JP7358744B2 - ロボットシステム、制御装置、および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットシステム、制御装置、および制御方法に関する。

従来、部品などを搬送するロボットとして、例えば特許文献１には、スカラロボットとも呼ばれる水平多関節ロボットが開示されている。特許文献１に記載されているロボットは、基台と、基台の上端部に連結され、鉛直方向に沿う軸心を中心にして、基台に対して回動する第１アームと、第１アームの先端部に連結され、鉛直方向に沿う軸心を中心にして、第１アームに対して回動する第２アームと、第２アームの先端部に設けられ、第２アームに対して変位するスプラインシャフトと、を有している。また、第２アーム内には、基台に対する第２アームの角速度を測定する角速度センサーが配設されている。

そして、このような構成のロボットは、制御装置により作動が制御されている。制御装置は、第２アーム内に配設されている角速度センサーなどから入力される各種信号に基づいて、第１アームの角速度を演算し、水平方向の振動である第２アームの振動が抑制されるように、第１アームを回動させるモーターを制御することができる。

特開２０１２－１７１０５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているロボットにおいて、第２アームに生じる振動には、水平方向の振動の他に、第２アームの長手方向に沿った軸周り、所謂ロール方向の振動もある。しかしながら、特許文献１に記載のロボットでは、前述したように第２アームの水平方向の振動は抑制されるが、第２アームの長手方向に沿った軸周りの振動の抑制については、考慮されていなかった。

本願のロボットシステムは、基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと、前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームを前記第２回動軸周りに回動させる第２モーターと、を有するロボットと、前記第１モーターを制御する第１モーター制御部を有する制御装置と、を備え、前記ロボットは、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサーを有し、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを制御する。

上述のロボットシステムにおいて、前記慣性センサーは、前記第２アームに設けられていることとしてもよい。

上述のロボットシステムにおいて、前記第１アームの外表面を構成する部材は、樹脂を含むこととしてもよい。

上述のロボットシステムにおいて、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを速度制御する速度制御部を有することとしてもよい。

上述のロボットシステムにおいて、前記第１モーター制御部は、前記第１モーターを位置制御する位置制御部を有し、前記速度制御部が前記速度制御により前記角速度を低減し、前記位置制御部が前記位置制御により前記第２アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

本願の制御装置は、基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと、前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームを前記第２回動軸周りに回動させる第２モーターと、を有するロボットを制御する制御装置であって、前記第１モーターを制御する第１モーター制御部を備え、前記ロボットは、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサーを有し、前記第１モーター制御部は、前記角速度または前記加速度に基づいて前記第１モーターを制御する。

上述の制御装置において、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを速度制御する速度制御部を有することとしてもよい。

上述の制御装置において、前記第１モーター制御部は、前記第１モーターの位置を制御する位置制御を行い、前記速度制御により前記角速度を低減し、前記位置制御により前記第２アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

本願の制御方法は、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームに設けられた慣性センサーと、を有するロボットを制御する制御方法であって、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を、前記慣性センサーによって検出する検出工程と、検出した前記角速度または前記加速度に基づいて、前記モーターを制御する制御工程と、を備える。

上述の制御方法において、前記制御工程では、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記モーターの速度を制御することとしてもよい。

上述の制御方法において、前記制御工程では、前記速度制御により前記角速度を低減し、前記モーターの位置を制御する位置制御により前記アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図。 第１実施形態に係るロボットシステムに適用されるロボットの概略図。 第１実施形態に係るロボットシステムの制御系を示すブロック図。 第１実施形態に係るロボットシステムの回路系を示すブロック図。 アームの動作ステップを説明する図１中のＱ２視図。 アームの動作ステップを説明する図１中のＱ１視図。 第２実施形態に係るロボットシステムの加速度センサーの配置例を説明する概略図。 第２実施形態に係るロボットシステムの制御系を示すブロック図。 第２実施形態に係るロボットシステムの回路系の実施例１を示すブロック図。 第２実施形態に係るロボットシステムの回路系の実施例２を示すブロック図。

以下、本発明のロボットシステム、制御装置、および制御方法を、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。なお、以下で説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

また、以下で参照する図面の内、図１、図２、図５Ａ、図５Ｂ、および図６では、説明の便宜上、互いに直交する三つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を矢印で図示しており、その矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「－（マイナス）」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ方向」という。また、以下では、説明の便宜上、図１中の上方である＋Ｚ方向側を「上」、下方である－Ｚ方向側を「下」ということがある。

また、以下では、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面が水平となっており、Ｚ軸が鉛直方向となっている。ここで、本明細書における「水平」とは、完全な水平に限定されず、電子部品の搬送が阻害されない限り、水平に対して、例えば５°以内で傾斜している状態も含む。同様に、本明細書において、「鉛直」とは、完全に鉛直な場合のみならず、鉛直に対して±５°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「平行」とは、二つの線（軸を含む）または面が互いに完全な平行である場合のみならず、±１０°以内で傾斜している場合も含む。また、本明細書において、「直交」とは、二つの線（軸を含む）または面が互いに完全な直交である場合のみならず、±１０°以内で傾斜している場合も含む。

１．第１実施形態
１．１：第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成
先ず、第１実施形態に係るロボットシステムの構成について、図１、図２、および図３を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、第１実施形態に係るロボットシステムに適用されるロボットの概略図である。なお、図１ではエンドエフェクターの図示は省略されている。また、図２ではエンドエフェクターおよび対象物を模式的に示している。

図１、および図２に示すように、第１実施形態に係るロボットシステム１は、ロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３とを備えている。これにより、ロボットシステム１は、後述する制御装置３の利点を有することができる。ロボットシステム１の用途は、特に限定されず、例えば、電子部品および電子機器等の対象物の保持、搬送、組立および検査等の各作業で用いることができる。

ロボット２は、スカラロボットとも呼ばれる水平多関節ロボットであり、基台２１と、基台２１に設けられ基台２１に対して回動軸である第１回動軸Ｊ１周りに回動可能なアーム２２と、アーム２２に設けられた作業ヘッド２５と、を有する。また、ロボット２は、アーム２２を回動軸である第２回動軸Ｊ２周りに駆動させるアーム駆動部２６と、作業ヘッド２５を駆動させる作業ヘッド駆動部２８と、を有する。また、ロボット２は、第２回動軸Ｊ２と異なる位置に設けられ、作業ヘッド２５にあって第２回動軸Ｊ２と平行に移動し、下方の一端側にエンドエフェクター４が設けられるシャフトであるスプラインシャフト２５３と、アーム２２に設けられ、第２回動軸Ｊ２の軸方向と直交し、かつ、第２回動軸Ｊ２とスプラインシャフト２５３の回動軸である第３回動軸Ｊ３とを含む平面である仮想平面ＶＰに平行な軸でありアーム２２のロール軸である第３角速度検出軸Ａ３周りの角速度ωＡ３を検出する慣性センサー２０の一例としての角速度センサー２０１（図３参照）と、を有する。

制御装置３は、アーム駆動部２６に含まれる第１モーター２６１の作動を制御する第１モーター制御部３０および第２モーター２７１の作動を制御する第２モーター制御部３１を備えている（図３参照）。第１モーター制御部３０は、アーム２２が第２回動軸Ｊ２周りに回動した際に、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づいて第１モーター２６１を制御する、所謂フィードバック制御を行う。第１モーター制御部３０は、このフィードバック制御により第１モーター２６１の作動を制御し、作業ヘッド２５のスプラインシャフト２５３に生じる振動、例えばスプラインシャフト２５３に生じるエンドエフェクター４側の制御点Ｐ１の振動を抑制することができる。

このようなロボットシステム１によれば、後述するように、アーム２２が第１回動軸Ｊ１周りに回動して停止した後のアーム２２の振動を抑制し、例えばスプラインシャフト２５３の制御点Ｐ１の位置をできる限り一定に維持することができる。これにより、エンドエフェクター４で対象物Ｗを把持する際、その把持を安定して行うことができる。

以下、ロボット２の構成について、さらに詳細に説明する。
基台２１は、例えば図示しない床面にボルト等によって固定されている。アーム２２は、基台２１に連結され、基台２１に対して第１回動軸Ｊ１周りに回動可能な第１アーム２３と、第１アーム２３の先端部に設けられ、第１アーム２３に対して第１回動軸Ｊ１と平行な第２回動軸Ｊ２周りに回動可能に連結されている第２アーム２４と、を有する。

なお、第１アーム２３は、例えば樹脂などの柔軟性を有する部材を、その外表面を構成する部材に含むことが好ましい。この樹脂には、例えば、ポリ塩化ビニル・ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂・メラミン樹脂などの熱硬化性樹脂と、または天然ゴムや合成ゴムなどを例示することができる。第１アーム２３は、外表面に樹脂などを用いることにより、樹脂の柔軟性による緩衝作用により、回動する第１アーム２３が他の部位と接触した場合の接触衝撃を小さくすることができる。なお、アーム２２は、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づいて第１モーター２６１に対してフィードバック制御を行い、第１モーター２６１の作動を制御することによって、作業ヘッド２５のスプラインシャフト２５３に生じる振動を抑制することができる。したがって、上述したように、アーム２２は、外表面を柔軟な樹脂で構成した第１アーム２３としても、作業ヘッド２５のスプラインシャフト２５３に生じる振動を増加させることが無い。

また、基台２１内には基台２１に対して第１アーム２３を、その回動軸としての第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１が設けられている。また、第１モーター２６１には、第１モーター２６１の回転量を検出する角度センサーとしての第１エンコーダー２６２が設けられており、第１エンコーダー２６２からの出力によって基台２１に対する第１アーム２３の回動角を検出することができる。

また、第２アーム２４内には第１アーム２３に対して第２アーム２４を、その回動軸としての第２回動軸Ｊ２周りに回動させる第２モーター２７１が設けられている。また、第２モーター２７１には、第２モーター２７１の回転量を検出する角度センサーとしての第２エンコーダー２７２が設けられており、第２エンコーダー２７２からの出力によって第１アーム２３に対する第２アーム２４の回動角を検出することができる。図３に示すように、アーム駆動部２６は、第１モーター２６１と、第１エンコーダー２６２と、第２モーター２７１と、第２エンコーダー２７２とを有する構成となっている。

作業ヘッド２５は、第２アーム２４の先端部、すなわち、第２アーム２４の回動軸としての第２回動軸Ｊ２と異なる位置に設けられている。作業ヘッド２５は、第２アーム２４の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット２５１およびボールネジナット２５２と、スプラインナット２５１およびボールネジナット２５２に挿通されたスプラインシャフト２５３と、を有する。

スプラインシャフト２５３は、第２アーム２４に対して、その中心軸である第３回動軸Ｊ３周りに回動可能であり、かつ、第３回動軸Ｊ３に沿った方向、換言すれば第３回動軸Ｊ３と平行な方向に往復移動が可能となっている。なお、第１回動軸Ｊ１、第２回動軸Ｊ２および第３回動軸Ｊ３は、互いに平行であり、それぞれ、鉛直方向に沿っている。

また、第２アーム２４内には、スプラインナット２５１を回転させてスプラインシャフト２５３を第３回動軸Ｊ３周りに回転させる第３モーター２８１が設けられている。また、第３モーター２８１には、第３モーター２８１の回転量を検出する角度センサーとしての第３エンコーダー２８２が設けられており、第３エンコーダー２８２からの出力によって第２アーム２４に対するスプラインシャフト２５３の回転量を検出することができる。また、第２アーム２４内には、ボールネジナット２５２を回転させてスプラインシャフト２５３を第３回動軸Ｊ３に沿った方向に移動させる第４モーター２９１が設けられている。また、第４モーター２９１には、第４モーター２９１の回転量を検出する角度センサーとしての第４エンコーダー２９２が設けられており、第４エンコーダー２９２からの出力によって第２アーム２４に対するスプラインシャフト２５３の移動量を検出することができる。図３に示すように、作業ヘッド駆動部２８は、第３モーター２８１と、第３エンコーダー２８２と、第４モーター２９１と、第４エンコーダー２９２とを有する構成となっている。

図１および図２に示すように、スプラインシャフト２５３の下端側の先端部には、エンドエフェクター４を装着するためのペイロード２５４が設けられている。ペイロード２５４に装着するエンドエフェクター４としては、特に限定されず、例えば、対象物Ｗを保持するハンドや対象物Ｗを加工する作業具等が挙げられる。なお、ハンドによる対象物Ｗの保持には、把持、および吸着を含む。

慣性センサー２０の一例としての角速度センサー２０１（図３参照）は、第２アーム２４内に設けられている。特に、本実施形態における角速度センサー２０１は、第２アーム２４の先端部であるスプラインシャフト２５３の近傍に設けられている。なお、第１回動軸Ｊ１と慣性センサー２０との間の距離、本構成では第１回動軸Ｊ１と角速度センサー２０１との間の距離を、距離Ｌとする。

このように、角速度センサー２０１が第２アーム２４の先端部に設けられることにより、第１モーター２６１と角速度センサー２０１との距離Ｌが大きくなり、第２アーム２４のロール軸である第３角速度検出軸Ａ３周りの振動を、より振動の大きな部位において検出することができ、角速度ωＡ３の検出感度を高めることができる。

図２に示すように、角速度センサー２０１は、第２アーム２４が第２回動軸Ｊ２周りに回動、または、第２アーム２４の回動が停止した状態で、第１アーム２３が第１回動軸Ｊ１周りに回動した際に、第２アーム２４における三つの軸周りの角速度を検出することができる。以下では、「第１アーム２３が第１回動軸Ｊ１周りに回動した際に、アーム２２のロール軸周りに生じる角速度」を代表とする。

なお、三つの軸のうちの一つ目の軸は、図２中の第１角速度検出軸Ａ１であり、二つ目の軸は、第２角速度検出軸Ａ２であり、三つ目の軸は、第３角速度検出軸Ａ３である。また、このような角速度センサー２０１としては、例えばジャイロセンサーで構成されているのが好ましい。

第１角速度検出軸Ａ１は、第２回動軸Ｊ２と第３回動軸Ｊ３とを含む平面である仮想平面ＶＰ、すなわち、図２の紙面に直交する軸であり、図２に示すＹ軸に沿った軸である。この第１角速度検出軸Ａ１周りの角速度、換言すれば、ピッチ方向の角速度を「第１角速度ωＡ１」と言うことがある。

第２角速度検出軸Ａ２は、第１角速度検出軸Ａ１と直交する、すなわち、第２回動軸Ｊ２の軸方向と平行な軸であり、図２に示すＺ軸に沿った軸である。この第２角速度検出軸Ａ２周りの角速度、換言すれば、ヨー方向の角速度を「第２角速度ωＡ２」と言うことがある。

第３角速度検出軸Ａ３は、第１角速度検出軸Ａ１と第２角速度検出軸Ａ２とに直交する、すなわち、第２回動軸Ｊ２の軸方向と直交し、かつ、仮想平面ＶＰに平行な軸であり、図２に示すＸ軸に沿った軸である。この第３角速度検出軸Ａ３周りの角速度、換言すれば、アーム２２のロール方向の角速度を「第３角速度ωＡ３」と言うことがある。

このように角速度センサー２０１は、仮想平面ＶＰに直交する第１角速度検出軸Ａ１周りの第１角速度ωＡ１を検出することができる。これにより、例えば第１角速度ωＡ１の情報を、スプラインシャフト２５３のＺ軸に沿った上下方向の振動抑制制御に用いることができる。

また、角速度センサー２０１は、第２回動軸Ｊ２に平行な第２角速度検出軸Ａ２周りの第２角速度ωＡ２も検出することができる。これにより、例えば第２角速度ωＡ２の情報を、スプラインシャフト２５３の水平方向の振動抑制制御に用いることができる。

また、角速度センサー２０１は、アーム２２のロール軸と平行な第３角速度検出軸Ａ３周りの第３角速度ωＡ３を検出することができる。この第３角速度ωＡ３は、スプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの振動抑制制御に用いられる。この制御については、後述する。

角速度センサー２０１としては、角速度を検出することができれば、特に限定されず、例えば、圧電体の変形により生じる電荷から角速度を検出する角速度センサー、静電容量の変化から角速度を検出する角速度センサー等を用いることができる。なお、本実施形態では、角速度センサー２０１として水晶振動子を用いている。この水晶振動子は、振動腕を有しており、振動腕を駆動振動モードで振動させている状態で、第１角速度検出軸Ａ１、第２角速度検出軸Ａ２および第３角速度検出軸Ａ３のいずれかの検出軸周りの角速度が加わると、コリオリの力によって振動腕に検出振動モードが励振され、この検出振動モードに応じた検出信号を出力するようになっている。そのため、水晶振動子から出力される検出信号に基づいて、各検出軸周りの角速度を検出することができる。

図３に示すように、制御装置３は、ロボット２のアーム駆動部２６、作業ヘッド駆動部２８および慣性センサー２０と電気的に接続され、これらの各部の作動を制御する第１モーター制御部３０および第２モーター制御部３１を有する。ロボット２と制御装置３とは、ケーブルで電気的に接続されている。ただし、ロボット２と制御装置３とは、有線方式の接続に限らず、例えば、ケーブルを省略し、無線方式で接続してもよい。また、制御装置３は、その一部または全部がロボット２に内蔵されていてもよい。

第１モーター制御部３０や第２モーター制御部３１などを含む制御装置３としては、例えば、プロセッサーの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター（ＰＣ：personal computer）等で構成することができる。これにより、制御装置３は、ロボット２の各部を制御することができる。

また、図３に示すように、制御装置３は、各種情報（諸条件）を記憶する記憶部３９と、各種情報（諸条件）を入力する入力部３８と、を備えている。

記憶部３９には、例えば、ロボット２を動作させるプログラムや、アーム２２が第２回動軸Ｊ２周りに回動した際に、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づいて第１モーター２６１に対してフィードバック制御する制御プログラムや、入力部３８を介して入力された情報、および定義されている感度補正量などを記憶することができる。

入力部３８は、ロボット２の動作に必要な情報を入力することができる。この入力部３８としては、特に限定されず、例えば、キーボードやタッチパネル等で構成することができる。

１．２．第１実施形態に係る、アームの振動を抑制する制御方法および制御装置
次に、スプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの振動を抑制する制御方法について、図１～図３に加え、図４、図５Ａ、および図５Ｂを参照して説明する。図３は、第１実施形態に係るロボットシステムの制御系を示すブロック図である。図４は、第１実施形態に係るロボットシステムの回路系を示すブロック図である。図５Ａは、アームの動作ステップを説明する図１中のＱ２視図である。図５Ｂは、アームの動作ステップを説明する図１中のＱ１視図である。なお、以下説明する本形態におけるアームの振動を抑制する制御方法では、アーム２２のロール軸周りの角速度ωＡ３を、慣性センサー２０の一例としての角速度センサー２０１によって検出する検出工程と、検出した角速度に基づいて、第１モーター２６１を制御する制御工程と、を含む。

第１アーム２３および第２アーム２４を含むアーム２２は、例えば、図５ＡのＳｔｅｐ１に示す初期位置から、矢印ａ１で示す第１回動軸Ｊ１周りに所定角度回動し、二点鎖線で示すアーム２２ａの位置に停止した際に、第３角速度検出軸Ａ３周り、すなわち、アーム２２のロール方向に振動する。なお、図５ＡのＳｔｅｐ２が、この停止した際の状態を示している。そして、図５ＢのＳｔｅｐ２ＡおよびＳｔｅｐ２Ｂに示すように、アーム２２を構成する第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３も、この第２アーム２４とともに、例えばスプラインシャフト２５３ａからスプラインシャフト２５３ａａの間において矢印ｂ１のように、第３角速度検出軸Ａ３周りに振動することになる。なお、図５Ｂでは、スプラインシャフト２５３の停止目標位置を位置Ｐで示している。そして、角速度センサー２０１では、この第３角速度検出軸Ａ３周りの振動と等価な角速度ωＡ３を検出することができる。

アーム２２を構成する第２アーム２４が、第３角速度検出軸Ａ３周りに振動した際、その振動が大きければ大きい程、制御点Ｐ１での振幅、換言すれば制御点Ｐ１での変位量も大きくなり、その結果、制御点Ｐ１の位置が定まらないおそれがある（図５Ｂ：Ｓｔｅｐ２Ｂ参照）。そして、この状態で、例えば、エンドエフェクター４で対象物Ｗを把持しようとしても、その把持を行うことが困難となるおそれがある。

そこで、制御装置３では、角速度センサー２０１の検出したアーム２２のロール軸周りの角速度ωＡ３に基づいて第１モーター２６１を制御する、所謂フィードバック制御を行い、第１モーター２６１の作動を制御することによって、スプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの振動の抑制を行う。

このフィードバック制御では、角速度センサー２０１の検出したアーム２２のロール軸周りの角速度ωＡ３の方向と大きさに基づいて、その角速度ωＡ３を相殺する方向にアーム２２が移動するように第１モーター２６１の作動を制御する。すなわち、制御装置３は、速度制御として第１モーター２６１の作動を制御し、図５ＡのＳｔｅｐ３および図５ＢのＳｔｅｐ３の矢印ａ２に示す方向にアーム２２ａを移動させることによって角速度ωＡ３を相殺する。その結果、第２アーム２４ａの先端部に設けられているスプラインシャフト２５３ａは、図５ＡのＳｔｅｐ３および図５ＢのＳｔｅｐ３に示す第２アーム２４ｂのスプラインシャフト２５３ｂの位置となる。

その後、制御装置３は、アーム２２の位置制御として第１モーター２６１の作動を制御し、図５ＡのＳｔｅｐ４および図５ＢのＳｔｅｐ４の矢印ａ３に示す方向にアーム２２ｂをアーム２２ｃの位置に移動させ、停止目標位置である位置Ｐにスプラインシャフト２５３ｃを停止する。このように、制御装置３は、このアーム２２、すなわちスプラインシャフト２５３の振動の抑制により、制御点Ｐ１の停止位置が、できる限り一定となる制御を可能に構成されている。

なお、制御装置３は、フィードバック制御として、角速度ωＡ３に基づいてその角速度ωＡ３を相殺する方向にアーム２２が移動するように第１モーター２６１の作動を制御する速度制御と、速度制御によって生じる位置ずれを予測してアーム２２を目標位置に移動させる位置制御とを、並行して行ってもよい。

このような構成として、制御装置３は、図４に示すように、第１モーター制御部３０と、第２モーター制御部３１と、微分回路４０１と、感度補正量処理部４０２と、フィードバック量算出部４０３と、を有している。

第１モーター制御部３０は、位置制御部としての第１位置制御部３０１および速度制御部としての第１速度制御部３０２を含み、第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１の作動を制御する。また、第１モーター制御部３０は、アーム２２が第２回動軸Ｊ２周りに回動した際に、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づいて、第１モーター２６１を制御する、所謂フィードバック制御を行う。ここで、第１モーター２６１は、第１モーター制御部３０の作動制御により、減速機２６３を介して第１アーム２３を回動させることができる。

具体的には、第１速度制御部３０２は、角速度センサー２０１の検出したアーム２２のロール軸周りの角速度ωＡ３の方向と大きさに基づいて、その角速度ωＡ３を相殺する方向にアーム２２が移動するように第１モーター２６１の作動を制御する。すなわち、制御装置３は、速度制御として第１モーター２６１の作動を制御し、角速度ωＡ３の発生する方向にアーム２２を移動させることによって角速度ωＡ３を相殺し、角速度ωＡ３を低減する。

その後、第１位置制御部３０１は、角速度ωＡ３を相殺し、角速度ωＡ３を低減するために第１速度制御部３０２によって移動した分の距離を、目標位置に戻す位置制御を行う。これにより、第２アーム２４の先端部、換言すればスプラインシャフト２５３を目標位置に移動させる。

これらにより、第１速度制御部３０２が角速度センサー２０１からの出力に基づいて第１モーター２６１の速度を制御することにより、角速度ωＡ３による第２アーム２４のロール軸周りの振動を抑制し、第１位置制御部３０１が振動によってずれた分を位置制御で目標位置に移動させる。これにより、第２アーム２４の先端部をより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

第１位置制御部３０１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１への速度指令を生成する部分である。

第１速度制御部３０２は、第１位置制御部３０１で生成された速度指令に基づいて第１モーター２６１を駆動する電流指令を生成する部分である。

第２モーター制御部３１は、位置制御部としての第２位置制御部３１１および速度制御部としての第２速度制御部３１２を含み、第２アーム２４を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第２モーター２７１の作動を制御する。ここで、第２モーター２７１は、第２モーター制御部３１の作動制御により、減速機２７３を介して第２アーム２４を回動させることができる。

第２位置制御部３１１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第２アーム２４を第２回動軸Ｊ２周りに回動させる第２モーター２７１への速度指令を生成する部分である。

第２速度制御部３１２は、第２位置制御部３１１で生成された速度指令に基づいて第２モーター２７１を駆動する電流指令を生成する部分である。

微分回路４０１は、第２エンコーダー２７２からの出力によって得られた第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの回動角度を微分する部分である。この微分されることにより生成された指令である角速度指令は、第１速度制御部３０２に入力されて、第１モーター２６１を駆動する電流指令に重畳される。

感度補正量処理部４０２は、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に対して、定義してあった感度補正量をかけ、フィードバック制御に使用可能な制御量とする処理を行う。この処理として、本実施形態では、角速度ωＡ３に係数ｋ１を乗じる。なお、係数ｋ１は、０を超える任意の数値である。例えば、０＜ｋ１＜１の場合、角速度ωＡ３は、感度補正量処理部４０２で減少される。これに対し、感度補正量処理部４０２での補正を省略した場合には、角速度ωＡ３がそのままの大きさで、すなわち、減少されずにフィードバック量算出部４０３に入力されてしまい、その結果、第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの円滑な回動が困難となるおそれがある。

フィードバック量算出部４０３は、感度補正量処理部４０２で処理した角速度ωＡ３に基づく制御量から角速度フィードバック値を算出し、第１速度制御部３０２に送る。すなわち、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づくフィードバックは、第１位置制御部３０１には行わず、第１速度制御部３０２に対して行う。

なお、ロボット２には、第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの回動や第２アーム２４の第２回動軸Ｊ２周りの回動による外乱振動が入ってきてもよい。

このようなロボット２を制御する制御方法では、角速度センサー２０１の検出した角速度ωＡ３に基づくフィードバック制御によって、第１アーム２３を回動する第１モーター２６１が、位置指令および速度指令に合った駆動状態となる。そして、この駆動状態は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの移動が相殺され、振動を抑制することができる状態となっている。これにより、スプラインシャフト２５３の位置が、短時間で定まることとなる。

以上、説明した第１実施形態に係るロボットシステム１によれば、第１モーター制御部３０は、慣性センサー２０の一例である角速度センサー２０１の検出したアーム２２のロール軸周りの角速度ωＡ３に基づいて第１モーター２６１に対しフィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３に生じるアーム２２のロール軸周りの振動を抑制するように第１モーター２６１の作動を制御することから、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の振動を抑制し、スプラインシャフト２５３の位置を短時間で定めることができる。

なお、上述では、角速度センサー２０１を第２アーム２４の先端部側に設ける構成例を示して説明したが、角速度センサー２０１の設置位置はこれに限らない、角速度センサー２０１は、例えば、作業ヘッド２５、もしくはスプラインシャフト２５３に設けてもよいし、第１アーム２３に設けてもよい。なお、角速度センサー２０１を第１アーム２３に設ける場合、角速度センサー２０１は、その検出感度を向上させるため、第１アーム２３の回動軸である第１回動軸Ｊ１からできるだけ離れた位置に設けることが望ましい。

２．第２実施形態
２．１．第２実施形態に係るロボットシステムの全体構成
次に、第２実施形態に係るロボットシステムの構成について、図６、図７、図８、および図９を参照して説明する。図６は、第２実施形態に係るロボットシステムの加速度センサーの配置例を説明する概略図である。図７は、第２実施形態に係るロボットシステムの制御系を示すブロック図である。図８は、第２実施形態に係るロボットシステムの回路系の実施例１を示すブロック図である。図９は、第２実施形態に係るロボットシステムの回路系の実施例２を示すブロック図である。

図７に示すように、第２実施形態に係るロボットシステム１００ａ，１００ｂは、前述の第１実施形態に係るロボットシステム１に対し、ロボット２００ａ，２００ｂに設けられている慣性センサー２０として加速度センサー２０２ａ，２０２ｂを用いているところが異なっている。また、これに伴って、第２実施形態に係るロボットシステム１００ａ，１００ｂでは、制御装置３００ａ，３００ｂの構成が異なっている。ロボットシステム１００ａ，１００ｂの他の構成については、前述の第１実施形態に係るロボットシステム１と同様である。したがって、以下では、ロボットシステム１と同様な構成の詳細な説明を省略することがある。また、ロボットシステム１と同様な構成部位は、同名称および同符号を付して説明する。

図７に示すように、第２実施形態に係るロボットシステム１００ａ，１００ｂは、ロボット２００ａ，２００ｂに慣性センサー２０として加速度センサー２０２ａ，２０２ｂを用いている。なお、加速度センサー２０２ａ，２０２ｂは、アーム２２のロール方向である捻れ方向の加速度を検出するため、第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１および第２アーム２４の第２回動軸Ｊ２に対して、離れた位置に取り付けられていることが望ましい。

また、加速度センサー２０２ａ，２０２ｂは、その取り付け位置によって、検出する加速度の方向が異なる。図６には、図１のＱ１方向から見た場合の、第２アーム２４への加速度センサー２０２ａ，２０２ｂの取り付け位置が示されている。図６では、アーム２２のロール軸である第２アーム２４の第３角速度検出軸Ａ３の上側に加速度センサー２０２ａが取り付けられている実施例１と、第２アーム２４の第３角速度検出軸Ａ３の水平面上に加速度センサー２０２ｂが取り付けられている実施例２と、を例示している。なお、第２アーム２４には、鉛直方向であるＺ方向に沿ってスプラインシャフト２５３が設けられ、その下端に対象物Ｗが把持されている。

実施例１に係る加速度センサー２０２ａ、および実施例２に係る加速度センサー２０２ｂは、いずれもアーム２２のロール軸である第２アーム２４の第３角速度検出軸Ａ３を中心とした円ｃ１，ｃ２の、それぞれの接線方向ｆ１，ｆ２の加速度を検出する。そして、後段にて説明する制御装置３００ａ，３００ｂは、加速度センサー２０２ａ，２０２ｂの検出した加速度に基づいて第１モーター２６１を制御する、所謂フィードバック制御を行い、第１モーター２６１の作動を制御する。この第１モーター２６１の作動の制御により、作業ヘッド２５のスプラインシャフト２５３（図２参照）に生じる振動、例えばスプラインシャフト２５３に生じるエンドエフェクター４側の制御点Ｐ１（図２参照）の振動を抑制することができる。

ロボット２００ａ，２００ｂは、スカラロボットとも呼ばれる水平多関節ロボットであり、その構成は、第１実施形態のロボット２と同様であるので詳細な説明を省略する。なお、ロボット２００ａ，２００ｂは、基台２１に連結され、基台２１に対して第１回動軸Ｊ１周りに回動可能な第１アーム２３と、第１アーム２３の先端部に設けられ、第１アーム２３に対して第１回動軸Ｊ１と平行な第２回動軸Ｊ２周りに回動可能に連結されている第２アーム２４と、を有する。なお、第１アーム２３は、第１実施形態と同様に、例えば樹脂などの柔軟性を有する部材を、その外表面を構成する部材に含んでいる。

以下、実施例１に係る加速度センサー２０２ａの構成例、および実施例２に係る加速度センサー２０２ｂの構成例を順次説明する。以下説明する本形態におけるアームの振動を抑制する制御方法では、アーム２２のロール軸周りの加速度を、慣性センサー２０の一例としての加速度センサー２０２ａ，２０２ｂによって検出する検出工程と、検出した加速度に基づいて、第１モーター２６１を制御する制御工程と、を含む。

２．２．実施例１に係る、アームの振動を抑制する制御方法および制御装置
第２実施形態の実施例１に係るロボットシステム１００ａを構成する加速度センサー２０２ａは、図６に示すように、アーム２２のロール軸である第２アーム２４の第３角速度検出軸Ａ３の上側に取り付けられ、第３角速度検出軸Ａ３を中心とした円ｃ１の接線方向ｆ１、すなわち水平方向の加速度を検出する。

水平方向の加速度を検出する加速度センサー２０２ａは、第３角速度検出軸Ａ３の上側に取り付けられていることから、ロール方向の捻れ振動成分以外の、ロボットアーム駆動によるアーム角速度も検出してしまう。この課題に対して、ロボットシステム１００ａでは、第１モーター２６１の角速度から算出されるアーム先端角速度と、加速度センサー２０２ａの設置場所のアーム先端角速度との差分を取ることによって、加速度センサー２０２ａにおける捻れ振動成分のみの検出値としている。

図８に示すように、実施例１に係る構成のロボットシステム１００ａは、ロボット２００ａと、制御装置３００ａと、を有している。ロボット２００ａは、図７に示したように第１実施形態と同様構成のアーム駆動部２６および作業ヘッド駆動部２８と、慣性センサー２０を有している。本実施例１での慣性センサー２０は、加速度センサー２０２ａである。

制御装置３００ａは、第１モーター制御部３０と、第２モーター制御部３１と、入力部３８と、記憶部３９と、演算処理部４０（図７参照）とを有している。演算処理部４０は、微分回路４０１と、感度補正量処理部４０２と、フィードバック量算出部４０３と、積分回路４０４と、センサー角速度算出部４０５と、微分回路４０６と、モーター角速度算出部４０７と、を有している。

第１モーター制御部３０は、第１位置制御部３０１および第１速度制御部３０２を含み、第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１の作動を制御する。また、第１モーター制御部３０は、アーム２２が第２回動軸Ｊ２周りに回動した際に、加速度センサー２０２ａの検出した加速度から算出された角速度に基づいて、第１モーター２６１を制御する、所謂フィードバック制御を行う。ここで、第１モーター２６１は、第１モーター制御部３０の作動制御により、減速機２６３を介して第１アーム２３を回動させることができる。

具体的には、第１速度制御部３０２は、加速度センサー２０２ａの検出した加速度から角速度を算出し、その角速度を相殺する方向にアーム２２が移動するように第１モーター２６１の作動を制御する。すなわち、制御装置３は、速度制御として第１モーター２６１の作動を制御し、角速度の発生する方向にアーム２２を移動させることによって角速度を相殺し、角速度を低減する。

その後、第１位置制御部３０１は、角速度を相殺し、低減するために第１速度制御部３０２によって移動した分の距離を、目標位置に戻す位置制御を行う。これにより、第２アーム２４の先端部、換言すればスプラインシャフト２５３を目標位置に移動させる。

これらにより、第１速度制御部３０２が加速度センサー２０２ａからの出力に基づいて第１モーター２６１の速度を制御することにより、角速度による第２アーム２４のロール軸周りの振動を抑制し、第１位置制御部３０１が振動によってずれた分を位置制御で目標位置に移動させる。これにより、第２アーム２４の先端部をより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

第１位置制御部３０１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１への速度指令を生成する部分である。

第１速度制御部３０２は、第１位置制御部３０１で生成された速度指令に基づいて第１モーター２６１を駆動する電流指令を生成する部分である。

第２モーター制御部３１は、第２位置制御部３１１および第２速度制御部３１２を含み、第２アーム２４を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第２モーター２７１の作動を制御する。ここで、第２モーター２７１は、第２モーター制御部３１の作動制御により、減速機２７３を介して第２アーム２４を回動させることができる。

第２位置制御部３１１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第２アーム２４を第２回動軸Ｊ２周りに回動させる第２モーター２７１への速度指令を生成する部分である。

第２速度制御部３１２は、第２位置制御部３１１で生成された速度指令に基づいて第２モーター２７１を駆動する電流指令を生成する部分である。

微分回路４０１は、第２エンコーダー２７２からの出力によって得られた第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの回動角度を微分する部分である。この微分されることにより生成された指令である角速度指令は、第１速度制御部３０２に入力されて、第１モーター２６１を駆動する電流指令に重畳される。

積分回路４０４は、加速度センサー２０２ａによって得られた第２アーム２４の先端部、すなわちアーム２２の先端部の先端加速度を積分し、速度情報に変換する部分である。この積分により生成されたアーム２２先端の水平方向における速度情報である先端速度は、センサー角速度算出部４０５に入力されて、アーム２２先端の水平方向のセンサー角速度に変換される。

センサー角速度算出部４０５は、積分回路４０４から出力されたアーム２２の先端速度を、１／Ｌを用いた処理により、アーム２２の先端部における水平方向のセンサー角速度を算出する。ここで、Ｌは、図１に示すように、第１モーター２６１の第１回動軸Ｊ１から加速度センサー２０２ａまでの距離である。

微分回路４０６は、第２エンコーダー２７２からの出力によって得られた第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの回動角度を微分する部分である。

モーター角速度算出部４０７は、微分回路４０６から出力された第１アーム２３における第１回動軸Ｊ１周りの回動角度の微分値に、減速機２６３の減速比率を乗算し、アーム２２の先端部におけるモーター角速度を算出する。

そして演算処理部４０は、センサー角速度算出部４０５の算出したセンサー角速度と、モーター角速度算出部４０７の算出したモーター角速度との差分を取り、アーム２２のロール軸周りの振動成分のみの角速度を生成する。

感度補正量処理部４０２は、加速度センサー２０２ａの検出した加速度から、積分回路４０４と、センサー角速度算出部４０５と、微分回路４０６と、モーター角速度算出部４０７とによって算出された、アーム２２のロール軸周りの振動成分のみの角速度に対して、定義してあった感度補正量をかけ、フィードバック制御に使用可能な制御量とする処理を行う。この処理として、本実施形態では、角速度に係数ｋ１を乗じる。なお、係数ｋ１は、０を超える任意の数値である。例えば、０＜ｋ１＜１の場合、角速度は、感度補正量処理部４０２で減少される。これに対し、感度補正量処理部４０２での補正を省略した場合には、角速度がそのままの大きさで、すなわち、減少されずにフィードバック量算出部４０３に入力されてしまい、その結果、第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの円滑な回動が困難となるおそれがある。

フィードバック量算出部４０３は、感度補正量処理部４０２で処理した水平方向の振動成分の角速度に基づく制御量から角速度フィードバック値を算出し、第１速度制御部３０２に送る。すなわち、加速度センサー２０２ａの検出した加速度から算出された水平方向の振動成分の角速度に基づくフィードバックは、第１位置制御部３０１には行わず、第１速度制御部３０２に対して行う。

このようなロボット２００ａおよび制御装置３００ａを用いたロボットシステム１００ａの制御方法では、加速度センサー２０２ａの検出した加速度から算出された水平方向の振動成分の角速度に基づくフィードバック制御によって、第１アーム２３を回動する第１モーター２６１が、位置指令および速度指令に合った駆動状態となる。そして、この駆動状態は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの移動が相殺され、振動を抑制することができる状態となっている。これにより、スプラインシャフト２５３の位置が、短時間で定まることとなる。

以上、説明した第２実施形態の実施例１に係るロボットシステム１００ａによれば、第１モーター制御部３０は、慣性センサー２０の一例である加速度センサー２０２ａの検出したアーム２２の水平方向の加速度から算出された水平方向の振動成分の角速度に基づいて第１モーター２６１に対しフィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３に生じるアーム２２のロール軸周りの振動を抑制するように第１モーター２６１の作動を制御することから、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の振動を抑制し、スプラインシャフト２５３の位置を定めることができる。

２．３．実施例２に係る、アームの振動を抑制する制御方法および制御装置
第２実施形態の実施例２に係るロボットシステム１００ｂを構成する加速度センサー２０２ｂは、図６に示すように、アーム２２のロール軸である第２アーム２４の第３角速度検出軸Ａ３の図中Ｙ軸に沿った水平面上に取り付けられ、第３角速度検出軸Ａ３を中心とした円ｃ２の接線方向ｆ２、すなわち垂直方向の加速度を検出する。

垂直方向の加速度を検出する加速度センサー２０２ｂは、第３角速度検出軸Ａ３の水平面上に取り付けられていることから、重力Ｗ１の影響を考慮する必要があり、常に重力との差分を取る必要がある。この課題に対して、ロボットシステム１００ｂでは、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度と、アーム２２と把持されている対象物Ｗとに係る重力Ｗ１との差分を取ることによって、加速度センサー２０２ｂにおける捻れ振動成分のみの検出値としている。

演算処理部４０は、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度と、重力Ｗ１との差分を取り、この差分値を加速度センサー２０２ｂにおける捻れ振動成分のみの検出値として積分回路４０４に入力する。

図９に示すように、実施例２に係る構成のロボットシステム１００ｂは、ロボット２００ｂと、制御装置３００ｂ、を有している。ロボット２００ｂは、第１実施形態と同様構成のアーム駆動部２６および作業ヘッド駆動部２８と、慣性センサー２０（図７参照）としての加速度センサー２０２ｂと、を有している。

制御装置３００ｂは、第１モーター制御部３０と、第２モーター制御部３１と、入力部３８と、記憶部３９と、演算処理部４０（図７参照）とを有している。演算処理部４０は、微分回路４０１と、感度補正量処理部４０２と、フィードバック量算出部４０３と、積分回路４０４と、センサー角速度算出部４０５と、を有している。

第１モーター制御部３０は、位置制御部としての第１位置制御部３０１および速度制御部としての第１速度制御部３０２を含み、第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１の作動を制御する。また、第１モーター制御部３０は、アーム２２が第２回動軸Ｊ２周りに回動した際に、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度から算出された角速度に基づいて、第１モーター２６１に対してフィードバック制御を行う。ここで、第１モーター２６１は、第１モーター制御部３０の作動制御により、減速機２６３を介して第１アーム２３を回動させることができる。

具体的には、第１速度制御部３０２は、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度から角速度を算出し、その角速度を相殺する方向にアーム２２が移動するように第１モーター２６１の作動を制御する。すなわち、制御装置３００ｂは、速度制御として第１モーター２６１の作動を制御し、角速度の発生する方向にアーム２２を移動させることによって角速度を相殺し、角速度を低減する。

その後、第１位置制御部３０１は、角速度を相殺し、低減するために第１速度制御部３０２によって移動した分の距離を、目標位置に戻す位置制御を行う。これにより、第２アーム２４の先端部、換言すればスプラインシャフト２５３を目標位置に移動させる。

これらにより、第１速度制御部３０２が加速度センサー２０２ｂからの出力に基づいて第１モーター２６１の速度を制御することにより、角速度による第２アーム２４のロール軸周りの振動を抑制し、第１位置制御部３０１が振動によってずれた分を位置制御で目標位置に移動させる。これにより、第２アーム２４の先端部をより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

第１位置制御部３０１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第１アーム２３を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第１モーター２６１への速度指令を生成する部分である。

第１速度制御部３０２は、第１位置制御部３０１で生成された速度指令に基づいて第１モーター２６１を駆動する電流指令を生成する部分である。

第２モーター制御部３１は、第２位置制御部３１１および第２速度制御部３１２を含み、第２アーム２４を第１回動軸Ｊ１周りに回動させる第２モーター２７１の作動を制御する。ここで、第２モーター２７１は、第２モーター制御部３１の作動制御により、減速機２７３を介して第２アーム２４を回動させることができる。

第２位置制御部３１１は、例えば予め記憶部３９に記憶されている位置指令に基づいて第２アーム２４を第２回動軸Ｊ２周りに回動させる第２モーター２７１への速度指令を生成する部分である。

第２速度制御部３１２は、第２位置制御部３１１で生成された速度指令に基づいて第２モーター２７１を駆動する電流指令を生成する部分である。

微分回路４０１は、第２エンコーダー２７２からの出力によって得られた第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの回動角度を微分する部分である。この微分されることにより生成された指令である角速度指令は、第１速度制御部３０２に入力されて、第１モーター２６１を駆動する電流指令に重畳される。

積分回路４０４は、加速度センサー２０２ｂによって得られた第２アーム２４の先端部、すなわちアーム２２の先端部の先端加速度と重力Ｗ１との差分をとった検出値を積分し、速度情報に変換する部分である。この積分により生成されたアーム２２の先端の垂直方向における速度情報である先端速度は、センサー角速度算出部４０５に入力されて、アーム２２先端の水平方向のセンサー角速度に変換される。

センサー角速度算出部４０５は、積分回路４０４から出力されたアーム２２の先端速度を、アーム２２の先端部における垂直方向のアーム２２先端のセンサー角速度を算出する。

感度補正量処理部４０２は、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度から、積分回路４０４と、センサー角速度算出部４０５とによって算出された、アーム２２のロール軸周りの振動成分のみの角速度に対して、定義してあった感度補正量をかけ、フィードバック制御に使用可能な制御量とする処理を行う。この処理として、本実施形態では、角速度に係数ｋ１を乗じる。なお、係数ｋ１は、０を超える任意の数値である。例えば、０＜ｋ１＜１の場合、角速度は、感度補正量処理部４０２で減少される。これに対し、感度補正量処理部４０２での補正を省略した場合には、角速度がそのままの大きさで、すなわち、減少されずにフィードバック量算出部４０３に入力されてしまい、その結果、第１アーム２３の第１回動軸Ｊ１周りの円滑な回動が困難となるおそれがある。

フィードバック量算出部４０３は、感度補正量処理部４０２で処理した垂直方向の振動成分の角速度に基づく制御量から角速度フィードバック値を算出し、第１速度制御部３０２に送る。すなわち、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度から算出された垂直方向の振動成分の角速度に基づくフィードバックは、第１位置制御部３０１には行わず、第１速度制御部３０２に対して行う。

このようなロボット２００ｂおよび制御装置３００ｂを用いたロボットシステム１００ｂの制御方法では、加速度センサー２０２ｂの検出した加速度から算出された図６中のＺ軸に沿った垂直方向の振動成分の角速度に基づくフィードバック制御によって、第１アーム２３を回動する第１モーター２６１が、位置指令および速度指令に合った駆動状態となる。そして、この駆動状態は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の第３角速度検出軸Ａ３周りの移動が相殺され、振動を抑制することができる状態となっている。これにより、スプラインシャフト２５３の位置が、短時間で定まることとなる。

以上、説明した第２実施形態の実施例２に係るロボットシステム１００ｂによれば、第１モーター制御部３０は、慣性センサー２０の一例である加速度センサー２０２ｂの検出したアーム２２の垂直方向の加速度から算出された垂直方向の振動成分の角速度に基づいて第１モーター２６１に対しフィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３に生じるアーム２２のロール軸周りの振動を抑制するように第１モーター２６１の作動を制御することから、第２アーム２４の先端部に設けられているスプラインシャフト２５３の振動を抑制し、スプラインシャフト２５３の位置を定めることができる。

なお、上述した第１実施形態および第２実施形態では、ロボットシステム１，１００ａ，１００ｂの構成として、制御装置３，３００ａ，３００ｂがロボット２，２００ａ，２００ｂの外部に設けられている構成で説明したが、これに限らない。制御装置３，３００ａ，３００ｂは、ロボット２，２００ａ，２００ｂの外部に設けられていてもよいし、内部に設けられていてもよい。

また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、慣性センサー２０が第２アーム２４に設けられている構成で説明したが、これに限らない。慣性センサー２０は、作業ヘッド２５を構成するスプラインシャフト２５３に設けられていてもよい。

また、ロボットシステム１によるフィードバック制御は、ロボット２，２００ａ，２００ｂのような、外表面に柔軟性を有する材料を含む構成の第１アーム２３のように、捻れ変位の生じ易い構成のアームを有するロボットに対して好適である。

以下に、上述した実施形態から導き出される内容を、各態様として記載する。

［態様１］本態様に係るロボットシステムは、基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと、前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームを前記第２回動軸周りに回動させる第２モーターと、を有するロボットと、前記第１モーターを制御する第１モーター制御部を有する制御装置と、を備え、前記ロボットは、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサーを有し、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを制御する。

本態様のロボットシステムによれば、第１モーター制御部は、慣性センサーからの出力、換言すれば、慣性センサーの検出したアームのロール軸周りの角速度、またはロール軸を中心とした円の接線方向の加速度に基づいて第１モーターを制御する、所謂フィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、第２アームのロール軸周りの振動を抑制するように第１モーターの作動を制御することから、第２アームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様２］上記態様に記載のロボットシステムにおいて、前記慣性センサーは、前記第２アームに設けられていることとしてもよい。

本態様によれば、慣性センサーが第２アームに設けられることにより、第１モーターと慣性センサーとの距離が大きくなり、第２アームのロール軸周りの振動を、より振動の大きな部位において検出することができ、検出感度を高めることができる。

［態様３］上記態様に記載のロボットシステムにおいて、前記第１アームの外表面を構成する部材は、樹脂を含むこととしてもよい。

本態様によれば、第１アームの外表面を構成する樹脂の有する柔軟性による緩衝作用により、第１アームとの接触衝撃を小さくすることができる。第１アームの外表面を緩衝作用を有する樹脂で構成しても、慣性センサーの検出結果に基づくフィードバック制御により、第２アームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様４］上記態様に記載のロボットシステムにおいて、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを速度制御する速度制御部を有することとしてもよい。

本態様によれば、速度制御部が、慣性センサーからの出力に基づいて第１モーターの速度を制御することにより、第２アームのロール軸周りの角速度を低減させ、該角速度による第２アームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様５］上記態様に記載のロボットシステムにおいて、前記第１モーター制御部は、前記第１モーターを位置制御する位置制御部を有し、前記速度制御部が前記速度制御により前記角速度を低減し、前記位置制御部が前記位置制御により前記第２アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

本態様によれば、速度制御部が慣性センサーからの出力に基づいて第１モーターの速度を制御することにより、角速度による第２アームのロール軸周りの振動を抑制し、位置制御部が振動によってずれた分を位置制御で目標位置に移動させる。これにより、第２アームをより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

［態様６］本態様に係る制御装置は、基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと、前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームを前記第２回動軸周りに回動させる第２モーターと、を有するロボットを制御する制御装置であって、前記第１モーターを制御する第１モーター制御部を備え、前記ロボットは、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサーを有し、前記第１モーター制御部は、前記角速度または前記加速度に基づいて前記第１モーターを制御する。

本態様の制御装置によれば、第１モーター制御部は、ロボットの有する慣性センサーの検出したアームに含まれる第１アームまたは第２アームのロール軸周りの角速度、またはロール軸を中心とした円の接線方向の加速度に基づいてロボットの第１モーターを制御する、所謂フィードバック制御を行う。この第１モーター制御部によるフィードバック制御は、ロボットの有する第２アームのロール軸周りの振動を抑制するように、ロボットの第１モーターの作動を制御することから、第２アームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様７］上記態様に記載の制御装置において、前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを速度制御する速度制御部を有することとしてもよい。

本態様によれば、第１モーター制御部は、フィードバック制御において、慣性センサーからの出力に基づいて第１モーターの速度を制御することにより、角速度による第２アームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様８］上記態様に記載の制御装置において、前記第１モーター制御部は、前記第１モーターの位置を制御する位置制御を行い、前記速度制御により前記角速度を低減し、前記位置制御により前記第２アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

本態様によれば、第１モーター制御部は、慣性センサーからの出力に基づく第１モーターの速度制御により、第２アームのロール軸周りの角速度を低減させて、該角速度による第２アームのロール軸周りの振動を抑制し、振動によってずれた分を第１モーターの位置制御で目標位置に移動させる。これにより、第２アームをより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

［態様９］本態様に係る制御方法は、アームと、前記アームを回動させるモーターと、前記アームに設けられた慣性センサーと、を有するロボットを制御する制御方法であって、前記アームのロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を、前記慣性センサーによって検出する検出工程と、検出した前記角速度または前記加速度に基づいて、前記モーターを制御する制御工程と、を備える。

本態様の制御方法によれば、ロボットは、慣性センサーの検出したアームのロール軸周りの角速度、またはロール軸を中心とした円の接線方向の加速度に基づいてモーターを制御する、所謂フィードバック制御を行う。このフィードバック制御は、アームのロール軸周りの振動を抑制するように、モーターの作動を制御することから、ロボットの有するアームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様１０］上記態様に記載の制御方法において、前記制御工程では、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記モーターの速度を制御することとしてもよい。

本態様によれば、慣性センサーからの出力に基づいてモーターの速度をフィードバック制御することにより、角速度によるアームのロール軸周りの振動を抑制することができる。

［態様１１］上記態様に記載の制御方法において、前記制御工程では、前記速度制御により前記角速度を低減し、前記モーターの位置を制御する位置制御により前記アームを目標位置に移動させることとしてもよい。

本態様によれば、慣性センサーからの出力に基づくモーターの速度制御により、アームのロール軸周りの角速度を低減させ、該角速度によるアームのロール軸周りの振動を抑制し、振動によってずれた分をモーターの位置制御で目標位置に移動させる。これにより、アームをより短時間に、且つより正確に目標位置に到達させることができる。

１，１００ａ，１００ｂ…ロボットシステム、２，２００ａ，２００ｂ…ロボット、３，３００ａ，３００ｂ…制御装置、４…エンドエフェクター、２０…慣性センサー、２１…基台、２２…アーム、２３…第１アーム、２４…第２アーム、２５…作業ヘッド、２６…アーム駆動部、２８…作業ヘッド駆動部、３０…第１モーター制御部、３１…第２モーター制御部、３８…入力部、３９…記憶部、４０…演算処理部、２０１…角速度センサー、２０２ａ，２０２ｂ…加速度センサー、２５１…スプラインナット、２５２…ボールネジナット、２５３…スプラインシャフト、２５４…ペイロード、２６１…第１モーター、２６２…第１エンコーダー、２７１…第２モーター、２７２…第２エンコーダー、２８１…第３モーター、２８２…第３エンコーダー、２９１…第４モーター、２９２…第４エンコーダー、３０１…位置制御部としての第１位置制御部、３０２…速度制御部としての第１速度制御部、３１１…位置制御部としての第２位置制御部、３１２…速度制御部としての第２速度制御部、４０１…微分回路、４０２…感度補正量処理部、４０３…フィードバック量算出部、Ｊ１…第１回動軸、Ｊ２…第２回動軸、Ｊ３…第３回動軸、Ａ１…第１角速度検出軸、Ａ２…第２角速度検出軸、Ａ３…第３角速度検出軸、ｋ１…係数、Ｐ１…制御点、ＶＰ…仮想平面、Ｗ…対象物、Ｗ１…重力、ωＡ１…第１角速度、ωＡ２…第２角速度、ωＡ３…第３角速度。

Claims (5)

1. 基台と、
   前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに
   接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと
   、
   前記第２アームに接続され、前記第２回動軸と平行に移動するシャフトと、
   前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、
   前記第２アームに設けられており、前記第２回動軸と直交し、かつ、前記第２回動軸と
   前記シャフトの中心軸と含む平面に平行な軸をロール軸とした時、前記第２アームに生じ
   る前記ロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度
   を検出する慣性センサーと、
   前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを制御する第１モーター制御
   部と、を備え、
   前記慣性センサーは、前記第２アームにおける前記シャフトの近傍の位置に設けられ、
   前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーター
   を速度制御する速度制御部と、前記第１モーターを位置制御する位置制御部と、を有し、
   前記速度制御部は、前記ロール軸周りの角速度の発生する方向、または、前記円の接線
   方向の加速度から算出した角速度の発生する方向に、前記アームが移動するように前記第
   １モーターの作動を制御し、
   前記位置制御部は、前記速度制御部の制御によって前記アームが移動した分の距離を、
   目標位置に戻す位置制御を行うことにより、前記第２アームを目標位置に移動させること
   、
   を特徴とする、ロボットシステム。
2. 前記第１アームの外表面を構成する部材は、樹脂を含む、
   請求項１に記載のロボットシステム。
3. 基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１
   アームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含む
   アームと、前記第２アームに接続され、前記第２回動軸と平行に移動するシャフトと、前
   記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームに設け
   られており、前記第２回動軸と直交し、かつ、前記第２回動軸と前記シャフトの中心軸と
   含む平面に平行な軸をロール軸とした時、前記第２アームに生じる前記ロール軸周りの角
   速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサー
   と、を有するロボットシステムを制御する制御装置であって、
   前記慣性センサーの出力に基づいて前記第１モーターを制御する第１モーター制御部を
   備え、
   前記慣性センサーは、前記第２アームにおける前記シャフトの近傍の位置に設けられ、
   前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーター
   を速度制御する速度制御部と、前記第１モーターを位置制御する位置制御部と、を有し、
   前記速度制御部は、前記ロール軸周りの角速度の発生する方向、または、前記円の接線
   方向の加速度から算出した角速度の発生する方向に、前記アームが移動するように前記第
   １モーターの作動を制御し、
   前記位置制御部は、前記速度制御部の制御によって前記アームが移動した分の距離を、
   目標位置に戻す位置制御を行うことにより、前記第２アームを目標位置に移動させること
   、
   を特徴とする、制御装置。
4. 基台と、前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アームおよび前記第１ア
   ームに接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むア
   ームと、前記第２アームに接続され、前記第２回動軸と平行に移動するシャフトと、前記
   第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、前記第２アームに設けら
   れており、前記第２回動軸と直交し、かつ、前記第２回動軸と前記シャフトの中心軸と含
   む平面に平行な軸をロール軸とした時、前記第２アームに生じる前記ロール軸周りの角速
   度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度を検出する慣性センサーと
   、前記第１モーターを制御する第１モーター制御部と、を備えるロボットシステムの制御
   方法であって、
   前記角速度、または、前記加速度を、前記慣性センサーによって検出する検出工程と、
   検出した前記角速度または前記加速度に基づいて、前記第１モーター制御部が前記第１
   モーターを制御する制御工程と、を備え、
   前記慣性センサーは、前記第２アームにおける前記シャフトの近傍の位置に設けられ、
   前記第１モーターを制御する制御工程は、
   前記ロール軸周りの角速度の発生する方向、または、前記円の接線方向の加速度から
   算出した角速度の発生する方向に、前記アームが移動するように前記第１モーターの作動
   を制御することと、
   速度制御部の制御によって前記アームが移動した分の距離を、目標位置に戻す位置制
   御を行うことにより、前記第２アームを目標位置に移動させることと、を含むこと、
   を特徴とする、制御方法。
5. 基台と、
   前記基台に接続され、第１回動軸周りに回動する第１アーム、および前記第１アームに
   接続され、前記第１回動軸と平行な第２回動軸周りに回動する第２アームを含むアームと
   、
   前記第２アームに接続され、前記第２回動軸と平行に移動するシャフトと、
   前記第１アームを前記第１回動軸周りに回動させる第１モーターと、
   前記第２アームに設けられており、前記第２回動軸と直交し、かつ、前記第２回動軸と
   前記シャフトの中心軸と含む平面に平行な軸をロール軸とした時、前記第２アームに生じ
   る前記ロール軸周りの角速度、または、前記ロール軸を中心とした円の接線方向の加速度
   を検出する慣性センサーと、
   前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーターを制御する第１モーター制御
   部と、を備え、
   前記慣性センサーは、前記第１アームにおける前記第１回動軸からできるだけ離れた位
   置に設けられ、
   前記第１モーター制御部は、前記慣性センサーからの出力に基づいて前記第１モーター
   を速度制御する速度制御部と、前記第１モーターを位置制御する位置制御部と、を有し、
   前記速度制御部は、前記ロール軸周りの角速度の発生する方向、または、前記円の接線
   方向の加速度から算出した角速度の発生する方向に、前記アームが移動するように前記第
   １モーターの作動を制御し、
   前記位置制御部は、前記速度制御部の制御によって前記アームが移動した分の距離を、
   目標位置に戻す位置制御を行うことにより、前記第２アームを目標位置に移動させること
   、
   を特徴とする、ロボットシステム。

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