ロボット装置
【課題】可動部の静止保持状態を維持したまま即座にモータの出力値を低減させることができるロボット装置を提供する。
【解決手段】ロボット装置１は、モータによってアーム部６を関節部５を介して可動させるロボット本体２と、モータの出力値を制御するＥＣＵ４と、を備えている。ＥＣＵ４は、アーム部６が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいてモータの出力値を制御する。よって、ロボット装置１では、静止保持状態でモータの出力値を低減する際に、アーム部６が動き出すまで少しずつ該出力値を低減させる必要がなくなる。
【解決手段】ロボット装置１は、モータによってアーム部６を関節部５を介して可動させるロボット本体２と、モータの出力値を制御するＥＣＵ４と、を備えている。ＥＣＵ４は、アーム部６が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいてモータの出力値を制御する。よって、ロボット装置１では、静止保持状態でモータの出力値を低減する際に、アーム部６が動き出すまで少しずつ該出力値を低減させる必要がなくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボット装置としては、モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、モータの出力値を制御する出力制御部と、を備えたものが知られている。このようなロボット装置においては、例えば特許文献１に記載されているように、可動部が静止保持状態のとき、モータの出力値（以下、単に「出力値」ともいう）が同じ静止保持状態であっても異なる（大小する）場合があることから、可動部が動き出すまで少しずつ出力値を低減させ、消費電力を低減することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０１１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ロボット装置では、前述のように、可動部が実際に動き出すまで出力値が低減されるため、結果的には、静止保持状態が維持されないことになる。また、上記ロボット装置では、動き出しの際の可動部の移動量を小さくしようとすると、出力値の低減量を小さくする必要があることから、出力値の低減に時間がかかってしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、可動部の静止保持状態を維持したまま即座にモータの出力値を低減させることができるロボット装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るロボット装置は、モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、モータの出力値を制御する出力制御部と、を備え、出力制御部は、可動部が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいて出力値を制御することを特徴とする。
【０００７】
このロボット装置では、可動部が静止保持状態のときにおいて、発生している関節出力指標値に基づいて出力値を制御する。よって、静止保持状態でモータの出力値を低減する際に、可動部が動き出すまで少しずつ出力値を低減させる必要がなくなる。よって、可動部の静止保持状態を維持したまま即座に出力値を低減させることができる。
【０００８】
また、出力制御部は、可動部が静止保持状態のとき、関節部に負荷されている負荷力の方向と直前の可動部の可動方向とが不一致である場合に、静止保持状態を維持したまま出力値を低減させることが好ましい。これにより、可動部が静止保持状態のときにて出力値を好適に低減させることができる。これは、関節部の負荷力の方向に逆らう方向に可動部が動いた後に該可動部が静止保持されたときには、関節部の負荷力の方向に沿って可動部が動いた後に該可動部が静止保持されたときに比べ、関節部に作用する摩擦等の影響からモータの出力値が余計に大きくなることが見出されるためである。
【０００９】
このとき、出力制御部は、関節部に設けられた弾性要素の変位方向に基づいて、負荷力の方向を求めることが好ましい。この場合、負荷力の方向を求める際の演算処理（例えば、運動学計算や力学計算）を低減することができる。
【００１０】
また、出力制御部は、ロボット本体における質量特性及びリンクパラメータと、ロボット本体に作用する外力とに少なくとも基づいて、負荷力の方向を求めることが好ましい。この場合、関節部に弾性要素が設けられていなくても、負荷力の方向を求めることができる。
【００１１】
ここで、可動部は、関節部が有する軸回りに回転するよう可動するものであって、負荷力の方向は、関節部の軸回りに発生している負荷トルクの方向である場合がある。
【００１２】
また、出力制御部は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値を算出することが好ましい。この場合、低減可能な出力値を、例えばモータの減速機以外の摩擦要因等をも考慮して算出することができる。
【００１３】
このとき、関節部出力特性は、関節出力指標値と静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値との間の特性である場合がある。
【００１４】
また、出力制御部は、モータの減速機における伝達効率に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値を算出することが好ましい。この場合、低減可能な出力値を、予め試験を行わずに算出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可動部の静止保持状態を維持したまま即座にモータの出力値を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット装置を示すブロック図である。
【図２】図１のロボット装置のロボット本体を示す概略側面図である。
【図３】図２のロボット本体の単関節モデルを示す概略斜視図である。
【図４】図１のロボット装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は可動方向が逆方向の場合における減速機の摩擦特性モデルを示す図であり、（ｂ）は可動方向が順方向の場合における減速機の摩擦特性モデルを示す図である。
【図６】可動方向が逆方向及び順方向の場合における関節出力の特性を示す線図である。
【図７】関節部出力特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るロボット装置を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のロボット装置１は、例えば工業、医療福祉、農業及び安全システム等の種々な分野に適用されるマニュピレータであり、図１に示すように、ロボット本体２、検出部３及びＥＣＵ（出力制御部）４を備えている。
【００１９】
図２は、図１のロボット装置のロボット本体を示す概略側面図である。図２に示すように、ロボット本体２は、複数（少なくとも１つ）の関節部５によりアーム部（可動部）６がリンクされてなるリンク構造とされ、ここでは、７自由度リンク構造とされている。このロボット本体２では、モータ（図３参照）７によってアーム部６が関節部５を介して可動される。
【００２０】
アーム部６の先端には、ハンド部８が設けられている。また、関節部５のうちの一部は、安全かつ安定した作業遂行を行うべく受動柔軟関節とされており、その内部には、軸Ｇ（図３参照）回り回転方向に沿って伸縮する弾性要素が設けられている。弾性要素としては、例えば機械ばね等が用いられている。
【００２１】
図３は、図２のロボット本体の単関節モデルを示す概略斜視図である。図３に示すように、関節部５では、モータ７が減速機９を介してアーム部６に接続されており、軸Ｇ回りに回転するようアーム部６が可動される。ここでの減速機９としては、ハーモニックドライブやウォームギア等の高減速比を有するものが用いられている。
【００２２】
この関節部５における図３に示す一例では、モータ７に電流を供給することで軸Ｇ回りにモータ出力トルクＰが発生し、且つ、アーム部６に作用する自重及び外力を含む力Ｒが発生することによって、負荷トルクＱが発生している。このような負荷トルクＱが関節部５に発生している場合において、以下、負荷トルクＱの軸Ｇ回り回転方向と反対方向にアーム部６を軸Ｇ回りに回転させる可動方向を「逆方向Ａ１」と称し、負荷トルクＱの軸Ｇ回り回転方向に沿ってアーム部６を軸Ｇ回りに回転させる可動方向を「順方向Ａ２」と称することとする。
【００２３】
ちなみに、図３中においては、説明の便宜上、単関節モデルを用いて関節部５を説明したが、関節部５の構成は上記構成に限定されるものでは勿論ない。また、図中では、減速機９がモータ７と別体に構成されているが、減速機９及びモータ７が互いに一体で構成されていてもよい。
【００２４】
図１に戻り、検出部３は、ロボット本体２に関する各種パラメータを検出するセンサであって、ロボット本体２に内臓されている。この検出部３は、出力指標値検出部３１、弾性要素変位検出部３２、外力検出部３３及び可動量検出部３４を含んで構成されている。
【００２５】
出力指標値検出部３１は、関節出力指標値を検出する。関節出力指標値は、関節部５にて発生している出力（関節出力）に関する指標値である。関節出力指標値としては、例えば、モータ７に供給される電流値（供給電流）、モータ出力トルクＰ（関節トルク）等が挙げられる。ここでは、関節出力指標値は、関節部５で発生しているモータ出力トルクＰの値とされている。なお、関節出力指標値は、限定されるものではなく、関節出力に係る指標値であれば、その他の関節出力でもよい。
【００２６】
弾性要素変位検出部３２は、関節部５に設けられた弾性要素の軸Ｇ回り回転方向の変位を検出する。外力検出部３３は、ロボット本体２に作用する外力を検出するものであり、ここでは、アーム部６が作業対象物に対して加える力を検出する力覚センサが用いられている。可動量検出部３４は、アーム部６の可動量を検出するセンサであり、ここでは、関節部５におけるアーム部６の角度θ（いわゆる関節角度θ，図３参照）を可動量として検出する。
【００２７】
ＥＣＵ４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成され、ロボット本体２に搭載されている。このＥＣＵ４は、ロボット本体２を制御対象として該ロボット本体２の動作を制御する。ここでのＥＣＵ４は、目標姿勢設定部４１、静止保持状態判断部４２、負荷トルク方向算出部４３、可動方向算出部４４、モータ出力値低減可否判断部４５及びモータ出力値低減量算出部４６を有しており、モータ７の出力値を少なくとも制御する。モータ７の出力値としては、例えばモータ７に供給される電流値、又はモータ出力トルクＰが挙げられる。
【００２８】
次に、上述したロボット装置１における動作に関し、図４に示すフローチャートを参照しつつ、目標姿勢に対してロボット本体２が制御される場合を例示して説明する。
【００２９】
まず、例えば外部からの入力で目標姿勢設定部４１により目標姿勢が設定され、ロボット本体２が目標姿勢を取るよう目標指令値がモータ７に出力される（Ｓ１）。そして、可動量検出部３４で検出された可動量に基づいて、静止保持状態判断部４２によりアーム部６が静止保持状態（姿勢保持状態）であるかが判断される（Ｓ２）。
【００３０】
具体的には、関節角度θが一定域に収束しているとき、静止保持状態と判断され、未だ収束していないとき、静止保持状態でないと判断される。なお、このとき、出力指標値検出部３１で検出された関節出力指標値（ここでは、モータ出力トルクＰ）が一定域に収束しているか否かがさらに判別されて静止保持状態が判断される場合もある。この場合、モータ７への制御指令値が一定域に収束しているか否かがさらに判別されて静止保持状態が判断されてもよい。
【００３１】
続いて、アーム部６が静止保持状態のとき、関節部５の負荷トルク（負荷力）Ｑの方向（以下、「負荷トルク方向」という）が求められる（Ｓ３）。具体的には、弾性要素変位検出部３２で検出された変位方向がそのまま負荷トルク方向として求められる。
【００３２】
或いは、負荷トルク方向算出部４３により、ロボット本体２における質量特性及びリンクパラメータ、外力検出部３３で検出された外力、及び可動量検出部３４で検出された可動量に基づいて、ロボットの順運動学計算及び静力学計算が適用されて負荷トルク方向が算出される。
【００３３】
続いて、可動方向算出部４４において、可動量検出部３４で検出された可動量に基づき過去履歴（例えば、関節角度θ及び目標指令値等の過去の履歴）が適用され、アーム部６の軸Ｇ回りの可動方向（以下、単に「可動方向」という）が算出される（Ｓ４）。そして、モータ出力値低減可否判断部４５により、負荷トルク方向と可動方向とが不一致であるか否かが判断される（Ｓ５）。
【００３４】
ここで、負荷トルク方向と可動方向とが不一致の場合（つまり、可動方向が、逆方向Ａ１の場合）には、以下に示す理由から、モータ７の出力値を意図的に低減させる制御を行うことができる。
【００３５】
図５は、図１のロボット装置における減速機の摩擦特性モデル（斜面モデル）を示す図である。図５に示すように、減速機９のトルク伝達に関しては、斜面モデルを用いてモデル化することが可能である。図中において、ｔａｎγ＝１／ｕ（ｕ：減速比）である。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、可動方向が逆方向Ａ１の場合、モータ出力トルクＰ１によって動摩擦係数μが負荷トルク方向と逆方向に働くため、斜面５１に対して押し上げる方向ｖ１に物体（関節部）５０が動作する。よって、斜面５１に対しての摩擦力は、方向ｖ１に逆らう方向に働き、力の釣り合いは、斜面水平方向及び斜面鉛直方向のそれぞれにおいて下式（１），（２）で表せる。なお、ここでの動摩擦係数μは、減速機９内の摩擦係数である。
Ｐ１・ｃｏｓγ−Ｑｓｉｎγ＝μ・Ｐｎ …（１）
Ｐ１・ｓｉｎγ＋Ｑｃｏｓγ＝Ｐｎ …（２）
Ｐ１：可動方向が逆方向Ａ１の場合のモータ出力トルク
Ｑ：負荷トルク
Ｐｎ：斜面からの反力
【００３７】
そして、上式（１），（２）に基づき下式（３）が導かれ、この下式（３）がｔａｎρ＝μとして整理されて、下式（４）が求められる。
Ｐ１（ｃｏｓγ−μｓｉｎγ）＝Ｑ（ｓｉｎγ＋μｃｏｓγ） …（３）
Ｐ１＝（ｔａｎγ＋ｔａｎρ）／（１−ｔａｎρｔａｎγ）・Ｑ
＝ｔａｎ（γ＋ρ）Ｑ …（４）
【００３８】
ここで、負荷トルクＱは、減速機９の出力側のものである点に留意すると、減速比ｕ倍する必要があることから、下式（５）が求められる。これにより、可動方向が逆方向Ａ１の場合の一般的な伝達効率である伝達効率η１は、減速比と摩擦係数とを用いて表現できることがわかる。なお、この伝達効率η１は、通常、製品カタログ値と等価なものである。
Ｑ＝ｔａｎγ／ｔａｎ（γ＋ρ）・Ｐ１＝η１Ｐ１
Ｐ１＝Ｑ／η１ …（５）
【００３９】
他方、図５（ｂ）に示すように、可動方向が順方向Ａ２の場合、負荷トルクＱによって物体５０が逆駆動されてモータ出力トルクＰ２とは逆方向に動くため、斜面５１に対して滑っていく方向ｖ２に動作する。よって、力の釣り合いは、斜面水平方向及び斜面鉛直方向のそれぞれにおいて下式（６），（７）で表せる。
Ｐ２・ｃｏｓγ−Ｑｓｉｎγ＝−μ・Ｐｎ …（６）
Ｐ２・ｓｉｎγ＋Ｑｃｏｓγ＝Ｐｎ …（７）
Ｐ２：可動方向が順方向Ａ２の場合のモータ出力トルク
【００４０】
そして、上式（６），（７）に基づき上式（３），（４）と同様にして下式（８）が求められ、この下式（８）の基づき上式（５）と同様にして下式（９）が求められる。この伝達効率η２は、減速機９が増速機として作用する場合（減速機９が低速側の負荷によって逆駆動される場合）の伝達効率である。従って、可動方向が順方向Ａ２の場合、負荷トルクＱよりも小さいモータ出力トルクＰで静止保持できることがわかる。
Ｐ２＝ｔａｎ（γ−ρ）Ｑ …（８）
Ｐ２＝ｔａｎ（γ−ρ）／ｔａｎγ・Ｑ＝η２Ｑ …（９）
【００４１】
上式（５），（９）の結果、図６に示すように、可動方向が逆方向Ａ１の場合と可動方向が順方向Ａ２の場合とでは、モータ出力トルクＰ１，Ｐ２が変化している。つまり、可動方向が逆方向Ａ１の場合で例えば関節角度θａのときには、低減量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）だけ小さくしても、理論上、関節角度θａを保持できるのである。
【００４２】
そこで、本実施形態では、負荷トルク方向と可動方向とが一致する場合（つまり、可動方向が順方向Ａ２の場合：上記Ｓ５でＮｏ）、出力値が低減不能であるとして、そのまま処理が終了される。一方、負荷トルク方向と可動方向とが不一致の場合（つまり、可動方向が逆方向Ａ１の場合：上記Ｓ５でＹｅｓ）、出力値が低減可能であるとして、モータ出力値低減量算出部４６により、出力指標値検出部３１で検出された関節出力指標値に基づき該出力値の低減量が算出される（Ｓ６）。
【００４３】
具体的には、減速機９における伝達効率に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値である出力値低減量が算出される。より具体的には、上式（５），（９）から得られた下式（１０）にモータ出力トルクＰ１が適用されて低減量ΔＰが求められ、この低減量ΔＰに対応する出力値が出力値低減量として算出される。
ΔＰ＝（１−η１η２）Ｐ１ …（１０）
【００４４】
ここで、伝達効率η１，η２は、モータ７の回転数、潤滑剤温度、及び減速機９以外の摩擦要因等で変動する。そこで、次のようにして出力値低減量が算出される場合もある。
【００４５】
すなわち、まず、任意の外力条件下における各関節部５それぞれについて、関節部出力特性が予め実測されてデータベース化され、ＥＣＵ４に記憶される。関節部出力特性は、図７に例示するように、可動方向が逆方向Ａ１の場合の関節出力と、同じ条件で可動方向が順方向Ａ２の場合の関節出力との差分（ΔＰに相当）に関する特性である。
【００４６】
この関節部出力特性は、可動量に依存しないものであり、例えば図６に示す特性に基づいて変換され算出されている。具体的には、各関節部５毎に、可動方向が逆方向Ａ１及び順方向Ａ２の場合のそれぞれにて、関節部５を静的に動作させた際のモータ出力トルクＰが実測され、関節出力の特性（図６参照）が求められる。そして、求められた関節出力の特性に基づいて、関節部出力特性（図７参照）が得られる。
【００４７】
この実測の際には、負荷や関節角度θの条件は任意であるが、その関節部５に作用されることが想定される最小負荷から最大負荷までを実測範囲に含む実測条件とすることが好ましい（後述の近似式を用いる場合には、この限りではない）。また、モータ出力トルクＰ１，Ｐ２を同条件とする前提において、負荷条件等が互いに異なる複数の実測条件でかかる実測を複数回行って、関節出力の特性を求めてもよい。
【００４８】
その結果、関節出力指標値として検出されたモータ出力トルクＰ１に近似式Ｆに適用され、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値としての出力値低減量が算出されることとなる。
【００４９】
なお、近似式Ｆは、線図上において実測値５５の下側に沿うように位置し且つ複数の直線が連続されてなるような近似直線とされている。また、近似式Ｆは、原点付近で近似式作成誤差や検出誤差の悪影響が大きいため、原点を通らないようになっている。ちなみに、近似式Ｆは、１つの直線で構成されてもよいし、２次曲線で構成されてもよい。また、原点付近に不感帯を設けてもよい。ちなみに、出力値低減量の算出方法は、限定されるものではなく、近似式Ｆを用いる方法でなくても、関節部出力特性の実測値５５を下回るような出力値低減量を算出可能な方法であればよい。
【００５０】
そして最後に、算出された出力値低減量に対応する出力低減指令値がモータ７に出力され、モータ７の出力値が出力値低減量だけ低減されるよう制御される（Ｓ７）。
【００５１】
以上、本実施形態では、アーム部６が静止保持状態であることが判断され、静止保持状態である場合、直前の可動方向が負荷トルク方向に対して逆方向Ａ１／順方向Ａ２のどちらかであるかが判断される。そして、逆方向Ａ１であった場合、そのときに発生している出力指標値から、静止姿勢状態のままで低減可能な出力値である出力値低減量が算出され、モータ７の出力値が低減される制御が行われる。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、上述したように、アーム部６が静止保持状態のときにおいて、発生している出力指標値に基づき出力値が制御されることから、従来技術のようにアーム部６が動き出すまで徐々に出力値を低下させる処理を行うことが不要になる。よって、一度静止保持した姿勢からアーム部６を不必要に動かすことなく即座に出力値の低減処理を行うことが可能となる。その結果、例えば、静止保持状態において出力値が低減可能であると判断された場合、例えば静止保持状態の待機又は静止保持状態で行う作業を、常に少ない出力値で行うことができる。
【００５３】
従って、ロボット装置１の省電力化、及びバッテリの小型化や可動時間の長時間化を実現することができる。また、モータ７の容量はモータ出力トルクＰ×時間であることから、同じタスク内容を実行する場合でも、モータ７をより小型化することができる。さらに、モータ７や制御基板の発熱を抑制することができ、ひいては、電気部品の長寿命化が可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、上述したように、静止保持状態のときに負荷トルク方向と直前の可動方向とが不一致である場合、関節部５に作用する摩擦等の影響（上記減速機９の摩擦特性の影響）でモータ７の出力値が余計に大きくなることから、静止保持状態が維持されたまま出力値が低減されている。よって、静止保持状態における好適な省電力制御を実現することができる。さらには、関節部５に自重以外の影響による負荷トルクＱが作用している場合でも、出力値が低減可能か否かを精度よく判断することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、上述したように、関節部５に設けられた弾性要素の変位方向に基づき負荷トルク方向が求められることから、負荷トルク方向を求める際の演算処理を低減することができる。通常、自由度が多くなればなる程に計算量が増加するため、自由度が多い本実施形態のロボット装置１では、演算処理を低減するという上記効果は特に効果的なものである。また、負荷トルク方向を求めるに際して、自重以外の外力の影響を考慮することも不要となる。
【００５６】
さらに、関節部５として、受動柔軟関節を用いその内部の機械ばねを弾性要素として利用していることから、別途に弾性要素を追加搭載することも不要にできる。なお、関節部５として、受動柔軟関節を用いない場合もあり、この場合、ばね、ひずみゲージ又は感圧センサ等が負荷トルク方向に沿って変位するよう関節部５に設けられる。
【００５７】
また、本実施形態では、上述したように、ロボット本体２における質量特性、リンクパラメータ、及び外力検出部３３で検出された外力に少なくとも基づいて、負荷トルク方向を求めることも可能となっている。よって、関節部５に弾性要素が設けられていない場合でも、負荷トルク方向を求めることができる。その結果、関節部５に弾性要素を搭載しないロボット装置１にも本実施形態を適用可能となる。
【００５８】
また、本実施形態では、上述したように、予め記憶された関節部出力特性に基づいて出力値低減量が算出されているため、環境や使用状況等の要因による減速機９の伝達効率変動を考慮して出力値低減量を算出できるだけでなく、減速機９以外の摩擦要因をも考慮して出力値低減量を算出できる。
【００５９】
さらに、この関節部出力特性にあっては、関節部５自体の特性に関するものであることから、負荷トルクＱが変化しても（タスク内容が変わっても）、同じデータベースをそのまま適用させて出力値低減量を算出することができる。つまり、負荷トルクＱが変化した場合、かかる変化の都度に最低出力値を記憶するための事前試験をやり直す必要もない。そのため、本実施形態は、負荷トルクＱが毎回変化するようなロボット装置（例えば、福祉又は介護を行うロボット装置、及び家庭内用ロボット装置等）に適用される場合に特に有用なものである。
【００６０】
なお、上記のように、関節部出力特性における近似式Ｆは、線図上において実測値５５の下側に沿うように位置しており、出力値低減量が低めに（安全余裕を有して）算出されることになる。これにより、検出誤差等によって静止保持状態が容易に解除されるのを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、上述したように、モータ７の減速機９における伝達効率に基づいて出力値低減量を算出することもできるため、事前試験を行わずに出力値低減量を算出することができる。
【００６２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るロボット装置は、実施形態に係る上記ロボット装置１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６３】
例えば、上記実施形態の関節部５は、軸Ｇ回りにアーム部６が回転するよう構成された回転式のものであるが、関節部は、レールを有しこのレールに沿ってアーム部が往復運動するよう構成されたスライド式のものであってもよい。この場合、負荷力の方向は、関節部のレールに沿った方向となる。
【００６４】
また、上記実施形態の上記Ｓ３では、負荷トルク方向が、弾性要素の変位方向から求められ、又は、ロボットの順運動学計算及び静力学計算が適用されて算出されているが、本発明は、これらの何れか一方のみによって負荷トルク方向が求められる構成とされていてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態の上記Ｓ６では、出力値低減量が、減速機９における伝達効率に基づいて算出され、又は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて算出されているが、本発明は、これらの何れか一方のみによって出力値低減量が求められる構成とされてもよい。
【００６６】
また、上記モータ７としては、種々のものを適用することができ、電磁力により回転力を生み出すものだけでなく、リニアモータや超音波モータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…ロボット装置、２ロボット本体、４…ＥＣＵ（出力制御部）、５…関節部、６…アーム部（可動部）、７…モータ、９…減速機、Ｇ…軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロボット装置としては、モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、モータの出力値を制御する出力制御部と、を備えたものが知られている。このようなロボット装置においては、例えば特許文献１に記載されているように、可動部が静止保持状態のとき、モータの出力値（以下、単に「出力値」ともいう）が同じ静止保持状態であっても異なる（大小する）場合があることから、可動部が動き出すまで少しずつ出力値を低減させ、消費電力を低減することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０１１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ロボット装置では、前述のように、可動部が実際に動き出すまで出力値が低減されるため、結果的には、静止保持状態が維持されないことになる。また、上記ロボット装置では、動き出しの際の可動部の移動量を小さくしようとすると、出力値の低減量を小さくする必要があることから、出力値の低減に時間がかかってしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、可動部の静止保持状態を維持したまま即座にモータの出力値を低減させることができるロボット装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るロボット装置は、モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、モータの出力値を制御する出力制御部と、を備え、出力制御部は、可動部が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいて出力値を制御することを特徴とする。
【０００７】
このロボット装置では、可動部が静止保持状態のときにおいて、発生している関節出力指標値に基づいて出力値を制御する。よって、静止保持状態でモータの出力値を低減する際に、可動部が動き出すまで少しずつ出力値を低減させる必要がなくなる。よって、可動部の静止保持状態を維持したまま即座に出力値を低減させることができる。
【０００８】
また、出力制御部は、可動部が静止保持状態のとき、関節部に負荷されている負荷力の方向と直前の可動部の可動方向とが不一致である場合に、静止保持状態を維持したまま出力値を低減させることが好ましい。これにより、可動部が静止保持状態のときにて出力値を好適に低減させることができる。これは、関節部の負荷力の方向に逆らう方向に可動部が動いた後に該可動部が静止保持されたときには、関節部の負荷力の方向に沿って可動部が動いた後に該可動部が静止保持されたときに比べ、関節部に作用する摩擦等の影響からモータの出力値が余計に大きくなることが見出されるためである。
【０００９】
このとき、出力制御部は、関節部に設けられた弾性要素の変位方向に基づいて、負荷力の方向を求めることが好ましい。この場合、負荷力の方向を求める際の演算処理（例えば、運動学計算や力学計算）を低減することができる。
【００１０】
また、出力制御部は、ロボット本体における質量特性及びリンクパラメータと、ロボット本体に作用する外力とに少なくとも基づいて、負荷力の方向を求めることが好ましい。この場合、関節部に弾性要素が設けられていなくても、負荷力の方向を求めることができる。
【００１１】
ここで、可動部は、関節部が有する軸回りに回転するよう可動するものであって、負荷力の方向は、関節部の軸回りに発生している負荷トルクの方向である場合がある。
【００１２】
また、出力制御部は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値を算出することが好ましい。この場合、低減可能な出力値を、例えばモータの減速機以外の摩擦要因等をも考慮して算出することができる。
【００１３】
このとき、関節部出力特性は、関節出力指標値と静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値との間の特性である場合がある。
【００１４】
また、出力制御部は、モータの減速機における伝達効率に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値を算出することが好ましい。この場合、低減可能な出力値を、予め試験を行わずに算出することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可動部の静止保持状態を維持したまま即座にモータの出力値を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット装置を示すブロック図である。
【図２】図１のロボット装置のロボット本体を示す概略側面図である。
【図３】図２のロボット本体の単関節モデルを示す概略斜視図である。
【図４】図１のロボット装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は可動方向が逆方向の場合における減速機の摩擦特性モデルを示す図であり、（ｂ）は可動方向が順方向の場合における減速機の摩擦特性モデルを示す図である。
【図６】可動方向が逆方向及び順方向の場合における関節出力の特性を示す線図である。
【図７】関節部出力特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るロボット装置を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のロボット装置１は、例えば工業、医療福祉、農業及び安全システム等の種々な分野に適用されるマニュピレータであり、図１に示すように、ロボット本体２、検出部３及びＥＣＵ（出力制御部）４を備えている。
【００１９】
図２は、図１のロボット装置のロボット本体を示す概略側面図である。図２に示すように、ロボット本体２は、複数（少なくとも１つ）の関節部５によりアーム部（可動部）６がリンクされてなるリンク構造とされ、ここでは、７自由度リンク構造とされている。このロボット本体２では、モータ（図３参照）７によってアーム部６が関節部５を介して可動される。
【００２０】
アーム部６の先端には、ハンド部８が設けられている。また、関節部５のうちの一部は、安全かつ安定した作業遂行を行うべく受動柔軟関節とされており、その内部には、軸Ｇ（図３参照）回り回転方向に沿って伸縮する弾性要素が設けられている。弾性要素としては、例えば機械ばね等が用いられている。
【００２１】
図３は、図２のロボット本体の単関節モデルを示す概略斜視図である。図３に示すように、関節部５では、モータ７が減速機９を介してアーム部６に接続されており、軸Ｇ回りに回転するようアーム部６が可動される。ここでの減速機９としては、ハーモニックドライブやウォームギア等の高減速比を有するものが用いられている。
【００２２】
この関節部５における図３に示す一例では、モータ７に電流を供給することで軸Ｇ回りにモータ出力トルクＰが発生し、且つ、アーム部６に作用する自重及び外力を含む力Ｒが発生することによって、負荷トルクＱが発生している。このような負荷トルクＱが関節部５に発生している場合において、以下、負荷トルクＱの軸Ｇ回り回転方向と反対方向にアーム部６を軸Ｇ回りに回転させる可動方向を「逆方向Ａ１」と称し、負荷トルクＱの軸Ｇ回り回転方向に沿ってアーム部６を軸Ｇ回りに回転させる可動方向を「順方向Ａ２」と称することとする。
【００２３】
ちなみに、図３中においては、説明の便宜上、単関節モデルを用いて関節部５を説明したが、関節部５の構成は上記構成に限定されるものでは勿論ない。また、図中では、減速機９がモータ７と別体に構成されているが、減速機９及びモータ７が互いに一体で構成されていてもよい。
【００２４】
図１に戻り、検出部３は、ロボット本体２に関する各種パラメータを検出するセンサであって、ロボット本体２に内臓されている。この検出部３は、出力指標値検出部３１、弾性要素変位検出部３２、外力検出部３３及び可動量検出部３４を含んで構成されている。
【００２５】
出力指標値検出部３１は、関節出力指標値を検出する。関節出力指標値は、関節部５にて発生している出力（関節出力）に関する指標値である。関節出力指標値としては、例えば、モータ７に供給される電流値（供給電流）、モータ出力トルクＰ（関節トルク）等が挙げられる。ここでは、関節出力指標値は、関節部５で発生しているモータ出力トルクＰの値とされている。なお、関節出力指標値は、限定されるものではなく、関節出力に係る指標値であれば、その他の関節出力でもよい。
【００２６】
弾性要素変位検出部３２は、関節部５に設けられた弾性要素の軸Ｇ回り回転方向の変位を検出する。外力検出部３３は、ロボット本体２に作用する外力を検出するものであり、ここでは、アーム部６が作業対象物に対して加える力を検出する力覚センサが用いられている。可動量検出部３４は、アーム部６の可動量を検出するセンサであり、ここでは、関節部５におけるアーム部６の角度θ（いわゆる関節角度θ，図３参照）を可動量として検出する。
【００２７】
ＥＣＵ４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成され、ロボット本体２に搭載されている。このＥＣＵ４は、ロボット本体２を制御対象として該ロボット本体２の動作を制御する。ここでのＥＣＵ４は、目標姿勢設定部４１、静止保持状態判断部４２、負荷トルク方向算出部４３、可動方向算出部４４、モータ出力値低減可否判断部４５及びモータ出力値低減量算出部４６を有しており、モータ７の出力値を少なくとも制御する。モータ７の出力値としては、例えばモータ７に供給される電流値、又はモータ出力トルクＰが挙げられる。
【００２８】
次に、上述したロボット装置１における動作に関し、図４に示すフローチャートを参照しつつ、目標姿勢に対してロボット本体２が制御される場合を例示して説明する。
【００２９】
まず、例えば外部からの入力で目標姿勢設定部４１により目標姿勢が設定され、ロボット本体２が目標姿勢を取るよう目標指令値がモータ７に出力される（Ｓ１）。そして、可動量検出部３４で検出された可動量に基づいて、静止保持状態判断部４２によりアーム部６が静止保持状態（姿勢保持状態）であるかが判断される（Ｓ２）。
【００３０】
具体的には、関節角度θが一定域に収束しているとき、静止保持状態と判断され、未だ収束していないとき、静止保持状態でないと判断される。なお、このとき、出力指標値検出部３１で検出された関節出力指標値（ここでは、モータ出力トルクＰ）が一定域に収束しているか否かがさらに判別されて静止保持状態が判断される場合もある。この場合、モータ７への制御指令値が一定域に収束しているか否かがさらに判別されて静止保持状態が判断されてもよい。
【００３１】
続いて、アーム部６が静止保持状態のとき、関節部５の負荷トルク（負荷力）Ｑの方向（以下、「負荷トルク方向」という）が求められる（Ｓ３）。具体的には、弾性要素変位検出部３２で検出された変位方向がそのまま負荷トルク方向として求められる。
【００３２】
或いは、負荷トルク方向算出部４３により、ロボット本体２における質量特性及びリンクパラメータ、外力検出部３３で検出された外力、及び可動量検出部３４で検出された可動量に基づいて、ロボットの順運動学計算及び静力学計算が適用されて負荷トルク方向が算出される。
【００３３】
続いて、可動方向算出部４４において、可動量検出部３４で検出された可動量に基づき過去履歴（例えば、関節角度θ及び目標指令値等の過去の履歴）が適用され、アーム部６の軸Ｇ回りの可動方向（以下、単に「可動方向」という）が算出される（Ｓ４）。そして、モータ出力値低減可否判断部４５により、負荷トルク方向と可動方向とが不一致であるか否かが判断される（Ｓ５）。
【００３４】
ここで、負荷トルク方向と可動方向とが不一致の場合（つまり、可動方向が、逆方向Ａ１の場合）には、以下に示す理由から、モータ７の出力値を意図的に低減させる制御を行うことができる。
【００３５】
図５は、図１のロボット装置における減速機の摩擦特性モデル（斜面モデル）を示す図である。図５に示すように、減速機９のトルク伝達に関しては、斜面モデルを用いてモデル化することが可能である。図中において、ｔａｎγ＝１／ｕ（ｕ：減速比）である。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、可動方向が逆方向Ａ１の場合、モータ出力トルクＰ１によって動摩擦係数μが負荷トルク方向と逆方向に働くため、斜面５１に対して押し上げる方向ｖ１に物体（関節部）５０が動作する。よって、斜面５１に対しての摩擦力は、方向ｖ１に逆らう方向に働き、力の釣り合いは、斜面水平方向及び斜面鉛直方向のそれぞれにおいて下式（１），（２）で表せる。なお、ここでの動摩擦係数μは、減速機９内の摩擦係数である。
Ｐ１・ｃｏｓγ−Ｑｓｉｎγ＝μ・Ｐｎ …（１）
Ｐ１・ｓｉｎγ＋Ｑｃｏｓγ＝Ｐｎ …（２）
Ｐ１：可動方向が逆方向Ａ１の場合のモータ出力トルク
Ｑ：負荷トルク
Ｐｎ：斜面からの反力
【００３７】
そして、上式（１），（２）に基づき下式（３）が導かれ、この下式（３）がｔａｎρ＝μとして整理されて、下式（４）が求められる。
Ｐ１（ｃｏｓγ−μｓｉｎγ）＝Ｑ（ｓｉｎγ＋μｃｏｓγ） …（３）
Ｐ１＝（ｔａｎγ＋ｔａｎρ）／（１−ｔａｎρｔａｎγ）・Ｑ
＝ｔａｎ（γ＋ρ）Ｑ …（４）
【００３８】
ここで、負荷トルクＱは、減速機９の出力側のものである点に留意すると、減速比ｕ倍する必要があることから、下式（５）が求められる。これにより、可動方向が逆方向Ａ１の場合の一般的な伝達効率である伝達効率η１は、減速比と摩擦係数とを用いて表現できることがわかる。なお、この伝達効率η１は、通常、製品カタログ値と等価なものである。
Ｑ＝ｔａｎγ／ｔａｎ（γ＋ρ）・Ｐ１＝η１Ｐ１
Ｐ１＝Ｑ／η１ …（５）
【００３９】
他方、図５（ｂ）に示すように、可動方向が順方向Ａ２の場合、負荷トルクＱによって物体５０が逆駆動されてモータ出力トルクＰ２とは逆方向に動くため、斜面５１に対して滑っていく方向ｖ２に動作する。よって、力の釣り合いは、斜面水平方向及び斜面鉛直方向のそれぞれにおいて下式（６），（７）で表せる。
Ｐ２・ｃｏｓγ−Ｑｓｉｎγ＝−μ・Ｐｎ …（６）
Ｐ２・ｓｉｎγ＋Ｑｃｏｓγ＝Ｐｎ …（７）
Ｐ２：可動方向が順方向Ａ２の場合のモータ出力トルク
【００４０】
そして、上式（６），（７）に基づき上式（３），（４）と同様にして下式（８）が求められ、この下式（８）の基づき上式（５）と同様にして下式（９）が求められる。この伝達効率η２は、減速機９が増速機として作用する場合（減速機９が低速側の負荷によって逆駆動される場合）の伝達効率である。従って、可動方向が順方向Ａ２の場合、負荷トルクＱよりも小さいモータ出力トルクＰで静止保持できることがわかる。
Ｐ２＝ｔａｎ（γ−ρ）Ｑ …（８）
Ｐ２＝ｔａｎ（γ−ρ）／ｔａｎγ・Ｑ＝η２Ｑ …（９）
【００４１】
上式（５），（９）の結果、図６に示すように、可動方向が逆方向Ａ１の場合と可動方向が順方向Ａ２の場合とでは、モータ出力トルクＰ１，Ｐ２が変化している。つまり、可動方向が逆方向Ａ１の場合で例えば関節角度θａのときには、低減量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）だけ小さくしても、理論上、関節角度θａを保持できるのである。
【００４２】
そこで、本実施形態では、負荷トルク方向と可動方向とが一致する場合（つまり、可動方向が順方向Ａ２の場合：上記Ｓ５でＮｏ）、出力値が低減不能であるとして、そのまま処理が終了される。一方、負荷トルク方向と可動方向とが不一致の場合（つまり、可動方向が逆方向Ａ１の場合：上記Ｓ５でＹｅｓ）、出力値が低減可能であるとして、モータ出力値低減量算出部４６により、出力指標値検出部３１で検出された関節出力指標値に基づき該出力値の低減量が算出される（Ｓ６）。
【００４３】
具体的には、減速機９における伝達効率に基づいて、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値である出力値低減量が算出される。より具体的には、上式（５），（９）から得られた下式（１０）にモータ出力トルクＰ１が適用されて低減量ΔＰが求められ、この低減量ΔＰに対応する出力値が出力値低減量として算出される。
ΔＰ＝（１−η１η２）Ｐ１ …（１０）
【００４４】
ここで、伝達効率η１，η２は、モータ７の回転数、潤滑剤温度、及び減速機９以外の摩擦要因等で変動する。そこで、次のようにして出力値低減量が算出される場合もある。
【００４５】
すなわち、まず、任意の外力条件下における各関節部５それぞれについて、関節部出力特性が予め実測されてデータベース化され、ＥＣＵ４に記憶される。関節部出力特性は、図７に例示するように、可動方向が逆方向Ａ１の場合の関節出力と、同じ条件で可動方向が順方向Ａ２の場合の関節出力との差分（ΔＰに相当）に関する特性である。
【００４６】
この関節部出力特性は、可動量に依存しないものであり、例えば図６に示す特性に基づいて変換され算出されている。具体的には、各関節部５毎に、可動方向が逆方向Ａ１及び順方向Ａ２の場合のそれぞれにて、関節部５を静的に動作させた際のモータ出力トルクＰが実測され、関節出力の特性（図６参照）が求められる。そして、求められた関節出力の特性に基づいて、関節部出力特性（図７参照）が得られる。
【００４７】
この実測の際には、負荷や関節角度θの条件は任意であるが、その関節部５に作用されることが想定される最小負荷から最大負荷までを実測範囲に含む実測条件とすることが好ましい（後述の近似式を用いる場合には、この限りではない）。また、モータ出力トルクＰ１，Ｐ２を同条件とする前提において、負荷条件等が互いに異なる複数の実測条件でかかる実測を複数回行って、関節出力の特性を求めてもよい。
【００４８】
その結果、関節出力指標値として検出されたモータ出力トルクＰ１に近似式Ｆに適用され、静止保持状態を維持したまま低減可能な出力値としての出力値低減量が算出されることとなる。
【００４９】
なお、近似式Ｆは、線図上において実測値５５の下側に沿うように位置し且つ複数の直線が連続されてなるような近似直線とされている。また、近似式Ｆは、原点付近で近似式作成誤差や検出誤差の悪影響が大きいため、原点を通らないようになっている。ちなみに、近似式Ｆは、１つの直線で構成されてもよいし、２次曲線で構成されてもよい。また、原点付近に不感帯を設けてもよい。ちなみに、出力値低減量の算出方法は、限定されるものではなく、近似式Ｆを用いる方法でなくても、関節部出力特性の実測値５５を下回るような出力値低減量を算出可能な方法であればよい。
【００５０】
そして最後に、算出された出力値低減量に対応する出力低減指令値がモータ７に出力され、モータ７の出力値が出力値低減量だけ低減されるよう制御される（Ｓ７）。
【００５１】
以上、本実施形態では、アーム部６が静止保持状態であることが判断され、静止保持状態である場合、直前の可動方向が負荷トルク方向に対して逆方向Ａ１／順方向Ａ２のどちらかであるかが判断される。そして、逆方向Ａ１であった場合、そのときに発生している出力指標値から、静止姿勢状態のままで低減可能な出力値である出力値低減量が算出され、モータ７の出力値が低減される制御が行われる。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、上述したように、アーム部６が静止保持状態のときにおいて、発生している出力指標値に基づき出力値が制御されることから、従来技術のようにアーム部６が動き出すまで徐々に出力値を低下させる処理を行うことが不要になる。よって、一度静止保持した姿勢からアーム部６を不必要に動かすことなく即座に出力値の低減処理を行うことが可能となる。その結果、例えば、静止保持状態において出力値が低減可能であると判断された場合、例えば静止保持状態の待機又は静止保持状態で行う作業を、常に少ない出力値で行うことができる。
【００５３】
従って、ロボット装置１の省電力化、及びバッテリの小型化や可動時間の長時間化を実現することができる。また、モータ７の容量はモータ出力トルクＰ×時間であることから、同じタスク内容を実行する場合でも、モータ７をより小型化することができる。さらに、モータ７や制御基板の発熱を抑制することができ、ひいては、電気部品の長寿命化が可能となる。
【００５４】
また、本実施形態では、上述したように、静止保持状態のときに負荷トルク方向と直前の可動方向とが不一致である場合、関節部５に作用する摩擦等の影響（上記減速機９の摩擦特性の影響）でモータ７の出力値が余計に大きくなることから、静止保持状態が維持されたまま出力値が低減されている。よって、静止保持状態における好適な省電力制御を実現することができる。さらには、関節部５に自重以外の影響による負荷トルクＱが作用している場合でも、出力値が低減可能か否かを精度よく判断することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、上述したように、関節部５に設けられた弾性要素の変位方向に基づき負荷トルク方向が求められることから、負荷トルク方向を求める際の演算処理を低減することができる。通常、自由度が多くなればなる程に計算量が増加するため、自由度が多い本実施形態のロボット装置１では、演算処理を低減するという上記効果は特に効果的なものである。また、負荷トルク方向を求めるに際して、自重以外の外力の影響を考慮することも不要となる。
【００５６】
さらに、関節部５として、受動柔軟関節を用いその内部の機械ばねを弾性要素として利用していることから、別途に弾性要素を追加搭載することも不要にできる。なお、関節部５として、受動柔軟関節を用いない場合もあり、この場合、ばね、ひずみゲージ又は感圧センサ等が負荷トルク方向に沿って変位するよう関節部５に設けられる。
【００５７】
また、本実施形態では、上述したように、ロボット本体２における質量特性、リンクパラメータ、及び外力検出部３３で検出された外力に少なくとも基づいて、負荷トルク方向を求めることも可能となっている。よって、関節部５に弾性要素が設けられていない場合でも、負荷トルク方向を求めることができる。その結果、関節部５に弾性要素を搭載しないロボット装置１にも本実施形態を適用可能となる。
【００５８】
また、本実施形態では、上述したように、予め記憶された関節部出力特性に基づいて出力値低減量が算出されているため、環境や使用状況等の要因による減速機９の伝達効率変動を考慮して出力値低減量を算出できるだけでなく、減速機９以外の摩擦要因をも考慮して出力値低減量を算出できる。
【００５９】
さらに、この関節部出力特性にあっては、関節部５自体の特性に関するものであることから、負荷トルクＱが変化しても（タスク内容が変わっても）、同じデータベースをそのまま適用させて出力値低減量を算出することができる。つまり、負荷トルクＱが変化した場合、かかる変化の都度に最低出力値を記憶するための事前試験をやり直す必要もない。そのため、本実施形態は、負荷トルクＱが毎回変化するようなロボット装置（例えば、福祉又は介護を行うロボット装置、及び家庭内用ロボット装置等）に適用される場合に特に有用なものである。
【００６０】
なお、上記のように、関節部出力特性における近似式Ｆは、線図上において実測値５５の下側に沿うように位置しており、出力値低減量が低めに（安全余裕を有して）算出されることになる。これにより、検出誤差等によって静止保持状態が容易に解除されるのを防止することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、上述したように、モータ７の減速機９における伝達効率に基づいて出力値低減量を算出することもできるため、事前試験を行わずに出力値低減量を算出することができる。
【００６２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係るロボット装置は、実施形態に係る上記ロボット装置１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６３】
例えば、上記実施形態の関節部５は、軸Ｇ回りにアーム部６が回転するよう構成された回転式のものであるが、関節部は、レールを有しこのレールに沿ってアーム部が往復運動するよう構成されたスライド式のものであってもよい。この場合、負荷力の方向は、関節部のレールに沿った方向となる。
【００６４】
また、上記実施形態の上記Ｓ３では、負荷トルク方向が、弾性要素の変位方向から求められ、又は、ロボットの順運動学計算及び静力学計算が適用されて算出されているが、本発明は、これらの何れか一方のみによって負荷トルク方向が求められる構成とされていてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態の上記Ｓ６では、出力値低減量が、減速機９における伝達効率に基づいて算出され、又は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて算出されているが、本発明は、これらの何れか一方のみによって出力値低減量が求められる構成とされてもよい。
【００６６】
また、上記モータ７としては、種々のものを適用することができ、電磁力により回転力を生み出すものだけでなく、リニアモータや超音波モータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…ロボット装置、２ロボット本体、４…ＥＣＵ（出力制御部）、５…関節部、６…アーム部（可動部）、７…モータ、９…減速機、Ｇ…軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、
前記モータの出力値を制御する出力制御部と、を備え、
前記出力制御部は、前記可動部が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいて前記出力値を制御することを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記出力制御部は、前記可動部が静止保持状態のとき、前記関節部に負荷されている負荷力の方向と直前の前記可動部の可動方向とが不一致である場合に、前記静止保持状態を維持したまま前記出力値を低減させることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】
前記出力制御部は、前記関節部に設けられた弾性要素の変位方向に基づいて、前記負荷力の方向を求めることを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記ロボット本体における質量特性及びリンクパラメータと、前記ロボット本体に作用する外力とに少なくとも基づいて、前記負荷力の方向を求めることを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
【請求項５】
前記可動部は、前記関節部が有する軸回りに回転するよう可動するものであって、
前記負荷力の方向は、前記関節部の前記軸回りに発生している負荷トルクの方向であることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載のロボット装置。
【請求項６】
前記出力制御部は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて、前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のロボット装置。
【請求項７】
前記関節部出力特性は、前記関節出力指標値と前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値との間の特性であることを特徴とする請求項６記載のロボット装置。
【請求項８】
前記出力制御部は、前記モータの減速機における伝達効率に基づいて、前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のロボット装置。
【請求項１】
モータによって可動部を関節部を介して可動させるロボット本体と、
前記モータの出力値を制御する出力制御部と、を備え、
前記出力制御部は、前記可動部が静止保持状態のとき、発生している関節出力指標値に基づいて前記出力値を制御することを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記出力制御部は、前記可動部が静止保持状態のとき、前記関節部に負荷されている負荷力の方向と直前の前記可動部の可動方向とが不一致である場合に、前記静止保持状態を維持したまま前記出力値を低減させることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
【請求項３】
前記出力制御部は、前記関節部に設けられた弾性要素の変位方向に基づいて、前記負荷力の方向を求めることを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記ロボット本体における質量特性及びリンクパラメータと、前記ロボット本体に作用する外力とに少なくとも基づいて、前記負荷力の方向を求めることを特徴とする請求項２記載のロボット装置。
【請求項５】
前記可動部は、前記関節部が有する軸回りに回転するよう可動するものであって、
前記負荷力の方向は、前記関節部の前記軸回りに発生している負荷トルクの方向であることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載のロボット装置。
【請求項６】
前記出力制御部は、予め記憶された関節部出力特性に基づいて、前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のロボット装置。
【請求項７】
前記関節部出力特性は、前記関節出力指標値と前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値との間の特性であることを特徴とする請求項６記載のロボット装置。
【請求項８】
前記出力制御部は、前記モータの減速機における伝達効率に基づいて、前記静止保持状態を維持したまま低減可能な前記出力値を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のロボット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０３６７（Ｐ２０１２−２０３６７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９６８１（Ｐ２０１０−１５９６８１）
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
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