(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット（１０）と人間（９）とが作業空間を共有して協調作業を行う人間協調型ロボットシステム（１）において、
前記ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサ（１２）と、
前記計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部（２２）と、
所定の条件が成立しているときの力検出値を前記補正値として更新する補正値更新部（３１）と、を具備し、
前記所定の条件は、前記ロボットが停止または一定速度で動作していて且つ所定の単位時間における前記力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下であることである、人間協調型ロボットシステム。
【請求項２】
ロボット（１０）と人間（９）とが作業空間を共有して協調作業を行う人間協調型ロボットシステム（１）において、
前記ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサ（１２）と、
前記計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部（２２）と、
所定の条件が成立しているときの力検出値を前記補正値として更新する補正値更新部（３１）と、を具備し、
前記所定の条件は、前記ロボットが停止または一定速度で動作していて且つ現在の力検出値が力検出値用閾値以下であることである、人間協調型ロボットシステム。
【請求項３】
さらに、前記所定の条件が成立したときの力検出値を記憶する力検出値記憶部（３２）を具備し、
前記補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、前記補正値更新部は前記力検出値記憶部に記憶された前記力検出値を前記補正値として更新する、請求項１または２に記載の人間協調型ロボットシステム。
【請求項４】
さらに、前記補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、前記ロボットを強制的に停止または一定速度で動作させて前記補正値更新部に前記補正値を更新させる、請求項１または２に記載の人間協調型ロボットシステム。
【請求項５】
さらに、前記ロボット近傍に前記人間がいるか否かを検出する人間検出部（１８）と、
該人間検出部により前記ロボット近傍に前記人間がいないことが検出された場合には、前記補正値更新部による前記補正値の更新を許可する更新許可部（３３）とを具備する、請求項１から４のいずれか一項に記載の人間協調型ロボットシステム。
【請求項６】
さらに、前記力センサに含まれる歪検出部位が検出した歪量が所定の適正範囲内に収まるか否かを監視し、該適正範囲に収まらない場合は、前記力センサが故障していると判定する故障判定部（３６）を具備する、請求項１から５のいずれか一項に記載の人間協調型ロボットシステム。
【請求項７】
さらに、前記補正値更新部により更新された後の力検出値が停止用閾値を超える場合には、前記ロボットを減速または停止させるロボット停止部（３４）を具備する、請求項１から６のいずれか一項に記載の人間協調型ロボットシステム。
【請求項８】
さらに、前記力検出値用閾値を、前記補正値更新部により前記補正値が更新されてからの経過時間に応じて変更する、力検出値用閾値変更部（３５）を具備する、請求項２から７のいずれか一項に記載の人間協調型ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットと人間とが同じ作業空間を同時に共有して協調作業を行う人間協調型ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な産業用ロボットは、人間の安全を確保するために、安全柵で囲まれた空間で作業を行ってきた。そして、近年では、人間と作業空間を共有して作業を行う人間協調型ロボットシステムに対する要望が増加している。
【０００３】
人間協調型ロボットを用いた作業においては、共有作業空間でロボットと人間とがそれぞれ別の作業を行う場合や、ロボットが把持するワークに対して人間が作業を行う場合がある。このような人間協調型ロボットにおいては、人間とロボットとが作業空間を共有しているために、ロボットが人間に接触し、人間を負傷させる可能性がある。
【０００４】
そのため、ロボットと人間との間の接触力を力センサによって監視している。そして、検出した接触力が所定の閾値を超えた場合に、ロボットを停止させたり、接触力が小さくなるようにロボットを動作させ、それにより、人間の安全を確保している。人間に対する危険を小さくするために、接触力の閾値は可能な限り小さな値が設定されるのが好ましい。
【０００５】
例えば、特許文献１には、産業用ロボットのエンドエフェクタに設置した力センサを用いて接触力を検出し、エンドエフェクタが被工作物に接触したかどうかを検出する方法が開示されている。また、特許文献２には、力センサの温度変化や経時変化により力センサの信号が変化し、力検出値に含まれるドリフトを補正することが開示されている。さらに、特許文献３には、成形機の型締装置に設けられた歪み検出装置からの出力に含まれるドリフトを補正して高精度で型締力を検出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平8-39467号公報
【特許文献２】特許第4643619号明細書
【特許文献３】特開2007-30496号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、力センサは歪ゲージを含むことが多い。そして、歪ゲージにより歪量を検出して力変換し、作用した負荷の方向や大きさを検出する。歪ゲージは一般的に接着剤により力センサ本体の一部に貼付けられる。
【０００８】
しかしながら、同じ大きさの力が作用した場合であっても、接着剤により形成された接着層の経時的なクリープ、温度変化、および湿度変化などにより、歪量の力換算値は実際の値に対してかなり乖離した乖離量（ドリフト）を含む場合があることが知られている。そのような場合には、上記の要因により追加で発生した歪量が大きくなると、乖離量も大きくなる。このため、或る程度大きい接触力が作用しないと、力センサが接触力を認識しないようになる事態が生じうる。そのように力センサが認識可能な接触力が大きくなると、人間を危険にする可能性が高まる。従って、可能な限り小さい接触力を高精度で検出することが望まれている。なお、他の構成の力センサであっても同様に経時的に検出値が変化する場合がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ロボットが人に接触する接触力が小さい場合であっても接触力を常に高精度で検出することのできる人間協調型ロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットと人間とが作業空間を共有して協調作業を行う人間協調型ロボットシステムにおいて、前記ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサと、前記計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部と、所定の条件が成立しているときの力検出値を前記補正値として更新する補正値更新部と、を具備し、前記所定の条件は、前記ロボットが停止または一定速度で動作していて且つ所定の単位時間における前記力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下であることである、人間協調型ロボットシステムが提供される。
２番目の発明によれば、ロボットと人間とが作業空間を共有して協調作業を行う人間協調型ロボットシステムにおいて、前記ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサと、前記計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部と、所定の条件が成立しているときの力検出値を前記補正値として更新する補正値更新部と、を具備し、前記所定の条件は、前記ロボットが停止または一定速度で動作していて且つ現在の力検出値が力検出値用閾値以下であることである、人間協調型ロボットシステムが提供される。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記所定の条件が成立したときの力検出値を記憶する力検出値記憶部を具備し、前記補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、前記補正値更新部は前記力検出値記憶部に記憶された前記力検出値を前記補正値として更新する。
４番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、前記ロボットを強制的に停止または一定速度で動作させて前記補正値更新部に前記補正値を更新させる。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、さらに、前記ロボット近傍に前記人間がいるか否かを検出する人間検出部と、該人間検出部により前記ロボット近傍に前記人間がいないことが検出された場合には、前記補正値更新部による前記補正値の更新を許可する更新許可部とを具備する。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、さらに、前記力センサに含まれる歪検出部位が検出した歪量が所定の適正範囲内に収まるか否かを監視し、該適正範囲に収まらない場合は、前記力センサが故障していると判定する故障判定部を具備する。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明において、さらに、前記補正値更新部により更新された後の力検出値が停止用閾値を超える場合には、前記ロボットを減速または停止させるロボット停止部を具備する。
８番目の発明によれば、２番目から７番目のいずれかの発明において、さらに、前記力検出値用閾値を、前記補正値更新部により前記補正値が更新されてからの経過時間に応じて変更する、力検出値用閾値変更部を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
１番目の発明においては、変動幅が変動幅用閾値以下である場合には、ロボットが移動中であっても、ロボットが人間から外力を受けていないと判断できる。このような場合には、補正値を更新する。その結果、補正値を頻繁に更新できるので、乖離量を常に最小に維持することができる。従って、力センサの精度を常に良い状態に保つことができ、可能な限り小さい接触力を検出することができる。このため、人間協調型ロボットシステムの安全性を高めることが可能となる。所定の単位時間は例えば１秒間であり、変動幅用閾値は例えば１ｋｇｆである。
２番目の発明においては、ロボットが人間もしくは人間以外の周辺機器に衝突して大きな外力を受けていると判断される場合、つまり、現在の力検出値が所定の力検出値用閾値より大きい場合には、ロボットの動作状況に関わらず、補正値の更新を回避している。補正値の更新タイミングが良くなかった場合には補正値が大きくなり、力センサの精度が低下して認識可能な接触力が増大する可能性がある。しかしながら、２番目の発明においては、そのように力センサの精度が低下したり、認識可能な接触力が増大するのを避けられる。その結果、人間を危険にするリスクを低減させ、人間協調型ロボットシステムの安全性を高めることが可能となる。力検出値用閾値は例えば１．５ｋｇｆである。
３番目の発明においては、補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、記憶された力検出値を使用するので、補正値を定期的に更新することができる。所定の時間は例えば１０分である。
４番目の発明においては、補正値が所定の時間にわたって更新されない場合には、ロボットを強制的に負荷が作用しない状態にして、適切な力検出値を取得している。従って、適切な補正値を定期的に更新することができる。所定の時間は例えば１０分である。
５番目の発明においては、人間検出部、例えばエリアセンサによりロボット近傍に人間がいないことが確認された場合にのみ、補正値が更新可能になる。従って、ロボット近傍の人間が危険になるのを避けられる。
６番目の発明においては、歪量が所定の適正範囲内に収まらない場合は、力センサが故障していると判定するので、ロボットを事前に速やかに停止させられる。所定の適正範囲は例えば−１０００μＳＴ〜１０００μＳＴである。
７番目の発明においては、更新された後の力検出値が停止用閾値を超える場合には、ロボットが人間に接触または人間に衝突している可能性が高いと判断できる。従って、ロボットを停止または減速させることにより、ロボットシステムの安全性を高められる。停止用閾値は例えば３ｋｇｆである。
ロボットと人間との間に大きな力が瞬間的に作用する場合には２番目の発明により、補正値の更新が回避される。しかしながら、ロボットと人間との間に作用する力が徐々に大きくなる場合には、補正値の更新が回避されない事態も生じうる。このような場合には、補正値が大きくなりすぎて、結果的に力センサの検出精度が低下して人間を危険にする可能性がある。８番目の発明においては、前記力検出値用閾値を、前記補正値更新部により前記補正値が更新されてからの経過時間に応じて変更するので、このような事態を避けられる。例えば、力検出値用閾値は、前記補正値更新部により前記補正値が更新された時は０であり、時間の経過に比例して増加し、９０秒後に３ｋｇｆになる。この例では、ロボットと人間との間に作用する力が徐々に大きくなる場合に、力が変化する速度が９０秒あたり３ｋｇｆより大きい時は、補正値は更新されない。
【００１２】
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における人間協調型ロボットシステムの側面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第二の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第三の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第四の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第五の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第六の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第七の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第八の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明における人間協調型ロボットシステムの側面図である。図１に示される人間協調型ロボットシステム１では、協調作業を行うために人間９とロボット１０とが互いに近位の位置に在る。
【００１５】
図１においては、ロボット１０は垂直多関節型マニピュレータであり、ロボットアーム１４の先端にはロボット手首フランジ１５が取付けられている。そして、ロボット手首フランジ１５の先端には把持ハンド１６が設けられている。ロボット１０の把持ハンド１６は、所定位置に在るワークＷを把持し、ロボット１０がワークＷを目的場所まで移動させた後でワークＷを解放する。
【００１６】
図１に示されるように、固定プレート１１が床部Ｌに固定されており、固定プレート１１上に力センサ１２が配置されている。そして、力センサ１２上に、ロボット１０のロボットベース１３が配置されている。力センサ１２は、その内部に歪み検出器、例えば歪ゲージ、特に半導体歪ゲージを含んでおり、ロボット１０に作用する外力を計測して計測値を出力する。なお、力センサ１２はロボットベース１３、またはロボット１０の他の部分に取付けられていてもよい。
【００１７】
ロボット１０はロボット制御装置２０に接続されている。ロボット制御装置２０はデジタルコンピュータであり、ロボット１０の動作を制御する。ロボット制御装置２０は、力センサ１２が検出した外力計測値を監視する外力計測値状態監視部２１と、力センサ１２により出力された計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部２２と、力検出値の各種状態を常時監視する力検出値状態監視部２３とを含んでいる。
【００１８】
さらに、ロボット制御装置２０のロボット動作制御部２４は、ロボット１０の動作状態、例えば停止状態、加速状態、減速状態、一定速度運動状態などと、力検出値状態監視部２３における力検出値の変動状況とを常に比較しつつ、ロボット１０を動作させる。さらに、ロボット制御装置２０のロボット内モータ制御部２５は、ロボット動作制御部２４からの出力に応じて、ロボット１０の各軸のモータを制御する。また、ロボット制御装置２０に接続された出力部２９は必要とされる場合にアラームを出力する。
【００１９】
図１に示されるように、ロボット制御装置２０の力検出値状態監視部２３は、所定の条件が成立しているときの力検出値を補正値として更新する補正値更新部３１を含んでいる。補正値更新部３１による補正値の更新処理は、力センサ１２のリセットと言い換えることが可能である。
【００２０】
さらに、力検出値状態監視部２３は、所定の条件が成立したときの力検出値を記憶する力検出値記憶部３２とを含んでいる。なお、力検出値記憶部３２は、所定の条件が成立した場合に、力検出値算出部２２が力検出値を算出するたびに力検出値を順次記憶するようにしてもよい。
【００２１】
ここで、本発明の第一の実施形態における所定の条件は、ロボット１０が停止または一定速度で動作していて且つ所定の単位時間における力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下であることである。また、本発明の第二の実施形態における所定の条件は、ロボット１０が停止または一定速度で動作していて且つ現在の力検出値が力検出値用閾値以下であることである。
【００２２】
図１を参照すると、人間協調型ロボットシステム１は、ロボット１０の近傍に人間検出部１８を含んでいる。図１に示される人間検出部１８はエリアセンサであり、二次元の検出領域１９を形成する。そして、人間検出部１８は、人間９または他の障害物が検出領域１９にあるか否かを確認する。当然のことながら、人間検出部１８はロボット制御装置２０に接続されている。
【００２３】
そして、ロボット制御装置２０の力検出値状態監視部２３は、人間検出部１８によりロボット１０近傍に人間９がいないことが検出された場合には、補正値更新部３１による補正値の更新を許可する更新許可部３３を含んでいる。
【００２４】
さらに、力検出値状態監視部２３は、補正値更新部３１により更新された後の力検出値が停止用閾値を超える場合には、ロボット１０を減速または停止させるロボット停止部３４と、補正値更新部３１によって補正値が更新されてからの経過時間に応じて力検出値用閾値を変更する力検出値用閾値変更部３５とを含んでいる。なお、ロボット停止部３４は、ロボット制御装置２０のロボット動作制御部２４に含まれていても良い。
【００２５】
さらに、ロボット制御装置２０の外力計測値状態監視部２１は、力センサ１２に含まれる歪検出部位が検出した歪量が所定の適正範囲内に収まるか否かを監視し、該適正範囲に収まらない場合は、力センサ１２が故障していると判定する故障判定部３６を含んでいる。
【００２６】
図２は本発明の第一の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステム１の動作を示すフローチャートである。以下、図１および図２を参照しつつ、第一の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステム１の動作を説明する。なお、図２に示されるフローチャートは所定の制御周期毎に繰返し実施されるものとする。なお、後述する他のフローチャートも同様である。
【００２７】
図２のステップＳ１１においては、人間協調型ロボットシステム１のロボット１０は通常動作を行っているものとする。通常動作とは、例えば所定のプログラムに従ったワークＷの把持、移動および解放動作である。
【００２８】
次いで、ステップＳ１２においてロボット１０が停止しているか否かが判定される。ロボット１０が停止していると判定された場合には、ステップＳ１６に進み、ロボット１０が停止していないと判定された場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、ロボット１０が加速動作または減速動作している否かが判定される。なお、ステップＳ１２、Ｓ１３における判定動作は、ロボット１０のプログラムや、動作指令などに基づいて力検出値状態監視部２３が行うものとする。
【００２９】
ロボット１０が加速動作または減速動作している場合には、ステップＳ１１に戻る。ロボット１０が加速動作または減速動作していないと判定された場合、つまりロボット１０が一定速度で動作していると判定された場合には、ステップＳ１６に進む。このように、ロボット１０が停止しているかまたは一定速度で動作している場合には、ロボット１０に加速または減速動作による慣性力が作用していない状況であると判断できる。
【００３０】
そして、ステップＳ１６においては、力検出値状態監視部２３は、所定の単位時間、例えば１秒間における力センサ１２の力検出値の変動幅が変動幅用閾値、例えば１ｋｇｆ以下であるか否かを判定する。そして、力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下である場合には、ステップＳ２０に進んで、力センサ１２のリセットを実行する。なお、力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下でない場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００３１】
前述したように、本発明の第一の実施形態における所定の条件は、ロボット１０が停止または一定速度で動作していて且つ所定の単位時間における力検出値の変動幅が変動幅用閾値、例えば１ｋｇｆ以下であることである。第一の実施形態においては、この所定の条件が成立した場合に力センサ１２のリセットが実行される。
【００３２】
具体的には、補正値更新部３１が、前述した所定の条件が成立したときに出力された力検出値を補正値として更新する。次いで、力検出値算出部２２は現在の力センサ１２の計測値からこの補正値を減算して力検出値を算出する。これにより、力センサ１２のリセットが実行される。従って、前述した所定の条件が成立したときに外力が作用していない状態を無負荷（０ｋｇ）に近い状態とすることが可能となる。
【００３３】
従来技術で説明したように、接着剤のクリープ、温度変化、湿度変化などにより、力センサ１２の計測値（歪量の力換算値）は乖離量を含む場合がある。本発明では、力センサ１２のリセットを実行することにより乖離量を排除することができる。その結果、本発明では、力センサ１２を乖離量の少ない高精度な状態に長期間にわたって維持することができる。従って、力センサ１２は可能な限り小さい力を検出することができる。
【００３４】
また、第一の実施形態では、力センサ１２に異常に大きな力が作用した状態でリセットを実行することはない。従って、力センサ１２の計測値が過剰に補正されることはなく、それゆえ、力センサ１２の精度が低下することも同時に防ぐことができる。
【００３５】
従来技術においては、ロボット１０が停止したときにのみ補正値を更新するのが一般的である。これに対し、第一の実施形態においては、変動幅が変動幅用閾値以下である場合には、ロボット１０が一定速度で移動中であれば、加速または減速動作による慣性力を受けていないと判断でき、このような場合には、補正値を更新することができる。その結果、補正値を頻繁に更新できるので、力センサ１２の計測値の乖離量を常に最小に維持することができる。従って、力センサ１２の精度を常に良い状態に保つことが可能となり、力センサ１２は可能な限り小さい力を検出することができる。従って、人間協調型ロボットシステム１の安全性を高めることが可能となる。
【００３６】
図３は本発明の第二の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。図３に示されるフローチャートにおいて、既に説明した箇所においては、重複を避ける目的で再度の説明を省略する。後述する他のフローチャートにおいても同様である。
【００３７】
図３では、図２に示されるステップＳ１６の代わりに、ステップＳ１６’が配置されている。ステップＳ１６’においては、力検出値状態監視部２３は、力センサ１２の現在の力検出値が力検出値用閾値、例えば１．５ｋｇｆ以下であるか否かを判定する。そして、現在の力検出値が力検出値用閾値以下である場合には、ステップＳ２０に進んで、力センサ１２のリセットを前述したように実行する。
【００３８】
本発明の第二の実施形態における所定の条件は、ロボット１０が停止または一定速度で動作していて且つ現在の力検出値が力検出値用閾値以下であることである。第二の実施形態においては、この所定の条件が成立した場合に力センサ１２のリセットが実行される。この場合にも前述したのと概ね同様な効果が得られるのが分かるであろう。
【００３９】
第二の実施形態においては、現在の力検出値が力検出値用閾値以下でない場合には、ロボット１０が人間９もしくは人間以外の周辺機器に衝突して大きな外力を受けていると判断される。このような場合には、ステップＳ１１に戻り、ロボット１２の動作状況に関わらず、補正値の更新は回避される。そして、現在の力検出値が力検出値用閾値以下である場合、つまりロボット１０が人間９もしくは人間以外の周辺機器から過大な外力を受けていないと判断される場合にのみ補正値を更新している。
【００４０】
補正値の更新タイミングが良くなかった場合には補正値が大きくなり過ぎ、力センサ１２の精度が低下して認識可能な接触力が増大する可能性がある。しかしながら、第二の実施形態においては、そのような力センサ１２の精度が低下したり、認識可能な接触力が増大するのを避けられる。その結果、人間を危険にするリスクを低減させ、人間協調型ロボットシステム１の安全性を高めることが可能となる。
【００４１】
図４は本発明の第三の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。図４では、ステップＳ１１でロボット１０が通常動作中であると判定した場合に、ステップＳ１７に進む。
【００４２】
ステップＳ１７においては、力検出値状態監視部２３は、力センサ１２のリセットが前回のリセット実行時から所定の時間、例えば１０分間以上経過したか否かを判定する。前回のリセット実行時から所定の時間以上経過した場合には、ステップＳ２０に進んで、力センサ１２のリセットを実行する。なお、前回のリセット実行時から所定の時間以上経過していない場合には、ステップＳ１２に進む。
【００４３】
ここで、力検出値記憶部３２には、所定の条件が成立したときの力検出値が記憶されている。第三の実施形態において力センサ１２のリセットを実行するときには、補正値更新部３１が、記憶された力検出値を力検出値記憶部３２から読出す。そして、補正値更新部３１は、その力検出値を補正値として前述したように更新する。
【００４４】
このように、第三の実施形態において、所定の時間にわたってリセットが実行されていない場合には、自動的にリセットが実行されるようにしている。これにより、補正値を定期的に更新することができる。従って、第三の実施形態においては、リセットが頻繁に実行されるので、計測値の乖離量を常に最小とすることができる。このため、力センサ１２を高精度に維持することが可能となる。
【００４５】
図５は本発明の第四の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。第四の実施形態において、前回のリセット実行時から所定の時間、例えば１０分間以上経過した場合には、ステップＳ１９に進む。
【００４６】
ステップＳ１９においては、力検出値状態監視部２３は、ロボット１０を強制的に停止させ、ロボット１０が加速や減速などの負荷を受けていない状況を作成する。あるいは、ロボット１０を強制的に一定速度で動作させるようにしてもよい。そして、ステップＳ２０においては、ロボット１０が停止したときまたは一定速度で動作しているときに算出された力検出値を補正値として使用して、力センサ１２のリセットを実行する。なお、前回のリセット実行時から所定の時間以上経過していない場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００４７】
この場合にも、ロボット１０が加速や減速などの負荷を受けない状態を強制的に作成して、適切な力検出値を取得し、それにより、補正値を定期的に更新している。また、ロボット１０が加速や減速などの負荷を受けていない状況を作成した後で力センサ１２のリセットを実行しているので、力センサ１２のリセットを適切な状態および適切なタイミングで行うことができる。このため、ロボット１０が予想外の動作をするのを抑えることが可能となる。
【００４８】
図６は本発明の第五の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。図６においては、ステップＳ１６で力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下である場合に、ステップＳ１８に進む。
【００４９】
ステップＳ１８においては、人間検出部１８、例えばエリアセンサが人間９または他の障害物がロボット１０近傍の検出領域１９にあるか否かを検出する。そして、人間検出部１８によって人間９等がロボット１０近傍にないことが検出された場合には、更新許可部３３は、補正値更新部３１による補正値の更新を許可する。そして、ステップＳ１９においてロボット１０を停止または一定速度で動作させて、ロボット１０が加速や減速などの負荷を受けていない状況を作成する。次いで、ステップＳ２０において、前述したように力センサ１２のリセットを実行する。なお、人間協調型ロボットシステムは必ずしも人間検出部１８を必要とするわけではないことに留意されたい。
【００５０】
力センサ１２のリセットを実行する際に周辺機器などに接触しているなどの状況が認識されずにリセットを誤って実行した場合には、補正値が大きくなりすぎて力センサ１２の精度が低下したり、認識可能な接触力が大きくなる場合がある。このような場合には、人間を危険にする可能性がある。しかしながら、第五の実施形態においては、ロボット近傍に人間９がいないことを確認した後で、補正値を更新可能にしている。従って、ロボット近傍の人間９が危険になるのを避けることができる。
【００５１】
図７は本発明の第六の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。また、故障判定部３６は、力センサ１２に含まれる歪検出部位、例えば歪ゲージ、特に半導体歪ゲージの歪量について、−１０００〜１０００μＳＴ以内の適正範囲を設けているものとする。そして、第六の実施形態においては、ステップＳ１６の直前にステップＳ１４が設けられている。
【００５２】
ステップＳ１４において、故障判定部３６は、歪検出部位の歪量が前述した適正範囲にあるか否かを判定する。そして、故障判定部３６は、歪量が適正範囲から逸脱している場合には、歪ゲージを含む力センサ１２が故障したものと判定する。この場合には、ステップＳ１５に進んで、力センサ１２が故障している旨のアラームを出力部２９から出力すると共に、ロボット１０を停止させる。従って、ロボット１０を事前に速やかに停止させられ、人間協調型ロボットシステム１の安全性を確保することができる。なお、歪検出部位の歪量が前述した適正範囲にある場合には、ステップＳ１６に進む。
【００５３】
図８は本発明の第七の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。第七の実施形態においては、ステップＳ２０で力センサ１２のリセットを実行した後のステップＳ２３において、力検出値状態監視部２３は、補正値更新部３１により更新された後の力検出値が停止用閾値、例えば３ｋｇｆ以下であるか否かを判定する。
【００５４】
そして、更新された後の力検出値が停止用閾値以下でない場合には、ステップＳ２４に進む。この場合には、ロボット１０が人間９に接触していたり、ロボット１０が人間９をはさんでいるなど、人間９を危険にしている可能性が高い。従って、ステップＳ２４においては、人間を危険にしている旨のアラームを出力部２９から出力すると共に、ロボット停止部３４によってロボット１０を即座に停止または減速させる。それゆえ、ロボットシステム１の安全性を高められるのが分かるであろう。なお、更新された後の力検出値が停止用閾値以下である場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００５５】
図９は本発明の第八の実施形態に基づく人間協調型ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。ここで、ロボット１０に大きい力が一度に作用する場合には、第二の実施形態の手法により、力センサ１２がリセットされるのを回避できる。しかしながら、ロボット１０が人間９から徐々に大きくなる、検出値用閾値を超えない力を受ける場合には、力センサ１２が繰り返しリセットされるのを回避できない事態が生じうる。このような場合に、リセットが繰返されると、補正値が過剰に大きくなる。その結果、力センサ１２の精度が低下して、ロボット１０によって人間９が危険になる可能性が高まる。
【００５６】
このため、第八の実施形態においては、ステップＳ１４とステップＳ１６’との間にステップＳ２１が設けられている。ステップＳ２１においては、力検出値用閾値変更部３５は、補正値更新部３１により補正値が更新されてからの経過時間に応じて力検出値用閾値を変化させる。例えば、補正値更新部３１により補正値が更新された時の力検出値用閾値は０であり、力検出値用閾値は時間の経過に比例して増加し、９０秒後に３ｋｇｆになる。
【００５７】
ステップ１６’において、力センサの現在の力検出値が、力検出値用閾値変更部３５が変更した力検出値用閾値以下でない場合には、ステップＳ１１に戻り、補正値の更新は回避される。つまり、第八の実施形態においては、ロボットと人間との間に作用する力が徐々に大きくなる場合でも、力が変化する速度が、例えば９０秒あたり３ｋｇｆより大きい時は、補正値は更新されない。従って、前述したように人間９が危険になるのを回避することができる。
【００５８】
なお、図４から図９に示されるステップＳ１６を図２のステップＳ１６’に置き換えることは当業者であれば明らかであろう。また、前述した実施形態のうちの幾つかを適宜組み合わせることは本発明の範囲に含まれる。
【００５９】
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
【符号の説明】
【００６０】
１    人間協調型ロボットシステム
１０    ロボット
１１    固定プレート
１２    力センサ
１３    ロボットベース
１４    ロボットアーム
１５    ロボット手首フランジ
１６    把持ハンド
１８    人間検出部
１９    検出領域
２０    ロボット制御装置
２１    外力計測値状態監視部
２２    力検出値算出部
２３    力検出値状態監視部
２４    ロボット動作制御部
２５    ロボット内モータ制御部
２９    出力部
３１    補正値更新部
３２    力検出値記憶部
３３    更新許可部
３４    ロボット停止部
３５    力検出値用閾値変更部
３６    故障判定部
【要約】
【課題】接触力が小さい場合であっても接触力を常に高精度で検出する。
【解決手段】人間協調型ロボットシステム（１）は、ロボットが外部から受ける力を計測して計測値を出力する力センサ（１２）と、計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部（２２）と、所定の条件が成立しているときの力検出値を補正値として更新する補正値更新部（３１）とを含む。所定の条件は、ロボットが停止または一定速度で動作していて且つ所定の単位時間における力検出値の変動幅が変動幅用閾値以下であることであるか、もしくはロボットが停止または一定速度で動作していて且つ現在の力検出値が力検出値用閾値以下であることである。
【選択図】図１【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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