(57)【要約】【課題】ロボットの動作環境に存在するノイズ等の影響により通信不良状態が発生した場合にも、安定して応答データを取得でき、なおかつ通信不良状態の前後でロボットの急激な動作が発生しないロボットの制御装置を提供する。【解決手段】動作指令に基づきアクチュエータ１０１を動作制御するアクチュエータ制御器１０２と、ロボット手先部に設けられたセンサ１０３と、センサ１０３の応答を取得するセンサ制御器１０４と、センサ応答をもとに、アクチュエータ制御器１０４に動作指令を送信する中央制御器１０５とを備えたロボットの制御装置において、中央制御器１０５に、センサ制御器１０４との間の通信品質を計測する通信品質計測部１０７と、通信品質に基づきセンサ応答を加工するセンサ応答加工部１０８と、センサ応答をもとにアクチュエータ制御器１０２への動作指令を算出する動作指令算出部１０６とを有する。【選択図】          図１
2004314255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットの各リンクを駆動するアクチュエータと、動作指令に基づき前記アクチュエータを動作制御するアクチュエータ制御器と、ロボット手先部に設けられたセンサと、前記センサの応答を取得するセンサ制御器と、前記センサ制御器から受信したセンサ応答をもとに、前記アクチュエータ制御器に動作指令を送信する中央制御器とを備えたロボットの制御装置において、
前記中央制御器は、前記センサ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質に基づき前記センサ制御器から受信したセンサ応答を加工するセンサ応答加工部と、加工されたセンサ応答をもとに前記アクチュエータ制御器への動作指令を算出する動作指令算出部とを有することを特徴とする、ロボットの制御装置。
【請求項２】
前記通信品質計測部は、無線通信の電波信号の強さを通信品質として数値化する構成としたことを特徴とする、請求項１記載のロボットの制御装置。
【請求項３】
前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて時定数が変化するフィルタ処理を行う構成としたことを特徴とする、請求項１または２に記載のロボットの制御装置。
【請求項４】
前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて変化する係数を乗算する構成としたことを特徴とする、請求項１から３のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項５】
前記中央制御器は、前記アクチュエータ制御器から受信したアクチュエータ応答をもとにセンサ応答を推定するセンサ応答推定部を有するとともに、前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答実測値と、前記センサ応答推定部からのセンサ応答推定値とに対し、通信品質に応じて変化する係数を乗算した総和として応答を出力する構成としたことを特徴とする、請求項１から４のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項６】
前記通信品質計測部は、受信時のデータエラー回数が多いほど通信品質が低下するように構成したことを特徴とする、請求項１から５のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項７】
前記通信品質計測部は、前回受信時からの時間が経過するほど通信品質が低下するように構成したことを特徴とする、請求項１から６のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項８】
前記通信品質計測部は、前回受信時の数値からの変化量が多いほど通信品質が低下するように構成したことを特徴とする、請求項１から７のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項９】
前記中央制御器は、前記通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項１０】
前記基準軌道補正部は、基準軌道の時間軸を伸長させる構成としたことを特徴とする、請求項１から９のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項１１】
前記基準軌道補正部は、基準軌道の出力を固定させる構成としたことを特徴とする、請求項１から１０のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項１２】
前記中央制御器は、前記アクチュエータ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータ制御器は、前記中央制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部を有するとともに、前記通信品質計測部の出力にもとづき、前記アクチュエータを停止させるように構成したことを特徴とする、請求項１から１２のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【請求項１４】
前記中央制御器は、前記通信品質計測部の出力を操作者に提示する情報提示手段を有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれかの項に記載のロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ情報に基づいてアクチュエータを駆動制御する、ロボットの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットとしては、例えば特開平１１−０５８２７８号公報（特許文献１）に記載されているように、腕型の多関節ロボットが多く供せられている。その腕型の多関節ロボットの一例を、図に基づいて説明する。図１６は従来の腕型の多関節ロボットの外観図、図１７はその構成を示すブロック図である。
図１６および図１７において、１０１はアクチュエータであり、１０１ａ〜ｃはアーム基本軸を、１０１ｄ〜ｆはアーム手首軸をそれぞれ駆動する。各アクチュエータ１０１は、ロボット外部に設置されたアクチュエータ制御器１０２によって制御される。ロボットの手先部には対象作業物体への作用力を検出する力センサ等のセンサ１０３と、その応答を取得するセンサ制御器１０４が配置されている。一般的に、センサの出力は微弱でノイズに弱いため、ロボットにおいても、センサ制御器１０４はセンサ１０３の近傍に設置されることが望ましい。アクチュエータ制御器１０２およびセンサ制御器１０４は中央制御器１０５に接続されている。図１７に示すように、中央制御器１０５は、動作指令算出部１０６を備えており、動作指令算出部１０６は、センサ制御器１０４から受信した対象作業物体への作用力をもとに手先軌道に必要な修正量を算出する。図示しない記憶装置等から取得した手先の基準軌道にこれを加算し、動作指令としてアクチュエータ制御器１０２に出力する。
【０００３】
従来のサーボ系の制御ブロック図を図１８に示す。対象物に加えられた作用力はセンサ１０３により検出され、質点・バネ等からなる仮想のインピーダンスモデル２０１をもとに手先がとるべき変位量が算出される。これを、外力が無い場合の手先の基準軌道に加算することで、外力にならう軌道が算出できる。さらに、逆変換手段２０２を用いて手先位置指令を各アクチュエータの位置指令に逆変換し、サーボ系２０３を構成する各アクチュエータ制御器に送信することで、実際に対象物であるロボットを動作させる。
本手法にもとづくロボットの動作例を図１９に示す。図において、１３０１は外力がない場合にたどるべき基準軌道、１３０２は修正後の軌道である。対象作業物体と接触して手先のセンサ１０３が作用力を検出すると、これにならうように軌道が修正される。また作用力がなくなれば再び元の基準軌道に戻る。以上により、対象作業物体に過大な力をかけることなく、作用力に応じて手先をならわせるような動作が可能になる。
【０００４】
一方で、上記に述べたような作用力は、センサ１０３を用いることなく、外乱推定オブザーバを用いることでも推定可能である。すなわち、ロボットアームモデルを内部に構築し、アクチュエータ制御器１０２から得られるアクチュエータのトルク指令値と位置・速度応答をモデルに適用することで、ロボットアームに作用する外乱力を推定計算することができる。しかし、この推定値はロボット自身のたわみやパラメータ誤差等を考慮していないため、センサ１０３により直接計測した値よりも精度が低くなる。したがって、センサ１０３による計測を行っている場合には上記推定値は使用されないのが一般的である。
以上述べたような方法によれば、手先に設置したセンサ情報を用いることで、対象作業物体に過大な力をかけることなく、作用力に応じて手先をならわせるような動作が可能になる。
【０００５】
ところが、従来の腕型多関節ロボットでは、アクチュエータ１０１とアクチュエータ制御器１０２との間を接続する制御配線はロボットに内蔵されているが、センサ制御器１０４と中央制御器１０５の間を接続するセンサ配線１１２はあらかじめ準備されていないのが一般的である。これは、ロボット自体が多種の用途に使用できるように汎用性を持って作られており、特定のセンサ用の配線をあらかじめ設けることはコスト増につながるためである。このため、図１６に示すようにセンサ配線１１２は後付けとしてロボットのリンクに沿って外部を這わせるような構成になり、アーム姿勢によっては配線に張力がかかるなど、動作上の制約条件が多いという問題点があった。さらに、手首部に別のセンサを増設しようとしても、新たに配線を取り付ける作業が必要となり、また容易に着脱ができないという問題点があった。
【０００６】
これに対する解決策として、図２０に示すように、手先部に設けたセンサ制御器１０４と中央制御器１０５との接続を無線通信によって構成するという方法が提案されている（例えば、特開平６−３４９９３０号公報（特許文献２）、特開平１０−１２８５３８号公報（特許文献３））。上記方法によれば、配線による物理的制約はなくなり、増設にあたって新たに配線を取り付ける必要もなく、着脱も容易になる。ただし、無線通信の場合には、ロボットの動作環境に存在するノイズ等の影響により、電波強度が低下したり、通信周期が変動するといった通信不良状態が発生する可能性がある。通信不良によってセンサ情報が途切れると、ロボットが動作継続不能になったり、最悪の場合は暴走したりする危険がある。
【０００７】
図２１に、従来例の構成で通信不良が発生した場合の手先軌道の一例を示す。本例では、無線通信が通信不能になった時点でセンサ１０３によるインピーダンス制御を無効にしているために、基準軌道に急激に復帰するような動作が発生してしまっている。
そこで、このような通信不良時にも、安定してセンサ応答を取得できる方法が必要となる。例えば特開２００１−２３９４８０号公報（特許文献４）では、指令データの通信不良が生じた場合にも、アクチュエータを安定に動作させる方法を提案している。具体的には、アクチュエータ制御器に、中央制御器からの指令データを記憶保持する記憶手段を装備し、指令データの受信不良が生じた場合には、前記記憶手段に記憶保持された過去の指令データから次の指令データを予測したり、あらかじめ記憶保持された所定の動作を実行したりすることで、アクチュエータに急激な変化をさせることなく動作を継続させるというものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−０５８２７８号公報
【特許文献２】
特開平６−３４９９３０号公報
【特許文献３】
特開平１０−１２８５３８号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３９４８０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記の特許文献４において提案されている従来例は、指令データの通信不良時には一定の効果があるものの、応答データの通信不良時の対策としては有効ではない。なぜならば、センサ応答データにおいては過去のデータから続きを予測したり、記憶手段にあらかじめ設定されたデータを使用することにはほとんど意味が無いからである。それよりも、できるだけ現在取得可能な情報のなかから、応答データを推定することのほうが有効である。加えて、ロボットの急激な動作を防ぐためには、算出する応答データは通信不良状態の前後で滑らかに推移することが必要である。
したがって、この発明は、ロボットの動作環境に存在するノイズ等の影響により通信不良状態が発生した場合にも、安定して応答データを取得でき、なおかつ通信不良状態の前後でロボットの急激な動作が発生しないロボットの制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明のロボットの制御装置は、ロボットの各リンクを駆動するアクチュエータと、動作指令に基づき前記アクチュエータを動作制御するアクチュエータ制御器と、ロボット手先部に設けられたセンサと、前記センサの応答を取得するセンサ制御器と、前記センサ制御器から受信したセンサ応答をもとに、前記アクチュエータ制御器に動作指令を送信する中央制御器とを備えたロボットの制御装置において、前記中央制御器は、前記センサ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質に基づき前記センサ制御器から受信したセンサ応答を加工するセンサ応答加工部と、加工されたセンサ応答をもとに前記アクチュエータ制御器への動作指令を算出する動作指令算出部とを有することを特徴とするものである。
第１の発明によれば、無線通信のように通信品質が変動する場合でも、通信品質に応じてセンサ応答を加工調整することで、ロボットの急激な動作を防ぐことができる。
【００１１】
第２の発明のロボットの制御装置は、前記通信品質計測部は、無線通信の電波信号の強さを通信品質として数値化する構成としたことを特徴とするものである。
第２の発明によれば、外部のノイズ等の影響により電波強度が低下して通信不良になった場合にも、これを的確にとらえてロボットの急激な動作を防ぐことができる。
【００１２】
第３の発明のロボットの制御装置は、前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて時定数が変化するフィルタ処理を行う構成としたことを特徴とするものである。
第３の発明によれば、通信品質が悪化するとセンサの高周波成分をカットするので、無線通信が通信不能になる前後で、急激な動作を抑えることができる。
【００１３】
第４の発明のロボットの制御装置は、前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて変化する係数を乗算する構成としたことを特徴とするものである。
第４の発明によれば、無線通信の通信品質が悪化するに従って、無線通信を使用しているセンサの応答を無視するようになるので、無線通信が通信不能になる前に、あらかじめ緩やかにセンサを用いない動作へと移行することができる。
【００１４】
第５の発明のロボットの制御装置は、前記中央制御器は、前記アクチュエータ制御器から受信したアクチュエータ応答をもとにセンサ応答を推定するセンサ応答推定部を有するとともに、前記センサ応答加工部は、前記センサ制御器から受信したセンサ応答実測値と、前記センサ応答推定部からのセンサ応答推定値とに対し、通信品質に応じて変化する係数を乗算した総和として応答を出力する構成としたことを特徴とするものである。
第５の発明によれば、無線通信の品質が良い時にはより精度の良いセンサ実測値を用い、通信品質が悪化するに従って緩やかにセンサ推定値に移行するので、通信不能になってもセンサ応答を安定に取得することができる。
【００１５】
第６の発明のロボットの制御装置は、前記通信品質計測部は、受信時のデータエラー回数が多いほど通信品質が低下するように構成することを特徴とするものである。
第６の発明によれば、データエラーの発生が増加するのに応じてセンサ実測値を無視するようになるので、データエラーの影響を最小限に抑えて安定した動作を実現できる。
【００１６】
第７の発明のロボットの制御装置は、前記通信品質計測部は、前回受信時からの時間が経過するほど通信品質が低下するように構成することを特徴とするものである。
第７の発明によれば、通信不良によって応答が受信できなくなった場合にも、時間の経過に応じて緩やかに前回受信のセンサ応答実測値を無視するようになるので、ロボットの急激な動作を防ぐことができる。
【００１７】
第８の発明のロボットの制御装置は、前記通信品質計測部は、前回受信時の数値からの変化量が多いほど通信品質が低下するように構成することを特徴とするものである。
第８の発明によれば、センサ応答実測値に異常が発生しても、乗算する係数が自動的に下げられるので、加工後のセンサ応答としては安定した値に保たれ、ロボットの異常動作を防ぐことができる。
【００１８】
第９の発明のロボットの制御装置は、前記中央制御器は、前記通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することを特徴とするものである。
第９の発明によれば、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットの基準軌道を補正することで安全性を高めることができる。
【００１９】
第１０の発明のロボットの制御装置は、前記基準軌道補正部は、基準軌道の時間軸を伸長させる構成としたことを特徴とするものである。
第１０の発明によれば、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを減速させることで安全性を高めることができる。
【００２０】
第１１の発明のロボットの制御装置は、前記基準軌道補正部は、基準軌道の出力を固定させる構成としたことを特徴とするものである。
第１１の発明によれば、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを停止させることで安全性を高めることができる。
【００２１】
第１２の発明のロボットの制御装置は、前記中央制御器は、前記アクチュエータ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することを特徴とするものである。
第１２の発明によれば、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、ロボットの基準軌道を補正することで安全性を高めることができる。
【００２２】
第１３の発明のロボットの制御装置は、前記アクチュエータ制御器は、前記中央制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部を有するとともに、前記通信品質計測部の出力にもとづき、前記アクチュエータを停止させる構成としたことを特徴とするものである。
第１３の発明によれば、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、アクチュエータを停止させることで安全性を高めることができる。
【００２３】
第１４の発明のロボットの制御装置は、前記中央制御器は、前記通信品質計測部の出力を操作者に提示する情報提示手段を有することを特徴とするものである。
第１４の発明によれば、操作者は無線通信品質が悪化していることを明確に知ることができるため、電波状況を改善させるなどの必要な対策を施すことができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１５を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態におけるロボットの制御装置について、図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の構成図であり、従来技術で示した図１１と、一部を除いて同様に構成されている。また外観図は、図１４に示したものと同じである。
図１において、１０１はアクチュエータであり、例えば電気式モータである。１０２はロボット外部に設置されアクチュエータ１０１を制御するアクチュエータ制御器１０２であり、例えば電気式サーボアンプである。ロボットの手先部には対象作業物体への作用力を検出する力センサ等のセンサ１０３と、その応答を取得するセンサ制御器１０４が配置されている。センサ１０３は例えば歪みゲージ式力覚センサであり、センサ制御器１０４は例えば力センサの電気信号をデジタル化する電気回路である。アクチュエータ制御器１０２およびセンサ制御器１０４は中央制御器１０５に接続されており、特にセンサ制御器１０４と中央制御器１０５との通信には無線通信を用いている。これにより、センサ配線に張力がかかることがないため、動作上の制約条件が無くなる。また増設にあたって新たに配線を取り付ける必要も無く、手首部へのセンサの着脱も容易にできるようになる。さらには手首部に限らず、ロボット上あるいはロボット外部のあらゆる場所にセンサを配置することができるようになる。
【００２５】
中央制御器１０５は、動作指令算出部１０６と通信品質計測部１０７、およびセンサ応答加工部１０８を備えている。通信品質計測部１０７は、センサ制御器１０４との間の無線通信の通信品質を計測して数値化する。具体的には、例えば受信している電波信号の強さを数値化した指標であるＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を出力する。センサ応答加工部１０８は、計測された通信品質に基づき、センサ制御器１０４から受信したセンサ応答を加工する。本実施の形態の場合、力センサからの応答は、対象作業物体への作用力を示している。動作指令算出部１０６は、対象作業物体への作用力をもとに、手先軌道に必要な修正量を算出する。図示しない記憶装置等から取得した手先の基準軌道にこれを加算し、動作指令としてアクチュエータ制御器１０２に出力する。
【００２６】
本第１の実施の形態における制御ブロック図を図２に示す。対象物に加えられた作用力はセンサ１０３により検出され、センサ応答加工部１０８に設けられたローパスフィルタ２０４に入力される。ここで、センサ応答加工部１０８は、通信品質計測部１０７で計測した無線通信の通信品質が悪いほど高周波成分をカットするように、逆に通信品質が良いほど高周波成分を通過させるようにローパスフィルタ２０４の時定数を調整する。フィルタ処理された応答から、質点・バネ等からなる仮想のインピーダンスモデル２０１をもとに、手先がとるべき変位量が算出される。これを、外力が無い場合の手先の基準軌道に加算することで、外力にならう軌道が算出できる。さらに、逆変換手段２０２を用いて手先位置指令から各アクチュエータ１０１の位置指令に逆変換し、サーボ系２０３を構成する各アクチュエータ制御器１０２に送信することで、実際に対象物であるロボットを動作させる。
【００２７】
本手法にもとづくロボットの動作例を図３に示す。図で、３０１は外力が無い場合にたどるべき基準軌道、３０２は従来例による修正後の軌道、３０３は本実施の形態による修正後の軌道である。
本実施の形態によれば、通信品質が悪化するとセンサの高周波成分をカットするので、無線通信が通信不能になる前後で、急激な動作を抑えることができる。
【００２８】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態を示す制御ブロック図である。図４は、前述した図２と同様に構成されているが、重み係数乗算手段２０５を設けたことが特徴である。
本実施の形態では、センサ応答加工部１０８は、通信品質計測部１０７で計測した無線通信の通信品質が悪いほどゼロに近くなり、逆に通信品質が良いほど１に近くなるような重み係数を、重み係数乗算手段２０５を用いてセンサ応答に乗算する。本手法にもとづくロボットの動作例を図５に示す。
本実施の形態によれば、無線通信の通信品質が悪化するに従って、無線通信を使用しているセンサ１０３の応答を無視するようになるので、無線通信が通信不能になる前に、あらかじめ緩やかに基準軌道へと移行することができる。ただし、通信品質自体が不連続に変化する場合を考慮し、図４に示すように、センサ応答加工部１０８には別途ローパスフィルタ２０４も装備しておくとよい。
【００２９】
＜第３の実施の形態＞
図６は本発明の第３の実施の形態を示す構成図であり、既に述べた図１と一部を除いて同様に構成されている。符号１０１〜１０７は図１と同様のため、説明を省略する。
本実施の形態では、中央制御器１０５は新たにセンサ応答推定部６０１を備えている。センサ応答推定部６０１は、アクチュエータ制御器１０２から受信したアクチュエータ応答をもとに、センサ応答を推定する。
図７に本実施の形態の制御ブロック図を示す。センサ応答推定部６０１は、外乱推定オブザーバ２０６を備えており、アクチュエータ制御器１０２から得られるアクチュエータのトルク指令値と位置・速度応答をロボットアームモデルであるインピーダンスモデル２０１に適用することで、ロボットアームに作用する外乱力を推定計算することができる。
【００３０】
センサ応答加工部１０８は、センサ応答推定部６０１からセンサ応答推定値ｓ＊を、センサ制御器１０４からセンサ応答実測値ｓを取得する。さらに通信品質計測部１０７で計測した無線通信の通信品質が悪いほどゼロに近くなり、逆に通信品質が良いほど１に近くなるような重み係数ｗを算出する。
センサ応答加工部１０８は、これらの情報をもとに、センサ応答出力Ｓを次のように算出する。
Ｓ＝ｗ×ｓ＋（１−ｗ）×ｓ＊
図８は、無線の通信品質に対する重み係数ｗの変化を示す図である。一例として無線通信の電波強度を通信品質の指標として用いている。横軸は無線通信の電波強度、縦軸は重み係数である。
図８（ａ）のように、無線通信の電波強度が小さいときはセンサ推定値の重み係数が高く、センサ実測値の重み係数が低くなっている。また、無線通信の電波強度が大きいときはセンサ推定値の重み係数が低く、センサ実測値の重み係数が高くなっている。
【００３１】
本手法にもとづくロボットの動作例を図９に示す。
本実施の形態によれば、無線通信の品質が良い時にはより精度の良いセンサ実測値を用い、通信品質が悪化するに従って緩やかにセンサ推定値に移行するので、通信不能になっても基準軌道に復帰する必要なくならい動作を継続できる。
さらに図８（ｂ）に示すように、重み係数の変化を直線ではなく多項式などの曲線で表現すれば、さらに滑らかに推移することができる。ただし、通信品質自体が不連続に変化する場合を考慮し、図７に示すように、センサ応答加工部１０８には別途ローパスフィルタ２０４も装備しておくとよい。
【００３２】
（第３の実施の形態の２）
通信品質計測部１０７で通信品質を数値化する別の実施の形態としては、受信時のデータエラー回数を指標にする方法もある。受信データの異常、欠落等のエラー検出方法として、送信側で送信データから所定の計算式で算出した検証用データを付加しておき、受信側で同じ計算をした結果が前記検証用データと一致しなければデータエラーと判断するという方法が一般的に行われている。例としてはパリティチェック、チェックサム、ＣＲＣチェックといったような検査方法がある。データエラーが頻繁に発生するということは、その通信手段の信頼性が低下しているということを意味する。そこで、一定時間に発生したデータエラー回数が多いほど通信品質が低く、逆にデータエラー回数が少ないほど通信品質が高くなるように数値化する。
本実施の形態によれば、データエラーの発生が増加するのに応じてセンサ実測値を無視するようになるので、データエラーの影響を最小限に抑えて安定した動作を実現できる。ただし、データエラー数は離散的に変化するので、センサ応答加工部１０８には別途ローパスフィルタ２０４が必要である
【００３３】
（第３の実施の形態の３）
通信品質計測部１０７で通信品質を数値化する別の実施の形態としては、前回受信時からの時間を指標にする方法もある。具体的には、前回センサ応答が受信されてからの時間が長いほど通信品質が低く、逆に前回センサ応答が受信されてからの時間が短いほど通信品質が高くなるように数値化する。
本実施の形態によれば、通信不良によって応答が受信できなくなった場合にも、時間の経過に応じて緩やかに前回受信のセンサ応答実測値を無視するようになるので、ロボットの急激な動作を防ぐことができる。
【００３４】
（第３の実施の形態の４）
通信品質計測部１０７で通信品質を数値化する別の実施の形態としては、前回受信時の数値からの変化量を指標にする方法もある。通信不良による受信データエラー時には、受信データ内容が大幅に変動するため、これをそのままセンサ応答として用いることは、ロボットの急激な動作を招く恐れがある。そこで、前回受信した応答データからの変化量を算出し、変化量がある閾値を超えると通信品質が低くなるように数値化する。
本実施の形態によれば、センサ応答実測値に異常が発生しても、重み係数が自動的に下げられるので、加工後のセンサ応答としては安定した値に保たれ、ロボットの異常動作を防ぐことができる。
【００３５】
これまで述べた通信品質の算出方法は、単独で使用するだけでなく、通信品質計測部１０７において複数の方法による算出結果を加算するなど、組み合わせてもよいことは言うまでも無い。
また、無線通信に限らずセンサ配線に有線通信を用いた場合にも、通信品質を測定することで全く同様に適用可能である。
さらに、上記実施の形態においては力センサを用いた対象物体との作用力に関するならい動作を例にとって説明したが、別の物理量を計測するセンサを用いた場合にも全く同様に適用可能である。
例えば、ロボット手先に対象物との距離を測定する距離センサを設け、この距離センサ応答を無線化した場合にも、アクチュエータ制御器から得られるロボット各軸の角度応答とリンク長とから手先位置を算出し、これと対象物体のあるべき位置との位置関係から、対象物との距離の推定値を求めることができる。この場合も同様に、距離センサ実測値と距離センサ推定値との重み係数を無線通信の通信品質に応じて変化させることで、通信品質が良い場合には精度の良い距離センサ実測値を用い、通信品質が悪くなるにつれて緩やかに距離センサ推定値に移行することができ、安定して距離センサ応答を取得することができる。
【００３６】
＜第４の実施の形態＞
図１０は本発明の第４の実施の形態を示す構成図であり、既に述べた図１と一部を除いて同様に構成されている。符号１０１〜１０８は図１と同様のため、説明を省略する。
本実施の形態では、中央制御器１０５は新たに基準軌道補正部１０９を備えている。基準軌道補正部１０９は、通信品質計測部１０７で計測した通信品質にもとづいて基準軌道を補正する。
ロボットの動作例を図１１に示す。基準軌道は図１１に示すような手先軌道の時間変化で記述されている。通信品質計測部１０７で計測した通信品質が所定値よりも悪化した場合には、基準軌道補正部は基準軌道の時間軸を伸長させることで、通過点を変化させることなく動作速度を低減する。これにより、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを減速させることで安全性を高めることができる。
さらに別の動作例を図１２に示す。本例では、通信品質計測部１０７で計測した通信品質が所定値よりも悪化した場合には、基準軌道補正部は基準軌道の出力を固定する。さらにその後、通信品質が回復した場合に、基準軌道の出力を再開する。これにより、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを停止させることで安全性を高めることができる。
【００３７】
＜第５の実施の形態＞
図１３は本発明の第５の実施の形態の外観図である。これまで述べた実施の形態では、中央制御器１０５とアクチュエータ制御器１０２の接続は有線を前提としていたが、更なる小型化・省配線化のためには、アクチュエータ制御器１０２をロボットに内蔵し、動作指令の通信を無線化する方法が有効である。このような場合には、中央制御器１０５とアクチュエータ制御器１０２の間の無線通信品質を考慮する必要がある。
図１４は本実施の形態の構成図であり、既に述べた図１０と一部を除いて同様に構成されている。符号１０１〜１０９は図１０と同様のため、説明を省略する。
本実施の形態では、中央制御器１０５は新たに通信品質計測部１１０を備えている。通信品質計測部１１０は、中央制御器１０５とアクチュエータ制御器１０２の間の無線通信の通信品質を計測して数値化する。通信品質計測部１１０の出力は基準軌道補正部１０９に送られ、基準軌道補正部１０９は通信品質が低下したことを判断すると、既に説明したように、基準軌道の時間軸を伸張させたり軌道を固定するなどの対処を行う。これにより、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、ロボットの安全性を高めることができる。
【００３８】
＜第６の実施の形態＞
図１５は本発明の第６の実施の形態を示す構成図であり、既に述べた図１０と一部を除いて同様に構成されている。符号１０１〜１０９は図１０と同様のため、説明を省略する。
本実施の形態では、アクチュエータ制御器１０２は新たに通信品質計測部１１１を備えている。通信品質計測部１１１は、中央制御器１０５とアクチュエータ制御器１０２の間の無線通信の通信品質を計測して数値化する。通信品質計測部１１１の出力はアクチュエータ制御器１０２に送られ、アクチュエータ制御器１０２は通信品質が低下したことを判断すると、図示しない他のアクチュエータ制御器と連携して、全てのアクチュエータを停止させる。これにより、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、アクチュエータを停止させることでロボットの安全性を高めることができる。
さらに、前記通信品質計測部１０７および／または１１０の出力を操作者に提示する情報提示手段を有することにより、操作者は無線通信品質が悪化していることを明確に知ることができるため、電波状況を改善させるなどの必要な対策を施すことができるようになる。
以上述べた第１〜第６の実施の形態は、単独に用いるだけでなく、複数のものを組み合わせることでより多重の安全性が確保できるようになる。
【００３９】
【発明の効果】
第１の発明のロボットの制御装置によれば、中央制御器は、センサ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、通信品質に基づきセンサ制御器から受信したセンサ応答を加工するセンサ応答加工部と、加工されたセンサ応答をもとにアクチュエータ制御器への動作指令を算出する動作指令算出部とを有する構成としたことにより、無線通信のように通信品質が変動する場合でも、通信品質に応じてセンサ応答を加工調整することで、ロボットの急激な動作を防ぐことができる。
第２の発明のロボットの制御装置によれば、前記通信品質計測部は、無線通信の電波信号の強さを通信品質として数値化する構成としたことにより、外部のノイズ等の影響により電波強度が低下して通信不良になった場合にも、これを的確にとらえてロボットの急激な動作を防ぐことができる。
【００４０】
第３の発明のロボットの制御装置によれば、前記センサ応答加工部は、センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて時定数が変化するフィルタ処理を行う構成としたことにより、通信品質が悪化するとセンサの高周波成分をカットするので、無線通信が通信不能になる前後で、急激な動作を抑えることができる。
第４の発明のロボットの制御装置によれば、前記センサ応答加工部は、センサ制御器から受信したセンサ応答に、通信品質に応じて変化する係数を乗算する構成としたことにより、無線通信の通信品質が悪化するに従って、無線通信を使用しているセンサの応答を無視するようになるので、無線通信が通信不能になる前に、あらかじめ緩やかにセンサを用いない動作へと移行することができる。
【００４１】
第５の発明のロボットの制御装置によれば、前記中央制御器は、アクチュエータ制御器から受信したアクチュエータ応答をもとにセンサ応答を推定するセンサ応答推定部を有するとともに、前記センサ応答加工部は、センサ制御器から受信したセンサ応答実測値と、センサ応答推定部からのセンサ応答推定値とに対し、通信品質に応じて変化する係数を乗算した総和として応答を出力する構成としたことにより、無線通信の品質が良い時にはより精度の良いセンサ実測値を用い、通信品質が悪化するに従って緩やかにセンサ推定値に移行するので、通信不能になってもセンサ応答を安定に取得することができる。
第６の発明のロボットの制御装置によれば、前記通信品質計測部は、受信時のデータエラー回数が多いほど通信品質が低下するように構成したことにより、データエラーの発生が増加するのに応じてセンサ実測値を無視するようになるので、データエラーの影響を最小限に抑えて安定した動作を実現できる。
【００４２】
第７の発明のロボットの制御装置によれば、前記通信品質計測部は、前回受信時からの時間が経過するほど通信品質が低下するように構成したことにより、通信不良によって応答が受信できなくなった場合にも、時間の経過に応じて緩やかに前回受信のセンサ応答実測値を無視するようになるので、ロボットの急激な動作を防ぐことができる。
第８の発明のロボットの制御装置によれば、前記通信品質計測部は、前回受信時の数値からの変化量が多いほど通信品質が低下するように構成したことにより、センサ応答実測値に異常が発生しても、乗算する係数が自動的に下げられるので、加工後のセンサ応答としては安定した値に保たれ、ロボットの異常動作を防ぐことができる。
【００４３】
第９の発明のロボットの制御装置によれば、前記中央制御器は、通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することにより、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットの基準軌道を補正することで安全性を高めることができる。
第１０の発明のロボットの制御装置によれば、前記基準軌道補正部は、基準軌道の時間軸を伸長させる構成としたことにより、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを減速させることで安全性を高めることができる。
【００４４】
第１１の発明のロボットの制御装置によれば、前記基準軌道補正部は、基準軌道の出力を固定させる構成としたことにより、無線通信の品質低下によってセンサ情報の精度が低下した場合にも、ロボットを停止させることで安全性を高めることができる。
第１２の発明のロボットの制御装置によれば、前記中央制御器は、前記アクチュエータ制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部と、前記通信品質計測部の出力にもとづき、基準軌道を補正する基準軌道補正部を有することにより、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、ロボットの基準軌道を補正することで安全性を高めることができる。
【００４５】
第１３の発明のロボットの制御装置によれば、前記アクチュエータ制御器は、中央制御器との間の通信品質を計測する通信品質計測部を有するとともに、通信品質計測部の出力にもとづき、アクチュエータを停止させるように構成したことにより、無線通信の品質低下によって動作指令が不安定になった場合にも、アクチュエータを停止させることで安全性を高めることができる。
第１４の発明のロボットの制御装置によれば、前記中央制御器は、前記通信品質計測部の出力を操作者に提示する情報提示手段を有することにより、操作者は無線通信品質が悪化していることを明確に知ることができるため、電波状況を改善させるなどの必要な対策を施すことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にもとづくロボットの動作例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態にもとづくロボットの動作例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における無線の通信品質に対する重み係数ｗの変化を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にもとづくロボットの動作例を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態にもとづくロボットの動作例を示す図
【図１２】本発明の第４の実施の形態にもとづくロボットの別の動作例を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の外観図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態を示す構成図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態を示す構成図である。
【図１６】従来例の外観図である。
【図１７】従来例の構成図である。
【図１８】従来例の制御ブロック図である。
【図１９】従来例にもとづくロボットの動作例を示す図である。
【図２０】無線通信を用いた従来例の外観図である。
【図２１】従来例において通信不良が発生した場合のロボットの動作例を示す図である。
【符号の説明】
１０１（１０１ａ〜１０１ｆ）  アクチュエータ
１０２  アクチュエータ制御器
１０３  センサ
１０４  センサ制御器
１０５  中央制御部
１０６  動作指令算出部
１０７  通信品質計測部
１０８  センサ応答加工部
１０９  基準軌道補正部
１１０，１１１  通信品質計測部
２０１  インピーダンスモデル
２０２  逆変換手段
２０３  サーボ系
２０４  ローパスフィルタ
２０５  重み係数乗算手段
２０６  外乱推定オブザーバ
６０１  センサ応答推定部
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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