(57)【要約】【課題】電源投入直後における力センサーの温度ドリフトに伴ってロボットの動作が不安定になるのを抑制可能なロボットシステムおよび制御装置、ならびにロボットの制御方法を提供すること。【解決手段】人と協働して動作するロボットと、前記ロボットに設けられ、力を検出する力センサーと、前記力センサーからの出力に基づいて、前記ロボットの動作を減速または停止させる制御部と、前記力センサーの温度を検出する第１温度センサーと、前記第１温度センサーからの出力が第１目標値になるまで前記ロボットに暖機運転を行わせる実行部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人と協働して動作するロボットと、
前記ロボットに設けられ、力を検出する力センサーと、
前記力センサーからの出力に基づいて、前記ロボットの動作を減速または停止させる制御部と、
前記力センサーの温度を検出する第１温度センサーと、
前記第１温度センサーからの出力が第１目標値になるまで前記ロボットに暖機運転を行わせる実行部と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
外気温を検出する第２温度センサーを備え、
前記実行部は、前記第１温度センサーからの出力および前記第２温度センサーからの出力に基づいて、前記暖機運転を行わせる請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記第１温度センサーからの出力は、前記力センサーの温度の検出値である請求項１または２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記第１温度センサーからの出力は、前記力センサーの温度における単位時間当たりの変化量である請求項１または２に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ロボットは、アームを有し、
前記制御部は、前記アームの駆動を制御する制御モードとして、前記アームの最高速度が第１速度である第１モードと、前記最高速度が前記第１速度よりも遅い第２モードと、を有し、
前記実行部は、前記暖機運転の間、前記制御部に前記第２モードを選択させる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記力センサーは、筐体と、前記筐体の内部に設けられている力検出部と、を有し、
前記第１温度センサーは、前記筐体の内部に設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記ロボットは、基台と、前記基台に接続されているアームと、を有し、
前記実行部および前記制御部は、前記基台の内部に配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記実行部は、前記第１温度センサーからの出力に基づいて、前記暖機運転の運転時間を計算し、
前記運転時間を表示する表示部を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項９】
人と協働して動作するロボットを制御する制御装置であって、
前記ロボットに設けられた、力を検出する力センサーからの出力に基づいて、前記ロボットの動作を減速または停止させる制御部と、
前記力センサーの温度を検出する第１温度センサーからの出力が第１目標値になるまで前記ロボットに暖機運転を行わせる実行部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
人と協働して動作するロボットを制御する制御方法であって、
前記ロボットに設けられた、力を検出する力センサーの温度を第１温度センサーにより検出する工程と、
前記第１温度センサーからの出力が第１目標値になるまで前記ロボットに暖機運転を行わせる工程と、
を有することを特徴とするロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステム、制御装置およびロボットの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人協働ロボットは、人と同じ作業空間を共有し、人と協調して作業を行うロボットである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、床部上に固定され、人と協働作業を行う協働ロボットが開示されている。この協働ロボットは、床部上に固定された固定プレートと、固定プレート上に設けられた力センサーと、を介して固定されている。力センサーは、ロボットに作用する外力、例えば人がロボットと接触したときの力を検出する装置である。このような力センサー上にロボットを固定することにより、人とロボットとが接触したことを検出することができる。具体的には、力センサーは、外力を電気信号に変換することにより、外力の変化を電気信号の変化として出力する。また、力センサーについて、温度が変化することによって出力値が変化する温度ドリフトという現象が生じることが一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−８０９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ロボットに電源を投入した直後から通電状態が継続されることにより、力センサーの温度も徐々に上昇することで温度ドリフトが発生してしまい、ロボットの衝突検出の精度が低下してしまうおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の適用例に係るロボットシステムは、
人と協働して動作するロボットと、
前記ロボットに設けられ、力を検出する力センサーと、
前記力センサーからの出力に基づいて、前記ロボットの動作を減速または停止させる制御部と、
前記力センサーの温度を検出する第１温度センサーと、
前記第１温度センサーからの出力が第１目標値になるまで前記ロボットに暖機運転を行わせる実行部と、
を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るロボットシステムを示す図である。
【図２】図１に示すロボットシステムの概略図である。
【図３】図１および図２に示すロボットシステムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図３をより詳細に説明するための機能ブロック図である。
【図５】図１に示す力センサーの構造の概要を示す断面図である。
【図６】制御装置によるロボットの制御方法を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るロボットシステムの概略図である。
【図８】第３実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のロボットシステム、制御装置およびロボットの制御方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係るロボットシステム、制御装置およびロボットの制御方法について説明する。
【００１０】
図１は、第１実施形態に係るロボットシステムを示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムの概略図である。図３は、図１および図２に示すロボットシステムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図４は、図３をより詳細に説明するための機能ブロック図である。
【００１１】
なお、図１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、本明細書において、「接続」とは、直接的に接続されている場合と、任意の部材を介して間接的に接続されている場合の双方を含む。
【００１２】
１．１  ロボットシステム
図１に示すロボットシステム１００は、例えば作業対象物の保持、搬送および組立て等の作業で用いられる。このロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１の駆動を制御する制御装置５と、ロボット１に作用する力を検出する力センサー１２０と、力センサー１２０の温度を検出する第１温度センサー１５０と、外気温を検出する第２温度センサー１６０と、を有する。なお、これらの各部は、有線または無線により通信可能とされ、その通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。
【００１３】
１．１．１  ロボット
図１および図２に示すように、ロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０と、を有する。
【００１４】
基台１１０は、ロボット１を任意の設置箇所に取り付ける部分である。本実施形態では、基台１１０は、例えば図２に示すＸ−Ｙ平面で構成された設置箇所７０上に設置されている。なお、基台１１０の設置箇所７０は、床等に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車上等であってもよい。また、ロボット１と設置箇所７０との間には、力センサー１２０が配置され、ロボット１に作用する力を検出可能になっている。
【００１５】
図１および図２に示すように、ロボットアーム１０は、アーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５、およびアーム１６を有する。これらアーム１１〜１６は、基端側、すなわち基台１１０側から、先端側、すなわち基台１１０とは反対側、に向かってこの順に連結されている。各アーム１１〜１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。例えば、アーム１６は、図１に示すように円盤状をなし、アーム１５に対して回動可能になっている。
【００１６】
このようなロボットアーム１０の先端には、図１に示すように、作業対象物を把持する把持ハンド１７が接続されている。なお、把持ハンド１７は、交換可能であり、把持ハンド１７に代えて、吸着ハンド、磁気ハンド、ねじ止めツール、係合ツール等が用いられてもよい。
【００１７】
図４に示すように、ロボット１は、一方のアームを他方のアームまたは基台１１０に対して回動させる図示しないモーターと、図示しない減速機と、を備える駆動部１３０を有する。モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、波動歯車装置等を用いることができる。また、ロボット１は、モーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する位置センサー１４０を有する。位置センサー１４０には、例えばロータリーエンコーダー等を用いることができる。また、駆動部１３０および位置センサー１４０は、例えば基台１１０および各アーム１１〜１６に設けられており、本実施形態では、ロボット１は、６つの駆動部１３０および６つの位置センサー１４０を有している。また、各駆動部１３０は、例えばロボット１に内蔵された図示しないモータードライバーを介して制御装置５に電気的に接続されている。さらに、各位置センサー１４０も、図４では図示しないが、制御装置５に電気的に接続されている。
【００１８】
ロボット１には、この他に任意の部材、機器等が設けられていてもよい。具体的には、作業対象物やロボット１またはその周辺を撮像する撮像部等が挙げられる。
【００１９】
１．１．２  制御装置
図４に示すように、制御装置５は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、ロボット１に対して通信可能に接続されている。なお、制御装置５とロボット１との間は、有線で接続されていてもよいし、無線で接続されていてもよい。また、制御装置５には、例えばモニター等を備える表示装置４０１（表示部）と、例えばキーボード等を備える入力装置４０２と、が接続されている。
【００２０】
図４に示すように、制御装置５は、制御部５１と、記憶部５２と、外部入出力部５３と、ロボット１に暖機運転を行わせる実行部５４と、を含む。制御装置５の各構成要素は、種々のバスを介して相互に通信可能に接続されている。
【００２１】
制御部５１は、記憶部５２に記憶された各種プログラム等を実行する。これにより、ロボット１の駆動の制御や各種演算および判断等の処理を実現できる。一例として、力センサー１２０からの出力により、ロボット１が人や物に衝突するおそれがあると判断したとき、制御部５１は、ロボット１の動作を減速または停止させる機能を有する。これにより、ロボット１が人や物に衝突するのを防止したり、衝撃を緩和したりすることができる。
【００２２】
記憶部５２には、制御部５１により実行可能な各種プログラムが保存されている。また、記憶部５２には、外部入出力部５３で受け付けた各種データの保存が可能である。
【００２３】
外部入出力部５３は、外部インターフェースを備え、ロボット１、表示装置４０１および入力装置４０２との接続のために用いられる。
【００２４】
実行部５４は、制御部５１を介して駆動部１３０を駆動することにより、暖機運転を行わせる。暖機運転とは、例えば、ロボットシステム１００に電源が投入され、ロボット１が通常運転に移行する前に、駆動部１３０を予備的に駆動させることをいう。この暖機運転において駆動部１３０に発生した熱が、力センサー１２０にも伝達され、力センサー１２０の温度が上昇する。そして、暖機運転を一定時間以上継続することにより、力センサー１２０の温度変化が小さくなって、最終的にはほぼ一定になる。これにより、力センサー１２０の温度ドリフトを抑制することができる。
なお、実行部５４の作動については、後に詳述する。
【００２５】
このような制御装置５のハードウェア構成は、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、ロボット１と通信可能に接続されたコントローラー６１と、コントローラー６１に通信可能に接続されたコンピューター６２と、を含んで構成されている。
【００２６】
このうち、図３に示すプロセッサーとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が挙げられる。
【００２７】
また、図３に示すメモリーとしては、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリーや、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー等が挙げられる。なお、メモリーは、非着脱式に限らず、着脱式の外部記憶装置を有する構成であってもよい。
【００２８】
さらに、図３に示す外部インターフェースとしては、各種の通信用コネクターが挙げられる。一例として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクター、ＲＳ−２３２Ｃコネクター、有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等が挙げられる。
【００２９】
なお、制御部５１および実行部５４は、ハードウェア構成において１つの素子に集約されていてもよい。
【００３０】
また、制御装置５には、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部５２に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部５２に記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納され、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。
【００３１】
１．１．３  力センサー
図１に示す力センサー１２０は、ロボット１の基台１１０の内部に設けられている。これにより、把持ハンド１７やロボットアーム１０に作用する力を検出することができる。
【００３２】
このような力センサー１２０としては、６軸力覚センサーや３軸力覚センサーのような力覚センサーが好ましく用いられる。力覚センサーでは、力を精度よく検出することができる。また、力の大きさおよび向きを検出することもできるので、例えば、把持ハンド１７やロボットアーム１０に対してどのような方向で力が作用しているのかを把握することが可能になる。力センサー１２０は、検出した力を電気信号に変換し、その電気信号を制御装置５へと出力する。
【００３３】
図５は、図１に示す力センサー１２０の構造の概要を示す断面図である。
図５に示す力センサー１２０は、筐体１２１と、筐体１２１の内部に設けられている力検出部１２２と、を有している。
【００３４】
このうち、筐体１２１は、第１基部１２１ａと、第１基部１２１ａから所定の間隔を隔てて配置された第２基部１２１ｂと、を備えている。そして、第１基部１２１ａと第２基部１２１ｂとで、箱状の筐体１２１が構成されている。筐体１２１の内部には空間１２１ｃが形成され、その空間１２１ｃに複数の力検出部１２２が収容されている。
【００３５】
第１基部１２１ａおよび第２基部１２１ｂの構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。
【００３６】
力検出部１２２は、第１基部１２１ａと第２基部１２１ｂとの間に挟持されている。力検出部１２２は、外力を受けて電荷を発生させる素子等で構成される。力検出部１２２の具体例としては、例えば圧電素子が挙げられ、水晶を用いた圧電素子が好ましく用いられる。力センサー１２０に外力が作用すると、第１基部１２１ａに対して第２基部１２１ｂが変位するため、力検出部１２２にも力が作用して電荷が発生する。この電荷を検出することにより、力の大きさおよび向きを求めることができる。
【００３７】
力センサー１２０に温度ドリフトが発生する原因の１つとしては、筐体１２１の熱膨張が挙げられる。力センサー１２０では、筐体１２１に力検出部１２２が固定されているため、筐体１２１が膨張または収縮すると、その変位が力検出部１２２に及んで、出力値を変化させる。例えば、ロボットシステム１００に電源が投入された直後は、筐体１２１の温度は、ほぼ外気温に等しいため、比較的低い温度である。ところが、駆動部１３０を駆動したり、力センサー１２０に通電したりすると、筐体１２１の温度が上昇する。このとき、温度上昇に伴って筐体１２１が膨張するため、その変位が力検出部１２２に力を作用させる。これにより、力検出部１２２では、実際には作用していない力を検出したことになり、出力値の上昇を招くことになる。
【００３８】
そこで、本実施形態に係るロボットシステム１００は、力センサー１２０の温度を検出する第１温度センサー１５０と、第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値になるまでロボット１に暖機運転を行わせる実行部５４と、を備えている。これにより、力センサー１２０の温度を積極的に上昇させ、力センサー１２０からの出力の信頼性を早期に確保する。
【００３９】
なお、第１温度センサー１５０からの出力としては、例えば、第１温度センサー１５０によって検出された力センサー１２０の温度、または、第１温度センサー１５０によって検出された力センサー１２０の温度における単位時間当たりの変化量が挙げられる。
【００４０】
このうち、第１温度センサー１５０からの出力として、第１温度センサー１５０による力センサー１２０の温度を用いた場合には、第１目標値として力センサー１２０の目標温度を設定する。この場合、実行部５４は、第１温度センサー１５０からの出力として、力センサー１２０の温度の検出値をモニターする。そして、実行部５４は、この検出値が第１目標値以上、つまり、目標温度以上になるまで、暖機運転を実行するように構成されている。
【００４１】
なお、目標温度は、過去の実績から求めておくことができる。具体的には、ロボット１に電源を投入した後、力センサー１２０の温度が上昇する過程において、力センサー１２０からの出力が安定し始めるときの力センサー１２０の最低温度、つまり、温度ドリフトが十分に抑制され始める力センサー１２０の最低温度が挙げられる。このような温度になるまで暖機運転を実行することにより、実行部５４は、力センサー１２０からの出力の信頼性を担保することになる。
【００４２】
一方、第１温度センサー１５０からの出力として、第１温度センサー１５０によって検出した力センサー１２０の温度の変化量を用いるようにしてもよい。この場合、第１目標値として力センサー１２０の温度における単位時間当たりの変化量を設定する。そして、実行部５４は、この単位時間当たりの変化量が第１目標値以下、つまり、目標変化量以下になるまで、暖機運転を実行するように構成されている。
【００４３】
なお、目標変化量は、過去の実績から求めておくことができる。具体的には、ロボット１に電源を投入した後、力センサー１２０の温度が上昇する過程において、力センサー１２０からの出力が安定し始めるときの、力センサー１２０の温度の単位時間当たりにおける変化量が挙げられる。つまり、暖機運転が進むに伴って、単位時間当たりの変化量は減少するため、力センサー１２０からの出力が安定し始めるときの変化量を、目標変化量として設定すればよい。
【００４４】
なお、第１温度センサー１５０からの出力は、上記に限定されず、温度に関連する任意の指標、または、その指標の変化量であってもよい。例えば、サーミスター等のセンサーから直接出力されるのは、電気信号であり、これを変換して温度が求められるが、この電気信号（出力値）がそのまま指標として用いられてもよい。具体的には、第１温度センサー１５０から出力された電圧信号または電圧信号の変化量が挙げられる。また、第１温度センサー１５０からの出力は、前記温度に関連する任意の指標について、実行部５４で任意の演算を行った後の演算結果であってもよい。
【００４５】
また、制御装置５が備える制御部５１は、力センサー１２０からの出力に基づいて、ロボット１の動作を減速または停止させる。信頼性が担保された力センサー１２０からの出力に基づいてロボット１の駆動を制御することができる。つまり、把持ハンド１７やロボットアーム１０に作用する力をより正確に検出することができるので、例えば把持ハンド１７やロボットアーム１０が人や物等に衝突していないにもかかわらず、衝突したと誤検出する確率を小さくすることができ、ロボット１の動作の不必要な減速または停止を避けることができる。
【００４６】
１．１．４  第１温度センサー
図４に示す第１温度センサー１５０は、力センサー１２０の筐体１２１の内部の空間１２１ｃに設けられている。具体的には、力センサー１２０は、前述したように、筐体１２１と、筐体１２１の内部に設けられている力検出部１２２と、を有しており、第１温度センサー１５０は、空間１２１ｃに臨む筐体１２１の内壁面に固定されている。これにより、第１温度センサー１５０は、筐体１２１のうち、力検出部１２２により近い位置で温度を検出し、モニターすることができる。その結果、力検出部１２２からの出力値の安定を、第１温度センサー１５０からの出力に基づいて、より精度よく捉えることができる。
【００４７】
第１温度センサー１５０としては、例えば、サーミスター、熱電対等、公知の温度センサーが用いられる。第１温度センサー１５０からは、検出した温度を示す電気信号が制御装置５の実行部５４に入力される。
【００４８】
また、空間１２１ｃにおける第１温度センサー１５０の位置は、特に限定されず、図５に示すように力検出部１２２に近接した位置であってもよく、離れた位置であってもよい。さらに、第１温度センサー１５０は、筐体１２１の外部であってもよい。
【００４９】
なお、ロボットシステム１００は、複数の第１温度センサー１５０を備えていてもよい。例えば、力センサー１２０が複数の力検出部１２２を備えている場合、各力検出部１２２に対応して第１温度センサー１５０を設けるようにしてもよい。
【００５０】
１．１．５  第２温度センサー
図４に示す第２温度センサー１６０は、外気温を検出するセンサーである。第２温度センサー１６０が設けられる位置は、外気温を検出可能な位置であれば、ロボット１の外装の内側であっても、外側であってもよい。
【００５１】
実行部５４は、第２温度センサー１６０からの出力、すなわち外気温の検出値をモニターしている。第２温度センサー１６０からは、例えば検出した温度を示す電気信号が制御装置５の実行部５４に入力される。
【００５２】
そして、実行部５４は、第１温度センサー１５０からの出力だけでなく、第２温度センサー１６０からの出力に基づいて、暖機運転を行わせる。具体的には、例えば第２温度センサー１６０で検出された外気温に応じて、暖機運転を終了する条件を変更する。より具体的には、本実施形態では、前述した第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値になるまで暖機運転が継続されるところ、この第１目標値を、外気温に応じて変更するようにしてもよい。例えば、外気温が低い場合には、第１目標値としての目標温度も低く設定し、外気温が高い場合には、第１目標値としての目標温度も高く設定する。これにより、外気温の影響に伴う力センサー１２０の温度変化を、暖機運転の終了条件に反映させることができる。その結果、必要な暖機運転の長さを外気温に基づいてより精度よく見極めることができる。これにより、暖機運転をより短時間で終了させることができ、より早く通常運転を開始することができる。
【００５３】
なお、第２温度センサー１６０は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。
【００５４】
１．１．６  表示装置および入力装置
図４に示す表示装置４０１は、モニターを備えており、各種画面等を表示する機能を有する。したがって、作業者は、表示装置４０１を介してロボット１の駆動状態等を確認することができる。
【００５５】
入力装置４０２は、例えばキーボード、キーパッド等を備えている。したがって、作業者は、入力装置４０２を操作することで、制御装置５に対して各種処理等の指示を行うことができる。なお、図示はしないが、入力装置４０２は、例えばティーチングペンダント等を備えていてもよい。
【００５６】
また、表示装置４０１および入力装置４０２の代わりに、表示装置４０１および入力装置４０２の機能を兼ね備えた表示入力装置を用いてもよい。表示入力装置としては、例えばタッチパネルディスプレイ等を用いることができる。また、ロボットシステム１００は、表示装置４０１および入力装置４０２をそれぞれ１つ有していてもよいし、複数有していてもよい。
【００５７】
以上、第１実施形態に係るロボットシステム１００について説明したが、このロボットシステム１００は、人と協働して動作するロボット１と、ロボット１に設けられ、力を検出する力センサー１２０と、力センサー１２０からの出力に基づいて、ロボット１の動作を減速または停止させる制御部５１と、力センサー１２０の温度を検出する第１温度センサー１５０と、第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値になるまでロボット１に暖機運転を行わせる実行部５４と、を備えている。
【００５８】
このようなロボットシステム１００によれば、例えば、ロボット１に電源が投入された直後において、実行部５４が力センサー１２０の温度の検出値をモニターし、第１温度センサー１５０の検出値が十分な値になるまで暖機運転を実行する。このため、力センサー１２０からの出力の信頼性が担保することができる。これにより、必要最小限の長さの暖機運転を実行することが可能になり、力センサー１２０からの出力が正確な値になる、すなわち温度ドリフトが解消するまでの時間を短縮することができる。その結果、力センサー１２０において誤検出が発生する確率を小さくすることができ、ロボット１の動作の不必要な減速または停止を避けることができる。
【００５９】
また、第１実施形態に係る制御装置５は、人と協働して動作するロボット１の駆動を制御する装置であって、ロボット１に設けられ、力を検出する力センサー１２０からの出力に基づいて、ロボット１の動作を減速または停止させる制御部５１と、力センサー１２０の温度を検出する第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値になるまでロボット１に暖機運転を行わせる実行部５４と、を備えている。
【００６０】
このような制御装置５によれば、例えば、ロボット１に電源が投入された直後において、第１温度センサー１５０からの出力が所定の条件を満たすまで暖機運転を実行する。このため、力センサー１２０からの出力の信頼性が担保することができる。これにより、必要な長さの暖機運転を効率よく実行して、力センサー１２０の温度ドリフトが解消するまでの時間を短縮することができる。その結果、力センサー１２０において誤検出が発生する確率を小さくすることができ、ロボット１の動作の不必要な減速または停止を避けることができる。
【００６１】
１．２  ロボットの制御方法
次に、第１実施形態に係るロボットの制御方法について説明する。
図６は、制御装置５によるロボット１の制御方法を示すフローチャートである。
【００６２】
まず、図６に示すステップＳ０１として、ロボット１に電源を投入する。
次に、図６に示すステップＳ０２として、第２温度センサー１６０により、外気温を検出する。なお、第２温度センサー１６０が省略されている場合には、第１温度センサー１５０によって検出された温度を、外気温として用いるようにしてもよい。
【００６３】
次に、図６に示すステップＳ０３として、第１目標値を決定する。この第１目標値は、前述したように、第１温度センサー１５０からの出力に関する目標値であり、暖機運転を終了させるためのしきい値である。
【００６４】
第１目標値は、第２温度センサー１６０により検出した外気温に基づいて決定する。なお、外気温は、第２温度センサー１６０や第１温度センサー１５０以外の温度センサー、例えば前述した駆動部１３０が備える温度センサーや把持ハンド１７が備える温度センサーによって検出されてもよい。第１目標値は、特に限定されないが、一例として、外気温よりも高い温度に設定される。より具体的に例を挙げるとすれば、外気温に１℃以上７０℃以下を加算した値とする。
【００６５】
また、第１目標値は、外気温以外の要素に基づいて決定するようにしてもよい。例えば、第１目標値を任意の固定値としてもよく、日時や地域等に応じて予測された外気温に基づいて第１目標値を決定するようにしてもよい。これらのデータは、制御装置５の記憶部５２に記憶しておけばよい。
【００６６】
次に、図６に示すステップＳ０４として、暖機運転を開始する。暖機運転の方法は、特に限定されず、ロボット１に電源を投入した状態でそのまま放置する方法、つまり、通電による抵抗発熱を利用して各部の温度を上昇させる方法であってもよいが、好ましくは駆動部１３０を駆動してモーターや減速機等からの発熱を利用する方法が用いられる。図６に示すロボット１の場合、力センサー１２０に近いアーム１１を優先的に駆動するのが好ましい。これにより、より短時間で力センサー１２０の温度を上昇させることができ、暖機運転を早期に終了させることができる。
【００６７】
なお、暖機運転では、６つのアーム１１〜１６の全てを駆動するようにしてもよい。これにより、ロボットアーム１０自体の暖機運転も同時に行うことができる。
【００６８】
一方、本実施形態に係るロボット１は、前述したようにロボットアーム１０を有しているが、暖機運転の際には、力センサー１２０による力の検出精度が低下しているおそれがある。したがって、この点を踏まえると、暖機運転の際には、ロボットアーム１０の駆動に制限を課すことが好ましい。駆動の制限の例としては、例えば、ロボットアーム１０の駆動範囲を限定したり、駆動速度を抑えたりすることが挙げられる。このうち、ロボットアーム１０の駆動速度を抑えることが特に有効である。具体的には、暖機運転の際には、制御部５１が、ロボットアーム１０の駆動を制御する制御モードとして、最高速度が異なる複数のモードを有しているのが好ましい。より具体的には、制御部５１が、駆動されるロボットアーム１０の最高速度が第１速度である第１モード、および、最高速度が第１速度よりも遅い第２速度である第２モード、という速度の大小関係を有する２つのモードを有している。この場合、実行部５４が暖機運転を実行している間、実行部５４は、制御部５１に第２モードを選択させるのが好ましい。
【００６９】
これにより、暖機運転を実行しているときには、最高速度をより抑えた制御モードでロボットアーム１０を駆動することになる。その結果、仮に、暖機運転中にロボットアーム１０が障害物等に衝突したとしても、衝撃を小さく抑えることができる。
【００７０】
次に、図６に示すステップＳ０５として、第１温度センサー１５０により、力センサー１２０の温度を検出する。そして、第１温度センサー１５０による検出値を実行部５４に送出し、必要に応じて演算を行う。これにより、第１温度センサー１５０の出力値を得る。
【００７１】
次に、図６に示すステップＳ０６として、第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値に到達したか否かを判断する。例えば、第１目標値が第１温度センサー１５０による力センサー１２０の目標温度である場合、力センサー１２０の温度が十分に上昇して、この目標温度以上になっていれば、後述するステップＳ０７に移行する。
【００７２】
なお、前述した実行部５４は、第１温度センサー１５０からの出力に基づいて、暖機運転の運転時間を計算する機能を有していてもよい。この運転時間は、例えば、ステップＳ０３で決定した第１温度センサー１５０からの出力に関連する第１目標値、ステップＳ０５で検出した力センサー１２０の温度、および、ステップＳ０４における暖機運転の開始からステップＳ０５における温度の検出までの経過時間、といったパラメーターに基づいて求められる。具体的には、第１目標値としての目標温度と力センサー１２０の検出温度との差を経過時間で割ることにより、暖機運転に伴う温度の上昇速度が求められる。これにより、力センサー１２０の温度が目標温度に到達するまでに要する時間を推測することができるため、これを暖機運転の運転時間とすればよい。
【００７３】
求めた運転時間は、例えば制御部５１により、表示装置４０１（表示部）に表示させる。これにより、ロボットシステム１００のユーザーは、暖機運転の運転時間、つまり通常運転が開始可能になるまでの時間を知ることができる。その結果、ユーザーは、例えば作業対象物を準備するといった事前作業を効率的に行うことができる。
【００７４】
図６に示すステップＳ０７では、暖機運転を終了する。一方、力センサー１２０の温度が目標温度未満である場合、暖機運転を継続するという判断を行うステップＳ０６５を経て、前述したステップＳ０５の前に戻る。
【００７５】
ステップＳ０７の終了後には、十分な暖機運転がなされたと判断することができる。このため、ステップＳ０７の終了後に通常運転を開始してもよい。
【００７６】
一方、力センサー１２０からの出力の信頼性をより十分に担保するためには、後述するステップＳ０８からステップＳ１２までを行うようにしてもよい。
【００７７】
まず、図６に示すステップＳ０８として、ロボットアーム１０を静止させた状態または等速で駆動している状態において、力センサー１２０からの出力をモニターする。そして、力センサー１２０からの出力について、単位時間当たりの変化量を取得する。
【００７８】
次に、図６に示すステップＳ０９として、前述した力センサー１２０からの出力の変化量が、第２目標値以下であるか否かを判断する。この第２目標値とは、力センサー１２０の出力を利用してロボット１の駆動を制御するにあたり、出力の単位時間当たりの変化量が許容できる範囲内であるか否かのしきい値である。つまり、このステップＳ０９は、力センサー１２０の温度ドリフトが許容範囲内に収まっているか否かを判断するステップである。そして、力センサー１２０からの出力の変化量が第２目標値以下であった場合、すなわち、力センサー１２０の温度ドリフトが許容範囲内に収まっていた場合には、後述するステップＳ１０に移行する。
【００７９】
図６に示すステップＳ１０では、通常運転の許可を通知する。通常運転とは、例えば、暖機運転時に課していたロボットアーム１０の駆動の制限を解除してロボット１を動作させることをいう。また、通常運転の許可の通知は、例えば、制御部５１により、許可を知らせる旨を表示装置４０１に表示させることによって行う。
【００８０】
一方、ステップＳ０９において、力センサー１２０からの出力の変化量が、第２目標値以下でなかった場合、すなわち、力センサー１２０の温度ドリフトが許容範囲内に収まっていなかった場合には、後述するステップＳ１１に移行する。
【００８１】
図６に示すステップＳ１１では、前述した力センサー１２０からの出力の変化量が、第２目標値を超えている状態の継続時間を算出する。そして、この継続時間が所定時間以上であるか否かを判断する。この所定時間とは、出力の変化量が長時間にわたって第２目標値を超えている場合であって、過去の実績等から、第２目標値以下になる見込みがないと判断することができる時間のことをいう。継続時間が所定時間以上であった場合、後述するステップＳ１２に移行する。一方、継続時間が所定時間未満であった場合、前述したステップＳ０８の前に戻る。
【００８２】
図６に示すステップＳ１２では、通常運転の禁止を通知する。この通知が発せられたときには、制御部５１は、通常運転の開始を許可しない。通常運転の禁止の通知も、例えば、制御部５１により、禁止を知らせる旨を表示装置４０１に表示させることによって行う。
【００８３】
以上のように、本実施形態に係るロボット１の制御方法は、人と協働して動作するロボット１を制御する制御方法であって、ロボット１に設けられた、力を検出する力センサー１２０の温度を第１温度センサー１５０により検出する工程であるステップＳ０５と、第１温度センサー１５０からの出力が第１目標値になるまでロボット１に暖機運転を行わせる工程であるステップＳ０６、Ｓ０７と、を有する。
【００８４】
このような制御方法によれば、例えば、ロボット１に電源が投入された直後において、第１温度センサー１５０の検出値が十分な値になるまで暖機運転を実行する。このため、力センサー１２０からの出力の信頼性を担保することができる。これにより、必要な長さの暖機運転を効率よく実行して、力センサー１２０からの出力が正確な値になるまでの時間を短縮することができる。その結果、力センサー１２０において誤検出が発生する確率を小さくすることができ、ロボット１の動作の不必要な減速または停止を避けることができる。
【００８５】
２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係るロボットシステムについて説明する。
図７は、第２実施形態に係るロボットシステムの概略図である。
【００８６】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図７において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【００８７】
第２実施形態は、力センサー１２０の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。すなわち、前述した第１実施形態では、力センサー１２０が基台１１０の内部に設けられているのに対し、本実施形態では、力センサー１２０がロボットアーム１０と把持ハンド１７との間に配置されている。
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、力センサー１２０が図７に示す位置に設けられている場合、暖機運転の方法は第１実施形態と同様であるが、ロボットアーム１０のうち、特にアーム１６を優先的に駆動するのが好ましい。これにより、より短時間で力センサー１２０の温度を上昇させることができ、暖機運転を早期に終了させることができる。また、アーム１６は、ロボットアーム１０の中でも先端側に位置しており、可動域が比較的狭いため、駆動速度が大きい状態で駆動しても、安全を確保しやすいという利点がある。なお、ロボットアーム１０による暖機運転に代えて、把持ハンド１７の駆動を利用した暖機運転を行うようにしてもよい。把持ハンド１７は、可動域が特に狭く、かつ、ロボットアーム１０に比べて出力も小さいため、より安全を確保しやすい点で有用である。
【００８９】
さらに、図７に示す位置に力センサー１２０を設けた場合、力センサー１２０からアーム１６や把持ハンド１７までの物理的距離が小さい。このため、第１実施形態では力センサー１２０の内部に設けていた第１温度センサー１５０を、本実施形態では把持ハンド１７が備える温度センサーやアーム１６が備える温度センサーと兼用にすることができる。これにより、ロボットシステム１００の構成の簡素化を図ることができる。
【００９０】
３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係るロボットシステムおよび制御装置について説明する。
図８は、第３実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。
【００９１】
以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図８において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。
【００９２】
第３実施形態は、制御装置５の配置が異なる以外、第１実施形態と同様である。すなわち、前述した第１実施形態では、制御装置５がロボット１の外部に配置されているのに対し、本実施形態では、図８に示すように、制御装置５がロボット１の基台１１０の内部に配置されている。換言すれば、ロボット１は、基台１１０と、基台１１０に接続されているロボットアーム１０と、を有しており、制御部５１および実行部５４を備える制御装置５は、基台１１０の内部に配置されている。
【００９３】
このようなロボットシステム１００によれば、ロボット１と制御装置５とを接続する配線を、ロボット１の外部に引き回す必要がない。このため、外部配線が少ない分、低コスト化が図られるとともに、ロボットシステム１００の設置作業の効率化を図ることができる。
以上のような第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９４】
４．変形例
次に、変形例に係るロボットシステムについて説明する。
【００９５】
本変形例に係る制御装置５は、ロボット１の電源が遮断されていた時間を、電源遮断時間として記憶部５２において記録する機能を有する。電源が遮断されている間は、ロボット１の放熱が進むため、力センサー１２０の温度も徐々に低下する。そして、電源遮断時間と力センサー１２０の温度低下幅との間には、一定の相関関係が成り立つ。よって、この相関関係に基づけば、電源遮断時間、および、電源遮断直前に記録しておいた力センサー１２０の温度、により、ロボット１に再び電源が投入されたときの温度を推定することができる。
【００９６】
したがって、この推定温度を用いることにより、第１温度センサー１５０からの出力の真偽を確認したり、出力値を補正したりすることができる。これにより、力センサー１２０の温度をより正確に検出することが可能になる。
【００９７】
なお、電源遮断時間は、記憶部５２ではなく、ロボットアーム１０が備える図示しない記憶部に記録するようにしてもよい。この場合、ロボットアーム１０に対して電源遮断時間を付随させることができる。その結果、例えばロボットアーム１０と制御装置５とを切り離した場合でも、電源遮断時間を保持させ続けることができ、制御装置５を再びロボット１に接続したとき、ロボットアーム１０に保持させておいた電源遮断時間を制御装置５から読み出して利用することができる。
【００９８】
以上、本発明のロボットシステム、制御装置およびロボットの制御方法を図示の実施形態ならびにロボットシステムおよび制御装置の変形例に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。例えば、本願においてロボットシステムが有するロボットは６軸の垂直多関節ロボットであるが、これに限定されず、水平多関節ロボットであってもよい。また、垂直多関節ロボットの軸数は、６軸より少なくても多くてもよい。また、ロボットシステムの前記実施形態およびその変形例ならびに制御装置の前記実施形態およびその変形例には、それぞれ他の任意の構成物が付加されていてもよい。さらに、ロボットの制御方法の前記実施形態には、任意の目的の工程が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１…ロボット、５…制御装置、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…把持ハンド、５１…制御部、５２…記憶部、５３…外部入出力部、５４…実行部、６１…コントローラー、６２…コンピューター、７０…設置箇所、１００…ロボットシステム、１１０…基台、１２０…力センサー、１２１…筐体、１２１ａ…第１基部、１２１ｂ…第２基部、１２１ｃ…空間、１２２…力検出部、１３０…駆動部、１４０…位置センサー、１５０…第１温度センサー、１６０…第２温度センサー、４０１…表示装置、４０２…入力装置、Ｓ０１…ステップ、Ｓ０２…ステップ、Ｓ０３…ステップ、Ｓ０４…ステップ、Ｓ０５…ステップ、Ｓ０６…ステップ、Ｓ０７…ステップ、Ｓ０８…ステップ、Ｓ０９…ステップ、Ｓ１０…ステップ、Ｓ１１…ステップ、Ｓ１２…ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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