センサ装置及びロボット装置
【課題】検出部から出力される原検出信号から可撓体の振動に起因するノイズ成分を良好に除去し、フィルタ処理により得られる検出信号の位相の遅れを抑制する。
【解決手段】検出部１０１は、被測定対象の状態により変形する可撓体と、可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号１０２を出力するセンサとを有する。フィルタ部１０３は、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して得られる検出信号１０７を出力する。演算装置１０４は、原検出信号１０２に含まれる可撓体の振動数を演算により求める。変更部１０６は、フィルタ部１０３のフィルタ係数を変更して、フィルタ部１０３を、演算装置１０４により演算された振動数ｆを減衰させるフィルタとして機能させる。
【解決手段】検出部１０１は、被測定対象の状態により変形する可撓体と、可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号１０２を出力するセンサとを有する。フィルタ部１０３は、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して得られる検出信号１０７を出力する。演算装置１０４は、原検出信号１０２に含まれる可撓体の振動数を演算により求める。変更部１０６は、フィルタ部１０３のフィルタ係数を変更して、フィルタ部１０３を、演算装置１０４により演算された振動数ｆを減衰させるフィルタとして機能させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚センサやトルクセンサ等の検出部を有するセンサ装置及びセンサ装置を有するロボット装置に関するもので、詳しくは安定かつ高速に位置決めを行うロボット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、組み付け用のロボット装置は、複数のリンク及びハンドを有するロボットアーム本体を備え、リンク同士が関節部で揺動可能に連結されている。この関節部には、サーボモータが設けられており、サーボモータの駆動により位置制御が行われている。
【０００３】
この種のロボット装置は、リンクに作用する関節トルクを検出するトルクセンサを備え、検出したトルク値に基づいてトルク指令値を生成し、サーボモータを制御している（特許文献１参照）。このトルクセンサは、中心部から放射状に延びる複数の梁及び梁を連結するリング状の枠で構成された可撓体と、可撓体の変形量（撓み量）を検出するセンサとを有して構成され、可撓体の変形量に対応するトルクを示す検出信号を出力する。
【０００４】
また、ロボット装置は、ハンドが把持対象物を把持した際にハンドが受ける力を検出する力覚センサを備えている。この力覚センサは、ハンドに把持された把持対象物によりハンドが受ける力に応じて変形する可撓体と、可撓体の変形量を検出するセンサを備えている。そして、力覚センサは、センサの検出結果を示す検出信号を出力するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１１８２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した力覚センサやトルクセンサ等の検出部を有するロボット装置では、ロボットアーム本体が、ある固有振動数で振動するため、検出部の可撓体もこの固有振動数で振動する。このように可撓体が振動すると、出力される原検出信号には、信号成分に固有振動数で振動するノイズ成分が重畳することとなる。このノイズ成分が重畳されている原検出信号を用いて各サーボモータを制御したのでは、ハンドや各リンクの位置制御の精度が低下してしまう。
【０００７】
図１４には、検出部からの原検出信号を説明するための図を示している。図１４（ａ）に示すように、ロボットアーム本体の振動に起因するノイズ成分Ｎは、信号成分Ｓの周波数よりも高い周波数帯域で発生することが判明した。そこで、検出部の原検出信号から特定の周波数成分ｆ１を除去する処理を施して検出信号を出力するフィルタを用いることが考えられる。このフィルタを用いる場合、固有振動数で振動するノイズ成分Ｎの周波数ｆ１が変化しなければ、原検出信号からノイズ成分Ｎを除去することが可能である。
【０００８】
しかし、この固有振動数に起因するノイズ成分Ｎの周波数は、ハンドで把持している把持対象物の重量に応じて変化するものである。例えば、図１４（ｂ）に示すように、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２に変化することがある。したがって、このフィルタでは周波数が変化した場合にノイズ成分Ｎを除去することができない。
【０００９】
そこで、検出部にて出力された原検出信号から周波数が変化する固有振動数のノイズ成分を除去するために、ノイズ成分Ｎの取り得る範囲の周波数帯域Ｗを減衰させる図１４（ｃ）に示すような周波数特性を有するローパスフィルタ等を適用することが考えられる。このフィルタを用いれば、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分は減衰量が低いので、検出信号における信号成分Ｓは通過し、ノイズ成分Ｎの周波数が信号成分Ｓよりも高い周波数帯域Ｗで変化してもノイズ成分Ｎはカットされる。
【００１０】
このフィルタを用いる場合、ノイズ成分Ｎの変化する周波数ｆ１，ｆ２に対応するために、カットオフ周波数ｆｃをできるだけ低い周波数に設定しておく必要がある。したがって、カットオフ周波数ｆｃの近傍に検出信号の信号成分Ｓが存在することとなる。
【００１１】
しかし、フィルタには、図１４（ｄ）に示すように、位相の周波数特性が存在するため、フィルタのカットオフ周波数ｆｃの近傍の周波数帯では、位相がずれてしまい、フィルタ処理された検出信号の信号成分Ｓは、常に位相の遅れが生じる。したがって、位相の遅れた検出信号Ｓでサーボモータを制御することとなり、目標に対して遅れのある応答となってしまう。
【００１２】
したがって、本発明は、検出部から出力される原検出信号から可撓体の振動に起因するノイズ成分を良好に除去し、フィルタ処理により得られる検出信号の位相の遅れを抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のセンサ装置は、被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のセンサ装置は、被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、フィルタ係数を用いてフィルタ処理するフィルタ部を複数有し、前記原検出信号を前記複数のフィルタ部でフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の複数の振動数のそれぞれを演算により求める演算手段と、前記各フィルタ部のフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記各振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のロボット装置は、関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、前記ハンドに作用する力又はトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する力覚センサと、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のロボット装置は、関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、前記リンクに作用するトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有するトルクセンサと、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出部における可撓体の振動数が変動した場合においても、位相の遅れが抑制され、検出部が出力した原検出信号に含まれるノイズを良好に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】検出部の説明図であり、（ａ）は力覚センサである検出部を示す図、（ｂ）はトルクセンサである検出部を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】ロボット装置のハンド近傍の拡大斜視図である。
【図１１】本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】各駆動演算部の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係るロボット装置に搭載されたセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】検出部からの原検出信号を説明するための図であり、（ａ）は原検出信号に含まれる信号成分とノイズ成分の周波数特性の概略図、（ｂ）は原検出信号に含まれる信号成分とノイズ成分の周波数特性の概略図である。（ｃ）はローパスフィルタの周波数特性の概略図、（ｄ）はローパスフィルタの位相特性の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。センサ装置１００は、検出部１０１と、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３と、演算手段である演算装置１０４と、変更手段である変更部１０６とを備えている。
【００２１】
検出部１０１は、図２（ａ）に示す力覚センサである。図２（ａ）に示す力覚センサである検出部１０１は、可撓体１６０２と、センサとしての歪センサ１６０３とをそれぞれ４つ有している。各可撓体１６０２は、ケース１６０１に固定され、各歪センサ１６０３は、各可撓体１６０２に固定されている。各可撓体１６０２には、可撓体１６０２が被測定対象１６０５の状態に応じて変形するように、取付構造体１６０４を介して被測定対象１６０５が固定されている。歪センサ１６０３は、可撓体１６０２の変形量として歪量（撓み量）を検出し、検出結果を示す原検出信号１０２（図１）を出力する。
【００２２】
４つの歪センサ１６０３の４つの出力を演算することで、被測定対象１６０５の上下動の力と、倒れのトルクの３成分を算出することが可能である。可撓体１６０２と歪センサ１６０３を増やすことで検出成分を増やすことも可能である。したがって、図２に示す検出部１０１である力覚センサは、４つの原検出信号１０２を出力することとなるが、各原検出信号１０２におけるノイズの除去動作は同じであるので、以下、１つの原検出信号１０２について説明する。
【００２３】
フィルタ部１０３は、例えばＦＩＲやＩＩＲ等のデジタルフィルタであり、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して検出信号１０７を出力する。このフィルタ部１０３により、原検出信号１０２に含まれる信号成分に重畳するノイズを低減させた検出信号１０７を得ることが可能である。しかし、フィルタ効果が強すぎると原検出信号１０２に対してフィルタ処理後の検出信号１０７の位相が遅れてしまうことがある。更に、原検出信号１０２に含まれるノイズの振動数は常に一定であるとは限らない。
【００２４】
そこで、演算装置１０４は、原検出信号１０２に含まれる可撓体１６０２の振動数を演算により求めている。ここで、原検出信号１０２は、可撓体１６０２のバネ剛性ｋと、取付構造体１６０４及び被測定対象１６０５の合計重量ｍで決まる固有振動数ｆのノイズを少なからず含んでいる。ｋ、ｍ、ｆの関係式は以下の（式１）の通りである。
ｆ＝（１／２π）√（ｋ／ｍ） （式１）
【００２５】
なお、重力加速度をｇ、検出信号１０７から求まる力をＦとすると、重量ｍは、以下の（式２）の関係式で求まる。
ｍ＝Ｆ／ｇ （式２）
【００２６】
演算装置１０４は、記憶部１０８を有している。記憶部１０８には、力Ｆと振動数ｆとの相関関係を示す関係式が予め記憶されている。そして、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力し、記憶部１０８に記憶されている関係式を用いてノイズの振動数ｆを求める。具体的には、演算装置１０４は、入力した検出信号１０７から、被測定対象１６０５に作用する力Ｆを求め、求めた力Ｆから重量ｍを求め、求めた重量ｍから振動数ｆを求める。ここで、バネ剛性ｋ及び重力加速度ｇの値は、予め演算装置１０４に設定されている。なお、式２を式１に予め代入しておけば、演算処理は容易になる。
【００２７】
変更部１０６は、演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号を入力し、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更して、フィルタ部１０３を、演算装置１０４により演算された振動数ｆを減衰させるフィルタとして機能させる。特に、変更部１０６は、フィルタ部１０３を、振動数ｆを減衰させるノッチフィルタとして機能させるのが好適である。
【００２８】
このように、変更部１０６は、演算された振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更することで、フィルタ部１０３は、振動数ｆを除去するのに適したフィルタとなる。したがって、フィルタ特性が固定のローパスフィルタを用いてノイズを除去する場合よりも、原検出信号１０２に対する検出信号１０７の位相の遅れが抑制され、フィルタ部１０３により原検出信号１０２からノイズ除去された検出信号１０７を得ることができる。また、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３として、位相特性のよいＩＩＲを用いると、信号成分の位相の遅れを効果的に抑制することができる。
【００２９】
なお、検出部１０１が図２（ｂ）に示すトルクセンサである場合についても適用可能である。図２（ｂ）に示すトルクセンサは、可撓体１７０２と、可撓体１７０２の変形量Δｘを検出し、検出結果を示す原検出信号１０２を出力するセンサ１７０３とをそれぞれ２つ有している。各可撓体１７０１には、可撓体１７０１が被測定対象（不図示）の状態に応じて変形するように、被測定対象が固定されている。
【００３０】
そして、（式１）の重量ｍを、トルクセンサに取り付けられた構造体のイナーシャＩに置き換え、剛性ｋをトルクセンサのねじり剛性Ｋに置き換えた関係式である以下の（式３）を用いても、固有振動数ｆは計算可能である。
ｆ＝（１／２π）√（Ｋ／Ｉ） （式３）
【００３１】
また、イナーシャＩは、トルクセンサのトルク値から求められる。式３に示す関係式は予め記憶部１０８に記憶されており、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力し、記憶部１０８に記憶されている関係式を用いてノイズの振動数ｆを求める。このように、簡単な計算で原検出信号１０２のノイズの振動数１０５を求めることができるので、演算装置１０４の計算性能を低減できる。つまり演算装置１０４をコストダウンできるのである。
【００３２】
同様に、検出部１０１が力覚センサの場合に、力覚センサにより検出されるトルクを示す検出信号からも演算装置１０４により振動数ｆを演算することが可能である。以上、検出部１０１が、力を検出するものであっても、トルクを検出するものであっても、上記構成により、可撓体の振動に起因するノイズを除去することが可能となる。
【００３３】
なお、図示は省略するが、関係式の代わりに、関係式と同様の結果が得られる、力（又はトルク）と振動数との相関関係を示すテーブルを用いてもよい。この場合も、予め記憶部１０８にテーブルを記憶させておけばよい。そして、演算装置１０４は、テーブルを用いて振動数ｆを求めればよい。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。本第２実施形態では、演算装置１０４が、フィルタ部１０３及び変更部１０６に対して、別体に組み込まれる場合について説明する。演算装置１０４は、上記第１実施形態と同様の演算処理を行い、演算された振動数ｆを示す信号を出力する。
【００３５】
本第２実施形態のセンサ装置１００Ａは信号処理回路２０３を備え、信号処理回路２０３が、検出部１０１、フィルタ部１０３及び変更部１０６を有している。つまり、演算装置１０４は、信号処理回路２０３とは別体に設けられている。
【００３６】
そこで、本第２実施形態では、センサ装置１００Ａは、演算装置１０４に接続される第一の通信部２０１と、変更部１０６に接続される第二の通信部２０２を備えている。そして、通信部２０１，２０２同士で有線又は無線で互いに通信を行うように構成されている。
【００３７】
つまり、第一の通信部２０１は、第一の送信手段及び第一の受信手段として機能し、第二の通信部２０２は、第二の送信手段及び第二の受信手段として機能する。そして、信号処理回路２０３は、第二の通信部２０２を有して構成され、第一の通信部２０１は、信号処理回路２０３と別体に設けられている。
【００３８】
第一の送信手段として機能している第一の通信部２０１は、演算装置１０４により演算された振動数ｆを示す信号を入力し、当該振動数ｆを示す信号を第二の受信手段として機能する第二の通信部２０２に有線又は無線で送信する。振動数ｆを示す信号を受信した第二の通信部２０２は、受信した振動数ｆを示す信号を変更部１０６に出力する。変更部１０６は、第二の通信部２０２から入力した振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００３９】
また、第二の送信手段として機能する第二の通信部２０２は、第一の受信手段として機能する第一の通信部２０１に検出信号１０７を送信し、第一の通信部２０１は、演算装置１０４に検出信号１０７を送る。そして、演算装置１０４は、入力した検出信号１０７より記憶部１０８に記憶した関係式又はテーブルを用いて、振動数ｆを演算する。
【００４０】
以上、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、演算装置１０４を構成するコントローラと変更部１０６及びフィルタ部１０３を構成するコントローラとで分散処理を行うことが可能となる。これにより、演算装置１０４の計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を高速にフィルタ処理することが可能となる。
【００４１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第３実施形態において、上記第１、第２実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００４２】
本第３実施形態のセンサ装置１００Ｂは、更に第三の通信部３０２及び第一の記録装置３０３を備えている。検出部１０１からの原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去する処理がなされ、検出信号１０７となる。第二の送信手段として機能している第二の通信部２０２は、原検出信号１０２及び検出信号１０７の少なくとも一方を入力し、測定データ３０１を示す信号として第三の通信部３０２に送信する。
【００４３】
第三の通信部３０２に送信された測定データ３０１を示す信号は第一の記録装置３０３に出力され、第一の記録装置３０３に測定データ３０１が記録される。つまり、第三の通信部３０２は、測定データを示す信号を受信する第三の受信手段として機能する。
【００４４】
以上、本第３実施形態では、上記第１及び第２実施形態と同様の効果を奏する。また、測定データ３０１を第一の記録装置３０３に入力する手段として第二の通信部２０２、第三の通信部３０２を結線しているが、この配線は第一の通信部２０１と第二の通信部２０２の間の結線と共用とすることが可能である。この構成にすることで別途配線を省略できる。
【００４５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第４実施形態において、上記第１〜第３実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００４６】
図５に示すセンサ装置１００Ｃは、検出部１０１、デジタルフィルタとしてのフィルタ部１０３、演算手段としての演算装置１０４Ｃ及び変更手段としての変更部１０６を備えているが、演算装置１０４Ｃの演算処理が上記第１〜第３実施形態と異なる。
【００４７】
演算装置１０４Ｃは、原検出信号１０２を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に変換する演算を行う。そして、演算装置１０４Ｃは、演算結果から原検出信号１０２に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、振動数ｆとして抽出し、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００４８】
つまり、演算装置１０４Ｃは、入力した原検出信号１０２のＦＦＴ解析を行う。ＦＦＴ解析は、原検出信号１０２を入力として高速フーリエ変換し、事前にノイズの振動数ｆとして想定されている振動数帯、つまり信号成分の周波数帯域を超える周波数におけるピーク値を検出する。そして、ピーク値を示す振動数をノイズの振動数ｆと判断するものである。そして、例えば平均信号レベルの２倍程度に閾値を設け、この閾値を超えるものをピーク値と判断する。
【００４９】
変更部１０６は、上記第１実施形態と同様に、演算装置１０４Ｃからノイズの振動数ｆを示す信号を入力し、振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、上記第１実施形態と同様に、原検出信号１０２に対する検出信号１０７の位相の遅れが抑制され、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００５０】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図６は、本発明の第５実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第５実施形態において、上記第１〜第４実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００５１】
本第２実施形態では、演算装置１０４Ｃが、フィルタ部１０３及び変更部１０６に対して、別体に組み込まれる場合について説明する。演算装置１０４Ｃは、上記第４実施形態と同様の演算処理を行い、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００５２】
本第５実施形態のセンサ装置１００Ｄは信号処理回路２０３Ｄを備え、信号処理回路２０３が、検出部１０１、フィルタ部１０３及び変更部１０６を有している。つまり、演算装置１０４Ｃは、信号処理回路２０３とは別体に設けられている。
【００５３】
そこで、本第５実施形態では、センサ装置１００Ｄは、演算装置１０４Ｃに接続される第一の通信部２０１と、変更部１０６に接続される第二の通信部２０２を備え、通信部２０１，２０２同士で有線又は無線で互いに通信を行うように構成されている。したがって、信号処理回路２０３Ｄは、第二の通信部２０２を有して構成され、第一の通信部２０１は、信号処理回路２０３と別体に設けられている。
【００５４】
第二の通信部２０２は、第一の通信部２０１に原検出信号１０２を送信し、第一の通信部２０１は、演算装置１０４Ｃに原検出信号１０２を出力する。演算装置１０４Ｃは、原検出信号１０２を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に変換する演算を行う。そして、演算装置１０４Ｃは、演算結果から原検出信号１０２に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、振動数ｆとして抽出し、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００５５】
また、第一の通信部２０１は、演算装置１０４Ｃにより演算された振動数ｆを示す信号を入力し、当該振動数ｆを示す信号を第二の通信部２０２に有線又は無線で送信する。振動数ｆを示す信号を受信した第二の通信部２０２は、受信した振動数ｆを示す信号を変更部１０６に出力する。変更部１０６は、第二の通信部２０２から入力した振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００５６】
以上、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、演算装置１０４Ｃを構成するコントローラと変更部１０６及びフィルタ部１０３を構成するコントローラとで分散処理を行うことが可能となる。これにより、演算装置１０４Ｃの計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を高速にフィルタ処理することが可能となる。
【００５７】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図７は、本発明の第６実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第６実施形態において、上記第１〜第５実施形態と同様の構成については、説明を省略する。本第６実施形態のセンサ装置１００Ｅは、上記第１実施形態と同様に、検出部１０１，フィルタ部１０３，演算装置１０４及び変更部１０６を備えると共に、更に、第二の記録装置８０１を備えている。
【００５８】
そして、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力する代わりに、第二の記録装置８０１から信号８０２を入力する。検出部１０１により出力された原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去する処理がなされる。
【００５９】
第二の記録装置８０１には、検出信号１０７と、構造体の重量と、検出部１０１の剛性からなる情報が記録されている。第二の記録装置８０１に記録された情報からなる信号８０２は、演算装置１０４に出力される。演算装置１０４においては２種類の計算がなされる。一方は信号８０２を用いた（式１）と同様の計算である。
【００６０】
なお、（式３）を用いても同様の計算が可能である。この場合、信号８０２は構造体の重量の代わりにイナーシャ、検出部１０１の剛性の代わりにねじり剛性で構成される。また、構造体の剛性が検出部の剛性に対して著しく低く柔軟な場合、信号８０２は構造体の重量の代わりに構造体の柔軟部分より先端部の重量、検出部１０１の剛性の代わりに構造体の剛性で構成される。これにより、柔軟部より先の振動がノイズとなる場合に、ノイズの振動数を計算することができる。
【００６１】
これらの計算のいずれかにより、原検出信号１０２の振動数１０５を計算する。演算装置１０４で計算された振動数１０５は変更部１０６に出力され、変更部１０６は、振動数１０５に基づいてフィルタ部１０３を変更する。この構成により、簡易な計算でより精密に振動数１０５を求めることが可能となり、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００６２】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係るセンサ装置について説明する。図８は、本発明の第７実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第７実施形態において、上記第１〜第６実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００６３】
本第７実施形態のセンサ装置１００Ｆは、上記第１実施形態と同様の検出部１０１と、フィルタ部１０３ａ，１０３ｂを複数有するデジタルフィルタ１０３Ａを備えている。また、センサ装置１００Ｆは、変更手段としての複数の変更部１０６ａ，１０６ｂと、演算手段としての複数の演算装置１０４ａ，１０４ｂとを備えている。なお、本第７実施形態では、原検出信号１０２に含まれるノイズのピークが２つ現れることを想定し、フィルタ部が２つ、演算装置が２つ、変更部が２つの場合について説明する。
【００６４】
検出部１０１が出力した原検出信号１０２は、フィルタ部１０３ａによってノイズを除去する処理がなされ、処理後の信号である検出信号１０７はフィルタ部１０３ｂによって別の周波数のノイズを除去する処理がなされる。
【００６５】
各演算装置１０４ａ，１０４ｂで演算されたノイズの各振動数ｆａ，ｆｂは、各変更部１０６ａ，１０６ｂに出力され、各変更部１０６ａ，１０６ｂは、各振動数ｆａ，ｆｂに基づいてフィルタ部１０３ａ，１０３ｂのフィルタ係数を変更する。
【００６６】
つまり、第一の演算装置１０４ａで演算された第一の振動数ｆａは、第一の変更部１０６ａに出力され、第一の変更部１０６ａは、第一の振動数ｆａに基づいて第一のフィルタ部１０３ａのフィルタ係数を変更する。同様に、第二の演算装置１０４ｂで演算された第二の振動数ｆｂは、第二の変更部１０６ｂに出力され、第二の変更部１０６ｂは、第二の振動数ｆｂに基づいて第二のフィルタ部１０３ｂのフィルタ係数を変更する。
【００６７】
以上、本第７実施形態では、複数のフィルタ部１０３ａ，１０３ｂを有するデジタルフィルタ１０３Ａにより、複数のノイズの振動数が除去され、原検出信号１０２からさらに良好にノイズ除去された検出信号１０７Ａを得る。
【００６８】
なお、第７実施形態では、演算手段が複数の演算装置からなる場合について説明したが、演算手段が１つの演算装置からなる場合であってもよい。この場合、一つの演算装置で複数の振動数を検知すればよい。また、第７実施形態では、変更手段が複数の変更部からなる場合について説明したが、変更手段が１つの変更部からなる場合であってもよい。この場合、１つの変更部が複数のフィルタ部のフィルタ係数を変更することで同様な効果が得られる。
【００６９】
また、第７実施形態では、フィルタ部を２つ有するデジタルフィルタについて説明したが、ノイズのピークが出現する数に応じて、フィルタ部の数量を増加すればよく、これによりノイズ処理が良好になる。なお、演算の結果、ノイズのピークの数がフィルタ部の数よりも少なくなった場合には、余剰分のフィルタ部を、全周波数帯域を通過させるように動作させればよい。
【００７０】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係るロボット装置について説明する。図９は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。図１０は、ロボット装置のハンド近傍の拡大斜視図である。図１１は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【００７１】
本第８実施形態のロボット装置１０００は、上記第１実施形態のセンサ装置に相当するセンサ装置を備えている。以下、本第８実施形態のロボット装置１０００の構成について詳細に説明する。ロボット装置１０００は、図９に示すロボットアーム本体（マニピュレータ）１００１と、図１１に示す駆動装置及び制御装置５０と、を備えている。
【００７２】
マニピュレータ１００１は、関節部９０１，９０２，９０３，９０４，９０５，９０６で連結されたベース９１０、複数のリンク９１１，９１２，９１３，９１４，９１５及びハンド９０８を備えている。
【００７３】
つまり、ベース９１０と第一のリンク９１１とが、第一の関節部９０１で連結されており、第一のリンク９１１と第二のリンク９１２とが、第二の関節部９０２で連結されている。第二のリンク９１２と第三のリンク９１３とが、第三の関節部９０３で連結されており、第三のリンク９１３と第四のリンク９１４とが、第四の関節部９０４で連結されている。第四のリンク９１４と第五のリンク９１５とが、第五の関節部９０５で連結されている。
【００７４】
第五のリンク９１５は、マニピュレータ１００１の先端部に配置された先端リンクである。この先端リンクである第五のリンク９１５には、把持対象物であるワークＷを把持するハンド９０８が設けられている。つまり、第五のリンク９１５とハンド９０８とが、第六の関節部９０６で連結されている。
【００７５】
各関節部９０１，９０２，９０３，９０４，９０５には、トルクセンサである検出部１０１１，１０１２，１０１３，１０１４，１０１５が設けられている。第六の関節部９０６には、力覚センサである検出部１０１６が設けられている。また、各関節部９０１〜９０６には、各リンク９１１〜９１５及びハンド９０８を駆動する駆動装置である複数のアクチュエータとしての第一から第六の関節のモータ９２０１〜９２０６（図１１）が設けられている。ハンド９０８がワークＷを把持した状態でモータ９２０１〜９２０６の駆動により、ワークＷを移動させることができる。
【００７６】
力覚センサである検出部１０１６は、第１実施形態で説明した図２（ａ）と同様の構成である。すなわち、力覚センサである検出部１０１６は、図１０に示すように、第六の関節部９０６に設けられたケース１６０１と、ケース１６０１に締結された可撓体１６０２と、可撓体１６０２に固定された４つのセンサとしての歪センサ１６０３とを有している。そして、ハンド９０８が取付構造体１６０４を介して可撓体１６０２に締結されている。なお、トルクセンサである検出部１０１１〜１０１５も、第１実施形態で説明した図２（ｂ）と同様の構成であり、可撓体１７０２とセンサ１７０３とを有している。
【００７７】
力覚センサである検出部１０１６によって、４つの歪センサ１６０３が出力する４つの原検出信号をフィルタ処理した４つの検出信号を用いて、ハンド９０８に作用する力とトルクを求めることができる。同様に、トルクセンサである検出部１０１１〜１０１５によって、２つのセンサ１７０３が出力する２つの原検出信号をフィルタ処理した２つの検出信号を用いて、各リンクに作用するトルクを求めることができる。
【００７８】
ここで、各検出部１０１１〜１０１６からは複数の原検出信号が出力されるが、各原検出信号は同様のフィルタ処理が行われるので、本第８実施形態では、各検出部１０１１〜１０１６を検出部１０１と称して説明する。そして、検出部１０１から出力される複数の原検出信号のうちの１つの原検出信号について説明する。従って、以下の説明では、検出部１０１は、力又はトルクを示す原検出信号を出力する。
【００７９】
図１１に示すように、ロボット装置１０００の制御装置５０は、ロボットコントローラ５１と、動作入力部５３と、上記第１実施形態と同様のセンサ装置１００とを有している。センサ装置１００は、上述した検出部１０１と、デジタルフィルタとしてのフィルタ部１０３と、演算手段としての演算装置１０４と、変更手段としての変更部１０６とを有している。
【００８０】
検出部１０１は、ハンド９０８に作用する力又はトルクを示す原検出信号（又は、リンクに作用するトルクを示す原検出信号）１０２を出力する。フィルタ部１０３は、例えばＦＩＲやＩＩＲ等のデジタルフィルタであり、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して検出信号１０７を出力する。
【００８１】
ロボットコントローラ５１は、演算装置１０４及び駆動演算部５５１〜５５６で構成され、いわゆるインピーダンス制御を行うものであり、フィルタ部１０３から出力される検出信号１０７を用いてモータ９２０１〜９２０６を制御する制御手段として機能する。つまり、演算装置１０４は、演算手段として機能するほか、制御手段としても機能する。ここで、本第８実施形態では、インピーダンス制御として、力覚センサである検出部１０１６の出力が一定になるようにマニピュレータ１００１を移動する制御を行う。
【００８２】
なお、演算装置１０４は、本第８実施形態では、ロボットコントローラ５１に組み込まれているが、ロボットコントローラとは別装置であってもよい。つまり、演算装置が演算手段として機能し、演算装置とは別のロボットコントローラが制御手段として機能してもよい。
【００８３】
動作入力部５３は、マニピュレータ１００１に動作指令１０１５を出力する。ロボットコントローラ５１の演算装置１０４は、動作指令１０１５を入力し、動作指令１０１５及び上述した検出信号１０７に基づき、各モータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊を生成する。
【００８４】
そして、各駆動演算部５５１〜５５６は、各位置目標値θ１＊〜θ６＊及び各トルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊に基づいてモータ９２０１〜９２０６の電流目標値Ｉ１＊〜Ｉ６＊を求め、各モータドライバ５７１〜５７６に出力する。各モータドライバ５７１〜５７６は、入力した電流目標値Ｉ１＊〜Ｉ６＊に従って各モータ９２０１〜９２０６に電流Ｉ１〜Ｉ６を供給する。これにより、各モータ９２０１〜９２０６は、各位置目標値θ１＊〜θ６＊及び各トルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊に従って動作し、各リンク９１１〜９１５及びハンド９０８を駆動する。
【００８５】
次に、ロボットコントローラ５１の各駆動演算部５５１〜５５６の動作について図１２を参照しながら説明する。なお、各駆動演算部５５１〜５５６の演算動作は同一であるので、この図１２において、各モータ９２０１〜９２０６をモータ９２０と称し、各駆動演算部５５１〜５５６を駆動演算部５５と称して説明する。
【００８６】
駆動演算部５５は、位置フィードバック制御部６１、加算器６３及びモータ電流目標値生成部６５とを有している。位置フィードバック制御部６１は、位置目標値θ＊とエンコーダ６７が検出したモータ９２０の位置θを入力し、トルク補正値Ｔｒ＊を計算する。加算器６３は、トルク目標値Ｔ＊にトルク補正値Ｔｒ＊を加算し、トルク指令値Ｔａ＊を生成する。
【００８７】
モータ電流目標値生成部６５は、入力したトルク指令値Ｔａ＊をモータ９２０の電流目標値Ｉ＊に換算する。モータ９２０は、例えばブラシレスＤＣモータであり、電流目標値Ｉ＊はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に分けられる。この電流目標値Ｉ＊はモータドライバ５７に出力される。モータドライバ５７は電流目標値Ｉ＊に対応する電流Ｉをモータ９２０に出力し、モータ９２０を回転させる。このとき、トルク目標値Ｔ＊が実際に必要なトルクと合致しているほど、位置目標値θ＊と位置θとの偏差が小さくなる。そこで、検出部１０１により実際に計測される値からトルク目標値Ｔ＊を算出している。
【００８８】
検出部１０１により出力された原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去するフィルタ処理がなされる。原検出信号１０２に含まれるノイズの振動数ｆは、マニピュレータ１００１の固有振動数に由来するものであって、マニピュレータ１００１の姿勢やワークＷの有無などにより変化する。例えば力覚センサである検出部１０１６の場合、ハンド９０８がワークＷを把持すると、検出部１０１６の可撓体１６０２の剛性と、ハンド９０８，ワークＷ及び取付構造体１６０４の合計重量が増加し、マニピュレータ１００１の固有振動数が低下する。
【００８９】
ところで、トルクを実測してトルク目標値Ｔ＊を計算する場合において、原検出信号１０２に対して検出信号１０７の位相が遅れる場合、トルク目標値Ｔ＊と実際に必要なトルクが乖離してしまう。この乖離は動作が高速になるほど顕著になる。従って原検出信号１０２に対して検出信号１０７に位相の遅れが生じる場合、マニピュレータ１００１の位置決め精度を向上させるには、マニピュレータ１００１の動作速度を抑制する必要がある。これによりマニピュレータ１００１の作業時間が長くなってしまう。例えばマニピュレータ１００１を折り畳んだ状態と伸ばした状態とでは、固有振動数に２倍以上の差がある。
【００９０】
これに対し、仮にフィルタ部１０３の周波数特性を一定とし、固有振動数の取り得る周波数帯の信号を低減する場合には、マニピュレータ１００１を伸ばした状態に合わせてフィルタ遮断周波数を低く設計する必要がある。このためマニピュレータ１００１を折り畳んで、固有振動数が２倍になった状態においても検出信号１０７は原検出信号１０２に対して位相が遅れてしまう。これにより、マニピュレータを折り畳んだ状態に合わせてフィルタ周波数を設定した場合に比べて半分の速度でしか駆動できなくなる。
【００９１】
そこで、本第８実施形態では、演算装置１０４が、上記第１実施形態と同様の演算処理により、ノイズの振動数ｆを演算している。演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号は変更部１０６に出力され、変更部１０６は、振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。そしてフィルタ係数が変更されたフィルタ部１０３により、原検出信号１０２から良好にノイズが除去され、原検出信号１０２に対して位相の遅れが抑制された検出信号１０７が得られる。
【００９２】
ロボットコントローラ５１は、検出信号１０７を入力し、各モータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊の計算に使用される。このようにセンサ装置１００をロボット装置１０００に適用することで、マニピュレータ１００１の位置決め精度が向上する。そして、原検出信号１０２に対して検出信号１０７の位相の遅れが抑制されるので、マニピュレータ１００１の動作を高速化させることができる。
【００９３】
なお、本第８実施形態のマニピュレータ１００１には、力覚センサである検出部１０１６、及びトルクセンサである１０１１〜１０１５が搭載されているが、これらのうちいずれか一つでもマニピュレータに搭載されればよい。この場合も、ロボット装置のマニピュレータの位置決め精度は向上する。
【００９４】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態に係るロボット装置について説明する。図１３は、本発明の第９実施形態に係るロボット装置に搭載されたセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。本第９実施形態のロボット装置は、上記第２実施形態のセンサ装置１００Ａを備えるものである。
【００９５】
即ち、本第９実施形態では、ロボットコントローラ５１Ａが、演算装置１０４及び第一の通信部２０１で構成されている。そして、信号処理回路２０３を構成する検出部１０１、フィルタ部１０３、変更部１０６及び第二の通信部２０２が、マニピュレータ１００１に搭載されている。ロボットコントローラ５１Ａは、マニピュレータ１００１とは別体に設けられている。
【００９６】
演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号は、第一の通信部２０１に出力され、第二の通信部２０２に送信される。第二の通信部２０２に送信された振動数ｆを示す信号は変更部１０６に出力される。変更部１０６は、振動数１０５の信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。
【００９７】
この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。そして検出信号１０７が第二の通信部２０２に出力され、第一の通信部３０２に送信される。第一の通信部３０２に送信された検出信号１０７は、ロボットコントローラ５１Ａでモータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊の計算の計算に使用される。
【００９８】
また、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、検出部１０１，フィルタ部１０３，変更部１０６を信号処理回路２０３にて処理させることが可能となる。信号処理回路２０３はロボットコントローラ５１Ａと別体で、マニピュレータに搭載されている。
【００９９】
ロボットコントローラ５１Ａと別体の信号処理回路２０３にてフィルタ処理することにより、ロボットコントローラ５１Ａの計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を常時高速にフィルタ処理することが可能となる。また、信号処理回路２０３がマニピュレータに搭載されているとより検出部１０１とフィルタ部１０３が近接することになり、電磁ノイズの影響に強くすることが可能になる。
【０１００】
なお、第８実施形態では、ロボット装置１０００が第１実施形態のセンサ装置１００を備える場合について説明し、第９実施形態では、ロボット装置が第２実施形態のセンサ装置１００Ａを備える場合について説明したが、これに限定するものではない。即ち、ロボット装置が第３〜第７実施形態のセンサ装置のいずれか１つを備える場合であってもよい。特に、複数の固有振動数を有するマニピュレータに第７実施形態のセンサ装置を搭載すると、複数の振動数を有するノイズを除去できるので有効である。
【符号の説明】
【０１０１】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ センサ装置
１０１ 検出部
１０３ フィルタ部（デジタルフィルタ）
１０４，１０４Ｃ 演算装置（演算手段）
１０６ 変更部（変更手段）
２０１ 第一の通信部（送信手段）
２０２ 第二の通信部（受信手段）
１０００ ロボット装置
１００１ マニピュレータ（ロボットアーム本体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚センサやトルクセンサ等の検出部を有するセンサ装置及びセンサ装置を有するロボット装置に関するもので、詳しくは安定かつ高速に位置決めを行うロボット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、組み付け用のロボット装置は、複数のリンク及びハンドを有するロボットアーム本体を備え、リンク同士が関節部で揺動可能に連結されている。この関節部には、サーボモータが設けられており、サーボモータの駆動により位置制御が行われている。
【０００３】
この種のロボット装置は、リンクに作用する関節トルクを検出するトルクセンサを備え、検出したトルク値に基づいてトルク指令値を生成し、サーボモータを制御している（特許文献１参照）。このトルクセンサは、中心部から放射状に延びる複数の梁及び梁を連結するリング状の枠で構成された可撓体と、可撓体の変形量（撓み量）を検出するセンサとを有して構成され、可撓体の変形量に対応するトルクを示す検出信号を出力する。
【０００４】
また、ロボット装置は、ハンドが把持対象物を把持した際にハンドが受ける力を検出する力覚センサを備えている。この力覚センサは、ハンドに把持された把持対象物によりハンドが受ける力に応じて変形する可撓体と、可撓体の変形量を検出するセンサを備えている。そして、力覚センサは、センサの検出結果を示す検出信号を出力するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１１８２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した力覚センサやトルクセンサ等の検出部を有するロボット装置では、ロボットアーム本体が、ある固有振動数で振動するため、検出部の可撓体もこの固有振動数で振動する。このように可撓体が振動すると、出力される原検出信号には、信号成分に固有振動数で振動するノイズ成分が重畳することとなる。このノイズ成分が重畳されている原検出信号を用いて各サーボモータを制御したのでは、ハンドや各リンクの位置制御の精度が低下してしまう。
【０００７】
図１４には、検出部からの原検出信号を説明するための図を示している。図１４（ａ）に示すように、ロボットアーム本体の振動に起因するノイズ成分Ｎは、信号成分Ｓの周波数よりも高い周波数帯域で発生することが判明した。そこで、検出部の原検出信号から特定の周波数成分ｆ１を除去する処理を施して検出信号を出力するフィルタを用いることが考えられる。このフィルタを用いる場合、固有振動数で振動するノイズ成分Ｎの周波数ｆ１が変化しなければ、原検出信号からノイズ成分Ｎを除去することが可能である。
【０００８】
しかし、この固有振動数に起因するノイズ成分Ｎの周波数は、ハンドで把持している把持対象物の重量に応じて変化するものである。例えば、図１４（ｂ）に示すように、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２に変化することがある。したがって、このフィルタでは周波数が変化した場合にノイズ成分Ｎを除去することができない。
【０００９】
そこで、検出部にて出力された原検出信号から周波数が変化する固有振動数のノイズ成分を除去するために、ノイズ成分Ｎの取り得る範囲の周波数帯域Ｗを減衰させる図１４（ｃ）に示すような周波数特性を有するローパスフィルタ等を適用することが考えられる。このフィルタを用いれば、カットオフ周波数ｆｃ以下の周波数成分は減衰量が低いので、検出信号における信号成分Ｓは通過し、ノイズ成分Ｎの周波数が信号成分Ｓよりも高い周波数帯域Ｗで変化してもノイズ成分Ｎはカットされる。
【００１０】
このフィルタを用いる場合、ノイズ成分Ｎの変化する周波数ｆ１，ｆ２に対応するために、カットオフ周波数ｆｃをできるだけ低い周波数に設定しておく必要がある。したがって、カットオフ周波数ｆｃの近傍に検出信号の信号成分Ｓが存在することとなる。
【００１１】
しかし、フィルタには、図１４（ｄ）に示すように、位相の周波数特性が存在するため、フィルタのカットオフ周波数ｆｃの近傍の周波数帯では、位相がずれてしまい、フィルタ処理された検出信号の信号成分Ｓは、常に位相の遅れが生じる。したがって、位相の遅れた検出信号Ｓでサーボモータを制御することとなり、目標に対して遅れのある応答となってしまう。
【００１２】
したがって、本発明は、検出部から出力される原検出信号から可撓体の振動に起因するノイズ成分を良好に除去し、フィルタ処理により得られる検出信号の位相の遅れを抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のセンサ装置は、被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のセンサ装置は、被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、フィルタ係数を用いてフィルタ処理するフィルタ部を複数有し、前記原検出信号を前記複数のフィルタ部でフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の複数の振動数のそれぞれを演算により求める演算手段と、前記各フィルタ部のフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記各振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のロボット装置は、関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、前記ハンドに作用する力又はトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する力覚センサと、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のロボット装置は、関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、前記リンクに作用するトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有するトルクセンサと、フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検出部における可撓体の振動数が変動した場合においても、位相の遅れが抑制され、検出部が出力した原検出信号に含まれるノイズを良好に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】検出部の説明図であり、（ａ）は力覚センサである検出部を示す図、（ｂ）はトルクセンサである検出部を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１０】ロボット装置のハンド近傍の拡大斜視図である。
【図１１】本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】各駆動演算部の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第９実施形態に係るロボット装置に搭載されたセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】検出部からの原検出信号を説明するための図であり、（ａ）は原検出信号に含まれる信号成分とノイズ成分の周波数特性の概略図、（ｂ）は原検出信号に含まれる信号成分とノイズ成分の周波数特性の概略図である。（ｃ）はローパスフィルタの周波数特性の概略図、（ｄ）はローパスフィルタの位相特性の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。センサ装置１００は、検出部１０１と、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３と、演算手段である演算装置１０４と、変更手段である変更部１０６とを備えている。
【００２１】
検出部１０１は、図２（ａ）に示す力覚センサである。図２（ａ）に示す力覚センサである検出部１０１は、可撓体１６０２と、センサとしての歪センサ１６０３とをそれぞれ４つ有している。各可撓体１６０２は、ケース１６０１に固定され、各歪センサ１６０３は、各可撓体１６０２に固定されている。各可撓体１６０２には、可撓体１６０２が被測定対象１６０５の状態に応じて変形するように、取付構造体１６０４を介して被測定対象１６０５が固定されている。歪センサ１６０３は、可撓体１６０２の変形量として歪量（撓み量）を検出し、検出結果を示す原検出信号１０２（図１）を出力する。
【００２２】
４つの歪センサ１６０３の４つの出力を演算することで、被測定対象１６０５の上下動の力と、倒れのトルクの３成分を算出することが可能である。可撓体１６０２と歪センサ１６０３を増やすことで検出成分を増やすことも可能である。したがって、図２に示す検出部１０１である力覚センサは、４つの原検出信号１０２を出力することとなるが、各原検出信号１０２におけるノイズの除去動作は同じであるので、以下、１つの原検出信号１０２について説明する。
【００２３】
フィルタ部１０３は、例えばＦＩＲやＩＩＲ等のデジタルフィルタであり、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して検出信号１０７を出力する。このフィルタ部１０３により、原検出信号１０２に含まれる信号成分に重畳するノイズを低減させた検出信号１０７を得ることが可能である。しかし、フィルタ効果が強すぎると原検出信号１０２に対してフィルタ処理後の検出信号１０７の位相が遅れてしまうことがある。更に、原検出信号１０２に含まれるノイズの振動数は常に一定であるとは限らない。
【００２４】
そこで、演算装置１０４は、原検出信号１０２に含まれる可撓体１６０２の振動数を演算により求めている。ここで、原検出信号１０２は、可撓体１６０２のバネ剛性ｋと、取付構造体１６０４及び被測定対象１６０５の合計重量ｍで決まる固有振動数ｆのノイズを少なからず含んでいる。ｋ、ｍ、ｆの関係式は以下の（式１）の通りである。
ｆ＝（１／２π）√（ｋ／ｍ） （式１）
【００２５】
なお、重力加速度をｇ、検出信号１０７から求まる力をＦとすると、重量ｍは、以下の（式２）の関係式で求まる。
ｍ＝Ｆ／ｇ （式２）
【００２６】
演算装置１０４は、記憶部１０８を有している。記憶部１０８には、力Ｆと振動数ｆとの相関関係を示す関係式が予め記憶されている。そして、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力し、記憶部１０８に記憶されている関係式を用いてノイズの振動数ｆを求める。具体的には、演算装置１０４は、入力した検出信号１０７から、被測定対象１６０５に作用する力Ｆを求め、求めた力Ｆから重量ｍを求め、求めた重量ｍから振動数ｆを求める。ここで、バネ剛性ｋ及び重力加速度ｇの値は、予め演算装置１０４に設定されている。なお、式２を式１に予め代入しておけば、演算処理は容易になる。
【００２７】
変更部１０６は、演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号を入力し、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更して、フィルタ部１０３を、演算装置１０４により演算された振動数ｆを減衰させるフィルタとして機能させる。特に、変更部１０６は、フィルタ部１０３を、振動数ｆを減衰させるノッチフィルタとして機能させるのが好適である。
【００２８】
このように、変更部１０６は、演算された振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更することで、フィルタ部１０３は、振動数ｆを除去するのに適したフィルタとなる。したがって、フィルタ特性が固定のローパスフィルタを用いてノイズを除去する場合よりも、原検出信号１０２に対する検出信号１０７の位相の遅れが抑制され、フィルタ部１０３により原検出信号１０２からノイズ除去された検出信号１０７を得ることができる。また、デジタルフィルタであるフィルタ部１０３として、位相特性のよいＩＩＲを用いると、信号成分の位相の遅れを効果的に抑制することができる。
【００２９】
なお、検出部１０１が図２（ｂ）に示すトルクセンサである場合についても適用可能である。図２（ｂ）に示すトルクセンサは、可撓体１７０２と、可撓体１７０２の変形量Δｘを検出し、検出結果を示す原検出信号１０２を出力するセンサ１７０３とをそれぞれ２つ有している。各可撓体１７０１には、可撓体１７０１が被測定対象（不図示）の状態に応じて変形するように、被測定対象が固定されている。
【００３０】
そして、（式１）の重量ｍを、トルクセンサに取り付けられた構造体のイナーシャＩに置き換え、剛性ｋをトルクセンサのねじり剛性Ｋに置き換えた関係式である以下の（式３）を用いても、固有振動数ｆは計算可能である。
ｆ＝（１／２π）√（Ｋ／Ｉ） （式３）
【００３１】
また、イナーシャＩは、トルクセンサのトルク値から求められる。式３に示す関係式は予め記憶部１０８に記憶されており、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力し、記憶部１０８に記憶されている関係式を用いてノイズの振動数ｆを求める。このように、簡単な計算で原検出信号１０２のノイズの振動数１０５を求めることができるので、演算装置１０４の計算性能を低減できる。つまり演算装置１０４をコストダウンできるのである。
【００３２】
同様に、検出部１０１が力覚センサの場合に、力覚センサにより検出されるトルクを示す検出信号からも演算装置１０４により振動数ｆを演算することが可能である。以上、検出部１０１が、力を検出するものであっても、トルクを検出するものであっても、上記構成により、可撓体の振動に起因するノイズを除去することが可能となる。
【００３３】
なお、図示は省略するが、関係式の代わりに、関係式と同様の結果が得られる、力（又はトルク）と振動数との相関関係を示すテーブルを用いてもよい。この場合も、予め記憶部１０８にテーブルを記憶させておけばよい。そして、演算装置１０４は、テーブルを用いて振動数ｆを求めればよい。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。本第２実施形態では、演算装置１０４が、フィルタ部１０３及び変更部１０６に対して、別体に組み込まれる場合について説明する。演算装置１０４は、上記第１実施形態と同様の演算処理を行い、演算された振動数ｆを示す信号を出力する。
【００３５】
本第２実施形態のセンサ装置１００Ａは信号処理回路２０３を備え、信号処理回路２０３が、検出部１０１、フィルタ部１０３及び変更部１０６を有している。つまり、演算装置１０４は、信号処理回路２０３とは別体に設けられている。
【００３６】
そこで、本第２実施形態では、センサ装置１００Ａは、演算装置１０４に接続される第一の通信部２０１と、変更部１０６に接続される第二の通信部２０２を備えている。そして、通信部２０１，２０２同士で有線又は無線で互いに通信を行うように構成されている。
【００３７】
つまり、第一の通信部２０１は、第一の送信手段及び第一の受信手段として機能し、第二の通信部２０２は、第二の送信手段及び第二の受信手段として機能する。そして、信号処理回路２０３は、第二の通信部２０２を有して構成され、第一の通信部２０１は、信号処理回路２０３と別体に設けられている。
【００３８】
第一の送信手段として機能している第一の通信部２０１は、演算装置１０４により演算された振動数ｆを示す信号を入力し、当該振動数ｆを示す信号を第二の受信手段として機能する第二の通信部２０２に有線又は無線で送信する。振動数ｆを示す信号を受信した第二の通信部２０２は、受信した振動数ｆを示す信号を変更部１０６に出力する。変更部１０６は、第二の通信部２０２から入力した振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００３９】
また、第二の送信手段として機能する第二の通信部２０２は、第一の受信手段として機能する第一の通信部２０１に検出信号１０７を送信し、第一の通信部２０１は、演算装置１０４に検出信号１０７を送る。そして、演算装置１０４は、入力した検出信号１０７より記憶部１０８に記憶した関係式又はテーブルを用いて、振動数ｆを演算する。
【００４０】
以上、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、演算装置１０４を構成するコントローラと変更部１０６及びフィルタ部１０３を構成するコントローラとで分散処理を行うことが可能となる。これにより、演算装置１０４の計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を高速にフィルタ処理することが可能となる。
【００４１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第３実施形態において、上記第１、第２実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００４２】
本第３実施形態のセンサ装置１００Ｂは、更に第三の通信部３０２及び第一の記録装置３０３を備えている。検出部１０１からの原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去する処理がなされ、検出信号１０７となる。第二の送信手段として機能している第二の通信部２０２は、原検出信号１０２及び検出信号１０７の少なくとも一方を入力し、測定データ３０１を示す信号として第三の通信部３０２に送信する。
【００４３】
第三の通信部３０２に送信された測定データ３０１を示す信号は第一の記録装置３０３に出力され、第一の記録装置３０３に測定データ３０１が記録される。つまり、第三の通信部３０２は、測定データを示す信号を受信する第三の受信手段として機能する。
【００４４】
以上、本第３実施形態では、上記第１及び第２実施形態と同様の効果を奏する。また、測定データ３０１を第一の記録装置３０３に入力する手段として第二の通信部２０２、第三の通信部３０２を結線しているが、この配線は第一の通信部２０１と第二の通信部２０２の間の結線と共用とすることが可能である。この構成にすることで別途配線を省略できる。
【００４５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第４実施形態において、上記第１〜第３実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００４６】
図５に示すセンサ装置１００Ｃは、検出部１０１、デジタルフィルタとしてのフィルタ部１０３、演算手段としての演算装置１０４Ｃ及び変更手段としての変更部１０６を備えているが、演算装置１０４Ｃの演算処理が上記第１〜第３実施形態と異なる。
【００４７】
演算装置１０４Ｃは、原検出信号１０２を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に変換する演算を行う。そして、演算装置１０４Ｃは、演算結果から原検出信号１０２に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、振動数ｆとして抽出し、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００４８】
つまり、演算装置１０４Ｃは、入力した原検出信号１０２のＦＦＴ解析を行う。ＦＦＴ解析は、原検出信号１０２を入力として高速フーリエ変換し、事前にノイズの振動数ｆとして想定されている振動数帯、つまり信号成分の周波数帯域を超える周波数におけるピーク値を検出する。そして、ピーク値を示す振動数をノイズの振動数ｆと判断するものである。そして、例えば平均信号レベルの２倍程度に閾値を設け、この閾値を超えるものをピーク値と判断する。
【００４９】
変更部１０６は、上記第１実施形態と同様に、演算装置１０４Ｃからノイズの振動数ｆを示す信号を入力し、振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、上記第１実施形態と同様に、原検出信号１０２に対する検出信号１０７の位相の遅れが抑制され、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００５０】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図６は、本発明の第５実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第５実施形態において、上記第１〜第４実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００５１】
本第２実施形態では、演算装置１０４Ｃが、フィルタ部１０３及び変更部１０６に対して、別体に組み込まれる場合について説明する。演算装置１０４Ｃは、上記第４実施形態と同様の演算処理を行い、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００５２】
本第５実施形態のセンサ装置１００Ｄは信号処理回路２０３Ｄを備え、信号処理回路２０３が、検出部１０１、フィルタ部１０３及び変更部１０６を有している。つまり、演算装置１０４Ｃは、信号処理回路２０３とは別体に設けられている。
【００５３】
そこで、本第５実施形態では、センサ装置１００Ｄは、演算装置１０４Ｃに接続される第一の通信部２０１と、変更部１０６に接続される第二の通信部２０２を備え、通信部２０１，２０２同士で有線又は無線で互いに通信を行うように構成されている。したがって、信号処理回路２０３Ｄは、第二の通信部２０２を有して構成され、第一の通信部２０１は、信号処理回路２０３と別体に設けられている。
【００５４】
第二の通信部２０２は、第一の通信部２０１に原検出信号１０２を送信し、第一の通信部２０１は、演算装置１０４Ｃに原検出信号１０２を出力する。演算装置１０４Ｃは、原検出信号１０２を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に変換する演算を行う。そして、演算装置１０４Ｃは、演算結果から原検出信号１０２に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、振動数ｆとして抽出し、振動数ｆを示す信号を出力する。
【００５５】
また、第一の通信部２０１は、演算装置１０４Ｃにより演算された振動数ｆを示す信号を入力し、当該振動数ｆを示す信号を第二の通信部２０２に有線又は無線で送信する。振動数ｆを示す信号を受信した第二の通信部２０２は、受信した振動数ｆを示す信号を変更部１０６に出力する。変更部１０６は、第二の通信部２０２から入力した振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００５６】
以上、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、演算装置１０４Ｃを構成するコントローラと変更部１０６及びフィルタ部１０３を構成するコントローラとで分散処理を行うことが可能となる。これにより、演算装置１０４Ｃの計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を高速にフィルタ処理することが可能となる。
【００５７】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係るセンサ装置について詳細に説明する。図７は、本発明の第６実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第６実施形態において、上記第１〜第５実施形態と同様の構成については、説明を省略する。本第６実施形態のセンサ装置１００Ｅは、上記第１実施形態と同様に、検出部１０１，フィルタ部１０３，演算装置１０４及び変更部１０６を備えると共に、更に、第二の記録装置８０１を備えている。
【００５８】
そして、演算装置１０４は、検出信号１０７を入力する代わりに、第二の記録装置８０１から信号８０２を入力する。検出部１０１により出力された原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去する処理がなされる。
【００５９】
第二の記録装置８０１には、検出信号１０７と、構造体の重量と、検出部１０１の剛性からなる情報が記録されている。第二の記録装置８０１に記録された情報からなる信号８０２は、演算装置１０４に出力される。演算装置１０４においては２種類の計算がなされる。一方は信号８０２を用いた（式１）と同様の計算である。
【００６０】
なお、（式３）を用いても同様の計算が可能である。この場合、信号８０２は構造体の重量の代わりにイナーシャ、検出部１０１の剛性の代わりにねじり剛性で構成される。また、構造体の剛性が検出部の剛性に対して著しく低く柔軟な場合、信号８０２は構造体の重量の代わりに構造体の柔軟部分より先端部の重量、検出部１０１の剛性の代わりに構造体の剛性で構成される。これにより、柔軟部より先の振動がノイズとなる場合に、ノイズの振動数を計算することができる。
【００６１】
これらの計算のいずれかにより、原検出信号１０２の振動数１０５を計算する。演算装置１０４で計算された振動数１０５は変更部１０６に出力され、変更部１０６は、振動数１０５に基づいてフィルタ部１０３を変更する。この構成により、簡易な計算でより精密に振動数１０５を求めることが可能となり、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。
【００６２】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係るセンサ装置について説明する。図８は、本発明の第７実施形態に係るセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。なお、本第７実施形態において、上記第１〜第６実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００６３】
本第７実施形態のセンサ装置１００Ｆは、上記第１実施形態と同様の検出部１０１と、フィルタ部１０３ａ，１０３ｂを複数有するデジタルフィルタ１０３Ａを備えている。また、センサ装置１００Ｆは、変更手段としての複数の変更部１０６ａ，１０６ｂと、演算手段としての複数の演算装置１０４ａ，１０４ｂとを備えている。なお、本第７実施形態では、原検出信号１０２に含まれるノイズのピークが２つ現れることを想定し、フィルタ部が２つ、演算装置が２つ、変更部が２つの場合について説明する。
【００６４】
検出部１０１が出力した原検出信号１０２は、フィルタ部１０３ａによってノイズを除去する処理がなされ、処理後の信号である検出信号１０７はフィルタ部１０３ｂによって別の周波数のノイズを除去する処理がなされる。
【００６５】
各演算装置１０４ａ，１０４ｂで演算されたノイズの各振動数ｆａ，ｆｂは、各変更部１０６ａ，１０６ｂに出力され、各変更部１０６ａ，１０６ｂは、各振動数ｆａ，ｆｂに基づいてフィルタ部１０３ａ，１０３ｂのフィルタ係数を変更する。
【００６６】
つまり、第一の演算装置１０４ａで演算された第一の振動数ｆａは、第一の変更部１０６ａに出力され、第一の変更部１０６ａは、第一の振動数ｆａに基づいて第一のフィルタ部１０３ａのフィルタ係数を変更する。同様に、第二の演算装置１０４ｂで演算された第二の振動数ｆｂは、第二の変更部１０６ｂに出力され、第二の変更部１０６ｂは、第二の振動数ｆｂに基づいて第二のフィルタ部１０３ｂのフィルタ係数を変更する。
【００６７】
以上、本第７実施形態では、複数のフィルタ部１０３ａ，１０３ｂを有するデジタルフィルタ１０３Ａにより、複数のノイズの振動数が除去され、原検出信号１０２からさらに良好にノイズ除去された検出信号１０７Ａを得る。
【００６８】
なお、第７実施形態では、演算手段が複数の演算装置からなる場合について説明したが、演算手段が１つの演算装置からなる場合であってもよい。この場合、一つの演算装置で複数の振動数を検知すればよい。また、第７実施形態では、変更手段が複数の変更部からなる場合について説明したが、変更手段が１つの変更部からなる場合であってもよい。この場合、１つの変更部が複数のフィルタ部のフィルタ係数を変更することで同様な効果が得られる。
【００６９】
また、第７実施形態では、フィルタ部を２つ有するデジタルフィルタについて説明したが、ノイズのピークが出現する数に応じて、フィルタ部の数量を増加すればよく、これによりノイズ処理が良好になる。なお、演算の結果、ノイズのピークの数がフィルタ部の数よりも少なくなった場合には、余剰分のフィルタ部を、全周波数帯域を通過させるように動作させればよい。
【００７０】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係るロボット装置について説明する。図９は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示す斜視図である。図１０は、ロボット装置のハンド近傍の拡大斜視図である。図１１は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【００７１】
本第８実施形態のロボット装置１０００は、上記第１実施形態のセンサ装置に相当するセンサ装置を備えている。以下、本第８実施形態のロボット装置１０００の構成について詳細に説明する。ロボット装置１０００は、図９に示すロボットアーム本体（マニピュレータ）１００１と、図１１に示す駆動装置及び制御装置５０と、を備えている。
【００７２】
マニピュレータ１００１は、関節部９０１，９０２，９０３，９０４，９０５，９０６で連結されたベース９１０、複数のリンク９１１，９１２，９１３，９１４，９１５及びハンド９０８を備えている。
【００７３】
つまり、ベース９１０と第一のリンク９１１とが、第一の関節部９０１で連結されており、第一のリンク９１１と第二のリンク９１２とが、第二の関節部９０２で連結されている。第二のリンク９１２と第三のリンク９１３とが、第三の関節部９０３で連結されており、第三のリンク９１３と第四のリンク９１４とが、第四の関節部９０４で連結されている。第四のリンク９１４と第五のリンク９１５とが、第五の関節部９０５で連結されている。
【００７４】
第五のリンク９１５は、マニピュレータ１００１の先端部に配置された先端リンクである。この先端リンクである第五のリンク９１５には、把持対象物であるワークＷを把持するハンド９０８が設けられている。つまり、第五のリンク９１５とハンド９０８とが、第六の関節部９０６で連結されている。
【００７５】
各関節部９０１，９０２，９０３，９０４，９０５には、トルクセンサである検出部１０１１，１０１２，１０１３，１０１４，１０１５が設けられている。第六の関節部９０６には、力覚センサである検出部１０１６が設けられている。また、各関節部９０１〜９０６には、各リンク９１１〜９１５及びハンド９０８を駆動する駆動装置である複数のアクチュエータとしての第一から第六の関節のモータ９２０１〜９２０６（図１１）が設けられている。ハンド９０８がワークＷを把持した状態でモータ９２０１〜９２０６の駆動により、ワークＷを移動させることができる。
【００７６】
力覚センサである検出部１０１６は、第１実施形態で説明した図２（ａ）と同様の構成である。すなわち、力覚センサである検出部１０１６は、図１０に示すように、第六の関節部９０６に設けられたケース１６０１と、ケース１６０１に締結された可撓体１６０２と、可撓体１６０２に固定された４つのセンサとしての歪センサ１６０３とを有している。そして、ハンド９０８が取付構造体１６０４を介して可撓体１６０２に締結されている。なお、トルクセンサである検出部１０１１〜１０１５も、第１実施形態で説明した図２（ｂ）と同様の構成であり、可撓体１７０２とセンサ１７０３とを有している。
【００７７】
力覚センサである検出部１０１６によって、４つの歪センサ１６０３が出力する４つの原検出信号をフィルタ処理した４つの検出信号を用いて、ハンド９０８に作用する力とトルクを求めることができる。同様に、トルクセンサである検出部１０１１〜１０１５によって、２つのセンサ１７０３が出力する２つの原検出信号をフィルタ処理した２つの検出信号を用いて、各リンクに作用するトルクを求めることができる。
【００７８】
ここで、各検出部１０１１〜１０１６からは複数の原検出信号が出力されるが、各原検出信号は同様のフィルタ処理が行われるので、本第８実施形態では、各検出部１０１１〜１０１６を検出部１０１と称して説明する。そして、検出部１０１から出力される複数の原検出信号のうちの１つの原検出信号について説明する。従って、以下の説明では、検出部１０１は、力又はトルクを示す原検出信号を出力する。
【００７９】
図１１に示すように、ロボット装置１０００の制御装置５０は、ロボットコントローラ５１と、動作入力部５３と、上記第１実施形態と同様のセンサ装置１００とを有している。センサ装置１００は、上述した検出部１０１と、デジタルフィルタとしてのフィルタ部１０３と、演算手段としての演算装置１０４と、変更手段としての変更部１０６とを有している。
【００８０】
検出部１０１は、ハンド９０８に作用する力又はトルクを示す原検出信号（又は、リンクに作用するトルクを示す原検出信号）１０２を出力する。フィルタ部１０３は、例えばＦＩＲやＩＩＲ等のデジタルフィルタであり、フィルタ係数を用いて原検出信号１０２をフィルタ処理して検出信号１０７を出力する。
【００８１】
ロボットコントローラ５１は、演算装置１０４及び駆動演算部５５１〜５５６で構成され、いわゆるインピーダンス制御を行うものであり、フィルタ部１０３から出力される検出信号１０７を用いてモータ９２０１〜９２０６を制御する制御手段として機能する。つまり、演算装置１０４は、演算手段として機能するほか、制御手段としても機能する。ここで、本第８実施形態では、インピーダンス制御として、力覚センサである検出部１０１６の出力が一定になるようにマニピュレータ１００１を移動する制御を行う。
【００８２】
なお、演算装置１０４は、本第８実施形態では、ロボットコントローラ５１に組み込まれているが、ロボットコントローラとは別装置であってもよい。つまり、演算装置が演算手段として機能し、演算装置とは別のロボットコントローラが制御手段として機能してもよい。
【００８３】
動作入力部５３は、マニピュレータ１００１に動作指令１０１５を出力する。ロボットコントローラ５１の演算装置１０４は、動作指令１０１５を入力し、動作指令１０１５及び上述した検出信号１０７に基づき、各モータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊を生成する。
【００８４】
そして、各駆動演算部５５１〜５５６は、各位置目標値θ１＊〜θ６＊及び各トルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊に基づいてモータ９２０１〜９２０６の電流目標値Ｉ１＊〜Ｉ６＊を求め、各モータドライバ５７１〜５７６に出力する。各モータドライバ５７１〜５７６は、入力した電流目標値Ｉ１＊〜Ｉ６＊に従って各モータ９２０１〜９２０６に電流Ｉ１〜Ｉ６を供給する。これにより、各モータ９２０１〜９２０６は、各位置目標値θ１＊〜θ６＊及び各トルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊に従って動作し、各リンク９１１〜９１５及びハンド９０８を駆動する。
【００８５】
次に、ロボットコントローラ５１の各駆動演算部５５１〜５５６の動作について図１２を参照しながら説明する。なお、各駆動演算部５５１〜５５６の演算動作は同一であるので、この図１２において、各モータ９２０１〜９２０６をモータ９２０と称し、各駆動演算部５５１〜５５６を駆動演算部５５と称して説明する。
【００８６】
駆動演算部５５は、位置フィードバック制御部６１、加算器６３及びモータ電流目標値生成部６５とを有している。位置フィードバック制御部６１は、位置目標値θ＊とエンコーダ６７が検出したモータ９２０の位置θを入力し、トルク補正値Ｔｒ＊を計算する。加算器６３は、トルク目標値Ｔ＊にトルク補正値Ｔｒ＊を加算し、トルク指令値Ｔａ＊を生成する。
【００８７】
モータ電流目標値生成部６５は、入力したトルク指令値Ｔａ＊をモータ９２０の電流目標値Ｉ＊に換算する。モータ９２０は、例えばブラシレスＤＣモータであり、電流目標値Ｉ＊はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相に分けられる。この電流目標値Ｉ＊はモータドライバ５７に出力される。モータドライバ５７は電流目標値Ｉ＊に対応する電流Ｉをモータ９２０に出力し、モータ９２０を回転させる。このとき、トルク目標値Ｔ＊が実際に必要なトルクと合致しているほど、位置目標値θ＊と位置θとの偏差が小さくなる。そこで、検出部１０１により実際に計測される値からトルク目標値Ｔ＊を算出している。
【００８８】
検出部１０１により出力された原検出信号１０２は、フィルタ部１０３によってノイズを除去するフィルタ処理がなされる。原検出信号１０２に含まれるノイズの振動数ｆは、マニピュレータ１００１の固有振動数に由来するものであって、マニピュレータ１００１の姿勢やワークＷの有無などにより変化する。例えば力覚センサである検出部１０１６の場合、ハンド９０８がワークＷを把持すると、検出部１０１６の可撓体１６０２の剛性と、ハンド９０８，ワークＷ及び取付構造体１６０４の合計重量が増加し、マニピュレータ１００１の固有振動数が低下する。
【００８９】
ところで、トルクを実測してトルク目標値Ｔ＊を計算する場合において、原検出信号１０２に対して検出信号１０７の位相が遅れる場合、トルク目標値Ｔ＊と実際に必要なトルクが乖離してしまう。この乖離は動作が高速になるほど顕著になる。従って原検出信号１０２に対して検出信号１０７に位相の遅れが生じる場合、マニピュレータ１００１の位置決め精度を向上させるには、マニピュレータ１００１の動作速度を抑制する必要がある。これによりマニピュレータ１００１の作業時間が長くなってしまう。例えばマニピュレータ１００１を折り畳んだ状態と伸ばした状態とでは、固有振動数に２倍以上の差がある。
【００９０】
これに対し、仮にフィルタ部１０３の周波数特性を一定とし、固有振動数の取り得る周波数帯の信号を低減する場合には、マニピュレータ１００１を伸ばした状態に合わせてフィルタ遮断周波数を低く設計する必要がある。このためマニピュレータ１００１を折り畳んで、固有振動数が２倍になった状態においても検出信号１０７は原検出信号１０２に対して位相が遅れてしまう。これにより、マニピュレータを折り畳んだ状態に合わせてフィルタ周波数を設定した場合に比べて半分の速度でしか駆動できなくなる。
【００９１】
そこで、本第８実施形態では、演算装置１０４が、上記第１実施形態と同様の演算処理により、ノイズの振動数ｆを演算している。演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号は変更部１０６に出力され、変更部１０６は、振動数ｆを示す信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。そしてフィルタ係数が変更されたフィルタ部１０３により、原検出信号１０２から良好にノイズが除去され、原検出信号１０２に対して位相の遅れが抑制された検出信号１０７が得られる。
【００９２】
ロボットコントローラ５１は、検出信号１０７を入力し、各モータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊の計算に使用される。このようにセンサ装置１００をロボット装置１０００に適用することで、マニピュレータ１００１の位置決め精度が向上する。そして、原検出信号１０２に対して検出信号１０７の位相の遅れが抑制されるので、マニピュレータ１００１の動作を高速化させることができる。
【００９３】
なお、本第８実施形態のマニピュレータ１００１には、力覚センサである検出部１０１６、及びトルクセンサである１０１１〜１０１５が搭載されているが、これらのうちいずれか一つでもマニピュレータに搭載されればよい。この場合も、ロボット装置のマニピュレータの位置決め精度は向上する。
【００９４】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態に係るロボット装置について説明する。図１３は、本発明の第９実施形態に係るロボット装置に搭載されたセンサ装置の概略構成を示すブロック図である。本第９実施形態のロボット装置は、上記第２実施形態のセンサ装置１００Ａを備えるものである。
【００９５】
即ち、本第９実施形態では、ロボットコントローラ５１Ａが、演算装置１０４及び第一の通信部２０１で構成されている。そして、信号処理回路２０３を構成する検出部１０１、フィルタ部１０３、変更部１０６及び第二の通信部２０２が、マニピュレータ１００１に搭載されている。ロボットコントローラ５１Ａは、マニピュレータ１００１とは別体に設けられている。
【００９６】
演算装置１０４で演算された振動数ｆを示す信号は、第一の通信部２０１に出力され、第二の通信部２０２に送信される。第二の通信部２０２に送信された振動数ｆを示す信号は変更部１０６に出力される。変更部１０６は、振動数１０５の信号に基づいてフィルタ部１０３のフィルタ係数を変更する。
【００９７】
この構成により、フィルタ部１０３により原検出信号１０２から良好にノイズ除去された検出信号１０７が得られる。そして検出信号１０７が第二の通信部２０２に出力され、第一の通信部３０２に送信される。第一の通信部３０２に送信された検出信号１０７は、ロボットコントローラ５１Ａでモータ９２０１〜９２０６の位置目標値θ１＊〜θ６＊及びトルク目標値Ｔ１＊〜Ｔ６＊の計算の計算に使用される。
【００９８】
また、第一の通信部２０１と第二の通信部２０２により通信がなされることにより、検出部１０１，フィルタ部１０３，変更部１０６を信号処理回路２０３にて処理させることが可能となる。信号処理回路２０３はロボットコントローラ５１Ａと別体で、マニピュレータに搭載されている。
【００９９】
ロボットコントローラ５１Ａと別体の信号処理回路２０３にてフィルタ処理することにより、ロボットコントローラ５１Ａの計算負荷にかかわらず、原検出信号１０２を常時高速にフィルタ処理することが可能となる。また、信号処理回路２０３がマニピュレータに搭載されているとより検出部１０１とフィルタ部１０３が近接することになり、電磁ノイズの影響に強くすることが可能になる。
【０１００】
なお、第８実施形態では、ロボット装置１０００が第１実施形態のセンサ装置１００を備える場合について説明し、第９実施形態では、ロボット装置が第２実施形態のセンサ装置１００Ａを備える場合について説明したが、これに限定するものではない。即ち、ロボット装置が第３〜第７実施形態のセンサ装置のいずれか１つを備える場合であってもよい。特に、複数の固有振動数を有するマニピュレータに第７実施形態のセンサ装置を搭載すると、複数の振動数を有するノイズを除去できるので有効である。
【符号の説明】
【０１０１】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ センサ装置
１０１ 検出部
１０３ フィルタ部（デジタルフィルタ）
１０４，１０４Ｃ 演算装置（演算手段）
１０６ 変更部（変更手段）
２０１ 第一の通信部（送信手段）
２０２ 第二の通信部（受信手段）
１０００ ロボット装置
１００１ マニピュレータ（ロボットアーム本体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、
フィルタ係数を用いてフィルタ処理するフィルタ部を複数有し、前記原検出信号を前記複数のフィルタ部でフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の複数の振動数のそれぞれを演算により求める演算手段と、
前記各フィルタ部のフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記各振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
前記検出部が力覚センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記検出部がトルクセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記原検出信号を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に演算し、演算結果から前記原検出信号に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、前記振動数として抽出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記被測定対象に作用する力又はトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記演算手段は、前記被測定対象に作用するトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記演算手段に接続された送信手段と、
前記変更手段に接続され、前記送信手段から前記振動数を示す信号を受信する受信手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、
前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、
前記ハンドに作用する力又はトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する力覚センサと、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、
前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
【請求項１０】
関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、
前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、
前記リンクに作用するトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有するトルクセンサと、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、
前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
【請求項１１】
前記演算手段は、前記原検出信号を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に演算し、演算結果から前記原検出信号に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、前記振動数として抽出することを特徴とする請求項９又は１０に記載のロボット装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、前記ハンドが受ける力又はトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項９に記載のロボット装置。
【請求項１３】
前記演算手段は、前記リンクに作用するトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
【請求項１４】
前記演算手段に接続された送信手段と、
前記変更手段に接続され、前記送信手段から前記振動数を示す信号を受信する受信手段と、を備え、
前記デジタルフィルタ、前記変更手段及び前記受信手段は、前記ロボットアーム本体に設けられ、前記演算手段及び前記送信手段は、前記ロボットアーム本体と別体に設けられていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１】
被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
被測定対象の状態により変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する検出部と、
フィルタ係数を用いてフィルタ処理するフィルタ部を複数有し、前記原検出信号を前記複数のフィルタ部でフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の複数の振動数のそれぞれを演算により求める演算手段と、
前記各フィルタ部のフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記各振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
前記検出部が力覚センサであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記検出部がトルクセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記原検出信号を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に演算し、演算結果から前記原検出信号に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、前記振動数として抽出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記被測定対象に作用する力又はトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記演算手段は、前記被測定対象に作用するトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記演算手段に接続された送信手段と、
前記変更手段に接続され、前記送信手段から前記振動数を示す信号を受信する受信手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、
前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、
前記ハンドに作用する力又はトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有する力覚センサと、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、
前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
【請求項１０】
関節部で連結された複数のリンク、及び前記複数のリンクのうち、先端部に配置された先端リンクに設けられ、把持対象物を把持するハンドを有するロボットアーム本体と、
前記複数のリンク及び前記ハンドを駆動する複数のアクチュエータと、
前記リンクに作用するトルクにより変形する可撓体、及び前記可撓体の変形量を検出し、検出結果を示す原検出信号を出力するセンサを有するトルクセンサと、
フィルタ係数を用いて前記原検出信号をフィルタ処理して得られる検出信号を出力するデジタルフィルタと、
前記原検出信号に含まれる前記可撓体の振動数を演算により求める演算手段と、
前記デジタルフィルタのフィルタ係数を変更して、前記デジタルフィルタを、前記演算手段により演算された前記振動数を減衰させるフィルタとして機能させる変更手段と、
前記デジタルフィルタから出力される検出信号を用いて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
【請求項１１】
前記演算手段は、前記原検出信号を入力して高速フーリエ変換により時間領域信号から周波数領域信号に演算し、演算結果から前記原検出信号に含まれる信号成分の周波数帯域を超える周波数であってピーク値となる周波数成分を、前記振動数として抽出することを特徴とする請求項９又は１０に記載のロボット装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、前記ハンドが受ける力又はトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項９に記載のロボット装置。
【請求項１３】
前記演算手段は、前記リンクに作用するトルクと前記振動数との相関関係を示す関係式又はテーブルを記憶する記憶部を有し、前記検出信号を入力し、前記関係式又は前記テーブルを用いて前記振動数を求めることを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
【請求項１４】
前記演算手段に接続された送信手段と、
前記変更手段に接続され、前記送信手段から前記振動数を示す信号を受信する受信手段と、を備え、
前記デジタルフィルタ、前記変更手段及び前記受信手段は、前記ロボットアーム本体に設けられ、前記演算手段及び前記送信手段は、前記ロボットアーム本体と別体に設けられていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−６３１６４（Ｐ２０１２−６３１６４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５７２２（Ｐ２０１０−２０５７２２）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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