(57)【要約】【課題】利便性に優れ、高精度、高感度な力検出システムを提供すること、また、この力検出システムを備えるロボットを提供すること。【解決手段】外力に応じた信号を出力する力検出部と、前記力検出部から出力された信号に基づく第１データを出力する第１出力部と、前記力検出部から出力された信号に基づく第２データを前記第１出力部とは異なる系統で出力する第２出力部と、を備えることを特徴とする力検出システム。前記第１データと前記第２データとが互いに異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力に応じた信号を出力する力検出部と、
前記力検出部から出力された信号に基づく第１データを出力する第１出力部と、
前記力検出部から出力された信号に基づく第２データを前記第１出力部とは異なる系統で出力する第２出力部と、を備えることを特徴とする力検出システム。
【請求項２】
前記第１データと前記第２データとが互いに異なる請求項１に記載の力検出システム。
【請求項３】
前記力検出部から出力された信号を、通信プロトコルに合った信号に変換して出力する第１信号処理回路と、
前記力検出部から出力された信号を、ダウンサンプリングして出力する第２信号処理回路と、を備え、
前記第１データは、前記第１信号処理回路から出力された信号を用い、
前記第２データは、前記第２信号処理回路から出力された信号を用いる請求項２に記載の力検出システム。
【請求項４】
前記力検出部から出力された信号に基づくデータを記憶するメモリーを備え、
前記第１出力部は、前記メモリーに記憶されているデータを用いて前記第１データを出力する請求項３に記載の力検出システム。
【請求項５】
前記第１信号処理回路は、前記力検出部から出力された信号の最大値または最小値を保持して検出するピークホールド回路を有し、
前記第１データは、前記ピークホールド回路の検出結果を用いたデータである請求項３または４に記載の力検出システム。
【請求項６】
前記第１信号処理回路は、前記力検出部から出力された信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換回路を有し、
前記第１データは、前記フーリエ変換回路の出力結果を含んだデータである請求項３または４に記載の力検出システム。
【請求項７】
前記第１出力部は、前記第１データを無線送信可能な送信回路を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の力検出システム。
【請求項８】
前記第１出力部のデータ転送速度と前記第２出力部のデータ転送速度とが互いに異なる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の力検出システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の力検出システムと、
前記力検出部が配置されているロボット本体部と、
前記第１データおよび前記第２データのうちの少なくとも一方が入力され、前記ロボット本体部の駆動部を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【請求項１０】
前記第１データの履歴を記録する記憶装置を備え、
前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用することを特徴とする請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、前記ロボットが次に行うべき動作を判定し、前記ロボットの動作軌道を変更することを特徴とする請求項９または１０に記載のロボット。
【請求項１２】
前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、対象物を操作した際の触感を検査することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１３】
前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、ロボット本体部またはエンドエフェクターおよび把持対象物のいずれかが、他の物体と接触したことを検出することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出システムおよびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直多関節ロボット、水平多関節ロボット等のロボットは、ロボットアームを有しており、一般に、ロボットアームの先端には、ハンド等のエンドエフェクターが装着される。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のロボットは、アームと、アームの先端側に設けられたエンドエフェクターと、アームとエンドエフェクターとの間に設けられた力検出装置と、を有する。ここで、力検出装置は、エンドエフェクターに加えられる外力を検出する。この検出結果は、アームの駆動制御に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３８４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、特許文献１に記載のロボットでは、力検出装置の出力が１系統であるため、力検出装置の検出結果をロボットアームの駆動制御以外に用いることができず、力検出装置の検出結果を十分に活用することができない場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、利便性に優れ、高精度、高感度な力検出システムを提供すること、また、この力検出システムを備えるロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例の力検出システムは、外力に応じた信号を出力する力検出部と、
前記力検出部から出力された信号に基づく第１データを出力する第１出力部と、
前記力検出部から出力された信号に基づく第２データを前記第１出力部とは異なる系統で出力する第２出力部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような力検出システムによれば、力検出部から出力された信号に基づく第１データおよび第２データを互いに異なる系統の第１出力部および第２出力部から出力するため、第１データおよび第２データを互いに異なる目的に用いることができる。そのため、利便性に優れる力検出システムを提供することができる。
【００１０】
本適用例の力検出システムでは、前記第１データと前記第２データとが互いに異なることが好ましい。
これにより、第１データおよび第２データの活用目的の幅を広げることができる。
【００１１】
本適用例の力検出システムでは、前記力検出部から出力された信号を、通信プロトコルに合った信号に変換して出力する第１信号処理回路と、
前記力検出部から出力された信号を、ダウンサンプリングして出力する第２信号処理回路と、を備え、
前記第１データは、前記第１信号処理回路から出力された信号を用い、
前記第２データは、前記第２信号処理回路から出力された信号を用いることが好ましい。
【００１２】
これにより、力検出部から出力された信号からサンプリングレートや分解能の互いに異なる２つのデータを用いた第１データおよび第２データを得ることができる。ここで、サンプリングレートや分解能の高い第１データを詳細な力覚データ（力検出部から出力された信号に基づく結果）が要求される用途に好適に用いることができる。また、サンプリングレートや分解能の低い第２データを制御周期の長い制御等の用途に好適に用いることができる。
【００１３】
本適用例の力検出システムでは、前記力検出部から出力された信号に基づくデータを記憶するメモリーを備え、
前記第１出力部は、前記メモリーに記憶されているデータを用いて前記第１データを出力することが好ましい。
【００１４】
これにより、力検出部からの高分解能のデータに関する転送、演算等の処理の負荷を低減することができる。
【００１５】
本適用例の力検出システムでは、前記第１信号処理回路は、前記力検出部から出力された信号の最大値または最小値を保持して検出するピークホールド回路を有し、
前記第１データは、前記ピークホールド回路の検出結果を用いたデータであることが好ましい。
【００１６】
これにより、例えば、第１データを用いて衝突検出（力検出素子が設置された構造体に対して他の物体が衝突したか否かの判断）を高精度または高感度に行うことができる。
【００１７】
本適用例の力検出システムでは、前記第１信号処理回路は、前記力検出部から出力された信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換回路を有し、
前記第１データは、前記フーリエ変換回路の出力結果を含んだデータであることが好ましい。
【００１８】
これにより、例えば、第１データを用いて対象物の内部診断（力検出部が設置された構造体に対して接触した他の物体の内部の亀裂、ボイド等の有無またはその程度を判断）することができる。
【００１９】
本適用例の力検出システムでは、前記第１出力部は、前記第１データを無線送信可能な送信回路を有することが好ましい。
【００２０】
これにより、配線の数を少なくすることができ、その結果、利便性をさらに向上させることができる。また、例えば、スマートフォン等の無線受信可能な機器のクリック感検査等の検査に力検出システムを用いた場合、その検査対象となる機器へ第１データを送信し、機器の調整を行うことができる。
【００２１】
本適用例の力検出システムでは、前記第１出力部のデータ転送速度と前記第２出力部のデータ転送速度とが互いに異なることが好ましい。
【００２２】
これにより、第１データおよび第２データの用途に応じて転送速度を最適化することができる。
【００２３】
本適用例のロボットは、本適用例の力検出システムと、
前記力検出部が配置されているロボット本体部と、
前記第１データおよび前記第２データのうちの少なくとも一方が入力され、前記ロボット本体部の駆動部を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
このようなロボットによれば、力検出システムの優れた利便性を利用して、ロボットの用途の幅を広げたり、ロボットの安全性を高めたりすることができる。
【００２５】
本適用例のロボットでは、前記第１データの履歴を記録する記憶装置を備え、
前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用することが好ましい。
【００２６】
このようなロボットによれば、ロボットの故障や不良品の発生を未然に防ぐことができる。
【００２７】
本適用例のロボットでは、前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、前記ロボットが次に行うべき動作を判定し、前記ロボットの動作軌道を変更することが好ましい。
【００２８】
このようなロボットによれば、力検出システムからの高精度な出力信号を用いて、ロボットの動作に伴って対象物に加えられた力を精度よく把握して、次にロボットが行う動作を選択できるので、ロボットにより製造される製品の品質や歩留まりを向上することができる。
【００２９】
本適用例のロボットでは、前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、対象物を操作した際の触感を検査することが好ましい。
【００３０】
このようなロボットによれば、サンプリングレートと分解能が高い力覚データを用いることができるので、触感を精度よくまたは高速に検査することができる。
【００３１】
本適用例のロボットでは、前記第２データを前記ロボット本体部の駆動部の制御用信号として前記制御装置で利用するとともに、
前記第１データに含まれる情報によって、ロボット本体部またはエンドエフェクターおよび把持対象物のいずれかが、他の物体と接触したことを検出することが好ましい。
【００３２】
このようなロボットによれば、力検出システムからの高速で詳細な力覚データによって、遅延時間が短くまたは確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図２】図１に示すロボットのブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る力検出システムのブロック図である。
【図４】サンプリングを高速で行った場合の力検出部の出力を示すグラフである。
【図５】サンプリングを低速で行った場合の力検出部の出力を示すグラフである。
【図６】図４中および図５中のボトムＢ部分を拡大したグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係るロボットのブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るロボットのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の力検出システムおよびロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る力検出システムのブロック図である。図４は、サンプリングを高速で行った場合の力検出部の出力を示すグラフである。図５は、サンプリングを低速で行った場合の力検出部の出力を示すグラフである。図６は、図４中および図５中のボトムＢ部分を拡大したグラフである。なお、以下では、ロボット１００の基台１１０側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター１７側）を「先端側」と言う。
【００３６】
図１に示すロボット１００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、例えば、精密機器やこれを構成する部品（対象物）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。図１に示すように、ロボット１００は、基台１１０、基台１１０に回動可能に連結されているロボット可動部１０、制御装置５０、力検出システム３０、およびエンドエフェクター１７を含み、基台１１０とロボット可動部１０とはロボット本体部２００を構成する。力検出部２０を含む力検出システム３０は、ロボット本体部２００の先端部に装着されており、さらにエンドエフェクター１７が、力検出部２０に装着されている。
【００３７】
基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。ロボット可動部１０は、基台１１０に対して回動可能に連結されているアーム１１（第１アーム）と、アーム１１に対して回動可能に連結されているアーム１２（第２アーム）と、アーム１２に対して回動可能に連結されているアーム１３（第３アーム）と、アーム１３に対して回動可能に連結されているアーム１４（第４アーム）と、アーム１４に対して回動可能に連結されているアーム１５（第５アーム）と、アーム１５に対して回動可能に連結されているアーム１６（第６アーム）と、を有する。基台１１０およびアーム１１〜１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を屈曲または回動させる部分が「関節部」を構成している。また、アーム１６の先端面には、力検出部２０を介してエンドエフェクター１７が装着されている。力検出部２０は、基台１１０の基端面（２０Ｂ）、各関節部（２０Ｃ）および各アーム中間部（２０Ｄ）にも装着されている。これらの力検出部２０は、ロボット本体部２００のいずれか１箇所でも複数箇所に装着されていてもよく、また１箇所に複数個装着されてもよい。
【００３８】
図２に示すように、ロボット１００は、ロボット本体部２００の各関節部を駆動する駆動部１３０と、ロボット本体部２００の各関節部の駆動状態（例えば回転角度）を検出する位置検出器１３１と、を有する。駆動部１３０および位置検出器１３１は、アーム１１〜１６の各アーム対してそれぞれ一つ以上装備しており、一つのアームに複数個の駆動部１３０および位置検出器１３１を装備していてもよい。駆動部１３０は、例えば、サーボモーターおよび減速機を含んで構成されている。位置検出器１３１は、例えば、磁気式また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。
【００３９】
図１および図２に示す制御装置５０は、位置検出器１３１および力検出部２０の検出結果に基づいて、ロボット可動部１０の駆動を制御する機能を有する。この制御装置５０は、モーション制御部５１、動作指令部５２、Ｉ／Ｆ（インターフェース回路）５３および力制御指令部５４によって構成される。モーション制御部５１は、動作指令部５２からの動作指令値、力制御指令部５４から力指令値および位置検出器１３１の位置情報に基づいて、駆動部１３０含まれるモータを駆動する。動作指令部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーと、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー等で構成され、メモリーに記憶されているプログラムや教示データに基づいてロボット本体部２００の動作軌道を生成し、モーション制御部５１へ動作指令値を送出する。Ｉ／Ｆ（インターフェース回路）５３は、信号処理部４０と通信可能に構成されている。力制御指令部５４は、力検出システムから出力された力検出データに基づいて力制御指令を生成し、モーション制御部５１へ力制御指令値を送出する。
【００４０】
なお、制御装置５０は、図示では、ロボット１００の基台１１０内に配置されているが、これに限定されず、例えば、基台１１０の外部に配置されていてもよい。また、制御装置５０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。
【００４１】
図３に示すように、力検出システム３０は、力検出部２０と、信号処理部４０と、を有する。
【００４２】
力検出部２０は、例えば、力検出部２０に加えられた外力の６軸成分を検出可能な６軸力覚センサーである。ここで、６軸成分は、互いに直交する３つの軸のそれぞれの方向の並進力成分、および、当該３つの軸のそれぞれの軸まわりの回転力（モーメント）成分である。なお、力検出部２０の検出軸の数は、６つに限定されず、例えば、１つ以上５つ以下であってもよい。
【００４３】
この力検出部２０は、図示しない１対のプレートを有しており、この１対のプレートの一方がロボット本体部２００の基端側に固定され、他方がロボット本体部２００の先端側に固定されている。また、力検出部２０は、図３に示すように、力検出素子２１と、変換回路２２と、力演算回路２３と、を有する。力検出素子２１は、前述した１対のプレート（図示せず）間に加わる力に応じた信号を出力する。ここで力検出素子２１には、水晶から成る圧電素子を使用すれば高剛性で高速に応答できる力検出システムを構成することができる。変換回路２２は、力検出素子２１から出力された信号を所定のサンプリング周波数デジタル信号に変換する。力検出素子２１に圧電素子を使用する場合は、素子からのアナログ電荷出力をチャージアンプでアナログ電圧に変換し、そのアナログ電圧信号をＡＤ変換回路でデジタル信号に変換することができる。力演算回路２３は、デジタル変換された複数の力検出素子からの出力信号と、各素子の校正パラメータや温度補正パラメータなどを用いて力検出信号を演算し、力覚データとして信号処理部４０に転送する。ここで、変換回路２２のサンプリング周波数や分解能を高くすることで、より詳細な力覚データを得ることができる。
【００４４】
信号処理部４０は、力検出部２０から転送された力覚データに基づく第１データおよび第２データを出力する機能を有する。本実施形態では、第１データは、力検出部２０から転送された力覚データと情報量が同等である。第２データは、力検出部２０から転送された力覚データを制御装置５０で利用するのに適するように変換したデータである。そして、信号処理部４０は、第２データを制御装置５０に転送し、第１データを制御装置５０とは別体として設けられたコンピューターおよび外部記憶装置６０に転送する。
【００４５】
より具体的に説明すると、信号処理部４０は、第１信号処理回路４６と第１出力部４５と、第２信号処理回路４１と第２出力部４４と、メモリー４２と、Ｉ／Ｆ４３と、を有する。第１信号処理回路４６は、力検出部２０から転送された力覚データ（高速サンプリングデータ）を同等な情報量の高速サンプリングデータのまま、通信プロトコル（通信手順）が出力先であるコンピューターまたは外部記憶装置６０に合った第１データに変換する。また、第１信号処理回路には、力検出部２０から転送された力覚データの最大値または最小値をピークホールド（保持）して検出するピークホールド回路や、力検出部２０から転送された力覚データをフーリエ変換によりスペクトル強度データに変換するフーリエ変換回路（ＦＦＴ）等の信号処理回路を含んだ構成にしてもよく、第１データにはそれらの回路出力が含まれてもよい。このような構成であれば力検出部２０から転送された高速サンプリングの力覚データを用いた詳細な信号解析結果を第１データに含めることができる。第２信号処理回路４１は、力検出部２０から転送された力覚データ（高速サンプリングデータ）を第２出力部４４の転送先である制御装置５０の力制御周期に適するように変換（ダウンサンプリング）して第２データ（低速サンプリングデータ）を生成する。メモリー４２は、力検出部２０から転送された力覚データ（高速サンプリングデータ）を一時的に蓄積（記憶）する。Ｉ／Ｆ４３は、力検出部２０の力演算回路２３と通信可能に構成され、力検出部２０から力覚データを受信する。第２出力部４４は、Ｉ／Ｆ回路やコネクタ等の入出力端子を含み、制御装置５０と通信可能に構成され、制御装置５０に第２信号処理回路４１からの第２データを送信する。第１出力部４５は、Ｉ／Ｆ回路やコネクタ等の入出力端子を含み、コンピューターまたは外部記憶装置６０と通信可能に構成され、メモリー４２に記憶された第１データをコンピューターまたは外部記憶装置６０に送信する。また、第１出力部には、送信回路を含んでもよい。送信回路は、受信装置と無線通信可能に構成され、メモリー４２に記憶された第１データを受信装置に送信する。送信回路としては、受信装置の通信規格に応じて決められるものであり、特に限定されないが、例えば、Bluetooth（登録商標）（BTLE：Bluetooth Low Energyを含む）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（Wireless Fidelity）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Near field communication）、ＡＮＴ＋（登録商標）等の近距離無線通信規格に対応した送受信機が挙げられる。
【００４６】
受信装置としては、送信回路と無線通信可能な機器であればよく、特に限定されないが、例えば、スマートフォン、タブレット端末等が挙げられる
【００４７】
上記のような信号処理回路は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）またはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等を用いて構成することができる。Ｉ／Ｆ４３、第１出力部４５、第２出力部４４には、一般的なデジタルインターフェース回路を用いることができ、例えばＲＳ４２２やＵＳＢといったシリアルインターフェースや、ＩＳＡやＰＣＩといったパラレルインターフェースを構築する各種ＩＣで構成することができる。
【００４８】
信号処理部４０は、力検出部２０とは別体に構成され、ロボット可動部１０または基台１１０の表面上に設置されもよいし、制御装置５０内に配置されていてもよいし、力検出部２０内に配置されていてもよい。
【００４９】
コンピューターおよび外部記憶装置６０は、例えば、パーソナルコンピューターおよびハードディスク（ＨＤＤ）などの大規模記憶装置であり、図示しないが、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（インターフェース回路）と、磁気ディスク装置を有する。ここで、パーソナルコンピューターでは、ＨＤＤから記憶した第１データおよびデータ解析プログラム等を適宜読み込んで、プロセッサーで実行することで、第１データの解析等の処理を行うことができる。
【００５０】
ここで、力検出部２０から転送された力覚データが高速サンプリングデータであるため、例えば、力検出部に硬いものが接触した際には図４に示すような高精度な力覚プロファイルを得ることができる。これに対し、仮に、力検出部２０から転送された力覚データが低速サンプリングデータである場合、得られる力覚プロファイルは、例えば、図５に示すように、力覚変動を示すボトムＡ、Ｃ、Ｄの抜けが生じてしまう。すなわち接触検出をする場合、低速なサンプリングレートでは出力ピークを見逃すことがあり信頼度の高い検出ができないが、高速なサンプリングレートでは的確に出力ピークが検出でき、確実な接触検出が可能となる。
【００５１】
また、力検出部２０から転送された力覚データが高速サンプリングデータであると、得られる力覚プロファイルは、力覚変動を示すボトムＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの抜けがないだけでなく、図６中実線で示すように、力検出部２０から転送された力覚データが低速サンプリングデータである場合（図６中破線で示す）よりも、詳細な力覚データを得ることができる。そのため、金属等の他の物体内部の亀裂、ボイド等の診断を行うことが可能となる。
【００５２】
以上のような力検出システム３０は、前述したように、外力に応じた信号を出力する力検出部２０と、力検出部２０から出力された信号に基づく第１データを出力するインターフェース（Ｉ／Ｆ）である第１出力部４５と、力検出部２０から出力された信号に基づく第２データを第１出力部４５とは異なる系統で出力するＩ／Ｆである第２出力部４４と、を備える。ここで、「異なる系統で出力」とは、本実施形態のように異なるインターフェース（Ｉ／Ｆ）から出力する場合の他、異なる端子から出力する場合、異なるコネクタから出力する場合等も含まれる概念である。
【００５３】
このような力検出システム３０によれば、力検出部２０から出力された信号に基づく第１データおよび第２データを互いに異なる系統のＩ／Ｆ（第１出力部４５および第２出力部４４）から出力するため、第１データおよび第２データを互いに異なる目的に用いることができる。そのため、利便性に優れる力検出システム３０を提供することができる。
【００５４】
ここで、第１データと第２データとが互いに異なる。これにより、第１データおよび第２データの活用目的の幅を広げることができる。本実施形態では、第１データおよび第２データがともに力覚データであるものの、第１データのサンプリングレートが第２データのサンプリングレートよりも高くなっている。なお、「第１データと第２データとが互いに異なる」とは、これらのデータが互いに異なる処理により生成されたことを意味し、これらのデータのサンプリングレートが異なる場合に限定されず、例えば、データ形式、データ量、情報量等が異なる場合も含む概念である。
【００５５】
本実施形態の力検出システム３０は、力検出部２０から出力された信号を、通信プロトコルに合った信号に変換して出力する第１信号処理回路４６と、力検出部２０から出力された信号を、ダウンサンプリングして出力する第２信号処理回路４１と、を備え、第１データは、第１信号処理回路４６から出力された信号を用い、一方、第２データは、第２信号処理回路４１から出力された信号を用いる。このとき、第１信号処理回路４６は、入力された信号に対して、情報量が同等であるデータを出力する構成とするとよい。
【００５６】
このように、力検出部２０から出力された信号からサンプリングレートや分解能の互いに異なる２つのデータを用いた第１データおよび第２データを得ることができる。ここで、サンプリングレートや分解能の高い第１データを詳細な力覚データ（力検出部２０から出力された信号に基づく結果）が要求される用途に好適に用いることができる。本実施形態では、第１データを用いてコンピューターおよび外部記憶装置６０でエンドエフェクター１７に加わった外力の詳細な解析を行うことができる。一方、サンプリングレートや分解能の低い第２データを制御周期の長い制御等の用途（本実施形態では制御装置５０によるロボット可動部１０の駆動制御）に好適に用いることができる。なお、コンピューターおよび外部記憶装置６０は、制御装置５０に通信可能に接続されておいてもよく、この場合、制御装置５０がコンピューターおよび外部記憶装置６０の解析結果に基づいてロボット可動部１０の駆動を制御することができる。
【００５７】
また、力検出システム３０は、前述したように、力検出部２０から出力された信号に基づくデータを記憶するメモリー４２を備える。そして、第１出力部４５は、メモリー４２に記憶されているデータを用いて第１データを出力する。ここで、メモリー４２は、キャッシュとして機能する。これにより、力検出部２０の力演算回路２３からの高分解能のデータに関する転送、演算等の処理の負荷を低減することができる。
【００５８】
第１信号処理回路４６は、力検出部２０の力演算回路２３から出力された信号の最大値または最小値を保持して検出するピークホールド回路を有する。そして、第１データは、ピークホールド回路の検出結果を用いたデータである。これにより、例えば、第１データを用いて接触検出（力検出部２０が設置されたロボット本体部２００およびエンドエフェクター１７に対して他の物体が衝突したか否かの判断）を行うことができる。
【００５９】
第１信号処理回路４６は、力検出部２０から出力された信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換回路を有する。この際、第１データは、フーリエ変換回路の出力結果を含むデータである。これにより、例えば、第１データを用いて対象物の内部診断（力検出素子２１が設置されたエンドエフェクター１７に対して接触した金属等の他の物体の内部の亀裂、ボイド等の有無またはその程度を判断）することができる。
【００６０】
第１出力部４５は、第１データを無線送信可能な送信回路を有する。これにより、配線の数を少なくすることができ、その結果、利便性をさらに向上させることができる。また、例えば、スマートフォン等の無線受信可能な機器のクリック感検査等の検査に力検出システム３０を用いた場合、その検査対象となる機器へ第１データを送信し、機器の調整を行うことができる。
【００６１】
また、第２出力部４４、第１出力部４５のデータ転送速度は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、第１出力部４５のデータ転送速度と第２出力部４４のデータ転送速度とが互いに異なることが好ましい。これにより、第１データおよび第２データの用途に応じて転送速度を最適化することができる。特に、本実施形態の場合、第１出力部４５のデータ転送速度が第２出力部４４のデータ転送速度よりも速いことが好ましい。これにより、情報量の多い第１データを迅速にコンピューターおよび外部記憶装置６０に転送することができる。
【００６２】
以上のようなロボット１００は、力検出システム３０と、力検出部２０が配置されているロボット可動部１０と、第１データおよび第２データのうちの少なくとも一方（本実施形態では第２データ）が入力され、ロボット可動部１０の駆動を制御する制御装置５０と、を備える。このようなロボット１００によれば、力検出システム３０の優れた利便性を利用して、ロボット１００の用途の幅を広げたり、ロボット１００の安全性を高めたりすることができる。
【００６３】
また、コンピューターおよび外部記憶装置６０によって、ロボット１００の動作に伴う力検出システム３０からの詳細な出力信号の履歴を蓄積することができ、ロボット１００の動作の不具合や製造された製品が不良品であった場合の不具合解析やトレーサビリティに利用できる。また、蓄積したデータから不具合や不良品発生に相関の高い特徴量を特定し、監視することで、ロボット１００の故障や不良品の発生を未然に防ぐことができる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係るロボットのブロック図である。
【００６５】
以下、第２実施形態について、前述した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、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。
【００６６】
図７に示すロボット１００Ａは、制御装置５０Ａを備える。
制御装置５０Ａは、信号判定部５５と動作選択部５６を有する。信号判定部５５では、力検出システム３０から転送された第１データが、Ｉ／Ｆ５３を介して入力され、ロボットの動作に伴って対象物に加えられた力の状態を判断する。具体的には、例えば、力検出部２０で検出された力データから、対象物を押し込んだ時の最大荷重、クリック感、触感などを評価して、ロボットが行った動作や対象物の合格、不合格などを判定する。
動作選択部５６は、信号判定部５５での判定結果を受け取り、ロボットが次に行う動作指令を選択し、動作指令部５２へ送出する。
【００６７】
信号判定部５５は、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵ等で構成することができ、入力されたデータを高速に解析して、判定を出力するようにプログラムされている。
動作選択部５６は、動作指令部５２にプログラムとして含めて構成できる。
【００６８】
以上のように、第２実施形態のロボットによれば、力検出システム３０からの高精度な出力信号を用いて、ロボットの動作に伴って対象物に加えられた力を正確に把握することができ、さらに次にロボットが行う動作を選択できる。例えば、決められた力の範囲で組み付ける必要のある工程において、規格通りに作業ができたことを正確に判断して、適合品と不適合品とを区別して、別々の場所に搬送することができる。したがって、ロボットにより製造される製品の品質や歩留まりを向上することができる。
【００６９】
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係るロボットのブロック図である。
【００７１】
以下、第３実施形態について、前述した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、前述した実施形態と同様の構成に関しては、同一符号を付している。
【００７２】
図８に示すロボット１００Ｂは、制御装置５０Ｂを備える。
制御装置５０Ｂは、接触検出部５７と回避動作生成部５８を有する。接触検出部５７では、力検出システム３０から転送された第１データが、Ｉ／Ｆ５３を介して入力され、ロボットが他の物体と接触することに伴って発生した力より接触を検出する。具体的には、例えば、力検出部２０で検出された力データから、通常作業との力検出データの違いを検出し、ロボット本体部２００、エンドエフェクター１７およびエンドエフェクター１７が把持する対象物と、他の物体との接触を検出する。回避動作生成部５８は、接触検出部５７での検出結果を受け取り、接触から逃れるようにロボットの動作を生成し、動作指令として、動作指令部５２へ送出する。
【００７３】
接触検出部５７は、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵ等で構成することができ、入力されたデータを高速に解析して、判定を出力するようにプログラムされている。
回避動作生成部５８は、接触検出部５７にプログラムとして含めて構成できる。
【００７４】
以上のように、第３実施形態のロボットによれば、ロボット本体部だけでなく交換可能なエンドエフェクターやそれにより把持されている対象物と、他の物体とが接触したことを、力検出システムからの高速で詳細な力覚データによって、遅延時間が短くかつ確実に検出することができるため、接触検知して安全に停止する協働ロボットを提供できる。
【００７５】
以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。
【００７６】
以上、本発明の力検出システムおよびロボットを、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。
【００７７】
また、本発明は、前述した実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
【００７８】
また、本発明のロボットは、可動部を有していれば、単腕ロボットに限定されず、例えば、双腕ロボット、スカラーロボット、単軸ロボット、ガントリーロボット、パラレルリンクロボット等の他のロボットであってもよい。また、ロボット本体部が有するアームの数（関節の数）は、前述した実施形態の数（６つ）に限定されず、１つ以上５つ以下または７つ以上であってもよい。
【００７９】
また、前述した実施形態では、エンドエフェクターがハンドである場合を例に説明したが、エンドエフェクターは、図示のハンドの形態に限定されないし、また、ハンドに限定されず、ハンド以外の各種エンドエフェクターであってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０…ロボット可動部、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…エンドエフェクター、２０…力検出部、２１…力検出素子、２２…変換回路、２３…力演算回路、３０…力検出システム、３０Ａ…力検出システム、３０Ｂ…力検出システム、３０Ｃ…力検出システム、４０…信号処理部、４１…第２信号処理回路、４２…メモリー、４３…Ｉ／Ｆ、４４…第２出力部、４５…第１出力部、５０…制御装置、５１…モーション制御部、５２…動作指令部、５３…Ｉ／Ｆ、６０…コンピューターおよび外部記憶装置、１００…ロボット、１００Ａ…ロボット、１００Ｂ…ロボット、２００…ロボット本体部、１１０…基台、１３０…駆動部、１３１…位置検出器、Ａ…ボトム、Ｂ…ボトム、Ｃ…ボトム、Ｄ…ボトム
【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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