ロボットの異常検出機能を有するロボットシステム及びその制御方法
【課題】ロボットに発生した異常を高い感度で検出することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ロボットシステム１１に何らかの異常が発生した場合、位置の相違や応答性の相違によって２つの第１及び第２センサ２３、２４によって第１及び第２検出値に差が生じる。この差が、予め設定された所定の閾値を超える場合には、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したことを検出する。２つの第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値が相対的に比較されることから、検出値の信頼性が確保され、かつ、第１及び第２検出値の差によって異常状態を判断することができるので、ロボットの動作状態や配置環境の温度変化によるギアや減速機の摩擦力の変動などの不確定要素を排除することができる。検出値の差の閾値を小さく設定することができる。ロボットシステム１１は高い感度で異常を検出することができる。
【解決手段】ロボットシステム１１に何らかの異常が発生した場合、位置の相違や応答性の相違によって２つの第１及び第２センサ２３、２４によって第１及び第２検出値に差が生じる。この差が、予め設定された所定の閾値を超える場合には、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したことを検出する。２つの第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値が相対的に比較されることから、検出値の信頼性が確保され、かつ、第１及び第２検出値の差によって異常状態を判断することができるので、ロボットの動作状態や配置環境の温度変化によるギアや減速機の摩擦力の変動などの不確定要素を排除することができる。検出値の差の閾値を小さく設定することができる。ロボットシステム１１は高い感度で異常を検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを有するロボットシステムに関し、特に、ロボットの異常検出機能を有するロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ロボットアームの駆動を高い精度で制御するロボット制御装置が開示される。このロボット制御装置では、ロボットアームの各軸の駆動部にセンサが組み込まれる。ロボットアームは、このロボットアームに出力される指令トルクに基づいて駆動する。センサは、ロボットアームに実際に伝達される実際の検出トルクを出力する。演算処理部は指令トルクと検出トルクとの差を特定する。特定された差が所定の閾値以上になった場合に、ロボットアームへの電力の供給が遮断される。
【０００３】
特許文献２には、ロボットアームの各軸の駆動に組み込まれる２つのセンサと２つの演算処理部とを備えるロボット制御装置が開示される。このロボット制御装置では、２つの演算処理部が、ロボットアームに出力される指令トルクをそれぞれ推測する。推測された２つの指令トルクが一致する場合には、２つのセンサによって検出された２つの検出トルクと２つの指令トルクとの差が特定される。特定された差が所定の閾値以上になった場合、ロボットアームへの電力の供給が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９６０３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に開示された技術では、ロボットアームの構成要素であるギアや減速機における摩擦力が、ロボットアームの動作状態や配置環境の温度変化によって変動する。こうした摩擦力の変動によって、前述のロボット制御装置では、例えば摩擦力の増大によって指令トルクと検出トルクとの差は大きくなる。その結果、誤検出を防止するためにも閾値が大きく設定される必要があった。従って、例えばロボットアームに人や物が衝突した場合であっても、高い精度で衝突を検出することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、当該ロボットシステムに発生した異常を高い感度で検出することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
ロボットと、
前記ロボットに作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する第１及び第２センサと、
前記第１センサから出力された第１検出値と前記第２センサから出力された第２検出値との差を特定し、前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する制御部と、
を備えるロボットシステムが提供される。
【０００８】
このロボットシステムでは、前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する。
【０００９】
このロボットシステムでは、前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する。
【００１０】
このロボットシステムでは、前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なる。
【００１１】
また、本発明によれば、
ロボットに作用する力に基づき第１及び第２センサからそれぞれ出力される第１検出値と第２検出値との差を特定する工程と、
前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する工程と、
を備えるロボットシステムの制御方法が提供される。
【００１２】
このロボットシステムの制御方法は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方で検出された力が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する工程をさらに備える。
【００１３】
このロボットシステムの制御方法は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する工程をさらに備える。
【００１４】
このロボットシステムの制御方法では、前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ロボットに発生した異常を高い感度で検出することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係るロボットシステムの制御方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】一具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図４】他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図５】他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステム１１の構造を概略的に示す図である。このロボットシステム１１は、例えば６軸の垂直多関節型のロボットを構成する多関節ロボット１２と、多関節ロボット１２に接続されて多関節ロボット１２の動作を制御する制御部１３と、を備える。多関節ロボット１２と制御部１３とは配線１４によって接続される。多関節ロボット１２は作業ツールすなわちロボットハンド１５を備える。ロボットハンド１５は例えばワークを把持することができる。この多関節ロボット１２は、例えば多関節ロボット１２と人間とが協働する空間に配置される。
【００１８】
多関節ロボット１２は、例えば床面に不動に固定されるベース台１６と、例えば床面に直交する回転軸線ｘ１回りに回転自在にベース台１６に連結される基端アーム１７と、回転軸線ｘ１に直交する回転軸線ｘ２回りに回転自在に基端アーム１７に連結される第１手首要素１８と、回転軸線ｘ２に直交する回転軸線ｘ３回りに回転自在に第１手首要素１８に連結される第１中間アーム１９ａと、回転軸線ｘ３に直交する回転軸線ｘ４回りに回転自在に第１中間アーム１９ａに連結される第２手首要素２０と、第２手首要素２０に連結される第２中間アーム１９ｂと、回転軸線ｘ４に直交する回転軸線ｘ５回りに回転自在に第２中間アーム１９ｂに連結される第３手首要素２１と、回転軸線ｘ５に直交する回転軸線ｘ６回りに回転自在に第３手首要素２１に連結される先端アーム２２と、を備える。
【００１９】
先端アーム２２の先端には前述のロボットハンド１５が例えば着脱自在に装着される。回転軸線ｘ１〜ｘ６回りの回転の実現にあたって多関節ロボット１２にはサーボモータ（図示せず）が組み込まれる。サーボモータは、当該サーボモータの回転角度を検出するエンコーダを有する。サーボモータは、制御部１３から出力された駆動信号に基づき所定の回転角度で回転する。サーボモータの回転によって各回転軸線ｘ１〜ｘ６回りで多関節ロボット１２の動作が引き起こされる。サーボモータの回転角度を示す角度信号はエンコーダから制御部１３にフィードバックされる。こうして多関節ロボット１２は所定の速度で所定の位置に姿勢を変化させることができる。
【００２０】
第１実施形態では、先端アーム２２とロボットハンド１５との間に回転軸線ｘ６の方向に２つの第１及び第２センサ２３、２４が相互に隣接して配列される。第１センサ２３は、第２センサ２４よりもロボットハンド１５に近い位置に配置される。第２センサ２４は先端アーム２２の先端に取り付けられる。第２センサ２４に取り付けられる第１センサ２３にはロボットハンド１５が取り付けられる。第１及び第２センサ２３、２４には例えばひずみゲージや、光による反射量の大小や物体間の静電容量の変化などから機械ひずみを検出する力センサなどが用いられる。第１及び第２センサ２３、２４は、ロボットハンド１５に作用する力及びロボットハンド１５が把持するワークに作用する力を検出することができる。検出値は第１及び第２センサ２３、２４から制御部１３に出力される。検出値には、ロボットハンド１５とロボットハンド１５で把持されるワークとについて重力補正が実施される。
【００２１】
ロボットシステム１１の第１及び第２センサ２３、２４には直交３軸の基準座標系が設定される。Ｚ軸は、回転軸線ｘ６に平行に規定されており、Ｘ軸及びＹ軸に直交する。前述の第１及び第２センサ２３、２４は、当該第１及び第２センサ２３、２４に作用するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と、それぞれのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りのモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）と、を検出することができる。こうして検出された力成分及びモーメント成分の検出値は制御部１３に出力される。出力にあたって、第１及び第２センサ２３、２４は制御部１３にそれぞれ接続される配線２５ａ、２５ｂが用いられる。多関節ロボット１２の動作中、第１及び第２センサ２３、２４から制御部１３に第１及び第２検出値がそれぞれ出力され続ける。
【００２２】
制御部１３は、第１センサ２３から出力された第１検出値や第２センサ２４から出力された第２検出値、ロボットシステム１１の異常を検出するための異常検出ソフトウェアプログラムを記憶する記憶装置（図示せず）に接続される。制御部１３は、記憶装置に格納された異常検出ソフトウェアプログラムに基づき様々な演算を実行することができる。演算処理にあたって異常検出ソフトウェアプログラムは一時的にメモリ（図示せず）に読み出されてもよい。なお、異常検出ソフトウェアプログラムは、例えばＦＤ（フレキシブルディスク）やＣＤ−ＲＯＭその他の可搬性記録媒体から記憶装置に取り込まれてもよく、ＬＡＮやインターネットといったコンピュータネットワークから記憶装置に取り込まれてもよい。
【００２３】
ロボットシステム１１の動作の開始に先立って、ロボットシステム１１では予め様々な条件が設定される。まず、多関節ロボット１２では通常動作の試運転が実施される。通常動作では、多関節ロボット１２はワークに対して所定の作業を繰り返す。このとき、第１及び第２センサ２３、２４の検出値が制御部１３に出力される。第１及び第２センサ２３、２４では異常がない状態でもセンサの個体差などにより検出値に差が生じる。なお、ここでは、差の特定にあたって制御部１３は、例えば力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を合成して算出された合成力を用いる。
【００２４】
ロボットシステム１１では、多関節ロボット１２の通常動作時、多関節ロボット１２の動作に応じて第１及び第２検出値は変化する。こうした第１及び第２検出値に基づいて、制御部１３は第１及び第２検出値の差を特定する。こうして特定された差に基づいて、例えば多関節ロボット１２の通常動作時に特定される差の最大値よりも大きい所定の閾値が設定される。閾値は、誤検出を避けるためのマージンを考慮に入れて予め特定される。ロボットシステム１１に異常が発生した場合、第１及び第２センサ２３、２４の設置位置や応答性の相違によって第１及び第２検出値には所定の閾値を超える大きな差が発生する。従って、第１及び第２検出値の差がこの閾値を超えた場合に、後述するように、制御部１３は、ロボットシステム１１に異常が生じたものと判断することができる。こうした閾値は記憶装置に記憶される。ロボットシステム１１の異常には、多関節ロボット１２に所定の力以上の力が作用した場合、すなわち、例えば多関節ロボット１２に異物が衝突した場合、第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に異常が発生した場合などが含まれる。
【００２５】
同時に、制御部１３は、多関節ロボット１２の通常動作中の第１及び第２検出値の最大値を特定する。こうして特定される最大値よりも大きい値が後述の所定の許容値として設定される。特定される最大値に対して許容値がどの程度のマージンを有するかについては、例えばロボットシステム１１内の空間内に進入する人間との衝突によって検出される検出値を考慮に入れて特定されてもよい。以上のことから、第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方がこの許容値を超えた場合に、後述するように、制御部１３は、多関節ロボット１２が異物に衝突したものと判断する。こうした許容値は記憶装置に記憶される。異物には、例えば人やロボットシステム１１内に配置される周辺装置などが含まれる。
【００２６】
図２は、本発明に係るロボットシステム１１の制御部１３の処理の流れを示すフローチャートである。制御部１３は異常検出ソフトウェアプログラムに基づき演算処理を実行する。ロボットシステム１１の動作が開始されると、第１及び第２センサ２３、２４は多関節ロボット１２の動作に応じて第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。ステップＳ１で、制御部１３は、出力された第１検出値と第２検出値との差を特定する。制御部１３は、ステップＳ２で、第１及び第２検出値の差が前述の閾値を超えるかすなわち上回るか否かを監視する。差が、予め設定された前述の閾値を超えていない場合（ステップＳ２、ＮＯ）、制御部１３は、ステップＳ３でロボットシステム１１に異常は発生していないものと判断する。処理はステップＳ１に戻る。こうして制御部１３はステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。
【００２７】
図３は、一具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。このグラフでは、縦軸に検出値が示され、横軸に時間が示される。縦軸には前述の許容値ｐが設定される。第１検出値ｖ１が実線で示され、第２検出値ｖ２が点線で示される。第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２は時間の経過とともに変化する。制御部１３は、ある時間ｔで第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の差ｄが閾値を超えたことを検出する（ステップＳ２、ＹＥＳ）。その結果、ステップＳ４で、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したものと判断する。異常の発生を検出すると、制御部１３はステップＳ５で、所定の時間にわたって、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の少なくともいずれか一方が許容値ｐを超えるか否かを監視する。
【００２８】
図３から明らかなように、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２がともに許容値ｐを超えているので（ステップＳ５、ＹＥＳ）、制御部１３の処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、制御部１３は、ロボットハンド１５に衝突によって衝撃の過大な力が作用したものと判断する。その結果、制御部１３は、ステップＳ７で、ロボットシステム１１に異常が発生したことを示す警告信号を出力する。警告信号の出力に基づき、ロボットシステム１１では、モニタ（図示せず）内に表示される警告、警報機（図示せず）の例えば音声による警告、回転灯（図示せず）の点灯などによる警告が実施される。こうした警告の実施によって、例えばロボットシステム１１の管理者やロボットシステム１１の周囲の他のロボットシステムにロボットシステム１１に異常が発生したことを通知することができる。その結果、周囲のロボットシステムでも異常に対する処理を実行することができる。
【００２９】
また、前述の警告の実施に代えて又は警告の実施に加えて、警告信号の出力に基づき、多関節ロボット１２は、安全を確保する動作を実行してもよい。例えば多関節ロボット１２の動作が停止されてもよい。動作の停止にあたって、例えば光カーテン（図示せず）の検知状態と同様の状態が確立されることによって多関節ロボット１２の動作を停止させるようにしてもよい。また、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２が減少する方向にロボットハンド１５が移動するように多関節ロボット１２の動作が実行されてもよい。第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２が減少する方向は、検出値のうちの力成分の向きが逆転する方向で特定される。こうした移動によって、ロボットハンド１５は、衝突した異物から遠ざかる方向に離れることができる。また、その他、警告信号の出力によって、多関節ロボット１２に予め決められた安全動作を行わせるようにしてもよい。
【００３０】
図４は、他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。図３と同様に、縦軸に検出値が示され、横軸に時間が示される。縦軸には前述と同様に許容値ｐが設定される。第１検出値ｖ１が実線で示され、第２検出値ｖ２が点線で示される。前述と同様に、制御部１３は、ある時間ｔで第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の差ｄが閾値を超えたことを検出する（ステップＳ２、ＹＥＳ）。その結果、ステップＳ４で、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したものと判断する。異常の発生を検出すると、制御部１３はステップＳ５で、所定の時間にわたって、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の少なくともいずれか一方が許容値ｐを超えるか否かを監視する。図４から明らかなように、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２のいずれもが許容値ｐを超えていないので（ステップＳ５、ＮＯ）、ロボットハンド１５には衝突が発生していない。従って、制御部１３の処理はステップＳ８に進む。
【００３１】
ステップＳ８で、制御部１３は、第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に不具合が発生したものと判断する。この場合、制御部１３の処理は前述のステップＳ７に進む。ここでは、図４から明らかなように、第１検出値ｖ１に比べて第２検出値ｖ２の値がほとんど検出されていないことから、例えば第２センサ２４に異常が発生したことが推測される。前述と同様に、制御部１３は、ステップＳ７で、ロボットシステム１１に異常が発生したことを示す警告信号を出力する。警告信号の出力に基づき、ロボットシステム１１では前述と同様の処理が実施される。なお、第１及び第２センサ２３、２４の不具合には、例えば第１及び第２センサ２３、２４自体のハードウェアの故障やソフトウェアの不具合、配線２５ａ、２５ｂの不具合、制御部１３のハードウェアの不具合などが含まれる。
【００３２】
以上のようなロボットシステム１１では、２つの第１及び第２センサ２３、２４の位置の相違によって第１及び第２検出値に差が生じる。この差が、予め設定された所定の閾値を超える場合には、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したことを検出する。こうして２つの第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値が相対的に比較されることから、検出値の信頼性が確保され、かつ、第１及び第２検出値の差によって異常状態を判断することができるので、ロボットの動作状態や配置環境の温度変化によるギアや減速機の摩擦力の変動といった不確定要素の誤差を排除することができる。こうした誤差を考慮しなくてよいことから、検出値の差の閾値を小さく設定することができる。その結果、ロボットシステム１１は、当該ロボットシステム１１に発生する異常を高い感度で検出することができる。
【００３３】
しかも、第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方が、予め設定された所定の許容値を超える場合には、制御部１３は、ロボットハンド１５に衝突が生じたことを検出することができる。こうしてロボットハンド１５の衝突を高い感度で検出することができる。また、第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方が、予め設定された所定の許容値を超えない場合には、制御部１３は、衝突の発生が生じていない一方で第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に不具合が生じたことを検出することができる。こうして第１及び第２センサ２３、２４の不具合が高い感度で検出されることから、第１及び第２センサ２３、２４の検出値の信頼性を確保することができる。
【００３４】
また、ロボットシステム１１では、例えば回転軸線ｘ６の方向に第１及び第２センサ２３、２４が相互に隣接して配置される。図１に示される例では、第１センサ２３と第２センサ２４とは直接に接して配置される。すなわち、第１センサ２３と第２センサ２４との間には他の構成部品は挟み込まれない。その一方で、第１センサ２３と第２センサ２４との間に構成部品が挟み込まれると、その構成部品の剛性によって第１検出値と第２検出値との間に余計な差分といった不確定要素が生じてしまう。本発明はこうした不確定要素を排除することができる。すなわち、検出値には余計な差分に対する補正が必要とされない。従って、本発明は、衝突の検出の精度、並びに、第１及び第２センサ２３、２４の不具合の検出の精度の悪化を防止することができる。
【００３５】
その他、以上のようなロボットシステム１１では、第１及び第２検出値の差の特定にあたって、例えば第１及び第２センサ２３、２４から出力される力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）やモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）のそれぞれが比較されてもよい。また、合成力の特定にあたって、例えば力成分のうちの２方向の力成分が合成されてもよい。また、合成力は、力成分の代わりにＭｘやＭｙと力の作用点とから合成されてもよい。
【００３６】
図５は、他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。このグラフは図３のグラフと同様である。ただし、この例では、相互に異なる応答性を有する第１センサ２３及び第２センサ２４が用いられる。例えばロボットハンド１５からより離れた第２センサ２４で第１センサ２３よりも遅い応答性が設定される。その結果、図５から明らかなように、前述の図３の場合に比べて、第２検出値ｖ２の検出のタイミングが第１検出値ｖ１よりも遅れるなどの理由によって、異常発生時の第１検出値ｖ１と第２検出値ｖ２との間の差が、図３の場合に比べてより急激に増大する。従って、制御部１３は、その差が閾値を超えたことを図３の場合よりも迅速に高い精度で検出することができる。加えて、このロボットシステム１１は前述と同様の作用効果を実現することができる。
【００３７】
図６は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステム１１ａの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ａでは、第１及び第２センサ２３、２４は第２の制御部２７に接続される。第１及び第２検出値は第２の制御部２７に出力される。第２の制御部２７は配線２８を介して前述の制御部１３に接続される。第２の制御部２７は前述の異常検出ソフトウェアを実行する。ただし、制御部１３が、例えば第２の制御部２７から出力される警告信号に基づき多関節ロボット１２の動作を制御する。こうして異常を検出する処理と多関節ロボット１２の動作を制御する処理とが別個の制御部によって実行されるので、ロボットシステム１１内での処理の速度を向上させることができる。
【００３８】
図７は、本発明の第３実施形態に係るロボットシステム１１ｂの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ｂでは、相互に隣接する第１及び第２センサ２３、２４がベース台１６と基端アーム１７との間に配置される。第１センサ２３が例えば基端アーム１７に取り付けられる。第２センサ２４が例えばベース台１６に取り付けられる。これらの第１及び第２センサ２３、２４は、基端アーム１７からロボットハンド１５までの間で多関節ロボット１２に作用する力を検出することができる。従って、多関節ロボット１２の大部分への衝突を高い精度で検出することができる。その他、このロボットシステム１１ｂは前述と同様の作用効果を実現することができる。
【００３９】
図８は、本発明の第４実施形態に係るロボットシステム１１ｃの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ｃは、多関節ロボット１２の周囲に配置される周辺装置２９を備える。ここでは、周辺装置２９には例えばテーブルが用いられる。第１及び第２センサ２３、２４は周辺装置２９上に取り付けられる。多関節ロボット１２のロボットハンド１５は、例えば第１センサ２３上に配置される基板にコネクタ（ともに図示せず）を実装する作業を実行する。このコネクタの実装時、ロボットハンド１５はコネクタを介して基板すなわち第１及び第２センサ２３、２４に力を作用させる。このとき、第１及び第２センサ２３、２４は基板からの力の検出に基づき第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。
【００４０】
こうしたロボットシステム１１ｃでは、多関節ロボット１２の通常動作の試運転時に前述と同様に閾値及び許容値が設定される。例えば多関節ロボット１２に対する異物の衝突によってロボットハンド１５がコネクタを介して基板に誤って衝突することがある。このとき、第１及び第２センサ２３、２４は、多関節ロボット１２から周辺装置２９に作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。こうして、予め設定された閾値及び許容値に基づき前述と同様の処理が実行される。その結果、制御部１３は、多関節ロボット１２の衝突を高い感度で検出することができる。また、前述と同様に、第１及び第２センサ２３、２４の不具合を高い感度で検出することができる。
【００４１】
その他、第１及び第２センサ２３、２４はロボットハンド１５に配置されてもよい。また、ロボットシステム１１〜１１ｃ内で、第１センサ２３と第２センサ２４とは相互に離間して配置されてもよい。この場合、前述した通り、第１センサ２３と第２センサ２４との間に挟み込まれる構成要素の剛性によって生じる第１検出値と第２検出値との間における余計な差分が予め測定される。こうした余計な差分は、多関節ロボット１２中の第１及び第２センサ２３、２４の配置の相違を補正する所定の係数によって補正される。係数に検出値を乗じた計算値が補正後の検出値として用いられる。こうした係数は、例えば通常動作の試運転時に第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値から求められることが可能である。
【００４２】
また、以上のような本実施形態では、作業ツールに例えばワークをハンドリングするロボットハンド１５が用いられるものの、例えばアーク溶接、スポット溶接、組立、検査、シーリング、レーザ、又はウォータジェットなどの加工の種類に応じて選択される他の作業ツールが用いられてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１１〜１１ｃ ロボットシステム
１２ ロボット（多関節ロボット）
１３ 制御部
２３ 第１センサ
２４ 第２センサ
ｄ 差
ｐ 許容値
ｖ１ 第１検出値
ｖ２ 第２検出値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを有するロボットシステムに関し、特に、ロボットの異常検出機能を有するロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ロボットアームの駆動を高い精度で制御するロボット制御装置が開示される。このロボット制御装置では、ロボットアームの各軸の駆動部にセンサが組み込まれる。ロボットアームは、このロボットアームに出力される指令トルクに基づいて駆動する。センサは、ロボットアームに実際に伝達される実際の検出トルクを出力する。演算処理部は指令トルクと検出トルクとの差を特定する。特定された差が所定の閾値以上になった場合に、ロボットアームへの電力の供給が遮断される。
【０００３】
特許文献２には、ロボットアームの各軸の駆動に組み込まれる２つのセンサと２つの演算処理部とを備えるロボット制御装置が開示される。このロボット制御装置では、２つの演算処理部が、ロボットアームに出力される指令トルクをそれぞれ推測する。推測された２つの指令トルクが一致する場合には、２つのセンサによって検出された２つの検出トルクと２つの指令トルクとの差が特定される。特定された差が所定の閾値以上になった場合、ロボットアームへの電力の供給が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９６０３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０１６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に開示された技術では、ロボットアームの構成要素であるギアや減速機における摩擦力が、ロボットアームの動作状態や配置環境の温度変化によって変動する。こうした摩擦力の変動によって、前述のロボット制御装置では、例えば摩擦力の増大によって指令トルクと検出トルクとの差は大きくなる。その結果、誤検出を防止するためにも閾値が大きく設定される必要があった。従って、例えばロボットアームに人や物が衝突した場合であっても、高い精度で衝突を検出することはできなかった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、当該ロボットシステムに発生した異常を高い感度で検出することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
ロボットと、
前記ロボットに作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する第１及び第２センサと、
前記第１センサから出力された第１検出値と前記第２センサから出力された第２検出値との差を特定し、前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する制御部と、
を備えるロボットシステムが提供される。
【０００８】
このロボットシステムでは、前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する。
【０００９】
このロボットシステムでは、前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する。
【００１０】
このロボットシステムでは、前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なる。
【００１１】
また、本発明によれば、
ロボットに作用する力に基づき第１及び第２センサからそれぞれ出力される第１検出値と第２検出値との差を特定する工程と、
前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する工程と、
を備えるロボットシステムの制御方法が提供される。
【００１２】
このロボットシステムの制御方法は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方で検出された力が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する工程をさらに備える。
【００１３】
このロボットシステムの制御方法は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する工程をさらに備える。
【００１４】
このロボットシステムの制御方法では、前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ロボットに発生した異常を高い感度で検出することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係るロボットシステムの制御方法における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】一具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図４】他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図５】他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るロボットシステムの構造を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットシステム１１の構造を概略的に示す図である。このロボットシステム１１は、例えば６軸の垂直多関節型のロボットを構成する多関節ロボット１２と、多関節ロボット１２に接続されて多関節ロボット１２の動作を制御する制御部１３と、を備える。多関節ロボット１２と制御部１３とは配線１４によって接続される。多関節ロボット１２は作業ツールすなわちロボットハンド１５を備える。ロボットハンド１５は例えばワークを把持することができる。この多関節ロボット１２は、例えば多関節ロボット１２と人間とが協働する空間に配置される。
【００１８】
多関節ロボット１２は、例えば床面に不動に固定されるベース台１６と、例えば床面に直交する回転軸線ｘ１回りに回転自在にベース台１６に連結される基端アーム１７と、回転軸線ｘ１に直交する回転軸線ｘ２回りに回転自在に基端アーム１７に連結される第１手首要素１８と、回転軸線ｘ２に直交する回転軸線ｘ３回りに回転自在に第１手首要素１８に連結される第１中間アーム１９ａと、回転軸線ｘ３に直交する回転軸線ｘ４回りに回転自在に第１中間アーム１９ａに連結される第２手首要素２０と、第２手首要素２０に連結される第２中間アーム１９ｂと、回転軸線ｘ４に直交する回転軸線ｘ５回りに回転自在に第２中間アーム１９ｂに連結される第３手首要素２１と、回転軸線ｘ５に直交する回転軸線ｘ６回りに回転自在に第３手首要素２１に連結される先端アーム２２と、を備える。
【００１９】
先端アーム２２の先端には前述のロボットハンド１５が例えば着脱自在に装着される。回転軸線ｘ１〜ｘ６回りの回転の実現にあたって多関節ロボット１２にはサーボモータ（図示せず）が組み込まれる。サーボモータは、当該サーボモータの回転角度を検出するエンコーダを有する。サーボモータは、制御部１３から出力された駆動信号に基づき所定の回転角度で回転する。サーボモータの回転によって各回転軸線ｘ１〜ｘ６回りで多関節ロボット１２の動作が引き起こされる。サーボモータの回転角度を示す角度信号はエンコーダから制御部１３にフィードバックされる。こうして多関節ロボット１２は所定の速度で所定の位置に姿勢を変化させることができる。
【００２０】
第１実施形態では、先端アーム２２とロボットハンド１５との間に回転軸線ｘ６の方向に２つの第１及び第２センサ２３、２４が相互に隣接して配列される。第１センサ２３は、第２センサ２４よりもロボットハンド１５に近い位置に配置される。第２センサ２４は先端アーム２２の先端に取り付けられる。第２センサ２４に取り付けられる第１センサ２３にはロボットハンド１５が取り付けられる。第１及び第２センサ２３、２４には例えばひずみゲージや、光による反射量の大小や物体間の静電容量の変化などから機械ひずみを検出する力センサなどが用いられる。第１及び第２センサ２３、２４は、ロボットハンド１５に作用する力及びロボットハンド１５が把持するワークに作用する力を検出することができる。検出値は第１及び第２センサ２３、２４から制御部１３に出力される。検出値には、ロボットハンド１５とロボットハンド１５で把持されるワークとについて重力補正が実施される。
【００２１】
ロボットシステム１１の第１及び第２センサ２３、２４には直交３軸の基準座標系が設定される。Ｚ軸は、回転軸線ｘ６に平行に規定されており、Ｘ軸及びＹ軸に直交する。前述の第１及び第２センサ２３、２４は、当該第１及び第２センサ２３、２４に作用するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と、それぞれのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りのモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）と、を検出することができる。こうして検出された力成分及びモーメント成分の検出値は制御部１３に出力される。出力にあたって、第１及び第２センサ２３、２４は制御部１３にそれぞれ接続される配線２５ａ、２５ｂが用いられる。多関節ロボット１２の動作中、第１及び第２センサ２３、２４から制御部１３に第１及び第２検出値がそれぞれ出力され続ける。
【００２２】
制御部１３は、第１センサ２３から出力された第１検出値や第２センサ２４から出力された第２検出値、ロボットシステム１１の異常を検出するための異常検出ソフトウェアプログラムを記憶する記憶装置（図示せず）に接続される。制御部１３は、記憶装置に格納された異常検出ソフトウェアプログラムに基づき様々な演算を実行することができる。演算処理にあたって異常検出ソフトウェアプログラムは一時的にメモリ（図示せず）に読み出されてもよい。なお、異常検出ソフトウェアプログラムは、例えばＦＤ（フレキシブルディスク）やＣＤ−ＲＯＭその他の可搬性記録媒体から記憶装置に取り込まれてもよく、ＬＡＮやインターネットといったコンピュータネットワークから記憶装置に取り込まれてもよい。
【００２３】
ロボットシステム１１の動作の開始に先立って、ロボットシステム１１では予め様々な条件が設定される。まず、多関節ロボット１２では通常動作の試運転が実施される。通常動作では、多関節ロボット１２はワークに対して所定の作業を繰り返す。このとき、第１及び第２センサ２３、２４の検出値が制御部１３に出力される。第１及び第２センサ２３、２４では異常がない状態でもセンサの個体差などにより検出値に差が生じる。なお、ここでは、差の特定にあたって制御部１３は、例えば力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を合成して算出された合成力を用いる。
【００２４】
ロボットシステム１１では、多関節ロボット１２の通常動作時、多関節ロボット１２の動作に応じて第１及び第２検出値は変化する。こうした第１及び第２検出値に基づいて、制御部１３は第１及び第２検出値の差を特定する。こうして特定された差に基づいて、例えば多関節ロボット１２の通常動作時に特定される差の最大値よりも大きい所定の閾値が設定される。閾値は、誤検出を避けるためのマージンを考慮に入れて予め特定される。ロボットシステム１１に異常が発生した場合、第１及び第２センサ２３、２４の設置位置や応答性の相違によって第１及び第２検出値には所定の閾値を超える大きな差が発生する。従って、第１及び第２検出値の差がこの閾値を超えた場合に、後述するように、制御部１３は、ロボットシステム１１に異常が生じたものと判断することができる。こうした閾値は記憶装置に記憶される。ロボットシステム１１の異常には、多関節ロボット１２に所定の力以上の力が作用した場合、すなわち、例えば多関節ロボット１２に異物が衝突した場合、第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に異常が発生した場合などが含まれる。
【００２５】
同時に、制御部１３は、多関節ロボット１２の通常動作中の第１及び第２検出値の最大値を特定する。こうして特定される最大値よりも大きい値が後述の所定の許容値として設定される。特定される最大値に対して許容値がどの程度のマージンを有するかについては、例えばロボットシステム１１内の空間内に進入する人間との衝突によって検出される検出値を考慮に入れて特定されてもよい。以上のことから、第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方がこの許容値を超えた場合に、後述するように、制御部１３は、多関節ロボット１２が異物に衝突したものと判断する。こうした許容値は記憶装置に記憶される。異物には、例えば人やロボットシステム１１内に配置される周辺装置などが含まれる。
【００２６】
図２は、本発明に係るロボットシステム１１の制御部１３の処理の流れを示すフローチャートである。制御部１３は異常検出ソフトウェアプログラムに基づき演算処理を実行する。ロボットシステム１１の動作が開始されると、第１及び第２センサ２３、２４は多関節ロボット１２の動作に応じて第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。ステップＳ１で、制御部１３は、出力された第１検出値と第２検出値との差を特定する。制御部１３は、ステップＳ２で、第１及び第２検出値の差が前述の閾値を超えるかすなわち上回るか否かを監視する。差が、予め設定された前述の閾値を超えていない場合（ステップＳ２、ＮＯ）、制御部１３は、ステップＳ３でロボットシステム１１に異常は発生していないものと判断する。処理はステップＳ１に戻る。こうして制御部１３はステップＳ１〜Ｓ３の処理を繰り返す。
【００２７】
図３は、一具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。このグラフでは、縦軸に検出値が示され、横軸に時間が示される。縦軸には前述の許容値ｐが設定される。第１検出値ｖ１が実線で示され、第２検出値ｖ２が点線で示される。第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２は時間の経過とともに変化する。制御部１３は、ある時間ｔで第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の差ｄが閾値を超えたことを検出する（ステップＳ２、ＹＥＳ）。その結果、ステップＳ４で、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したものと判断する。異常の発生を検出すると、制御部１３はステップＳ５で、所定の時間にわたって、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の少なくともいずれか一方が許容値ｐを超えるか否かを監視する。
【００２８】
図３から明らかなように、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２がともに許容値ｐを超えているので（ステップＳ５、ＹＥＳ）、制御部１３の処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、制御部１３は、ロボットハンド１５に衝突によって衝撃の過大な力が作用したものと判断する。その結果、制御部１３は、ステップＳ７で、ロボットシステム１１に異常が発生したことを示す警告信号を出力する。警告信号の出力に基づき、ロボットシステム１１では、モニタ（図示せず）内に表示される警告、警報機（図示せず）の例えば音声による警告、回転灯（図示せず）の点灯などによる警告が実施される。こうした警告の実施によって、例えばロボットシステム１１の管理者やロボットシステム１１の周囲の他のロボットシステムにロボットシステム１１に異常が発生したことを通知することができる。その結果、周囲のロボットシステムでも異常に対する処理を実行することができる。
【００２９】
また、前述の警告の実施に代えて又は警告の実施に加えて、警告信号の出力に基づき、多関節ロボット１２は、安全を確保する動作を実行してもよい。例えば多関節ロボット１２の動作が停止されてもよい。動作の停止にあたって、例えば光カーテン（図示せず）の検知状態と同様の状態が確立されることによって多関節ロボット１２の動作を停止させるようにしてもよい。また、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２が減少する方向にロボットハンド１５が移動するように多関節ロボット１２の動作が実行されてもよい。第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２が減少する方向は、検出値のうちの力成分の向きが逆転する方向で特定される。こうした移動によって、ロボットハンド１５は、衝突した異物から遠ざかる方向に離れることができる。また、その他、警告信号の出力によって、多関節ロボット１２に予め決められた安全動作を行わせるようにしてもよい。
【００３０】
図４は、他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。図３と同様に、縦軸に検出値が示され、横軸に時間が示される。縦軸には前述と同様に許容値ｐが設定される。第１検出値ｖ１が実線で示され、第２検出値ｖ２が点線で示される。前述と同様に、制御部１３は、ある時間ｔで第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の差ｄが閾値を超えたことを検出する（ステップＳ２、ＹＥＳ）。その結果、ステップＳ４で、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したものと判断する。異常の発生を検出すると、制御部１３はステップＳ５で、所定の時間にわたって、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２の少なくともいずれか一方が許容値ｐを超えるか否かを監視する。図４から明らかなように、第１及び第２検出値ｖ１、ｖ２のいずれもが許容値ｐを超えていないので（ステップＳ５、ＮＯ）、ロボットハンド１５には衝突が発生していない。従って、制御部１３の処理はステップＳ８に進む。
【００３１】
ステップＳ８で、制御部１３は、第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に不具合が発生したものと判断する。この場合、制御部１３の処理は前述のステップＳ７に進む。ここでは、図４から明らかなように、第１検出値ｖ１に比べて第２検出値ｖ２の値がほとんど検出されていないことから、例えば第２センサ２４に異常が発生したことが推測される。前述と同様に、制御部１３は、ステップＳ７で、ロボットシステム１１に異常が発生したことを示す警告信号を出力する。警告信号の出力に基づき、ロボットシステム１１では前述と同様の処理が実施される。なお、第１及び第２センサ２３、２４の不具合には、例えば第１及び第２センサ２３、２４自体のハードウェアの故障やソフトウェアの不具合、配線２５ａ、２５ｂの不具合、制御部１３のハードウェアの不具合などが含まれる。
【００３２】
以上のようなロボットシステム１１では、２つの第１及び第２センサ２３、２４の位置の相違によって第１及び第２検出値に差が生じる。この差が、予め設定された所定の閾値を超える場合には、制御部１３は、ロボットシステム１１に何らかの異常が発生したことを検出する。こうして２つの第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値が相対的に比較されることから、検出値の信頼性が確保され、かつ、第１及び第２検出値の差によって異常状態を判断することができるので、ロボットの動作状態や配置環境の温度変化によるギアや減速機の摩擦力の変動といった不確定要素の誤差を排除することができる。こうした誤差を考慮しなくてよいことから、検出値の差の閾値を小さく設定することができる。その結果、ロボットシステム１１は、当該ロボットシステム１１に発生する異常を高い感度で検出することができる。
【００３３】
しかも、第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方が、予め設定された所定の許容値を超える場合には、制御部１３は、ロボットハンド１５に衝突が生じたことを検出することができる。こうしてロボットハンド１５の衝突を高い感度で検出することができる。また、第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値の少なくともいずれか一方が、予め設定された所定の許容値を超えない場合には、制御部１３は、衝突の発生が生じていない一方で第１及び第２センサ２３、２４の少なくともいずれか一方に不具合が生じたことを検出することができる。こうして第１及び第２センサ２３、２４の不具合が高い感度で検出されることから、第１及び第２センサ２３、２４の検出値の信頼性を確保することができる。
【００３４】
また、ロボットシステム１１では、例えば回転軸線ｘ６の方向に第１及び第２センサ２３、２４が相互に隣接して配置される。図１に示される例では、第１センサ２３と第２センサ２４とは直接に接して配置される。すなわち、第１センサ２３と第２センサ２４との間には他の構成部品は挟み込まれない。その一方で、第１センサ２３と第２センサ２４との間に構成部品が挟み込まれると、その構成部品の剛性によって第１検出値と第２検出値との間に余計な差分といった不確定要素が生じてしまう。本発明はこうした不確定要素を排除することができる。すなわち、検出値には余計な差分に対する補正が必要とされない。従って、本発明は、衝突の検出の精度、並びに、第１及び第２センサ２３、２４の不具合の検出の精度の悪化を防止することができる。
【００３５】
その他、以上のようなロボットシステム１１では、第１及び第２検出値の差の特定にあたって、例えば第１及び第２センサ２３、２４から出力される力成分（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）やモーメント成分（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）のそれぞれが比較されてもよい。また、合成力の特定にあたって、例えば力成分のうちの２方向の力成分が合成されてもよい。また、合成力は、力成分の代わりにＭｘやＭｙと力の作用点とから合成されてもよい。
【００３６】
図５は、他の具体例に係る第１及び第２検出値の変動を示すグラフである。このグラフは図３のグラフと同様である。ただし、この例では、相互に異なる応答性を有する第１センサ２３及び第２センサ２４が用いられる。例えばロボットハンド１５からより離れた第２センサ２４で第１センサ２３よりも遅い応答性が設定される。その結果、図５から明らかなように、前述の図３の場合に比べて、第２検出値ｖ２の検出のタイミングが第１検出値ｖ１よりも遅れるなどの理由によって、異常発生時の第１検出値ｖ１と第２検出値ｖ２との間の差が、図３の場合に比べてより急激に増大する。従って、制御部１３は、その差が閾値を超えたことを図３の場合よりも迅速に高い精度で検出することができる。加えて、このロボットシステム１１は前述と同様の作用効果を実現することができる。
【００３７】
図６は、本発明の第２実施形態に係るロボットシステム１１ａの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ａでは、第１及び第２センサ２３、２４は第２の制御部２７に接続される。第１及び第２検出値は第２の制御部２７に出力される。第２の制御部２７は配線２８を介して前述の制御部１３に接続される。第２の制御部２７は前述の異常検出ソフトウェアを実行する。ただし、制御部１３が、例えば第２の制御部２７から出力される警告信号に基づき多関節ロボット１２の動作を制御する。こうして異常を検出する処理と多関節ロボット１２の動作を制御する処理とが別個の制御部によって実行されるので、ロボットシステム１１内での処理の速度を向上させることができる。
【００３８】
図７は、本発明の第３実施形態に係るロボットシステム１１ｂの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ｂでは、相互に隣接する第１及び第２センサ２３、２４がベース台１６と基端アーム１７との間に配置される。第１センサ２３が例えば基端アーム１７に取り付けられる。第２センサ２４が例えばベース台１６に取り付けられる。これらの第１及び第２センサ２３、２４は、基端アーム１７からロボットハンド１５までの間で多関節ロボット１２に作用する力を検出することができる。従って、多関節ロボット１２の大部分への衝突を高い精度で検出することができる。その他、このロボットシステム１１ｂは前述と同様の作用効果を実現することができる。
【００３９】
図８は、本発明の第４実施形態に係るロボットシステム１１ｃの構造を概略的に示す図である。この図では前述と均等な構成や構造を有する構成要素には同一の参照符号が付される。このロボットシステム１１ｃは、多関節ロボット１２の周囲に配置される周辺装置２９を備える。ここでは、周辺装置２９には例えばテーブルが用いられる。第１及び第２センサ２３、２４は周辺装置２９上に取り付けられる。多関節ロボット１２のロボットハンド１５は、例えば第１センサ２３上に配置される基板にコネクタ（ともに図示せず）を実装する作業を実行する。このコネクタの実装時、ロボットハンド１５はコネクタを介して基板すなわち第１及び第２センサ２３、２４に力を作用させる。このとき、第１及び第２センサ２３、２４は基板からの力の検出に基づき第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。
【００４０】
こうしたロボットシステム１１ｃでは、多関節ロボット１２の通常動作の試運転時に前述と同様に閾値及び許容値が設定される。例えば多関節ロボット１２に対する異物の衝突によってロボットハンド１５がコネクタを介して基板に誤って衝突することがある。このとき、第１及び第２センサ２３、２４は、多関節ロボット１２から周辺装置２９に作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する。こうして、予め設定された閾値及び許容値に基づき前述と同様の処理が実行される。その結果、制御部１３は、多関節ロボット１２の衝突を高い感度で検出することができる。また、前述と同様に、第１及び第２センサ２３、２４の不具合を高い感度で検出することができる。
【００４１】
その他、第１及び第２センサ２３、２４はロボットハンド１５に配置されてもよい。また、ロボットシステム１１〜１１ｃ内で、第１センサ２３と第２センサ２４とは相互に離間して配置されてもよい。この場合、前述した通り、第１センサ２３と第２センサ２４との間に挟み込まれる構成要素の剛性によって生じる第１検出値と第２検出値との間における余計な差分が予め測定される。こうした余計な差分は、多関節ロボット１２中の第１及び第２センサ２３、２４の配置の相違を補正する所定の係数によって補正される。係数に検出値を乗じた計算値が補正後の検出値として用いられる。こうした係数は、例えば通常動作の試運転時に第１及び第２センサ２３、２４の第１及び第２検出値から求められることが可能である。
【００４２】
また、以上のような本実施形態では、作業ツールに例えばワークをハンドリングするロボットハンド１５が用いられるものの、例えばアーク溶接、スポット溶接、組立、検査、シーリング、レーザ、又はウォータジェットなどの加工の種類に応じて選択される他の作業ツールが用いられてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１１〜１１ｃ ロボットシステム
１２ ロボット（多関節ロボット）
１３ 制御部
２３ 第１センサ
２４ 第２センサ
ｄ 差
ｐ 許容値
ｖ１ 第１検出値
ｖ２ 第２検出値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、
前記ロボットに作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する第１及び第２センサと、
前記第１センサから出力された第１検出値と前記第２センサから出力された第２検出値との差を特定し、前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する制御部と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断することを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
ロボットに作用する力に基づき第１及び第２センサからそれぞれ出力される第１検出値と第２検出値との差を特定する工程と、
前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する工程と、
を備えることを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【請求項６】
前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項７】
前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項８】
前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なることを特徴とする請求項５〜７のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項１】
ロボットと、
前記ロボットに作用する力に基づき所定の第１及び第２検出値をそれぞれ出力する第１及び第２センサと、
前記第１センサから出力された第１検出値と前記第２センサから出力された第２検出値との差を特定し、前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する制御部と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断することを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記制御部は、前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
ロボットに作用する力に基づき第１及び第２センサからそれぞれ出力される第１検出値と第２検出値との差を特定する工程と、
前記差が所定の閾値を超える場合、前記ロボットに異常が発生したと判断する工程と、
を備えることを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【請求項６】
前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のうちの少なくともいずれか一方が所定の許容値を超える場合、前記ロボットに所定の力以上の力が作用したと判断する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項７】
前記差が前記閾値を超えるとともに、前記第１及び第２センサの前記第１及び第２検出値のいずれもが所定の許容値を超えない場合、前記第１及び第２センサの少なくともいずれか一方で異常が発生したと判断する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項８】
前記第１センサの応答性は前記第２センサの応答性と異なることを特徴とする請求項５〜７のいずれか1項に記載のロボットシステムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１８０９４（Ｐ２０１２−２１８０９４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４４８５（Ｐ２０１１−８４４８５）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、人間・ロボット協調型セル生産組立システム（次世代産業用ロボット分野）、（先進工業国対応型セル生産組立システムの開発）」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト、人間・ロボット協調型セル生産組立システム（次世代産業用ロボット分野）、（先進工業国対応型セル生産組立システムの開発）」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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