(57)【要約】【課題】吐出面に対して吐出物を吐出するニードルを有するロボットにおいて、吐出不良の発生を抑制する。【解決手段】ロボットを制御する制御装置であって、制御部を備え、検出部と発信部との間に、ニードルが配置され、制御部は、発信部から検出部へ向いた方向である第１の方向に沿って、発信部から検出部に第１信号を発信させ、第１信号に応じて検出部から出力される第１検出値が、ニードルが吐出面に対して傾いていないことを示す場合、ニードルから吐出物の吐出を実行させ、第１信号に応じて検出部から出力される第１検出値が、ニードルが吐出面に対して傾いていることを示す場合、ニードルから吐出物の吐出を停止させる。【選択図】図３
2020054933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出面に対して吐出物を吐出するニードルと、第１信号を発信する発信部と、前記第１信号を検出する検出部と、を備えるロボットを制御する制御装置であって、
前記検出部の出力に応じて、前記ロボットアームの動作と、前記ニードルからの前記吐出物の吐出と、を制御する制御部を備え、
前記検出部と前記発信部との間に、前記ニードルが配置され、
前記制御部は、
前記発信部から前記検出部へ向いた方向である第１方向に沿って、前記発信部から前記検出部に前記第１信号を発信させ、
前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていないことを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を実行させ、
前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていることを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を停止させる、
制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記第１検出値が閾値以下であることを、前記ニードルが傾いていないことを示す場合とする、制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御装置であって、
前記制御部は、
前記発信部から前記吐出面に対して垂直な方向から平面視したとき前記ニードルと重ならない前記吐出面上の第１位置に向かう方向である第２方向に沿って、前記発信部から前記第１位置に第２信号を発信させ、
前記第２信号が発信されてから前記第１位置で反射して前記検出部に検出されるまでに要する時間を用いて、前記ニードルと前記吐出面との距離を予め定めた距離にするように前記ロボットアームを制御する、制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置であって、
前記制御部は、前記第２信号に応じた前記検出部による検出値を用いて、前記第１位置に前記吐出物があるか否かを判定し、
前記第１位置に前記吐出物があると判定した場合には、前記ニードルからの前記吐出物の吐出を停止させる、制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記ロボットは、前記発信部である第１発信部及び前記検出部である第１検出部に加えて、第２発信部及び第２検出部を備え、
前記第２発信部は、前記第１発信部の間に、前記ニードルが配置され、
前記第２検出部は、前記第１検出部に対して前記ニードルを挟んだ位置に設けられ、
前記制御部は、
前記第１発信部から前記吐出面に対しておろした垂直な線と前記吐出面と重なる第２位置に向かう第３方向に沿って、前記第１発信部から前記吐出面に第３信号を発信させ、
前記第２発信部から前記吐出面に対しておろした垂直な線と前記吐出面と重なる第３位置に向かう第４の方向に沿って、前記第２発信部から前記吐出面に第４信号を発信させ、
前記第１発信部から前記第３信号が発信されてから前記吐出面上の前記第２位置で反射して前記第１検出部に検出されるまでの第１の時間と、前記第２発信部から前記第４信号が発信されてから前記吐出面上の前記第３位置で反射して前記第２検出部に検出されるまでの第２の時間と、を比較し、
前記第１の時間と前記第２の時間の差分が所定の範囲となるように、前記ニードルの傾きを制御する、制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の制御装置であって、
前記第１発信部及び前記第２検出部を構成する第１の超音波センサーアレイと、前記第２発信部及び前記第１検出部を構成する第２の超音波センサーアレイと、を備える、制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第１の超音波センサーアレイは、前記超音波を屈折させる超音波レンズを有し、
前記超音波レンズを介して、前記第１方向、前記発信部から前記吐出面に対して垂直な方向から平面視したとき前記ニードルと重ならない前記吐出面上の第１位置に向かう方向である第２方向、並びに前記第３方向に前記超音波を発信する、制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第１の超音波センサーアレイは、
位相操作によって、前記第１方向、前記第２方向、並びに前記第３方向に前記超音波を発信する、制御装置。
【請求項９】
ロボットシステムであって、
ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出物を吐出するニードルと、前記ニードルの周囲に配置され、信号を発信する発信部と、前記ニードルの周囲に配置され、前記信号を検出する検出部と、を備えるロボットと、
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の制御装置であって、前記ロボットを制御する制御装置と、を備える、
ロボットシステム。
【請求項１０】
制御装置によって制御されるロボットであって、
制御装置からの制御に応じて駆動するロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、
吐出面に対して吐出物を吐出するニードルと、
前記ニードルの周囲に配置され、信号を発信する発信部と、
前記ニードルの周囲に配置され、前記信号を検出する検出部と、を備え、
前記検出部と前記発信部との間に、前記ニードルが配置され、
前記発信部は、前記制御装置の制御に応じて、前記発信部から前記検出部へ向いた方向である第１方向に沿って、前記発信部から前記検出部に前記第１信号を発信し、
前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていないことを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を実行し、
前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていることを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を停止する、ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、制御装置、ロボットシステム、及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルと、ノズルから接着剤をガラス基板に塗布する塗布シリンジと、ガラス基板の高さをレーザーセンサーで計測するとともに、ノズルを所定の高さで設けられたロードセルに接触させてノズルの高さを設定する接着剤塗布装置が知られている（例えば、特許文献１）。この接着剤塗布装置では、設定された高さに応じて、ガラス基板とノズルとのギャップが一定の値になるようにノズルの位置を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この接着剤塗布装置において、例えばノズル、すなわちニードル先端とガラス基板とのギャップが一定の値になるようにニードルの位置を調整したとしても、ニードルが傾いている場合、塗布不良が発生するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一形態によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出面に対して吐出物を吐出するニードルと、信号を発信する発信部と、前記信号を検出する検出部と、を備えるロボットを制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記検出部によって検出される信号強度に応じて、前記ロボットアームの動作と前記ニードルからの前記吐出物の吐出とを制御する制御部を備え、前記検出部と前記発信部との間に、前記ニードルが配置され、前記制御部は、前記発信部から前記検出部へ向いた方向である第１の方向に沿って、前記発信部から前記検出部に前記第１信号を発信させ、前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていないことを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を実行させ、前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていることを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を停止させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ロボットシステムの一例を示す斜視図。
【図２】ロボットと制御装置の機能を示すブロック図。
【図３】吐出物を吐出する際のロボットの様子を示す模式図。
【図４】ニードルと超音波センサーアレイとの位置関係を示す模式図。
【図５】図４における５−５断面の様子を示す模式図。
【図６】第１実施形態において実行されるニードルの傾きの判定におけるフローチャート。
【図７】ニードルが傾いた状態において吐出物の吐出が実行されている場合における様子を示す模式図。
【図８】第２実施形態における超音波センサーアレイを示す模式図。
【図９】複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図。
【図１０】複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．第１実施形態
図１は、ロボットシステムの一例を示す斜視図である。図２は、ロボット１００と制御装置２００の機能を示すブロック図である。以下では、図１及び図２を用いて、本実施形態に係るロボットシステムの構成について説明する。このロボットシステムは、ロボット１００と、制御装置２００と、教示装置３００とを備えている。制御装置２００は、ロボット１００及び教示装置３００とケーブル又は無線を介して通信可能に接続されている。
【０００８】
ロボット１００は、予め作成された教示データに応じて作業を実行する。また、ロボット１００は、ロボットシステムに備えられたセンサーから取得される検出値に応じた動作の調整が可能である。図１に示す様に、ロボット１００は、基台１１０と、ロボットアーム１２０と、を備える。以下において、ロボットアーム１２０は、単にアーム１２０とも記載される。
【０００９】
アーム１２０は複数の関節を備える。アーム１２０の先端には、力覚センサー１９０が設置され、力覚センサー１９０の先端側にはエンドエフェクター１３０が装着されている。図１の例では、図示の便宜上、エンドエフェクター１３０を単純な形状で描いている。アーム１２０の軸数は、６軸である。これにより、アーム１２０は、制御装置２００からの指示に応じてエンドエフェクター１３０を任意の位置に移動させることができる。
【００１０】
本実施形態において、エンドエフェクター１３０は、吐出物を吐出するディスペンサーとしてのニードル１３２と、複数の超音波センサーアレイ１３４と、を含む。超音波センサーアレイは、信号としての超音波を発信でき、また信号としての超音波を受信できる複数の薄膜状の素子によって形成され、超音波を発信している。エンドエフェクター１３０は、アーム１２０と配線１４０を介して電気的に接続されている。この配線１４０は、ロボット１００の外部から目視可能な状態で取り付けられている。
【００１１】
力覚センサー１９０は、エンドエフェクター１３０に加えられる外力を計測する６軸の力覚センサーである。なお、力覚センサー１９０は、６軸の力覚センサーに限定されない。例えば、５軸以下の力覚センサーであってもよい。また、本実施形態において、力覚センサー１９０は、アーム１２０の先端に設けられているが、これに限定されない。例えば、力覚センサー１９０は、アーム１２０のいずれかの関節に設けられていても良い。
【００１２】
図２に示す様に、制御装置２００は、プロセッサー２１０と、メインメモリー２２０と、不揮発性メモリー２３０と、表示制御部２４０と、表示部２５０と、Ｉ／Ｏインターフェース２６０とを有している。これらの各部は、バスを介して接続されている。プロセッサー２１０は、例えばマイクロプロセッサー又はプロセッサー回路であり、ロボット１００の動作を制御するための制御部として機能する。以下において、プロセッサー２１０は、制御部２１０とも記載される。制御装置２００は、Ｉ／Ｏインターフェース２６０を介してロボット１００と教示装置３００に接続される。なお、制御装置２００は、ロボット１００の内部に収納されていてもよい。本実施形態において、制御装置２００は、エンドエフェクター１３０の先端を中心としたツール座標系を用いて、ロボット１００を制御することができる。ツール座標系の原点であるツールセンターポイントは、エンドエフェクター１３０の一部であるニードル１３２の先端中心である。また、ツール座標系のＺ軸は、ニードル１３２の開口方向に沿った方向に延びる軸である。Ｚ軸方向におけるプラス方向である＋Ｚ軸方向は、ニードル１３２による吐出物の吐出方向である。また、Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、またＺ軸とも直交する方向に延びる。
【００１３】
制御装置２００は、メインメモリー２２０に記憶された教示データと超音波センサーアレイ１３４から出力される値とに応じて、アクチュエーターを駆動させることによって、アーム１２０を移動させる。制御装置２００の各種機能の実現には、不揮発性メモリー２３０に予め格納されたプログラムが用いられる。
【００１４】
なお、制御装置２００の構成は、適宜変更可能であり、図２に示した構成に限定されない。例えば、プロセッサー２１０とメインメモリー２２０とは、制御装置２００と通信可能な他の装置に設けられていても良い。この場合には、制御装置２００と他の装置とが、ロボット１００の制御装置として機能する。また、制御装置２００は、複数のプロセッサー２１０を備えていても良い。
【００１５】
教示装置３００は、ロボット１００の作業のための教示データを含む制御プログラムを作成する際に利用される。教示装置３００は、「ティーチングペンダント」とも呼ばれる。なお、ティーチングペンダントの代わりに、教示処理のアプリケーションプログラムを有するパーソナルコンピューターが用いられても良い。教示装置３００は、作成した教示データを制御装置２００と送信する。送信された教示データは、制御装置２００のメインメモリー２２０に記憶される。
【００１６】
図３は、吐出物３０を吐出する際のロボット１００の様子を示す模式図である。以下では、図３を用いて、制御装置２００によって実行されるロボット１００の制御内容の概要を説明する。
【００１７】
ロボット１００は、ニードル１３２から吐出物３０として接着剤を吐出することによって、接着剤を吐出面Ｓに塗布する。吐出面Ｓは、例えば、スマートフォン用のケースや、液晶パネルや、射出成形機で完成されたカメラモジュール等を含む種々の製造品の加工面である。なお、吐出物３０は、接着剤に限定されない。例えば、吐出物３０は、粘性を有する液状の物質やジェル状の物質やゲル状の物質であればよく、ロボット１００の用途に応じて適宜変更可能である。より具体的には、例えば、吐出物３０は、塗料や、シール部材や緩衝材等として用いられる樹脂であってもよい。
【００１８】
吐出物３０を吐出面Ｓに塗布する際において、アーム１２０は、制御装置２００からの制御に応じて、ニードル１３２が予め定められ塗布軌道Ｒに沿って移動するように駆動する。また、吐出物３０を吐出面Ｓに塗布する際には、制御装置２００は、種々の制御を実行している。例えば、制御装置２００は、高さ補正制御や、角度補正制御を実行する。高さ補正制御とは、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離が予め設定された距離になるようにする制御である。また、角度補正制御とは、ニードル１３２と吐出面Ｓとの角度が予め設定された角度となるようにする制御である。高さ補正制御及び角度補正制御には、超音波センサーアレイ１３４から出力される値が用いられる。また、制御装置２００は、超音波センサーアレイ１３４の検出値を用いて、ニードル１３２の傾きの有無を判定する。
【００１９】
図４は、ニードル１３２と超音波センサーアレイ１３４との位置関係を示す模式図である。図４は、ニードル１３２の先端側から見た場合における、エンドエフェクター１３０の正面図を模式的に示している。図４では、図３に示したロボット１００の姿勢における、移動方向ｄ１が示されている。以下において、ニードル１３２及び超音波センサーアレイ１３４の位置は、ニードル１３２の先端側から見た場合における位置関係を用いて説明される。
【００２０】
本実施形態において、エンドエフェクター１３０は、超音波センサーアレイ１３４として、ニードル１３２の周囲に配置された２つの超音波センサーアレイ１３４１、１３４２を含んでいる。以下では、説明の便宜のため、２つの超音波センサーアレイ１３４１、１３４２を、それぞれ第１の超音波センサーアレイ１３４１及び第２の超音波センサーアレイ１３４２とも記載する。
【００２１】
具体的には、第１の超音波センサーアレイ１３４１と第２の超音波センサーアレイ１３４２は、組を成し、ニードル１３２を挟んで配置されている。本実施形態において、２つの超音波センサーアレイ１３４１、１３４２のニードル１３２からの距離は同一である。つまり、２つの超音波センサーアレイ１３４１〜１３４４は、ニードル１３２を中心に対称となるように配置されている。なお、ニードル１３２からの距離が同一とは、２つの超音波センサーアレイにおいて、ニードル１３２からの距離の差が、２つの超音波センサーアレイのうちニードル１３２から遠い超音波センサーアレイとニードル１３２との距離の±５％以下である場合を含む。なお、本実施形態において、ニードル１３２から各超音波センサーアレイ１３４１、１３４２までの距離は、ニードル１３２の先端側から基端側に向かってエンドエフェクター１３０を平面視した場合における、ニードル１３２の開口１３２２の中心から各超音波センサーアレイ１３４１、１３４２までの最短距離である。
【００２２】
超音波センサーアレイ１３４は、信号としての超音波を送信する発信部として用いられるとともに、超音波を検出する検出部としても用いられる。信号として超音波を用いる場合には、例えば信号として光を用いる場合と比べて、信号の処理が容易である。例えば、光を用いた場合と比べて、超音波では発信されてから受信されるまでの時間が長い。このため、光を用いた場合と比べて、超音波を用いる場合には、必要となる応答速度や時間分解能が小さい。本実施形態において、超音波センサーアレイは、複数の超音波発生素子が配列されている。超音波センサーアレイ１３４は、超音波発生素子の撓み変形に応じて生じる超音波を測定対象へと照射する。また、超音波センサーアレイは、超音波を受信することによって電気信号である検出信号を出力する。超音波センサーアレイは、位相操作が可能である。これによって、超音波センサーアレイは、制御部２１０からの操作に怖じた位相差シフト駆動が可能である。位相差シフト駆動とは、各超音波発生素子の駆動タイミングをずらすことによって、各超音波発生素子から発生する超音波同士の位相差を調整する駆動方法を意味する。これにより、超音波センサーアレイは、位相差に応じて生じる超音波間の干渉を用いて、超音波の発信方向を任意に変更可能である。このため、超音波センサーアレイ１３４として位相差シフト駆動が可能な超音波センサーアレイを用いる場合には、発信方向を調整するための機構を別途設ける必要が無いため、超音波センサーアレイ１３４の小型化が容易である。この場合には、超音波センサーアレイ１３４として他の構成を用いる場合と比べて、設計における自由度が高い。本実施形態において、超音波発生素子には、圧電素子が用いられている。圧電素子には、例えば、膜状に成膜された、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）やジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）やチタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）を用いることができる。本実施形態において、圧電素子には、膜状に成膜されたＰＺＴが用いられている。
【００２３】
図５は、図４における５−５断面の様子を示す模式図である。図５では、第１の超音波センサーアレイ１３４１及び第２の超音波センサーアレイ１３４２によって出力される超音波の発信方向Ｄ１〜Ｄ４が示されている。図５で示された発信方向Ｄ１〜Ｄ４は、ニードル１３２の移動方向ｄ１に沿った方向から平面視した場合における様子を模式的に示しており、５−５断面における断面図には厳密に対応していない。本実施形態において、第１の超音波センサーアレイ１３４１は、第１の発信方向Ｄ１と第２の発信方向Ｄ２と第３の発信方向との３つの発信方向に超音波を発信できる。第２の超音波センサーアレイ１３４２は、第４の発信方向Ｄ４に超音波を発信できる。第１の超音波センサーアレイ１３４１は、３つの方向Ｄ１〜Ｄ３に同時に発信できる。
【００２４】
第１の発信方向Ｄ１は、第１の超音波センサーアレイ１３４１から第２の超音波センサーアレイ１３４２に向かう方向である。第１の発信方向Ｄ１に向かって超音波が発信された場合、超音波が伝達される経路には、ニードル１３２が配置されている。第１の発信部として機能する第１の超音波センサーアレイ１３４１から第１の発信方向Ｄ１に向かって発信された超音波は、第１の検出部として機能する第２の超音波センサーアレイ１３４２によって検出される。以下において、第１の発信方向Ｄ１に発信される超音波は、第１信号Ｓ１とも記載される。
【００２５】
第２の発信方向Ｄ２は、第１の超音波センサーアレイ１３４１から吐出面Ｓのうちの第１位置Ｐ１に向かう方向である。第１位置Ｐ１は、第１の超音波センサーアレイ１３４１から吐出面Ｓに対して垂直な方向から平面視したときのうちニードル１３２の延長線上ではないと重ならない吐出面Ｓ上の位置である。図３に示す様に、第１位置Ｐ１は、ニードル１３２の先端から延びる方向と吐出面Ｓとが重なる位置からずれた位置である。さらに、本実施形態において、第１位置Ｐ１は、ニードル１３２の移動方向ｄ１の前方に位置する。このため、第１位置Ｐ１には、吐出物３０が吐出されていない。図５に示す様に、第１の発信部として機能する第１の超音波センサーアレイ１３４１から第２の発信方向Ｄ２に向かって発信された超音波は、第１位置Ｐ１で反射された後に、第１の検出部として機能する第２の超音波センサーアレイ１３４２によって検出される。以下において、第２の発信方向Ｄ２に発信される超音波は、第２信号Ｓ２とも記載される。
【００２６】
第３の発信方向Ｄ３は、第１の超音波センサーアレイ１３４１から吐出面Ｓのうち第１位置Ｐ１とは異なる第２位置Ｐ２に向かう方向である。第２位置Ｐ２は、第１の超音波センサーアレイ１３４１から吐出面Ｓに対しておろした垂直な線と吐出面Ｓと重なる位置である。本実施形態において、第３の発信方向Ｄ３は、ニードル１３２の延びる方向と平行な方向である。第１の発信部として機能する第１の超音波センサーアレイ１３４１から第３の発信方向Ｄ３に向かって発信された超音波は、第２位置Ｐ２で反射された後に、第２の検出部として機能する第１の超音波センサーアレイ１３４１によって検出される。以下において、第３の発信方向Ｄ３に発信される超音波は、第３信号Ｓ３とも記載される。
【００２７】
第４の発信方向Ｄ４は、第３の発信方向Ｄ３に平行な方向であり、第２の超音波センサーアレイ１３４２から吐出面Ｓのうち第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２と異なる第３位置Ｐ３に向かう方向である。第３位置Ｐ３は、第２の超音波センサーアレイ１３４２から吐出面Ｓに対しておろした垂直な線と吐出面Ｓと重なる位置である。本実施形態において、第４の発信方向Ｄ４は、ニードル１３２の延びる方向と平行な方向である。第２の発信部として機能する第２の超音波センサーアレイ１３４２から第４の発信方向Ｄ４に向かって発信された超音波は、第３位置Ｐ３で反射された後に、第１の検出部として機能する第２の超音波センサーアレイ１３４２によって検出される。以下において、第４の発信方向Ｄ４に発信される超音波は、第４信号Ｓ４とも記載される。
【００２８】
図６は、第１実施形態において実行されるニードル１３２の傾きの判定と、その結果に応じた処理におけるフローチャートである。図６に示したニードル１３２の傾きの判定処理は、制御装置２００の制御部２１０によって実行される。制御装置２００は、教示データに応じた吐出面Ｓへの吐出物３０の吐出がロボット１００に指示された際に、吐出を開始する前に、ニードル１３２の傾きの判定を実行する。ニードル１３２の傾きの判定を開始すると、制御部２１０は、ステップＳ１０１を開始する。
【００２９】
ステップＳ１０１では、制御部２１０は、第１の超音波センサーアレイ１３４１に第１信号Ｓ１を発信させる。
【００３０】
ステップＳ１０２では、制御部２１０は、第１信号Ｓ１の発信に応じた第２の超音波センサーアレイ１３４２の検出値が予め定めた閾値以下であるか否かを判定する。検出値は、第１の超音波センサーアレイ１３４１と第２の超音波センサーアレイ１３４２との間における超音波の減衰に応じて、小さくなる。アレイ予め定めた閾値は、第１信号Ｓ１の伝達経路に障害物となる物体が存在しない場合に想定される検出値の最大値よりも十分に小さく、かつ、第１信号Ｓ１の伝達経路にニードル１３２が配置されている場合に想定される検出値である想定値よりも十分に大きい値であることが好ましい。具体的には、例えば、予め定めた閾値は、第１信号Ｓ１の伝達経路に障害物となる物体が存在しない場合と、ニードル１３２が配置されている場合と、を比べた際に想定される検出値の差を用いて設定されている。予め定めた閾値は、検出値の最大値から想定される検出値の差の８分の１を減じた値より小さい値であることが好ましく、検出値の最大値から想定される検出値の差の４分の１を減じた値より小さいことがより好ましい。また、予め定めた閾値は、検出値の想定値に想定される検出値の差の８分の１を加えた値より大きい値であることが好ましく、検出値の想定値に想定される検出値の差の４分の１を加えた値より大きい値であることがより好ましい。
【００３１】
ステップＳ１０２の処理において、検出値が予め定められた閾値より大きい場合、つまりステップＳ１０２における判定の結果がＮｏである場合には、検出値はニードル１３２が傾いていることを表す。このため、制御部２１０は、ニードル１３２が正常な位置にないと判断する。ニードル１３２が正常な位置にない場合には、例えば、ニードル１３２が傾いている場合である。この場合には、ニードル１３２の先端は、想定された方向とは異なる方向を向いている。これによりロボット１００が教示データに応じた動作をした場合であっても、吐出物３０が本来想定された位置とは異なる位置に吐出されるおそれがある。制御部２１０は、ステップＳ１０２の処理の結果がＮｏである場合には、ステップＳ１１１を実行する。
【００３２】
ステップＳ１１１の処理では、制御部２１０は、ニードル１３２からの吐出物３０の吐出を含むロボット１００の動作を停止させる。ステップＳ１１１の処理を事項した後、制御部２１０は、図６に示す処理を終了する。
【００３３】
一方、ステップＳ１０２の処理において、検出値が予め定められた閾値以下である場合、つまりステップＳ１０２における判定の結果がＹｅｓである場合には、検出値は、ニードル１３２が傾いていないことを表す。このため、制御部２１０は、ニードル１３２が正常な位置にあると判断する。制御部２１０は、ステップＳ１０２の処理の結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ１０３を実行する。
【００３４】
ステップＳ１０３の処理では、制御部２１０は、ロボット１００に教示データに沿って吐出物３０の吐出を実行させる。ステップＳ１０３の処理を事項した後、制御部２１０は、図６に示す処理を終了する。
【００３５】
制御部２１０は、図６に示すステップＳ１０３の処理において、ニードル１３２からの吐出物３０の吐出を実行させた場合には、ニードル１３２の高さ補正と、角度補正と、吐出不良の有無の判定と、を実行する。以下では、本実施形態において実行される、ニードル１３２の高さ補正と、角度補正と、吐出不良の有無の判定と、を説明する。
【００３６】
制御部２１０は、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離が予め定められた距離になるように、アーム１２０の姿勢を制御する高さ補正処理を実行する。ここで、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離とは、ニードル１３２の先端から延びる方向におけるニードル１３２と吐出面Ｓとの距離である。この高さ補正処理は、吐出物３０の吐出と並行して実行される。このため、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離は、リアルタイムで補正される。この高さ補正処理において、制御部２１０は、第２信号Ｓ２が第１の超音波センサーアレイ１３４１から発信されてから、第２の超音波センサーアレイ１３４２に検出されるまでに要した時間に応じて、ニードル１３２の高さを補正する。具体的には、第２信号Ｓ２が発信されてから検出されるまでの時間が予め定めた時間になるように、制御部２１０は、エンドエフェクター１３０の位置を制御する。これにより、ロボット１００は、制御部２１０の制御に応じて、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離を予め定められた距離に保つことができる。
【００３７】
制御部２１０は、ニードル１３２と吐出面Ｓとの成す角度が予め定められた角度になるように、アーム１２０の姿勢を制御する角度補正処理を実行する。この角度補正処理は、吐出物３０の吐出と並行して実行される。このため、ニードル１３２と吐出面Ｓとの成す角度は、リアルタイムで補正される。この角度補正処理において、制御部２１０は、第３信号Ｓ３が発信されてから受信されるまでに要する第１の時間と、第４信号Ｓ４が発信されてから受信されるまでに要する第２の時間と、を用いる。第１の時間は、図５に示した第３の発信方向Ｄ３に第３信号Ｓ３である超音波が第１の超音波センサーアレイ１３４１から発信されてから、第１の超音波センサーアレイ１３４１に受信されるまでに要する時間である。第２の時間は、図５に示した第４の発信方向Ｄ４に第４信号Ｓ４である超音波が第２の超音波センサーアレイ１３４２から発信されてから、第２の超音波センサーアレイ１３４２に受信されるまでに要する時間である。本実施形態において、第１の時間と前記第２の時間との差分は、所定の範囲とになるように、ニードル１３２の傾きを制御されている。なお、所定の範囲は、制御部２１０による制御を実行する上で第１の時間と第２の時間とが同一として扱うことができる程度に小さな値であり、ニードル１３２の動作において求められる動作精度に応じて定められる範囲である。本実施形態において、具体的には、制御部２１０は、第１の時間と第２の時間との両方が予め定められた時間になるように、エンドエフェクター１３０の位置及び向きを制御する。このため、第１の超音波センサーアレイ１３４１から吐出面Ｓまでの距離と第２の超音波センサーアレイ１３４２から吐出面Ｓまでの距離とは、同じ距離になるように維持されている。また、高さ補正処理によって、ニードル１３２と吐出面Ｓとの距離が一定に保たれているため、ニードル１３２と吐出面Ｓとの成す角度は、予め定められた角度に保たれる。
【００３８】
図７は、ニードル１３２が曲がった状態において吐出物の吐出が実行されている場合における様子を示す模式図である。図７では、破線によって、傾きが生じていない場合におけるニードル１３２が示されている。図７に示す場合には、ニードル１３２の基端側は正しい位置にある。このため、図６の処理において、ニードル１３２は、傾いていないと判定される。ニードル１３２が曲がっている場合には、想定されていない位置である第１位置Ｐ１に吐出物３０が吐出されるおそれがある。この場合には、第２の超音波センサーアレイ１３４２によって取得される検出値が、通常の検出値と異なる。制御部２１０は、吐出物の吐出が想定されていない第１位置Ｐ１に吐出物が吐出されている場合に、吐出を停止させる。このため、制御装置２００は、吐出不良が発生している状態で吐出面Ｓへの吐出を継続することによって生じ得る吐出対象の品質低下を抑制できる。また、高さ補正処理に用いる第２信号Ｓ２を利用するため、吐出不良を検出するための検出信号を別に取得する場合と比べて、制御を簡略化できる。なお、図７では、ニードル１３２が曲がっている場合を例として説明したが、曲がり以外にも、例えば、ニードル１３２に亀裂が生じた場合や開口１３２２の一部が異物等によって閉塞した場合にも、吐出不良は発生しうる。
【００３９】
以上説明した第１実施形態の制御装置２００によれば、制御部２１０は、第１信号Ｓ１に応じて検出部である第２の超音波センサーアレイ１３４２から出力される第１検出値を用いて、ニードル１３２の傾きの有無を判定できる。また、制御部２１０は、ニードル１３２が傾いていないと判定した場合には、ニードル１３２からの吐出を実行させる。このため、ニードル１３２が傾いていた状態で吐出面Ｓに吐出物３０を吐出させる可能性が低減する。従って、制御装置２００は、ロボット１００における吐出不良の発生を抑制できる。
【００４０】
Ｂ．第２実施形態
図８は、第２実施形態における超音波センサーアレイ１３４を示す模式図である。第２実施形態に係るロボットシステムは、超音波センサーアレイ１３４の構造において、第１実施形態と異なる。以下において、第１実施形態と同一の構成については、同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態では、超音波センサーアレイ１３４には、超音波を屈折させる超音波レンズ１３６が取り付けられている。超音波レンズ１３６は、音響レンズとも呼ばれる。
【００４１】
図８に示すように、超音波レンズ１３６は、第１の発信方向Ｄ１と第２の発信方向Ｄ２と第３の発信方向Ｄ３とに超音波が発信されるように第１の超音波センサーアレイ１３４１に取り付けられている。この場合には、超音波センサーアレイ１３４は、位相シフト駆動を行うことなく、３つの発信方向Ｄ１〜Ｄ３に超音波を発信できる。また、本実施形態では、第２の超音波センサーアレイ１３４２にも同様に超音波レンズが取り付けられている。
【００４２】
以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の構成を有する点において、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第２実施形態によれば、超音波センサーアレイ１３４から発信される信号の発信方向は超音波レンズ１３６によって調節される。このため、位相シフト駆動等を実行する場合と比べて、制御部２１０における処理の負荷が低減される。
【００４３】
Ｃ．第３実施形態
（１）図９は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図である。この例では、ロボット１００およびその制御装置２００の他に、パーソナルコンピューター５００、５１０と、ＬＡＮなどのネットワーク環境を介して提供されるクラウドサービス６００とが描かれている。パーソナルコンピューター５００、５１０は、それぞれプロセッサーとメモリーとを含んでいる。また、クラウドサービス６００においてもプロセッサーとメモリーを利用可能である。プロセッサーは、コンピューター実行可能な命令を実行する。これらの複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、制御装置２００および教示装置３００を含むロボット制御装置を実現することが可能である。また、各種の情報を記憶する記憶部も、これらの複数のメモリーの一部または全部を利用して、実現することが可能である。
【００４４】
（２）図１０は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図である。この例では、ロボット１００の制御装置２００が、ロボット１００の中に格納されている点が図９と異なる。この例においても、複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、制御装置２００および教示装置３００を含むロボット制御装置を実現することが可能である。また、各種の情報を記憶する記憶部も、複数のメモリーの一部または全部を利用して、実現することが可能である。
【００４５】
Ｄ．他の実施形態
Ｄ１．第１の他の実施形態
上記実施形態において、超音波センサーアレイ１３４は、発信部としての機能と検出部としての機能を有している。しかし、超音波センサーアレイ１３４は、発信部と検出部との一方の機能のみを有していてもよい。例えば、超音波センサーアレイ１３４が発信部としてのみ機能する場合には、超音波センサーアレイ１３４とは別に検出部を有している必要がある。この場合において、検出部は、超音波を検出可能な超音波センサーであればよく、超音波センサーアレイに限定されない。また、超音波センサーアレイ１３４が検出部としてのみ機能する場合には、超音波センサーアレイ１３４とは別の発信部を有している必要がある。この場合において、発信部は、超音波を発生可能な発信源であればよく、超音波センサーアレイに限定されない。
【００４６】
Ｄ２．第２の他の実施形態
上記実施形態において、発信部と検出部との間で用いられる信号には、超音波が用いられている。しかし、信号は、これに限定されない。例えば、光りであっても良い。第１信号Ｓ１を発信する発信部には、例えば、レーザー光を発信するレーザー光源や拡散光を発信するハロゲン光源等、種々の光源を用いることができる。第１信号Ｓ１を検出する検出部には、光り強度を検出可能な種々の光センサーを用いることができる。また、時間分解による解析が必要な、第２信号Ｓ２や第３信号Ｓ３や第４信号Ｓ４の光源には、パルスレーザーの発信可能な光源を用いてもよい。この場合において、時間分解による解析は、パルスレーザー光が対象物に反射してくるまでに要する飛行時間を取得するために用いられてもよい。この場合には、制御部２１０は、飛行時間に基づいて対象物までの距離を算出する飛行時間解析を行うことによって、信号が発信されてから検出されるまでに要する時間を取得しても良い。
【００４７】
Ｄ３．第３の他の実施形態
上記実施形態において、第１の超音波センサーアレイ１３４１と第２の超音波センサーアレイ１３４２とは、ニードル１３２を中心に対称に配置されているが、これに限定されない。第１の超音波センサーアレイ１３４１と第２の超音波センサーアレイ１３４２との配置関係は、ニードル１３２を挟んで配置されている限りにおいて、適宜変更可能である。
【００４８】
Ｄ４．第４の他の実施形態
上記実施形態において、ニードル１３２の傾きの有無を判定した結果、ニードル１３２に傾きがない場合において、制御部２１０は、ロボット１００に吐出物３０の吐出を実行させている。しかし、ニードル１３２に傾きがない場合において、制御部２１０は、必ずしもロボット１００に吐出物３０の吐出を実行させなくてもよい。例えば、制御部２１０は、さらにニードル１３２の状態を検査する工程を実行してもよい。この場合には、制御部２１０は、ニードル１３２に異常が発見されなかった場合にのみロボット１００に吐出物３０の吐出を実行させ、異常が発見されなかった場合にはロボット１００に吐出物３０の吐出を実行させなくてもよい。
【００４９】
Ｄ５．第５の他の実施形態
上記実施形態において、第３信号Ｓ３を発信する第３の発信方向Ｄ３と第４信号Ｓ４を発信する第４の発信方向Ｄ４は、ニードル１３２の伸びる方向に平行な方向であるが、方向はこれに限定されない。第３の発信方向Ｄ３と第４の発信方向Ｄ４とは、互いに平行であり、かつ、吐出面Ｓに反射した後に発信した超音波センサーアレイ１３４に検出される方向であれば、任意に変更可能である。
【００５０】
Ｄ６．第６の他の実施形態
上記実施形態において、角度補正処理を実行する際に、制御部２１０は、第１の時間と第２の時間とが予め定めた時間になるように、アーム１２０の姿勢を制御する。しかし、制御部２１０は、角度補正処理を実行する際に、異なる制御を実行してもよい。例えば、制御部２１０は、第１の時間と第２の時間とが単に互いに同じ時間になるように、アーム１２０の姿勢を制御してもよい。この場合であっても、角度補正制御が行われない場合に比べて、アーム１２０の姿勢が安定する。
【００５１】
Ｄ７．第７の他の実施形態
上記実施形態において、制御部２１０は、高さ補正処理と角度補正処理と吐出不良の発生の有無の判定とを実行しているが、これに限定されない。例えば、制御部２１０は、上記３つの処理のうち少なくとも１つを実行しなくてもよい。
【００５２】
Ｄ８．第８の他の実施形態
上記形態において、ロボット１００は、６軸ロボットであるが、これに限定されない。ロボット１００が有する軸の数は、７軸以上でもよく、５軸以下であってもよい。具体的には、例えば、ロボット１００は、１軸のロボットであるスカラロボットであってもよい。ロボット１００がスカラロボットである場合であっても、制御装置２００は、上記形態と同様に、ニードル１３２の傾きの有無の判定を実行することができる。
【００５３】
Ｄ９．第９の他の実施形態
上記実施形態において、ロボット１００に備えられた超音波センサーアレイ１３４は、１つの組をなる２つの超音波センサーアレイ１３４１、１３４２であるが、超音波センサーアレイ１３４の数は２つに限定されない。例えば、ロボット１００は、ニードル１３２を挟んで配置された２つの超音波センサーアレイ１３４からなる１組の超音波センサーアレイ１３４を２組以上備えても良い。この場合には、制御部２１０は、２組以上の超音波センサーアレイ１３４から１組以上の超音波センサーアレイ１３４を選択し、上記実施形態に記載の処理を実行してもよい。また、この場合において、制御部２１０は、ニードル１３２の傾きの有無の判定と高さ補正処理と角度補正処理と吐出不良の発生の有無の判定とで別々の組の超音波センサーアレイ１３４を用いても良い。
【００５４】
Ｄ１０．第１０の他の実施形態
上記実施形態において、超音波センサーアレイ１３４は、３つの方向Ｄ１〜Ｄ３に同時に超音波を発信しているが、同時に発信できなくてもよい。また、超音波センサーアレイ１３４は、３つの発信方向Ｄ１〜Ｄ３に超音波を発信しているが、２つ以下の発信方向にしか発信できなくてもよい。この場合には、ロボット１００は、各発信方向に超音波を発信可能な超音波センサーアレイをそれぞれ備えても良い。
【００５５】
Ｄ１１．第１１の他の実施形態
上記実施形態において、制御部２１０は、図６に示す処理におけるステップＳ１０２において、検出値を予め定めた閾値と比較している。しかし、制御部２１０は、異なる処理を実行してよい。例えば、過去に取得された検出信号と新たに取得した検出信号とを比較してもよい。
【００５６】
以上説明した第１から第１１の他の実施形態であっても、上記実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。
【００５７】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００５８】
（１）本開示の一形態によれば、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられ、吐出面に対して吐出物を吐出するニードルと、信号を発信する発信部と、前記信号を検出する検出部と、を備えるロボットを制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記検出部によって検出される信号強度に応じて、前記ロボットアームの動作と前記ニードルからの前記吐出物の吐出とを制御する制御部を備え、前記検出部と前記発信部との間に、前記ニードルが配置され、前記制御部は、前記発信部から前記検出部へ向いた方向である第１の方向に沿って、前記発信部から前記検出部に前記第１信号を発信させ、前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていないことを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を実行させ、前記第１信号に応じて前記検出部から出力される第１検出値が、前記ニードルが前記吐出面に対して傾いていることを示す場合、前記ニードルから前記吐出物の吐出を停止させる。
この形態の制御装置によれば、制御部は、第１信号に応じて検出部から出力される第１検出値を用いて、ニードルの傾きの有無を判定し、ニードルが傾いる合には、ニードルからの吐出を実行させない。このため、ニードルが傾いていた状態で吐出面に吐出物を吐出させる可能性が低減する。従って、制御装置は、吐出不良の発生を抑制できる。
【００５９】
（２）上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記ニードルが傾いていないことを表す場合として、前記第１検出値が前記閾値以下である場合には、前記吐出を実行してもよい。
この形態の制御装置によれば、制御部は、例えば過去の検出値と比較する場合と比べて徐々にニードルが傾いた場合であってもニードルの傾きを発見できる。
【００６０】
（３）上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記発信部から前記吐出面に対して垂直な方向から平面視したとき前記ニードルと重ならない前記吐出面上の第１位置に向かう方向である第２の方向に沿って、前記発信部から前記第１位置に第２信号を発信させ、前記第２信号が発信されてから前記第１位置で反射して前記検出部に検出されるまでに要する時間を用いて、前記ニードルと前記吐出面との距離を予め定めた距離にするように前記ロボットアームを制御してもよい。
この形態の制御装置によれば、ニードルと吐出面との距離を予め定めた距離に維持できるため、ニードルと吐出面との距離が変動することによる吐出面への吐出が不安定になるのを抑制できる。
【００６１】
（４）上記形態の制御装置において、前記制御部は、前記第２信号に応じた検出部による検出値を用いて、前記第１位置に前記吐出物があるか否かを判定し、前記第１位置に前記吐出物があると判定した場合には、前記ニードルからの前記吐出物の吐出を停止させてもよい。
この形態の制御装置によれば、吐出物の吐出が想定されていない第１位置に吐出物が吐出されている場合に、吐出を停止させることができる。この場合いは、想定外の位置への吐出である吐出不良が発生している状態で吐出面への吐出が継続することによる吐出対象の品質低下を抑制できる。また、高さの補正に用いる検出信号を利用するため、吐出不良を検出するための検出信号を別に取得する場合と比べて、制御を簡略化できる。
【００６２】
（５）上記形態の制御装置において、前記ロボットは、前記発信部である第１発信部及び前記検出部である第１検出部に加えて、第２発信部及び第２検出部を備え、前記第２発信部は、前記第１発信部の間に、前記ニードルが配置され、前記第２検出部は、前記第１検出部に対して前記ニードルを挟んだ位置に設けられ、前記制御部は、前記第１発信部から前記吐出面に対しておろした垂直な線と前記吐出面と重なる第２位置に向かう第３の方向に沿って、前記第１発信部から前記吐出面に第３信号を発信させ、前記第２発信部から前記吐出面に対しておろした垂直な線と前記吐出面と重なる第３位置に向かう第４の方向に沿って、前記第２発信部から前記吐出面に第４信号を発信させ、前記第１発信部から前記第３信号が発信されてから前記吐出面上の前記第２位置で反射して第１検出部に検出されるまでの第１の時間と、前記第２発信部から前記第４信号が発信されてから前記吐出面上の前記第３位置で反射して第２検出部に検出されるまでの第２の時間と、を比較し、前記第１の時間と前記第２の時間の差分が所定の範囲となるように、前記ニードルの傾きを制御させてもよい。
この形態の制御装置によれば、ニードルと吐出面との成す角度の変動を抑制できる。これにより、ニードルと吐出面との成す角度が変動することによって、吐出が不安定になることを抑制できる。
【００６３】
（６）上記形態の制御装置において、前記第１発信部及び前記第２検出部として機能する第１の超音波センサーアレイと、前記第２発信部及び前記第１検出部として機能する第２の超音波センサーアレイと、を備え、前記信号は、超音波である、前記ロボットを制御してもよい。
この形態の制御装置によれば、検出部と発信部とを超音波センサーアレイにできるため、制御の内容に応じて超音波センサーアレイの機能を切り替えて用いることができる。
【００６４】
（７）上記形態の制御装置において、前記第１の超音波センサーアレイは、前記超音波を屈折させる超音波レンズを有し、前記超音波レンズを用いて、前記第１発信方向に加えて、前記第１発信方向以外の発信方向に向けて前記超音波を発信可能であってもよい。
この形態の制御装置によれば、ニードルと吐出面との成す角度の変動を抑制できる。これにより、ニードルと吐出面との成す角度が変動することによって、吐出が不安定になることを抑制できる。
【００６５】
（８）上記形態の制御装置において、前記第１の超音波センサーアレイは、位相操作によって、前記第１発信方向、前記第２発信方向、並びに前記第３発信方向に前記超音波を発信してもよい。
この形態の制御装置によれば、ニードルと吐出面との成す角度の変動を抑制できる。これにより、ニードルと吐出面との成す角度が変動することによって、吐出が不安定になることを抑制できる。
【００６６】
本開示は、制御装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置によって制御されるロボットや制御装置及びロボットを備えるロボットシステムやロボットの制御方法やロボットを制御するための制御プログラム等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００６７】
３０…吐出物、１００…ロボット、１１０…基台、１２０…ロボットアーム、１２０…アーム、１３０…エンドエフェクター、１３２…ニードル、１３４…超音波センサーアレイ、１３６…超音波レンズ、１４０…配線、１９０…力覚センサー、２００…制御装置、２１０…制御部、２２０…メインメモリー、２３０…不揮発性メモリー、２４０…表示制御部、２５０…表示部、２６０…Ｉ／Ｏインターフェース、３００…教示装置、５００…パーソナルコンピューター、６００…クラウドサービス、１３２２…開口、１３４１…第１の超音波センサーアレイ、１３４２…第２の超音波センサーアレイ、Ｄ１…第１の発信方向、Ｄ２…第２の発信方向、Ｄ３…第３の発信方向、Ｄ４…第４の発信方向、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、Ｐ３…第３位置、Ｒ…塗布軌道、Ｓ…吐出面、Ｓ１…第１信号、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…第３信号、ｄ１…移動方向
【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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【図９】
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【図１０】
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