(57)【要約】      （修正有）【課題】オペレータとの間の高度な連携動作を可能とする産業用ロボットを提供する。【解決手段】マニピュレータ１と人間を検出するための第１の検出システム１９と、マニピュレータに設置された慣性センサを含む第２の検出システム２１と、電気モータ１１'他のトルクの測定手段を含む第３の検出システム２２とを備える。制御ユニット１５は、マニピュレータの作業エリアおける人間の存在が第１の検出システムによって検出されたると、安全自動動作モードの選択を決定するよう設定される。その過程で、複数の電気モータのスピードは、減速され、第２及び第３の検出システム２１，２２は、人間に対するマニピュレータのあらゆる生じ得る影響を検出するように動作可能である。影響が検出された場合、制御ユニットは、マニピュレータの動きの停止、及び／または、その停止前に、その動きを反転させる制御を行う。【選択図】図１
2016087785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用ロボットであって、
関連付けられた対応する複数の位置トランスデューサを有する複数の電気モータによって駆動されるエンドエフェクタ及び１つまたは複数の接続ジョイントを含む複数の可動部分を含む機械的構造を有し、多数の自由度を有するマニピュレータと、
少なくとも１つの自動動作モードを含む、前記ロボットの複数の適用可能な動作モードを選択するために、ユーザによって動作可能な選択手段を含む、前記マニピュレータの制御ユニットと、
前記マニピュレータの予め定められた作業エリアに異物、特に人間が存在し得ることを検出するための第１の検出システムと、
マニピュレータに設置された１つまたは複数の慣性センサを含む第２の検出システムと、
前記複数の電気モータによって付与されたトルクを測定する手段を含む第３の検出システムと、
を備え、
前記マニピュレータの制御プログラムが、前記制御ユニットに実装され、前記制御プログラムは、前記機械的構造の複数の部分の位置、スピード及び加速度の複数の理論値を表す複数の関係と、前記複数の電気モータによって付与されたトルクの複数の理論値を表す複数の関係とを含み、
前記制御ユニットは、少なくとも前記自動動作モードにおいて、前記複数の電気モータを、前記制御プログラムによって決定された複数の作業スピードで駆動するように予め設定され、
前記制御ユニットは、前記ロボットが前記自動動作モードにある状態で、前記第１の検出システムが前記マニピュレータの前記予め定められた作業エリア内における異物の存在を検出することによって、前記ロボットの安全自動動作モードの選択を決定するような態様で予め設定され、
前記安全自動動作モードにおいて、前記制御ユニットは、
前記複数の電気モータの前記複数の作業スピードを、前記制御プログラムによって決定された、前記複数の作業スピード未満のスピード閾値以下である複数の安全性スピードに減速し、
異物に対して前記機械的構造が与え得る衝動的な影響を検出する目的で、前記制御プログラムによって決定された複数の加速度の理論値を、前記第２の検出システムを介して測定された複数の加速度値と比較し、
異物に対して前記機械的構造が与え得る非衝動的な影響を検出する目的で、前記制御プログラムによって決定された複数のトルクの理論値を、前記第３の検出システムを介して測定された複数のトルク値と比較し、
異物に対して前記機械的構造が与える影響を検出した場合に、前記機械的構造の動きの停止、及び、特に前記機械的構造の動きの停止前に、前記機械的構造の前記動きを反転させる制御の少なくとも１つを行う、
ように動作可能である、産業用ロボット。
【請求項２】
前記第２の検出システムの前記１つまたは複数の慣性センサは、複数の加速度計及び複数のジャイロスコープの間で選択される、請求項１に記載の産業用ロボット。
【請求項３】
前記第１の検出システムは、複数の画像センサ装置、複数のフォーストランスデューサ装置、複数の光ビームもしくは光バリアセンサ装置、及び複数の無線周波数装置の中から選択される、１つまたは複数の装置を含む、請求項１または２に記載の産業用ロボット。
【請求項４】
前記第３の検出システムは、前記複数の電気モータによって吸収される電流を測定する手段を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項５】
複数のカバー要素が、前記機械的構造の１つまたは複数の部分、特に降伏構造を有するものに関連付けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項６】
前記第１の検出システムは、無線周波数特定システムを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項７】
前記無線周波数特定システムは、特にオペレータによって運搬されるポータブルトランスポンダと、前記予め定められた作業エリアに設置されたトランスポンダリーダとを含む、請求項６に記載の産業用ロボット。
【請求項８】
前記制御ユニットは、
前記第２の検出システムを介して測定された複数の加速度値を表す情報と、前記第３の検出システムを介して測定された複数のトルク値を表す情報とのうち少なくとも１つを格納し、
前記情報を、複数の診断目的及び前記マニピュレータの動作状態を検証する複数の目的の少なくとも１つのために用いる、
ように予め設定される、請求項１から７のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項９】
前記スピード閾値は、２５０ｍｍ／ｓ以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項１０】
前記マニピュレータの予め定められた作業エリアに前記存在し得る人間のオペレータを検出するために、少なくとも２つの異なる検出システムを備え、前記２つの検出システムの１つは、ＲＦＩＤ構成を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の産業用ロボット。
【請求項１１】
産業用ロボットを制御するための方法であって、前記ロボットは、
関連付けられた対応する複数の位置トランスデューサを有する複数の電気モータによって駆動されるエンドエフェクタ及び１つまたは複数の接続ジョイントを含む複数の可動部分を含む機械的構造を有し、多数の自由度を有するマニピュレータと、
少なくとも１つの自動動作モードを含む、前記ロボットの複数の適用可能な動作モードを選択するために、ユーザによって動作可能な選択手段を含む、前記マニピュレータの制御ユニットと、
を備え、前記方法は、
前記制御ユニットに、前記マニピュレータの制御プログラムであって、前記機械的構造の複数の部分の位置、スピード及び加速度の複数の理論値を表す複数の関係と、前記複数の電気モータによって付与されたトルクの複数の理論値を表す複数の関係とを含む制御プログラムを実装する段階と、
少なくとも前記自動動作モードにおいて、前記複数の電気モータを、前記制御プログラムによって決定された複数の作業スピードで駆動する段階と、
前記マニピュレータの予め定められた作業エリア内に存在し得る異物、特に人間を検出するための第１の検出システムを提供する段階と、
前記マニピュレータ上に設置された１つまたは複数の慣性センサを含む第２の検出システムを提供する段階と、
前記複数の電気モータによって付与されたトルクを測定する手段を含む第３の検出システムを提供する段階と、
を備え、
前記ロボットが前記自動動作モードにある状態で、前記マニピュレータの前記予め定められた作業エリア内に存在する前記異物が前記第１の検出システムによって検出されたことを受けて、前記制御ユニットは、安全自動動作モードを選択し、
前記安全自動動作モードにおいて、前記制御ユニットは、
前記複数の電気モータの前記複数の作業スピードを、前記制御プログラムによって決定された、前記複数の作業スピード未満のスピード閾値以下である複数の安全性スピードに減速し、
異物に対して前記機械的構造が与え得る衝動的な影響を検出する目的で、前記制御プログラムによって決定された複数の加速度の理論値を、前記第２の検出システムを介して測定された複数の有効加速度値と比較し、
異物に対して前記機械的構造が与え得る非衝動的な影響を検出する目的で、前記制御プログラムによって決定されたトルクの複数の理論値を、前記第３の検出システムを介して測定された複数の有効トルク値と比較し、
前記機械的構造と異物との間で影響が検出された場合に、前記制御ユニットは、前記機械的構造の動きの停止、及び、特に前記機械的構造の動きの停止前における前記機械的構造の動きを反転させる制御の少なくとも１つを実行する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータとマニピュレータの制御ユニットとを備える複数の産業用ロボットに関する。本発明は、人間であるオペレータと産業用ロボットとの間の連携動作についての問題に特に関連して開発された。
【０００２】
［先行技術］
産業用ロボットは、標準的には、手動モードと、少なくとも１つの自動モードとで動作することができ、これらは通常、マニピュレータの制御ユニット上で選択可能である。手動動作モードは、ロボットのプログラミングという複数の目的で選択され、このモードにおいて、マニピュレータは、オペレータによって手動で与えられた複数のコマンドを介して動作可能である。代わりに、自動動作モードにおいて、マニピュレータの動きは、その制御ユニットのみによって制御される。
【０００３】
多数の自由度を有するロボットのプログラミングの動作は、基本的に、特定の動作を実行するために、そのマニピュレータの点が標準的な複数の作業段階の過程で自動的に反復すべき経路を、ロボットに指示することである。この点は、通常、マニピュレータのエンドエフェクタの作動部分の位置を特定する、いわゆる「工具中心点」（ＴＣＰ）であり、ここで、機械加工ツールとして、または把持装置及び対応する移動部品からなる組み合わせとして理解される。プログラミング時間の大部分は、ＴＣＰの動きの複数の経路の複数の最適点を特定し、これらの複数の対応座標を格納することを目的として、ロボットを手動で制御するためだけのものである。このため、「ティーチペンダント」としても知られるポータブルプログラミングターミナル、またはマニピュレータの可動構造に直接搭載された手動ガイド装置が、利用可能である。マニピュレータの作業セルをシミュレーションし、機械加工に必要な複数の動きを設定可能なＣＡＤタイプの適切なプログラムを目的として用いる、産業用ロボットをオフラインモード（オフラインプログラミング−ＯＬＰ）でプログラムすることも、公知である。前の複数の場合と異なり、このタイプのプログラミングは、実質的に遠隔で、すなわち、マニピュレータの直近以外で実行される。
【０００４】
マニピュレータの姿勢のバリエーションを手動で制御する目的で、オペレータは、ロボットの１つまたは複数の軸の動きを制御する、ジョグボタンまたはジョグキーとして知られるティーチペンダントの特定の複数の押しボタンを用いる。ティーチペンダントの複数のジョグボタンに対して動作を行うことによって、ＴＣＰは、複数の適用可能な座標系からオペレータによって選択された座標系内において、正または負の特定の方向に移動することができる。例えば、６自由度を有する擬人化ロボットにおいて、少なくとも「ジョイント」、「ベース」及び「ツール」座標系が典型的に与えられ、ここで、ジョイント系は、ロボットの複数のジョイントを指し（この系のベクトルは、複数のジョイントの各々の角度位置を表す）、ベース及びツール系は、デカルト座標系であり、前者はロボットのベースを指し、後者はロボットの端部フランジに設けられたエンドエフェクタを指す。
【０００５】
複数のティーチペンダントと比較して、複数の手動ガイド装置は、基本的にマニピュレータの可動構造に関連付けられたある種のグリップからなり、プログラマはこれに対して、マニピュレータ自体に複数の所望の動きを実行させるようプログラミング段階で作業するため、これらは、ロボットのプログラミング動作のより直感的な表示を可能とする。概して、制御ユニットがプログラマに望まれる変位方向を認識することを可能とするフォースセンサが、上述のグリップに関連付けられる（例えば、米国特許第６２１２４４３号参照）。フォースセンサの代替としてまたはこれに加えて、ジョイスティック装置が提供されてもよい（例えば、米国特許第８４１２３７９Ｂ号参照）。
【０００６】
公知の複数の解決策の大部分において、ロボットの制御ユニットは、３つの異なるモードまたは状態、すなわちプログラミングモード、自動モード及び遠隔モードに従って動作可能である。
【０００７】
プログラミングモードにおいて、オペレータは、前述されたように、マニピュレータ付近において、その動作を制御し、ティーチペンダントまたは手動ガイド装置によって、複数のプログラミング段階を格納し、動作の動きをプログラムすることを目的として行動する。
【０００８】
ロボットのプログラミング段階は、その位置を視覚的にチェックする目的でＴＣＰの近くで追従しなければならず、マニピュレータの周りを継続的に移動するオペレータにとって、より大きい複数のリスクを明らかに含むものである。この理由により、プログラミングモードにおいて、マニピュレータの複数の動きに対するスピードの制約は、標準的にアクティブ化される。ティーチペンダント使用の場合、オペレータは、そこで、その両方がターミナル上に設けられた緊急停止押しボタン及びイネーブリング装置を、自身の手で適用可能である。実際には、プログラミング段階において、イネーブリング装置がオペレータによって手動でアクティブに維持されない場合、マニピュレータは、あらゆる動きを実行することができない。手動ガイド装置の場合、グリップがオペレータによって解放されることがロボットの動きを停止させるとすると、それ自体がある種のイネーブリング装置を構成する。しかしながら、緊急停止装置及びイネーブリング装置を、手動ガイド装置にも設けることが好ましい。
【０００９】
自動モードにおいて、ロボットは、上述されたように取得された動作プログラムを、それ自身で、場合によっては他のロボットまたは複数の自動装置との組み合わせにより、標準的にはスタッフのアクセスから保護されたセル内で、オペレータの視覚的制御下において実行する。
【００１０】
遠隔モードにおいても、ロボットは、動作プログラムを、標準的にはスタッフのアクセスから保護されたセル内において、それ自身で実行するが、この場合、プログラム実行の開始は、例えば、セル自体に存在するロボット及び他の複数の自動装置の両方を制御する、ＰＬＣのようなセル監視者から行われる。
【００１１】
複数の産業用ロボットを介して自動または遠隔モードで実行される複数の機械加工作業の場合にも、例えば、マニピュレータによって実行される複数の特定動作の精度または有効性を視覚的に制御するために、オペレータがマニピュレータの作業エリアに接近すること、またはその範囲内を移動することは、有用または必要であることが証明され得る。
【００１２】
これらの場合、オペレータがマニピュレータの作業エリア内またはその近くに存在することを検出するように設計された適切な複数のシステムを提供することが知られている。これらのシステムは、例えば、複数の画像を取得及び比較するために、装置を使用することに基づいてもよく、または、オペレータがマニピュレータの作業エリアに入ったことを検出するように設計された複数のレーザスキャナまたは複数の光バリアを用いてもよい。概して、検出がされたことを受けて、監視システムは、ロボットの動作を停止させる。監視エリアは、また、臨界度が異なる複数のエリアに分割されてもよく、この場合、マニピュレータに比較的近いエリアに移動しているが、まだその移動範囲外にいるオペレータは、視覚的または音声による警告を受ける。代わりに、オペレータが上述された移動範囲に対応する第２のエリアに入る場合、マニピュレータの動きは停止させられる。
【００１３】
この種のアプローチは、オペレータにとって高度な安全性を保証するが、厳密には必要ではない製造フローの妨げとなることが多い。
【００１４】
[本発明の概要及び目的]
【００１５】
上述の内容を考慮して、本発明の目的は、安全性のための複数の必要条件を脅かすことなく、人間であるオペレータと自動的に動作する産業用ロボットとの間の高度な連携動作を可能とする産業用ロボット及び産業用ロボットの制御システムを提供することである。
【００１６】
以下に明示される上述の及びさらに他の複数の目的は、本発明に従って、特許請求の範囲において特定される複数の特性を提供する産業用ロボット及び産業用ロボットの制御方法によって実現される。特許請求の範囲は、本発明に関して、本明細書において提供される技術的教示の不可分な部分を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のさらなる複数の目的、複数の特性及び複数の利点は、純粋に例示的かつ非限定的な例により提供される説明及び複数の添付図面から明示される。
【図１】本発明の一実施形態に係る産業用ロボットの部分的かつ模式的な斜視図である。
【図２】第１の作業条件における図１の産業用ロボットの部分的かつ模式な斜視図である。
【図３】第２の作業条件における図１の産業用ロボットの部分的かつ模式な斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る産業用ロボットを制御するために適用可能なロジックをあらわすことを目的とする簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明のさらなる実施形態に係る産業用ロボットの部分的かつ模式的な斜視図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態に係る産業用ロボットの部分的かつ模式的な斜視図である。
【図７】本発明のさらなる実施形態に係る産業用ロボットの部分的かつ模式的な斜視図である。
【図８】本発明の変形実施形態に係る産業用ロボットの部分的かつ模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本説明の枠組みにおいて、「実施形態」または「一実施形態」という記載は、実施形態に関して説明される特定の構成、構造または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを示すことが意図される。つまり、本説明の様々な部分に存在する「実施形態において」または「一実施形態において」等のような複数の語句は、必ずしも全てが１つの同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の複数の構成、複数の構造または複数の特性は、１つまたは複数実施形態において、任意の適切な態様で組み合わせられてもよい。以下の内容において用いられる複数の記載は、便宜的に提供されているに過ぎず、複数の実施形態の保護領域または範囲を定義するものではない。
【００１９】
さらに指摘されることは、後続の本説明では、例えば、本発明に係る本産業用ロボットは、その動作のために知られている全ての要素をそれ自体に備えることが当然と考え、本発明の理解に有用な複数の要素だけが説明される。
【００２０】
図１において模式的に表されるのは本発明の一実施形態に係る産業用ロボットであり、多数の自由度を有するマニピュレータ１を備え、これは、複数の可動部分を含む機械的構造２を有する。図示された例において、ロボットは、６自由度を有する擬人化ロボットであり、固定ベース３と、鉛直方向に方向付けられた第１の軸Ａ１の周りにおいて、回転可能にベース３に搭載されたカラム４とを有する。５で示されるのは、水平に方向付けられた第２の軸Ａ２の周りにおいて、カラム４上で振動するように搭載されたアームである。６で示されるのは、これもまた水平に方向付けられた第３の軸Ａ３の周りにおいて、回転するようにアーム５上に搭載されたエルボである。エルボ６は、前アーム７を支持し、これは、自身の軸Ａ４周りを回転するように設計され、結果的に、マニピュレータ１が動くための第４の軸を構成する。前アーム７は、その端部において、２つの軸Ａ５及びＡ６に従って動くように搭載される手首８を備える。手首８のフランジに関連付けられるのは、９で示されたエンドエフェクタであり、これは、本実施例において、汎用的なコンポーネント１０を把持する装置によって表される。本説明の導入部で説明されたように、エンドエフェクタ９及び／またはこれにより運搬される部品１０は、いわゆる工具中心点（ＴＣＰ）を特定する。
【００２１】
エンドエフェクタ９は、任意の他のタイプであってもよく、この分野で公知の任意の他の機能、例えば、溶接トーチまたは溶接ジョー、塗料噴霧ガン、すなわちシーリング材塗布ガン、ドリルまたは研削スピンドル等を実行可能であってもよい。
【００２２】
可動部分４−８は、ジョイント１１、１２、１３および１４によって共に接続され、それぞれ電気モータ１１'，１２'，１３'及び１４'に関連付けられ、対応するギア減速トランスミッションを有する。手首８の複数のジョイント及び複数のモータは、複数の図面の明確性をより高めるために、示されていない。例示されたもののような一実施形態において、エンドエフェクタ９もそれぞれアクチュエータ手段を有するが、明確性のためにいずれも表されていない。上述された複数のジョイント、すなわち、対応する複数のモータに関連付けられるのは、位置制御のための、例えば、エンコーダまたはリゾルバタイプの対応する複数のトランスデューサである。これらのトランスデューサのいくつかは、図１においてＳで示される。
【００２３】
マニピュレータ１の複数の動き及びエンドエフェクタ９によって実行可能な複数の動作は、制御ユニット１５によって管理され、これは、構造２に関して離れた位置に位置し、後者の電気／電子部品にケーブル１６を介して接続される。ユニット１５に関するハードウェア及びソフトウェアの実用的な実施形態は、それぞれのマイクロプロセッサ制御システムを備え、本発明に関して以下参照されるいくつかの態様とは別に、本説明の複数の目的から独立している。
【００２４】
制御ユニット１５は、マニピュレータ１を、少なくとも１つの自動動作モードと好ましくはさらに手動動作モードとを含む、複数の異なる動作モードで制御するように構成される。このため、ユニット１５は、選択手段１７を備え、これは、所望の動作モードを適用可能なものの中から選択するために、ユーザによって動作されることができる。好適な実施形態において、ロボットは、本説明の導入部で示されたように、３つの選択可能モード、すなわち、プログラミングモード、自動モード及び遠隔モードで動作可能である。図１において、参照符号１７は、つまり、所望の動作モードを示されたものの中から手動で選択するための装置を示す。
【００２５】
制御ユニット１で実装されるのは、プログラムまたはソフトウェアであり、これが、示された３つのモードにおけるマニピュレータ１の動作を監視する。模式的にブロック１８で表されたプログラムは、好ましくは、マニピュレータ１を制御するために、少なくとも１つの動的モデルを含む。ソフトウェア１８、すなわち対応する動的モデルは、複数の産業用ロボットを制御するものとしてそれ自体がこの分野で公知の任意の技術に従って定義され得るが、結果的に、本明細書では詳細に説明されない。ここでは、このプログラムまたはモデルが、少なくともマニピュレータ１の可動構造の複数の部品（その複数のモータを含む）の位置、スピード及び加速度の複数の理論値を表す複数の関係と、提供された様々な接続ジョイントの電気モータによって付与されるトルクの複数の理論値を表す複数の関係とを、その動きを制御するという複数の目的のために含むことが指摘されれば十分である。位置制御という複数の目的のために、トランスデューサＳが、さらに用いられることは明らかである。
【００２６】
前述されたように、プログラミングモードにおいて、オペレータは、機械加工段階を「シミュレーション」し、次に、ティーチペンダントまたは手動ガイド装置を介してマニピュレータ自体の姿勢を変化させることによって（場合によってはＯＬＰモードで）マニピュレータ１が自動または遠隔モードでこれを実行させられる。自動または遠隔モードにおいて、マニピュレータの動きは、代わりに、制御ユニット１５によって直接制御される。
【００２７】
本明細書における特定の対象に関し、ロボットが自動的に（自動または遠隔モードで）動作しなければならない場合、構造２の複数のジョイント及び手首に関連付けられた複数の電気モータは、制御プログラム１８によって、すなわち、対応する動的モデルによって決定された複数の作業スピードプロファイルに従って、ユニット１５によって駆動される。
【００２８】
本発明に係る産業用ロボットは、マニピュレータ１の予め定められた作業エリアに存在し得るオペレータを、またはそれより多くの場合に、概して異物を検出するように予め設定される、第１の検出システムを含む。この検出システムは、例えば、複数の画像センサ装置、複数の光ビーム検知装置（可視及び非可視光）、複数の無線周波数装置、複数のフォーストランスデューサ装置の中から選択される１つまたは複数の装置を備える。
【００２９】
一実施形態において、例えば、第１の検出システムは、複数の画像記録ユニットの使用に基づく監視システムを含む。このタイプの複数のシステムは、それ自体がその分野で周知であり、詳細な説明を何ら必要としない。ここで、これらのシステムにおいて、複数の異なる記録ユニットが、監視下にある３次元エリアの複数の画像を記録し、様々なユニットによって記録された複数の画像間でなされた複数の比較に基づいて、処理ユニットが３次元エリアにおける複数の異物の存在を検出することを念頭に置けば十分である。このタイプの検出システムの例を説明するために、読者は、その複数の教示が参照のために本明細書に組み込まれるものとみなされる米国特許出願公開第２００９２６８０２９Ａ号を参照する。例えば、図１および２に示された実施形態において、概して１９で示されるのは、複数の画像記録ユニットを含む検知装置であり、これらは、例えば、上述された米国特許出願公開第２００９２６８０２９Ａ号において説明された技術に従って得られる（特に、この先行文献の図４を参照）。
【００３０】
図２において、２０で示される３次元エリアは、装置１９による監視を受けており、マニピュレータ１の可動構造２が、特に、ここで把持装置９を含むエンドエフェクタと、操縦されている対応部品１０とによって表されるその最も先端の部分を参照して、移動可能な限界のエリアである（図２において、図３および５−７と同様に、マニピュレータ１の作業エリア２０は、マニピュレータ自体の複数の関節運動を考慮して、理論的に可能なものより小さい寸法で表されていることに留意されたい）。
【００３１】
本発明に係るロボットは、さらに、マニピュレータ１上に設置された１つまたは複数の慣性センサを備える第２の検出システムを含む。図１の実施形態において、３つの慣性センサ２１は、例えば、アーム５、前アーム７、及びエンドエフェクタ９上にそれぞれ搭載されるものとして提供される。好適な実施形態において、複数のセンサ２１は、流通しているタイプの加速度計であるが、ジャイロスコープを用いる場合であっても、本発明の範囲から除外されない。
【００３２】
本発明に係る産業用ロボットは、さらに、例えば、モータ１１'−１４'及び手首８に関連付けられた複数のモータのような、マニピュレータ１の複数の電気モータの少なくともいくつかによって付与されたトルクの測定手段を備える第３の検出システムを含む。また、トルク測定手段は、この分野で公知の任意の種類であってもよい。特に有益な実施形態において、トルク測定は、間接的に実行され、このために、複数の上述のモータによって吸収された電流を測定する手段が提供される。それ自体が公知の技術に従って、制御ユニット１５に実装されるプログラム１８は、複数の上述のモータによって付与可能な複数のトルク値と、対応する複数の電流吸収との間の複数の既存の関係を含む。これらの測定手段は、好ましくは、１つまたは複数の電流測定センサを制御ユニット１５に備え、図１においてブロック２２として模式的に表される。
【００３３】
本発明によれば、ユニット１５は、ロボットが自動的に（すなわち、自動モードまたは遠隔モードで）動作する場合に、第１の検出システム１９が、作業エリア２０内における異物、すなわちオペレータの存在を検出することによって、安全自動動作モードの自動選択を決定するような態様で、予め設定される。
【００３４】
このような場合は、図３に例示され、ここで、ＨＯで示されるのは、例えば、マニピュレータ１の動作に対して質的チェックを実行するためにエリア２０に入ったオペレータである。
【００３５】
上述された安全自動動作モードへの自動切り替えを受けて、制御ユニット１５は、自動または遠隔モードで複数の機械加工作業を実行するために、制御プログラムによって課された複数の作業スピードに関して、マニピュレータ２の複数の電気モータの複数の駆動スピードの減速を制御する。より詳細には、複数のモータの複数のスピードは、安全自動動作モード用にプログラム１８が決定した複数の安全性スピードまで減速される。これらの安全性スピードは、予め定められたスピード閾値以下であり、十分に安全であるとみなされる。好ましくは、この閾値は、２５０ｍｍ／ｓである。
【００３６】
オペレータＨＯが作業エリア２０を去り、その状況が監視システム１９を介して検出された場合、制御ユニット１５は、ロボットが標準の動作条件、すなわち、元々手動で選択されていた自動モードまたは遠隔モードに戻るように制御する。
【００３７】
安全自動動作モードにおいて、制御ユニット１５は、複数のモータのスピードを減速させることに加えて、マニピュレータ１の構造２の複数の可動部分と、第１検出システム１９による監視を受けている作業エリア２０に存在するオペレータＨＯ（または他の異物）との間に生じ得る影響を検出する目的で、上述された第２及び第３の検出システム２１および２２の状態を監視する。
【００３８】
本発明の特性に従って、検出システム２１および２２の両方は、このために用いられる。複数の加速度計２１の使用に基づいてあらゆる生じ得る影響を検出することは、制御プログラム１８によって決定される複数の加速度の理論値を、複数の加速度計２１を介して測定された現実の複数の加速度値と繰り返し比較することによってなされる。具体的な比較アルゴリズムは、目的に適しているとみなされる任意の種類であってもよい。例えば、適用可能な基準は、加速度の理論値と加速度の測定値との間の差を計算し、この差が予め定められた閾値に等しいまたはそれより大きいか否か、例えば、加速度の理論値の１０％と等しいか否かを検証することである。
【００３９】
本出願人は、複数の加速度計または他の複数の慣性センサの使用が、衝動的なタイプの複数の影響、すなわち、単位時間（例えば１ｓ）で高エネルギに上昇させ、それ自体が、明確に区別可能なパルスを慣性センサ内に生成する、マニピュレータの可動構造に対する瞬間的で突然の複数の影響を検出するのに完全に適していることを証明したことを見出した（例えば、オペレータがロボット構造に対して腕または当人が手にしていた汎用的な剛性物体をぶつける場合を考慮されたい）。
【００４０】
代わりに、このタイプの複数のセンサによって生成される複数の信号は、（制御ロジック及びユニット１５の処理能力のかなりの負荷を犠牲にしない場合には）非衝動的なタイプの複数の影響、すなわち、長時間にわたる、及び単位時間ではエネルギの低いロボットの構造との複数の接触を、正確に区別することは不可能である（例えば、オペレータの体の一部に対して圧力を漸増的に付加するマニピュレータの可動構造の部品の場合を考慮されたい）。
【００４１】
この理由により、本発明によれば、制御ユニット１５は、複数の加速度計２１のシステムによって発生可能な複数の衝突をモニタリングすることと平行して、マニピュレータ１の複数の可動部分を駆動する複数のモータによって付与されるトルクの分析に基づいてモニタリングをさらに実行する。この場合にも、基本的にユニット１５は、制御プログラム１８によって決定されたトルクの複数の理論値を、検出システム２２を介して測定されたトルクの複数の値と繰り返し比較する。本明細書で検討される例において、前述されたように、このタイプのモニタリングは、間接的であり、マニピュレータ１の複数の可動部分に関連付けられた複数の電気モータの理論上の複数の吸収と現実の複数の吸収との間の比較に基づく。この場合にも、特定の比較アルゴリズムは、目的に適しているとみなされる任意の種類であってもよい。例えば、この場合にも、適用可能な基準は、吸収の理論値と吸収の測定値との間の差を計算し、この差が予め定められた閾値に等しいまたはそれより大きいか否か、例えば、加速度の理論値の１０％と等しいか否かを検証することである。
【００４２】
トルクまたは電流吸収の複数の現実値をモニタリングすることは、一方で、衝動的なタイプの影響の迅速で正確な区別を不可能とする。この理由により、本明細書で提案されるアプローチに従って、作業エリア２０に存在するオペレータＨＯまたは他の異物に対するマニピュレータ１の複数の可動部分のあらゆる生じ得る影響を、より簡便かつ即時に検出するという複数の目的のために、システム２１および２２は、互いに相補的なものであるとして理解されるべきである。
【００４３】
システム２１及び／またはシステム２２を介して影響を検出したことを受けて、制御ユニット１５は、マニピュレータ１の構造２の動きの停止を制御し、または、特にその停止前に、例えば、所与の移動のために、その動きの反転を制御する（マニピュレータは、それが予め定められた姿勢をとる、例えば、その構造の複数の部分ができるだけ垂直な位置にくるまで、反転方向に駆動されてもよい）。動きの停止または反転は、影響が検出された後の、オペレータＨＯの安全対策を目的とする。
【００４４】
理解されるように、本発明によれば、自動的に動作する場合であっても、ロボットと、対応するマニピュレータの作業エリアに入ったオペレータとの間で、いかなる場合にも高度な安全性の複数の条件で、高度な連携動作が可能である。
【００４５】
例えば、オペレータＨＯが何らかの理由でエリア２０を移動しなければならない場合、マニピュレータ１の動作は阻害されないが、後者は、その構造が極めて低速で、低加速度及び低エネルギで変位する（低速で動作し、事実、マニピュレータの可動構造は、短時間で高エネルギを生成することができない）ことによって区別される安全動作条件をとることが理解されよう。この安全性スピードは、オペレータＨＯが停止（起立）すること、または、完全な保障をもって、すなわち、高速変位を実行する一切の必要性、または、マニピュレータ１の発生可能な突然の動きを懸念することなく、エリア２０内を動き回ることを可能とする。減速されたスピードは、例えば、マニピュレータに加工材料を渡す、または、加工された部品をマニピュレータから取り出すオペレータにより、または再び、オペレータが手動動作もしくは例えばレンチなどのツールを利用して実行された動作を実行した部品を支持するマニピュレータにより、機械加工作業を実行するという複数の目的のためにも、オペレータとロボットとの間の有効な連携動作を可能とする。
【００４６】
オペレータＨＯがエリア２０から退出したことは、自動モードまたは遠隔モードのような、プログラムによって想定された標準動作に対する最高スピードでの、ロボットの標準的な作業条件にリストアすることを自動的に決定する。
【００４７】
マニピュレータ１の可動部分がオペレータＨＯの体と接触した場合であっても、マニピュレータの低速変位を考慮すると、影響の複数の効果は中程度である。影響の検出を受けて、マニピュレータの動きの即時停止及び／またはその動きの反転を考慮して、人の安全対策は、いかなる場合も高度である。
【００４８】
図４は、本発明に関する部分に限定して、産業用ロボットに対して適用可能な制御プログラムを例示する目的で、簡略化されたブロック図を表す。
【００４９】
ブロック１００は、プログラムの開始、例えば、開始コマンドがユニット１５を介して与えられた場合を表すブロックである。制御は、テストブロック１０１に移り、これを介して、手動モード（プログラミングモード）が選択されているか否かを検証するためのチェックがなされる。そうである（ＹＥＳを出力する）場合、制御は、本発明に関わらずそれら自体が公知である複数のモダリティに従って、ロボットのプログラミング管理のためのブロック１０２に移る。そうではない（ＮＯを出力する）場合、自動モード（自動または遠隔モード）が選択され、次に、制御は、特定のアプリケーションによって定義された作業プログラムに従って、またこの場合にも、本発明に関わらずそれら自体が公知である複数のモダリティに従って、ロボットの動作管理のためのブロック１０３に移る。
【００５０】
次に、制御は、第１の検出システム１９、すなわち、マニピュレータ１の作業エリアを監視するためのシステムをアクティブにするための次のブロック１０４に移る。次のテストブロック１０５を介して、システム１９が作業エリア２０におけるオペレータＨＯの（または、さらに概して、異物の）存在を検出したか否かを検証するためのチェックがなされる。そうではない（ＮＯを出力する）場合、チェックは反復され、そうである（ＹＥＳを出力する）場合、制御は、安全自動動作モードをアクティブにするためのブロック１６に移り、結果的に、マニピュレータの構造の変位スピードを減速する。制御は、次に、検出システム２１および２２によってあらゆる生じ得る影響をモニタリングするためのブロック１０７に移る。
【００５１】
影響が検出されない（ＮＯを出力する）場合、モニタリングは反復され、影響が検出された（ＹＥＳを出力する）場合、制御は、ブロック１０９に移り、これは、先に起こり得るマニピュレータ１の動きの反転または予め定められたあるべき位置への変位の後で、その動きを停止させるためのコマンドに関する。制御は、次に、プログラムを終了させるためのブロック１１０に移る。
【００５２】
既述されたように、図４の図は、それが直感的な態様で提案される制御方法の複数の段階を要約することを目的とする限り、例として提供されるに過ぎない。例えば、実例において、検出システム１９によってなされる制御は、オペレータＨＯがマニピュレータ１の作業エリア２０から退出する場合、ロボットが自律的に安全自動動作モードから出て自動または遠隔モードに戻るように、（図４のブロック１０５で表されるものとは異なり）一定の態様で実行されることが好ましい。
【００５３】
前述されたように、第１の検出システムは、必ずしも複数の画像センサ装置の使用に基づくものではなく、任意の他の存在検出システムが目的のために用いられることが可能である。
【００５４】
図５は、例えば、複数のフォースセンサの使用に基づく存在検出システムの場合を模式的に表す。例示された場合において、マニピュレータ１の作業エリア２０は、プラットフォームまたはベース１９１にカバーされ、これは、プラットフォーム自体の上に、特定の閾値、例えば１ｋｇを上回る重量を有する複数の異物の存在を検出するように設計された複数のフォースセンサまたは複数のロードセル（不図示）に関連付けられる。理解されるように、オペレータＨＯは、プラットフォーム１９１上を移動する場合、自身の存在が上述された複数のフォースセンサを介して検出され、ロボットは、安全自動動作モードで自動的に移動し、その後、オペレータがプラットフォームを去った場合に、自動または遠隔モードに戻る。
【００５５】
図６は、複数の光ビーム装置または複数の光バリア装置、例えば、発せられた複数のビームが少なくとも部分的にマニピュレータ１の作業エリア２０の境界を画定するように構成される複数のレーザスキャナ１９２の使用に基づく存在検出システムの場合を模式的に表す。図６において、複数のスキャナは、側方にエリア２０全体の境界を画定するが、後者は、部分的に複数の金属構造によって、部分的にレーザスキャナを介して境界を画定されてもよい。もちろん、他の複数の装置も、オペレータＨＯによって阻害された場合に、ロボットの安全自動動作モードへの移行を決定する複数の光ビームまたは複数の光バリアを生成するという設計された目的のために、用いられてもよい。このタイプの複数の適用においては、存在検出システムの監視を過度に複雑化しないようにするため、ロボットは、標準的な作業条件（すなわち、自動または遠隔モード）に、手動で、例えば、制御ユニット１５上に意図的に提供された制御手段に対する動作によって、リストアされることが好ましい。
【００５６】
図７は、複数の無線周波数装置、特に、ＲＦＩＤシステムの使用に基づく存在検出システムの場合を模式的に表す。本実施形態において、特定システムは、特に、オペレータＨＯによって運搬されるように構成されるポータブルトランスポンダ１９３を備える。例において、トランスポンダ１９３は、オペレータＨＯが自分の腕につけて運搬するバンド２５に関連付けられる。トランスポンダ１９３は、もちろん、オペレータによって着用または運搬されるべき、例えば、ジャケット、手袋、バッジ、ゴーグル等のような他の複数の物体または複数の衣服に関連付けられてもよい。検出システムは、次に、作業エリア２０内に設置されたトランスポンダリーダ１９４を備える。
【００５７】
この場合、ＲＦＩＤシステム１９３−１９４の送信／受信範囲は、少なくともマニピュレータ１が移動可能な範囲に対応する３次元エリアをカバーするような態様で選択される。
【００５８】
示されたタイプのＲＦＩＤシステムは、異なる監視システム、例えば、前に１９で示されたタイプの複数の画像センサに基づくシステムとの組み合わせで利益をもたらすように用いられてもよい。このような実施形態において、ロボットの制御ロジックは、異なる複数の安全性レベルを実装するように、すなわち、本発明に係るロボットが資格のある複数のオペレータとだけ連携動作を行うことを保証するように、予め設定されてもよい。
【００５９】
例えば、図７を参照すると、ＲＦＩＤシステムは、例えば、実質的にマニピュレータ１の作業エリア２０に対応する、少なくともシステム１９によってカバーされるもの以上の大きさの３次元エリア２０をカバーするように予め設定されてもよい。オペレータがトランスポンダ１９３なしで（すなわち、「非承認」オペレータ）がエリア２０に入った場合、その存在は、いかなる場合もシステム１９によって検出され、制御ユニット１５は、結果的にマニピュレータ１の動きを停止する。代わりに、システム１９によって監視されているエリアに移動してきたオペレータＨＯがトランスポンダ１９３を所持している（つまり、「承認」オペレータである）場合、前述されたように、システムは、ロボットの動作を停止させないが、安全自動動作モードに移行するように、当人は、リーダ１９４を介して認識される。
【００６０】
もちろん、参照されたタイプの複数の無線周波数装置の使用に基づくシステムは、例えば、図５および６を参照して説明されたタイプのシステムのような、複数の画像センサを用いない複数の監視システムとの組み合わせでも使用可能である。
【００６１】
一実施形態において、マニピュレータ１付近で動作するべき複数のオペレータの安全性をさらに向上させることを目的として、好ましくは少なくとも部分的に降伏する構造を有する複数のカバー要素が、後者の１つまたは複数の可動部分に関連付けられてもよい。
【００６２】
この種の例が、図８において模式的に表されており、ここで、マニピュレータ１のアーム５及び前アーム７に関連付けられた複数のカバー要素は、３０で示され、実質的に管状形状を有し、これらは基本的に、上述された複数の部分とオペレータとの間のあらゆる生じ得る影響を軽減する機能を有する。もちろん、与えられた複数のカバー要素３０の具体的な形態は、特に、マニピュレータ１の構造プロファイルへの妨げを顕著に増加させることなくこれらを再現するために、例示されたものと異なってもよい。この種の実施形態において、慣性センサまたは本発明に係るロボットを備える第２の検出システムの複数のセンサは、複数のカバー要素または与えられた複数の要素に関連付けられてもよい。
【００６３】
前述の説明から、本発明の複数の特性が、その複数の利益と同様に、明示されている。
【００６４】
産業用ロボット及び本明細書において例として説明された制御方法に対する多数のバリエーションが、これにより特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってなされ得ることが明らかである。
【００６５】
特に有益な変形実施形態において、本発明に係るロボットの制御ユニットは、複数の慣性センサ２１に基づいて、検出システムを介して測定された複数の加速度値を表す情報を格納するように予め設定される。この測定は、複数の診断目的のために、及びマニピュレータのサービスならびに動作の状態を検証するために、特に有用であることを証明し得る。このため、例えば、ロボットの制御ソフトウェアによって決定された複数の加速度の理論値と、複数のセンサ２１によって実際に検出され、制御ユニット１５に格納され、場合によっては（例えば、複数の平均値を得るために）処理される複数の値と間の定期的な比較が、想定されてもよい。この点で、複数のセンサ２１は、自動または遠隔モードで実行される複数の機械加工作業の過程で、いかなる場合もアクティブ状態を維持されるものとみなされよう。複数の理論値と複数の現実値との間の比較は、制御ユニット１５上に実装され、意図的に提供された診断プログラムを介してなされてもよい。複数の予測値と複数の実測値との間の顕著な複数の乖離の存在は、例えば、自由な動きまたは降伏の開始に起因する、マニピュレータの機械的構造における潜在的な複数の問題を表すものとみなされることがある。
【００６６】
同様の複数の検討が、対応する検出システム２２を介して測定可能な複数のトルク値または複数の電流吸収を表す情報を格納する可能性に関して適用されてもよく、これらも、例えば、その摩耗、自由な動きまたは降伏によるマニピュレータの潜在的な複数の故障条件を推測することを目的として、同種の複数の理論値と比較可能である。
【００６７】
本発明は、異なる複数のサイズ及び複数の負荷の複数の産業用ロボット、ひいては、複数の中程度負荷ロボット（例えば数キログラム）及び複数の高負荷ロボット（例えば数百キログラム）の両方、さらに、本明細書で例示された擬人化されたものとは異なるタイプの複数のロボット、例えば、デカルト構成、円筒構成、極性構成、及びＳＣＡＲＡ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｒｏｂｏｔ  Ａｒｍ）構成のロボットに適用されてもよい。結果的に、マニピュレータの可動構造の複数の剛性部分を接続する複数のジョイントも、ロボットのタイプに従って、複数のトロイダルジョイント、複数の角柱ジョイントまたは複数のらせんジョイントのような、異なるタイプであってもよい。
【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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【外国語明細書】
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