特許 6105674 ロボットと人間との接触力を監視するロボットシステム

(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】6105674

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】ロボットと人間との接触力を監視するロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20170316BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/06

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-108918(P2015-108918)

(22)【出願日】2015年5月28日

(65)【公開番号】特開2016-221607(P2016-221607A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2016年4月15日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(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】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(72)【発明者】

【氏名】中山 一隆

(72)【発明者】

【氏名】藤田 淳哉

(72)【発明者】

【氏名】井之上 陽一

【審査官】 木原 裕二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０２１２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２４７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１１８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４４２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１４２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１８０９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

Ｇ０１Ｌ １／００−１／２６，２５／００

Ｇ０５Ｂ １９／１８−１９／４１６，１９／４２−１９／４２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボット（１０）と、前記ロボット（１０）に掛かる荷重を検出する荷重検出装置（１２）と、前記ロボット（１０）を制御するロボット制御装置（２０）と、を備えたロボットシステムであって、
前記荷重検出装置（１２）は温度を検出する複数の温度検出素子を内蔵しており、
前記ロボット制御装置（２０）は、前記複数の温度検出素子のうちの少なくとも二つの温度検出素子から出力される検出温度の差が第３の閾値を超えるか否かを監視し、前記検出温度の差が前記第３の閾値を超えた場合に、前記ロボット（１０）の動作を停止させるようにした、ロボットシステム。

【請求項2】

前記ロボット制御装置（２０）は、
前記複数の前記温度検出素子のうちの少なくとも一つの前記温度検出素子から出力される検出温度が第１の閾値を超えた場合に、前記ロボット（１０）の動作を停止させるようにした、請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記ロボット制御装置（２０）は、前記複数の前記温度検出素子のうちの少なくとも一つの温度検出素子から出力される検出温度について、所定の時間あたりの温度上昇量が第２の閾値を超える量である場合に、前記ロボット（１０）の動作を停止させるようにした、請求項１または２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記複数の前記温度検出素子は、種類が異なる少なくとも２つの前記温度検出素子を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人間と作業空間を共有して作業を行う人間協調ロボットシステムに関する。特に、本発明は、ロボットと人間との接触力を監視して人間の安全を確保するロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

産業用ロボットおいては、人間の安全を確保するため、ロボットの可動領域の周囲に安全柵を設置して、人間がロボットの可動領域に立入ることを制限している。しかし近年、安全柵に代って人間の安全を十分に確保できる何らかの処置が行われた産業用ロボットに対しては、人間と作業空間を共有して作業を実施できることとなった。このため、そのようなロボット、いわゆる人間協調ロボットの要望が高まってきている。

【0003】

人間協調ロボットシステムを使用することにより、人間とロボットとが同じ空間内で別々の作業を実施したり、あるいは、ロボットにより把持されたワークに対して人間が作業を実施したりすることが可能となる。但し、人間協調ロボットを使用する場合、人間とロボットとが作業空間を共有しているため、人間がロボットと接触して負傷してしまうことを防止する必要がある。そこで、ロボットアームに力センサを取付けて人間とロボットとの接触力を監視する方法が採用されている。より具体的には、力センサにより所定の閾値を超える接触力が検出されたとき、ロボットの動作を停止させる、あるいは接触力を軽減する方向にロボットを動作させることが行われている。

【0004】

なお、人間の安全を確保するために、特許文献１および特許文献２は、ロボット周囲の温度に応じてロボットの動作を制御する技術を開示している。
特許文献１（特許第４６５００６２号公報）には、ロボットを駆動する複数のモータのエンコーダにそれぞれ温度センサを設け、各温度センサの温度データを用いてロボットの位置決め精度を補正するロボット制御装置が開示されている。
また、特許文献２（特許３０６７３６３号公報)には、各種の異常状態を感知する複数のセンサを備えた移動可能なロボットであって、センサの一つとして温度センサを備え、温度センサの測定値が所定の値を超えた場合に異常を報知するロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６５００６２号公報

【特許文献2】特許第３０６７３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来技術において、接触力を検出するための力センサは、力センサボディと、力センサボディに貼付けられた電気抵抗式歪ゲージとを備えている。そして、力センサボディをロボットアームに設置し、力センサボディの歪量を歪ゲージにより検出することにより、その検出値に基づき、ロボットアームに作用した力の方向および大きさを認識している。このため、歪ゲージが貼付けられる力センサボディの材料には、衝撃力に対して比較的強い材料が選択されており、一般的には金属が使用されている。

【0007】

したがって、金属製の力センサボディの体積は、ロボット周囲の温度変化に起因して変化する場合がある。その場合、温度変化に起因する力センサボディの体積変化量が、ロボットアームに作用した力に起因する力センサボディの歪量に追加されてしまう。
言い換えると、ロボット周囲の温度が第１の値から第２の値に変化した場合、それぞれの値の温度においてロボットアームに対して同じ力が作用していたとしても、力センサの検出値は第１の値と第２の値との間で大きく相違してしまうことがある。

【0008】

特に、人間協調ロボットシステムにおいては、力センサにより検出された接触力が所定の閾値を超えたとき、ロボットの動作を停止するか、あるいは接触力を軽減するようにロボットを動作させている。このため、ロボットと人間との接触時に身体に対する危害が軽減されるように、上記の閾値を可能な限り小さい値に設定することが理想となる。
しかし、前述したように、同一の力に対する力センサの検出値は温度に応じて変化するので、温度に起因する検出値の変化を考慮に入れて上記の閾値を設定する必要がある。これにより、力センサがこれまで検出できていた力よりも大きい力がロボットに加わらなければ、力センサは人間とロボットとが接触したことを検出できなくなるおそれがある。その結果、ロボットが人間に危害を与えるリスクが高まってしまう問題が発生する。

【0009】

なお、特許文献１および特許文献２は、ロボット周囲の温度に応じてロボットの動作を制御する方法を開示しているが、ロボットと人間との接触力の検出精度に係る問題を全く認識していないものである。

【0010】

そこで本発明は、上述したような問題点に鑑み、ロボットと人間とが協調して作業を行う際に、ロボットが人間に危害を与えるリスクを最小限に抑えることができるロボットシステム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】

本発明の第一の態様によれば、ロボットと、ロボットに掛かる荷重を検出する荷重検出装置と、ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えたロボットシステムが提供される。さらに、第一の態様のロボットシステムにおいて、荷重検出装置は温度を検出する少なくとも一つの温度検出素子を内蔵しており、ロボット制御装置は、温度検出素子から出力される検出温度に基づいて、温度検出素子が故障しているか否かを判断、または周囲温度の上昇により荷重検出装置の検出精度を確保できない状態にあるか否かを判断し、温度検出素子が故障している、または周囲温度の上昇により荷重検出装置の検出精度を確保できない状態にあると判断した場合にはロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。この第一の態様により上述の課題が解決される。しかし、本発明は、第一の態様に限られず、以下の第二ないし第七の態様のいずれかのロボットシステムを提供することもできる。

【0012】

本発明の第二の態様によれば、第一の態様のロボットシステムであって、ロボット制御装置は、検出温度が第１の閾値を超えた場合に、ロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。

【0013】

本発明の第三の態様によれば、第一または第二の態様のロボットシステムであって、ロボット制御装置は、検出温度について所定の時間あたりの温度上昇量が第２の閾値を超える量である場合に、ロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。

【0014】

本発明の第四の態様によれば、ロボットと、ロボットに掛かる荷重を検出する荷重検出装置と、ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えたロボットシステムであって、荷重検出装置は温度を検出する複数の温度検出素子を内蔵しており、ロボット制御装置は、複数の温度検出素子のうちの少なくとも二つの温度検出素子から出力される検出温度の差が第３の閾値を超えるか否かを監視し、その検出温度の差が第３の閾値を超えた場合に、ロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。

【0015】

本発明の第五の態様によれば、第四の態様のロボットシステムであって、ロボット制御装置は、複数の温度検出素子のうちの少なくとも一つの温度検出素子から出力される検出温度が第１の閾値を超えた場合に、ロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。

【0016】

本発明の第六の態様によれば、第四または第五の態様のロボットシステムであって、ロボット制御装置は、複数の温度検出素子のうちの少なくとも一つの温度検出素子から出力される検出温度について、所定の時間あたりの温度上昇量が第２の閾値を超える量である場合に、ロボットの動作を停止させるようにした、ロボットシステムが提供される。

【0017】

本発明の第七の態様によれば、第四または第五の態様のロボットシステムであって、複数の温度検出素子は、種類が異なる少なくとも２つの温度検出素子を含む、ロボットシステムが提供される。

【発明の効果】

【0018】

本発明の第一の態様によれば、ロボットに掛かる荷重を検出する荷重検出装置には温度検出素子が内蔵されている。そして、ロボット制御装置は、温度検出素子から出力される検出温度に基づき、ロボットの動作を停止させるか否かを判定するようになっている。このため、荷重検出装置の検出値が周囲温度の変化に起因して変動する可能性が有る場合、ロボットが人間に危害を与えるリスクを考慮して、ロボットを停止させることが可能となる。それにより、人間協調ロボットシステムにおいて最も重要な機能である安全性を高めることができる。

【0019】

本発明の第二の態様によれば、ロボット制御装置は、温度検出素子から出力される検出温度が第１の閾値を超える場合に、ロボットの動作を停止させるようにしている。そのため、その第１の閾値を、ロボットが人間に危害を与えるリスクが高まる温度値に設定すれば、そのようなリスクを最小限にすることが可能となる。

【0020】

本発明の第三の態様によれば、ロボット制御装置は、温度検出素子の検出温度について、所定の時間あたりの温度上昇量が第２の閾値を超える量である場合に、ロボットの動作を停止させるようにしている。つまり、ロボット周囲の急激な温度上昇によって荷重検出装置の検出値が不正確になる場合には、ロボットが人間に危害を与えるリスクが高まる。そのような場合、即座にロボットの動作を停止できるため、人間に危害を与えるリスクを最小限にすることが可能となる。

【0021】

本発明の第四の態様によれば、荷重検出装置には複数の温度検出素子が内蔵され、それらの温度検出素子のうちの少なくとも二つの温度検出素子から出力される検出温度の差が第３の閾値を超えた場合に、ロボットの動作を停止させるよう判断される。それにより、何れかの温度検出素子に異常がある場合にロボットの動作を停止できるので、更に人間に対する安全性を高めることが可能となる。

【0022】

本発明の第五の態様によれば、第四の態様において、荷重検出装置に内蔵された複数の温度検出素子のうちの少なくとも一つの温度検出素子から出力される検出温度が第１の閾値を超える場合にも、ロボットの動作が停止されるようになっている。このため、第４の態様に対して更に人間に対する安全性を高めることが可能となる。

【0023】

本発明の第六の態様によれば、第四または第五の態様において、ロボット周囲の急激な温度上昇によって荷重検出装置の検出値が不正確になる場合に、即座にロボットの動作を停止できるため、更に人間に対する安全性を高めることが可能となる。

【0024】

本発明の第七の態様によれば、荷重検出装置に内蔵される複数の温度検出素子には、種類が異なる少なくとも２つの温度検出素子が含まれている。それにより、荷重検出装置は、様々な環境において常に安定した力検出を行えるものとなる。さらに、そのような荷重検出装置をロボットに設けることにより、様々な環境に対して安全性の高い人間協調ロボットシステムを提供することができる。

【0025】

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態の人間協調ロボットシステムの側面図である。

【図2】図１に示される人間協調ロボットシステムのロボット制御装置の構成要素を示すブロック図である。

【図3A】第３実施形態の力センサの斜視図である。

【図3B】図３Ａ中の点線Ｘにより囲まれた部分の拡大図である。

【図3C】図３Ａに示される力センサの側面図である。

【図4A】第４実施形態の力センサの斜視図である。

【図4B】図４Ａ中の点線Ｘにより囲まれた部分の拡大図である。

【図4C】図４Ａに示される力センサの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。

【0028】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の人間協調ロボットシステムの側面図を示している。図１に示される人間協調ロボットシステム１においては、人間９とロボット１０とが協調作業を行うため、互いに接近している。

【0029】

ロボット１０は垂直多関節型マニピュレータである。ロボット１０を床部Ｌに設置するため、床部Ｌ上には固定プレート１１が固定されている。そして、固定プレート１１上に力センサ１２が配置され、さらに、力センサ１２上にロボット１０のロボットベース１３が配置されている。

【0030】

力センサ１２は、ロボット１０に掛かる荷重を検出する荷重検出装置として使用される。力センサ１２内には、外力に起因する力センサ１２の歪を検出する歪検出器、例えば歪ゲージ、特に半導体歪ゲージが含まれている。より具体的には、力センサ１２は、力センサボディと、力センサボディに貼付けられた歪ゲージとを備えている。このような力センサ１２は、ロボット１０に作用する外力を計測して外力計測値を出力する。なお、力センサ１２はロボットベース１３、またはロボット１０の他の部分、例えばロボットアーム１４間の関節部に取付けられていてもよい。
さらに、力センサ１２は複数の温度検出素子、例えば温度センサを内蔵している（図３Ａ、図４Ａなど参照）。

【0031】

ロボット１０におけるロボットアーム１４の先端にはロボット手首フランジ１５が取付けられている。ロボット手首フランジ１５の先端には把持ハンド１６が設けられている。ロボット１０の把持ハンド１６は、所定の位置に在るワークＷを把持し、ロボット１０がワークＷを目的の場所まで移動させた後にワークＷを解放する。

【0032】

図１に示されるようにロボット１０の近傍には、人間９を検出する人間検出部１８が設置されている。人間検出部１８はエリアセンサであり、二次元の検出領域１９を形成する。そして、人間検出部１８は、人間９または他の障害物が検出領域１９にあるか否かを確認する。なお、人間検出部１８はロボット制御装置２０に接続されている。

【0033】

さらに、ロボット１０はロボット制御装置２０に接続されている。ロボット制御装置２０はデジタルコンピュータであり、ロボット１０の動作を制御する。

【0034】

図２は第１実施形態のロボット制御装置２０内の構成を示すブロック図である。
図２を参照すると、ロボット制御装置２０は、力センサ１２により出力された外力計測値を監視する外力計測値状態監視部２１と、力センサ１２により出力された外力計測値から補正値を減算して力検出値を算出する力検出値算出部２２と、力検出値算出部２２から出力されてくる力検出値の状態を常時監視する力検出値状態監視部２３とを含んでいる。

【0035】

ロボット制御装置２０はさらに、ロボット動作制御部２４とロボット内モータ制御部２５とを備える。
ロボット動作制御部２４は、ロボット１０の動作状態、例えば停止状態、加速状態、減速状態、一定速度運動状態などと、力検出値状態監視部２３が監視している力検出値の状態とを常に比較しながら、ロボット１０を動作させる。
ロボット内モータ制御部２５は、ロボット動作制御部２４からの指令に応じて、ロボット１０の各軸のモータ（不図示）を制御する。また、ロボット制御装置２０に接続された出力部２９は必要とされる場合にアラームを出力する。

【0036】

さらに、ロボット制御装置２０の力検出値状態監視部２３は、補正値更新部３１、力検出値記憶部３２、更新許可部３３、ロボット停止部３４、および力検出値用閾値変更部３５を含んでいる。

【0037】

補正値更新部３１は、所定の条件が成立しているときの力検出値を、力検出値算出部２２が力検出値を算出するときの補正値として更新する。補正値更新部３１が行う補正値の更新処理は、力センサ１２のリセットと言い換えることが可能である。上記の所定の条件には、人間検出部１８によりロボット１０近傍に人間９が居ないことが検出されている場合が含まれる。

【0038】

力検出値記憶部３２は、上記の所定の条件が成立したときの力検出値を記憶する。なお、力検出値記憶部３２は、所定の条件が成立した場合に、力検出値算出部２２が力検出値を算出する度に力検出値を順次記憶するようにしてもよい。

【0039】

更新許可部３３は、人間検出部１８によりロボット１０近傍に人間９が居ないことが検出された場合には、補正値更新部３１が行う補正値の更新処理を許可する。

【0040】

ロボット停止部３４は、補正値更新部３１により更新された後の力検出値が停止用閾値を超える場合には、ロボット１０を減速または停止させる。なお、ロボット停止部３４は、ロボット制御装置２０のロボット動作制御部２４に含まれていても良い。

【0041】

力検出値用閾値変更部３５は、補正値更新部３１によって補正値が更新されてからの経過時間に応じて力検出値用閾値を変更する。例えば、ロボット１０の動作を開始させてから所定時間の間は力検出値が安定しないことがあり、その場合に、力検出値用閾値を第１の値に設定しておき、所定時間を経過したら力検出用閾値を第２の値に変更する。

【0042】

また、ロボット制御装置２０の外力計測値状態監視部２１は故障判定部３６を含んでいる。この故障判定部３６は、力センサ１２に含まれる歪検出器が検出した歪量が所定の適正範囲内に収まるか否かを監視し、該適正範囲に収まらない場合は、力センサ１２が故障している、または異常な歪量が検出されていると判定する。

【0043】

ロボット制御装置２０の温度状態監視部３７もまた、故障判定部３８を含んでいる。この故障判定部３８は、力センサ１２に含まれる温度検出素子、すなわち温度センサが検出した温度が所定の判定基準を満たすか否かを監視し、所定の判定基準を満たさない場合は、温度センサが故障している、または異常な温度が検出されていると判定する。
故障判定部３６、３８のうちの少なくとも一方が故障または異常と判定された場合、ロボット制御装置２０はロボット１０を即座に停止させ、ロボット制御装置２０に接続された出力部２９はアラームを出力する。アラームとしては、光、音、および音声などを単独で、あるいは任意に組合せて使用することができる。

【0044】

さらに、第１実施形態においては、温度状態監視部３７の故障判定部３８での判定基準を４５℃に設定している。それにより、故障判定部３８は、力センサ１２内の温度センサから出力される検出温度が４５℃を超えた場合には、ロボット１０を即座に停止させる。

【0045】

つまり、ロボット１０が人間に危害を与えるリスクが高まる温度値を開発者によりあらかじめ実験などで算出し、その算出された温度値を温度状態監視部３７の故障判定部３８の判定基準とする。そして、力センサ１２内の温度センサにより検出された温度が判定基準の温度を超えたとき、即座にロボット１０が停止するので、人間に危害を与えるリスクを最小限に抑えることが可能となる。

【0046】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。但し、第２実施形態を含む、以下の各実施形態においては、第１実施形態と同じ構成要素には同一符号を使用して、第１実施形態とは異なる点を主に説明することとする。
第２実施形態においては、第１実施形態に対して、温度状態監視部３７の故障判定部３８が、力センサ１２内の温度センサから出力される検出温度から所定の時間あたりの温度上昇量を算出するようになっている。それから、故障判定部３８は、その温度上昇量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、所定の閾値を超えている場合には、ロボット１０を即座に停止させる。

【0047】

例えば、上記した所定の時間は１分であり、この１分間に力センサ１２の温度センサから出力される検出温度の上昇量が１℃を超えた場合には、故障判定部３８はロボット１０を即座に停止させる。
つまり、同一の力に対する力センサ１２の外力測定値がロボット１０周囲の温度に応じて大きく変化することがある。このため、力センサ１２内の温度センサから出力される検出温度が１分間に１℃上昇した場合には、力センサ１２の外力測定値を信用できない状況になったと判断することができる。例えば、力センサ１２内の温度センサに何らかの異常が発生したか、あるいは何らかの要因によって力センサ１２近傍に高温の熱源が発生したとき、力センサ１２の検出精度を確保できなくなる。第２実施形態では、そのような力センサ１２の検出精度を確保できない状態になれば即座にロボット１０の動作を停止させるため、人間に危害を与えるリスクを最小限に抑えることが可能となる。

【0048】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を説明する。図３Ａは第３実施形態の力センサ１２の斜視図、図３Ｂは図３Ａ中の点線Ｘにより囲まれた部分の拡大図、図３Ｃは図３Ａに示される力センサ１２の側面図である。
力センサ１２は、図３Ａに示されるように、力センサボディ２００と、力センサボディ２００にそれぞれ貼付けられた複数の荷重検出要素、例えば歪ゲージ２１２、２２２と、を備えている。さらに、図３Ｂに示されるように、力センサ１２は複数の被荷重検出部２１１、２２１を有しており、第１の被荷重検出部２１１において、一つの歪みゲージ２１２の近位に２個の温度センサ２１３、２１４が配置されている。同様に、第２の被荷重検出部２２１において、一つの歪みゲージ２２２の近位に二つの温度センサ２２３、２２４が配置されている。なお、二つの温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）の配置場所については、図３Ｂに示した場所に代わり、歪ゲージ２１２（または２２２）を間に挟む二つの場所に二つの温度センサが配置されてもよい。

【0049】

さらに、第１の被荷重検出部２１１に配置される二つの温度センサ２１３、２１４としては同じタイプの温度センサが使用されている。したがって、第１の被荷重検出部２１１に配置された二つの温度センサ２１３、２１４は、正常な状態では同じ検出温度を出力する。同様に、第２の被荷重検出部２２１に配置される二つの温度センサ２２３、２２４にも同じタイプの温度センサが使用されている。したがって、第２の被荷重検出部２２１に配置された二つの温度センサ２２３、２２４は、正常な状態ではほぼ同じ検出温度を出力する。言い換えれば、同じタイプの温度センサから出力される検出温度が温度センサの個体差による差以上に異なるならば、少なくとも一方の温度センサは異常な環境下に置かれているか、または故障の状態にある。

【0050】

そのため、図２に示した温度状態監視部３７は、各々の被荷重検出部２１１（または２２１）に配置された二つの温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）の検出値の差が所定の閾値を超えるか否かを監視している。そして、それら二つの温度センサの検出値の差が所定の閾値、例えば２℃を超えた場合には、温度状態監視部３７の故障判定部３８は、ロボット１０を即座に停止させる。
上記のように各々の被荷重検出部２１１（または２２１）に同じタイプの複数の温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）を設けることにより、各被荷重検出部２１１、２２１のより細かな温度変化に応じてロボット１０の動作を停止させることができる。したがって、第３実施形態は、第２実施形態と比べて、さらに人間に対する安全性を高めることができる。

【0051】

なお、力センサボディ２００は衝撃力に対して比較的強い必要があるため、その材料には金属が使用されている。そして、力センサボディ２００は、図３Ａおよび図３Ｃに示されるように環状部材２００ａと円板状部材２００ｂとを対向させ、それらを４本の柱部２０１により互いに連結したような形状に形成されている。この実施形態においては、柱部２０１は４本となっているが、必ずしも４本でなくてもよいのは言うまでもない。環状部材２００ａと円板状部材２００ｂとが相対的に移動したときに柱部２０１が変形する。このため第３実施形態では、柱部２０１の垂直面に被荷重検出部２１１が設けられ、柱部２０１の水平面に被荷重検出部２２１が設けられている。また、図３Ｂに示される被荷重検出部２１１、２２１を、図３Ａに示すように４本の柱部２０１のそれぞれに設けることにより、力センサボディ２００の局所的な温度上昇を検出することも可能である。

【0052】

さらに、第３実施形態の力センサ１２をロボット１０（図１参照）に使用する場合には、環状部材２００ａをロボットベース１３に固定し、円板状部材２００ｂを固定プレート１１に固定すればよい。

【0053】

また、第３実施形態においては、各々の被荷重検出部２１１（または２２１）に配置された複数の温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）のうちの少なくとも一つから出力された検出温度が４５℃を超えた場合、故障判定部３８は、ロボット１０を即座に停止させるようにしてもよい。つまり、力センサ１２に内蔵された複数の温度センサのうちの一つでも異常な温度を示した場合、何れかの温度センサが故障した可能性が高いとと判断し、ロボット１０を即座に停止させる。あるいは、複数の温度センサが異常な温度を示した場合は、周囲温度が上がり過ぎて、正常な力検出ができない状況になったと判断し、ロボット１０を即座に停止させる。このため、詳細な外力を得るために力センサ１２が複数の被荷重検出部２１１、２２１を備える人間協調ロボットシステム１であっても、人間に危害を与えるリスクを最小限に抑えることが可能となる。

【0054】

さらに、第３実施形態においては、各々の被荷重検出部２１１（または２２１）に配置された複数の温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）のうちの少なくとも一つから出力される検出温度の１分間当たりの上昇量が１℃を超えた場合には、故障判定部３８はロボット１０を即座に停止させるようにしてもよい。このように力センサ１２内に在る複数の温度センサの検出温度に基づいてロボット１０を制御することにより、人間に危害を与えるリスクを最小限に抑えることが可能となる。

【0055】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態を説明する。図４Ａは第４実施形態の力センサ１２の斜視図、図４Ｂは図４Ａ中の点線Ｘにより囲まれた部分の拡大図、図４Ｃは図４Ａに示される力センサ１２の側面図である。
第４実施形態の力センサ１２は、力センサボディ２００の柱部２０１に複数の被荷重検出部３１１、３２１を設けている点では第３実施形態と同じである。第４実施形態では、第３実施形態と比べて、各々の荷重検出部３１１、３２１に在る温度センサの数および耐環境性能が異なる。

【0056】

具体的には、図４Ｂに示すように、一つの被荷重検出部３１１（または３２１）において、一つの歪みゲージ３１２（または３２２）の近位に四つの温度センサ３１３、３１４、３１５、３１６（または３２３、３２４、３２５、３２６）が配置されている。なお、四つの温度センサ３１３、３１４、３１５、３１６（または３２３、３２４、３２５、３２６）は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、歪ゲージ３１２（または３２２）を取囲むように配置されている。

【0057】

さらに、第１の被荷重検出部３１１内の四つの温度センサ３１３、３１４、３１５、３１６のうちの、二つの温度センサ３１３、３１４は、耐水性または耐油性を有する同じタイプの温度センサである。残りの二つの温度センサ３１５、３１６は、耐熱性を有する同じタイプの温度センサである。同様に、第２の被荷重検出部３２１内の四つの温度センサ３２３、３２４、３２５、３２６のうちの、二つの温度センサ３２３、３２４は、耐水性または耐油性を有する同じタイプの温度センサである。残りの二つの温度センサ３２５、３２６は、耐熱性を有する同じタイプの温度センサである。なお、前述した第三実施形態においては、図３Ｂに示されている二つの温度センサ２１３、２１４（または２２３、２２４）は同じタイプの温度センサであってもよいし、異なるタイプの温度センサであってもよい。
このように耐水、耐油、耐熱などといった耐環境性が異なる少なくとも二種類の温度センサを設けることにより、力センサ１２が様々な環境において常に安定した力検出を行えるものとなる。それにより、様々な環境に対して安全性の高い人間協調ロボットシステムを提供することができる。なお、耐環境性を有する温度センサとしては、上記した耐水、耐油、または耐熱を有するものの他に、防塵または耐衝撃を備えるものを使用してもよい。

【0058】

また、温度センサとしては、力センサボディ２００の温度を直接検出する熱電対タイプを使用する場合がある。その場合、複数の温度センサのうちの少なくとも一つの温度センサとして、非接触タイプ、例えば赤外線エネルギを受光して温度を検出するタイプを使用することが好ましい。
熱電対タイプの温度センサは何らかの要因により、力センサボディ２００から剥離してしまい、温度センサが機能しなくなる可能性がある。これに対し、非接触タイプの温度センサは力センサボディ２００に直接接触させる必要がないので、温度センサの剥離といった問題は発生しない。一般的に非接触タイプの温度センサは非常に高価なため、全部の温度センサを非接触タイプにするとコストが上がってしまう。しかし、複数の温度センサのうちの一部に非接触タイプを使用することにより、コストを下げることが可能となる。

【0059】

なお、上述した各実施形態では、歪ゲージを荷重検出要素として使用する例を示したが、本発明に適用可能な荷重検出要素は、歪ゲージに限定されない。本発明は、周囲温度の変化に起因して検出値が変動する可能性が有る荷重検出要素を備えた産業用ロボットであれば、如何なるものにも適用可能である。

【0060】

また、以上では、ロボット１０として垂直多関節型マニュピレータを図示して本発明を説明したが、本発明はそのようなマニュピレータに限定されず、直角座標ロボット、円筒座標ロボット、および極座標ロボットにも適用できる。

【0061】

さらに、以上では典型的な実施形態を示したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲で上述の実施形態を様々な形、構造や材料などに変更可能である。

【符号の説明】

【0062】

１ 人間協調ロボットシステム
９ 人間
１０ ロボット
１１ 固定プレート
１２ 力センサ
１３ ロボットベース
１４ ロボットアーム
１５ ロボット手首フランジ
１６ 把持ハンド
１８ 人間検出部
１９ 検出領域
２０ ロボット制御装置
２１ 外力計測値状態監視部
２２ 力検出値算出部
２３ 力検出値状態監視部
２４ ロボット動作制御部
２５ ロボット内モータ制御部
３１ 補正値更新部
３２ 力検出値記憶部
３３ 更新許可部
３４ ロボット停止部
３５ 力検出値用閾値変更部
３６、３８ 故障判定部
３７ 温度状態監視部
２００ 力センサボディ
２００ａ 環状部材
２００ｂ 円板状部材
２０１ 柱部
２１１、２２１、３１１、３２１ 被荷重検出部
２１２、２２２、３１２、３２２ 歪ゲージ
２１３、２１４、２２３、２２４、３１３、３１４、３１５、３１６、３２３、３２４、３２５、３２６ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】