JP2024044522A - 算出方法および算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適正なイナーシャを設定することができ、ロボットに適正な動作を行わせることができる算出方法および算出装置を提供すること。
【解決手段】回転軸を中心として回転する関節と、前記関節を回転駆動するモーターと、を有するロボットアームにおける、前記関節のイナーシャを算出する算出方法であって、前記モーターを駆動して前記関節を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する第１ステップと、前記加速動作中における前記モーターに生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップと、前記加速度条件と、前記第２ステップで取得した前記トルク情報と、に基づいて、前記関節のイナーシャを算出する第３ステップと、を有することを特徴とする算出方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、算出方法および算出装置に関する。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、ロボットアームを有するロボットを用いて製造、加工、組み立て等の作業が行われるようになり、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。

ロボットに所定の決められた作業内容の作業を行わせるに際しては、例えば特許文献１に示すような装置を用いて、事前にロボットの動作パラメーターを設定する。動作パラメーターとしては、ロボットアームに装着されるハンドの重量、ハンドの偏心位置、ロボットアームの先端の許容最大イナーシャ等が挙げられる。

特許文献１に記載されている装置では、ロボットアームの動作に先立って、所定の姿勢のロボットアームにハンドを設置し、その際に取得したモーター駆動トルク値から、負荷の重量、重心位置を求め、設定している。

特開平１０－１３８１８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、許容最大イナーシャを算出することができず、作業者が許容最大イナーシャを自分で入力しなければならない。したがって、適正な値の許容最大イナーシャを設定できなかった場合、ロボットアームが適正な動作を行うことができない、すなわち、動作中にロボットアームに過剰に負荷がかかってしまったり、動作中に過剰に低速度で動作してしまったりするという問題がある。

本発明の適用例にかかる算出方法は、回転軸を中心として回転する関節と、前記関節を回転駆動するモーターと、を有するロボットアームにおける、前記関節のイナーシャを算出する算出方法であって、
前記モーターを駆動して前記関節を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する第１ステップと、
前記加速動作中における前記モーターに生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップと、
前記加速度条件と、前記第２ステップで取得した前記トルク情報と、に基づいて、前記関節のイナーシャを算出する第３ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の適用例にかかる算出装置は、回転軸を中心として回転する関節と、前記関節を回転駆動するモーターと、を有するロボットアームにおける、前記関節のイナーシャを算出する算出装置であって、
前記モーターを駆動して前記関節を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する実行部と、
前記加速動作中における前記モーターに生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する取得部と、
前記加速度条件と、前記取得部が取得した前記トルク情報と、に基づいて、前記関節のイナーシャを算出する算出部と、を有することを特徴とする。

図１は、本発明の算出方法を実行する算出装置の第１実施形態を備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。 図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図３は、関節のトルク情報を示すグラフである。 図４は、関節のトルク情報を示すグラフである。 図５は、補正トルク情報を示すグラフである。 図６は、本発明の算出方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、本発明の算出方法の第２実施形態におけるトルク情報および補正トルク情報の一例を示すグラフである。 図８は、本発明の算出方法の第２実施形態におけるトルク情報および補正トルク情報の一例を示すグラフである。 図９は、本発明の算出方法の第２実施形態におけるトルク情報および補正トルク情報の一例を示すグラフである。

以下、本発明の算出方法および算出装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の算出方法を実行する算出装置の第１実施形態を備えるロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、関節のトルク情報を示すグラフである。図４は、関節のトルク情報を示すグラフである。図５は、補正トルク情報を示すグラフである。図６は、本発明の算出方法の一例を示すフローチャートである。

なお、以下では、説明の便宜上、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター２０側を「先端」とも言う。

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、本発明の算出装置５と、を備える。算出装置５は、ロボット１の各部の作動を制御する制御装置３と、教示装置４と、を備える。

まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。なお、エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１とは別部材、すなわち、ロボット１の構成要件でなくてもよい。

なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。

基台１１は、ロボットアーム１０をその基端側において、駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブルを介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよい。また、インターネット等のネットワークを介して接続されていてもよい。

本実施形態では、ロボットアーム１０は、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１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、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、鉛直方向に延びる第１回転軸を回転中心とし、その第１回転軸回りに回転可能となっている。このように、第１回転軸は、基台１１が固定される床の床面の法線と一致しており、ロボットアーム１０の全体が第１回転軸の軸回りに正方向・逆方向のいずれへも回転することができる。

第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節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、水平方向に延びる第２回転軸を回転中心として回転可能となっている。

第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節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、水平方向に延びる第３回転軸を回転中心として回転可能となっている。第３回転軸は、第２回転軸と平行である。

第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節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回転軸を回転中心として回転可能となっている。第４回転軸は、第３回転軸と直交している。

第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回転軸を回転中心として回転可能となっている。第５回転軸は、第４回転軸と直交している。

第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回転軸Ｏ６を回転中心として回転可能となっている。第６回転軸Ｏ６は、第５回転軸と直交している。

第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと変位することができる。

図１に示すエンドエフェクター２０は、ワークまたは工具を把持することができる把持部を有する構成である。第６アーム１７にエンドエフェクター２０を装着した状態では、エンドエフェクター２０の先端部は、制御点ＴＣＰとなる。

ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１に対し第１アーム１２を前記第１回転軸回りに回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを前記第２回転軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを前記第３回転軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを前記第４回転軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを前記第５回転軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを第６回転軸Ｏ６回りに相対的に回転させる。

また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、第５アーム１６に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、第６アーム１７に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。なお、ここで言う「位置を検出」とは、モーターの回転角すなわち正逆を含む回転量および角速度を検出することを言い、当該検出された情報を「位置情報」と言う。

図２に示すように、モータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、対応するモーターＭ１～モーターＭ６に接続され、これら各モーターの駆動を制御する。モータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、関節１７１、関節１７２、関節１７３、関節１７４、第５アーム１６および第６アーム１７に内蔵されている。

エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６、モーターＭ１～モーターＭ６およびモータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、制御装置３と電気的に接続されている。エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６で検出されたモーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量は、制御装置３に電気信号として送信される。そして、この位置情報に基づいて、制御装置３は、図２に示すモータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６に制御信号を出力し、モーターＭ１～モーターＭ６を駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６の駆動を制御して、ロボットアーム１０に属する第１アーム１２～第６アーム１７の作動を制御することである。

トルクセンサー１８は、モーターＭ６のトルクを検出するセンサーである。トルクセンサー１８のトルクの検出方式は、特に限定されないが、例えば、磁歪式、ひずみゲージ式、回転トランス式、テレメーター式、圧電式、光学式、静電容量式等が挙げられる。トルクセンサー１８が検出したトルクに関する情報は、電気信号に変換されて、制御装置３に送信される。なお、この構成に限定されず、トルクセンサー１８が検出したトルクに関する情報が、教示装置４に直接送信される構成であってもよい。この場合、教示装置４の、トルクセンサー１８からの信号線が接続される端子が後述する取得部４５となる。

ロボットアーム１０の先端部には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。本実施形態では、エンドエフェクター２０は、互いに接近離間可能な一対の爪部を有し、各爪部によりワーク２００または工具（図示せず）を把持、解除するハンドで構成される。このエンドエフェクター２０に装着された力検出器は、両爪部でワーク２００を把持した際の把持力の反力の大きさや向きを検出することができる。

なお、エンドエフェクター２０としては、図示の構成に限定されず、例えば吸着部を有し、該吸着部の吸着によりワーク２００または工具を把持する構成のものであってもよい。また、エンドエフェクター２０としては、例えば、研磨機、研削機、切削機、スプレーガン、レーザー光照射器、ドライバー、レンチ等の工具であってもよい。

次に、制御装置３および教示装置４について説明する。
図１に示すように、制御装置３は、本実施形態では、ロボット１と離れた位置に設置されている。ただし、この構成に限定されず、制御装置３は、基台１１に内蔵されていてもよい。また、制御装置３は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、前述したロボット１の各部と電気的に接続されている。制御装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、通信部３３と、を有する。これらの各部は、例えばバスを介して相互に通信可能に接続されている。

制御部３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、記憶部３２に記憶されている動作プログラム等の各種プログラムを読み出し、実行する。制御部３１で生成された信号は、通信部３３を介してロボット１の各部に送信され、ロボット１の各部からの信号は、通信部３３を介して制御部３１で受信される。制御部３１で受信された信号は、所定の処理が施され、記憶部に３２に記憶され、あるいはロボットアーム１０の動作の制御や教示作業に利用される。このような制御部３１により、ロボットアーム１０が所定の作業を所定の条件で実行することができる。

また、制御部３１は、教示装置４から取得した動作プログラムに基づいて、モーターＭ１～Ｍ６を駆動して関節１７１～１７６を回転させ、所定の速度条件（加速度条件）、所定の動作パラメーターで加速動作を実行する実行部である。なお、所定の加速度条件には、関節１７１～１７６の角加速度を含み、また、加速度には、正の値を持つ加速度、負の値を持つ減速度を含む。

記憶部３２は、制御部３１で実行される各種プログラム等を保存する。記憶部３２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等を有する構成のものが挙げられる。

通信部３３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて他の機器との間で信号の送受信を行う。この場合、図示しないサーバーを介して通信を行ってもよく、また、インターネット等のネットワークを介して通信を行ってもよい。

教示装置４は、作業（作業動作）の開始前にロボットアーム１０の動作プログラムを作成したり、ロボットアーム１０を動作させるための速度条件や、各種動作パラメーター等を設定したりする装置である。

動作プログラムとしては、実際に作業を行うための作業動作プログラム、試験的に動作を行って適切な動作パラメーターを設定するための試験動作プログラム等が挙げられる。

作業動作プログラムは、作業時のロボットアーム１０の経時的な位置情報を示すプログラムであり、例えば、直接教示、間接教示等により作成される。これらの教示を行うことによって位置情報を作成し、別途、経時的な速度条件、各種動作パラメーターを設定する。なお、教示を行わずに、作業者が予め作成された作業動作プログラム、経時的な速度条件および各種動作パラメーターを設定する構成であってもよい。

試験動作プログラムは、試験運転時の経時的な位置情報を示すプログラムであり、予め設定されている。また、試験運転時には、速度条件や、各種動作パラメーターは、所定の値に設定されている。試験運転時のロボットアーム１０の動作としては、特に限定されず、制御点ＴＣＰが直線運動を行うような動作であってもよく、制御点ＴＣＰが円運動を行うような動作であってもよい。

また、試験運転時の速度条件は、等速運動時の速度の情報および加速運動時の経時的な加速度の情報のうち、少なくとも加速度の情報を含む。このため、「速度条件」を、以下、「加速度条件」として説明する。

各種動作パラメーターとしては、例えば、エンドエフェクター２０の重量、エンドエフェクター２０の重心位置、および、関節のイナーシャ等が挙げられる。イナーシャは、慣性モーメントのことであり、回転のしやすさを表す指標である。以下、本実施形態では、イナーシャは、関節１７６のイナーシャとして説明する。イナーシャＭ（ｋｇ・ｍ^２）は、トルクＦ（ｋｇｆ）を各加速度Ａ（ｒａｄ／ｓ²）で除算することにより求めることができる。以下では、「イナーシャを設定する」とは、許容し得る最大のイナーシャを設定することとする。イナーシャを設定することにより、ロボットアーム１０は、動作中の関節のイナーシャが設定値を超えずに、可及的に速度を高めて動作を行う。

図１に示すように、教示装置４は、表示部であるディスプレイ４０と、入力操作部４４と、を有し、本実施形態では、ノート型パソコンで構成される。

上述した動作パラメーターや、速度条件の設定は、図示はしないが、ディスプレイ４０に表示された入力画面で、入力操作部４４を操作することによりなされる。

入力操作部４４は、キーボードおよび図示しないマウスで構成され、ユーザーがこれらを適宜操作することによって、前述した動作パラメーター等の各種情報の入力操作が行われる。後述する教示ボタンの押下は、例えば、キーボード上の任意のキー、例えばエンターキーを押すことにより実行され、あるいはディスプレイ４０上の適正な位置にカーソルまたはポインタを合わせた状態で、マウスをクリック操作することにより実行される。なお、教示ボタンは、入力操作部４４とは別の箇所に設置されていてもよい。

ディスプレイ４０は、例えば、液晶、有機ＥＬ等により構成され、各種表示画面をカラーまたはモノクロで表示することができる。なお、教示装置４は、ノート型パソコンに限らず、デスクトップ型パソコン、タブレット型端末でもよい。

図２に示すように、教示装置４は、制御部４１と、記憶部４２と、通信部４３と、を有する。

制御部４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の少なくとも１つのプロセッサーで構成され、記憶部４２に記憶されている教示プログラム等の各種プログラムを読み出し、実行する。制御部４１は、後述するように、ロボットアーム１０の加速度条件と、取得したトルク情報と、に基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する。

記憶部４２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等を有する構成のものが挙げられる。また、記憶部４２には、本発明の算出方法を実行するためのプログラムが記憶されている。より具体的には、イナーシャを求めるための演算式等の各種情報が記憶されている。また、記憶部４２には、作業者が入力した各種動作プログラム、取得したトルク情報、トルク補正情報、算出したイナーシャの数値等が一時的に記憶される。

通信部４３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて制御装置３との間で信号の送受信を行う。この場合、図示しないサーバーを介して通信を行ってもよく、また、インターネット等のネットワークを介して通信を行ってもよい。通信部４３は、記憶部４２に記憶された動作プログラムに関する情報等を制御装置３に送信する。また、通信部４３は、記憶部３２に記憶された情報を受信し、記憶部４２に当該情報を記憶することもできる。

取得部４５は、トルクセンサー１８から送信されたトルク情報を取得し、教示装置４内に取り込む端子である。取り込んだトルク情報は、記憶部４２に記憶され、後述するイナーシャの算出の際に読み出して用いられる。

さて、従来では、各種動作パラメーターを設定するに際し、エンドエフェクター２０に相当するハンドの重量、エンドエフェクター２０に相当するハンドの重心位置に関しては、教示装置４に相当する装置が算出して設定することが可能である。しかしながら、イナーシャに関しては、自動で算出することができず、作業者が数値を入力しなければならない。作業者が、不適切なイナーシャの数値を入力してしまうと、その不適切なイナーシャを考慮してロボットアームを動作させることになる。この場合、ロボットアームに過剰な負荷がかかってしまう。本発明では、以下のようにしてイナーシャを算出し、設定することができる。以下このことについて説明する。

まず、制御装置３の制御部３１は、教示装置４から取得した試験動作プログラム、所定の加速度条件、所定の動作パラメーターでロボットアーム１０に加速動作を行わせる、すなわち、試験動作を実行する。

このように、制御部３１は、モーターＭ６を駆動して関節１７６を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を含む試験動作を実行する第１ステップを実行する。

次いで、制御装置３は、トルクセンサー１８から取得したトルク情報を取得し、教示装置４に送信する。教示装置４は、取得部４５を介してトルク情報を取得し、このトルク情報を補正した補正トルク情報を作成する。

取得部４５が取得するトルク情報は、例えば、図３および図４に示すような経時的なトルク値のデータである。図３および図４は、横軸が時間、縦軸がトルクの実測値を示すグラフである。例えば、図４に示す領域Ａ１が加速動作を行った際の経時的なトルクを示し、領域Ａ２が減速動作を行った際の経時的なトルクを示している。加速時の方が減速時よりもトルク値が大きくなる傾向を示す。

このように、取得部４５は、加速動作中におけるモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップを実行する。

また、制御部４１は、試験動作を行った際の加速度条件と、補正トルク情報とに基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する。具体的には、補正トルク情報から得られたトルクＦ（ｋｇｆ）を、試験動作を行った際の加速度Ａ（ｒａｄ/ｓ²）で除算する、すなわち、Ｆ／Ａを演算する。これにより、イナーシャを算出することができる。

Ｆとしては、加速時の最大トルクをトルクＴｍａｘ１、減速時の最大トルクをＴｍａｘ２という（例えば、図３参照）。

（パターン１）
試験動作時の最大トルクをトルクＦとする。すなわち、トルクＴｍａｘ１をトルクＦとする。また、そのトルクＦを計測した時刻における加速度を加速度Ａとする。このような値でＦ／Ａを演算することにより、イナーシャを算出することができる。

このようなパターン１によってイナーシャを算出することにより、関節１７６に可及的に負荷がかかった状態のイナーシャを算出することができる。よって、作業動作時のロボットアーム１０の関節１７１～関節１７６の速度を可及的に速くすることができる。

（パターン２）
試験動作時の加速動作における最大トルクと、減速動作における最大トルクとの平均値をＦとする。すなわち、トルクＴｍａｘ１と、トルクＴｍａｘ２との中間値をトルクＦとする。加速と減速の中間値とすることにより、摩擦や粘性抵抗等のメカニカルなロスを相殺した、より高精度な算出が可能となる。また、加速および減速も、同じ加速度Ａとする。このような値でＦ／Ａを演算することにより、イナーシャを算出することができる。

このようなパターン２によってイナーシャを算出することにより、ロボットアーム１０の負荷の軽減と、迅速な作業とをバランスよく両立することができる。

（パターン３）
試験動作時のトルク値の平均値をＦとする。すなわち、図３に示すトルク波形と横軸とで囲まれた部分の面積を算出し、総時間で除算した値をＦとする。また、試験動作の総時間の平均加速度を加速度Ａとする。

このようなパターン３によってイナーシャを算出することにより、ロボットアーム１０の負荷の軽減と、迅速な作業とをバランスよく両立することができる。

このように、補正トルク情報と加速度条件とに基づいて、すなわち、Ｆ／Ａを演算することにより、イナーシャを算出することができる。そして、算出した値を許容最大イナーシャとして設定することにより、動作中のイナーシャが算出した値を超えないように、各関節１７１～１７６の回転速度を適正に設定することができる。

なお、補正トルク情報は、トルク情報に基づいて求められた情報であるため、補正トルク情報と加速度条件とに基づいてイナーシャを算出するということは、トルク情報と加速度条件とに基づいてイナーシャを算出することである。

また、教示装置４の制御部４１は、トルク情報を補正して補正トルク情報を生成してもよい。補正トルク情報としては、平滑化移動平均処理がなされたデータが挙げられる。

例えば、図４に示すような経時的なトルク値のデータである。図４は、横軸が時間、縦軸がトルクの実測値を示すグラフである。図４に示す領域Ａ１が加速動作を行った際の経時的なトルクを示し、領域Ａ２が減速動作を行った際の経時的なトルクを示している。加速時の方が減速時よりもトルク値が大きくなる傾向を示す。なお、図示の構成では、加速および減速を１セットとして、４セット同じ動作を行っている。

このように、取得部４５は、加速動作中におけるモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップを実行する。

教示装置４の制御部４１は、トルク情報を補正して補正トルク情報を生成する。補正トルク情報としては、図５に示すような、平滑化移動平均処理がなされたデータＤが挙げられる。平滑化移動平均処理は、ある時刻でのトルク値に、過去のトルク値の推移を反映させる処理であり、その種類としては、単純移動平均処理、加重移動平均処理、指数移動平均処理等が挙げられる。このような補正トルクデータを用いることにより、ノイズによる外れ値を除外することができる。よって、イナーシャの算出をより正確に行うことができる。

また、制御部４１は、試験動作を行った際の加速度条件と、補正トルク情報とに基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する。具体的には、補正トルク情報から得られたトルクＦ（ｋｇｆ）を、試験動作を行った際の加速度Ａ（ｒａｄ/ｓ²）で除算する、すなわち、Ｆ／Ａを演算する。これにより、イナーシャを算出することができる。

以上説明したように、本発明の算出装置５は、第６回転軸Ｏ６を中心として回転する関節１７６と、関節１７６を回転駆動するモーターＭ６と、を有するロボットアーム１０における、関節１７６のイナーシャを算出するものである。また、算出装置５は、モーターＭ６を駆動して関節１７６を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する実行部である制御部３１と、加速動作中におけるモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する取得部４５と、加速度条件と、取得部４５が取得したトルク情報と、に基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する算出部である制御部４１と、を備える。これにより、イナーシャを算出することができ、算出した値を最大許容イナーシャとして設定することができる。よって、作業者が最大許容イナーシャとして不適切な値を設定することに起因する不具合、例えば、動作時にロボットアーム１０に過剰な負荷がかかってしまうことや、動作時のロボットアーム１０の速度が過剰に遅くなってしまうことを防止することができる。

なお、関節およびモーターとして、関節１７６、モーターＭ６を例に挙げて説明したが、本発明ではこれに限定されず、関節およびモーターとして、関節１７１、モーターＭ１を適用してもよく、関節１７２、モーターＭ２を適用してもよく、関節１７３、モーターＭ３を適用してもよく、関節１７４、モーターＭ４を適用してもよく、関節１７５、モーターＭ５を適用してもよい。

また、本実施形態では、算出部の一例として、制御部４１を例に挙げて説明したが、本発明ではこれに限定されず、制御部３１が、算出部として機能する構成であってもよい。この場合、制御装置３の、トルクセンサー１８からの信号線が接続される端子が取得部となる。

また、取得したトルク値がしきい値以上である場合、その旨を報知してもよい。この場合、教示装置４のディスプレイ４０に表示する構成や、音声により報知する構成であってもよい。

次に、図６に示すフローチャートを参照しつつ、算出装置５を用いた本発明の算出方法の一例について説明する。

まず、ステップＳ１０１において、各種設定を行う。本ステップは、作業者が教示装置４を用いて、動作プログラム、速度条件や、各種動作パラメーターを入力することによりなされる。

次いで、ステップＳ１０２において、試験運転を実行する。すなわち、制御装置３が、ステップＳ１０１で設定された情報に基づいて、ロボットアーム１０を駆動する。このステップＳ１０２が、モーターＭ６を駆動して関節１７６を回転させ、所定の加速度条件（ステップＳ１０１で設定された速度条件）で加速動作を実行する第１ステップである。

次いで、ステップＳ１０３において、試験運転中にトルクセンサー１８が検出したトルク情報を取得部４５が取得する。ステップＳ１０２とステップＳ１０３とは、時間的に重複して行われる。取得したトルク情報は、例えば、図３および図４に示すような経時的なトルクの変化に関する情報である。このステップＳ１０３が、加速動作中におけるモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップである。

次いで、ステップＳ１０４において、イナーシャを算出し、設定する。すなわち、ステップＳ１０１で設定された速度条件と、ステップＳ１０３で取得したトルク情報に基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する。さらに換言すれば、Ｆ（ｋｇｆ）／Ａ（ｒａｄ/ｓ²）を演算する。これにより、イナーシャを算出することができる。

また、本実施形態では、ステップＳ１０４において、トルク情報として、図５に示すような補正トルクデータが用いられる。

また、Ｆ、Ａに代入する数値は、前述したパターン１～パターン３で説明した値とすることができる。

以上説明したように、本発明の算出方法は、第６回転軸Ｏ６を中心として回転する関節１７６と、関節１７６を回転駆動するモーターＭ６と、を有するロボットアーム１０における、関節１７６のイナーシャを算出する方法である。また、算出方法は、モーターＭ６を駆動して関節１７６を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する第１ステップと、加速動作中におけるモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップと、加速度条件と、第２ステップで取得したトルク情報と、に基づいて、関節１７６のイナーシャを算出する第３ステップと、を有する。これにより、イナーシャを算出することができ、算出した値を最大許容イナーシャとして設定することができる。よって、作業者が最大許容イナーシャとして不適切な値を設定することに起因する不具合、例えば、動作時にロボットアーム１０に過剰な負荷がかかってしまうことや、動作時のロボットアーム１０の速度が過剰に遅くなってしまうことを防止することができる。

また、第２ステップで取得するトルク情報は、加速動作中にモーターＭ６に生じるトルクの経時変化の情報である。これにより、トルクの経時変化を加味したイナーシャを算出することができる。よって、イナーシャの設定をより適正に行うことができる。

なお、上記構成に限定されず、例えば、加速度が最も速くなる時刻等、指定された時刻のトルク情報を検出し、このトルク情報に基づいてイナーシャを算出する構成であってもよい。

また、第３ステップでは、トルク情報として、加速動作中にモーターＭ６に生じるトルクの経時変化を補正処理した補正トルク情報を用いる（図５参照）。これにより、例えばノイズによる外れ値を除外することができる。よって、より適正なイナーシャの設定が可能となる。

また、上記構成に限定されず、補正トルク情報を用いずに、図３および図４に示すようなトルク情報を用いてイナーシャを算出してもよい。すなわち、図３および図４に示すトルク情報を用いて、上述したパターン１～パターン３と同様にトルクＦおよび加速度条件を設定し、イナーシャを算出してもよい。

また、第３ステップでは、トルク情報として、加速動作中にモーターＭ６に生じるトルクの平均値を用いる（パターン３）。これにより、より適正なイナーシャを算出することができ、ロボットアーム１０の負荷の軽減と、迅速な作業とをバランスよく両立することができる。

また、第３ステップでは、トルク情報として、加速動作中にモーターＭ６に生じるトルクの最大値を用いる（パターン１）。これにより、関節１７６に可及的に負荷がかかった状態のイナーシャを算出することができる。よって、作業動作時のロボットアーム１０の関節１７１～関節１７６の速度を可及的に速くすることができる。

また、補正トルク情報は、加速動作中にモーターＭ６に生じるトルクの経時変化に移動平均処理を行った情報であり、第３ステップでは、トルク情報として、補正トルク情報における加速時のトルクの最大値と、減速時のトルクの最大値との中間値を用いる（パターン２）。これにより、より適正なイナーシャを算出することができ、ロボットアーム１０の負荷の軽減と、迅速な作業とをバランスよく両立することができる。

また、ロボットアーム１０は、複数の関節１７１～１７６と、各関節１７１～１７６を回転させる複数のモーターＭ１～Ｍ６を有し、第２ステップでは、最も先端側に位置するモーターＭ６に生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する。これにより、付加がかかりやすい関節１７６のイナーシャを算出することができ、ロボットアーム１０の負荷をより確実に軽減することができる。

＜第２実施形態＞
図７～図９は、本発明の算出方法の第２実施形態におけるトルク情報および補正トルク情報の一例を示すグラフである。

以下、これらの図を参照しつつ本発明の算出方法および算出装置の第２実施形態について説明するが、以下では、第１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説明を省略する。

本実施形態では、トルクセンサー１８は、モーターＭ６の電流値を検出し、検出した電流値に基づいてトルク値（トルク予測値Ｔ２）を推定している。この場合、比較的大きい値のトルク出力時には、電流値は、二次曲線のように上昇する。従って、補正トルク情報として、増加曲線に対応した補正が要求される。すなわち、図７～図９に示すように、実測トルクＴ１とトルク予測値Ｔ２との乖離を小さくする補正を行うことが好ましい。

なお、イナーシャが０の場合であっても生じるトルクを、以下では、トルク０Ｔ０と言う。また、メカによる伝達ロスを考慮した係数（傾き）をＫとする。

図７～図９は、縦軸がトルク、横軸がイナーシャで表されるグラフである。図７に示す構成では、下記式（１）に基づいて、補正を行う。
トルク予測値Ｔ２＝イナーシャＦ×Ｋ＋トルク０Ｔ０…（１）

このような式（１）を用いることにより、実測トルクＴ１とトルク予測値Ｔ２との乖離を小さくし、正確なイナーシャを算出することができる。

図８に示す構成では、下記式（２）に基づいて、補正を行う。
トルク予測値Ｔ２＝イナーシャＦ×Ｋ＋トルク０Ｔ０＋イナーシャＦ^２…（２）
このような式（２）を用いることにより、実測トルクＴ１とトルク予測値Ｔ２との乖離を小さくし、正確なイナーシャを算出することができる。

図９に示す構成では、下記式（３）、（４）に基づいて、補正を行う。
トルク値が所定値未満の場合：トルク予測値Ｔ２＝イナーシャＦ×Ｋ＋トルク０Ｔ０…（３）
トルク値が所定値以上の場合：トルク予測値Ｔ２＝イナーシャＦ×Ｋ’＋トルク０Ｔ０’…（４）

このような式（３）、（４）を用いることにより、イナーシャの値にあわせて適切な数式を用いることにより、実測トルクＴ１とトルク予測値Ｔ２との乖離を小さくし、より正確なイナーシャを算出することができる。

以上、本発明の算出方法および算出装置を図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。各実施形態における構成を、適宜組み合わせたり置換したりすることができる。また、算出方法には、任意の工程が付加されていてもよい。また、算出装置の各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構造物と置換することができる。また、任意の構造体が付加されていてもよい。

１…ロボット、３…制御装置、４…教示装置、５…算出装置、１０…ロボットアーム、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…第５アーム、１７…第６アーム、１８…トルクセンサー、２０…エンドエフェクター、３１…制御部、３２…記憶部、３３…通信部、４０…ディスプレイ、４１…制御部、４２…記憶部、４３…通信部、４４…入力操作部、４５…取得部、１００…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、Ａ１…領域、Ａ２…領域、Ｄ１…モータードライバー、Ｄ２…モータードライバー、Ｄ３…モータードライバー、Ｄ４…モータードライバー、Ｄ５…モータードライバー、Ｄ６…モータードライバー、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｔｍａｘ１…トルク、Ｔｍａｘ２…トルク、Ｔｍａｘ３…トルク、Ｔｍａｘ４…トルク、Ｔｍａｘ５…トルク、Ｔｍａｘ６…トルク、Ｔｍａｘ７…トルク、Ｔｍａｘ８…トルク

Claims (8)

1. 回転軸を中心として回転する関節と、前記関節を回転駆動するモーターと、を有するロボットアームにおける、前記関節のイナーシャを算出する算出方法であって、
   前記モーターを駆動して前記関節を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する第１ステップと、
   前記加速動作中における前記モーターに生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する第２ステップと、
   前記加速度条件と、前記第２ステップで取得した前記トルク情報と、に基づいて、前記関節のイナーシャを算出する第３ステップと、を有することを特徴とする算出方法。
2. 前記第２ステップで取得する前記トルク情報は、前記加速動作中に前記モーターに生じる前記トルクの経時変化の情報である請求項１に記載の算出方法。
3. 前記第３ステップでは、前記トルク情報として、前記加速動作中に前記モーターに生じる前記トルクの経時変化を補正処理した補正トルク情報を用いる請求項１に記載の算出方法。
4. 前記第３ステップでは、前記トルク情報として、前記加速動作中に前記モーターに生じる前記トルクの平均値を用いる請求項２または３に記載の算出方法。
5. 前記第３ステップでは、前記トルク情報として、前記加速動作中に前記モーターに生じる前記トルクの最大値を用いる請求項２または３に記載の算出方法。
6. 前記補正トルク情報は、前記加速動作中に前記モーターに生じる前記トルクの経時変化に移動平均処理を行った情報であり、
   前記第３ステップでは、前記トルク情報として、前記補正トルク情報における加速時の前記トルクの最大値と、減速時の前記トルクの最大値との中間値を用いる請求項３に記載の算出方法。
7. 前記ロボットアームは、複数の前記関節と、各前記関節を回転させる複数の前記モーターを有し、
   前記第２ステップでは、最も先端側に位置する前記モーターに生じる前記トルクに関する情報である前記トルク情報を取得する請求項１に記載の算出方法。
8. 回転軸を中心として回転する関節と、前記関節を回転駆動するモーターと、を有するロボットアームにおける、前記関節のイナーシャを算出する算出装置であって、
   前記モーターを駆動して前記関節を回転させ、所定の加速度条件で加速動作を実行する実行部と、
   前記加速動作中における前記モーターに生じるトルクに関する情報であるトルク情報を取得する取得部と、
   前記加速度条件と、前記取得部が取得した前記トルク情報と、に基づいて、前記関節のイナーシャを算出する算出部と、を有することを特徴とする算出装置。

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