特許 6364096 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】6364096

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/06 20060101AFI20180712BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/06

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-565608(P2016-565608)

(86)(22)【出願日】2014年12月26日

(86)【国際出願番号】JP2014006512

(87)【国際公開番号】WO2016103308

(87)【国際公開日】20160630

【審査請求日】2017年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 雅之

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 利彦

(72)【発明者】

【氏名】大髭 充

(72)【発明者】

【氏名】小林 礼貴

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８８５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２０４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０８００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−５４７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０４８４４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００６７１２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１８３６８０（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】

作業者とロボットとが共存して作業を行うためのロボットシステムであって、
複数のリンクが関節によって連結されてなるロボットアームを備えたロボットと、
前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、
前記ロボットアームが物体と衝突したことを検知してロボットアームを停止させる衝突停止部と、を備え、
前記ロボットアームに対して、高速動作領域及び低速動作領域が設定されており、
前記制御部は、前記高速動作領域では第１最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させ、前記低速動作領域では前記第１最大速度より低い第２最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成され、
前記衝突停止部は、前記高速動作領域と前記低速動作領域との間で、前記高速動作領域における衝突検知感度が前記低速動作領域における衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されている、ロボットシステム。

【請求項2】

前記衝突停止部は、前記高速動作領域における衝突検知感度がゼロになるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記ロボットアームの動作領域のうち、作業者の作業領域に近い部分が前記低速動作領域として設定され、前記低速動作領域以外の部分が前記高速動作領域として設定されている、請求項１又は２に記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記制御部は、全部分が前記高速動作領域に位置する前記リンクを第１最大速度以下の速度において動作させ、少なくとも一部分が前記低速動作領域に位置する前記リンクを第２最大速度以下の速度において動作させるよう構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記高速動作領域と前記低速動作領域との間に１以上の中間速動作領域が前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって順に並ぶように設定され、
前記制御部は、前記１以上の中間速動作領域では、前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって前記第１最大速度より低い第３最大速度から前記第２最大速度より高い第４最大速度に順に低くなるそれぞれの最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボットシステム。

【請求項6】

前記衝突停止部は、前記高速動作領域、前記１以上の中間速動作領域、及び前記低速動作領域において、前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって順にそれぞれにおける衝突検知感度が高くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されている、請求項５に記載のロボットシステム。

【請求項7】

前記制御部は、前記高速動作領域、前記１以上の中間速動作領域、及び前記低速動作領域における互いに隣接する２つの領域において、その対応する最大速度が高い方の領域（以下、相対的高速動作領域という）からその対応する最大速度が低い方の領域（以下、相対的低速動作領域という）へ前記ロボットアームを移動させる場合には、前記２つの領域の境界より手前から前記相対的低速動作領域に対応する最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させ、前記相対的低速動作領域から前記相対的高速動作領域へ前記ロボットアームを移動させる場合には、前記２つの領域の境界より手前から前記相対的高速動作領域に対応する最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成されている、請求項５又は６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、作業者とロボットとが共存して作業を行うためのロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、産業用のロボットシステムでは、ロボットと人間が同じ作業空間で同時に作業を行うことがないように人間とロボットの作業空間を完全に分離するための安全柵が設置されるのが一般的である。安全柵によって、ロボットの動作中には、人間がロボットの可動範囲内に物理的に侵入できないようにして人間の安全が確保されている。これを支える技術として例えば次のようなものがある。特許文献１では、ロボットと人とが物の受け渡しを行う受渡領域に人が進入したことを検知した際に、受渡領域にロボットの動作を制限する制限領域を設定する。また、特許文献２では、ロボットのアーム先端の座標値に対して制限領域を設定し、この制限領域との距離に基づき速度を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８０７２５号公報

【特許文献2】特開平１１−３４７９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年では、生産ラインにロボットを導入して、ロボットが人間と同じラインで作業をすることにより、生産性の向上を実現させたいといった要望がある。

【0005】

しかし、上記従来技術では、ロボットと同じラインで作業する作業者の安全性を確保するためには、安全柵等を設置する必要があり、ロボットの導入コストが上昇し、好ましくない。このように、従来技術では、生産ラインにロボットを導入して、ロボットが人間と同じラインで作業をする場合、安全性に課題がある。

【0006】

そこで、本発明では、作業者とロボットとが共存して作業を行うためのロボットシステムにおいて、作業者の安全性と作業能率の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る、ロボットシステムは、作業者とロボットとが共存して作業を行うためのロボットシステムであって、複数のリンクが関節によって連結されてなるロボットアームを備えたロボットと、前記ロボットアームの動作を制御する制御部と、前記ロボットアームが物体と衝突したことを検知してロボットアームを停止させる衝突停止部と、を備え、前記ロボットアームに対して、高速動作領域及び低速動作領域が設定されており、前記制御部は、前記高速動作領域では第１最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させ、前記低速動作領域では前記第１最大速度より低い第２最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成され、前記衝突停止部は、前記高速動作領域と前記低速動作領域との間で、前記高速動作領域における衝突検知感度が前記低速動作領域における衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されている。

【0008】

一般に、ロボットアームが物体と衝突したことを検知する衝突検知においては、衝突検知感度を高くする（衝突であると判定すべき閾値信号レベルを低くする）程、ノイズ等に起因する誤検知の確率（以下、誤検知率という）が高くなり、且つ、ロボットアームの動作速度が高くなる程、誤検知率が高くなる。

【0009】

上記構成に従えば、衝突停止部が、高速動作領域と低速動作領域との間で、高速動作領域における衝突感度が低速動作領域における衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替えるので、高速動作領域と低速動作領域との間で衝突検知感度を切り替えない場合に比べて、高速動作領域と低速動作領域との間で誤検知率を一定に維持しつつ、高速動作領域の最大動作速度を低速動作領域に対して相対的に高くすることができる。

【0010】

従って、ロボットアームの動作領域のうち作業者の作業領域に近い部分を低速動作領域として設定するとともに低速動作領域における衝突検知感度を可能な限り高く設定することにより、作業者が万一ロボットアームに接触した場合でも、ロボットアームが低速度で作業者に衝突して感度良く停止するようにすることができ、その一方、高速動作領域において可能な限りロボットアームを高速度で動作させることができる。その結果、高速動作領域と低速動作領域との間で衝突検知感度を切り替えない場合に比べて、作業者の安全性を高めることができるとともに作業能率を高くすることができる。

【0011】

前記衝突停止部は、前記高速動作領域における衝突検知感度がゼロになるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されていてもよい。上記構成に従えば、衝突の誤検知を考慮する必要がないので、ロボットアームの性能が許す限度まで、高速動作領域においてロボットアームを高速度で動作させて作業能率を高くすることができる。

【0012】

上記ロボットシステムでは、前記ロボットアームの動作領域のうち、作業者の作業領域に近い部分が前記低速動作領域として設定され、前記低速動作領域以外の部分が前記高速動作領域として設定されていてもよい。

【0013】

上記構成に従えば、作業者が万一ロボットアームに接触した場合でも、ロボットアームが低速度で作業者に衝突して感度良く停止するようにすることができる。

【0014】

前記制御部は、全部分が前記高速動作領域に位置する前記リンクを第１最大速度以下の速度において動作させ、少なくとも一部分が前記低速動作領域に位置する前記リンクを第２最大速度以下の速度において動作させるよう構成されていてもよい。

【0015】

上記構成に従えば、より確実に作業者の安全を確保することができる。

【0016】

前記高速動作領域と前記低速動作領域との間に１以上の中間速動作領域が前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって順に並ぶように設定され、前記制御部は、前記１以上の中間速動作領域では、前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって前記第１最大速度より低い第３最大速度から前記第２最大速度より高い第４最大速度に順に低くなるそれぞれの最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成されていてもよい。

【0017】

上記構成によれば、ロボットアームの最大速度を徐々に切り替えることができる。

【0018】

前記衝突停止部は、前記高速動作領域、前記１以上の中間速動作領域、及び前記低速動作領域において、前記高速動作領域から前記低速動作領域に向かって順にそれぞれにおける衝突検知感度が高くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されていてもよい。

【0019】

上記構成によれば、衝突検知感度を徐々に切り替えることができる。
前記制御部は、前記高速動作領域、前記１以上の中間速動作領域、及び前記低速動作領域における互いに隣接する２つの領域において、その対応する最大速度が高い方の領域（以下、相対的高速動作領域という）からその対応する最大速度が低い方の領域（以下、相対的低速動作領域という）へ前記ロボットアームを移動させる場合には、前記２つの領域の境界より手前から前記相対的低速動作領域に対応する最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させ、前記相対的低速動作領域から前記相対的高速動作領域へ前記ロボットアームを移動させる場合には、前記２つの領域の境界より手前から前記相対的高速動作領域に対応する最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成されていてもよい。

【0020】

上記構成によれば、相対的高速動作領域から相対的低速動作領域へロボットアームを移動させる場合には、ロボットアームが相対的低速動作領域へ入る前に低速動作に切り替わるので、最大速度にヒステリシス特性を特たせない場合に比べて安全性を向上させることができ、一方、相対的低速動作領域から相対的高速動作領域へロボットアームを移動させる場合には、ロボットアームが相対的高速動作領域へ入る前に高速動作に切り替わるので、最大速度にヒステリシス特性を特たせない場合に比べて作業能率を高くすることができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、安全性を確保しつつ人間と共存作業が可能なロボットシステムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係るロボットシステムの構成を示す斜視図である。

【図2】図１のロボットアームの関節構造を模式的に示す図である。

【図3】図１のロボットシステムの平面図である。

【図4】図１のロボットシステムの制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図１のロボットアームの衝突検出処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

【0024】

図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの構成を示す斜視図である。図１に示すように、ロボットシステム１は、ロボット本体（以下、単にロボットという）２と、ロボット２を制御する制御装置３とを含む。ロボットシステム１は、作業者とロボット２とが共存して作業を行うためのシステムである。

【0025】

ロボット２は、複数のリンクが関節によって連結されてなるロボットアームを備えたロボットであればよい。本実施の形態では、ロボット２は、同軸双腕型のスカラロボットである。ロボット２は、基台９上に配置された下アーム１０と、下アーム１０の上に配置された上アーム１２を備える。下アーム１０は、第１リンク１０ａ及び第２リンク１０ｂが関節によって連結されて構成される。上アーム１２は、第１リンク１２ａ及び第２リンク１２ｂが関節によって連結されて構成される。

【0026】

制御装置３は、ロボット２と制御線（図示しない）を介して接続され、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。制御装置３は単一の装置とは限らず、複数の装置で構成されてもよい。本実施形態では、制御装置３は、例えば、台車４に収容される。台車４は、直方体のボックス形状の本体４ａと、本体４ａの上部に取り付けられた取っ手４ｂと、本体４ａの底面の四隅に設けられた車輪４ｃを備える。

【0027】

図２は、下アーム１０と、上アーム１２の関節構造を模式的に示す図である。図２に示すように、下アーム１０は、回転関節である第１軸２１及び第２軸２２と、並進（直動）関節である第３軸２３の３自由度を有する。上アーム１２は、回転関節である第４軸２４及び第５軸２５と、並進（直動）関節である第６軸２６の３自由度を有する。

【0028】

下アーム１０では、基台９の上面に支持部材１０ｓが設けられ、水平に延在する第１リンク１０ａの一端部が基台９に鉛直な回転軸線を有する第１軸２１を介して支持部材１０ｓと連結される。第１リンク１０ａの他端部は、鉛直な回転軸線を有する第２軸２２を介して第２リンク１０ｂの一端と連結される。第２リンク１０ｂは水平に延在する。第２リンク１０ｂの他端部には、鉛直な並進方向を有する第３軸２３を介して第１エンドエフェクタ１１が連結される。これにより、第１エンドエフェクタ１１は、第２リンク１０ｂの先端部で、第３軸２３により昇降可能に構成される。

【0029】

上アーム１２では、下アーム１０の第１リンク１０ａの上面に支持部材１２ｓが設けられ、水平に延在する第１リンク１２ａの一端部が鉛直な回転軸線を有する第４軸２４を介して支持部材１２Ｓに連結される。第４軸２４は、その回転軸線が第１軸２１の回転軸線と一致するように配置される。第１リンク１２ａの他端部は、鉛直な回転軸線を有する第５軸２５を介して第２リンク１２ｂの一端と連結される。第２リンク１２ｂは水平に延在する。第２リンク１２ｂの他端部には、鉛直な並進方向を有する第６軸２６を介して第２エンドエフェクタ１３が連結さる。これにより、第２エンドエフェクタ１３は、第２リンク１２ｂの先端部で、第６軸２６により昇降可能に構成される。第１エンドエフェクタ１１の基準位置と第２エンドエフェクタ１３の基準位置は、互いに同じ水平位置に設定される（図１参照）。

【0030】

下アーム１０及び上アーム１２を構成する各軸２１〜２６は、サーボ機構（図示しない）により駆動される。サーボ機構は、アームを変位駆動するための駆動部と、駆動部の動力をアームに伝達するための伝達機構とを含む。本実施の形態では、駆動手段は、電動モータ、例えばサーボモータによって実現される。つまり、下アーム１０及び上アーム１２は、サーボ機構により、制御装置３の指令に従って運動するように構成される。つまり、制御装置３は、サーボモータを位置制御することにより、下アーム１０と上アーム１２の動作を任意の速度で制御するように構成される。ここで、上アーム１２の第４軸２４は、支持部材１２Ｓ及び下アーム１０の第１リンク１０ａを介して下アームの第１軸２１に回転軸線を共有するように接続されているので、第１軸２１の回転を相殺するように回転した上で所与の回転を行うよう制御される。

【0031】

図３は、ロボットシステム１の平面図である。図３に示すように、ロボットシステム１は、例えば、生産ラインに導入され、作業者と同じラインで作業をするように構成されている。ロボットシステム１のロボット２は基準座標系（以下、ベース座標系という）を持っている。この座標系は、例えば、基台９の設置面と下アーム１０の第１軸２１（図２参照）の回転軸線との交点が原点であり、第１軸２１の回転軸線がＺ軸であり、Ｚ軸に直交する任意の軸がＸ軸であり、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸がＹ軸である。ロボット２の下アーム１０及び上アーム１２に対する動作領域２０は、このベース座標系を基準として設定される。本実施形態では、動作領域２０は、平面視で矩形であって、ロボット２の正面に配置された作業台５を覆うように設定される。作業台５の上には、例えば、４種類のワークＷ１、Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が配置されている。ロボット２は、動作領域２０において作業者と同様な作業を行うように構成されている。動作領域２０の左右両側の領域は、それぞれ作業者が作業台５の上で各自の作業を行う作業領域である。例えば左側に位置する作業者が、ロボット２に材料部材Ｗ１を供給する。ロボット２は供給された材料部材Ｗ１に対して、第１の部品Ｗ２及び第２の部品Ｗ３を取り付けて、加工品Ｗ４を完成させる。右側に位置する作業者は、完成された加工品Ｗ４に対して次の作業行程を行う。

【0032】

制御装置３は、下アーム１０及び上アーム１２が動作領域２０において動作するよう下アーム１０及び上アーム１２の動作を制御する。動作領域２０は、高速動作領域２０Ｈ及び低速動作領域２０Ｌを含む。低速動作領域２０Ｌは、動作領域２０における作業者の作業領域に近い部分であって、平面視で矩形の領域に設定される。動作領域２０における低速動作領域２０Ｌ以外の部分であって、平面視で矩形の領域が高速動作領域２０Ｈとして設定される。本実施形態では、低速動作領域２０Ｌは、高速動作領域２０Ｈの左右両側の領域に各々設定される。

【0033】

制御装置３は、高速動作領域２０Ｈでは第１最大速度以下の速度において下アーム１０及び上アーム１２を動作させ、低速動作領域２０Ｌでは第１最大速度より低い第２最大速度以下の速度において下アーム１０及び上アーム１２を動作させるように構成される。低速動作領域２０Ｌでの第２最大速度は、例えば、ＩＳＯ１０２１８−１に低速制御として規定されている２５０ｍｍ／ｓに設定する。これにより、高速動作領域２０Ｈにおいて可能な限り下アーム１０及び上アーム１２を高速度で動作させることができる。よって、ロボット２の作業効率が高まる。

【0034】

制御装置３は、全部分が高速動作領域２０Ｈに位置するリンクを第１最大速度以下の速度において動作させ、少なくとも一部分が低速動作領域２０Ｌに位置するリンクを第２最大速度以下の速度において動作させるよう構成されている。これにより、より確実に作業者の安全を確保することができる。

【0035】

更に、制御装置３は、高速動作領域２０Ｈから低速動作領域２０Ｌに下アーム１０及び上アーム１２を動作させる場合はアームの動作速度を緩やかに低下させるとともに、低速動作領域２０Ｌから高速動作領域２０Ｈにアームを動作させる場合は下アーム１０及び上アーム１２の動作速度を緩やかに上昇させる。これにより、動作速度の急減な変化が抑制されるので、安全性が向上する。

【0036】

更に、制御装置３は、下アーム１０又は上アーム１２が物体と衝突したことを検知して動作を停止させる衝突停止機能を備える。制御装置３は、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で、高速動作領域２０Ｈにおける衝突検知感度が低速動作領域２０Ｌにおける衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されている。これにより、作業者が万一下アーム１０又は上アーム１２に接触した場合でも、下アーム１０又は上アーム１２を低速度で作業者に衝突させて感度良く停止させることができるとともに、高速動作領域２０Ｈにおいて可能な限り下アーム１０又は上アーム１２を高速度で動作させることができる。

【0037】

以下では、上記機能を実現する制御装置３の具体的な構成について図４のブロック図を用いて説明する。図４に示すように、制御装置３は、移動量指令部３１と、電流発生回路３２と、衝突検知部３３と、電流制限部３４、インターフェース部３５とを備える。制御装置３は、例えば、コンピュータ、マイクロコントローラ等の演算処理器によって実現され、予め定められるプログラムを実行することによって、上述する移動量指令部３１、衝突検知部３３、電流制限部３４を実現することができる。

【0038】

ここでは、下アーム１０及び上アーム１２を構成する各軸２１〜２６を駆動する駆動手段としてのサーボモータ２８を示している。ここでは１つのサーボモータ２８のみ示しているが、その他のサーモータ２８も同様である。サーボモータ２８には、モータの位置（回転子の基準回転角度位置に対する回転角度位置）を検出するエンコーダ２９と、モータに流れる電流値を検出する電流センサ３０が取り付けられる。制御装置３は、インターフェース部３５を介して、エンコーダ２９で検出されたサーボモータ２８の位置及び電流センサ３０で検出されたサーボモータ２８に流れる電流値を取得するように構成されている。

【0039】

移動量指令部３１は、予め定められた位置指令値とエンコーダ２９からの検出位置情報に基づいて、電流指令値を演算する。移動量指令部３１は、下アーム１０及び上アーム１２を予め定められた高速動作領域２０Ｈ又は低速動作領域２０Ｌに移動させるために必要な電流指令値を演算する。アームが障害物に衝突しない正常状態では、移動量指令部３１が演算した電流指令値が、電流発生回路３２に与えられる。

【0040】

電流発生回路３２は、与えられる電流指令値に基づいて電流を発生し、発生した電流をサーボモータ２８に流す。電流発生回路３２は電流指令値に応じてモータ２８の駆動電流を発生する増幅器、いわゆるサーボアンプである。このように、各軸２１〜２６のサーボモータ２８は位置制御されるので、制御装置３は、高速動作領域２０Ｈでは第１最大速度以下の速度において下アーム１０及び上アーム１２を動作させ、低速動作領域２０Ｌでは第１最大速度より低い第２最大速度以下の速度において下アーム１０及び上アーム１２を動作させることができる。また、制御装置３は、座標変換により、基準となるベース座標系における各リンクの位置情報を算出することにより、全部分が高速動作領域２０Ｈに位置するリンクを第１最大速度以下の速度において動作させ、少なくとも一部分が低速動作領域２０Ｌに位置するリンクを第２最大速度以下の速度において動作させることができる。

【0041】

衝突検知部３３は、後述するように、エンコーダ２９からの検出位置情報及び電流センサ３０からの電流値に基づいて、下アーム１０又は上アーム１２が物体と衝突したことを検知して、衝突したことを示す衝突検知信号を電流制限部３４に出力する。

【0042】

電流制限部３４は、衝突検知部３３から衝突検知信号が与えられると、移動量指令部３１が演算した電流指令値を制限し、制限した電流指令値を電流発生回路３２に与える。これにより、アーム衝突検知時には、電流発生回路３２から出力される電流は、電流制限前に比べて減少されて、サーボモータ２８に与えられる。ここで電流を制限することは、移動量指令部３１の電流指令値を予め定める減少率で減少させる場合、移動量指令部３１の電流値にかかわらず、予め定める一定値に制限する場合のいずれでもよい。予め定める減少率が０％である場合も含む。この場合、電流制限時には電流発生回路からサーボモータ２８に与えられる電流はゼロであり、サーボモータ２８に電流が流れることが阻止される。

【0043】

［衝突検知処理］
次に、制御装置３における衝突検出処理について図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は制御装置３において一定時間（例えば、２０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

【0044】

まず、衝突検知部３３（図４参照）は、ロボット２の下アーム１０及び上アーム１２を構成する各軸２１〜２６（図２参照）の所与の時間における位置を表す変数に基づいて、各軸で発生するトルクを算出する（ステップＳ１）。ここでトルクの算出は、典型的なロボットの運動方程式を用いて行われる。

【0045】

次に、衝突検知部３３は、この算出されたトルクをサーボモータ２８が発生するために要する電流（以下、理論電流値という）を算出する（ステップＳ２）。

【0046】

次に、衝突検知部３３は、電流センサ３０で検出された、サーボモータ２８に実際に流れている電流（以下、実電流値という）を取得し、理論電流値と実電流値との差の絶対値を表す差分電流値を算出する（ステップＳ３）。

【0047】

次に、衝突検知部３３は、差分電流値が各軸毎に設定される第１基準値を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）差分電流値が第１基準値を超えている場合は衝突が発生したものとして、衝突が検出されたことを示す衝突検出信号を電流制限部３４（図４参照）に出力する（ステップＳ５）。その後、電流制限部３４は、制限した電流指令値を電流発生回路３２に与え、サーボモータ２８への電流供給が停止される（ステップＳ６）。

【0048】

一方、衝突検知部３３は、ステップＳ４で差分電流値が第１基準値を超えていない場合は、差分電流値の微分値である微分差分電流値（すなわち、差分電流値の変化速度）を算出し（ステップ７）、微分差分電流値が各軸２１〜２６毎に設定される第２基準値を超えているか否かを判定する（ステップ８）。衝突検知部３３は、微分差分電流値が第２基準値を超えている場合は衝突が発生したものとして、ステップＳ５以降の処理に移行する一方、超えていない場合は、衝突が発生していないものとしてスタート（通常の位置制御処理）に戻る。

【0049】

このように、本実施形態では、ロボット２の下アーム１０及び上アーム１２を構成する各軸２１〜２６を駆動するサーボモータ２８に供給される実電流値に基づいて、障害物との衝突を検出するように構成されているので、衝突検出のためにトルクセンサやオブザーバを特段に設ける必要がなく、構成を簡素化できる。

【0050】

また、差分電流値の変化量およびその変化速度を表す微分差分電流値のいずれかが、それぞれに対して設定される第１基準値または第２基準値を超えたときに衝突が発生したものと判定されるので、被駆動部材の駆動速度の大小に拘らず、より迅速かつ正確に衝突を検出することが可能となる。

【0051】

［衝突検知感度］
次に、衝突検知感度について説明する。衝突判定（ステップＳ４及びステップＳ８）での第１基準値、第２基準値の値を小さくすれば衝突検出の感度を上げることができるが、各設定値が小さすぎると電気的ノイズなどによる駆動電流のぶれが衝突発生と判断されるなどの誤検出が多くなり、衝突検出の信頼性が損なわれる。一方、各基準値の設定値が大きすぎる場合は、衝突検出の感度が低下して、衝突検出時期を遅らせる結果となる。したがって、衝突検出を迅速かつ正確に行うためには第１基準値、第２基準値を適切に設定する必要がある。

【0052】

そこで、本実施形態では、衝突検知部３３が、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で、高速動作領域２０Ｈにおける衝突検知感度が低速動作領域２０Ｌにおける衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替える。つまり、高速動作領域２０Ｈにおける各基準値を、低速動作領域２０Ｌにおける各基準値よりも高く設定する。本実施形態では、高速動作領域２０Ｈにおける衝突検知感度がゼロになるように設定する。これにより、衝突の誤検知を考慮する必要がないので、ロボットアームの性能が許す限度まで、高速動作領域においてロボットアームを高速度で動作させて作業能率を高くすることができる。

【0053】

上述の通り、ロボットアームが物体と衝突したことを検知する衝突検知においては、衝突検知感度を高くする（衝突であると判定すべき閾値信号レベルを低くする）程、ノイズ等に起因する誤検知の確率（以下、誤検知率という）が高くなる傾向がある。また、本実施形態のようにロボットアームの動作速度を高くする程、誤検知率が高くなる傾向がある。

【0054】

本実施形態によれば、衝突検知部３３が、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で、高速動作領域２０Ｈにおける衝突感度が低速動作領域２０Ｌにおける衝突検知感度より低くなるように衝突検知感度を切り替えるので、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で衝突検知感度を切り替えない場合に比べて、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で誤検知率を一定に維持しつつ、高速動作領域２０Ｈの最大動作速度を低速動作領域２０Ｌに対して相対的に高くすることができる。

【0055】

従って、ロボットアーム（上アーム１２及び下アーム１０）の動作領域２０のうち作業者の作業領域に近い部分を低速動作領域２０Ｌとして設定するとともに低速動作領域２０Ｌにおける衝突検知感度を可能な限り高く設定することにより、作業者が万一ロボットアーム（上アーム１２及び下アーム１０）に接触した場合でも、ロボットアーム（上アーム１２及び下アーム１０）が低速度で作業者に衝突して感度良く停止するようにすることができ、その一方、高速動作領域２０Ｈにおいて可能な限りロボットアームを高速度で動作させることができる。

【0056】

その結果、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間で衝突検知感度を切り替えない場合に比べて、作業者の安全性を高めることができるとともに作業能率を高くすることができる。

【0057】

また、本実施形態のロボット２は、同軸双腕型のロボットであるので、設置スペースが小さく、且つ人間による細かな手作業と同様な作業を実行できるので、生産ラインで人間と容易に置き換わることができる。
（その他の実施形態）
また、その他の実施形態として、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの間に１以上の中間速動作領域２０Ｍ（図示せず）が高速動作領域２０Ｈから低速動作領域２０Ｌに向かって順に並ぶように設定され、制御装置３は、１以上の中間速動作領域２０Ｍでは、高速動作領域２０Ｈから低速動作領域２０Ｌに向かって第１最大速度より低い第３最大速度から第２最大速度より高い第４最大速度に順に低くなるそれぞれの最大速度以下の速度において前記ロボットアームを動作させるように構成されていてもよい。これにより、ロボットアーム（１０，１２）の最大速度を徐々に切り替えることができる。最大速度の多段階設定が可能になる。
衝突検知部３３は、高速動作領域２０Ｈ、１以上の中間速動作領域２０Ｍ、及び低速動作領域２０Ｌにおいて、高速動作領域２０Ｈから低速動作領域２０Ｌに向かって順にそれぞれにおける衝突検知感度が高くなるように衝突検知感度を切り替えるよう構成されていてもよい。これにより、衝突検知感度を徐々に切り替えることができる。衝突検知感度の多段階設定が可能になる。
更に、制御装置３は、高速動作領域２０Ｈ、１以上の中間速動作領域２０Ｍ、及び低速動作領域２０Ｌにおける互いに隣接する２つの領域において、その対応する最大速度が高い方の領域（以下、相対的高速動作領域という）からその対応する最大速度が低い方の領域（以下、相対的低速動作領域という）へロボットアーム（１０，１２）を移動させる場合には、２つの領域の境界より手前から相対的低速動作領域に対応する最大速度以下の速度においてロボットアーム（１０，１２）を動作させ、相対的低速動作領域から相対的高速動作領域へロボットアーム（１０，１２）を移動させる場合には、２つの領域の境界より手前から相対的高速動作領域に対応する最大速度以下の速度においてロボットアーム（１０，１２）を動作させるように構成されていてもよい。これにより、相対的高速動作領域から相対的低速動作領域へロボットアーム（１０，１２）を移動させる場合には、ロボットアーム（１０，１２）が相対的低速動作領域へ入る前に低速動作に切り替わるので、最大速度にヒステリシス特性を特たせない場合に比べて安全性を向上させることができ、一方、相対的低速動作領域から相対的高速動作領域へロボットアーム（１０，１２）を移動させる場合には、ロボットアーム（１０，１２）が相対的高速動作領域へ入る前に高速動作に切り替わるので、最大速度にヒステリシス特性を特たせない場合に比べて作業能率を高くすることができる。

【0058】

尚、本実施形態では、衝突検知後には動作を即座に停止するような構成としたが、これに限定されるものではない。例えば衝突を検知した場合は、衝突により被駆動部材と障害物と間に生じている応力を取り除くための応力除去処理を行ってもよい。すなわち、制御装置３は、アームが障害物に衝突したか否かを検知し、アームが障害物に衝突したことを検知した場合は、衝突までの経路に基づいて、障害物から所定距離離すようにアームの動作を制御する。具体的には、衝突検知部３３は、衝突を検出した場合、サーボモータ２８の理論電流値からその実電流値を差し引いた値が当該理論電流値と異符号になっている軸については、従前の駆動方向と反対方向に駆動する後退処理をなし、サーボモータ２８の理論電流値からその実電流値を差し引いた値が当該理論電流値と同符号になっている軸については、従前の駆動方向と同方向に駆動する前進処理をなす。これにより、衝突の衝撃を緩和することができ、安全性が更に向上する。

【0059】

また、本実施形態では、衝突検知時の衝突検知感度（第１基準値、第２基準値）を手動で設定し、高速動作領域２０Ｈ及び低速動作領域２０Ｌの間で感度を切り替えるように構成したが、自動で設定してもよい。つまり、予め、ロボット２に特定の作業を行わせ、当該ロボット２の動作毎に各軸２１〜２６で発生する最大トルクを学習させ、この学習された最大トルクに基づいて第１基準値、第２基準値を設定する。これにより、動作環境に応じて、衝突検知の感度を適応した最適な値に設定することができる。

【0060】

また、本実施形態では、高速動作領域２０Ｈと低速動作領域２０Ｌとの速度の切り替えは、制御装置３においてソフトウェア処理で切り替えるようにしたが、例えばセンサ等のハードウェアによりアームが領域を越えたことを判別して、動作を切り替えてもよい。

【0061】

また、本実施形態では、サーボモータ２８の検出位置情報及び電流値に基づいて衝突を検知するように構成したが、これに限定されることはない。ロボットシステム１が、アームに設けられたビジョンセンサを更に備え、制御装置３が、ビジョンセンサにより撮像された画像に基づいて、障害物に衝突したことを検知してもよい。これにより、本実施形態の衝突検知機能をビジョンセンサにより置換又は支援することができる。尚、加速度センサ、圧力センサ等のその他の衝突検知センサを用いてもよい。

【0062】

尚、本実施形態では、ロボット２は、同軸双腕型のスカラロボットであるが、これに限定されるものではない。例えばシングルアームのロボットでもよいし、垂直多関節ロボットでもよい。

【0063】

尚、本実施形態では、低速動作領域２０Ｌ及び高速動作領域２０Ｈは、平面視で矩形の領域に設定したが、これに限定されるものではなく、任意の形状で規定された領域でもよい。

【0064】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、作業者とロボットとが共存して作業を行うためのロボットシステムに有用である。

【符号の説明】

【0066】

１ ロボットシステム
２ ロボット本体
３ 制御装置
４ 台車
５ 作業台
９ 基台
１０ 下アーム
１０ａ 第１リンク（下アーム）
１０ｂ 第２リンク（下アーム）
１１ 第１エンドエフェクタ
１２ 上アーム
１２ａ 第１リンク（上アーム）
１２ｂ 第２リンク（上アーム）
１３ 第２エンドエフェクタ
２０ 動作領域
２０Ｈ 高速動作領域
２０Ｌ 低速動作領域
２１〜２６ 第１軸〜第６軸
２８ サーボモータ
２９ エンコーダ
３０ 電流センサ
３１ 移動量指令部
３２ 電流発生回路
３３ 衝突検知部
３４ 電流制限部
３５ インターフェース部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】