３が設けられている。この慣性センサー３３は、振動測定の際、基台１１に取り付けられる。測定終了後に、慣性センサー３３は取り外されてもよい。なお、慣性センサー３３は、基台１１に限らず、例えば、天井１０２に取り付けてもよい。

そして、駆動部の１例である第２駆動源４０２によりマニピュレーター１０を駆動した状態、好ましくは、マニピュレーター１０が共振した状態で、慣性センサー３３で測定を行い、慣性センサー３３の出力に基づいて基台１１の振動の角速度を求める。この基台１１の振動の角速度は、天井１０２の振動の角速度に対応している。また、慣性センサー３２でも測定を行い、慣性センサー３２の出力に基づいてマニピュレーター１０の振動も求める。なお、天井１０２等の固有振動数は、第１実施形態で述べたマニピュレーター１０の固有振動数を求める方法と同様にして求めることが可能である。

これにより、ロボット１の動作速度のみでなく、例えば、天井１０２等の固有振動数を変更する方法等を用いて、ロボット１の振動の影響を低減させることができる。

以上のような第５実施形態によっても、前述した実施形態と同様の効果を発揮することができる。

なお、振動測定において、第３実施形態と同様にマニピュレーター１０を駆動してもよい。

以上、本発明の可動部の振動測定方法、ロボットの振動測定方法および制御装置を、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、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、前記実施形態では、振動の測定対象物である可動部がロボットのマニピュレーターの場合を例に挙げて説明したが、本発明では、可動部は、ロボットのマニピュレーターに限定されず、動くことが可能なものであればよい。

また、前記実施形態では、ロボットの基台の固定箇所は、例えば、設置スペースにおける床または天井であるが、本発明では、これに限定されず、この他、例えば、壁、作業台、地上等が挙げられる。

また、本発明では、ロボットは、セル内に設置されていてもよい。この場合、ロボットの基台の固定箇所としては、例えば、セルの床部、天井部、壁部、作業台等が挙げられる。

また、前記実施形態では、ロボット（基台）が固定される平面（面）である第１面は、水平面と平行な平面（面）であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、水平面や鉛直面に対して傾斜した平面（面）でもよく、また、鉛直面と平行な平面（面）であってもよい。すなわち、第１回動軸は、鉛直方向や水平方向に対して傾斜していてもよく、また、水平方向と平行であってもよい。

また、前記実施形態では、マニピュレーターの回動軸の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、マニピュレーターの回動軸の数は、例えば、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アーム（リンク）の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、例えば、２つ、３つ、４つ、５つ、または、７つ以上でもよい。この場合、例えば、前記実施形態のロボットにおいて、第２アームと第３アームとの間にアームを追加することにより、アームの数が７つのロボットを実現することができる。

また、前記実施形態では、マニピュレーターの数は、１つであるが、本発明では、これに限定されず、マニピュレーターの数は、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、ロボット（ロボット本体）は、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。

また、本発明では、ロボットは、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボット、スカラーロボット等の水平多関節ロボット等が挙げられる。

また、前記実施形態では、制御装置が振動の大きさを測定する機能を有しているが、本発明では、これに限定されず、例えば、制御装置とは別に、振動の大きさを測定する振動測定装置を設けてもよい。振動測定装置は、例えば、パーソナルコンピューター等で構成することができる。

１…ロボット、２…アーム本体、３…駆動機構、４…封止手段、１０…マニピュレーター、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…リスト、１７…第５アーム、１８…第６アーム、２０…制御装置、３１…慣性センサー、３２…慣性センサー、３３…慣性センサー、１００…ロボットシステム、１０１…床、１０２…天井、１１１…ボルト、１６１…リスト本体、１６２…支持リング、１６３…先端面、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２０１…第１駆動源制御部、２０２…第２駆動源制御部、２０３…第３駆動源制御部、２０４…第４駆動源制御部、２０５…第５駆動源制御部、２０６…第６駆動源制御部、２０７…制御部、２０８…記憶部、２０９…演算部、２１０…選択部、３０１…モータードライバー、３０２…モータードライバー、３０３…モータードライバー、３０４…モータードライバー、３０５…モータードライバー、３０６…モータードライバー、４０１…第１駆動源、４０１Ｍ…モーター、４０２…第２駆動源、４０２Ｍ…モーター、４０３…第３駆動源、４０３Ｍ…モーター、４０４…第４駆動源、４０４Ｍ…モーター、４０５…第５駆動源、４０５Ｍ…モーター、４０６…第６駆動源、４０６Ｍ…モーター、４１１…第１角度センサー、４１２…第２角度センサー、４１３…第３角度センサー、４１４…第４角度センサー、４１５…第５角度センサー、４１６…第６角度センサー、Ｏ１…第１回動軸、Ｏ２…第２回動軸、Ｏ３…第３回動軸、Ｏ４…第４回動軸、Ｏ５…第５回動軸、Ｏ６…第６回動軸

Claims (12)

1. 第１慣性センサーを用いて可動部の振動を測定する振動測定方法であって、
   前記可動部を駆動する駆動部により前記可動部を駆動し、共振させた状態で、前記第１慣性センサーで測定を行う工程と、
   前記第１慣性センサーの出力に基づいて前記可動部の振動の大きさを求める工程と、を有することを特徴とする可動部の振動測定方法。
2. 前記可動部は、回動軸周りに回動可能に設けられた複数のアームを備え、
   前記可動部の先端を第１の位置から第２の位置に移動させる際、前記駆動部により前記複数のアームのうちの少なくとも２つの前記アームを回動させ、共振させた状態で、前記第１慣性センサーで測定を行う請求項１に記載の可動部の振動測定方法。
3. 前記２つのアームの前記回動軸は、互いに平行である請求項２に記載の可動部の振動測定方法。
4. 前記可動部の先端を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる間、前記可動部の先端の姿勢を同一の姿勢に維持する請求項２または３に記載の可動部の振動測定方法。
5. 前記可動部を異なる複数の速度で駆動し、各々の速度において前記第１慣性センサーで測定を行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載の可動部の振動測定方法。
6. 前記第１慣性センサーは、前記可動部に内蔵されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の可動部の振動測定方法。
7. 前記可動部を支持する支持部に、前記第１慣性センサーとは異なる第２慣性センサーが設けられ、
   前記駆動部により前記可動部を駆動した状態で、前記第２慣性センサーで測定を行い、前記第２慣性センサーの出力に基づいて前記支持部の振動の大きさを求める請求項１ないし５のいずれか１項に記載の可動部の振動測定方法。
8. 前記第１慣性センサーは、６軸慣性センサーである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の可動部の振動測定方法。
9. 前記第１慣性センサーは、角速度センサーである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の可動部の振動測定方法。
10. 慣性センサーを用いてロボットの振動を測定する振動測定方法であって、
    前記ロボットを駆動する駆動部により前記ロボットを駆動し、共振させた状態で、前記慣性センサーで測定を行う工程と、
    前記慣性センサーの出力に基づいて前記ロボットの振動の大きさを求める工程と、を有することを特徴とするロボットの振動測定方法。
11. アームを備えるロボットを制御する制御装置であって、
    前記アームが共振している状態での、前記アームに設けられた慣性センサーの出力に基づいて、前記アームの振動の大きさを求める演算部を備えることを特徴とする制御装置。
12. 前記アームを異なる複数の速度で移動させ、各々の速度において前記演算部により求めた前記アームの振動の大きさのうち、振動の大きさが最も小さいときの速度を選択する選択部を備える請求項１１に記載の制御装置。

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