JP2019209407A - ロボット、制御装置およびロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】力センサーの検出精度が高いロボット、ならびに、このロボットを制御可能な制御装置およびロボットの制御方法を提供すること。【解決手段】基台と、前記基台に対して相対的に回動するロボットアームと、外力を検出する力センサーと、前記ロボットアームに沿って設定されている所定の領域に物体が存在することを検出するセンサー部と、を有し、前記ロボットアームの動作が停止中または等速動作中であり、かつ、前記センサー部の検出結果に基づいて前記所定の領域に物体が存在しないと判断するとき、前記力センサーの検出値を補正することを特徴とするロボット。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボット、制御装置およびロボットの制御方法に関するものである。

特許文献１に記載のロボットでは、力センサーから出力された計測値を含む信号が制御装置に到達し、到達した計測値に基づいて力検出値算出部において力検出値を算出するとともに、所定の条件を満たすとき、補正値更新部において力検出値を補正値として更新する（力センサーをリセットする）。そして、力の計測から力センサーをリセットするまでのフローを頻繁に繰り返すことにより、力センサーの計測値の補正値と真の値との乖離量を常に最小に維持することができる。

このようなロボットでは、力センサーが力を検出してから制御部がリセットを実行するまでの間に遅延（タイムラグ）が存在する。このため、例えばある時刻ｔａにおいて、ロボットアームに人間が接触し、それによる外力を力センサーが検知したとき、ほぼ同時刻ｔａにおいて、力センサーのリセットが実行されてしまう可能性がある。具体的には、ある時刻ｔａにおいて力センサーが外力を検知してから、力センサーのリセットをその外力の計測値に基づいて行うか否かを判断するまでにタイムラグがあるため、その同時刻ｔａにおいて、その時刻ｔａより前の時刻に取得された外力の計測値に基づいて力センサーがリセットされてしまう可能性がある。そうすると、力センサーの計測値が過剰に補正されてしまうことになり、力センサーの計測値の補正値と真の値との乖離量が大きくなる。

特開２０１６−１１２６２７号公報

特許文献１に記載のロボットでは、力センサーが外力を受けている状態であっても、力センサーがリセットされてしまい、力センサーの検出精度が低下するという課題がある。

本発明の適用例に係るロボットは、基台と、
前記基台に対して相対的に回動するロボットアームと、
外力を検出する力センサーと、
前記ロボットアームに沿って設定されている所定の領域に物体が存在することを検出するセンサー部と、を有し、
前記ロボットアームの動作が停止中または等速動作中であり、かつ、前記センサー部の検出結果に基づいて前記所定の領域に物体が存在しないと判断するとき、前記力センサーの検出値を補正する。

本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットのブロック図である。 図１および図２に示すロボットの制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示すセンサー部によって設定される、物体が存在することを検出する範囲である監視領域Ｄの一例を示す図である。 図１に示すセンサー部によって設定される、物体が存在することを検出する範囲である監視領域Ｄの一例を示す図である。 図１に示すロボットアームの把持部の部品（対象物）に対する動きの例、近接センサーの挙動の例、および制御装置の挙動の例を、時間軸に沿って比較することにより、第１実施形態の作用を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図７に示すロボットのブロック図である。 図７に示す近接センサーが、物体が存在することを検出する監視領域Ｄの一例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係るロボットを示す図である。

以下、本発明のロボット、制御装置およびロボットの制御方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。なお、以下では、ロボット１の基台１１０側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端側」と言う。

図１に示すロボット１は、エンドエフェクター１７が装着されたロボットアーム１０を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うシステムである。このロボット１は、複数のアーム１１〜１６を有するロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端側に取り付けられたエンドエフェクター１７と、これらの動作を制御する制御装置５０と、を備える。以下、まず、ロボット１の概略を説明する。

ロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。図１に示すように、ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に対して相対的に回動するロボットアーム１０と、を備える。

基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボットアーム１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１（第１アーム）と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２（第２アーム）と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３（第３アーム）と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４（第４アーム）と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５（第５アーム）と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６（第６アーム）と、を有する。なお、基台１１０およびアーム１１〜１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を屈曲または回動させる部分が「関節部」を構成している。

また、図２に示すように、ロボット１は、ロボットアーム１０の各関節部を駆動する駆動部１３０と、ロボットアーム１０の各関節部の駆動状態（例えば回転角度）を検出する角度センサー１３１と、を有する。駆動部１３０は、例えば、モーターおよび減速機を含んで構成されている。角度センサー１３１は、例えば、磁気式または光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。

このようなロボット１のアーム１６の先端面には、エンドエフェクター１７が装着されている。なお、アーム１６とエンドエフェクター１７との間には、力覚センサーが配置されていてもよい。

エンドエフェクター１７は、対象物を把持する把持ハンドである。このエンドエフェクター１７は、図１に示すように、本体１７１と、本体１７１に設置されている駆動部１７０と、駆動部１７０からの駆動力により開閉する１対の把持部１７２と、把持部１７２に設けられている把持力センサー１７３と、を有する。

ここで、駆動部１７０は、例えば、モーターと、モーターからの駆動力を１対の把持部１７２に伝達する歯車等の伝達機構と、を含んで構成されている。そして、１対の把持部１７２は、駆動部１７０からの駆動力により開閉する。これにより、１対の把持部１７２間で対象物を掴んで保持したり、１対の把持部１７２間で保持した対象物を離脱させたりすることができる。把持力センサー１７３は、例えば、抵抗型、静電型等の感圧センサーであり、把持部１７２または把持部１７２と駆動部１７０との間に配置され、１対の把持部１７２間に加わる力を検出する。なお、エンドエフェクター１７は、前述した把持ハンドに限定されず、例えば、吸着により対象物を保持する方式のエンドエフェクターであってもよい。本明細書において、「保持」とは、吸着および把持の双方を含む概念である。また、「吸着」とは、磁力による吸着、負圧による吸着等を含む概念である。また、エンドエフェクター１７に用いる把持ハンドの指の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。

図１および図２に示す制御装置５０は、角度センサー１３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０の駆動を制御する機能を有する。また、制御装置５０は、把持力センサー１７３の検出結果およびロボット１の動作条件に基づいて、エンドエフェクター１７の把持力を決定したりロボット１の動作条件を変更したりする機能を有していてもよい。

この制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー５２と、Ｉ／Ｆ５３（インターフェース回路）と、を有する。そして、制御装置５０は、メモリー５２に記憶されているプログラムをプロセッサー５１が適宜読み込んで実行することで、ロボット１およびエンドエフェクター１７の動作の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆ５３は、ロボット１およびエンドエフェクター１７と通信可能に構成されている。

なお、制御装置５０は、図示ではロボット１の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部やロボットアーム１０内に配置されていてもよい。また、制御装置５０には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。

また、図１および図２に示すロボット１は、ロボットアーム１０よりも基端側であって、ロボットアーム１０と基台１１０との間に設けられている力センサー２１を備える。

力センサー２１は、ロボットアーム１０に付与される外力を検出するセンサーである。このような力センサー２１を設けることにより、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター１７に外力が付与されたとき、その外力がロボットアーム１０を経て力センサー２１に伝達され、力センサー２１においてその力の大きさや向きを検出することができる。これにより、ロボット１は、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター１７が人または物に接触していることを検出する機能を有する。

このようなロボット１によれば、前述した通常動作においてエンドエフェクター１７を用いた作業を行うとき、その作業をより正確に行うことができる。なお、本発明では、人または物を合わせて「物体」ともいう。

また、図１および図２に示すロボット１は、ロボットアーム１０に設けられている近接センサー２３１（センサー部）を備える。この近接センサー２３１は、ロボットアーム１０に沿って設定されている所定の領域、すなわち後述する監視領域Ｄに人または物（物体）が存在することを検出可能なセンサーである。このような近接センサー２３１を設けることにより、ロボットアーム１０に人または物が接近しているか否かを検出することができる。これにより、ロボットアーム１０に人または物が接触する前の段階を検出することができるため、ロボットアーム１０に人または物が接触する可能性があることを事前に把握することができる。そして、近接センサー２３１の検出結果は、後述する方法により、力センサー２１のリセットを実行するか否かを判断するための条件の１つとなる。

なお、力センサー２１のリセットとは、例えば、力センサー２１による力の検出値をゼロまたは任意の値にオフセットすることをいう。すなわち、力センサー２１による力の検出値をゼロまたは任意の値とみなすことができるように、検出値を補正することをいう。

図１および図２に示す制御装置５０は、さらに、近接センサー２３１の検出結果に基づいて、力センサー２１をリセットする機能を有する。

Ｉ／Ｆ５３（インターフェース）は、力センサー２１および近接センサー２３１と通信可能に構成されている。

以上、ロボット１の概略を説明したが、このロボット１は、外力が付与されたとき、その外力を力センサー２１において高精度に検出し、それに応じて動作する。このような力センサー２１は、適当なタイミングでリセットされることにより、高い検出精度が維持される。換言すれば、不適当なタイミングでのリセットは許容せず、適当なタイミングでリセットすることにより、検出精度の低下を防止する。その結果、ロボット１では、力センサー２１における高い検出精度に基づき、目的とする作業、例えば物体を把持したり、搬送したりする作業をより正確に行うことができる。以下、この点について詳述する。

図３は、図１および図２に示すロボットの制御方法（制御装置５０による制御方法）を説明するためのフローチャートである。

まず、ロボット１は、通常動作を開始する（ステップＳ１１）。通常動作としては、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業が挙げられる。

通常動作が開始された後、ロボット１が停止しているか否か判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ロボットアーム１０のアーム１１〜１６に対応して設けられた角度センサー１３１からの信号に基づき、アーム１１〜１６の動作がいずれも停止している場合には、ロボット１が停止していると判断し、アーム１１〜１６のうちのいずれかが動作している場合には、ロボット１が停止していないと判断する。なお、ステップＳ１２では、制御装置５０においてアーム１１〜１６を動作させる信号が出力されたか否かに基づいて、ロボット１が停止しているか否かを判断するようにしてもよい。

ロボット１が停止していると判断した場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、後述するステップＳ１４に移行する。

一方、ロボット１が停止していないと判断した場合（ステップＳ１２のＮｏ）、続いて、ロボット１が一定速度で動作中か否か判断する（ステップＳ１３）。つまり、動作中のロボット１の速度が一定か否か判断する。具体的には、ロボットアーム１０のアーム１１〜１６に対応して設けられた角度センサー１３１からの信号に基づき、アーム１１〜１６のうちの動作しているものの全てが一定の角速度で動作している場合には、ロボット１が一定速度で動作していると判断し、アーム１１〜１６のうちのいずれかが一定でない角速度、すなわち時間的に角速度が変化しつつ動作している（加速または減速している）場合には、ロボット１の動作速度が一定ではないと判断する。なお、ステップＳ１３では、制御装置５０においてアーム１１〜１６を動作させる信号に、アーム１１〜１６のうちのいずれかを一定でない角速度で動作させる命令が含まれているか否かに基づいて、ロボット１が一定速度で動作中か否かを判断するようにしてもよい。

ロボット１が一定速度で動作していると判断した場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、後述するステップＳ１４に移行する。

一方、ロボット１の動作速度が一定ではないと判断した場合（ステップＳ１３のＮｏ）、その時点が、力センサー２１のリセットを実行するタイミングとしては適さないことになるので、前述した通常動作（ステップＳ１１）に戻る。

ロボット１が停止していると判断した場合、または、ロボット１が一定速度で動作していると判断した場合には、続いて、近接センサー２３１により、監視領域Ｄに人または物が存在するか否かを判断する（ステップＳ１４）。

図４および図５は、それぞれ図１に示す近接センサー２３１（センサー部）によって設定される、人または物が存在することを検出する範囲である監視領域Ｄの一例を示す図である。このような監視領域Ｄは、近接センサー２３１がその性能上において人または物を検出可能な限界の空間であってもよく、近接センサー２３１が人または物を検出した上でその検出距離が閾値以下、あるいは、センサー出力値が閾値以上（もしくは閾値以下）になる空間であってもよい。したがって、ステップＳ１４において、監視領域Ｄに人または物が存在するか否かを判断するプロセスは、例えば、近接センサー２３１が人または物を検出するか否かを判断するプロセスであってもよく、近接センサー２３１が人または物を検出した上でその検出距離が閾値以下、あるいは、センサー出力値が閾値以上（もしくは閾値以下）であるか否かを判断するプロセスであってもよい。

また、図１に示すロボット１は、ロボットアーム１０に設けられた複数の近接センサー２３１を備えている。複数の近接センサー２３１は、ロボットアーム１０の表面に任意の間隔で配置される。これにより、１つの近接センサー２３１が受け持つ検出可能範囲を、近接センサー２３１の数に応じて広範囲に拡張することができる。その結果、図４および図５に示すように、ロボットアーム１０の表面を覆うように設定されたバリアー状の監視領域Ｄを形成することができる。これにより、ロボットアーム１０の周囲をムラなく監視することができるので、近接センサー２３１において人や物の接近をより確実に検出することができる。

なお、近接センサー２３１の数は、特に限定されず、１個であってもよい。また、監視領域Ｄは、ロボットアーム１０を覆っている必要はなく、表面上の一部のみに設定されていてもよい。また、近接センサー２３１同士の距離は、互いに等しくても異なっていてもよい。

また、監視領域Ｄの外縁とロボットアーム１０との離間距離は、ロボットアーム１０の大きさや動作速度等に応じて設定されるため、特に限定されないが、一例として５ｍｍ以上１ｍ以下程度とされる。

以上のようなプロセスにより、監視領域Ｄに人または物が存在していると判断した場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、その時点が、力センサー２１をリセットするタイミングとしては適さないことになるので、制御フローを前述した通常動作（ステップＳ１１）に戻す。

一方、監視領域Ｄに人または物が存在していないと判断した場合（ステップＳ１４のＮｏ）、続いて、力センサー２１をリセットする（ステップＳ１５）。

このようなロボット１の制御方法は、制御装置５０により行われる。具体的には、制御装置５０は、前述したように、メモリー５２（記憶部）と、プロセッサー５１（処理部）と、を有している。そして、メモリー５２は、プロセッサー５１で読み取り可能な指示を記憶し、プロセッサー５１は、メモリー５２に記憶されている指示と、近接センサー２３１の検出結果と、に基づいて、力センサー２１をリセットする。

したがって、本実施形態では、制御装置５０のプロセッサー５１（処理部）が、まず、近接センサー２３１の検出結果を取得する。そして、近接センサー２３１の検出結果に基づいて監視領域Ｄに人または物が存在しないと判断するとき、かつ、ロボットアーム１０の動作が停止中または等速動作中に、制御装置５０のプロセッサー５１は、力センサー２１をリセットする信号を出力する。このようにすれば、制御装置５０において効率よくリセットを実行することができるので、力センサー２１のリセットを必要に応じて高頻度に行うことができる。

なお、このような制御装置５０は、前述したステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５を行う。

また、メモリー５２に記憶されている指示とは、例えば、近接センサー２３１が検出した人または物の検出距離の閾値が挙げられる。

なお、前述したように、近接センサー２３１がその性能上において人または物を検出可能な限界の範囲を「監視領域Ｄ」としてもよく、近接センサー２３１が人または物を検出した上でその検出距離が閾値以下、あるいは、センサー出力値が閾値以上（もしくは閾値以下）である範囲を「監視領域Ｄ」としてもよい。前者の場合、近接センサー２３１の検出結果のみに基づいて、監視領域Ｄに人または物が存在しないと判断することができる。したがって、この場合には、メモリー５２に記憶されている指示に基づくことなく、力センサー２１をリセットすることができるため、この機能の実現に際してはメモリー５２が不要となる。一方、後者の場合には、近接センサー２３１の検出結果と、メモリー５２に記憶されている指示と、を比較し、検出距離が閾値を超えている、あるいは、センサー出力値が閾値以下（もしくは閾値以上）である場合には、監視領域Ｄに人または物が存在しないと判断することができる。

なお、メモリー５２に記憶されている検出距離の閾値等の指示は、経時的に変化する各種情報に基づいて、随時更新されるようになっていてもよい。

また、メモリー５２に記憶されている指示は、検出距離の閾値の他に、各種の演算を経て検出距離の閾値を算出可能なデータ等であってもよい。

なお、本実施形態に係る監視領域Ｄは、ロボットアーム１０の表面を基準にして相対的に設定されている領域であることから、ロボットアーム１０が動作するとき、ロボットアーム１０に付随して移動する。ただ、監視領域Ｄは、このように相対的に設定されている領域に限定されず、ロボットアーム１０の動作によらず、ロボットアーム１０の動作可能な範囲に基づいて絶対的に設定されている領域であってもよい。

ここで、前述したステップＳ１４の実行を開始してから完了するまでの間には、ある程度の時間がかかるため、遅延（タイムラグ）が存在する。図６は、図１に示すロボットアーム１０の把持部１７２の部品（対象物）に対する動きの例、近接センサー２３１の挙動の例、および制御装置５０の挙動の例を、時間軸に沿って比較することにより、第１実施形態の作用を説明するための図である。なお、図６では、近接センサー２３１がワークを検出した上でその検出距離が閾値以下、あるいは、センサー出力値が閾値以上（もしくは閾値以下）である範囲を「監視領域Ｄ」とする場合を例に説明する。

図６では、ある時刻ｔ１において、ロボットアームが部品（対象物）に近接して、監視領域Ｄに部品（対象物）が入り始めるものとする。ロボットアーム１０は部品（対象物）へ接近し続け、時刻ｔ３においてロボットアーム１０の把持部１７２が部品（対象物）に接触するように移動するものとする。

一方、近接センサー２３１は、時刻ｔ１において部品（対象物）の存在を検出し、その信号を近接センサー２３１から制御装置５０に送信する。この信号を受けた制御装置５０では、プロセッサー５１により、監視領域Ｄに物体が存在するか否かを判断する。そして、力センサー２１をリセットする信号が出力可能になる（物体が存在する場合は、リセット信号を出力しないと判断する）時刻をｔ２とする。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのプロセスがステップＳ１４に相当する。このとき、時刻ｔ２と時刻ｔ１との差分が、情報伝達や情報処理に伴うタイムラグとなる。

このようなタイムラグは、従来、意図しないタイミングで力センサーがリセットされてしまう原因となっていた。例えば、従来例では、ロボットアームと物体が接触していることをロボットが受ける外力を計測する力センサーの出力値の変化量から判定しているが、その外力の計測値に基づいて力センサーをリセットするか否かを判断するまでに、タイムラグがある。そのため、ロボットアームが物体に接触し、それによる外力が力センサーに加わっているほぼ同時刻ｔ３において、その時刻ｔ３より前の時刻に取得された、ロボットアームと物体が接触していない状態の計測値に基づいて、力センサーが意図せずリセットされてしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、近接センサー２３１を用い、ロボットアーム１０に人または物が接触することを検出するのではなく、ロボットアーム１０に人または物が接近することを検出している。このため、接触に至る前の時点で、ロボットアーム１０に人または物が接触する可能性があることを検出することができる。このようにして、近い将来、接触に至る可能性があるということを、事前に、すなわち時刻ｔ１の段階で検出することができれば、近接センサー２３１が人を検出してから実際に接触に至るまでの時間的猶予、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間的猶予を確保することができる。

このような時間的猶予（ｔ３−ｔ１）は、一般に、上述したようなタイムラグ（ｔ２−ｔ１）を十分に吸収可能である。すなわち、情報伝達や情報処理に伴うタイムラグは相対的に短時間であるため、例えば時刻ｔ１において監視領域Ｄに部品（対象物）が侵入を開始した後、タイムラグ分の時間が経過した時刻ｔ２においても、未だ接触するまでには至っていない。このため、タイムラグが存在していたとしても、力センサー２１をリセットする信号を出力しないという判断を、余裕を持って実行することができる。これにより、従来技術の課題、すなわち、力センサー２１に外力が働いている状態であるにもかかわらず、力センサー２１がリセットされてしまうという課題を解消することができる。その結果、本実施形態によれば、力センサー２１をより適切なタイミングでリセットすることができ、力センサー２１の検出精度を高く維持することができる。

したがって、ロボット１が停止しているとき、または、ロボット１が一定速度で動作しているときであって、かつ、監視領域Ｄに人または物が侵入していないときは、力センサー２１に慣性力のような外力が付与されておらず、かつ、近い将来に力センサーに外力が働く予想される状態でもない。このため、そのようなタイミングで力センサー２１のリセットを実行することによって、より正確なオフセット補正が可能になる。その結果、その後の力センサー２１による力の検出においては、補正後の検出値と真の値との乖離を最小限に抑えることができる。これにより、力センサー２１の補正後の検出値は、真の値に近いものとなるため、ロボット１の動作をより安定させることができる。

以上のように、ロボット１の制御方法は、ロボットアーム１０と、外力を検出する力センサー２１と、を有するロボット１の制御方法であって、監視領域Ｄ（所定の領域）に人または物（物体）が存在することを検出するステップＳ１４と、ロボットアーム１０の動作が停止中または等速動作中であり、かつ、監視領域Ｄに人または物が存在していないと判断するときに、力センサー２１をリセットするステップＳ１５と、を有する。

このようにして力センサー２１をリセットする条件の１つとして監視領域Ｄに人または物が存在しないとの判断を採用することにより、ロボットアーム１０に人または物が接触する可能性があることを事前に検出することができる。これにより、力センサー２１に外力が働いていない適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができ、力センサー２１の検出精度を高く維持することができる。このため、ロボット１の安全性および信頼性を高めることができる。

また、ロボット１は、ロボットアーム１０と、外力を検出する力センサー２１と、監視領域Ｄ（所定の領域）に人または物（物体）が存在することを検出する近接センサー２３１（センサー部）と、ロボットアーム１０の動作が停止中または等速動作中であり、かつ、近接センサー２３１の検出結果に基づいて監視領域Ｄに人または物が存在しないと判断するとき、力センサー２１をリセットするプロセッサー５１（処理部）と、を有する。

このようなロボット１によれば、前述したように、例えばロボットアーム１０の周囲に設定されている監視領域Ｄに人または物が存在しないことを検出可能になっているため、ロボットアーム１０に人または物が接触する可能性があることを事前に検出することができる。これにより、力センサー２１に外力が働いていない適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができ、力センサー２１の検出精度を高く維持することができる。その結果、ロボット１の安全性および信頼性を高めることができる。

また、制御装置５０は、ロボットアーム１０と、外力を検出する力センサー２１と、を有するロボット１を制御する装置である。そして、制御装置５０は、監視領域Ｄ（所定の領域）に人または物（物体）が存在していないことを検出する信号を受けて、ロボットアーム１０の動作が停止中または等速動作中に、ロボットアーム１０に加わる外力を検出する力センサー２１をリセットする信号を出力する。そして、この信号に基づき、力センサー２１のリセットを行う。このように制御装置５０によって、監視領域Ｄにおける人または物の検出とリセット信号の出力とを一元的に行うことにより、タイムラグを特に短く抑えることができ、力センサー２１のリセットを必要に応じてより高頻度に行うことができる。

また、本実施形態に係るロボット１では、力センサー２１が、ロボットアーム１０よりも基端側に設けられている。すなわち、図１に示す力センサー２１は、ロボットアーム１０と基台１１０との間に設けられている。

力センサー２１がこのような位置に設けられていることで、力センサー２１は、ロボットアーム１０の姿勢によらず、エンドエフェクター１７に付与される外力を効率よく検出することが可能になる。すなわち、力センサー２１がロボットアーム１０の基端側に設けられているため、エンドエフェクター１７に付与される外力が力センサー２１に集約され、効率よく検出することができる。

なお、力センサー２１が設けられる位置は、図１に示す位置に限定されず、いかなる位置であってもよい。また、ロボット１には、力センサー２１に加え、別の力センサーが追加されていてもよい。この場合、別の力センサーについても、力センサー２１と同様にしてリセットされるようになっていてもよい。

また、力センサー２１の測定原理としては、例えば、圧電方式、歪みゲージ方式、静電容量方式等が挙げられる。このうち、圧電方式が好ましく用いられ、水晶を用いた圧電方式がより好ましく用いられる。すなわち、力センサー２１は、水晶を含むセンサーであるのが好ましい。このような水晶を用いた力センサー２１は、幅広い大きさの外力に対して特に正確な電荷量を発生させるため、高感度とワイドレンジとを両立させやすい。このため、ロボット１に用いられる力センサー２１として有用である。また、水晶を用いた圧電方式の力センサーでは、外力によって生じた電荷を、容量部に蓄積し電圧に変換する（Ｑ−Ｖ変換）回路構成を採用する場合が多い。この場合、容量部の電荷が飽和（オーバーフロー）しない様に定期的に容量部の電荷をリセットする必要があることから、本発明は特に有効である。

なお、力センサー２１として、複数の異なる方式のものが併用されてもよい。

一方、本実施形態に係るロボット１では、前述したように、複数の近接センサー２３１がロボットアーム１０の表面に配置されている。各近接センサー２３１は、例えばロボットアーム１０の表面とそれに接近する人または物との距離を検出可能になっている。したがって図４に示す監視領域Ｄは、例えば、各近接センサー２３１が受け持つ検出可能範囲を複数合成したものとされる。

なお、近接センサー２３１は、ロボットアーム１０の表面以外、例えばロボットアーム１０の内部や表面から浮いた位置に配置されていてもよい。また、近接センサー２３は、ロボットアーム１０の表面等に配置されるものに限定されず、ロボットアーム１０から離れた位置に配置されていてもよい。

また、近接センサー２３１は、前述したように、ロボットアーム１０の周囲に設定されている監視領域Ｄに人または物が存在することを検出可能なセンサーである。近接センサー２３１としては、例えば、超音波式測距センサー、光学式測距センサー、静電容量式測距センサー、誘導式（渦電流式）測距センサー、磁気式測距センサー、撮像式測距センサーのような各種測距センサーが挙げられる。なお、近接センサー２３１は、これらの測距センサーのうちの１種、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む複数のセンサーを組み合わせた複合型センサーであってもよい。

また、近接センサー２３１は、上述したように力センサー２１をリセットする条件を提供する機能の他、ロボットアーム１０が人または物に接触する前にその動作を停止する条件を提供する機能を有していてもよい。すなわち、ロボット１は、近接センサー２３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０の動作を停止または減速するように制御されるようになっていてもよい。これにより、ロボットアーム１０と人または物との接触を抑制し、ロボット１の安全性を高めることができる。

また、図３に示すフローチャートに基づくロボット１の制御方法は、通常、力センサー２１のリセットが完了した後、即座に通常動作が開始される。したがって、力センサー２１のリセットは、比較的短い間隔で繰り返し実行されることになり、高い検出精度が維持されることとなる。

＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図８は、図７に示すロボットのブロック図である。図９は、図７に示す近接センサー２３１が、物体が存在することを検出する監視領域Ｄの一例を示す図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図７ないし図９において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図７および図８に示すロボット１’は、ロボットアーム１０に設けられている近接センサー２３１に加え、エンドエフェクター１７に設けられている近接センサー２３２（センサー部）を有する。この近接センサー２３２としては、前述した近接センサー２３１と同様のセンサーを用いることができる。すなわち、近接センサー２３２は、ロボットアーム１０よりも先端側に設けられているエンドエフェクター１７の表面に配置され、エンドエフェクター１７の表面とそれに接近する人または物（物体）との距離（センサー出力値で代用する場合もある。）を検出可能になっている。なお、近接センサー２３２は、エンドエフェクター１７の表面以外、例えばエンドエフェクター１７の内部や表面から浮いた位置に配置されていてもよい。また、近接センサー２３２の数も、１つまたは複数であってもよい。

図９では、近接センサー２３１の検出結果に基づいて設定される第１監視領域をＤ１とし、近接センサー２３２の検出結果に基づいて設定される第２監視領域をＤ２とする。そして、第１監視領域Ｄ１および第２監視領域Ｄ２を合成した領域が、前述した監視領域Ｄとなる。すなわち、図９に示す監視領域Ｄ（所定の領域）は、ロボットアーム１０の周囲に設定されている第１監視領域Ｄ１（第１領域）と、第１監視領域Ｄ１よりも先端側であって本実施形態ではエンドエフェクター１７の周囲に設定されている第２監視領域Ｄ２（第２領域）と、を含む。換言すれば、第１監視領域Ｄ１は、第２監視領域Ｄ２よりも基台１１０側に設定されている。

このようなロボット１’によれば、エンドエフェクター１７の周囲についても、監視領域Ｄの範囲に含めることができる。このため、エンドエフェクター１７に人または物が接触する可能性があることを事前に検出することができる。これにより、力センサー２１に外力が働いていない適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができ、力センサー２１の検出精度を高く維持することができる。その結果、ロボット１’の安全性および信頼性を高めることができる。

また、第２監視領域Ｄ２（第２領域）における近接センサー２３２（センサー部）の検出距離Ｌ２の平均値は、第１監視領域Ｄ１（第１領域）における近接センサー２３１（センサー部）の検出距離Ｌ１の平均値よりも短くてもよく、同じであってもよいが、長い（大きい）ことが好ましい。これにより、作業時に部品等に接触する機会の多いエンドエフェクター１７の周囲に設定される第２監視領域Ｄ２について、第１監視領域Ｄ１よりも、より早い段階で人または物（物体）の接近を検出することが可能になる。このため、例えば部品に向けてエンドエフェクター１７を近づける操作が行われる等して、エンドエフェクター１７が部品に接触するおそれがある場合であっても、前述した時間的猶予を十分に確保することによって、適切でないタイミングで力センサー２１がリセットされてしまうことを防止する。その結果、より安全性および信頼性に優れたロボット１’を実現することができる。

なお、上述した第２監視領域Ｄ２における近接センサー２３２の検出距離Ｌ２の平均値とは、第２監視領域Ｄ２の外縁と近接センサー２３２との離間距離の平均値のことをいう。

同様に、第１監視領域Ｄ１における近接センサー２３１の検出距離Ｌ１の平均値とは、第１監視領域Ｄ１の外縁と近接センサー２３１との離間距離の平均値のことをいう。

また、第１監視領域Ｄ１および第２監視領域Ｄ２は、互いに一部が重複していてもよく、互いに離間していてもよい。

また、近接センサー２３２が複数設けられている場合、第２監視領域Ｄ２は、各近接センサー２３２が受け持つ検出可能範囲を複数合成したものとされる。

また、本実施形態では、第１監視領域Ｄ１と第２監視領域Ｄ２とで、制御装置５０によるロボット１’の制御内容を異ならせるようにしてもよい。

具体的には、本実施形態に係る制御装置５０は、近接センサー２３１により、第１監視領域Ｄ１に人または物が入ったことを検出し、その検出結果に基づいて力センサー２１にリセット信号を送信しないことを判断するが、それに加え、近接センサー２３１の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０やエンドエフェクター１７の動作を停止または減速させるようにしてもよい。

同様に、本実施形態に係る制御装置５０は、近接センサー２３２により、第２監視領域Ｄ２に人または物が入ったことを検出し、その検出結果に基づいて力センサー２１にリセット信号を送信しないことを判断するが、それに加え、近接センサー２３２の検出結果に基づいて、ロボットアーム１０やエンドエフェクター１７の動作を減速させるようにしてもよい。エンドエフェクター１７の周辺を監視する第２監視領域Ｄ２に、人または物が入ったことを検出し、ロボットアーム１０やエンドエフェクター１７の動作を減速させることで、高速に動作するエンドエフェクター１７に人が接触して怪我をするリスクを低減できる。更に加えて、エンドエフェクター１７が部品（対象物）に近接する度に、作業が停止してしまう状態を回避できる。以上の点から、上記実施例は力センサー２１のリセット信号云々に関わらず近接センサー２３２単独でみても、特に優れている。

なお、必要に応じて、近接センサー２３２の検出結果については、力センサー２１をリセットするか否かを判断する条件としては用いる一方、ロボットアーム１０やエンドエフェクター１７の動作を停止または減速させる条件としては用いないようにしてもよい。すなわち、本実施形態に係る制御装置５０は、近接センサー２３２の検出結果に基づいて、力センサー２１をリセットするか否かを判断する条件としてのみ用いるようにしてもよい。これにより、エンドエフェクター１７が部品等に近づくたびに、ロボットアーム１０等の動作が停止または減速してしまう、といった無用な動作制限が発生するのを防止することができる。その結果、無用な動作制限を避けつつ、適切なタイミングで力センサー２１をリセットすることができ、力センサー２１の検出精度を高く維持することができる。また、第２監視領域Ｄ２に対しては、近接センサー２３２の検出結果に基づいて、力センサー２１をリセットするか否かを判断する条件としてのみ用いる一方、第１監視領域Ｄ１に対しては、近接センサー２３２の検出結果に基づいて、力センサー２１をリセットするか否かを判断する条件に加えて、ロボットアーム１０やエンドエフェクター１７の動作を停止または減速させる条件として用いてもよい。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１０において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した図１に示すロボット１では、力センサー２１がロボットアーム１０よりも基端側に設けられているのに対し、図１０に示すロボット１Ａでは、力センサー２１が、ロボットアーム１０よりも先端側に設けられている。すなわち、図１０に示す力センサー２１は、ロボットアーム１０とエンドエフェクター１７との間に設けられている。

力センサー２１がこのような位置に設けられていることで、力センサー２１は、人や物に特に接触しやすいエンドエフェクター１７周辺に付与される外力を効率よく検出することが可能になる。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

なお、力センサー２１の設置位置は、第１実施形態や本実施形態の位置に限定されず、それ以外の位置、例えばロボットアーム１０の内部であってもよい。

＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係るロボットを示す斜視図である。

以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１１において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した図１に示すロボット１では、力センサー２１がロボットアーム１０よりも基端側に設けられているのに対し、図１１に示すロボット１Ｂでは、力センサー２１とは別の力センサー２２が、ロボットアーム１０よりも先端側に追加されている。すなわち、図１１に示すロボット１Ｂは、力センサー２１と力センサー２２の２つを備えている。

このように力センサー２１、２２を備えることにより、ロボット１Ｂでは、付与される外力をより高精度に検出することができ、ロボット１の動作をさらに安定させることができる。

また、力センサー２１、２２は、その双方が第１実施形態のようにしてリセットされるようになっている。これにより、力センサー２１、２２の双方について検出精度を高く維持することができる。

以上のような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

なお、力センサーの数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

また、力センサー２１、２２のうち、一方のみが前述した方法でリセットされるようになっており、他方は別の方法でリセットされるようになっていてもよい。

＜第５実施形態＞
図１２は、本発明の第５実施形態に係るロボットを示す図である。

以下、第５実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１２において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

前述した図１に示すロボット１では、複数の近接センサー２３１がロボットアーム１０の表面に任意の間隔で配置されるのに対し、図１２に示すロボット１Ｃでは、近接センサー２３１が基台１１０およびアーム１１〜１４の各外表面側（外装部材の外表面）に配置されている。すなわち、図１２に示すロボット１Ｃでは、近接センサー２３１がロボットアーム１０および基台１１０の周囲を覆っている。

また、力センサー２１、２２を備えることにより、ロボット１Ｃは、付与される外力をより高精度に検出することができ、ロボット１Ｃの動作をさらに安定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、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

以上、本発明のロボット、制御装置およびロボットの制御方法を、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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前述した実施形態のうちの、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、本発明のロボットは、ロボットアームを有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数（関節の数）は、前述した実施形態の数（６つ）に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。

また、本発明の制御装置は、ロボット以外の可動部を有する装置全般に広く適用可能である。

１…ロボット、１’…ロボット、１Ａ…ロボット、１Ｂ…ロボット、１Ｃ…ロボット、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、２１…力センサー、２２…力センサー、５０…制御装置、５１…プロセッサー、５２…メモリー、５３…Ｉ／Ｆ、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…角度センサー、１７０…駆動部、１７１…本体、１７２…把持部、１７３…把持力センサー、２３１…近接センサー、２３２…近接センサー、Ｄ…監視領域、Ｄ１…第１監視領域、Ｄ２…第２監視領域、Ｓ１１…ステップＳ１１、Ｓ１２…ステップＳ１２、Ｓ１３…ステップＳ１３、Ｓ１４…ステップＳ１４、Ｓ１５…ステップＳ１５

Claims (9)

1. 基台と、
   前記基台に対して相対的に回動するロボットアームと、
   外力を検出する力センサーと、
   前記ロボットアームに沿って設定されている所定の領域に物体が存在することを検出するセンサー部と、を有し、
   前記ロボットアームの動作が停止中または等速動作中であり、かつ、前記センサー部の検出結果に基づいて前記所定の領域に物体が存在しないと判断するとき、前記力センサーの検出値を補正することを特徴とするロボット。
2. 前記力センサーは、前記ロボットアームと前記基台との間に設けられている請求項１に記載のロボット。
3. 前記力センサーは、前記ロボットアームとエンドエフェクターとの間に設けられている請求項１に記載のロボット。
4. 前記所定の領域は、前記ロボットアームに沿って設定されている第１領域と、第２領域と、を含み、
   前記第１領域は、前記第２領域よりも前記基台側に設定されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
5. 前記第２領域における前記センサー部の検出距離の平均値は、前記第１領域における前記センサー部の検出距離の平均値よりも大きい請求項４に記載のロボット。
6. 前記力センサーは、水晶を含むセンサーである請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. ロボットアームと、
   外力を検出する力センサーと、
   前記ロボットアームに沿って設定されている所定の領域に物体が存在することを検出するセンサー部と、
   前記ロボットアームの動作が停止中または等速動作中であり、かつ、前記センサー部の検出結果に基づいて前記所定の領域に物体が存在しないと判断するとき、前記力センサーの検出値を補正する処理部と、
   を有することを特徴とするロボット。
8. 所定の領域に物体が存在していないことを検出する信号を受けて、
   ロボットアームの動作が停止中または等速動作中に、ロボットアームに加わる外力を検出する力センサーの検出値を補正する信号を出力することを特徴とする制御装置。
9. ロボットアームと、外力を検出する力センサーと、を有するロボットを制御する制御方法であって、
   前記ロボットアームに沿って設定されている所定の領域に物体が存在することを検出するステップと、
   前記ロボットアームの動作が停止中または等速動作中であり、かつ、前記所定の領域に物体が存在しないと判断するとき、前記力センサーの検出値を補正するステップと、
   を含むことを特徴とするロボットの制御方法。

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