(57)【要約】【課題】他の物体への接触を検知する信頼性、経済性、及び、稼働率などを向上させることができ、接触トラブルによる損害をより低減することの可能なロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置の提供を目的とする。【解決手段】ロボットアーム１０は、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃと、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、減速機と、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃと、モータ制御手段５０とを備えた構成としてある。【選択図】  図３
2010228028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと、
この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、
前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、
この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、
前記出力軸に連結されたロボットアーム部と、
前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する前記モータ制御手段と
を備えたことを特徴とするロボットアーム。
【請求項２】
前記モータ制御手段が、
前記モータ軸用の角度センサからの前記計測信号にもとづいて、前記モータ軸の回転角を取得するモータ軸の回転角取得部と、
このモータ軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出する、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部と、
前記出力軸用の角度センサからの前記計測信号にもとづいて、前記出力軸の回転角を取得する出力軸の回転角取得部と、
この出力軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出する、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部と、
前記モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、及び、前記出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する接触判定部と
この接触判定部の情報にもとづいて、前記駆動モータへの対処を指示する対処指示部と
を有することを特徴とする請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記対処指示部が、前記接触判定部から接触した旨の情報を入力すると、停止情報を出力し、前記モータ制御手段が、前記ロボットアーム部を停止させることを特徴とする請求項２に記載のロボットアーム。
【請求項４】
前記接触判定部が、前記モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、及び、前記出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部からの情報にもとづいて、接触方向及び／又は接触強さを算出することを特徴とする請求項２に記載のロボットアーム。
【請求項５】
前記対処指示部が、前記接触判定部から接触した旨の情報、並びに、算出された前記接触方向及び／又は接触強さの情報を入力すると、移動情報を出力し、前記モータ制御手段が、前記ロボットアーム部を所定の方向へ移動させることを特徴とする請求項４に記載のロボットアーム。
【請求項６】
前記所定の方向が、前記接触方向、又は、接触する前の前記ロボットアーム部の移動方向と反対の方向であることを特徴とする請求項５に記載のロボットアーム。
【請求項７】
複数の前記駆動モータ、前記モータ軸用の角度センサ、前記減速機、前記出力軸用の角度センサ、及び、前記ロボットアーム部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットアーム。
【請求項８】
駆動モータと、
この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、
前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、
この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、
前記出力軸に連結されたロボットアーム部と
が用いられ、
前記モータ制御手段が、前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定することを特徴とするロボットアームの接触検知方法。
【請求項９】
前記モータ制御手段が、モータ軸の回転角取得部、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、出力軸の回転角取得部、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、接触判定部、及び、対処指示部を用い、
前記モータ軸の回転角取得部が、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記モータ軸の回転角を取得し、
前記モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部が、前記モータ軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出し、
前記出力軸の回転角取得部が、前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記出力軸の回転角を取得し、
前記出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部が、前記出力軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出し、
前記接触判定部が、前記モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、及び、前記出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定し、
前記対処指示部が、前記接触判定部の情報にもとづいて、前記駆動モータへの対処を指示することを特徴とする請求項８に記載のロボットアームの接触検知方法。
【請求項１０】
ロボットアームと、
このロボットアームに取り付けられ、所定の作業、加工及び測定の少なくとも一つを行うための機器と
を備え、
前記ロボットアームが、
駆動モータと、
この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、
前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、
この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、
前記出力軸に連結されたロボットアーム部と、
前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する前記モータ制御手段と
を有することを特徴とするロボットアームを備えた装置。
【請求項１１】
前記モータ制御手段が、
前記モータ軸用の角度センサからの前記計測信号にもとづいて、前記モータ軸の回転角を取得するモータ軸の回転角取得部と、
このモータ軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出する、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部と、
前記出力軸用の角度センサからの前記計測信号にもとづいて、前記出力軸の回転角を取得する出力軸の回転角取得部と、
この出力軸の回転角取得部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の位置及び／又は姿勢を算出する、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部と、
前記モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部、及び、前記出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部からの情報にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する接触判定部と
この接触判定部の情報にもとづいて、前記駆動モータへの対処を指示する対処指示部と
を有することを特徴とする請求項１０に記載のロボットアームを備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場等において、様々なロボットが使用されてきた。
また、ロボットの開発は、位置決め精度や安全性などを向上させることを目的として、現在においても盛んに行われており、より複雑な動作を行うための多関節を備えたロボット（多間接ロボットアーム）などが、実用化され広く普及している。
【０００３】
さらに、上記のように複雑な動作を行う多間接ロボットアームにおいては、ロボットアーム部などが、構造物、ワーク、工具等の他の物体と接触したこと（あるいは、衝突したこと）を検出し、接触による被害を低減する技術が重要であり、様々な技術が提案されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、モータと、このモータのモータ軸に接続されるエンコーダと、モータのモータ軸に接続され、モータの回転を減速する減速機と、この減速機の駆動軸に接続される位置検出器と、減速機の駆動軸に接続される駆動用フレームと、駆動用フレームに、減速機の駆動軸の回転方向と逆方向の外部拘束力、または減速機の駆動軸の回転方向と同じ方向であって減速機の駆動軸の回転力よりも大きい外部拘束力を負荷するための手段と、エンコーダおよび位置検出器からの出力にもとづいて、モータの回転を制御するモータ制御部とを含む多関節脚制御装置の技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、各関節のアクチュエータの出力を制御する手段と、各関節の変位量を計測する手段を有するロボットを備えたロボットの制御装置の技術が開示されている。
このロボットの制御装置は、アクチュエータへの制御入力値を計算し出力する制御演算部と、ロボットを模擬するロボットモデルと、制御演算部を模擬する制御演算モデル部と、ロボットの少なくとも一つ以上のリンク位置および姿勢を関節変位量から計算するリンク位置姿勢算出部と、ロボットモデルのモデル関節変位量から前記リンクに対応するモデルリンク位置および姿勢を計算するモデルリンク位置姿勢算出部と、リンク位置とモデルリンク位置とを比較して結果を出力する位置姿勢比較部とを備えた構成としてある。
【０００６】
ところで、減速比の大きな減速機を用いるロボットアームにおいては、一般的に、減速機の出力軸に角度センサ（出力軸用の角度センサ）が取り付けられている。すなわち、減速機の減速比が大きいと、ロボットアームを起動した直後であっても、モータ軸がそれまでに何周しているか不明であるため、出力軸用の角度センサを設けることにより、ロボットアームの正確な位置や姿勢を算出することができる。
ただし、出力軸用の角度センサを用いてのフィードバック制御は、安定性に問題が生じやすいために、通常、行われることはなく、一般的に、出力軸用の角度センサは、ロボットアームの起動時において、初期姿勢を検知するために用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２９１０８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２の技術（特許文献１、２に記載されている従来技術をも含む。）は、ロボットアームの構造物等への接触を検出するために、たとえば、目標軌道と実軌道の偏差の増加、速度の低下、あるいは、それに伴う駆動トルクの変化などを用いている。ただし、これらの技術では、減速機を構成する歯車のバックラッシュが大きい場合や剛性が不十分な場合には、モータ軸の角度センサや角速度センサの変化が遅れるため、感度が悪くなってしまう。すなわち、接触検知の信頼性が低下する場合があるといった問題や、接触トラブルによる損害をより低減することができない場合があるといった問題があった。
【０００９】
また、ロボットアームの構造物等への接触を検出するために、接触検知用のセンサを設ける方法もあるが、たとえば、ロボットアームが多関節ロボットアームの場合、接触点がどこになるか明確でないため、多くのセンサを取り付けることが必要となり、製造原価のコストダウンを図ることができないといった問題があった。
さらに、多くのセンサを用いることは、安定稼働に問題が起きやすいといった問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、他の物体への接触を検知する信頼性、経済性、及び、稼働率などを向上させることができ、接触トラブルによる損害をより低減することの可能なロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のロボットアームは、駆動モータと、この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、前記出力軸に連結されたロボットアーム部と、前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する前記モータ制御手段とを備えた構成としてある。
【００１２】
また、本発明のロボットアームの接触検知方法は、駆動モータと、この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、前記出力軸に連結されたロボットアーム部とが用いられ、前記モータ制御手段が、前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する方法としてある。
【００１３】
また、本発明のロボットアームを備えた装置は、ロボットアームと、このロボットアームに取り付けられ、所定の作業、加工及び測定の少なくとも一つを行うための機器とを備え、前記ロボットアームが、駆動モータと、この駆動モータのモータ軸の角度を検出するモータ軸用の角度センサと、前記モータ軸と接続され、前記駆動モータの回転を減速する減速機と、この減速機の出力軸の角度を検出する出力軸用の角度センサと、前記出力軸に連結されたロボットアーム部と、
前記駆動モータを制御するとともに、前記モータ軸用の角度センサからの計測信号及び前記出力軸用の角度センサからの計測信号にもとづいて、前記ロボットアーム部の接触の有無を判定する前記モータ制御手段とを有する構成としてある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置によれば、位置偏差、速度、指令トルクなどを用いた方法よりも、他の物体への接触を検知する信頼性、経済性（たとえば、製造原価のコストダウン）、及び、稼働率などを向上させることができる。また、接触トラブルによる損害（たとえば、接触した他の物体に与える損害や、ロボットアーム自体が破損することによる損害）をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態にかかるロボットアームの要部の概略図を示している。
【図２】図２は、本発明の第一実施形態にかかるロボットアームの、モータ制御手段を説明するための概略ブロック図を示している。
【図３】図３は、本発明の第二実施形態にかかるロボットアームの要部の概略図を示している。
【図４】図４は、本発明の第二実施形態にかかるロボットアームの、モータ制御手段を説明するための概略ブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［ロボットアームの第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態にかかるロボットアームの要部の概略図を示している。
図１において、本実施形態のロボットアーム１は、駆動モータ２と、モータ軸用の角度センサ２２と、減速機３と、出力軸用の角度センサ３２と、ロボットアーム部４と、モータ制御手段５とを備えた構成としてある。
このロボットアーム１は、駆動モータ２が駆動されると、ロボットアーム部４が回動する。
また、本実施形態のロボットアーム１は、一つの関節を有する構成としてある。
【００１７】
（駆動モータ）
駆動モータ２は、通常、サーボモータなどが用いられる。また、駆動モータ２は、モータ軸２１の一方の端部が、減速機３の入力軸（図示せず）と接続され、他方の端部に、モータ軸用の角度センサ２２が取り付けられている。
【００１８】
（モータ軸用の角度センサ）
モータ軸用の角度センサ２２は、通常、エンコーダが用いられ、駆動モータ２のモータ軸２１の回転方向や回転角を検出し、測定信号をモータ制御手段５に出力する。
なお、上記のエンコーダは、モータ軸２１に固定されているので、バックラッシは発生しない。
【００１９】
（減速機）
減速機３は、複数の歯車や出力軸３１等から構成されている。この出力軸３１は、ロボットアーム部４が連結されており、また、端部に、出力軸用の角度センサ３２が取り付けられている。
また、減速機３は、歯車の遊びによって発生するバックラッシや、歯車等の弾性変形などによって、モータ軸用の角度センサ２２と出力軸用の角度センサ３２との回転角は、通常、一致しない。
【００２０】
ここで、たとえば、ロボットアーム部４が構造物等に接触すると、バックラッシや弾性変形は、その押しつけ方向と反対の方向（反力を受ける方向）に発生するため、ロボットアーム部４の先端部での位置や姿勢の違いが大きくなり、接触を検知することができる。
このように、ロボットアーム部４の構造物等への接触検知に、出力軸用の角度センサ３２を用いることは、ロボットアーム部４やロボットアーム１自体に複雑な機械・電気的な改造を必要としないので、製造原価のコストダウンを図ることができる。
さらに、ロボットアーム１の関節の数（本実施形態では一つ）とその構成は、当然、その目的とする動作に合わせているから、関節角の情報によりロボットアーム部４の衝突を検知することは理にかなっており、装置としての信頼性を向上させることができる。
【００２１】
（出力軸用の角度センサ）  
出力軸用の角度センサ３２は、通常、エンコーダが用いられ、出力軸３１の回転方向や回転角を検出し、測定信号をモータ制御手段５に出力する。
なお、上記のエンコーダは、出力軸３１に固定されているので、バックラッシは発生しない。
【００２２】
（ロボットアーム部）
ロボットアーム部４は、所定の長さを有するアームとしてあり、図示してないが、先端部に、工作機器や保持手段などが取り付けられている。
【００２３】
（モータ制御手段）
図２は、本発明の第一実施形態にかかるロボットアームの、モータ制御手段を説明するための概略ブロック図を示している。
図２において、モータ制御手段５は、制御量演算部５１、モータ制御量出力部５２、モータ軸の回転角取得部５３、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４、出力軸の回転角取得部５５、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６、接触判定部５７、及び、対処指示部５８などを有している。
【００２４】
（制御量演算部）  
制御量演算部５１は、対処指示部５８から対処を指示する情報（適宜、対処指示情報と略称する。）を入力しないとき（ロボットアーム部４が接触することなく稼動しているとき）、ロボットアーム部４が所定の動作をするように、制御信号をモータ制御量出力部５２に出力する。
また、制御量演算部５１は、対処指示部５８から対処指示情報を入力すると（ロボットアーム部４が接触したとき）、ロボットアーム部４が指示された位置にあるように（本実施形態では、停止する。）、駆動モータ２の回転速度や回転量などの制御信号をモータ制御量出力部５２へ出力する。
【００２５】
（モータ制御量出力部）
モータ制御量出力部５２は、制御量演算部５１からの制御信号を入力し、駆動モータ２へ制御信号を出力し、駆動モータ２を制御する。
【００２６】
（モータ軸の回転角取得部）
モータ軸の回転角取得部５３は、モータ軸用の角度センサ２２から計測信号を入力し、この計測信号にもとづいて、モータ軸２１の回転角データを取得する。さらに、取得したモータ軸２１の回転角データを、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４へ出力する。
【００２７】
（モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部）
モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４は、モータ軸の回転角取得部５３から入力したモータ軸２１の回転角データにもとづいて、ロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
なお、本実施形態では、ロボットアーム部４の先端の位置及び姿勢を算出しているが、これに限定されるものではなく、たとえば、ロボットアーム部４の先端の位置又は姿勢を算出してもよい。
さらに、ロボットアーム部４の先端に限定されるものではなく、たとえば、所定のポイントでもよい。
【００２８】
（出力軸の回転角取得部）
出力軸の回転角取得部５５は、出力軸用の角度センサ３２から計測信号（出力軸３１の回転角データ）を入力し、この計測信号にもとづいて、出力軸３１の回転角データを取得する。さらに、取得した出力軸３１の回転角データを、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６へ出力する。
【００２９】
（出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部）
出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６は、出力軸の回転角取得部５５から入力した出力軸３１の回転角データにもとづいて、ロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
なお、本実施形態では、ロボットアーム部４の先端の位置及び姿勢を算出しているが、これに限定されるものではなく、たとえば、ロボットアーム部４の先端の位置又は姿勢を算出してもよい。
さらに、ロボットアーム部４の先端に限定されるものではなく、たとえば、所定のポイントでもよい。
【００３０】
（接触判定部）
本実施形態の接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、ロボットアーム部４の接触の有無を判定する。すなわち、通常、誤差を排除するための所定の閾値以上の差がある場合、接触があったと判定し、上記の所定の閾値を超えない場合、接触がなかったと判定する。そして、接触があったと判定すると、接触した旨の情報を対処指示部５８に出力する。
【００３１】
（対処指示部）
本実施形態の対処指示部５８は、接触判定部５７から接触した旨の情報を入力すると、ロボットアーム部４を停止する旨の情報（対処指示情報の一つである停止情報）を、制御量演算部５１に出力する。上述したように、停止情報を入力した制御量演算部５１は、駆動モータ２を停止する旨の制御信号をモータ制御量出力部５２へ出力し、モータ制御量出力部５２は、この制御信号を駆動モータ２へ出力し、駆動モータ２を停止させる。すなわち、モータ制御手段５は、ロボットアーム部４を迅速に停止させる。
【００３２】
次に、上記構成のロボットアーム１の動作などについて説明する。
まず、ロボットアーム１は、ロボットアーム部４が接触することなく稼動しているとき（対処指示部５８から停止情報を入力しないとき）、制御量演算部５１が、ロボットアーム部４が所定の動作をするように、制御信号をモータ制御量出力部５２に出力する。また、モータ制御量出力部５２は、制御量演算部５１からの制御信号を入力し、駆動モータ２へ制御信号を出力し、駆動モータ２を駆動する。
【００３３】
この間、接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、ロボットアーム部４の接触の有無を判定している。すなわち、接触判定部５７は、接触した旨の情報を対処指示部５８に出力していない。
【００３４】
次に、ロボットアーム部４が、たとえば、構造物等と接触すると、モータ軸の回転角取得部５３は、モータ軸用の角度センサ２２から計測信号を入力し、この計測信号にもとづいて、モータ軸２１の回転角データを取得する。さらに、取得したモータ軸２１の回転角データを、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４へ出力する。
続いて、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４は、モータ軸の回転角取得部５３から入力したモータ軸２１の回転角データにもとづいて、ロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
【００３５】
また、ロボットアーム部４が、たとえば、構造物等と接触すると、出力軸の回転角取得部５５は、出力軸用の角度センサ３２から計測信号を入力し、この計測信号にもとづいて、出力軸３１の回転角データを取得する。さらに、取得した出力軸３１の回転角データを、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６へ出力する。
続いて、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６は、出力軸の回転角取得部５５から入力した出力軸３１の回転角データにもとづいて、ロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
【００３６】
次に、接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサ２２による位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサ３２による位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４の先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、ロボットアーム部４の接触があったと判定し、接触した旨の情報を対処指示部５８に出力する。
【００３７】
続いて、対処指示部５８は、接触判定部５７から接触した旨の情報を入力すると、ロボットアーム部４を停止する旨の情報（対処指示情報の一つである停止情報）を、制御量演算部５１に出力する。そして、停止情報を入力した制御量演算部５１は、駆動モータ２を停止する旨の制御信号をモータ制御量出力部５２へ出力し、モータ制御量出力部５２は、この制御信号を駆動モータ２へ出力し、駆動モータ２を停止させる。すなわち、モータ制御手段５は、ロボットアーム部４を迅速に停止させることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態のロボットアーム１によれば、他の物体への接触を検知する信頼性、経済性（たとえば、製造原価のコストダウン）、及び、稼働率などを向上させることができる。また、接触を確実に、かつ、迅速に検知することができるので、接触トラブルによる損害（たとえば、接触した他の物体に与える損害や、ロボットアーム１自体が破損することによる損害）をより低減することができる。
【００３９】
［ロボットアームの第二実施形態］
図３は、本発明の第二実施形態にかかるロボットアームの要部の概略図を示している。
図３において、本実施形態のロボットアーム１ａは、上述した第一実施形態のロボットアーム１と比べると、三つの関節軸を連結して構成した多関節ロボットアームとしてある点などが相違する。なお、本実施形態の他の構成は、ロボットアーム１とほぼ同様としてある。
したがって、図３、４において、図１、２と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
ロボットアーム１０は、３関節のロボットアーム（多関節ロボットアーム）であり、それぞれの関節は、第一実施形態とほぼ同様の構成としてある。すなわち、第一の関節は、モータ軸用の角度センサ２２ａの取り付けられた駆動モータ２ａと、出力軸３１ａに出力軸用の角度センサ３２ａの取り付けられた減速機（図示せず）と、ロボットアーム部４ａとを有している。同様に、第二の関節は、モータ軸用の角度センサ２２ｂの取り付けられた駆動モータ２ｂと、出力軸３１ｂに出力軸用の角度センサ３２ｂの取り付けられた減速機（図示せず）と、ロボットアーム部４ｂとを有している。また、第三の関節は、モータ軸用の角度センサ２２ｃの取り付けられた駆動モータ２ｃと、出力軸３１ｃに出力軸用の角度センサ３２ｃの取り付けられた減速機（図示せず）と、ロボットアーム部４ｃとを有している。
【００４１】
また、各減速機（図示せず）は、歯車の遊びによって発生するバックラッシや、歯車等の弾性変形などによって、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃとの回転角は、通常、一致しない。この違いは、動作時の加減速や振動によっても発生するが、一般的に、多関節ロボットアームにおいては、その関節角からアーム先端の位置姿勢を算出すると、各関節が互いに相殺するため、アーム先端での位置姿勢についての差は大きくならない。
しかし、ロボットアーム１０が構造物等に接触すると、バックラッシュや弾性変形は、その押しつけ方向と反対の方向（反力を受ける方向）に発生するため、たとえば、ロボットアーム先端４１での位置姿勢の違いが大きくなり、第一実施形態と比べると、さらに高い信頼性を有する状態で、接触の検知が可能となる。
【００４２】
また、ロボットアーム１０は、複数の（三つの）関節を有しているので、構造物等への接触検知に、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを用いることは、各ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃやロボットアーム１０自体に機械・電気的な改造を必要しないので、製造原価のコストダウンを図ることができる。
さらに、ロボットアーム１０の関節の数（本実施形態では三つ）とその構成は、当然、その目的とする動作に合わせているから、関節角の情報でロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの衝突を検知することは理にかなっており、装置としての信頼性を向上させることができる。
【００４３】
（モータ制御手段）
図４は、本発明の第二実施形態にかかるロボットアームの、モータ制御手段を説明するための概略ブロック図を示している。
図４において、モータ制御手段５０は、制御量演算部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、モータ制御量出力部５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、モータ軸の回転角取得部５３、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃによる位置・姿勢の算出部５４、出力軸の回転角取得部５５、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃによる位置・姿勢の算出部５６、接触判定部５７、及び、対処指示部５８などを有している。
【００４４】
（制御量演算部）  
本実施形態の各制御量演算部５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、対処指示部５８から対処を指示する情報（適宜、対処指示情報と略称する。）を入力しないとき（ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃが接触することなく稼動しているとき）、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃが所定の動作をするように、制御信号をモータ制御量出力部５２ａ、５２ｂ、５２ｃに出力する。
また、各制御量演算部５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、対処指示部５８から対処指示情報を入力すると（ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃが接触したとき）、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃが指示された位置にあるように（本実施形態では、移動する。）、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃの回転速度や回転量などの制御信号をモータ制御量出力部５２ａ、５２ｂ、５２ｃへ出力する。
【００４５】
（モータ制御量出力部）
モータ制御量出力部５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、制御量演算部５１ａ、５１ｂ、５１ｃからの制御信号を入力し、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃへ制御信号を出力し、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御する。
【００４６】
（モータ軸の回転角取得部）
モータ軸の回転角取得部５３は、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃから計測信号を入力し、この計測信号にもとづいて、各モータ軸２１ａ、２１ｂ、２１ｃの回転角データを取得する。さらに、取得した回転角データを、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４へ出力する。
【００４７】
（モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部）
モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４は、モータ軸の回転角取得部５３から入力した各モータ軸２１ａ、２１ｂ、２１ｃの回転角データにもとづいて、各ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
【００４８】
（出力軸の回転角取得部）
出力軸の回転角取得部５５は、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃから計測信号を入力し、この計測信号にもとづいて、各出力軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃの回転角データを取得する。さらに、取得した回転角データを、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６へ出力する。
【００４９】
（出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部）
出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６は、出力軸の回転角取得部５５から入力した各出力軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃの回転角データにもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出し、接触判定部５７へ出力する。
【００５０】
（接触判定部）
本実施形態の接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触の有無を判定する。すなわち、通常、誤差を排除するための所定の閾値を以上の差がある場合、接触があったと判定し、上記の所定の閾値を超えない場合、接触がなかったと判定する。そして、接触があったと判定すると、接触した旨の情報を対処指示部５８に出力する。
【００５１】
ここで、好ましくは、接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、接触方向及び／又は接触強さを算出するとよい。すなわち、ロボットアーム１０は、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出した情報）を生成しているので、接触方向及び／又は接触強さを容易に算出することができ、これにより、接触の状態に応じて、より好ましい対処を行うことができる。
また、本実施形態のロボットアーム１０は、各関節に出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを設けているので、接触を受けた方向などを容易に、かつ、精度よく検出することができる。
【００５２】
なお、本実施形態の接触判定部５７は、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６からの情報（それぞれのロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの先端の位置と姿勢を算出した情報）にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触の有無を判定しているが、これに限定されるものではない。たとえば、ロボットアーム部４ｃのロボットアーム先端４１の位置と姿勢を算出した情報にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触の有無を判定してもよい。
【００５３】
（対処指示部）
本実施形態の対処指示部５８は、接触判定部５７から接触した旨の情報、並びに、算出された接触方向及び／又は接触強さの情報を入力すると、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃを所定の方向へ移動させる旨の情報（対処指示情報の一つである移動情報）を、制御量演算部５１に出力する。
【００５４】
ここで、好ましくは、上記の所定の方向が、接触方向、又は、接触する前のロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの移動方向と反対の方向であるとよい。このようにすると、接触状態を迅速に解除することができるので、接触による損害を低減することができる。
また、接触は、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃが静止している構造物等にぶつかる場合や、あるいは、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの静止している少なくとも一つに、物体が移動してきてぶつけられる場合がある。一般的に、静止している構造物等にぶつかる場合、上記の所定の方向は、接触する前のロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの移動方向と反対の方向である。また、ぶつけられた場合、上記の所定の方向は、接触方向（ぶつけられた方向）である。
【００５５】
また、上述したように、移動情報を入力した制御量演算部５１は、駆動モータ２を所定の方向に移動させる旨の制御信号をモータ制御量出力部５２へ出力し、モータ制御量出力部５２は、この制御信号を駆動モータ２へ出力し、駆動モータ２を所定の方向へ移動させ停止させる。すなわち、モータ制御手段５０は、接触したロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触状態を解除して、迅速に停止させる。
なお、その他の構成や動作は、第一実施形態のロボットアーム１とほぼ同様としてある。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のロボットアーム１０によれば、第一実施形態のロボットアーム１とほぼ同様の効果を奏するとともに、接触状態を迅速に解除することができるので、接触による損害を低減することができる。
【００５７】
［ロボットアームの接触検知方法の一実施形態］
また、本発明は、ロボットアームの接触検知方法の発明としても有効である。
本実施形態のロボットアームの接触検知方法は、上述した第二実施形態のロボットアーム１０を用いた方法としてある。
すなわち、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃと、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、各モータ軸と接続され、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃの回転を減速する各減速機と、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃとが用いられ、モータ制御手段５０が、駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃを制御するとともに、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃからの計測信号及び出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃからの計測信号にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触の有無を判定する方法としてある（図２参照）。
【００５８】
また、本実施形態では、モータ制御手段５０が、モータ軸の回転角取得部５３、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、出力軸の回転角取得部５５、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６、接触判定部５７、及び、対処指示部５８を用いており、モータ軸の回転角取得部５３が、モータ軸用の角度センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃからの計測信号にもとづいて、各モータ軸の回転角を取得する。さらに、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４が、モータ軸の回転角取得部５３からの情報にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの位置及び／又は姿勢を算出する。
【００５９】
また、出力軸の回転角取得部５５が、出力軸用の角度センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃからの計測信号にもとづいて、出力軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃの回転角を取得する。さらに、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６が、出力軸の回転角取得部５５からの情報にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの位置及び／又は姿勢を算出する。
【００６０】
また、接触判定部５７が、モータ軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５４、及び、出力軸用の角度センサによる位置・姿勢の算出部５６からの情報にもとづいて、ロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの接触の有無を判定する。
さらに、対処指示部５８が、接触判定部５７の情報にもとづいて、各駆動モータ２ａ、２ｂ、２ｃへの対処を指示する方法としてある（図４参照）。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態のロボットアームの接触検知方法によれば、他の物体への接触を検知する信頼性、経済性（たとえば、製造原価のコストダウン）、及び、稼働率などを向上させることができる。また、接触を確実に、かつ、迅速に検知することができるので、接触トラブルによる損害（たとえば、接触した他の物体に与える損害や、ロボットアーム１０自体が破損することによる損害）をより低減することができる。
【００６２】
［ロボットアームを備えた装置の一実施形態］
また、本発明は、ロボットアームを備えた装置の発明としても有効である。
本実施形態のロボットアームを備えた装置（図示せず）は、上述した第二実施形態のロボットアーム１０と、ロボットアーム１０のロボットアーム部４ａ、４ｂ、４ｃの少なくとも一つに取り付けられ、所定の作業、加工及び測定の少なくとも一つを行うための機器とを備えた装置としてある。
なお、ロボットアーム１０の構成や動作は、上述した第二実施形態とほぼ同様である。
【００６３】
上記の所定の作業を行うための機器は、通常、作業用機器である。この作業用機器として、たとえば、搬送や移動を行うための保持手段、又は、組立作業などに用いられる工具が挙げられる。
また、上記の所定の加工を行うための機器は、通常、加工用機器である。この加工用機器として、たとえば、工作機器、加熱機器、冷却機器、加圧機器、塗布器が挙げられる。
さらに、上記の所定の測定を行うための機器は、通常、測定用機器である。この測定機器として、たとえば、計測器、観測機器、撮像機器が挙げられる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態のロボットアームを備えた装置によれば、ロボットアーム１０が、他の物体への接触を検知する信頼性、経済性（たとえば、製造原価のコストダウン）、及び、稼働率などを向上させることができる。また、接触を確実に、かつ、迅速に検知することができるので、接触トラブルによる損害（たとえば、接触した他の物体に与える損害や、ロボットアーム１０自体が破損することによる損害）をより低減することができる。
また、本実施形態のロボットアームを備えた装置は、ロボットアーム１０が、接触を検知する信頼性などに優れているので、特殊な環境（たとえば、宇宙空間や深海）においても、好適に用いることができる。
【００６５】
以上、本発明のロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係るロボットアーム、ロボットアームの接触検知方法、及び、ロボットアームを備えた装置は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、本発明は、回転関節によって構成される、あらゆる多関節のロボットアームに適用可能である。
また、直動関節を有するロボットアームであっても、減速機を用いており、モータ出力位置と減速機の出力位置の検出が可能であるなら、適用可能である。
さらに、ボールねじにより回転運動を直線運動に変換して動作するロボットアームや、その逆に、直線運動を回転運動に変換して動作するロボットアームであっても、回転運動の角度と直線運動の位置が検出可能であるならば、適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１０  ロボットアーム
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  駆動モータ
２１  モータ軸
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  角度センサ
３  減速機
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ  出力軸
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  角度センサ
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  ロボットアーム部
４１  ロボットアーム先端
５、５０  モータ制御手段
５１、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  制御量演算部
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  モータ制御量出力部
５３  モータ軸の回転角取得部
５４  位置・姿勢の算出部
５５  出力軸の回転角取得部
５６  位置・姿勢の算出部
５７  接触判定部
５８  対処指示部
【図１】
2010228028.tif 000003
【図２】
2010228028.tif 000004
【図３】
2010228028.tif 000005
【図４】
2010228028.tif 000006