(57)【要約】【課題】計算処理に時間がかからず、また、ロボットアームの姿勢によらず処理を行うことが可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】ロボット本体１とエンドエフェクタ２との間に接続され、アクチュエータ可動部３、アクチュエータ固定部４およびアクチュエータ駆動部５を備えたアクチュエータの制御装置において、アクチュエータ可動部３およびアクチュエータ固定部４には、加速度センサ６，７が同一の取り付け角度で設置されており、アクチュエータ可動部３に設置された加速度センサ６の出力からアクチュエータ固定部４に設置された加速度センサ７の出力を減算することにより得られる、アクチュエータ固定部４に対するアクチュエータ可動部３の相対加速度に基づいて、アクチュエータ駆動部５を制御することによりアクチュエータ固定部４に対してアクチュエータ可動部３を移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と作業対象を操作するエンドエフェクタとの間に接続され、可動部、固定部および駆動部を備えたアクチュエータの制御装置において、
前記可動部および前記固定部には、それぞれに加速度センサが同一の取り付け角度で設置されており、
前記可動部に設置された加速度センサの出力から前記固定部に設置された加速度センサの出力を減算することにより得られる、固定部に対する可動部の相対加速度に基づいて、前記駆動部を制御することにより前記固定部に対して前記可動部を移動させる
ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロボットを制御するために加速度を検出するアクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用ロボットは自動車製造から電子部品組み立てに至るまで様々な分野において使用されており、さらに高い精度で高速に組み立て作業が可能な性能が求められている。これに伴い、ロボットが比較的高速で動作している際に、作業対象物に接触してもダメージを与えないような構造が必要とされている。
【０００３】
また、半導体部品やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）部品の精密実装等の組立作業を行う際にも、対象物である部品に合わせたアクチュエータの精密な位置決めが必要であるとともに、この接触により生じる接触力が過大にならないように制御しながら作業する構造が必要である。
【０００４】
上記の機能を実現する手段の一つとして、ロボット本体と作業対象を操作するエンドエフェクタとの間に、機械的なインピーダンスを制御することができる装置を接続して可動部の振動を抑圧したり、対象物との接触力を制御する方法が挙げられる。
【０００５】
可動部の振動を抑圧する方法として、例えば、特許文献１には、加速度センサの鉛直方向に対する角度より加速度の鉛直方向成分を算出し、その値から重力加速度成分を差し引くことで得られる純粋加速度成分を駆動部にフィードバックして振動を抑圧する方法が開示されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、固定体に対する可動体の相対加速度信号を検出し、この相対加速度信号に基づき、可動体に慣性反力を印加することにより、可動体の微振動を抑制する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２８３２２号公報
【特許文献２】特開平６−７１５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば特許文献１のような従来の振動制御方法は、純粋加速度を求める際に三角関数を用いる必要があり、計算処理に時間がかかるので、高速な制御に適さないという課題がある。
また、ロボットアームの姿勢を検出するために別途角度検出器を備えた場合は装置が煩雑化してしまうという課題があり、一方、角度検出器を備えず、ロボットアームの姿勢を計算により求める場合には、算出した姿勢は誤差を有するため実際の姿勢とは必ずしも一致しないという課題がある。
【０００９】
また、例えば特許文献２のような従来の微振動の抑制方法は、固定部と可動部が水平な状態で使用されることを前提としたものであり、固定部と可動部が水平方向に対して傾斜している状態や、固定部が外力によって移動された状態については考慮されていないという課題がある。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、計算処理に時間がかからず、また、ロボットアームの姿勢によらず処理を行うことが可能なアクチュエータの制御装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、この発明は、ロボット本体と作業対象を操作するエンドエフェクタとの間に接続され、可動部、固定部および駆動部を備えたアクチュエータの制御装置において、前記可動部および前記固定部には、それぞれに加速度センサが同一の取り付け角度で設置されており、前記可動部に設置された加速度センサの出力から前記固定部に設置された加速度センサの出力を減算することにより得られる、固定部に対する可動部の相対加速度に基づいて、前記駆動部を制御することにより前記固定部に対して前記可動部を移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のアクチュエータの制御装置によれば、アクチュエータの可動部および固定部に同一の取り付け角度に設置された同一の加速度センサの出力を減算するだけの計算処理により、アクチュエータ固定部に対するアクチュエータ可動部の相対加速度を検出することが可能であり、三角関数を用いた複雑な計算を必要としないですむため、処理が軽くかつ高速に制御することが可能である。
また、ロボットアームの姿勢によらずに処理を行うことが可能であるため、ロボットアームの姿勢を検出する必要がなく、算出する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータおよびそれを備えたロボットの概略を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置において、可動部の移動方向が鉛直方向である場合の加速度の測定についての説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図２に示す場合のアクチュエータの制御装置の相対加速度の算出についての説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るアクチュエータにおいて、可動部の移動方向が水平面に対して角度θ１である場合の加速度の測定についての説明図である。
【図６】図５に示す場合のアクチュエータの制御装置の相対加速度の算出についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータおよびそれを備えたロボットの概略を示す図である。図１に示すように、このアクチュエータは、ロボット本体１と作業対象を操作するエンドエフェクタ２の間に接続され、アクチュエータ可動部３、アクチュエータ固定部４およびアクチュエータ駆動部５（図示せず）とを備えている。そして、アクチュエータ駆動部５を制御することによりアクチュエータ固定部４に対してアクチュエータ可動部３を移動させるものである。
アクチュエータ可動部３には加速度センサ６が、アクチュエータ固定部４には加速度センサ７が、それぞれ設置されており（図２参照）、これらの加速度センサは加速度を測定してアクチュエータ駆動部５にフィードバックする。すなわち、アクチュエータ駆動部５は加速度センサ６，７の出力に基づいて制御されるものである。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置による加速度の測定についての説明図であり、アクチュエータ可動部３の移動方向が鉛直方向（水平面に対する角度が９０°）である場合について示している。このアクチュエータは、図２に示すように、アクチュエータ固定部４に対しアクチュエータ可動部３が一方向にのみ移動可能な１軸タイプのアクチュエータである。加速度センサ６および加速度センサ７はアクチュエータ可動部３の移動方向に対して取り付け角度が等しくなるように設置されている。また、図２の上向きの矢印はアクチュエータ可動部３が加速度α１で上方向に移動し、アクチュエータ固定部４が加速度α２で上方向に移動していることを示しており、下向きの矢印は、重力加速度Ｇが働いていることを示している。
【００１６】
次に動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置の処理を示すフローチャートである。ここでは、図２に示すように、アクチュエータ可動部３が加速度α１で鉛直方向に移動していて、アクチュエータ固定部４が加速度α２で鉛直方向に移動している場合について説明する。
【００１７】
まず、アクチュエータ可動部３の加速度を検出する（ステップＳＴ１）。アクチュエータ可動部３に設置された加速度センサ６の出力は「α１−Ｇ」を示し、アクチュエータ可動部３の移動加速度成分α１だけでなく重力加速度成分Ｇを含んでいる。次に、アクチュエータ固定部４の加速度を検出する（ステップＳＴ２）。アクチュエータ固定部４に設置された加速度センサ７の出力は「α２−Ｇ」を示し、アクチュエータ固定部４の移動加速度成分α２だけでなく重力加速度成分Ｇを含んでいる。
【００１８】
ここで、加速度センサ６と加速度センサ７は、アクチュエータ可動部３の移動方向に対して取り付け角度が等しくなるように設置されているため、加速度センサ６の出力および加速度センサ７の出力に含まれる重力加速度成分Ｇの大きさは等しい。
【００１９】
そのため、加速度センサ６の出力から加速度センサ７の出力を減算することにより、アクチュエータ可動部３のアクチュエータ固定部４に対する相対加速度を算出する（ステップＳＴ３）と、図４に示すように「α１―α２」となり、重力加速度成分Ｇを含まない値となる。図４は、図２に示す場合のアクチュエータの制御装置の相対加速度の算出についての説明図である。
この重力加速度成分Ｇを含まない相対加速度をアクチュエータ駆動部５にフィードバックする（ステップＳＴ４）ことにより、アクチュエータ可動部３の振動を抑制することや機械的なインピーダンスを制御することができる。その結果、エンドエフェクタ２の振動を抑制したり、対象物との接触力を制御することができる。
【００２０】
次に、アクチュエータ可動部３の移動方向の水平面に対する角度が任意に設定された場合について説明する。図５はこの発明の実施の形態１に係るアクチュエータによる加速度の測定についての説明図であり、アクチュエータ可動部３の移動方向の水平面に対する角度がθ１に設定されている場合について示している。図５に示すように、アクチュエータ固定部４に対しアクチュエータ可動部３が一方向にのみ移動可能な１軸タイプのアクチュエータである。加速度センサ６および加速度センサ７はアクチュエータ可動部３の移動方向に対して取り付け角度が等しくなるように設置されている。また、図５の水平面に対してθ１方向の矢印はアクチュエータ可動部３が加速度α１でこの方向に移動し、また、アクチュエータ固定部４が加速度α２でこの方向に移動していることを示しており、下向きの矢印は、重力加速度Ｇが働いていることを示している。
【００２１】
この場合の動作についても、図３に示すフローチャートと同様である。ここでは、図５に示すように、アクチュエータ可動部３が加速度α１で水平面に対してθ１方向へ移動されていて、また、アクチュエータ固定部４が加速度α２で水平面に対してθ１方向へ移動されている場合について考える。
【００２２】
まず、アクチュエータ可動部３の加速度を検出する（ステップＳＴ１）。アクチュエータ可動部３に設置された加速度センサ６の出力は「α１−Ｇｃｏｓ（９０°−θ１）」を示し、アクチュエータ可動部３の移動加速度成分α１だけでなくアクチュエータ可動部３の移動方向の角度θ１を考慮した重力加速度成分Ｇを含んでいる。次に、アクチュエータ固定部４の加速度を検出する（ステップＳＴ２）。アクチュエータ固定部４に設置された加速度センサ７の出力は「α２−Ｇｃｏｓ（９０°−θ１）」を示し、アクチュエータ固定部４の移動加速度成分α２だけでなくアクチュエータ固定部４の移動方向の角度θ１を考慮した重力加速度成分Ｇを含んでいる。
【００２３】
ここで、加速度センサ６と加速度センサ７は、アクチュエータ可動部３の移動方向に対して取り付け角度が等しくなるように設置されているため、加速度センサ６の出力および加速度センサ７の出力に含まれる重力加速度成分Ｇの大きさおよびアクチュエータ可動部３の移動方向の角度θ１は等しい。
【００２４】
しかし、移動方向の角度θ１を考慮した重力加速度成分Ｇｃｏｓ（９０°−θ１）を含む加速度センサ６の出力をアクチュエータ駆動部７にフィードバックしても、重力加速度成分「Ｇｃｏｓ（９０°−θ１）」もフィードバックされるためアクチュエータ可動部３の振動や機械的なインピーダンスを良好に制御することはできない。
【００２５】
そのため、加速度センサ６の出力から加速度センサ７の出力を減算することにより、アクチュエータ可動部３のアクチュエータ固定部４に対する相対加速度を算出する（ステップＳＴ３）と、図６に示すように「α１―α２」となり、重力加速度成分Ｇおよびアクチュエータ可動部３の移動方向の角度θ１を含まない値となる。図６は、図５に示す場合のアクチュエータの制御装置の相対加速度の算出についての説明図である。
この重力加速度成分Ｇおよびアクチュエータ可動部３の移動方向の角度θ１を含まない相対加速度をアクチュエータ駆動部５にフィードバックする（ステップＳＴ４）ことにより、アクチュエータ可動部３の振動を抑制することや機械的なインピーダンスを制御することができる。その結果、エンドエフェクタ２の振動を抑制したり、対象物との接触力を制御することができる。
【００２６】
すなわち、重力加速度の影響およびロボットアームの姿勢によらずに処理を行うことが可能であり、重力加速度やロボットアームの姿勢を検出および算出する必要がない。
【００２７】
このように、アクチュエータ固定部４とアクチュエータ可動部３が水平方向に対して傾斜している状態や、アクチュエータ固定部４が外力によって移動された状態においても、アクチュエータ固定部４に対するアクチュエータ可動部３の相対加速度を算出するだけで、アクチュエータ可動部３の振動を抑制することや機械的なインピーダンスを制御することが可能となり、エンドエフェクタ２の振動を制御したり、対象物との接触力を制御することができる。
【００２８】
なお、加速度センサにオフセットが存在する場合であっても、アクチュエータ可動部３およびアクチュエータ固定部４に設置する加速度センサが同一であれば、ほぼ個体差は無視することができてオフセットの値もほぼ等しいので、今回の減算により求められた相対加速度はオフセット分も含まない値とすることができる。
【００２９】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、アクチュエータ可動部３およびアクチュエータ固定部４には、それぞれに加速度センサ６，７が同一の取り付け角度で設置されており、アクチュエータ可動部３に設置された加速度センサ６の出力からアクチュエータ固定部４に設置された加速度センサ７の出力を減算することにより得られる、アクチュエータ固定部４に対するアクチュエータ可動部３の相対加速度に基づいて、アクチュエータ駆動部５を制御することによりアクチュエータ固定部４に対してアクチュエータ可動部３を移動させるように構成したので、減算するだけの計算処理によりアクチュエータ固定部４に対するアクチュエータ可動部３の相対加速度を検出することが可能であり、三角関数を用いた複雑な計算を必要としないですむため、処理が軽くかつ高速に制御することが可能である。
また、ロボット本体１の姿勢によらずに処理を行うことが可能であるため、ロボット本体１の姿勢を検出する必要がなく、算出する必要もない。
さらに、加速度センサ６，７にオフセットが存在する場合であっても、減算処理において相殺されるため、相対加速度にオフセットによる誤差が生じない。
【００３０】
なお、この発明の実施の形態１においてはアクチュエータ固定部に対しアクチュエータ可動部が一方向にのみ移動可能な１軸タイプのアクチュエータに関して説明したが、アクチュエータ固定部に対しアクチュエータ可動部がＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動可能なアクチュエータに、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の加速度が検出可能な加速度センサを同一の取り付け角度で設置した場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３１】
また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ロボット本体
２  エンドエフェクタ
３  アクチュエータ可動部
４  アクチュエータ固定部
５  アクチュエータ駆動部
６  加速度センサ
７  加速度センサ
【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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