(57)【要約】【課題】第１対象物及び第２対象物に傷がつきにくいロボットシステム、及びロボットシステムの制御方法を提供する。【解決手段】ロボットシステムは、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を伴う作業を行うロボットシステムであって、第２対象物５２を把持する第１エンドエフェクター１０と、第１エンドエフェクター１０が装着された第１ロボットアーム１２と、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を検知する接触検知部４０と、接触検知部４０の検知結果に基づいて収縮する第１ピエゾ素子４２と、を有し、第１ピエゾ素子４２が収縮することで、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物と第２対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムであって、
前記第２対象物を把持する第１エンドエフェクターと、
前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、
前記第１対象物と前記第２対象物との接触を検知する接触検知部と、
前記接触検知部の前記検知結果に基づいて収縮する第１ピエゾ素子と、
を有し、
前記第１ピエゾ素子が前記収縮することで、前記第１対象物と前記第２対象物とが離れることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとが並ぶ方向に沿って収縮することを特徴とするロボットシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられ、
前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第２対象物が前記第１対象物から離れる方向であることを特徴とするロボットシステム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１ピエゾ素子は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられ、
前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第１対象物が前記第２対象物から離れる方向であることを特徴とするロボットシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記接触検知部は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記接触検知部は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられていることを特徴とするロボットシステム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記接触検知部は、力覚センサーであることを特徴とするロボットシステム。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記接触検知部は、第２ピエゾ素子であることを特徴とするロボットシステム。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記接触検知部は、前記第１ピエゾ素子であることを特徴とするロボットシステム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１エンドエフェクター及び前記第１ロボットアームの駆動を制御する駆動制御部と、
前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、
を有し、
前記ピエゾ制御部は、前記駆動制御部より速い制御周期で前記接触検知部及び前記第１ピエゾ素子を制御することを特徴とするロボットシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロボットシステムにおいて、
前記第１対象物又は前記第２対象物を把持する第２エンドエフェクターと、
前記第２エンドエフェクターが装着された第２ロボットアームと、
を有することを特徴とするロボットシステム。
【請求項１２】
作業対象物を把持する第１エンドエフェクターと、前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、前記作業対象物と被接触対象物との接触を検知する接触検知部と、第１ピエゾ素子と、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、を有し、前記作業対象物と前記被接触対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムの制御方法であって、
前記ピエゾ制御部は、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子を前記作業対象物と前記被接触対象物とが離れる方向へ収縮させることを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのハンドが第２対象物を把持して、挿入する第１対象物に接触する際、接触する速度が速すぎると接触時の衝撃力が大きく、第１対象物や第２対象物にダメージ（傷、破壊）を与える。衝撃力が発生しないようにするためには接触する速度を遅くする必要がある。接触する速度を遅くすることは、作業のサイクルタイムを著しく落とすことになる。接触する速度を速く、かつ衝撃力を抑制するためには、より速い制御周期で制御する必要があるが、ロボットの可動部は、可動筐体部の質量が大きく、減速機による位置制御遅れもあって、衝撃力を抑制して制御することは困難であった。
【０００３】
これに対して、ロボットハンドにスプリング機構があって衝撃を吸収する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２６６７１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、特許文献１では、スプリングを使用しているため、重量や速度によっては、ハンド又は対象物に傷がつくおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願のロボットシステムは、第１対象物と第２対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムであって、前記第２対象物を把持する第１エンドエフェクターと、前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、前記第１対象物と前記第２対象物との接触を検知する接触検知部と、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて収縮する第１ピエゾ素子と、を有し、前記第１ピエゾ素子が前記収縮することで、前記第１対象物と前記第２対象物とが離れることを特徴とする。
【０００７】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとが並ぶ方向に沿って収縮することが好ましい。
【０００８】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられ、前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第２対象物が前記第１対象物から離れる方向であることが好ましい。
【０００９】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられ、前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第１対象物が前記第２対象物から離れる方向であることが好ましい。
【００１０】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられていることが好ましい。
【００１１】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられていることが好ましい。
【００１２】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、力覚センサーであることが好ましい。
【００１３】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、第２ピエゾ素子であることが好ましい。
【００１４】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１ピエゾ素子であることが好ましい。
【００１５】
上記のロボットシステムは、前記第１エンドエフェクター及び前記第１ロボットアームの駆動を制御する駆動制御部と、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、を有し、前記ピエゾ制御部は、前記駆動制御部より速い制御周期で前記接触検知部及び前記第１ピエゾ素子を制御することが好ましい。
【００１６】
上記のロボットシステムは、前記第１対象物又は前記第２対象物を把持する第２エンドエフェクターと、前記第２エンドエフェクターが装着された第２ロボットアームと、を有することが好ましい。
【００１７】
本願のロボットシステムの制御方法は、作業対象物を把持する第１エンドエフェクターと、前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、前記作業対象物と被接触対象物との接触を検知する接触検知部と、第１ピエゾ素子と、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、を有し、前記作業対象物と前記被接触対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムの制御方法であって、前記ピエゾ制御部は、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子を前記作業対象物と前記被接触対象物とが離れる方向へ収縮させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図。
【図２】第１実施形態に係るロボットシステムを示す構成図。
【図３】第１実施形態に係るロボットシステムのブロック図。
【図４Ａ】第１実施形態に係る第１対象物と第２対象物との接触時の制御を説明する図。
【図４Ｂ】第１実施形態に係る第１対象物と第２対象物との接触時の制御を説明する図。
【図５】第１実施形態に係る第１対象物と第２対象物との接触時の制御を説明するフローチャート。
【図６Ａ】第２実施形態に係る接触検知部の他の配置位置例を示す図。
【図６Ｂ】第２実施形態に係る接触検知部の他の配置位置例を示す図。
【図７Ａ】第３実施形態に係るピエゾ素子の他の配置位置例を示す図。
【図７Ｂ】第３実施形態に係るピエゾ素子の他の配置位置例を示す図。
【図８】第４実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るロボットシステムを示す構成図である。図３は、本実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。
本実施形態に係るロボットシステム１００は、図１及び図２に示すように、ロボット本体２と、ロボット本体２の駆動を制御する駆動制御部８と、ロボット本体２に設けられた第１ピエゾ素子としてのピエゾ素子４２の収縮を制御するピエゾ制御部３６と、を備える。
【００２１】
ロボット本体２は、作業対象物である第２対象物５２を把持する第１エンドエフェクターとしてのハンド１０と、ハンド１０が装着された第１ロボットアームとしてのロボットアーム１２と、接触検知部としての力覚センサー４０と、ピエゾ素子４２と、ロボットアーム１２が回動可能に連結された基台１４と、を備える。第１対象物５０は被接触対象物とも言える。第１対象物５０は載置台５４に載置される。載置台５４は第１対象物５０を載置する。
【００２２】
ロボット本体２は、ハンド１０が装着されたロボットアーム１２を用いて、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送、及び組立等の作業を行う。ロボット本体２は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。すなわちロボットシステム１００は、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を伴う作業を行うことができる。
【００２３】
基台１４は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。また、ロボットアーム１２は、基台１４に対して回動可能に連結されている第１アーム１６と、第１アーム１６に対して回動可能に連結されている第２アーム１８と、第２アーム１８に対して回動可能に連結されている第３アーム２０と、第３アーム２０に対して回動可能に連結されている第４アーム２２と、第４アーム２２に対して回動可能に連結されている第５アーム２４と、第５アーム２４に対して回転可能に連結されている第６アーム２６と、第６アーム２６に着脱自在に接続されたハンド１０と、を備える。なお、基台１４及び第１アーム１６〜第６アーム２６のうちの互いに連結された２つの部材同士を屈曲又は回動させる部分が「関節部」を構成している。
【００２４】
また、ロボット本体２は、図３に示すように、ロボットアーム１２の各関節部を駆動する駆動部２８と、ロボットアーム１２の各関節の駆動状態を検出する角度センサー３０と、を備える。駆動部２８は、例えば、モーター及び減速機を含んで構成されている。角度センサー３０は、例えば、磁気式又は光学式のロータリーエンコーダーを含んで構成されている。
【００２５】
力覚センサー４０は、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を検知する。力覚センサー４０は、載置台５４に載置された第１対象物５０と、ハンド１０に把持された第２対象物５２との接触を検知する。
【００２６】
力覚センサー４０は、ロボットアーム１２とハンド１０との間に設けられている。力覚センサー４０は、第５アーム２４とハンド１０との間に設けられている。力覚センサー４０は、第６アーム２６とハンド１０との間に設けられている。これによれば、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を容易に検知することができる。
【００２７】
力覚センサー４０は、接触検知部である。これによれば、力覚センサー４０で容易に接触検知部を構成できる。
【００２８】
また、力覚センサー４０は、ロボットアーム１２に付与される外力に起因したロボットアーム１２の振動を検知するセンサーである。このような力覚センサー４０を設けることにより、ロボットアーム１２やハンド１０に外力が付与されたとき、その外力が振動としてロボットアーム１２を経て力覚センサー４０に伝達され、力覚センサー４０においてその振動の大きさを検知することができる。そのため、力覚センサー４０が検出する振動に基づいて、第１対象物５０と第２対象物５２との接触検出が可能となる。
【００２９】
力覚センサー４０は、力覚センサー４０に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーを用いている。なお、６軸成分は互いに直交する３軸であるα軸、β軸、及びγ軸のそれぞれの方向の並進力成分と、これら３軸のそれぞれの軸まわりの回転力成分とからなる。
【００３０】
ピエゾ素子４２は、力覚センサー４０の検知結果に基づいて収縮する。ピエゾ素子４２が収縮することで、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる。ピエゾ素子４２は、力覚センサー４０の検知結果に基づいて、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へ収縮する。ピエゾ素子４２は、載置台５４に載置された第１対象物５０と、ハンド１０に把持された第２対象物５２とが離れる方向へ収縮する。
【００３１】
ピエゾ素子４２は、ロボットアーム１２とハンド１０とが並ぶ方向に沿って収縮する。ピエゾ素子４２は、第５アーム２４とハンド１０とが並ぶ方向に沿って収縮する。ピエゾ素子４２は、第６アーム２６とハンド１０とが並ぶ方向に沿って収縮する。これによれば、ピエゾ素子４２の収縮により第１対象物５０と第２対象物５２とを効率よく離すことができる。
【００３２】
ピエゾ素子４２は、ロボットアーム１２とハンド１０との間に設けられている。ピエゾ素子４２は、第５アーム２４とハンド１０との間に設けられている。ピエゾ素子４２は、第６アーム２６とハンド１０との間に設けられている。ピエゾ素子４２は、力覚センサー４０より先端側に設けられている。ピエゾ素子４２が収縮する方向は、第２対象物５２が第１対象物５０から離れる方向である。ピエゾ素子４２は、第２対象物５２を第１対象物５０から離れる方向へ収縮する。これによれば、第１対象物５０と第２対象物５２との接触の振動を効率よく抑制できる。
【００３３】
ピエゾ素子４２は、第１対象物５０と第２対象物５２とが接触したときの衝撃力を示す接触高周波振動を抑制する。力覚センサー４０が接触を感知すると、ピエゾ素子４２に電圧が印加されてロボットアーム１２が伸びる方向で逆方向にピエゾ素子４２が収縮する。衝撃力の大きさによってピエゾ素子４２の収縮も大きくなる。ピエゾ素子４２の変位量は、圧電定数、素子形状、印加電圧で決まる。ピエゾ素子４２の変位量は小さいが高速で変位量が変わる。ピエゾ素子４２は、電圧駆動による固体変形利用のため、高精度、高速応答、停止保持力が高い、低消費電力、電磁ノイズが出ない、小型で高密度配置が可能、構造がシンプルである。
【００３４】
ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０の検知結果に基づいて、ピエゾ素子４２の収縮を制御する。ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０が検知する振動のうち高速力覚変動成分が一定値以上になった場合にピエゾ素子４２を縮める。ピエゾ制御部３６は、高速力覚変動成分が一定値以下であればピエゾ素子４２をもとの状態に伸ばすように制御する。高速力覚変動成分とは、第２対象物５２が第１対象物５０に接触したときに力覚センサー４０から出力される力覚値である。
【００３５】
ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０の検知する振動の変化率に基づいて、ピエゾ素子４２にかかる電圧を変化させピエゾ素子４２の収縮を制御する。ピエゾ制御部３６は、接触の変化率によりピエゾ素子ドライバー５８からピエゾ素子４２に出力される電圧の大きさを制御する。
【００３６】
ピエゾ制御部３６と駆動制御部８とは、別体である。ピエゾ制御部３６は、駆動制御部８より速い制御周期でピエゾ素子４２を制御する。ピエゾ制御部３６は、駆動制御部８より速い制御周期のサンプリングを実行し、より速くピエゾ素子４２の制御を行う。例えば、ロボット本体２の力覚検出は、駆動制御部８が５００Ｈｚの周波数で力覚サンプリング及び制御を行っている場合に、ピエゾ制御部３６が１２．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの力覚サンプリング及びピエゾ素子４２の制御を実行することで、高速力覚変動を抑制することが可能になる。この際にピエゾ素子４２の変位速度は、第１対象物５０と第２対象物５２との相対速度よりも高速に変動できることが望ましい。これによれば、ピエゾ制御部３６が駆動制御部８より速い制御周期で制御することで衝撃力を抑制することができる。
【００３７】
ロボット本体２の制御系には、駆動制御部８より速い制御周期のピエゾ制御部３６があるので、力覚動作時に第１対象物５０と第２対象物５２とが高速で接触しても第１対象物５０、第２対象物５２の損傷を抑制できる。第２対象物５２あるいは第１対象物５０に設置した、ロボット本体２よりも速い応答性を持つピエゾ素子４２をロボット制御周期よりも速い制御周期で衝撃力を抑制し、第１対象物５０や第２対象物５２にダメージを与えないで、より高速なサイクルタイムの作業を実現する。
【００３８】
具体的な制御の例としては接触時の力覚値がしきい値よりも大きくなったらピエゾ素子４２を制御して第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向に位置制御し、力覚値がしきい値よりも小さくなったら第１対象物５０と第２対象物５２とが近づく方向に位置制御することで衝撃力をしきい値内に制御することが可能になる。
【００３９】
図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係る第１対象物５０と第２対象物５２との接触時の制御を説明する図である。
ロボット本体２の制御系は、５００Ｈｚ以下で力覚センサーの力覚制御を行う。運動量は、Ｍ×ｖ１、衝撃力Ｆは、Ｆ＝Ｍ×ｖ１／ｔで決まる。なお、Ｍは、第２対象物５２の質量、ｖ１は、第１対象物５０に接触する第２対象物５２の速度である。
【００４０】
ピエゾ素子４２を含む制御は、５００Ｈｚより高速の力覚制御を行う。見かけ上の運動量は、Ｍ×（ｖ１−ｖ２）となるので時間をかけて運動量が変化するように制御する。なお、ｖ２は、第２対象物５２から離れる第１対象物５０の速度である。
【００４１】
ロボット本体２の制御系は、第１対象物５０と第２対象物５２とが接触する場合に発生する衝撃力の力覚変動に対して遅いため、図４Ａに示すように、衝突時の力覚プロファイル６０は、接触時に短時間で運度量が変化する。大きな力が短時間に発生することで大きな衝撃力となる。
【００４２】
ピエゾ素子４２を含む制御では、速い制御周期の力覚値測定と速く変動するピエゾ素子４２の動作速度ｖ２とにより、接触が起こって力覚が変動した瞬間に第１対象物５０と第２対象物５２との相対速度を変化させることができる。図４Ｂに示すように、相対速度を遅くすることで高速制御時の力覚プロファイル６２は、長い時間で運動量を変化させることができ、発生する力のピークを低減させることが可能になる。
【００４３】
なお、上記では図において上下方向の力覚変動のみに着目したが、その他の方向についても同様の制御が可能になる。例えば、第２対象物が第１対象物に斜めに接触する場合がある。
また、ロボットシステム１００による第１対象物５０と第２対象物５２とが接触したときの衝撃力について着目したが、それ以外の高速力覚変動成分を含む急激な力覚変動の抑制についても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
駆動制御部８は、ハンド１０及びロボットアーム１２の駆動を制御する。駆動制御部８は、力覚センサー４０の検出結果に基づいて、ロボットアーム１２の駆動を制御する機能を有する。
駆動制御部８は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーと、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーと、Ｉ／Ｆ（インターフェイス回路）と、を備える。そして、駆動制御部８は、メモリーに記憶されているプログラムをプロセッサーが適宜読み込んで実行することにより、ロボットアーム１２及びハンド１０の動作の制御、各種演算、及び判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆは、ロボット本体２、ハンド１０、及び力覚センサー４０のそれぞれと通信可能に構成されている。
【００４５】
なお、駆動制御部８は、図１の構成では、ロボット本体２の基台１４内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１４の外部やロボットアーム１２内に配置されていてもよい。また、駆動制御部８にはディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えば、マウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。
【００４６】
以上、ロボットシステム１００の構成について詳細に説明した。
次に、ロボットシステム１００の制御方法について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係る第１対象物５０と第２対象物５２との接触時の制御を説明するフローチャートである。
【００４７】
本実施形態に係るロボットシステム１００の制御方法では、作業対象物としての第２対象物５２を把持するハンド１０と、ハンド１０が装着されたロボットアーム１２と、第２対象物５２と被接触対象物としての第１対象物５０との接触を検知する力覚センサー４０と、ピエゾ素子４２と、ピエゾ素子４２の収縮を制御するピエゾ制御部３６と、を有し、第２対象物５２と第１対象物５０との接触を伴う作業を行うロボットシステム１００の制御方法であって、ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０の検知結果に基づいて、ピエゾ素子４２を第２対象物５２と第１対象物５０とが離れる方向へ収縮させる。ロボットシステム１００の制御方法では、ピエゾ素子４２は、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へ収縮する。第１対象物５０と第２対象物５２とが接触する際の制御方法について説明する。
【００４８】
まず、ステップＳ１０では、ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０を介して力覚値を測定する。ロボット本体２は、常に力覚値の測定を行いながら第２対象物５２を第１対象物５０に接近させる。例えば、第２対象物５２を把持しているハンド１０を降下させて、第２対象物５２を第１対象物５０に接近させる。ピエゾ制御部３６は、例えば、制御周期１２．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚで駆動制御部８の通常制御より速い制御を行う。
【００４９】
次に、ステップＳ２０では、ピエゾ制御部３６は、力覚センサー４０から測定した力覚値を取得し、高速力覚変動成分の有無を判断する。力覚値に高速力覚変動成分がない場合（無）、ステップＳ３０に進む。力覚値に高速力覚変動成分がある場合（有）、ステップＳ５０に進む。
【００５０】
次に、ステップＳ３０では、駆動制御部８は、ピエゾ制御部３６の高速力覚変動成分がない場合を受けて、通常制御する。駆動制御部８は、例えば、制御周期５００Ｈｚで通常制御する。ロボット制御は、通常の力覚制御を実行する。例えば、２ｍｓ間隔で制御する。ロボットシステム１００は、第２対象物５２の移動時に高速力覚変動成分が検出されなければ通常の制御を実施する。
【００５１】
次に、ステップＳ４０では、駆動制御部８は、第２対象物５２を第１対象物５０に取り付ける動作が終了したか判断する。動作終了していない場合（Ｎ）、ステップＳ１０に戻る。動作終了の場合（Ｙ）、動作処理を終了する。
【００５２】
次に、ステップＳ５０では、ピエゾ制御部３６は、しきい値と、取得した力覚値とを比較する。しきい値より測定した力覚値の方が大きい場合（＜）、ステップＳ６０に進む。しきい値と測定した力覚値とが等しい場合（＝）、ステップＳ７０に進む。しきい値より測定した力覚値の方が小さい場合（＞）、ステップＳ８０に進む。ロボットシステム１００は、第２対象物５２が第１対象物５０に接触したときに高速力覚変動成分が検出されるので通常の制御周期より速い制御周期を実施する。
【００５３】
次に、ステップＳ６０では、ピエゾ制御部３６は、ピエゾ素子４２を収縮させる。ピエゾ制御部３６は、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へピエゾ素子４２を収縮させ、力覚センサー４０から測定される力覚値を減少させる。そしてステップＳ１０に戻る。
【００５４】
次に、ステップＳ７０では、ピエゾ制御部３６は、ピエゾ素子４２の収縮を停止させる。ピエゾ制御部３６は、ピエゾ素子４２の収縮を停止させ、力覚センサー４０から測定される力覚値を維持させる。そしてステップＳ１０に戻る。
【００５５】
次に、ステップＳ８０では、ピエゾ制御部３６は、ピエゾ素子４２の収縮を解除させる。ピエゾ制御部３６は、第１対象物５０と第２対象物５２とが近づく方向へピエゾ素子４２の収縮を解除させ、力覚センサー４０から測定される力覚値を増加させる。そしてステップＳ１０に戻る。
【００５６】
本実施形態によれば、第１対象物５０と第２対象物５２とが接触すると、ピエゾ素子４２が第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へ収縮するので、第１対象物５０及び第２対象物５２に傷がつきにくくすることができる。
【００５７】
また、ロボット本体２のロボットアーム１２は、質量が大きく急峻な加速度を与えるのに大きな力が必要となる。また、ロボット本体２の関節における減速機の影響でエンコーダー値に対するオーバーシュートが発生してしまう。
それに対してハンド１０、第１対象物５０、あるいは載置台５４にピエゾ素子を設置することで、より小さな力で大きな加速度を与えることが可能となり、さらにピエゾ素子４２では減速機で発生するようなオーバーシュートが起こらない。これによりロボット本体２の力覚動作の基本である接触動作に至る時間を短縮し、ロボット本体２の動作を高速化することが可能になる。
【００５８】
なお、接触検知部は、ピエゾ素子４２とは異なる第２ピエゾ素子としてのピエゾ素子であってもよい。これによれば、ピエゾ素子で容易に接触検知部を構成できる。
【００５９】
また、ピエゾ素子４２が、接触検知部を兼ねてもよい。接触検知部は、ピエゾ素子４２であってもよい。ピエゾ素子４２は、第１対象物５０と第２対象物５２との接触を検知する接触検知機能と、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へ収縮させる機能と、を兼ね備えてもよい。このような場合には、ピエゾ素子４２が検出した電流から第１対象物５０と第２対象物５２との接触を検知してもよい。これによれば、ピエゾ素子４２を接触検知機能と、第１対象物５０と第２対象物５２とが離れる方向へ収縮する機能とを兼用することで、ピエゾ素子４２の配置位置の自由度の向上を図れる。このとき、力覚センサー４０及びピエゾ素子４２は、両方とも接触検知部として機能してもよいし、ピエゾ素子４２のみ接触検知部として機能してもよい。
【００６０】
（第２実施形態）
図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係る接触検知部の他の配置位置例を示す図である。以下、ロボットシステムの構造を、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら説明する。
【００６１】
本実施形態のロボットシステムは、載置台５４側に接触検知部を設ける点が、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
【００６２】
本実施形態に係る接触検知部としての力覚センサー４４は、図６Ａに示すように、載置台５４の第１対象物５０が載置する面とは反対の面側に設けられる。また、力覚センサー４４は、図６Ｂに示すように、第１対象物５０と載置台５４との間に設けられていてもよい。
【００６３】
本実施形態によれば、載置台５４に対する力覚センサー４４の配置位置の自由度の向上を図れる。
【００６４】
なお、接触検知部としての力覚センサー４０，４４は、両方設けられてもよいし、力覚センサー４４のみ設けられてもよい。
また、接触検知部として力覚センサー４４を設けたが、第２ピエゾ素子としてのピエゾ素子であってもよい。ピエゾ素子が変形することで電荷を出力する構造とすればよい。これによれば、ピエゾ素子で容易に接触検知部を構成できる。
【００６５】
（第３実施形態）
図７Ａ及び図７Ｂは、本実施形態に係るピエゾ素子の他の配置位置例を示す図である。以下、ロボットシステムの構造を、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。
【００６６】
本実施形態のロボットシステムは、載置台５４側にピエゾ素子５６を設ける点が、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。
【００６７】
本実施形態に係るピエゾ素子５６は、図７Ａに示すように、載置台５４の第１対象物５０が載置する面とは反対の面側に設けられている。また、ピエゾ素子５６は、図７Ｂに示すように、第１対象物５０と載置台５４との間に設けられていてもよい。ピエゾ素子５６が収縮する方向は、第１対象物５０が第２対象物５２から離れる方向である。ピエゾ素子５６は、第１対象物５０を第２対象物５２から離れる方向へ収縮する。ピエゾ素子５６は、第１対象物５０の表面高さを可変する。
【００６８】
ピエゾ素子５６は、ピエゾ素子４２とは別体に設けられている。ピエゾ素子４２は、オーバーシュートによる力覚変動を抑制する。ピエゾ素子５６は、ピエゾ素子４２よりも変化速度は遅いが大きな変位量を与えられる。ピエゾ制御部３６は、オーバーシュートによる振動成分、具体的には、接触高周波振動より低周期だが、ロボット制御周波数よりも高周期である振動成分が一定値以上になった場合に載置台５４に設けられたピエゾ素子５６を縮める。ピエゾ制御部３６は、高速力覚変動成分が一定値以下であればピエゾ素子５６をもとの状態に伸ばすように制御する。
【００６９】
本実施形態によれば、載置台５４に対するピエゾ素子５６の配置位置の自由度の向上を図れる。
なお、ピエゾ素子４２，５６は、両方設けられてもよいし、ピエゾ素子５６のみ設けられてもよい。
【００７０】
（第４実施形態）
図８は、本実施形態に係るロボットシステムを示す斜視図である。
本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット本体３００と、ロボット本体３００に接続された駆動制御部８とを備えている。ロボット本体３００は、２つの第１ロボットアームとしてのロボットアーム３１０Ｌ及び第２ロボットアームとしてのロボットアーム３１０Ｒを有する双腕ロボットである。ロボットアーム３１０Ｌ，３１０Ｒには、力覚センサー３３０Ｌ，３３０Ｒと、第１エンドエフェクターとしてのハンド３５０Ｌと、第２エンドエフェクターとしてのハンド３５０Ｒとが装着されている。ロボット本体３００の頭部には、２つのカメラ３７０Ｌ，３７０Ｒが設けられている。ハンド３５０Ｌ，３５０Ｒは、ワークや道具を把持可能な把持機構である。
【００７１】
ハンド３５０Ｌは、第２対象物５２を把持する。ハンド３５０Ｒは、第１対象物５０又は第２対象物５２を把持する。例えば、ハンド３５０Ｒは、第１対象物５０を把持する。
【００７２】
駆動制御部８は、ハンド３５０Ｌ及びロボットアーム３１０Ｌ、ハンド３５０Ｒ及びロボットアーム３１０Ｒの駆動を制御する。
【００７３】
ピエゾ素子４２は、ロボットアーム３１０Ｌとハンド３５０Ｌとが並ぶ方向に沿って収縮する。
【００７４】
ピエゾ素子４２は、ロボットアーム３１０Ｌとハンド３５０Ｌとの間に設けられている。ピエゾ素子４２は、第２対象物５２を第１対象物５０から離れる方向へ収縮する。
【００７５】
接触検知部としての力覚センサー３３０Ｌは、ロボットアーム３１０Ｌとハンド３５０Ｌとの間に設けられている。
【００７６】
本実施形態によれば、双腕ロボットにおいても第１対象物５０及び第２対象物５２に傷がつきにくくすることができる。
【００７７】
なお、ピエゾ素子４２は、ロボットアーム３１０Ｒとハンド３５０Ｒとの間に設けられていてもよい。ピエゾ素子４２は、第１対象物を第２対象物から離れる方向へ収縮する。
【００７８】
また、接触検知部は、ロボットアーム３１０Ｒとハンド３５０Ｒとの間に設けられていてもよい。
【００７９】
以上、本発明のロボットシステム及びロボットシステムの制御方法を図示の実施形態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。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００８０】
また、本発明のロボット本体は、６軸の垂直多関節ロボット、双腕ロボットに限定されず、例えば、スカラロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボットアームが有するアームの数あるいは関節の数は、前述した実施形態の数に限定されず、１つ以上５つ以下又は７つ以上であってもよい。
【００８１】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【００８２】
ロボットシステムは、第１対象物と第２対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムであって、前記第２対象物を把持する第１エンドエフェクターと、前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、前記第１対象物と前記第２対象物との接触を検知する接触検知部と、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて収縮する第１ピエゾ素子と、を有し、前記第１ピエゾ素子が前記収縮することで、前記第１対象物と前記第２対象物とが離れることを特徴とする。
これによれば、第１対象物と第２対象物とが接触すると、ピエゾ素子が第１対象物と第２対象物とが離れる方向へ収縮するので、第１対象物及び第２対象物に傷がつきにくくすることができる。
【００８３】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとが並ぶ方向に沿って収縮することが好ましい。
これによれば、第１ピエゾ素子の収縮により第１対象物と第２対象物とを効率よく離すことができる。
【００８４】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられ、前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第２対象物が前記第１対象物から離れる方向であることが好ましい。
これによれば、第１対象物と第２対象物との接触の振動を効率よく抑制できる。
【００８５】
上記のロボットシステムでは、前記第１ピエゾ素子は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられ、前記第１ピエゾ素子が前記収縮する方向は、前記第１対象物が前記第２対象物から離れる方向であることが好ましい。
これによれば、載置台に対する第１ピエゾ素子の配置位置の自由度の向上を図れる。
【００８６】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１ロボットアームと前記第１エンドエフェクターとの間に設けられていることが好ましい。
これによれば、第１対象物と第２対象物との接触を容易に検知することができる。
【００８７】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１対象物と前記第１対象物を載置する載置台との間、あるいは前記載置台の前記第１対象物が載置する面とは反対の面側に設けられていることが好ましい。
これによれば、載置台に対する接触検知部の配置位置の自由度の向上を図れる。
【００８８】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、力覚センサーであることが好ましい。
これによれば、力覚センサーで容易に接触検知部を構成できる。
【００８９】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、第２ピエゾ素子であることが好ましい。
これによれば、第２ピエゾ素子で容易に接触検知部を構成できる。
【００９０】
上記のロボットシステムでは、前記接触検知部は、前記第１ピエゾ素子であることが好ましい。
これによれば、第１ピエゾ素子を接触検知機能と、第１対象物と第２対象物とが離れる方向へ収縮する機能とを兼用することで、第１ピエゾ素子の配置位置の自由度の向上を図れる。
【００９１】
上記のロボットシステムは、前記第１エンドエフェクター及び前記第１ロボットアームの駆動を制御する駆動制御部と、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、を有し、前記ピエゾ制御部は、前記駆動制御部より速い制御周期で前記接触検知部及び前記第１ピエゾ素子を制御することが好ましい。
これによれば、ピエゾ制御部が駆動制御部より速い制御周期で制御することで衝撃力を抑制することができる。
【００９２】
上記のロボットシステムは、前記第１対象物又は前記第２対象物を把持する第２エンドエフェクターと、前記第２エンドエフェクターが装着された第２ロボットアームと、を有することが好ましい。
これによれば、双腕ロボットにおいても第１対象物及び第２対象物に傷がつきにくくすることができる。
【００９３】
ロボットシステムの制御方法は、作業対象物を把持する第１エンドエフェクターと、前記第１エンドエフェクターが装着された第１ロボットアームと、前記作業対象物と被接触対象物との接触を検知する接触検知部と、第１ピエゾ素子と、前記第１ピエゾ素子の収縮を制御するピエゾ制御部と、を有し、前記作業対象物と前記被接触対象物との接触を伴う作業を行うロボットシステムの制御方法であって、前記ピエゾ制御部は、前記接触検知部の前記検知結果に基づいて、前記第１ピエゾ素子を前記作業対象物と前記被接触対象物とが離れる方向へ収縮させることを特徴とする。
これによれば、第１対象物と第２対象物とが接触すると、ピエゾ素子が第１対象物と第２対象物とが離れる方向へ収縮するので、第１対象物及び第２対象物に傷がつきにくくすることができる。
【符号の説明】
【００９４】
２…ロボット本体  ８…駆動制御部  １０…ハンド（第１エンドエフェクター）  １２…ロボットアーム（第１ロボットアーム）  １４…基台  １６…第１アーム  １８…第２アーム  ２０…第３アーム  ２２…第４アーム  ２４…第５アーム  ２６…第６アーム  ２８…駆動部  ３０…角度センサー  ３６…ピエゾ制御部  ４０…力覚センサー（接触検知部）  ４２…ピエゾ素子（第１ピエゾ素子）（接触検知部）  ４４…力覚センサー（接触検知部）  ５０…第１対象物（被接触対象物）  ５２…第２対象物（作業対象物）  ５４…載置台  ５６…ピエゾ素子（第２ピエゾ素子）（接触検知部）  ５８…ピエゾ素子ドライバー  ６０，６２…力覚プロファイル  １００…ロボットシステム  ３００…ロボット本体  ３１０Ｌ…ロボットアーム（第１ロボットアーム）  ３１０Ｒ…ロボットアーム（第２ロボットアーム）  ３３０Ｌ，３３０Ｒ…力覚センサー（接触検知部）  ３５０Ｌ…ハンド（第１エンドエフェクター）  ３５０Ｒ…ハンド（第２エンドエフェクター）  ３７０Ｌ，３７０Ｒ…カメラ。
【図１】
2020110907.tif 000003
【図２】
2020110907.tif 000004
【図３】
2020110907.tif 000005
【図４Ａ】
2020110907.tif 000006
【図４Ｂ】
2020110907.tif 000007
【図５】
2020110907.tif 000008
【図６Ａ】
2020110907.tif 000009
【図６Ｂ】
2020110907.tif 000010
【図７Ａ】
2020110907.tif 000011
【図７Ｂ】
2020110907.tif 000012
【図８】
2020110907.tif 000013