(57)【要約】【課題】移動式人協調型ロボットと人との接触を精度よく検出可能とする。【解決手段】移動式人協調型ロボット１００は、台車上のロボット支持部１２に設けられた力センサ１３と、ロボット本体２の姿勢情報とロボット本体２に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部３１と、ロボット情報に基づきロボット支持部１２に作用する外力を算出する力算出部３２と、力センサ１３により検出された外力Ｆと力算出部３２により算出された外力Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上のとき、または検出された外力の変化量と算出された外力の変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のとき、移動式人協調型ロボット１００と人とが接触したと判定する判定部３３とを備える。【選択図】図２
2016032858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人と強調して作業を行う移動式人協調型ロボットであって、
ロボット支持部を有し、第１アクチュエータの駆動により移動する台車と、
前記台車上の前記ロボット支持部に支持され、第２アクチュエータの駆動により動作するロボット本体と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部に作用する外力を検出する力センサと、
前記ロボット本体の姿勢情報と前記ロボット本体に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部と、
前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する外力を算出する力算出部と、
前記力センサにより検出された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記力センサにより検出された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する判定部とを備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記台車上に設けられ、該台車の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより検出された加速度に基づき、前記力センサにより検出された外力を補正する補正部とをさらに備え、
前記判定部は、前記補正部により補正された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記補正部により補正された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記ロボット支持部に固定され、前記台車を覆う外装と、
前記外装と前記ロボット本体とを覆う保護部材であって、前記外装よりも剛性が低い保護部材とをさらに備え、
前記力センサは、前記保護部材および前記外装を介して前記ロボット支持部に作用する外力を検出することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記判定部により、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定されると、前記台車および前記ロボット本体の動作を停止させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御する制御部をさらに備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項５】
請求項４に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記力センサは、前記ロボット支持部に作用する少なくとも水平方向の外力を検出し、
前記力算出部は、前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する少なくとも水平方向の外力を算出し、
前記所定値は第１所定値であり、さらに該第１所定値よりも小さい第２所定値が予め設定され、
前記制御部は、前記力センサにより検出された水平方向の外力と前記力算出部により算出された水平方向の外力との差が、前記第２所定値よりも大きく、かつ、前記第１所定値よりも小さいとき、前記力センサにより検出された外力が低減する水平方向に前記台車または前記ロボット本体を動作させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項６】
請求項４または５に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記力センサは、互いに同一の値を出力するように配置された第１力センサと第２力センサとを有し、
前記移動式人協調型ロボットは、前記第１力センサからの信号が入力される第１のＣＰＵおよび前記第２力センサからの信号が入力される第２のＣＰＵであって、前記第１力センサからの信号の出力値と前記第２力センサからの信号の出力値とを相互に監視して、両者の差が所定値以上であるか否かを判定する第１のＣＰＵおよび第２のＣＰＵを有し、
前記制御部は、前記第１のＣＰＵおよび前記第２のＣＰＵの少なくとも一方に設けられ、さらに、前記第１のＣＰＵおよび前記第２のＣＰＵにより、前記第１力センサからの信号の出力値と前記第２力センサからの信号の出力値との差が前記所定値以上であると判定されると、前記台車および前記ロボット本体の動作を停止させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記移動式人協調型ロボットの動作範囲内への人の侵入を検出する侵入検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記侵入検出部により人の侵入が検出されないときは、前記ロボット本体および前記台車の最高速度が第１速度となるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御し、前記侵入検出部により人の侵入が検出されると、前記ロボット本体および前記台車の最高速度が前記第１速度よりも低い第２速度となるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
電力供給用のバッテリと、
前記移動式人協調型ロボットの外部と無線で通信する通信部とをさらに有し、
前記台車は、水平方向に走行可能となるように複数の車輪を有し、
前記判定部と前記制御部とは制御ユニットに含まれ、
前記制御ユニット、前記バッテリおよび前記通信部は、それぞれ前記台車に設けられていることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項９】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記台車は、水平方向に延在するレールに沿って移動可能となるように該レール上に設置され、
前記判定部と前記制御部とは、前記台車から離間して配置された制御ユニットに含まれ、
前記制御ユニットは、ケーブルを介して前記台車および前記ロボット本体に接続されていることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項１０】
人と強調して作業を行う移動式人協調型ロボットであって、
ロボット支持部に支持され、アクチュエータの駆動により動作するロボット本体と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部に作用する外力を検出する力センサと、
前記ロボット本体の姿勢情報と前記ロボット本体に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部と、
前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する外力を算出する力算出部と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部で発生する加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより検出された加速度により、前記力センサにより検出された外力を補正する補正部と、
前記補正部により補正された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記補正部により補正された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する判定部とを備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人と強調して作業を行う移動式人協調型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
台車にロボットを搭載してロボットが移動可能に構成される移動式人協調型ロボットにおいては、人とロボットまたは台車とが接触する可能性があり、そのため、接触時の安全性を高める必要がある。ロボットの接触に関しては、従来、ロボットの基部に力センサを設け、力センサによりロボットと外部環境との接触を検出するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１記載のロボットは移動式ロボットではなく、人と台車との接触を考慮していない。
【０００３】
一方、自走ロボットとして、本体の周面にショックセンサを設け、ショックセンサにより障害物との接触を検出するようにした自走ロボットが知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０６３０号公報
【特許文献２】特開２００７−５４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ショックセンサによって自走ロボットと障害物との接触を精度よく検出するためには、多数のショックセンサを設ける必要があり、コストが増大するばかりか、ショックセンサの取付位置や取付姿勢を最適に設定する必要があり、多大な手間を要する。特に、垂直多関節型ロボット等の産業用ロボットにおいては、作業時にロボットが種々の姿勢変化を伴うため、産業用ロボットを自走ロボットとして構成した場合に、ショックセンサにより自走ロボットと障害物との接触を精度よく検出することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様である移動式人協調型ロボットは、ロボット支持部を有し、第１アクチュエータの駆動により移動する台車と、台車上のロボット支持部に支持され、第２アクチュエータの駆動により動作するロボット本体と、ロボット支持部に設けられ、ロボット支持部に作用する外力を検出する力センサと、ロボット本体の姿勢情報とロボット本体に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部と、ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、ロボット支持部に作用する外力を算出する力算出部と、力センサにより検出された外力と力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または力センサにより検出された外力の変化量と力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する判定部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、台車上のロボット支持部に力センサを設け、力センサにより検出された外力とロボット情報から算出された外力との差が所定値以上のとき、または検出された外力の変化量と算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する。これにより、安価な構成により移動式人協調型ロボットと人との接触を容易かつ精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る移動式人協調型ロボットの概略構成を示す側面図。
【図２】図１の移動式人協調型ロボットの制御構成を示すブロック図。
【図３】図２の変形例を示すブロック図。
【図４】図２の別の変形例を示すブロック図。
【図５】図１の変形例を示す移動式人協調型ロボットの側面図。
【図６】図１の別の変形例を示す移動式人協調型ロボットの側面図。
【図７】図６の移動式人協調型ロボットの制御構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る移動式人協調型ロボット１００の概略構成を示す側面図である。移動式人協調型ロボット１００は、走行可能な台車１と、台車１上に載置されたロボット２とを有し、ロボット２は台車１の走行により移動することができる。なお、以下では、移動式人協調型ロボット１００を単にロボットと呼び、ロボット１００とロボット２とを区別するため、ロボット２をロボット本体と呼ぶ。また、以下では、便宜上、台車１の長さ方向（Ｘ方向）、幅方向（Ｙ方向）および高さ方向（Ｚ方向）をそれぞれ前後方向、左右方向および上下方向と定義し、この定義に従い各部の構成を説明する。
【００１０】
台車１は、前後左右方向に延在する略矩形状のフレーム１０を有する。フレーム１０の左右側方には、それぞれ前後一対の車輪１１が取り付けられ、台車１は四輪で走行する。車輪１１は、電動モータの駆動により回転する。フレーム１０の上面には、その前後方向中央部かつ左右方向中央部において、ロボット支持部１２が固定されている。ロボット支持部１２には、力センサ１３が設けられている。力センサ１３は、弾性体に歪ゲージを貼り付けて６軸方向の外力を検出する６軸力センサである。力センサ１３により、ロボット支持部１２に作用するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の外力と、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りおよびＺ軸周りの外力（トルク）を同時に検出することができる。
【００１１】
フレーム１０の上面には、ロボット支持部１２の前方および後方にそれぞれ加速度センサ１４が設けられ、加速度センサ１４により、台車１の走行時の加速度が検出される。フレーム１０の底面には、制御ユニット１５が取り付けられている。ロボット支持部１２の上面には、外装１６が固定されている。外装１６は、台車全体を覆うようにボックス状に設けられ、外装１６の内側に車輪１１、ロボット支持部１２、制御ユニット１５等が配置されている。外装１６は、金属等、剛性の高い材質により構成されている。したがって、外装１６に人や障害物が接触すると、外装１６を介してロボット支持部１２に外力が伝達され、その外力は力センサ１３により検出される。
【００１２】
なお、図示は省略するが、台車１には、制御ユニット１５に電力を供給するバッテリと、ロボット１００の外部と通信する通信部とが設けられている。制御ユニット１５は、通信部を介して外部と通信可能である。制御ユニット１５とバッテリと通信部とが台車１に設けられることで、電力供給用および通信用のケーブルを台車１ら引き延ばす必要がなく、台車１の走行が容易である。
【００１３】
ロボット本体２は、回動可能なアーム２０を有する垂直多関節ロボットであり、アーム先端部に設けられたハンド（不図示）で、ワークを把持することができる。ロボット本体２（アーム、ハンド等）は、サーボモータの駆動により動作する。アーム基端部は、ロボット支持部１２に固定され、アーム２０は、ロボット支持部１２から上方に突設されている。したがって、ロボット本体２に人や障害物が接触すると、ロボット支持部１２に外力が伝達され、その外力は力センサ１３により検出される。台車１の外装１６およびロボット本体２は、全体が保護部材３で覆われている。保護部材３は、外装１６またはロボット本体２が人や障害物に接触したときの人や障害物に作用する外力を軽減するように、外装１６よりも剛性が低い材質によって構成されている。力センサ１３は、保護部材３および外装１６を介してロボット支持部１２に作用する外力を検出する。
【００１４】
図２は、ロボット１００の制御構成を示すブロック図である。制御ユニット１５には、力センサ１３と加速度センサ１４からの信号が入力される。制御ユニット１５は、これらセンサ１３，１４からの信号に基づき所定の処理を実行し、台車走行用の電動モータ２５とロボット駆動用のサーボモータ２６とにそれぞれ制御信号を出力する。制御ユニット１５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるコンピュータを有し、機能的構成として、ロボット情報取得部３１と、力算出部３２と、判定部３３と、補正部３４と、制御部３５とを有する。
【００１５】
ロボット情報取得部３１は、ロボット本体２の姿勢情報とロボット本体２に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得する。例えば、サーボモータ２６に内蔵された回転角検出器からの信号と予め定められたアーム２０の形状を表すアーム構成とに基づき、ロボット本体２の姿勢を算出し、姿勢情報を取得する。また、回転角検出器からの信号に基づき、ロボット本体２の動作加速度を算出するとともに、アーム先端部に設けられた荷重検出器からの信号に基づき、ハンドに把持されたワークの質量を算出し、負荷情報を取得する。なお、負荷情報には、アーム２０、外装１６およびハンドの質量等も含まれる。
【００１６】
力算出部３２は、ロボット情報取得部３１により取得されたロボット情報、すなわちロボット本体２の姿勢情報と負荷情報とに基づき、ロボット支持部１２に作用する外力Ｆｃを算出する。例えばロボット本体２の静止時には、ロボット本体２の姿勢情報からロボット本体２の各部の重心位置を算出し、この重心位置にロボット本体２の各部の重力が作用するものとし、さらにハンドにはワークの重力が作用するものとして外力Ｆｃを算出する。ロボット本体２の動作中は、ロボット本体２の動作加速度を考慮して外力Ｆｃを算出する。
【００１７】
判定部３３は、力センサ１３により検出された外力Ｆ（外力検出値）と力算出部３２により算出された外力Ｆｃ（外力算出値）との差ΔＦが所定値α以上であるか否かを判定する。所定値αは、台車１およびロボット本体２と人との接触の有無を判定するための閾値であり、力算出部３２による外力算出の誤差および力センサ１３による外力検出の誤差等を考慮して決定する。台車１およびロボット本体２が人と接触していないとき、外力検出値Ｆと外力算出値Ｆｃとの差ΔＦは所定値α未満となる。一方、台車１およびロボット本体２のいずれか一方が人と接触すると、力センサ１３の検出値が変化し、外力検出値Ｆと外力算出値Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上となる。これによりロボット１００と人との接触を検出できる。
【００１８】
なお、判定部３３は、外力算出値Ｆｃと外力検出値Ｆとの差ΔＦが所定値α以上のときではなく、力センサ１３により検出された所定時間内における外力Ｆの変化量と力算出部３２により算出された同一の所定時間内における外力Ｆｃの変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のときに、ロボット１００と人とが接触したと判定するようにしてもよい。
【００１９】
補正部３４は、加速度センサ１４により検出された加速度に基づき、力センサ１３により検出された外力Ｆを補正する。すなわち、台車１の加減速時あるいは台車１の移動により台車１が振動しているとき、ロボット本体２が静止している場合であっても、ロボット支持部１２に外力が作用し、力センサ１３による検出値Ｆが変化する。したがって、外力算出値Ｆｃと外力検出値Ｆとの差ΔＦが変化し、判定部３３がロボット１００と人との接触を誤って判定するおそれがある。そこで、補正部３４は、台車１の加減速や振動の影響を取り除くように力センサ１３による検出値Ｆを補正する。
【００２０】
この場合、判定部３３は、補正後の外力Ｆａと外力算出値Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上か否かを判定し、所定値α以上のときに、ロボット１００と人とが接触したと判定する。なお、この構成に代えて、判定部３３が、補正後の所定時間内における外力Ｆの変化量と力算出部３２により算出された同一の所定時間内における外力Ｆｃの変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のときに、ロボット１００と人とが接触したと判定してもよい。
【００２１】
制御部３５は、予め定められたロボット１００の動作プログラムに基づき電動モータ２５とサーボモータ２６とに制御信号を出力する。さらに制御部３５は、判定部３３により、ロボット１００と人とが接触したと判定されると、台車１およびロボット２の動作を停止させるように電動モータ２５とサーボモータ２６とに制御信号（停止信号）を出力する。これによりロボット１００が人に接触すると、ロボット１００は即座に停止するので、安全性に優れる。
【００２２】
なお、制御部３５は、力センサ１３により検出された水平方向の外力Ｆと、これに対応して力算出部３２により算出された水平方向の外力との差ΔＦが、所定値βより大きく、かつ、所定値αよりも小さいときに、外力検出値Ｆが低減する水平方向に台車１またはロボット本体２を動作させるように、電動モータ２５およびサーボモータ２６を制御してもよい。ここで、所定値α、βをそれぞれ第１所定値、第２所定値と定義すると、これらにはα＞βの関係がある。これにより、例えば台車１またはロボット本体２が前方に移動して第２所定値βより大きく、かつ、第１所定値αより小さい外力Ｆが検出されたとき、台車１またはロボット本体２は、移動方向反対側である後方に退避する。このため、ロボット１００と人との接触力を軽減することができ、ロボット１００の停止動作を未然に回避できる。
【００２３】
本発明によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ロボット１００は、台車１上のロボット支持部１２に設けられてロボット支持部１２に作用する外力Ｆを検出する力センサ１３と、ロボット本体２の姿勢情報とロボット本体２に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部３１と、ロボット情報取得部３１により取得されたロボット情報に基づき、ロボット支持部１２に作用する外力Ｆｃを算出する力算出部３２と、外力検出値Ｆと外力算出値Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上のとき、ロボット１００と人とが接触したと判定する判定部３３とを備える。これにより安価な構成によりロボット１００と人との接触を容易かつ精度よく検出することができる。
【００２４】
（２）ロボット１００は、台車上に設けられ、台車１の加速度を検出する加速度センサ１４と、加速度センサ１４により検出された加速度に基づき、力センサ１３により検出された外力Ｆを補正する補正部３４とをさらに備え、判定部３３は、補正された外力Ｆａと外力算出値Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上のとき、ロボット１００と人とが接触したと判定する。これにより、台車１の加減速や振動の影響による外力検出値Ｆの変化を考慮して接触判定を行うことができ、ロボット１００と人との接触を精度よく検出することができる。
【００２５】
（３）判定部３３が、力センサ１３により検出された外力Ｆの変化量と力算出部３２により算出された外力Ｆｃの変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のとき、ロボット１００と人とが接触したと判定する場合、外力算出値Ｆｃと外力検出値Ｆとの差ΔＦに拘わらず、ロボット１００と人との接触を検出することができる。
【００２６】
（４）ロボット１００は、ロボット支持部１２に固定され、台車１を覆う外装１６と、外装１６よりも剛性が低い材質からなり、外装１６とロボット本体２とを覆う保護部材３とを備える。これにより台車１（保護部材３）と人とが接触したときに、保護部材３を介して外装１６に作用する接触力がロボット支持部１２に伝達され、ロボット１００と人との接触を容易に検出することができる。また、仮にロボット１００と人とが接触した場合に、そのショックを保護部材３により低減することができる。
【００２７】
（５）ロボット１００は、判定部３３によりロボット１００と人とが接触したと判定されると、台車１およびロボット本体２の動作を停止させるように電動モータ２５とサーボモータ２６とを制御する制御部３５をさらに備える。これによりロボット１００と人との接触時にロボット１００の動作が即座に停止し、安全性に優れる。
【００２８】
（６）α＞βの関係がある第１所定値α、第２所定値βを予め設定するときに、制御部３５は、力センサ１３により検出された水平方向の外力Ｆと力算出部３２により算出された水平方向の外力Ｆｃとの差ΔＦが、所定値βよりも大きくかつ所定値αよりも小さいときに、検出された外力Ｆが低減する水平方向に台車１またはロボット本体２を動作させるように、電動モータ２５とサーボモータ２６とに制御信号を出力する。この場合には、ロボット１００と人との接触力の増大を防ぐことができ、ロボット１００の停止動作を未然に回避できる。
【００２９】
図３は、図２の変形例を示すブロック図である。図３では、ロボット１００の動作範囲（可動エリア）内への人の侵入を検出する侵入検出部１７が追加されている。侵入検出部１７は、台車１の内部または外部（例えば保護部材３の外側）に設けられたエリアセンサや視覚センサにより構成できる。動作範囲は、例えばロボット１００から所定距離に設定される。
【００３０】
この場合、制御部３５は、侵入検出部１７により人の侵入が検出されないときは、ロボット本体２および台車１の最高速度が第１速度Ｖ１となるように電動モータ２５およびサーボモータ２６を制御する。第１速度Ｖ１は例えば通常時における台車１の速度（通常速度）であり、最高速度を第１速度Ｖ１に設定することは、指令速度に対し実速度を制限しないことを意味する。したがって、指令速度が通常速度である場合、台車１は通常速度で走行する。
【００３１】
一方、侵入検出部１７により人の侵入が検出されると、制御部３５は、ロボット本体２および台車１の最高速度が第１速度Ｖ１よりも低い第２速度Ｖ２となるように電動モータ２５およびサーボモータ２６を制御する。第２速度Ｖ２は、接触時の安全性を考慮した速度（安全速度）であり、例えば第１速度Ｖ１の５０％以下に設定される。したがって、指令速度が通常速度である場合、台車は通常速度よりも低い安全速度で走行し、接触時のショックを軽減することができる。
【００３２】
図４は、図２の別の変形例を示すブロック図である。なお、図４では、制御ユニット１５の機能的構成の図示を一部省略している。図４に示すように、力センサ１３は、互いに同一構成の第１力センサ１３１と第２力センサ１３２とを有する。第１力センサ１３１と第２力センサ１３２は、互いに同一の値を出力するように並んで配置されている。制御ユニット１５は、互いに同一構成の第１のＣＰＵ１５１と第２のＣＰＵ１５２とを有する。第１のＣＰＵ１５１および第２のＣＰＵ１５２の少なくとも一方には、上述の制御部３５が設けられている。第１のＣＰＵ１５１には第１力センサ１３１からの信号が入力され、第２のＣＰＵ１５２には第２力センサ１３２からの信号が入力される。
【００３３】
第１のＣＰＵ１５１および第２のＣＰＵ１５２は、第１力センサ１３１からの信号の出力値と第２力センサ１３２からの信号の出力値とを相互に監視し、両者の差が所定値以上であるか否かを判定する。制御部３５は、力センサ１３１，１３２の出力値の差が所定値以上のときに、台車１およびロボット本体２の動作を停止させるように電動モータ２５およびサーボモータ２６に制御信号を出力する。これにより、一方の力センサ１３の故障等により、出力値が異常になると、ロボット１００が動作を停止するので、安全性に優れる。
【００３４】
図５は、図１の変形例を示すロボット１０１の側面図である。図５では、図１と異なり、フロアにレール４０が延設され、台車１は車輪１１を有さずに、レール４０に沿って移動可能に構成されている。制御ユニット１５は、台車１から離間した位置に固定されている。制御ユニット１５は、電力供給用および通信用のケーブル４１を介してロボット１０１に接続されている。制御ユニット１５の構成は図１と同一であり、制御ユニット１５では上述したのと同様な処理が実行される。図５では、台車１にバッテリや通信部を備える必要がなく、ロボット１０１（特に台車１）を小型化できる。
【００３５】
図６は、図１のさらなる変形例を示すロボット１０２の側面図である。図６の移動式人協調型ロボット１０２は工作機械５０に適用されている。工作機械５０は、例えばオペレータが操作盤５１を操作することで、工具５２を駆動し、テーブル５３に設けられたワーク５４を加工する。ロボット本体２は、工作機械のワーク交換用として構成され、工作機械のフレームに設けられたワーク支持部１２に固定されている。ワーク支持部１２には、ロボット支持部１２に作用する外力を検出する力センサ１３と、ロボット支持部１２で発生する加速度を検出する加速度センサ１８とが設けられている。ロボット本体２の駆動は、制御ユニット１５により制御される。なお、制御ユニット１５を工作機械５０の制御ユニットと兼用することもできる。
【００３６】
図７は、ロボット１０２の制御構成を示すブロック図である。制御ユニット１５は、図２と同様、ロボット情報取得部３１と、力算出部３２と、判定部３３と、補正部３４と、制御部２５とを有する。ロボット情報取得部３１は、ロボット本体２の姿勢情報とロボット本体２に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得する。力算出部１３は、ロボット情報取得部３１により取得されたロボット情報に基づき、ロボット支持部１２に作用する外力Ｆｃを算出する。
【００３７】
補正部３４は、加速度センサ１８により検出された加速度により、力センサ１３により検出された外力Ｆを補正する。判定部３３は、補正部３４により補正された外力Ｆａと力算出部３２により算出された外力Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上、または補正部３４により補正された外力Ｆａの変化量と力算出部３２により算出された外力Ｆの変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のとき、ロボット１０２と人とが接触したと判定する。制御部３５は、判定部３３によりロボット１０２と人とが接触したと判定されると、ロボット本体２の動作を停止させるようにサーボモータ２６に制御信号を出力する。
【００３８】
このようにロボット本体２を支持するロボット支持部１２に加速度センサ１８を設け、力センサ１３の検出値を補正部３４で補正することで、ロボット本体２が工作機械５０から振動を受けるような場合であっても、力センサ１３の検出値からその振動の影響が取り除かれ、ロボット１０２と人との接触を精度よく検出することができる。すなわち、ロボット本体２を工作機械５０に設ける場合や、ロボット本体２の近くで大型の機械が動作している場合には、ロボット支持部１２が振動して力センサ１３の検出値が変化し、ロボット１０２と人との接触を誤検出するおそれがある。この点、ロボット支持部１２に加速度センサ１８を設けて力センサ１３の検出値を補正することで、誤検出のおそれを防止することができる。
【００３９】
上記実施形態および変形例において、以下に述べるようなさらなる変形が可能である。上記実施形態では、台車１にロボット支持部１２を設けるとともに、台車１が電動モータ２５の駆動により移動するようにしたが、電動モータ２５以外により第１アクチュエータを構成してもよく、台車１の構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、ロボット本体２を多関節ロボットとして構成し、サーボモータ２６の駆動によりロボット本体２が動作するようにしたが、台車上のロボット支持部１２に支持され、第２アクチュエータの駆動により動作するのであれば、ロボット本体の構成は上述したものに限らない。ロボット支持部１２に設けられ、ロボット支持部１２に作用する外力Ｆを検出するのであれば、力センサ１３の構成、取付位置および個数等はいかなるものでもよい。
【００４０】
上記実施形態では、力センサ１３の検出値Ｆを補正部３４で補正するようにしたが、補正部３４を省略することもできる。すなわち、力センサ１３により検出された外力Ｆと力算出部３２により算出された外力Ｆｃとの差ΔＦが所定値α以上、または力センサ１３により検出された外力の変化量と力算出部３２により算出された外力の変化量との差ΔＦ１が所定値α１以上のとき、ロボット１００と人とが接触したと判定するのであれば、判定部３３の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、台車１の加速度を検出する加速度センサ１４を、台車上に一対設けたが、加速度センサ１４の個数は１個でもよく、３個以上でもよい。複数の加速度センサ１４を設ける場合には、台車１の詳細な加速度情報を取得することができ、補正部３４により、力センサ１３の検出値を精度よく補正することができる。
【００４１】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    台車
２    ロボット本体
３    保護部材
１２    ロボット支持部
１３    力センサ
１４    加速度センサ
１６    外装
３１    ロボット情報取得部
３２    力算出部
３３    判定部
３４    補正部
３５    制御部
２５    電動モータ
２６    サーボモータ
１００〜１０２    移動式人協調型ロボット
【図１】
2016032858.tif 000003
【図２】
2016032858.tif 000004
【図３】
2016032858.tif 000005
【図４】
2016032858.tif 000006
【図５】
2016032858.tif 000007
【図６】
2016032858.tif 000008
【図７】
2016032858.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月16日(2015.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、人と協調して作業を行う移動式人協調型ロボットに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人と協調して作業を行う移動式人協調型ロボットであって、
ロボット支持部を有し、第１アクチュエータの駆動により移動する台車と、
前記台車上の前記ロボット支持部に支持され、第２アクチュエータの駆動により動作するロボット本体と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部に作用する外力を検出する力センサと、
前記ロボット本体の姿勢情報と前記ロボット本体に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部と、
前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する外力を算出する力算出部と、
前記力センサにより検出された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記力センサにより検出された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する判定部とを備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記台車上に設けられ、該台車の加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより検出された加速度に基づき、前記力センサにより検出された外力を補正する補正部とをさらに備え、
前記判定部は、前記補正部により補正された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記補正部により補正された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記ロボット支持部に固定され、前記台車を覆う外装と、
前記外装と前記ロボット本体とを覆う保護部材であって、前記外装よりも剛性が低い保護部材とをさらに備え、
前記力センサは、前記保護部材および前記外装を介して前記ロボット支持部に作用する外力を検出することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記判定部により、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定されると、前記台車および前記ロボット本体の動作を停止させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御する制御部をさらに備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項５】
請求項４に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記力センサは、前記ロボット支持部に作用する少なくとも水平方向の外力を検出し、
前記力算出部は、前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する少なくとも水平方向の外力を算出し、
前記所定値は第１所定値であり、さらに該第１所定値よりも小さい第２所定値が予め設定され、
前記制御部は、前記力センサにより検出された水平方向の外力と前記力算出部により算出された水平方向の外力との差が、前記第２所定値よりも大きく、かつ、前記第１所定値よりも小さいとき、前記力センサにより検出された外力が低減する水平方向に前記台車または前記ロボット本体を動作させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項６】
請求項４または５に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記力センサは、互いに同一の値を出力するように配置された第１力センサと第２力センサとを有し、
前記移動式人協調型ロボットは、前記第１力センサからの信号が入力される第１のＣＰＵおよび前記第２力センサからの信号が入力される第２のＣＰＵであって、前記第１力センサからの信号の出力値と前記第２力センサからの信号の出力値とを相互に監視して、両者の差が所定値以上であるか否かを判定する第１のＣＰＵおよび第２のＣＰＵを有し、
前記制御部は、前記第１のＣＰＵおよび前記第２のＣＰＵの少なくとも一方に設けられ、さらに、前記第１のＣＰＵおよび前記第２のＣＰＵにより、前記第１力センサからの信号の出力値と前記第２力センサからの信号の出力値との差が前記所定値以上であると判定されると、前記台車および前記ロボット本体の動作を停止させるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記移動式人協調型ロボットの動作範囲内への人の侵入を検出する侵入検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記侵入検出部により人の侵入が検出されないときは、前記ロボット本体および前記台車の最高速度が第１速度となるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御し、前記侵入検出部により人の侵入が検出されると、前記ロボット本体および前記台車の最高速度が前記第１速度よりも低い第２速度となるように前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
電力供給用のバッテリと、
前記移動式人協調型ロボットの外部と無線で通信する通信部とをさらに有し、
前記台車は、水平方向に走行可能となるように複数の車輪を有し、
前記判定部と前記制御部とは制御ユニットに含まれ、
前記制御ユニット、前記バッテリおよび前記通信部は、それぞれ前記台車に設けられていることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項９】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の移動式人協調型ロボットにおいて、
前記台車は、水平方向に延在するレールに沿って移動可能となるように該レール上に設置され、
前記判定部と前記制御部とは、前記台車から離間して配置された制御ユニットに含まれ、
前記制御ユニットは、ケーブルを介して前記台車および前記ロボット本体に接続されていることを特徴とする移動式人協調型ロボット。
【請求項１０】
人と協調して作業を行う移動式人協調型ロボットであって、
ロボット支持部に支持され、アクチュエータの駆動により動作するロボット本体と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部に作用する外力を検出する力センサと、
前記ロボット本体の姿勢情報と前記ロボット本体に作用する負荷情報とを含むロボット情報を取得するロボット情報取得部と、
前記ロボット情報取得部により取得されたロボット情報に基づき、前記ロボット支持部に作用する外力を算出する力算出部と、
前記ロボット支持部に設けられ、該ロボット支持部で発生する加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサにより検出された加速度により、前記力センサにより検出された外力を補正する補正部と、
前記補正部により補正された外力と前記力算出部により算出された外力との差が所定値以上、または前記補正部により補正された外力の変化量と前記力算出部により算出された外力の変化量との差が所定値以上のとき、前記移動式人協調型ロボットと人とが接触したと判定する判定部とを備えることを特徴とする移動式人協調型ロボット。