(57)【要約】【課題】物体の検知や予測をすることなしに、任意の方向から衝突する物体に対する衝撃を緩和できるロボットアームのアームを提供する。【解決手段】複数のアームがジョイントによって連結された多関節構造を有するロボットアームであって、複数のアームのうち少なくとも一つは、第１部材と、第２部材と、第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら第１部材と第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって第１部材と第２部材との位置関係を変化させる衝撃吸収機構とを備えるロボットアームとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアームがジョイントによって連結された多関節構造を有するロボットアームであって、
複数の前記アームのうち少なくとも一つは、
第１部材と、
第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら前記第１部材と前記第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって前記第１部材と前記第２部材との位置関係を変化させる衝撃吸収機構とを備えるロボットアーム。
【請求項２】
前記衝撃吸収機構は、
貫通孔が形成され、前記第１部材の一端と前記第２部材の一端との間に配置される軸受と、
前記第１部材の一端側および前記第２部材の一端側に前記貫通孔の開口部を向けて前記軸受を支持し、前記第１部材と前記第２部材との位置関係の変化に伴って前記軸受を支持し続けながら変形する支持部材と、
前記第１部材の一端および前記第２部材の一端とを貫通した状態で前記第１部材と前記第２部材との間に架され、前記第１部材と前記第２部材との位置関係が前記第１の状態から変化した際に、前記第１部材および前記第２部材からの露出量が変化する少なくとも一対のワイヤと、
前記第１部材の一端の内側および前記第２部材の一端の内側と前記ワイヤの両端部との間に付勢され、前記第１部材と前記第２部材との位置関係の変化に伴って変形する複数の付勢部材とを有する請求項１に記載のロボットアーム。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材との位置関係が前記第１の状態から変化した際に、
前記第１部材の一端および前記第２部材の一端から外部への露出量が増えた前記ワイヤに設置された前記付勢部材は、前記第１部材の一端の内側および前記第２部材の一端の内側と前記ワイヤの両端部とを遠ざける方向に付勢し、
前記第１部材の一端および前記第２部材の一端から外部への露出量が減った前記ワイヤに設置された前記付勢部材は、前記第１部材の一端の内側および前記第２部材の一端の内側と前記ワイヤの両端部とを近づける方向に付勢する請求項２に記載のロボットアーム。
【請求項４】
前記衝撃吸収機構を被覆するように前記第１部材の一端と前記第２部材の一端とに固定され、前記第１部材と前記第２部材との位置関係の変形に伴って伸縮する被覆部材を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロボットアーム。
【請求項５】
末端に特定の機能を発揮する機能機構を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボットアーム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボットアームと、
前記ロボットアームとの間で信号を送受信し合うことによって前記ロボットアームを制御する制御装置とを備えるロボット。
【請求項７】
前記衝撃吸収機構を備える前記アームは、
前記第１部材と前記第２部材との位置関係が前記第１の状態から変化したことを検知し、前記制御装置に検知信号を送信するセンサを有する請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記ロボットアームの動作を制御するための制御信号を前記ロボットアームに送信し、
前記制御信号に応じて前記ロボットアームから送信されるフィードバック信号を受信した際に、前記フィードバック信号に基づいた制御を実行するための前記制御信号を前記ロボットアームに送信し、
前記ロボットアームから送信される前記検知信号を受信した際に、前記検知信号に応じて前記ロボットアームの動作を停止させる停止信号を前記ロボットアームに送信する請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら前記第１部材と前記第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって前記第１部材と前記第２部材との位置関係が変化した際に検知信号を送信する衝撃吸収機構を有するアームを少なくとも一つ備えるロボットアームの制御方法であって、
前記ロボットアームを制御するための制御信号を前記ロボットアームに送信し、
前記制御信号に応じて前記ロボットアームから送信されるフィードバック信号を受信した際に、前記フィードバック信号に基づいた制御を実行するための前記制御信号を前記ロボットアームに送信し、
前記ロボットアームから送信される前記検知信号を受信した際に、前記検知信号に応じて前記ロボットアームの動作を停止させる停止信号を前記ロボットアームに送信する制御方法。
【請求項１０】
第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら前記第１部材と前記第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって前記第１部材と前記第２部材との位置関係が変化した際に検知信号を送信する衝撃吸収機構を有するアームを少なくとも一つ備えるロボットアームを制御するプログラムであって、
前記ロボットアームを制御するための制御信号を前記ロボットアームに送信する処理と、
前記制御信号に応じて前記ロボットアームから送信されるフィードバック信号を受信した際に、前記フィードバック信号に基づいた制御を実行するための前記制御信号を前記ロボットアームに送信する処理と、
前記ロボットアームから送信される前記検知信号を受信した際に、前記検知信号に応じて前記ロボットアームの動作を停止させる停止信号を前記ロボットアームに送信する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人とロボットとが共存する作業空間で使用されるロボットアーム、制御方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生産を効率化するために、生産ラインにロボットを導入する事例が増えている。そのような生産ラインでは、作業者とロボットとが共存する作業空間が発生する。ところで、作業者とロボットとが共存する作業空間では、作業者とロボットとが接触する可能性があるため、何らかの安全対策が必須となる。
【０００３】
一般に、生産ライン上で作業者とロボットとが共存する作業空間では、ロボットの周囲に柵（以下、安全柵）を設置することによって安全性を確保する。しかし、ロボットの周囲に安全柵を設置するには、安全柵の設置スペースの確保する必要があったり、生産ラインのレイアウト変更後において安全柵の組み立てる必要があったりするという問題点があった。
【０００４】
特許文献１には、ロボット装置の動作部の表面上にコンデンサを構成し、そのコンデンサの静電容量の変化を検出する静電容量検出器によって接触を検知するロボット装置が開示されている。特許文献１の装置によれば、動作部が何らかの対象物と接触したことが検知された際に、動作部の駆動を停止できる。
【０００５】
特許文献２には、カメラなどで撮像した画像データに基づいてロボットアームと人との衝突予定位置を推定し、衝突時の衝突対応動作を制御する制御装置について開示されている。特許文献２の装置によれば、人の動きに応じた最適な接触動作が可能となる。
【０００６】
特許文献３には、複数のアームから構成されるマニュピュレータのいずれかのアームを複数の部材で構成し、それらの部材をワイヤや電磁石によって接続する構造体について開示されている。特許文献３の装置によれば、複数の部材によって構成されるアームに外力が付与されると、複数の部材に生じた相対変位によって、外力を検出するとともに吸収できる。
【０００７】
特許文献４には、第１アーム部と、第１アーム部に対して折れ曲がり可能に接続されている第２アーム部とを含むアームを備えるロボットについて開示されている。特許文献４のロボットのアームは、移動するアームが外部の物体が衝突した際に、第２アーム部が第１アーム部に対して折れ曲がることによってアームの移動方向と逆方向に移動し、外部の物体への衝撃を緩和する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１２０４９４号公報
【特許文献２】特開２００８−３０２４９６号公報
【特許文献３】特開２００９−１０７１１０号公報
【特許文献４】特開２０１２−１１０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の装置は、対象物との接触を検知してから停止するまで動作を続けてしまう。そのため、特許文献１の装置には、対象物が接触した際に、動作を停止するまで接触状態が解除されず、対象物に対して力をかけ続けてしまうという問題点があった。
【００１０】
特許文献２の装置は、画像データに基づいて人の位置や移動について推定するため、人が予測できない動きをして衝突予定位置からずれた場合、人への接触のダメージが大きくなる可能性があるという問題点があった。また、特許文献２の装置は、多数のロボットが配置される作業空間において、カメラやコンピュータなどの周辺機器をロボットごとに設置する必要があり、周辺機器を設置するためのコストが掛かるという問題点があった。
【００１１】
特許文献３の構造体は、複数の部材をワイヤや電磁石を用いて接続する。そのため、特許文献３の構造体には、複数の部材によって構成されるアームに外力が付与された際に、複数の部材の変形量だけでは外力を吸収しきれないという問題点があった。また、特許文献３の構造体には、外力を付与した物体が複数の部材に挟まれる可能性があるといった問題点があった。
【００１２】
特許文献４のロボットによれば、センサが配置された箇所に物体が衝突した際には、センサが配置された面の反対側に向けてアームが折れ曲がることによって、物体への衝撃を緩和できる。しかしながら、特許文献４のロボットには、センサが配置されていない面に物体が衝突した際には、アームが折れ曲がらないために衝撃が緩和されないという問題点があった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、物体の検知や予測をすることなしに、任意の方向から衝突する物体に対する衝撃を緩和できるロボットアームを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様のロボットアームは、複数のアームがジョイントによって連結された多関節構造を有するロボットアームであって、複数のアームのうち少なくとも一つは、第１部材と、第２部材と、第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら第１部材と第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって第１部材と第２部材との位置関係を変化させる衝撃吸収機構とを備える。
【００１５】
本発明の一態様の制御方法は、第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら第１部材と第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって第１部材と第２部材との位置関係が変化した際に検知信号を送信する衝撃吸収機構を有するアームを少なくとも一つ備えるロボットアームの制御方法であって、ロボットアームを制御するための制御信号をロボットアームに送信し、制御信号に応じてロボットアームから送信されるフィードバック信号を受信した際に、フィードバック信号に基づいた制御を実行するための制御信号をロボットアームに送信し、ロボットアームから送信される検知信号を受信した際に、検知信号に応じてロボットアームの動作を停止させる停止信号をロボットアームに送信する。
【００１６】
本発明の一態様のプログラムは、第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら第１部材と第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって第１部材と第２部材との位置関係が変化した際に検知信号を送信する衝撃吸収機構を有するアームを少なくとも一つ備えるロボットアームを制御するプログラムであって、ロボットアームを制御するための制御信号をロボットアームに送信する処理と、制御信号に応じてロボットアームから送信されるフィードバック信号を受信した際に、フィードバック信号に基づいた制御を実行するための制御信号をロボットアームに送信する処理と、ロボットアームから送信される検知信号を受信した際に、検知信号に応じてロボットアームの動作を停止させる停止信号をロボットアームに送信する処理とをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、物体の検知や予測をすることなしに、任意の方向から衝突する物体に対する衝撃を緩和できるロボットアームを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの一例を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームを構成する第１アームの外観の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの衝撃吸収機構をＡ−Ａ切断線（図２）において切断した際の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの衝撃吸収機構をＢ−Ｂ切断線（図３）において切断した際の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの衝撃吸収機構をＣ−Ｃ切断線（図３）において切断した際の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームを構成する第１アームが−ｙ方向の力を受けて変形する例を示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームを構成する第１アームが＋ｙ方向の力を受けて変形する例を示す概念図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームを構成する第１アームが−ｚ方向の力を受けて変形する例を示す概念図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームを構成する第１アームが＋ｚ方向の力を受けて変形する例を示す概念図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの通常時における動作の一例を示す概念図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームに物体が衝突した際に第１のアームが変形する一例を示す概念図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るロボットアームの変形例を示す概念図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るロボットアームの第１アームの一例を示す概念図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るロボットアームの第１アームが変形する例を示す概念図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係るロボットの構成を示す概念図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るロボットの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るロボットの制御装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係るロボットの制御装置を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付したり、同様構成について符号を省略したりする。また、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、各構成要素の大きさや位置の関係を正確に表していない。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００２０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係るロボットアームについて図面を参照しながら説明する。本実施形態のロボットアームとしては、複数のアーム（リンクとも呼ぶ）が関節（ジョイントとも呼ぶ）によって運動可能に接続されるマニュピュレータを想定する。しかし、本実施形態のロボットアームは、物体を把持する用途に関わらず、任意の用途に適用できる。また、本実施形態においては、ロボットアームを二つのアームで構成する例を挙げるが、ロボットアームを構成するアームの数は二つに限定されず、用途に応じて設定できる。
【００２１】
（構成）
図１は、本実施形態のロボットアーム１の構成例を示す概念図である。図１のように、ロボットアーム１は、第１アーム１０、第２アーム２０、固定部３０および把持機構４０を備える。また、第１アーム１０、第２アーム２０、固定部３０、把持機構４０の内部には、固定部３０から把持機構４０にかけてケーブル５０が配置される。
【００２２】
第１アーム１０は、一端が第２アーム２０の関節構造（図示しない）に接続され、他端が把持機構４０の関節構造（図示しない）に接続される。第１アーム１０は、ロボットアーム１の特徴的な構成であり、第１部材１１、衝撃吸収機構１２および第２部材１３によって構成される。第１アーム１０は、通常の動作時（以下、通常時）には変形せず、何らかの物体が衝突したとき（以下、衝突時）に加えられた力に応じて変形する。なお、第１アーム１０は、通常時において、把持機構４０が把持部４１によって対象物に作用を及ぼすときには変形しない。また、第１アーム１０の通常時の状態を第１の状態と呼ぶ。
【００２３】
第２アーム２０は、一端が第１アーム１０の関節構造（図示しない）に接続され、他端が固定部３０の関節構造（図示しない）に接続される。なお、第２アーム２０は、塑性限界を超えた力が加えられた場合などを除いて、通常時および衝突時に変形しないものとする。
【００２４】
固定部３０は、一端が作業台などに固定され、他端が第２アーム２０の関節構造に接続される。固定部３０は、ロボットアーム１を作業台に固定するためのアームである。なお、固定部３０は、ロボットアーム１が動作することさえできれば、移動体に接続されていてもよい。
【００２５】
把持機構４０（機能機構とも呼ぶ）は、一端には第１アーム１０が関節構造（図示しない）によって接続され、他端には把持部４１（機能部とも呼ぶ）が構成される。把持機構４０は、図示しない制御装置の制御に応じて対象物を把持する。例えば、把持部４１は、平行クランク式や送りねじ式、ラックピニオン、吸引式などの機能機構によって実現される。
【００２６】
本実施形態においては、対象物を掴んだり握ったりするための把持機構４０を機能機構として用いる例を示すが、その他の機能機構も適用できる。例えば、はんだ付けやろう付けなどの作業を行うための加熱機構を機能機構として用いることができる。例えば、ドリルやねじ回し、攪拌などの作業を行うための回転機構を機能機構として用いることができる。例えば、対象物を押す機能や突く機能、刺す機能、切る機能などを機能機構として用いることができる。なお、本実施形態のロボットアーム１の機能機構は、上述の例に限られず、特定の機能を発揮しさえすればよい。
【００２７】
ケーブル５０は、固定部３０から把持機構４０にかけて、第１アーム１０、第２アーム２０、固定部３０および把持機構４０の内部に配置される。ケーブル５０は、固定部３０から把持機構４０にかけて電力や信号を伝播するための導線である。ケーブル５０の本数や材質などについては特に限定を加えない。
【００２８】
例えば、第１アーム１０、第２アーム２０、固定部３０および把持機構４０の各アームは、ベアリングやユニバーサルジョイント、ボールジョイントなどを含む関節構造（図示しない）によって接続される。ロボットアーム１の各アームは、関節構造を動作させるモータを駆動させることによって相対的な姿勢変化を実現する。各モータが制御装置（図示しない）による電流制御に応じて直線運動や回転運動、旋回運動をし、ロボットアーム１の所望の動作が実現される。例えば、制御装置（図示しない）は、ＰＴＰ（Point To Point）制御やＣＰ（Continuous Pass）制御などによってロボットアーム１の動作を制御する。なお、各アームの関節構造は、上述の構成例に含まれない構造や機構によって実現されてもよい。
【００２９】
〔衝撃吸収機構〕
次に、第１アーム１０の衝撃吸収機構１２について説明する。図２は、衝撃吸収機構１２の構成について説明するための概念図である。図３は、衝撃吸収機構１２をＡ−Ａ切断線（図２）において切断した際の断面図である。図４は、衝撃吸収機構１２をＢ−Ｂ切断線（図３）において切断した際の断面図である。図５は、衝撃吸収機構１２をＣ−Ｃ切断線（図３）において切断した際の断面図である。
【００３０】
図２〜図５のように、衝撃吸収機構１２は、一対のワイヤ１２１、軸受１２３、支持部材１２５、付勢部材１２７を備える。
【００３１】
ワイヤ１２１は、第１部材１１の端部に形成された孔１１１を通じて第１部材１１の外部に出て、第２部材１３の端部に形成された孔（図示しない）を通じて第２部材１３の内部に入り、第１部材１１と第２部材１３とを接続する。すなわち、ワイヤ１２１は、第１部材１１の一端および第２部材１３の一端とを貫通した状態で第１部材１１と第２部材１３との間に架される。ワイヤ１２１は、第１部材１１と第２部材１３との位置関係が第１の状態から変化した際に、第１部材１１および第２部材１３からの露出量が変化する。
【００３２】
ワイヤ１２１の両端には、ワイヤ１２１の径方向に向けて突出する端部１２２が形成される。ワイヤ１２１の端部１２２は、第１部材１１および第２部材１３の内部に配置される。ワイヤ１２１の一方の端部１２２と第１部材１１の端部との間と、ワイヤ１２１の他方の端部１２２と第２部材１３との間とには、それぞれ付勢部材１２７が配置される。なお、本実施形態においてはワイヤ１２１を二本用いる例を挙げているが、ワイヤ１２１の本数には限定を加えない。
【００３３】
軸受１２３は、支持部材１２５によって、第１部材１１の一端と第２部材１３の一端との間に配置される。軸受１２３には、貫通孔１２４が形成される。貫通孔１２４は、開口部が第１部材１１および第２部材１３に向かうように配置される。貫通孔１２４には、ケーブル５０が通される。例えば、軸受１２３は、貫通孔が開けられた球体の金属やプラスチックによって実現される。なお、軸受１２３は、その形状は球形に限定されず、その材質は金属やプラスチックに限定されない。また、貫通孔１２４の形状についても、ケーブル５０を通すことさえできれば特に限定を加えない。
【００３４】
支持部材１２５は、第１部材１１の一端側および前記第２部材１３の一端側に貫通孔１２４の開口部を向けて軸受１２３を支持し、第１部材１１と第２部材１３との位置関係の変化に伴って軸受１２３を支持し続けながら変形する。本実施形態においては、複数の糸状の支持部材１２５が軸受１２３を支持する例を示している。支持部材１２５は、第１アーム１０が変形した際に、軸受１２３を支持しながら変形する。例えば、支持部材１２５は、ゴムやコイルばねなどの弾性体や伸縮性のある素材によって実現される。なお、支持部材１２５は、第１アーム１０が変形した際に軸受１２３を支持し続けることさえできれば、その構造や材料、個数について限定を加えない。
【００３５】
付勢部材１２７は、ワイヤ１２１の一方の端部１２２と第１部材１１の端部の内側との間と、ワイヤ１２１の他方の端部１２２と第２部材１３の端部の内側との間とに配置される。付勢部材１２７の一端はワイヤ１２１の端部に固定され、他端は第１部材１１または第２部材１３の内側に固定される。付勢部材１２７は、第１部材１１の一端の内側および第２部材１３の一端の内側とワイヤ１２１の両側の端部１２２との間に付勢される。
【００３６】
付勢部材１２７は、第１アーム１０が変形すると、ワイヤ１２１の露出量の変化に伴って以下のように変形する。すなわち、第１部材１１の一端および第２部材１３の一端から外部への露出量が増えたワイヤ１２１に設置される付勢部材１２７は、第１部材１１の一端の内側および第２部材１３の一端の内側とワイヤ１２１の両側の端部１２２とを遠ざける方向に付勢する。一方、第１部材１１の一端および第２部材１３の一端から外部への露出量が減ったワイヤ１２１に設置される付勢部材１２７は、第１部材１１の一端の内側および第２部材１３の一端の内側とワイヤ１２１の両側の端部１２２とを近づける方向に付勢する。
【００３７】
本実施形態においては、付勢部材１２７としてコイルばねを用いる例を示すが、付勢部材１２７の構造や形状、材質、ばね定数などには限定を加えない。付勢部材１２７のばね定数を大きくすれば、第１アーム１０に物体が衝突して変形した状態が元に戻りやすくなる。一方で、付勢部材１２７のばね定数を小さくすれば、第１アーム１０に物体が衝突して変形した状態が元に戻りにくくなる。すなわち、第１アーム１０に衝突した物体に掛かる力を小さくするためには、付勢部材１２７のばね定数を小さくすればよい。ただし、付勢部材１２７のばね定数を小さくしすぎると、通常時の動作において第１アーム１０が変形しやすくなる。そのため、衝突してくる物体に掛かる衝撃を緩和できる程度のばね定数を設定することが好ましい。物体に掛かる衝撃の許容値は、衝突しうる物体によって異なるため、適宜設定すればよい。
【００３８】
衝撃吸収機構１２は、第２部材１３や把持機構４０に掛かる力を外力として受ける。物体の衝突などに起因する外力によって付勢部材１２７が変形すると、軸受１２３を中心として衝撃吸収機構１２が変形し衝撃吸収機構１２の変形に外力が消費されるため、物体に掛かる衝撃が緩和される。そして、物体との接触が解消されると、付勢部材１２７の復元力によって衝撃吸収機構１２が元の形状に戻り、ロボットアーム１の第１部材１１と第２部材とが第１の状態（直線状）に戻る。
【００３９】
（動作）
次に、図面を参照しながら、第１アーム１０に物体が衝突した際の第１アーム１０の変形について説明する。
【００４０】
図６および図７は、物体１００が衝突して変形した状態の第１アーム１０をＢ−Ｂ切断線（図３）において切断した際の断面図である。
【００４１】
図６は、−ｙ方向に向けて進行してきた物体１００が第１アーム１０に衝突して、第１アーム１０が変形した状態である。二つのワイヤ１２１は、物体１００の衝突によって、−ｙ方向に掛かる力に応じて曲がる。図面上側のワイヤ１２１は、第１部材１１および第２部材１３の外部に出る長さが増え、二つの付勢部材１２７が縮む。一方、図面下側のワイヤ１２１は、第１部材１１および第２部材１３の外部に出る長さが減り、二つの付勢部材１２７が伸びる。また、図面上側の支持部材１２５は伸び、図面下側の支持部材１２５は縮む。また、支持部材１２５の伸縮に伴って軸受１２３が回動し、軸受１２３の内部を通るケーブル５０は物体１００の進行方向とは反対に向きに曲がる。
【００４２】
図６の状態において、縮んだ状態の付勢部材１２７（図面上側）は、ワイヤ１２１の両方の端部１２２を第１部材１１または第２部材１３の内側から遠ざける力を及ぼす。一方で、伸びた状態の付勢部材１２７（図面下側）は、ワイヤ１２１の両方の端部１２２を第１部材１１または第２部材１３の内側に向けて近づける力を及ぼす。
【００４３】
図７は、＋ｙ方向に向けて進行してきた物体１００が第１アーム１０に衝突して、第１アーム１０が変形した状態である。二つのワイヤ１２１は、物体１００の衝突によって、＋ｙ方向に掛かる力に応じて曲がる。図面上側のワイヤ１２１は、第１部材１１および第２部材１３の外部に出る長さが減り、二つの付勢部材１２７が伸びる。一方、図面下側のワイヤ１２１は、第１部材１１および第２部材１３の外部に出る長さが増え、二つの付勢部材１２７が縮む。また、図面上側の支持部材１２５は縮み、図面下側の支持部材１２５は伸びる。また、支持部材１２５の伸縮に伴って軸受１２３が回動し、軸受１２３の内部を通るケーブル５０は物体１００の進行方向とは反対に向きに曲がる。
【００４４】
図７の状態において、伸びた状態の付勢部材１２７（図面上側）は、ワイヤ１２１の両方の端部１２２を第１部材１１または第２部材１３の内側に向けて近づける力を及ぼす。一方で、伸びた状態の付勢部材１２７（図面下側）は、ワイヤ１２１の両方の端部１２２を第１部材１１または第２部材１３の内側から遠ざける力を及ぼす。
【００４５】
図８および図９は、物体１００が衝突して変形した状態の第１アーム１０をＣ−Ｃ切断線（図３）において切断した際の断面図である。
【００４６】
図８は、−ｚ方向に向けて進行してきた物体１００が第１アーム１０に衝突し、第１アーム１０が変形した状態である。図８に示す第１アーム１０の変形においては、−ｚ方向に掛かる力に応じて、図面上側の支持部材１２５は伸び、図面下側の支持部材１２５は縮む。ワイヤ１２１（図示しない）は、第１アーム１０に掛かる力に応じて曲がる。また、支持部材１２５の伸縮に伴って軸受１２３が回動し、軸受１２３の内部を通るケーブル５０は物体１００の進行方向とは反対に向きに曲がる。
【００４７】
図９は、＋ｚ方向に向けて進行してきた物体１００が第１アーム１０に衝突し、第１アーム１０が変形した状態である。図８に示す第１アーム１０の変形においては、＋ｚ方向に掛かる力に応じて、図面上側の支持部材１２５は縮み、図面下側の支持部材１２５は伸びる。ワイヤ１２１（図示しない）は、第１アーム１０に掛かる力に応じて曲がる。また、支持部材１２５の伸縮に伴って軸受１２３が回動し、軸受１２３の内部を通るケーブル５０は物体１００の進行方向とは反対に向きに曲がる。
【００４８】
ここで、ロボットアーム１に物体１００が衝突した際のロボットアームの変形について図面を参照しながら説明する。図１０は、通常時におけるロボットアーム１の動作に関する概念図である。図１１は、物体１００が把持機構４０に衝突した状態のロボットアーム１の動作に関する概念図である。なお、図１０および図１１において、第１アーム１０は、点線の位置から実線の位置に動作するものとする。
【００４９】
図１０のように、通常時において、ロボットアーム１が動作する際に第１アーム１０は変形しない。一方、図１１のように、物体１００が把持機構４０に衝突すると、衝撃吸収機構１２の変形によって、物体１００の進行方向とは反対向きに第１アーム１０が変形する。
【００５０】
以上のように、本実施形態のロボットアームは、複数のアームがジョイントによって連結された多関節構造を有し、複数のアームのうち少なくとも一つは衝撃吸収機構を備える。本実施形態のロボットアームの衝撃吸収機構は、第１部材と第２部材の位置関係を第１の状態に保ちながら第１部材と第２部材とを連結し、外部から印加される力に応じて変形することによって第１部材と第２部材との位置関係を変化させる。
【００５１】
本実施形態のロボットアームのアームや把持機構に物体が衝突すると、衝撃吸収機構を備えるアームが変形する。また、本実施形態のロボットアームは、支持部材が軸受を立体的に支持するため、物体が衝突してくる方向によらずに変形できる。すなわち、本実施形態によれば、物体の検知や予測をすることなしに、任意の方向からの物体との衝突における衝撃を緩和できる。
【００５２】
また、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００５３】
例えば、作業者にロボットが接触しても、衝撃吸収機構が物理的に衝撃を吸収することで、ロボットが動作を停止するまでの間に作業者が損傷を負うことがない。また、例えば、ロボットの周囲に安全柵を設ける必要がないため、安全柵の設置スペースの確保や、生産装置のレイアウト変更後に安全柵を組み立てる手間を削減できる。また、例えば、作業者の動きをカメラやセンサで検知して予測する必要がないため、高額なカメラやセンサ、予測計算装置などを導入するための投資を削減できる。また、衝撃吸収機構が大きく変形する構造を採用すれば、外力の吸収量を多く確保できるため、ロボットの動作速度を速くできる。
【００５４】
例えば、作業者とロボットとが共存して作業する作業空間においては、ロボットアームの動作に伴って、ロボットアームが作業者に衝突する可能性がある。ロボットアームが作業者に衝突した直後に、動作停止信号がロボットアームのいずれかの関節を動かすモータに送信されても、実際にロボットアームが停止するまではロボットアームが作業者に向かって駆動し続ける可能性がある。
【００５５】
（変形例）
図１２は、第１の実施形態のロボットアーム１の変形例（ロボットアーム１−２）である。図１２のロボットアーム１−２は、第１アーム１０−１、第２アーム２０−１、固定部３０および把持機構４０を備える。第１アーム１０−１および第２アーム２０−１は、図１のロボットアーム１の第１アーム１０と同様の構造を有する。固定部３０および把持機構４０は、図１の構成と同様である。すなわち、ロボットアーム１−２は、図１のロボットアーム１の第２アーム２０を第１アーム１０に取り換えた構造を有する。なお、ロボットアーム１−２の構成や動作は、図１のロボットアーム１と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
図１２の変形例のロボットアームは、衝撃吸収機構を二つのアームに有するため、図１のロボットアームと比べて、衝撃吸収できる範囲が増えるとともに、変形量が大きくなることによって、より衝撃を吸収しやすくなる。なお、本実施形態に係るロボットアームに搭載される衝撃吸収機構の数は、二つに限定しない。また、単一のアームに複数の衝撃吸収機構を設ければ、より衝撃を吸収しやすくなる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るロボットアームについて図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態のロボットアームの第１アーム１０−２の構成を示す概念図である。第１アーム１０−２は、第１の実施形態の第１アーム１０の衝撃吸収機構１２の周囲を被覆部材１４で被覆した構造である。
【００５８】
被覆部材１４は、第１部材１１と第２部材１３との間に位置する衝撃吸収機構１２を被覆するように第１部材１１の一端と第２部材１３の一端とに固定される。被覆部材１４は、第１部材１１と第２部材１３との位置関係の変形に伴って伸縮する。被覆部材１４には、第１アーム１０−２の変形に追従して伸縮するように、伸縮性のある構造や素材を適用する。例えば、被覆部材１４は、蛇腹構造や網目構造、積層構造などの構造によって実現できる。また、例えば、被覆部材１４は、プラスチックや布、紙、金属などの素材によって実現できる。ただし、被覆部材１４の構造や素材についてはここで挙げた限りではない。
【００５９】
図１３には、蛇腹構造の被覆部材１４を用いる例を示す。被覆部材１４は、筒状に形成された蛇腹構造を有し、両末端が開口されている。被覆部材１４は、衝撃吸収機構１２を包み込むように配置され、両末端を第１部材１１および第２部材１３の端部に固定する。被覆部材１４は、第１アーム１０−２の変形に追従できるように、衝撃吸収機構１２よりも変形量が大きくなるように構成する。その結果、図１４のように第１アーム１０−２が変形しても、被覆部材１４が衝撃吸収機構１２を被覆し続けるため、衝撃吸収機構１２は外部に露出しない。
【００６０】
本実施形態のロボットアームは、衝撃吸収機構が外部に露出しないため、物体による接触が解除されて第１アームが直線状に戻る際に、第１部材と第２部材との間に物体が挟まることを解消する。また、衝撃吸収機構に物体が直接衝突することがなくなるため、衝撃吸収機構が破損して機能しなくなることがない。そのため、本実施形態によれば、第１の実施形態よりも安全性が向上する。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るロボットについて図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態のロボット３の構成を示す概念図である。ロボット３は、ロボットアーム１−３と、制御装置３００とを備える。制御装置３００は、電力線や通信線によってロボットアーム１−３に接続される。なお、ロボットアーム１−３は、第１の実施形態のロボットアーム１と同様であるが、第１アーム１０−３にセンサ６０を搭載する点でロボットアーム１とは異なる。ただし、第２の実施形態のロボットアームの第１アーム１０−２にセンサ６０を搭載してもよい。
【００６２】
制御装置３００は、ロボットアーム１−３との間で信号を送受信し合うことによってロボットアーム１−３を制御する。制御装置３００は、上位システム（図示しない）や、自装置に予め登録されたプログラムによって、ロボットアーム１の具体的な動作を制御する。
【００６３】
制御装置３００は、制御信号に応じたロボットアーム１−３から送信されるフィードバック信号を受信した際に、フィードバック信号に基づいた制御を実行するための制御信号をロボットアーム１−３に送信する。また、制御装置３００は、ロボットアーム１−３から送信される検知信号を受信した際に、検知信号に応じてロボットアーム１−３の動作を停止させる停止信号をロボットアーム１−３に送信する。
【００６４】
ロボットアーム１−３は、制御装置３００の制御信号に応じて動作する。ロボットアーム１−３は、通常時には、各関節を動かすモータの角度などの情報に関するフィードバック信号を制御装置３００に送信する。また、ロボットアーム１−３は、第１アーム１０−３に搭載されたセンサ６０によって自身の変形を検知し、制御装置３００に衝突検知信号（検知信号とも呼ぶ）を送信する。
【００６５】
センサ６０は、第１アーム１０−３の変形を検知し、変形を検知した際には衝突検知信号を制御装置３００に送信する。例えば、センサ６０は、衝撃吸収機構１２（図４）の付勢部材１２７の変形や、衝撃吸収機構１２に接続された第１部材１１と第２部材１３との間隔の変化、支持部材１２５の変形、ワイヤ１２１やケーブル５０の変形などを検知する。例えば、加速度センサや光学センサ、磁気センサ、電力センサ、接触などによってセンサ６０を構成し、各種センサが取得する物理量の変化をセンサ６０によって検出して第１アーム１０−３の変形を検知する。なお、センサ６０の設置位置は、衝撃吸収機構１２の変化を検出できる位置であれば、図１５に示す位置に限定されない。
【００６６】
以上が、第１アーム１０−３の構成についての説明である。次に、制御装置３００の詳細について説明する。
【００６７】
〔制御装置〕
図１６は、制御装置３００の構成を示すブロック図である。図１６のように、制御装置３００は、信号受信部３０１、停止信号生成部３０２、制御信号生成部３０３、信号送信部３０４を備える。
【００６８】
信号受信部３０１は、ロボットアーム１−３から発せられるフィードバック信号や衝突検知信号などの信号を受信する。信号受信部３０１は、ロボットアーム１−３からフィードバック信号を受信すると、受信したフィードバック信号を制御信号生成部３０３に出力する。また、信号受信部３０１は、ロボットアーム１から衝突検知信号を受信すると、受信した衝突検知信号を停止信号生成部３０２に出力する。なお、信号受信部３０１は、フィードバック信号や衝突検知信号以外の信号を受信するように構成してもよい。
【００６９】
停止信号生成部３０２は、信号受信部３０１から衝突検知信号を取得する。停止信号生成部３０２は、衝突検知信号を取得すると、ロボットアーム１を停止させるための停止信号を生成する。また、停止信号生成部３０２は、制御信号生成部３０３から停止信号を生成する指示を受けた場合も停止信号を生成する。停止信号生成部３０２は、生成した停止信号を信号送信部３０４に出力する。
【００７０】
制御信号生成部３０３は、信号受信部３０１からフィードバック信号を取得する。制御信号生成部３０３は、取得したフィードバック信号に基づいて、上位システムやプログラムからの指示に対応する制御条件を生成し、生成した制御条件に基づいてロボットアーム１を動かすための制御信号を生成する。制御信号生成部３０３は、生成した制御信号を信号送信部３０４に出力する。なお、制御信号生成部３０３は、ロボットアーム１−３の制御を終了する場合、停止信号生成部３０２に停止信号を生成する指示を出す。
【００７１】
信号送信部３０４は、停止信号生成部３０２から停止信号を取得する。また、信号送信部３０４は、制御信号生成部３０３から制御信号を取得する。信号送信部３０４は、取得した停止信号または制御信号をロボットアーム１−３に送信する。
【００７２】
以上が、ロボット３の制御装置３００の構成に関する説明である。次に、ロボット３の制御装置３００の動作について説明する。
【００７３】
（動作）
図１７は、ロボット３の制御装置３００の動作に関するフローチャートである。なお、図１７に関する以下の説明においては、制御装置３００を動作の主体として説明する。
【００７４】
図１７において、まず、制御装置３００は、ロボットアーム１−３から信号を受信すると（ステップＳ３０１でＹｅｓ）、受信した信号が衝突検知信号であるか、フィードバック信号であるかを判定する（ステップＳ３０２）。一方、ロボットアーム１−３から信号を受信していない場合（ステップＳ３０１でＮｏ）、制御装置３００は、信号を受信するまで待機する。
【００７５】
制御装置３００は、受信した信号が衝突検知信号である場合（ステップＳ３０２でＹｅｓ）、ロボットアーム１−３に停止信号を送信する（ステップＳ３０６）。一方、制御装置３００は、受信した信号がフィードバック信号の場合（ステップＳ３０２でＮｏ）、フィードバック信号に基づいて、ロボットアーム１−３の制御条件を生成する（ステップＳ３０３）。
【００７６】
次に、制御装置３００は、生成した制御条件に基づいて生成した制御信号をロボットアーム１−３に送信する（ステップＳ３０４）。
【００７７】
ロボットアーム１−３の制御を継続する場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、ステップＳ３０１に戻る。一方、ロボットアーム１−３の制御を継続しない場合（ステップＳ３０５でＮｏ）、制御装置３００は、ロボットアーム１−３に停止信号を送信する。
【００７８】
以上が、制御装置３００の動作に関する説明である。
【００７９】
以上のように、本実施形態においては、ロボットアームの第１アームに変形が発生した場合、ロボットアームから制御装置に検知信号が送信される。検知信号を受信した制御装置は、通常の制御信号の生成手順とは異なる停止信号の生成手順によって停止信号を生成し、生成した停止信号を速やかにロボットアームに送信する。
【００８０】
本実施形態によれば、フィードバック信号に基づいて制御条件を生成してから、停止を指示する制御信号を生成する手順を省くので、第１アームの変形が検知されたロボットアームをより迅速かつ的確に停止できる。すなわち、本実施形態によれば、ロボットアームに物体が衝突した際に、第１アームが変形することによって物体に掛かる衝撃を緩和するだけではなく、より迅速かつ的確にロボットアームの動作を停止できる。本実施形態によれば、ロボットアームが動作を緊急停止させても衝撃吸収機構の変形によって衝撃が緩和されるので、対象物やロボットアーム自体に損傷が起こる可能性を低減できる。
【００８１】
〔ハードウェア〕
ここで、本実施形態に係るロボット３の制御装置３００を実行するハードウェア構成について、図１８のコンピュータ９０を一例として挙げて説明する。なお、図１８のコンピュータ９０は、本実施形態の制御装置を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００８２】
図１８のように、コンピュータ９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６を備える。図１８においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、バス９９を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。
【００８３】
プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、コンピュータ９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る制御装置による処理を実行する。
【００８４】
主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。
【００８５】
補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。
【００８６】
入出力インターフェース９５は、コンピュータ９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。
【００８７】
コンピュータ９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。
【００８８】
また、コンピュータ９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、コンピュータ９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介してコンピュータ９０に接続すればよい。
【００８９】
また、コンピュータ９０には、必要に応じて、ディスクドライブを備え付けてもよい。ディスクドライブは、バス９９に接続される。ディスクドライブは、プロセッサ９１と図示しない記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータ・プログラムの読み出し、コンピュータ９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。
【００９０】
以上が、本実施形態に係るロボット３の制御装置３００を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図１８のハードウェア構成は、本実施形態に係る制御装置３００を実現するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本実施形態に係る制御装置３００に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、本実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。
【００９１】
本実施形態の制御装置３００の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、本実施形態の制御装置３００の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。
【００９２】
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１    ロボットアーム
１０    第１アーム
１１    第１部材
１２    衝撃吸収機構
１３    第２部材
１４    被覆部材
２０    第２アーム
３０    固定部
４０    把持機構
４１    把持部
５０    ケーブル
６０    センサ
１２１    ワイヤ
１２３    軸受
１２５    支持部材
１２７    付勢部材
３００    制御装置
３０１    信号受信部
３０２    停止信号生成部
３０３    制御信号生成部
３０４    信号送信部
【図１】
2019030927.tif 000003
【図２】
2019030927.tif 000004
【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】
2019030927.tif 000009
【図８】
2019030927.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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