(57)【要約】【課題】複雑な計算を行うことなく、長尺部材の先端の振動を簡易に制振する。【解決手段】ロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３と、ロボット２の先端に取り付けられ、先端にツールを取り付けた長尺部材５と、長尺部材５の一端に取り付けられ、長尺部材５の長手方向に沿って光を射出する投光部６と、長尺部材５の他端に長尺部材５の長手方向に交差する方向に配列され、投光部６から発せられた光を受光する複数の受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と、同一の受光部Ｄ１により光が２回受光されるのに要する時間を計時するタイマとを備え、制御装置３が、タイマにより計時された時間と、光が受光される受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の受光順序とに基づいて、長尺部材５の基端部を長尺部材５の先端部の振動による移動方向に微小移動させるようにロボット２を制御するロボットシステム１を提供する。【選択図】図１
2019013992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットと、
該ロボットを制御する制御装置と、
前記ロボットの先端に取り付けられ、先端にツールを取り付けた長尺部材と、
該長尺部材の一端に取り付けられ、該長尺部材の長手方向に沿って光を射出する投光部と、
前記長尺部材の他端に該長尺部材の長手方向に交差する方向に配列され、前記投光部から発せられた前記光を受光する複数の受光部と、
同一の該受光部により前記光が２回受光されるのに要する時間を計時するタイマとを備え、
前記制御装置が、前記タイマにより計時された時間と、前記光が受光される前記受光部の受光順序とに基づいて、前記長尺部材の基端部を該長尺部材の先端部の振動による移動方向に微小移動させるように前記ロボットを制御するロボットシステム。
【請求項２】
前記受光部は、前記長尺部材が振動していない状態で、前記投光部からの前記光を受光する中央位置と、該中央位置を挟んだ両側位置の３箇所に配列されている請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記タイマが、前記中央位置の前記受光部により前記光が２回受光されるのに要する時間を計時する請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記タイマが前記受光部により前記光が受光されている状態から前記光が受光されなくなった時点で計時の開始および終了を行う請求項２または請求項３に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記制御装置が、前記タイマにより計時された時間に基づいて、前記長尺部材の先端の振動の中心から最大振幅に到達する第１時間を算出し、前記微小移動に要する第２時間を前記第１時間から減算した差分時間の経過後に前記微小移動を開始させるよう前記ロボットを制御する請求項１から請求項４のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記受光部が、相互に交差する２以上の方向に配列されている請求項１から請求項５のいずれかに記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性アームの先端に配置されたターゲットラインを弾性アームの基端に配置したカメラによって撮影し、取得された画像を画像処理することによりターゲットラインの位置を検出し、ターゲットラインの移動速度に応じて、弾性アームの基端に接続された駆動部を駆動することにより、弾性アームの先端の振動を制振するロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１８３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のロボットは、カメラにより取得された画像に画像処理を施すことによりターゲットラインを認識する必要があるとともに、カメラによる撮影を短い時間間隔で行って、ターゲットラインの移動速度を短い時間間隔で頻繁に算出する必要があり、複雑な計算を行わなければならないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、複雑な計算を行うことなく、長尺部材の先端の振動を簡易に制振することができるロボットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ロボットと、該ロボットを制御する制御装置と、前記ロボットの先端に取り付けられ、先端にツールを取り付けた長尺部材と、該長尺部材の一端に取り付けられ、該長尺部材の長手方向に沿って光を射出する投光部と、前記長尺部材の他端に該長尺部材の長手方向に交差する方向に配列され、前記投光部から発せられた前記光を受光する複数の受光部と、同一の該受光部により前記光が２回受光されるのに要する時間を計時するタイマとを備え、前記制御装置が、前記タイマにより計時された時間と、前記光が受光される前記受光部の受光順序とに基づいて、前記長尺部材の基端部を該長尺部材の先端部の振動による移動方向に微小移動させるように前記ロボットを制御するロボットシステムを提供する。
【０００６】
本態様によれば、長尺部材を制振させたい位置に配置したときに、長尺部材の一端に配置された投光部から光を射出させると、長尺部材の他端に配置された受光部により光が受光される。受光部は長尺部材の長手方向に交差する方向に配列されているので、長尺部材の先端がその配列方向に振動する場合には、投光部から射出された光が複数の受光部により順次受光される。
【０００７】
この場合において、長尺部材の先端が所定の周期で一方向に振動している場合には、同一の受光部により２回受光されるのに要する時間を計時することにより、振動の周期を推定することができる。例えば、受光部が振動の中心に配置されている場合には、２回受光されるのに要する時間の２倍が周期となる。受光部が振動の中心には位置されていない場合でも、２以上の受光部により順次受光される時間により振動の周期を推定することができる。
【０００８】
したがって、同一の受光部により２回受光されるのに要する時間をタイマにより計時することによって、振動の中心から最大振幅に到達するのに要する時間、すなわち、周期の１／４の時間を推定することができる。
また、振動の方向に配列された２以上の受光部における受光順序により、長尺部材の先端の振動による変位の方向がわかるので、該変位の方向と同一方向に長尺部材の基端を微小移動させることにより、長尺部材の弾性による振動のエネルギーを消滅させて長尺部材の先端の振動を簡易に制振することができる。すなわち、本態様によれば、画像処理や速度の算出等の複雑な計算を行うことなく、長尺部材の先端の振動を簡易に制振することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記受光部は、前記長尺部材が振動していない状態で、前記投光部からの前記光を受光する中央位置と、該中央位置を挟んだ両側位置の３箇所に配列されていてもよい。
このようにすることで、長尺部材の先端が振動すると、投光部から射出された光は、中央位置の受光部を中心として、受光部の配列方向に周期的に往復移動する。これにより、タイマにより中央位置の受光部により２回受光されるのに要する時間を計時することで、その時間の１／２を中心から最大振幅に到達するまでの時間として簡易に算出することができる。また、中央位置の受光部からいずれの方向に振動しても両側位置のいずれかの受光部により、振動方向を容易に確認することができる。
【００１０】
また、上記態様においては、前記タイマが、前記中央位置の前記受光部により前記光が２回受光されるのに要する時間を計時してもよい。
このようにすることで、タイマにより計時された時間の１／２を算出することにより、振動の中心から最大振幅に到達するまでの時間を簡易に算出することができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記タイマが前記受光部により前記光が受光されている状態から前記光が受光されなくなった時点で計時の開始および終了を行ってもよい。
このようにすることで、長尺部材の先端が振動していないときには、投光部からの光は中央位置の受光部に常時受光されているので、受光されなくなった時点で振動の発生を検出することができる。振動の周期が長い場合には、光が受光部を通過するのに時間を要するため、計時の開始および終了を受光されなくなった時点に合わせることにより、時間を精度よく計時することができる。また、１回の微小動作で制振が十分に行われない場合でも、タイマから計時結果が出力されている限り、制御装置が制振動作を繰り返し、十分に制振することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記制御装置が、前記タイマにより計時された時間に基づいて、前記長尺部材の先端の振動の中心から最大振幅に到達する第１時間を算出し、前記微小移動に要する第２時間を前記第１時間から減算した差分時間の経過後に前記微小移動を開始させるよう前記ロボットを制御してもよい。
このようにすることで、振動の中心に位置する長尺部材の先端は第１時間経過後に最大振幅に到達し、その位置で速度がゼロとなる。また、ロボットにより長尺部材の基端を微小移動させるのに第２時間を要するので、差分時間の経過後に長尺部材の基端の微小移動を開始することにより、長尺部材の先端の速度がゼロとなるときに微小移動を終了させ、長尺部材の先端の振動を効果的に制振することができる。
【００１３】
また、上記態様においては、前記受光部が、相互に交差する２以上の方向に配列されていてもよい。
このようにすることで、受光部の複数の配列方向に沿う長尺部材の先端の振動を検出して、簡易に制振することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複雑な計算を行うことなく、長尺部材の先端の振動を簡易に制振することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットシステムを示す全体構成図である。
【図２】（ａ）図１のロボットシステムのロボットの手首先端に取り付けられる長尺部材、投光部および受光部の配置を示す図、（ｂ）中央受光部が光を検出している状態を示す図である。
【図３】（ａ）図２（ａ）の長尺部材が右側に湾曲した状態の長尺部材、投光部および受光部の配置を示す図、（ｂ）左受光部が光を検出している状態を示す図である。
【図４】（ａ）図２（ａ）の長尺部材が左側に湾曲した状態の長尺部材、投光部および受光部の配置を示す図、（ｂ）右受光部が光を検出している状態を示す図である。
【図５】図１のロボットシステムの受光部による検出のタイミングと長尺部材の先端の振動波形の一例を示す図である。
【図６】（ａ）長尺部材が振動により湾曲した状態および微小動作の方向、（ｂ）微小動作により制振された状態をそれぞれ示す図である。
【図７】図１のロボットシステムによる制振動作を説明するフローチャートである。
【図８】図１のロボットシステムの第１の変形例を示す全体構成図である。
【図９】図１のロボットシステムの第２の変形例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るロボットシステム１について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１は、図１に示されるように、６軸多関節型のロボット２と、該ロボット２を制御する制御装置３と、ロボット２の手首４の先端に取り付けられた長尺部材５と、長尺部材５の先端に取り付けられ長尺部材５の長手方向に沿って光を射出する投光部６と、長尺部材５の基端に配置され投光部６からの光を受光する受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３とを備えている。
【００１７】
長尺部材５の先端には、ワークに対して作業、例えば、溶接等を行うツール（図示略）が固定されている。長尺部材５はツールを支持する十分な剛性を有しているとともに弾性を有し、ロボット２の作動によってツールの位置を変更する際には、弾性によって先端が振動し易い。
【００１８】
投光部６は、レーザ光のような指向性の高い光を射出する光源である。
受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、光が入射されたときにオン信号を出力し、光が入射されていないときにオフ信号を出力するセンサである。受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、図１に示す例では、水平方向に並んで３箇所に備えられている。すなわち、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、長尺部材５が振動していない状態で、投光部６から射出された光を受光する中央位置の受光部（以下、中央受光部Ｄ１ともいう。）Ｄ１およびその水平方向の両側に配置された２つの受光部（以下、左受光部Ｄ２あるいは右受光部Ｄ３ともいう。）Ｄ２，Ｄ３である。
【００１９】
制御装置３は、予め教示された動作プログラムに従ってロボット２を動作させるとともに、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３からの信号を受信して、ロボット２に制振動作を行わせるようになっている。
具体的には、制御装置３には、タイマ（図示略）が備えられている。タイマは、図５に示されるように、中央受光部Ｄ１により光が２回受光されるのに要する時間Ｔ１を計時するようになっている。制御装置３は、タイマにより計時された時間Ｔ１に基づいて、長尺部材５の振動が中心から最大振幅に到達するまでの時間（第１時間）Ｔ１／２を算出するようになっている。
【００２０】
また、制御装置３は、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３による光の受光順序によって、長尺部材５の先端の振動による変位の方向を検出するようになっている。さらに、制御装置３は、制振動作として、手首４を水平方向に並進移動させる微小動作と、当該微小動作に要する時間（第２時間）Ｔ２とを記憶している。
【００２１】
そして、制御装置３は、タイマにより中央受光部Ｄ１に光が２回受光されるのに要する時間Ｔ１が計時されたときには、第１時間Ｔ１／２から第２時間Ｔ２を減算した差分時間Ｔ３だけ待機した後に、受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の受光順序によって検出された長尺部材５の先端の振動による変位の方向と同一方向に、手首４を微小動作させることによって長尺部材５の基端を微小動作させるようになっている。
【００２２】
すなわち、中央受光部Ｄ１に光が２回受光されるのに要する時間Ｔ１が計時されることにより、長尺部材５の先端の振動の周期を算出することができ、長尺部材５の先端の振動の中心から最大振幅に到達する第１時間Ｔ１／２を算出することができる。最大振幅に到達したときには、長尺部材５の先端の速度はゼロとなるので、そのタイミングで、長尺部材５の基端を先端の変位の方向と同一方向への微小移動を完了させるようになっている。
【００２３】
このように構成された本実施形態に係るロボットシステム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るロボットシステム１によれば、ロボット２の作動により長尺部材５を制振させたい位置に配置させた状態で、制振動作が行われる。制振させたい状態としては、例えば、長尺部材５を狭隘なスペースに挿入していきたい場合や、長尺部材５の先端に取り付けたツールによって作業を行いたい場合などを挙げることができる。
【００２４】
制振動作は、図７に示されるように、まず、制御装置３内のタイマをリセットし（ステップＳ１）、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の内、中央受光部Ｄ１により光が検出されたか否か（オン状態となったか否か）が判定される（ステップＳ２）。検出されていない場合には、検出されるまで待機し、検出された場合には、タイマにより時間ＴＡの計時が開始される（ステップＳ３）。時間ＴＡは中央受光部Ｄ１のオン状態となっている時間が所定の閾値Ｔｈ１より大きい場合には制振が終了したとしてステップＳ４において判定するための時間である。
【００２５】
時間ＴＡの計時が開始された後には、中央受光部Ｄ１による光の検出が終了したか否か（オフ状態となったか否か）が判定され（ステップＳ５）、終了していない場合にはオン状態が閾値Ｔｈ１より長く継続しているか否かが判定され（ステップＳ４）、継続していない場合にはステップＳ５からの工程が繰り返される。
【００２６】
中央受光部Ｄ１による光の検出が終了した場合には，その瞬間にタイマによる時間Ｔ１の計時が開始される（ステップＳ６）。次いで、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の内の両側のいずれか、例えば左受光部Ｄ２により光が検出されたか否かが判定され（ステップＳ７）、検出されていない場合には右受光部Ｄ３により光が検出されたか否かが判定される（ステップＳ８）。いずれも検出されない場合には検出されるまでステップＳ７からの工程が繰り返される。
【００２７】
ステップＳ７において、図３（ｂ）に示されるように、左受光部Ｄ２により光が検出された場合には、図３（ａ）に示されるように、長尺部材５の先端が右側に変位しているので、微小動作の移動方向が「右」に設定される（ステップＳ９）。また、ステップＳ８において、図４（ｂ）に示されるように、右受光部Ｄ３により光が検出された場合には、図４（ａ）に示されるように、長尺部材５の先端が左側に変位しているので、微小動作の移動方向が「左」に設定される（ステップＳ１０）。
【００２８】
その後、再度、中央受光部Ｄ１により光が検出されるまで待機し（ステップＳ１１）、光が受光された場合には、光の受光が終了したか否かが判定され（ステップＳ１２）、終了したタイミングでタイマによる時間Ｔ１の計時を終了する（ステップＳ１３）。これと同時に、タイマによる時間ＴＢの計時が開始される（ステップＳ１４）。
【００２９】
そして、計時された時間Ｔ１と、予め設定されている時間Ｔ２とを用いて、差分時間Ｔ３が算出される（ステップＳ１５）。時間ＴＢが差分時間Ｔ３に等しくなるまで待機させられる（ステップＳ１６）。その後、時間ＴＢが差分時間Ｔ３に等しくなった時点で、ロボット２がステップＳ９またはステップＳ１０で設定された移動方向に長尺部材５の基端を時間Ｔ２だけ微小動作させ（ステップＳ１７）。ステップＳ１からの工程が繰り返される。
【００３０】
光が中央受光部Ｄ１により検出された時点から時間Ｔ３の経過後に時間Ｔ２だけ微小動作させることにより、微小動作の終了時点で、長尺部材５の先端が最大振幅に到達する。これにより、長尺部材５の先端が最大振幅に到達して速度がゼロになった時点で、図６（ａ）に矢印で示されるように、長尺部材５の基端を移動することにより、図６（ｂ）に示されるように長尺部材５の湾曲を解消させて、長尺部材５の弾性による振動のエネルギーを低減させることができ、長尺部材５の先端の振動を簡易に制振することができる。
【００３１】
制振動作は、ステップＳ４において、中央受光部Ｄ１による光の検出が所定時間Ｔｈ１を超えて継続するまで繰り返されるので、長尺部材５の先端の振動を十分に低減することができる。
すなわち、本実施形態に係るロボットシステム１によれば、画像処理や速度の算出等の複雑な計算を行うことなく、長尺部材５の先端の振動を簡易に制振することができるという利点がある。
【００３２】
なお、本実施形態においては、３つの受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を水平方向に配列して、長尺部材５の先端の水平方向の振動を制振する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図８に示されるように、３つの受光部Ｄ１，Ｄ４，Ｄ５を鉛直方向に配列して長尺部材５の先端の鉛直方向の振動を制振することにしてもよい。
【００３３】
また、図９に示されるように、水平方向および鉛直方向の両方に受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５を３つずつ配列し、水平方向および鉛直方向の振動を制振することにしてもよい。
なお、受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の配列方向は水平方向および鉛直方向に限らず、相互に９０°以外の角度で交差する方向に配列されていてもよいし、３以上の方向に配列されていてもよい。
【００３４】
また、受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を３つ配列する場合について説明したが、４つ以上配列してもよい。また、２つ配列することにしてもよい。例えば、中央受光部Ｄ１を有していない場合であっても、２つの受光部Ｄ２，Ｄ３による受光の時刻を順次計時することにより、図５と同等の振動の波形を求めることができ、その周期および振動の中心を算出することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、投光部６を長尺部材５の先端に配置し、受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を基端に配置した例を説明したが、これとは逆に、投光部６を長尺部材５の基端に配置し、受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を先端に配置してもよい。また、投光部６および受光部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を長尺部材５の一端に配置し、ミラー等の反射部材を長尺部材５の他端に配置してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  ロボットシステム
２  ロボット
３  制御装置
５  長尺部材
６  投光部
Ｄ１  中央受光部（受光部）
Ｄ２  左受光部（受光部）
Ｄ３  右受光部（受光部）
Ｄ４  受光部
Ｄ５  受光部
Ｔ１／２  時間（第１時間）
Ｔ２  時間（第２時間）
Ｔ３  差分時間
【図１】
2019013992.tif 000003
【図２】
2019013992.tif 000004
【図３】
2019013992.tif 000005
【図４】
2019013992.tif 000006
【図５】
2019013992.tif 000007
【図６】
2019013992.tif 000008
【図７】
2019013992.tif 000009
【図８】
2019013992.tif 000010
【図９】
2019013992.tif 000011