特許 5926346 人間協調ロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5926346

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】人間協調ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20160516BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/06

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-195143(P2014-195143)

(22)【出願日】2014年9月25日

(65)【公開番号】特開2016-64474(P2016-64474A)

(43)【公開日】2016年4月28日

【審査請求日】2015年8月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】王 悦来

(72)【発明者】

【氏名】内藤 康広

(72)【発明者】

【氏名】有田 創一

【審査官】 佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８８５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０２５２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０７０４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３３１９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットシステムであって、
ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する物理量を直接的又は間接的に検出する検出部と、
前記検出部により検出された物理量を、第１の閾値及び第１の閾値よりも大きい第２の閾値とそれぞれ比較し、前記物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の閾値未満であるときに、前記ロボットを所定の停止方法に従って停止させるとともに、前記物理量が前記第２の閾値以上であるときは、前記ロボットを前記所定の停止方法よりも短時間で停止させる停止指令部と、
を備える、人間協調ロボットシステム。

【請求項2】

前記物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである、請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項3】

前記物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値である、請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項4】

前記物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅である、請求項１に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項5】

ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットシステムであって、
ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する第１の物理量を直接的又は間接的に検出する第１の検出部と、
ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する第２の物理量を直接的又は間接的に検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部により検出される前記第１の物理量を第１の閾値と比較するとともに、前記第２の検出部により検出される前記第２の物理量を第３の閾値と比較し、前記第１の物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の物理量が前記第３の閾値未満であるときに、前記ロボットを所定の停止方法に従って停止させるとともに、前記第１の物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の物理量が前記第３の閾値以上であるときに、前記ロボットを前記所定の停止方法よりも短時間で停止させる停止指令部と、
を備える、人間協調ロボットシステム。

【請求項6】

前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値である、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項7】

前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅である、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項8】

前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項9】

前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値であり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項10】

前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値であり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項11】

前記第１の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅であり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【請求項12】

前記第１の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅であり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である、請求項５に記載の人間協調ロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

安全柵によって人間の作業空間から隔離された作業空間で動作する従来のロボットに対し、近年、ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットの普及が進んでいる。人間協調ロボットは、人間に危害を加えないように安全を確保することが必要である。

【0003】

特許文献１には、ロボット又はロボットに取付けられた作業機器に設置される力センサの検出値が所定の値を超えたときに、ロボットを停止させるか、又は力センサの検出値が小さくなるようにロボットの動作を制御するようにした人間協調ロボットシステムが開示されている。

【0004】

特許文献２には、ロボットアームが障害物に衝突したことを検出する衝突検出装置を備えており、衝突検出装置からの情報に基づいて、ロボット及び障害物に対する機械的ダメージを最小限に抑えるように適切な停止方法を選択的に実行するようにしたロボットシステムが開示されている。具体的には、この公知技術によれば、サーボモータの回転方向と衝突トルクの方向との関係、及びサーボモータの回転速度などの情報に基づいて、急停止処理、柔軟停止処理、又は全軸引戻し処理のいずれかの方法に従って、ロボットを停止させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−０４０６２６号公報

【特許文献2】特開２０１０−１３７３１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に係る公知技術では、ロボットと人間との接触を検知したときにロボットに対して常に所定の動作を実行させる。そのため、例えばロボットに接触した作業者が、急停止するロボットによって危険を感じてしまい、実際には危険性が低いにもかかわらず、作業に支障を来すことがある。種々の停止処理を選択的に実行する特許文献２に係る公知技術においても、ロボットに接触した作業者に安心感を与えるような態様でロボットを停止させることは想定されていない。

【0007】

したがって、ロボット及びロボットの外部環境の安全を確保しながら、人間に安心感を与えるようにロボットを円滑に停止できるように構成された人間協調ロボットシステムが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１番目の発明によれば、ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットシステムであって、ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する物理量を直接的又は間接的に検出する検出部と、前記検出部により検出された物理量を、第１の閾値及び第１の閾値よりも大きい第２の閾値とそれぞれ比較し、前記物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の閾値未満であるときに、前記ロボットを所定の停止方法に従って停止させるとともに、前記物理量が前記第２の閾値以上であるときは、前記ロボットを前記所定の停止方法よりも短時間で停止させる停止指令部と、を備える、人間協調ロボットシステムが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである。
３番目の発明によれば、１番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値である。
４番目の発明によれば、１番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅である。
５番目の発明によれば、ロボット及び人間が作業空間を共有する人間協調ロボットシステムであって、ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する第１の物理量を直接的又は間接的に検出する第１の検出部と、ロボットが外部環境と接触した際にロボットが受ける接触力に応じて変化する第２の物理量を直接的又は間接的に検出する第２の検出部と、前記第１の検出部により検出される前記第１の物理量を第１の閾値と比較するとともに、前記第２の検出部により検出される前記第２の物理量を第３の閾値と比較し、前記第１の物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の物理量が前記第３の閾値未満であるときに、前記ロボットを所定の停止方法に従って停止させるとともに、前記第１の物理量が前記第１の閾値以上であって、かつ前記第２の物理量が前記第３の閾値以上であるときに、前記ロボットを前記所定の停止方法よりも短時間で停止させる停止指令部と、を備える、人間協調ロボットシステムが提供される。
６番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値である。
７番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅である。
８番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクであり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である。
９番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値であり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである。
１０番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクの時間に関する微分値であり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である。
１１番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅であり、前記第２の物理量は、前記ロボットが前記外部環境から受ける力又はトルクである。
１２番目の発明によれば、５番目の発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて、前記第１の物理量は、前記外部環境から受ける力又はトルクの所定の振動数における振動の振幅であり、前記第２の物理量は前記ロボットの速度である。

【0009】

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る人間協調ロボットシステムによれば、ロボットが外部環境と接触したときの接触力に応じて変化する物理量に基づいて、停止時間が異なる停止方法を選択的に適用してロボットを停止させる。すなわち、ロボットの周囲の作業者に対する危険性が高いときには、ロボットを急停止させるとともに、危険性が低いときにはロボットを円滑に停止させる。それにより、ロボット及び外部環境の安全を確保しつつ、作業者に安心感を与えるような円滑停止を可能にする人間協調ロボットシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る人間協調ロボットシステムにおいて使用されるロボットの構成例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る人間協調ロボットシステムの機能ブロック図である。

【図3】検出部により検出される物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図4】検出部により検出される物理量が外力の微分値である場合の例を示すグラフである。

【図5A】検出部により検出される物理量が外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。

【図5B】検出部により検出される物理量が外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。

【図6】第２の実施形態に係る人間協調ロボットシステムにおいて、検出部の構成を示す機能ブロック図である。

【図7A】検出部により検出される第１の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図7B】検出部により検出される第２の物理量が外力の微分値である場合の例を示すグラフである。

【図8A】検出部により検出される第１の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図8B】検出部により検出される第２の物理量が外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。

【図9A】検出部により検出される第１の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図9B】検出部により検出される第２の物理量がロボットの速度である場合の例を示すグラフである。

【図10A】検出部により検出される第１の物理量が外力の微分値である場合の例を示すグラフである。

【図10B】検出部により検出される第２の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図11A】検出部により検出される第１の物理量が外力の微分値である場合の例を示すグラフである。

【図11B】検出部により検出される第２の物理量がロボットの速度である場合の例を示すグラフである。

【図12A】検出部により検出される第１の物理量が外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。

【図12B】検出部により検出される第２の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図13A】検出部により検出される第１の物理量が外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。

【図13B】検出部により検出される第２の物理量がロボットの速度である場合の例を示すグラフである。

【図14】第１の変形例において、検出部により検出される物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図15A】第２の変形例において、検出部により検出される第１の物理量が外力である場合の例を示すグラフである。

【図15B】第２の変形例において、検出部により検出される第２の物理量がロボットの速度である場合の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

【0013】

図１は、本発明に係る人間協調ロボットシステム（以下、単に「ロボットシステム」という。）の構成例を示す図である。ロボットシステム１０は、ロボット３及び人間が作業空間を共有することを意図して構成されている。ロボット３は、例えば図示されるような６軸の垂直多関節ロボットである。しかしながら、ロボット３は、他の任意の構成を有する公知のロボットであってもよい。ロボット３は、各関節軸に設けられたサーボモータ３３（幾つかのサーボモータのみが図示される）によって、所望の位置及び姿勢を有するように動作する。ロボット３の各サーボモータ３３は、通信ケーブル５などの公知の通信手段を介して制御装置４から送出される制御指令に従って駆動される。

【0014】

ロボット３は、アーム３１の先端の手首３２に取付けられたエンドエフェクタ（図示せず）によって所望の作業を実行できるようになっている。エンドエフェクタは、用途に応じて交換可能な外部装置であり、例えば対象物を把持するハンド、溶接ガン、工具などである。

【0015】

ロボット３は、ロボット３の動作状態を検出する各種センサ（図示せず）を備えている。センサには、例えばロボット３に作用する外力を検出する力センサ、ロボット３の各関節軸に作用するトルクを検出するトルクセンサ、ロボット３の加速度を検出する加速度センサ、サーボモータ３３の回転位置を検出するエンコーダ、その他三次元測定器などが含まれるものの、それらには限定されない。各種センサは、ロボット３の機体内部に内蔵されていてもよいし、ロボット３の機体外部に取付けられてもよい。

【0016】

制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、並びに表示デバイス及び入力デバイスなどの外部装置との間で信号ないしデータを送受信するインタフェースなどを含むハードウェア構成を有するデジタルコンピュータである。図２は、一実施形態に係るロボットシステム１０の機能ブロック図である。図示されるように、制御装置４は、指令作成部４１と、検出部４２と、停止指令部４３と、を備えている。

【0017】

指令作成部４１は、ロボット３に対する制御指令を作成する。制御指令は、例えばＲＯＭに記憶されたロボットプログラム４４に従ってロボット３に所定の作業を実行させるように作成される。また、指令作成部４１は、後述する停止指令部４３から送出される信号に従って、ロボット３を安全のために停止させる停止指令を作成する。

【0018】

検出部４２は、ロボット３に設けられる種々のセンサ６と協働して、ロボット３の動作状態に関連付けられる物理量を検出する。検出部４２によって検出される物理量は、ロボット３が外部環境（例えばロボット３の周囲の物体又は作業者）と接触したときに生じる接触力に応じて変化する物理量である。検出部４２により検出される物理量は、ロボット３が受ける接触力の大きさに応じて増減する性質を有しており、例えばロボット３に作用する外力（力又はトルク）、時間に関する外力の微分値、外力の振動の振幅、ロボット３の速度などである。検出部４２は、それら物理量を、センサ６の検出値から直接的に取得するか、或いはセンサ６の検出値に基づいて、演算によって間接的に取得する。

【0019】

停止指令部４３は、検出部４２によって検出される所定の物理量と、予め定められる閾値を比較し、その比較結果に基づいてロボット３を急停止させるべきか否か、又は円滑停止させるべきか否かを判定する。「急停止」は、ロボット３を可及的速やかに停止させる停止処理を意味する。他方、「円滑停止」は、急停止に比べて、より長い停止時間をかけてロボット３を円滑に停止させる停止処理を意味する。円滑停止を実行するとき、制御装置４は、例えば減速度を所定の値以下に制限したり、或いはロボット３と外部環境との間に作用する接触力が小さくなるような方向にロボット３を退避させたりしてロボット３を円滑に停止させる。

【0020】

一実施形態によれば、停止指令部４３は、検出部４２により検出される物理量が、第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ第２の閾値Ｔｈ２未満であるときに、ロボット３を円滑停止させるように、所定の信号を指令作成部４１に送出する。また、物理量が第２の閾値Ｔｈ２以上であるときは、ロボット３を急停止させるように、対応する信号を指令作成部４１に送出する。なお、物理量が第１の閾値Ｔｈ１未満のときは、ロボット３と外部環境との接触が生じていないとみなす。この場合、停止指令部４３から信号が指令作成部４１に送出されず、ロボット３はロボットプログラム４４の内容に従って所定の作業を継続する。

【0021】

前述した実施形態に係るロボットシステム１０においては、検出される物理量の大きさに応じてロボット３の停止動作が選択的に実行されるので、接触による危険度が高いときにはロボット３が速やかに停止し、ロボット及び作業者の安全を確保しながら、接触による危険度が比較的低いときには、作業者に対して安心感を与えるような態様でロボット３が円滑停止する。それにより、ロボット及び外部環境の安全を確保しながら、作業者が安心して作業できる作業環境を提供できるようになる。

【0022】

図３〜図６を参照して第１の実施形態に係るロボットシステム１０における停止指令部４３によるロボット３の停止方法の選択について説明する。

【0023】

図３は、検出部４２により検出される物理量がロボット３に作用する外力（力又はトルク）である場合の例を示すグラフである。ロボット３に作用する外力は、例えばロボット３の手首３２、若しくはロボット３のベース（床面に固定される非可動部）などのロボット３の機体に設けられる力センサ、又はロボット３の関節軸に設けられるトルクセンサなどによって検出される。検出部４２により検出される外力は、ロボット３が外部環境に接触したときにロボット３が受ける反作用力である。そのため、検出部４２により検出される外力が増大するのに従って、外部環境、例えば作業者の危険性は増大することが推定される。

【0024】

図３のグラフの横軸は時間、縦軸は外力を表している。グラフの点線は第１の閾値Ｔｈ１、破線は第２の閾値Ｔｈ２を示している。図示される例において、時間ｔ１において、検出部４２により検出される外力が第１の閾値Ｔｈ１に達する。したがって、停止指令部４３は、時間ｔ１においてロボット３が外部環境に接触したとみなし、ロボット３を円滑停止させるように指令作成部４１に信号を送出する。

【0025】

図示された例では、ロボット３を円滑停止させた結果、外力は第２の閾値Ｔｈ２を超えることなく、ロボット３を停止することができた。他方、ロボット３を円滑停止させようとしたにもかかわらず、外力が第２の閾値Ｔｈ２以上に達した場合、停止指令部４３は指令作成部４１に信号を送出し、ロボット３を急停止させる。なお、複数の力センサ又は複数のトルクセンサが用いられる場合、いずれか１つのセンサにおいてロボットと外部環境との接触が検出されたときに、ロボット３の停止処理が実行される。

【0026】

図４は、検出部４２により検出される物理量が、ロボット３に作用する外力（力又はトルク）の時間に関する微分値である場合の例を示すグラフである。図４のグラフの横軸は時間、縦軸は外力の微分値を表している。この場合、検出部４２は、センサ６により検出されるロボット３に作用する外力に基づいて、外力の微分値を演算する。外力の微分値は、ロボット３が外部環境に接触したときの接触力の大きさに対する相関関係を有する。例えば、ロボット３と接触する外部環境が柔軟な物体（例えば人間の身体）である場合、物体が変形することにより一部の力が吸収される。その結果、外力の変化量、すなわち外力の微分値が小さくなる。他方、物体が剛性の高い材料から形成される場合、ロボット３と接触したときに物体が変形しないので、外力の変化量、すなわち外力の微分値が大きくなる。そのため、外力の微分値が増大するのに従って、ロボット３と外部環境との接触による危険性は増大する傾向にあるといえる。

【0027】

図４のグラフの点線は第１の閾値Ｔｈ１、破線は第２の閾値Ｔｈ２を示している。図示される例において、時間ｔ１において、検出部４２により検出される外力の微分値が第１の閾値Ｔｈ１以上の値をとる。したがって、停止指令部４３は、時間ｔ１においてロボット３が外部環境に接触したとみなし、ロボット３を円滑停止させるように指令作成部４１に信号を送出する。他方、円滑停止を実行したにもかかわらず、外力の微分値が第２の閾値Ｔｈ２以上に達した場合、停止指令部４３は指令作成部４１に信号を送出し、ロボット３を急停止させる。

【0028】

図５Ａ及び図５Ｂは、検出部４２により検出される物理量がロボット３に作用する外力の振動の振幅である場合の例を示すグラフである。図５Ａの横軸は時間、縦軸は外力を表している。図５Ａのグラフに示される外力はノイズを含んでおり、比較的小さな振幅を伴って振動している。ロボット３が外部環境と接触したとき、ロボット３の振動が増大し、その結果として、所定の振動数における外力の振動の振幅が増大する。

【0029】

図５Ｂのグラフの縦軸は、図５Ａの外力から演算により求められる所定の振動数における外力の振動の振幅を表している。すなわち、本実施形態によれば、検出部４２は、センサ６からの外力の検出値に基づいて、外力の振動の振幅を演算する。外力停止指令部４３は、外力の振動の振幅が第１の閾値Ｔｈ１以上に達した時間ｔ１において、ロボット３を円滑停止させるように信号を指令作成部４１に送出する。また、外力の振動の振幅がＴｈ２以上に達した場合には、ロボット３と外部環境との接触による危険性が高いとみなして、停止指令部４３は、ロボット３を急停止させるように信号を指令作成部４１に送出する。

【0030】

図６は、第２の実施形態に係るロボットシステム１０において、検出部４２の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態において、ロボットシステム１０は、二種類の異なる物理量（以下、「第１の物理量」、「第２の物理量」という。）に基づいて、ロボット３の停止動作を制御する。検出部４２は、図示されるように第１の検出部４２ａ及び第２の検出部４２ｂを備えている。第１の検出部４２ａ及び第２の検出部４２ｂは、第１の物理量及び第２の物理量をそれぞれ検出する。第１の物理量及び第２の物理量は、それぞれロボット３が外部環境と接触したときの接触力に応じて変化する物理量である。第１の物理量及び第２の物理量は互いに異なる物理量であるものの、同一のセンサ６から直接的又は間接的にそれぞれ取得されてもよい。或いは、第１の物理量及び第２の物理量は、互いに別個のセンサからそれぞれ取得されてもよい。

【0031】

本実施形態によれば、停止指令部４３は、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときに、ロボット３を円滑停止させるように、所定の信号を指令作成部４１に送出する。また、停止指令部４３は、第１の物理量が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ第２の物理量が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときに、ロボット３を急停止させるように、対応する信号を指令作成部４１に送出する。図７Ａ〜図１３Ｂを参照して、本実施形態の適用例を説明する。

【0032】

図７Ａ及び図７Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量が外力の微分値である場合の例をそれぞれ示している。すなわち、図７Ａのグラフの縦軸は外力であり、図７Ｂのグラフの縦軸は外力の微分値である。図７Ａに示されるように、第１の検出部４２ａにより検出される外力は時間ｔ１において第１の閾値Ｔｈ１に達する。したがって、停止指令部４３は、時間ｔ１においてロボット３が外部環境と接触したと判定する。その場合、停止指令部４３は、図７Ｂに示される外力の微分値と第３の閾値Ｔｈ３とを比較し、ロボット３を円滑停止すべきか、又は急停止すべきかを判定する。

【0033】

すなわち、停止指令部４３は、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力の微分値が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させるとともに、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力の微分値が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0034】

図８Ａ及び図８Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量が所定振動数における外力の振動の振幅である場合の例をそれぞれ示している。本実施形態によれば、停止指令部４３は、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力の振動の振幅が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、停止指令部４３は、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力の振動の振幅が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。図示された例の場合、図８Ｂに示されるように、外力の振動の振幅が第３の閾値Ｔｈ３未満である。したがって、停止指令部４３は、ロボット３を円滑停止させるように対応する信号を指令作成部４１に送出する。

【0035】

図９Ａ及び図９Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量がロボット３の速度である場合の例をそれぞれ示している。ロボット３が外部環境と接触するとき、ロボット３の速度の大きさに従って、接触時の衝撃は大きくなる。したがって、ロボット３の速度が増大するのに従って、ロボット３及び外部環境に対する危険性が増大するとみなすことができる。ロボット３の速度は、例えば加速度センサの検出値、又は各々のサーボモータ３３に対して設けられるエンコーダなどの検出値に基づいて、演算により求められる。

【0036】

すなわち、本実施形態によれば、停止指令部４３は、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、停止指令部４３は、外力が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0037】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力の時間に関する微分値であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量がロボット３に作用する外力である場合の例をそれぞれ示している。すなわち、停止指令部４３は、外力の微分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、停止指令部４３は、外力の微分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0038】

図１１Ａ及び図１１Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力の時間に関する微分値であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量がロボット３の速度である場合の例をそれぞれ示している。すなわち、停止指令部４３は、外力の微分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、停止指令部４３は、外力の微分値が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0039】

図１２Ａ及び図１２Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量が所定の振動数における外力の振動の振幅であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量がロボット３に作用する外力である場合の例をそれぞれ示している。すなわち、停止指令部４３は、外力の振動の振幅が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、外力の振動の振幅が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつ外力が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0040】

図１３Ａ及び図１３Ｂは、第１の検出部４２ａにより検出される第１の物理量が所定の振動数における外力の振動の振幅であり、第２の検出部４２ｂにより検出される第２の物理量がロボット３の速度である場合の例をそれぞれ示している。すなわち、停止指令部４３は、外力の振動の振幅が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３未満であるときには、ロボット３を円滑停止させる。また、外力の振動の振幅が第１の閾値Ｔｈ１以上であって、かつロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３以上であるときには、ロボット３を急停止させる。

【0041】

別の実施形態において、物理量を３つ以上の閾値と比較して、ロボット３の停止動作を段階的に制御してもよい。図１４は、この思想を第１の実施形態に適用した変形例を説明するグラフである。図１４には、第１〜第６の閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ６が破線で示されている。停止指令部４３は、検出部４２により検出される物理量、すなわちこの場合における外力が、いずれの２つの閾値の間の範囲に含まれるかに応じて段階的に停止処理を実行する。すなわち、制御装置４は、例えば、外力が第４の閾値Ｔｈ４と第５の閾値Ｔｈ５との間に含まれる場合、外力が第３の閾値Ｔｈ３と第４の閾値Ｔｈ４との間に含まれる場合よりも短時間でロボット３が停止するように停止方法を選択して実行する。したがって、指令作成部４１は、停止指令部４３から送出される信号に従って、検出部４２によって検出される外力が増大するのに応じて、より短時間でロボット３を停止させるように停止指令を作成する。

【0042】

図１５Ａ及び図１５Ｂは、図１４を参照して説明した思想を第２の実施形態に適用した変形例を説明するグラフである。図示された例においては、第１の検出部４２ａ（図６参照）により検出される第１の物理量がロボット３に作用する外力であり、第２の検出部４２ｂより検出される第２の物理量がロボット３の速度である。停止指令部４３は、第１の検出部４２ａによって検出される外力が第１の閾値Ｔｈ１以上である場合に、ロボット３の速度が第３の閾値Ｔｈ３〜第８の閾値Ｔｈ８のいずれの閾値を超えたかに応じて信号を指令作成部４１に対して送出する。指令作成部４１は、停止指令部４３から送出される信号に従って、ロボット３の速度が増大するのに応じて、段階的により短時間でロボット３を停止させるように停止指令を作成する。

【0043】

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

【符号の説明】

【0044】

１０ 人間協調ロボットシステム
３ ロボット
３１ アーム
３２ 手首
３３ サーボモータ
４ 制御装置
４１ 指令作成部
４２ 検出部
４２ａ 第１の検出部
４２ｂ 第２の検出部
４３ 停止指令部
４４ ロボットプログラム
５ 通信ケーブル
６ センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15A】

【図15B】