JP2017007010A

JP2017007010A - ロボット、制御装置およびロボットシステム

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Publication number: JP2017007010A
Application number: JP2015123568A
Authority: JP
Inventors: 馨竹内; Kaoru Takeuchi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】本発明の目的は、検出器の数を減少しつつ、安全であるロボット、制御装置およびロボットシステムを提供すること。
【解決手段】ロボットは、可動部を備え、検出器により検出可能であるロボットであって、前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させる。また、ロボットは、前記検出器を有することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット、制御装置およびロボットシステムに関するものである。

近年、ロボットの技術進歩は著しく、これまでは、ロボットと人間は、分け隔てられて作業を行ってきたが、人間と共存して作業を行うロボットやロボットシステムが提案されてきている。

特許文献１には、作業支援システムが開示されている。この作業支援システムでは、ロボットに、作業者の運動を計測する複数のセンサーを設け、そのセンサーの検出結果を利用して、作業者とロボットとの衝突を防止する。

特開２０１３−８２０７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の作業支援システムでは、ロボットが移動し得る領域において作業者の運動を計測するには、ロボットが移動し得る領域のすべてを網羅するように、多数のセンサーを設ける必要がある。特に、垂直多関節ロボットのようにロボットアーム（可動部）が自由な方向へ変位可能である場合は、より広い領域を監視することが必要となり、より多くのセンサーを必要とする。このため、処理が多くなり、制御が煩雑化し、また、コストが増大するという問題がある。

本発明の目的は、検出器の数を減少しつつ、安全であるロボット、制御装置およびロボットシステムを提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本発明のロボットは、可動部を備え、
検出器により検出可能であるロボットであって、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とする。

これにより、ロボットが人間と共存して作業を行う場合、検出器の数を減少しつつ、ロボットが人間に危害を加えることや、物を損傷させることを防止することができる。

［適用例２］
本発明のロボットでは、前記可動部の少なくとも一部が前記検出領域に入っている場合、前記可動部が前記検出領域に入っていない場合に対して、前記検出領域が前記非検出領域に所定の大きさ以上変化している場合は、前記安全モードに設定することが好ましい。

［適用例３］
本発明のロボットでは、前記検出器を有することが好ましい。

これにより、検出器の検出領域内の本来存在しないはずの人間や物を検出することができる。

［適用例４］
本発明のロボットでは、前記検出器は、前記可動部に設けられていることが好ましい。

これにより、可動部の動作に伴って、検出器およびその検出領域が変位するので、可動部の多くの動作を検出領域内で行うことができ、これによって、可動部の多くの動作を通常モードで行うことができる。

［適用例５］
本発明のロボットでは、前記安全モードでは、前記通常モードよりも前記可動部の速度が遅いことが好ましい。

これにより、検出器の非検出領域でロボットが動作する場合、ロボットが人間に危害を加えることや、物を損傷させることを防止することができる。

［適用例６］
本発明のロボットでは、前記可動部は、駆動源を有し、
前記安全モードでは、前記駆動源のトルクを検出し、前記トルクの検出値が閾値よりも大きい場合は、前記可動部を停止または減速させることが好ましい。

［適用例７］
本発明のロボットでは、前記安全モードでは、力制御を行うことが好ましい。

［適用例８］
本発明のロボットでは、前記可動部は、駆動源を有し、
前記安全モードでは、前記駆動源のトルクに上限値を設けることが好ましい。

［適用例９］
本発明のロボットでは、前記通常モードでは、前記駆動源のトルクに上限値を設け、
前記安全モードにおける前記上限値は、前記通常モードにおける前記上限値よりも小さいことが好ましい。

［適用例１０］
本発明のロボットでは、前記検出器は、レーザー光の発光部および受光部を有することが好ましい。

これにより、検出器の検出領域内に例えば人間がいる場合、その人間までの距離を測定することができ、その情報に基づいて、例えば、可動部と人間とが接近した場合に可動部を停止させる等の所定の処理を行うことができる。

［適用例１１］
本発明のロボットでは、前記安全モードにおける前記可動部に加わる外力の上限値は、前記通常モードにおける前記可動部に加わる外力の上限値よりも小さいことが好ましい。

［適用例１２］
本発明の制御装置は、可動部を備え、検出器により検出可能であるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とする。

［適用例１３］
本発明のロボットシステムは、可動部を有するロボットと、
検出器と、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とする。

本発明のロボットシステムの第１実施形態を示す概略図である。図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。図１に示すロボットシステムの制御装置の制御動作の１例を示すフローチャートである。本発明のロボットシステムの第４実施形態におけるロボットを模式的に示す斜視図である。

以下、本発明のロボット、制御装置およびロボットシステムについて添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットシステムの第１実施形態を示す概略図である。図２は、図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。図３は、図１に示すロボットシステムの制御装置の制御動作の１例を示すフローチャートである。

なお、以下では、説明の都合上、図１中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図１中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。

また、図１中の検出器８０の位置に頂点が配置され、検出器８０の右側に記載された三角形は、検出器８０の検出領域８５を示しており、その延長上の領域も所定の位置までは検出領域８５である。また、図１中の検出領域８５以外の領域は、非検出領域８６である。

図１および図２に示すロボットシステム（産業用ロボットシステム）１００は、ロボット本体（本体部）１０を有するロボット（産業用ロボット）１と、ロボット１（ロボット本体１０）の動作（作動）を制御する制御装置（制御部）２０と、検出器８０とを備えている。このロボットシステム１００（ロボット１）は、例えば、腕時計のような精密機器等を製造する製造工程等で用いることができる。なお、制御装置２０と検出器８０とのいずれか一方をロボット１の構成要素としてもよく、また、制御装置２０および検出器８０をロボット１の構成要素としてもよく、以下では、ロボット１が制御装置２０および検出器８０を有する場合について説明する。

制御装置２０は、ロボット１に内蔵されており、ロボット本体１０および検出器８０と制御装置２０とは、電気的に接続されている。ロボット１における制御装置２０の位置は、特に限定されないが、図示の構成では、制御装置２０は、基台１１内に設置されている。また、制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶部等が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。なお、制御装置２０および検出器８０については、後で詳述する。

なお、制御装置２０は、ロボット本体１０から離間した位置に配置されていてもよい。この場合は、ロボット本体１０と制御装置２０とは、例えば、図示しないケーブル等で電気的に接続されるか、または、ロボット本体１０と制御装置２０とが無線で通信を行うように構成される。

ロボット本体１０は、基台（支持部）１１と、ロボットアーム（可動部）５とを有している。ロボットアーム５は、第１アーム（第１アーム部材）（腕部）１２と、第２アーム（第２アーム部材）（腕部）１３と、第３アーム（第３アーム部材）（腕部）１４と、第４アーム（第４アーム部材）（腕部）１５と、第５アーム（第５アーム部材）（腕部）１７と、第６アーム（第６アーム部材）（腕部）１８と、第１駆動源４０１と、第２駆動源４０２と、第３駆動源４０３と、第４駆動源４０４と、第５駆動源４０５と、第６駆動源４０６とを有している。そして、第５アーム１７と第６アーム１８とによりリスト１６が構成され、第６アーム１８の先端には、例えば、ハンド９１等のエンドエフェクターを着脱可能に取り付けることができるようになっている。すなわち、ロボット１は、基台１１と、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１７と、第６アーム１８とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節（６軸）ロボットである。なお、以下では、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４、第４アーム１５、第５アーム１７および第６アーム１８をそれぞれ「アーム」とも言う。また、第１駆動源４０１、第２駆動源４０２、第３駆動源４０３、第４駆動源４０４、第５駆動源４０５および第６駆動源４０６をそれぞれ「駆動源」とも言う。

また、基台１１は、ロボット１の鉛直方向の最も下方に位置し、設置スペースの床１０１に設置される部分（部材）である。

なお、基台１１の設置箇所としては、設置スペースの床に限定されず、この他、例えば、設置スペースの壁、天井、地上等が挙げられる。

また、基台１１には、後述する第１関節１７１が含まれていてもよく、また、含まれていなくてもよい。

また、第１アーム１２、第２アーム１３、第３アーム１４、第４アーム１５、第５アーム１７および第６アーム１８は、それぞれ、基台１１に対し独立して変位可能に支持されている。

基台１１と第１アーム１２とは、関節（ジョイント）１７１を介して連結されている。関節１７１は、互いに連結された第１アーム１２を基台１１に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸Ｏ１を中心に（第１回動軸Ｏ１回り）回動可能となっている。第１回動軸Ｏ１は、基台１１の設置面である床１０１の上面の法線と一致している。また、第１回動軸Ｏ１は、ロボット１の最も上流側にある回動軸である。この第１回動軸Ｏ１回りの回動は、モーター４０１Ｍを有する第１駆動源４０１の駆動によりなされる。また、第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０１Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０１を介して制御装置２０により制御される。なお、第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０１Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

また、第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節（ジョイント）１７２を介して連結されている。関節１７２は、互いに連結された第１アーム１２と第２アーム１３のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸Ｏ２を中心に（第２回動軸Ｏ２回りに）回動可能となっている。第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１と直交または第１回動軸Ｏ１と直交する軸と平行である。この第２回動軸Ｏ２回りの回動は、モーター４０２Ｍを有する第２駆動源４０２の駆動によりなされる。また、第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０２Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０２を介して制御装置２０により制御される。なお、第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０２Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１に直交する軸と平行であってもよい。

また、第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節（ジョイント）１７３を介して連結されている。関節１７３は、互いに連結された第２アーム１３と第３アーム１４のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して、水平方向と平行な第３回動軸Ｏ３を中心に（第３回動軸Ｏ３回りに）回動可能となっている。第３回動軸Ｏ３は、第２回動軸Ｏ２と平行である。この第３回動軸Ｏ３回りの回動は、第３駆動源４０３の駆動によりなされる。また、第３駆動源４０３は、モーター４０３Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０３Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０３を介して制御装置２０により制御される。なお、第３駆動源４０３はモーター４０３Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０３Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

また、第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節（ジョイント）１７４を介して連結されている。関節１７４は、互いに連結された第３アーム１４と第４アーム１５のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、第４アーム１５は、第３アーム１４（基台１１）に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸Ｏ４を中心に（第４回動軸Ｏ４回りに）回動可能となっている。第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３と直交または第３回動軸Ｏ３と直交する軸と平行である。この第４回動軸Ｏ４回りの回動は、第４駆動源４０４の駆動によりなされる。また、第４駆動源４０４は、モーター４０４Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０４Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０４を介して制御装置２０により制御される。なお、第４駆動源４０４はモーター４０４Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０４Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

また、第４アーム１５とリスト１６の第５アーム１７とは、関節（ジョイント）１７５を介して連結されている。関節１７５は、互いに連結された第４アーム１５とリスト１６の第５アーム１７のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、リスト１６の第５アーム１７は、第４アーム１５に対し、第４アーム１５の中心軸方向と直交する第５回動軸Ｏ５を中心に（第５回動軸Ｏ５回りに）回動可能となっている。第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４と直交または第４回動軸Ｏ４と直交する軸と平行である。この第５回動軸Ｏ５回りの回動は、第５駆動源４０５の駆動によりなされる。また、第５駆動源４０５は、モーター４０５Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０５Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０５を介して制御装置２０により制御される。なお、第５駆動源４０５はモーター４０５Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０５Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。

また、リスト１６の第５アーム１７と第６アーム１８とは、関節（ジョイント）１７６を介して連結されている。関節１７６は、互いに連結されたリスト１６の第５アーム１７と第６アーム１８のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構を有している。これにより、リスト１６の第６アーム１８は、第５アーム１７に対し、第６回動軸Ｏ６を中心に（第６回動軸Ｏ６回りに）回動可能となっている。第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５と直交または第５回動軸Ｏ５と直交する軸と平行である。この第６回動軸Ｏ６回りの回動は、第６駆動源４０６の駆動によりなされる。また、第６駆動源４０６の駆動は、モーターとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０６Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０６を介して制御装置２０により制御される。なお、第６駆動源４０６はモーター４０６Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０６Ｍからの駆動力を伝達するように構成してもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４に直交する軸と平行であってもよく、また、第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５に直交する軸と平行であってもよい。

また、リスト１６の第６アーム１８の先端部（第４アーム１５と反対側の端部）には、エンドエフェクターとして、例えば、腕時計等のような精密機器、部品等を把持するハンド９１が着脱可能に装着される。このハンド９１の駆動は、制御装置２０により制御される。なお、ハンド９１としては、特に限定されず、例えば、複数本の指部（フィンガー）を有する構成のものが挙げられる。そして、このロボット１は、ハンド９１で精密機器、部品を把持したまま、アーム１２〜１５やリスト１６等の動作を制御することにより、当該精密機器、部品を搬送する等の各作業を行うことができる。

また、ロボット１は、駆動源４０１〜４０６のモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクを検出するトルクセンサー４１１、４１２、４１３、４１４、４１５および４１６を有している。

また、検出器８０は、その検出領域８５において、人間（作業者）や本来は存在しないはずの物等を検出するものである。前述したように、検出器８０の検出領域８５は、三角形で記載されているが、実際は、検出器８０の位置に頂点が配置された円錐状をなしている。図１中の検出領域８５以外の領域は、非検出領域８６である。

検出器８０としては、人間や物を検出可能なものであれば特に限定されず、例えば、電子カメラ、超音波の送信部および受信部を有するセンサー、レーザー光の発光部および受光部を有するセンサー等が挙げられる。これらのうちでは、検出器８０と人間や物との間の距離を測定可能であることから、２Ｄ走査型または３Ｄ走査型のレーザーレンジファインダー（レーザーレンジセンサー）等のレーザー光の発光部および受光部を有するセンサーが好ましい。なお、レーザーレンジファインダーとしては、例えば、北陽電機株式会社製の測域センサー等が挙げられる。以下では、検出器８０として、代表的に、レーザー光の発光部および受光部を有するセンサーを用いる場合について説明する。

また、検出器８０は、Ｌ字状の取付部材７１により取り付けられている。この検出器８０（取付部材７１）の設置個所（設置位置）は、特に限定されないが、検出器８０は、ロボット本体１０（ロボット１）の可動する部分（可動部）、本実施形態では、ロボットアーム５、具体的には、第１アーム１２に設置されている。これにより、第１アーム１２の回動（動作）に伴って、検出器８０およびその検出領域８５が第１回動軸Ｏ１の回りに回動（変位）するので、ロボットアーム５の多くの動作を検出領域８５内で行うことができる。これによって、ロボットアーム５の多くの動作を後述する通常モードで行うことができる。

また、検出器８０の数は、本実施形態では、１つである。なお、検出器８０の数は、複数であってもよい。

なお、検出器８０の設置個所は、ロボット本体１０の可動する部分に限らず、例えば、基台１１等のロボット本体１０の可動しない部分や、天井、壁、床、地面等の本体１０（ロボット１）以外の箇所が挙げられる。また、検出器８０は、取付部材７１等を用いずに、例えば、直接設置されていてもよい。

また、制御装置２０は、第１駆動源４０１の駆動（作動）を制御する第１駆動源制御部２０１と、第２駆動源４０２の駆動を制御する第２駆動源制御部２０２と、第３駆動源４０３の駆動を制御する第３駆動源制御部２０３と、第４駆動源４０４の駆動を制御する第４駆動源制御部２０４と、第５駆動源４０５の駆動を制御する第５駆動源制御部２０５と、第６駆動源４０６の駆動を制御する第６駆動源制御部２０６とを有している。

制御装置２０は、モータードライバー３０１〜３０６を介して、駆動源４０１〜４０６をそれぞれ独立して制御することができ、アーム１２〜１５、１７、１８をそれぞれ独立して変位（動作）させることができる。この場合、制御装置２０は、例えば、位置制御、インピーダンス制御（力制御）等の所定の制御を行う。この制御プログラムは、制御装置２０に内蔵された記憶部に予め記憶されている。

このロボットシステム１００では、検出器８０により、人間や本来は存在しないはずの物等を検出し、制御装置２０は、その検出結果に基づいて、ロボット１の動作（作動）を制御する。本来は存在しないはずの物としては、例えば、誤って置かれた静的物体、誤って侵入してきた動的物体(例えば、他のロボット)等が挙げられる。

なお、本来存在する物、例えば、位置が判っている静的物体、動作が判っている動的物体(例えば、他のロボット)等については、その情報を予め、制御装置２０の記憶部に記憶しておくか、または、必要に応じて後から記憶する。これにより、ロボット１は、本来存在する物については、その物を回避しつつ作業を行うことができる。

また、制御装置２０は、検出器８０の検出領域８５でロボットアーム５（ロボット１）が動作する場合と、検出器８０の非検出領域８６でロボットアーム５（ロボット１）が動作する場合とで、異なる動作モードに設定する。なお、以下では、検出器８０により、人間や本来は存在しないはずの物のうち、代表的に、人間を検出する場合を例に挙げて説明する。

まず、前提として、検出器８０の検出領域８５でロボットアーム５が動作する、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が検出領域８５に位置するように、ロボット１の動作を制御することが好ましい。

そして、検出器８０の検出領域８５でロボットアーム５が動作する場合、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が検出領域８５に位置している場合は、ロボットアーム５を通常モード（第１の動作モード）で動作させる。

通常モードでは、ロボットアーム５の速度、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）の移動速度には、特に制限を設けない。これにより、作業効率を向上させることができる。

また、通常モードでは、検出器８０により人間を検出し、その検出結果に基づいて、ロボット１の動作を制御する。

すなわち、ロボット１のハンド９１（ロボットアーム５の先端部）の移動方向（変位方向）において、ロボットアーム５が現在の位置で停止動作を開始した場合、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が現在の位置から停止するまでに移動する範囲（以下、「移動範囲」とも言う）よりも所定距離だけ先までの範囲（以下、「安全移動範囲」とも言う）において人間を検出する。この人間の検出は、常に行う。また、前記所定距離は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定することができる。

そして、ハンド９１の前記安全移動範囲に人間がいない場合には、ロボットアーム５（ロボット１）の動作を継続する。

また、ハンド９１の前記安全移動範囲に人間がいる場合には、ロボットアーム５を停止させる。これにより、ハンド９１やそのハンド９１が把持した対象物（以下、「ハンド９１等」と言う）が人間に接触（衝突）することを防止することができる。

一方、検出器８０の非検出領域８６でロボットアーム５が動作する場合、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が非検出領域８６（検出領域８５の外側）に位置している場合は、ロボットアーム５を安全モード（第２の動作モード）で動作させる。

前記安全モードとは、通常モードよりも人間や物に対してより危害を加えない動作モードである。

本実施形態では、安全モードでは、通常モードよりもロボットアーム５の速度、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）の移動速度を遅くする。

これにより、ハンド９１等が人間に接触した場合に、人間に無理な力が加わること、すなわち、人間に危害が加わることを防止することができる。また、ハンド９１の移動速度が遅いので、人間は、ハンド９１が接触しそうになったとしても、その接触を容易に回避することもできる。

また、安全モードでは、トルクセンサー４１１〜４１６からモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクを検出し、そのトルクの検出値に基づいて、外部からロボットアーム５に加えられる力により発生するトルクを求める。なお、ハンド９１等が人間に接触すると、トルクセンサー４１１〜４１６の検出値が増大する。そして、この外部からロボットアーム５に加えられる力により発生するトルクと所定の閾値とを比較し、前記トルクが前記閾値よりも大きい場合は、ロボットアーム５を停止させるか、または、ロボットアーム５の速度、すなわち、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）の移動速度を減速させる。なお、ここでは、トルクセンサー４１１〜４１６の検出値と、所定の閾値とを比較するように構成してもよい。

これにより、ハンド９１等が人間に接触した場合に、人間に無理な力が加わること、すなわち、人間に危害が加わることを防止することができる。

なお、前記停止と前記減速とのいずれが好ましいかと言えば、より安全であるという観点からは、停止が好ましく、また、作業効率をより低下させないという観点からは、減速が好ましい。

次に、ロボット１が作業を行う場合にロボットアーム５を動作させる際の制御装置２０の制御動作の１例を、図３に示すフローに基づいて説明する。

なお、前述したように、ここでも、検出器８０により、人間や本来は存在しないはずの物のうち、代表的に、人間を検出する場合を例に挙げて説明する。

図３に示すように、制御装置２０は、ロボットアーム５を動作させる際、ロボット１が検出器８０の検出領域８５内で動作するか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１では、ハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が検出領域８５に位置している場合は、「ＹＥＳ」と判断し、ハンド９１が非検出領域８６に位置している場合は、「ＮＯ」と判断する。

ステップＳ１０１において、ロボット１が検出器８０の検出領域８５内で動作すると判断した場合には、動作モードを「通常動作モード」に設定し、検出器８０により、人間の検出を行う（ステップＳ１０２）。

次いで、人間を検出したか否かを判断し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０３において人間を検出しないと判断した場合には、ロボットアーム５を通常速度で動作させる（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行する。

また、ステップＳ１０３において人間を検出したと判断した場合には、ロボット１が前記検出した人間と干渉するか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４では、ロボットアーム５が現在の位置で停止動作を開始した場合、ハンド９１が現在の位置から停止するまでに移動する範囲よりも所定距離だけ先までの範囲（安全移動範囲）に人間がいる場合は、このままではハンド９１が人間と接触（干渉）するので、「ＹＥＳ」と判断し、前記安全移動範囲に人間がいない場合は、ハンド９１が人間と接触しないので、「ＮＯ」と判断する。

ステップＳ１０４において、ロボット１が前記検出した人間と干渉しないと判断した場合には、ロボットアーム５を通常速度で動作させる（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行する。

また、ステップＳ１０４において、ロボット１が前記検出した人間と干渉すると判断した場合には、ロボットアーム５の動作を停止させる（ステップＳ１０６）。そして、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行する。

また、ステップＳ１０１において、ロボット１が検出器８０の非検出領域８６で動作すると判断した場合には、動作モードを「安全動作モード」に設定し、トルクセンサー４１１〜４１６により、モーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの検出を行う（ステップＳ１０７）。

次いで、トルクセンサー４１１〜４１６の検出結果に基づいて、外部からロボットアーム５に加えられる力により発生するトルクを求め、そのトルクと所定の閾値とを比較し、前記トルクが前記閾値以内であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０８において、前記トルクが前記閾値以内であると判断した場合には、ロボットアーム５を低速で動作させる（ステップＳ１０９）。この速度は、前記通常速度よりも遅い速度である。そして、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行する。

また、ステップＳ１０８において、前記トルクが前記閾値よりも大きいと判断した場合には、ロボットアーム５の動作を停止させる（ステップＳ１１０）。そして、ステップＳ１０１に戻り、再度、ステップＳ１０１以降を実行する。

なお、以上の説明では、ステップＳ１０２においては、人間の検出を行うようになっているが、これに限定されず、例えば、本来は存在しない物の検出を行うようになっていてもよい。この場合は、ステップＳ１０３において、前記物を検出したか否かを判断し、また、ステップＳ１０４において、ロボット１が前記検出した物と干渉するか否かを判断する。

また、ステップＳ１０２において、人間および本来は存在しない物の両方の検出を行うようになっていてもよい。この場合は、ステップＳ１０３において、前記人間または前記物を検出したか否かを判断し、また、ステップＳ１０４において、ロボット１が前記検出した人間または前記検出した物と干渉するか否かを判断する。

以上説明したように、このロボットシステム１００では、ロボット１が人間と共存して作業を行う場合、検出器８０の数を減少しつつ、ロボット１が人間に危害を加えることや、物を損傷させることを防止することができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態のロボットシステム１００では、安全モードにおいて、力制御の１つであるインピーダンス制御を行う。

インピーダンス制御では、トルクセンサー４１１〜４１６によりモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクを検出し、その検出結果に基づいて、外部からハンド９１に加わる外力を求め、その外力に基づいて、駆動源４０１〜４０６の駆動を制御する。

このインピーダンス制御により、ハンド９１やそのハンド９１が把持した対象物（以下、「ハンド９１等」と言う）が人間に接触（衝突）した場合、ハンド９１等が人間に接触する瞬間や接触した接触状態において、人間に無理な力が加わること、すなわち、人間に危害が加わることを防止することができる。

なお、ロボットアーム５のリスト１６の第６アーム１８の先端部（リスト１６の第６アーム１８とハンド９１との間）に、力覚センサー（図示せず）を設け、その力覚センサーの検出結果に基づいて前記インピーダンス制御を行ってもよい。

力覚センサーは、ハンド９１等を介して受ける反力等の力やモーメントを検出するものである。この力覚センサーとしては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、その１例としては、例えば、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する６軸力センサー等が挙げられる。
なお、力制御として、インピーダンス制御以外の制御を行ってもよい。

このロボットシステム１００によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、この第２実施形態は、他の実施形態にも適用することができる。すなわち、他の実施形態において、第２実施形態を併用してもよい。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態のロボットシステム１００では、安全モードにおいて、低トルク制御を行う。

低トルク制御とは、モーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルク（出力トルク）に所定の上限値を設けることである。

また、通常モードにおいても、モーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクに所定の上限値を設けてもよい。この場合は、前記安全モードにおけるモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの上限値は、前記通常モードにおけるモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの上限値よりも小さく設定される。

この低トルク制御により、ハンド９１やそのハンド９１が把持した対象物（以下、「ハンド９１等」と言う）が人間に接触（衝突）した場合、ハンド９１等が人間に接触する瞬間や接触した接触状態において、人間に無理な力が加わること、すなわち、人間に危害が加わることを防止することができる。

また、安全モードにおけるモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの上限値は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、安全モードにおけるモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの上限値をＡ、通常モードにおけるモーター４０１Ｍ〜４０６Ｍのトルクの上限値をＢとした場合、Ａ／Ｂは、２／３以下であることが好ましく、１／２以下であることがより好ましく、１／３以下であることがさらに好ましく、１／１０以上、１／３以下であることが特に好ましい。

前記Ａ／Ｂが、前記上限値よりも大きいと、他の条件によっては、ハンド９１等が人間に接触した場合に、人間に無理な力が加わることがある。

また、この第３実施形態は、他の実施形態にも適用することができる。すなわち、他の実施形態において、第３実施形態を併用してもよい。

＜第４実施形態＞
図４は、本発明のロボットシステムの第４実施形態におけるロボットを模式的に示す斜視図である。

以下、第４実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

なお、図４中の検出器８０の位置に頂点が配置され、破線で記載された円錐は、検出器８０の検出領域８５を示しており、その延長上の領域も所定の位置までは検出領域８５である。また、図４中の検出領域８５以外の領域は、非検出領域８６である。

図４に示すように、第４実施形態のロボットシステム１００のロボット１は、双腕ロボットであり、そのロボット本体１０は、アーム５１および５２を有する２つのロボットアーム５と、各ロボットアーム５を支持する基台（支持部）としての胴部１１０とを備えている。

このロボット１は、例えば、２つのロボットアーム５の先端に着脱可能に装着された２つのハンド（エンドエフェクター）９１の一方で第１の対象物を把持し、他方で第２の対象物に対して作業を行うことができる。すなわち、このロボット１は、双腕ロボットであるので、多彩な動作を行うことができ、多彩な作業を行うことができる。

また、各ロボットアーム５の各アーム５１、５２には、それぞれ、複数（図示の構成では４つ）の検出器８０が設置されている。なお、各アーム５１、５２における検出器８０の配置は、同様であるので、以下では、代表的に、そのうちの１つのアーム５１における検出器８０の配置について説明する。

アーム５１には、４つの検出器８０が、等角度間隔（９０°間隔）で配置されている。これにより、４つの検出器８０全体の検出領域８５を広くすることができる。

そして、このロボット１では、作業の際、各アーム５１、５２の回動方向および回動量を適宜調整することにより、容易に、各ハンド９１の移動方向に検出器８０の検出領域８５が存在するようにすることができる。これにより、多くの動作を通常モードで行うことができる。

なお、アーム５１における４つの検出器８０の配置は、前記の配置に限定されず、例えば、検出器８０が不規則に配置されていてもよい。

また、アーム５１に設置される検出器８０の数は、４つに限定されず、１つ、２つ、３つ、または５つ以上でもよい。

また、この第４実施形態は、他の実施形態にも適用することができる。すなわち、他の実施形態において、第４実施形態を併用してもよい。
なお、ロボットアームの数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。

＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第５実施形態のロボットシステム１００では、安全モードにおいて、ロボットアーム５に加わる外力に制限を設ける。

すなわち、本実施形態では、安全モードにおけるロボットアーム５に加わる外力の上限値は、通常モードにおけるロボットアーム５に加わる外力の上限値よりも小さい。

また、この第５実施形態は、他の実施形態にも適用することができる。すなわち、他の実施形態において、第５実施形態を併用してもよい。

＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第６実施形態のロボットシステム１００では、検出領域８５であった所定の領域がロボットアーム５で死角になり、非検出領域８６になった場合、以下に述べる所定の処理を行うように構成されている。

まず、ロボットアーム５の少なくとも一部が検出領域８５に入ることにより、検出領域８５であった所定の領域がロボットアーム５で死角になり、非検出領域８６に変わる。

このような場合は、ロボットアーム５のハンド９１（ロボットアーム５の先端部）が非検出領域８６の方向に移動する場合は、安全モードに設定する。

また、ロボットアーム５のハンド９１が検出領域８５の方向に移動する場合は、通常モードに設定する。

また、ロボットアーム５の少なくとも一部が検出領域８５に入っている場合、ロボットアーム５が検出領域８５に入っていない場合に対して、検出領域８５が非検出領域８６に所定の大きさａ以上変化している場合は、安全モードに設定し、また、ａ未満変化している場合は、通常モードに設定する。

前記所定の大きさａは、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、検出領域の０％よりも大きく、１０％以下であることが好ましく、検出領域の１０％以上であることがより好ましい。

また、前記の比率は、ロボットアーム５よりも図１中右側に想定した鉛直面（水平面に直角な平面）での面積比、すなわち、検出領域８５および非検出領域８６を前記鉛直面に投影した場合の面積比である。

以上、本発明のロボット、制御装置およびロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、前記第１実施形態では、ロボットアームの回動軸の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回動軸の数は、例えば、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上でもよい。すなわち、第１実施形態では、リストが２つのアーム（アーム部材）を有しているので、ロボットアームのアームの数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームのアームの数は、例えば、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上でもよい。

また、本発明では、ロボット（ロボット本体）は、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボット、スカラーロボット、台車型ロボット等が挙げられる。

１……ロボット（産業用ロボット）
１０……ロボット本体
１００……ロボットシステム
１１０……胴部
１１……基台
１２、１３、１４、１５、１７、１８……アーム
１６……リスト
１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６……関節（ジョイント）
２０……制御装置
１０１……床
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６……駆動源制御部
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６……モータードライバー
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６……駆動源
４０１Ｍ、４０２Ｍ、４０３Ｍ、４０４Ｍ、４０５Ｍ、４０６Ｍ……モーター
４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６……トルクセンサー
５……ロボットアーム
５１、５２……アーム
７１……取付部材
８０……検出器
８５……検出領域
８６……非検出領域
９１……ハンド
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６……回動軸
Ｓ１０１〜Ｓ１１０……ステップ

Claims

可動部を備え、
検出器により検出可能であるロボットであって、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とするロボット。
前記可動部の少なくとも一部が前記検出領域に入っている場合、前記可動部が前記検出領域に入っていない場合に対して、前記検出領域が前記非検出領域に所定の大きさ以上変化している場合は、前記安全モードに設定する請求項１に記載のロボット。
前記検出器を有する請求項１または２に記載のロボット。
前記検出器は、前記可動部に設けられている請求項３に記載のロボット。
前記安全モードでは、前記通常モードよりも前記可動部の速度が遅い請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
前記可動部は、駆動源を有し、
前記安全モードでは、前記駆動源のトルクを検出し、前記トルクの検出値が閾値よりも大きい場合は、前記可動部を停止または減速させる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
前記安全モードでは、力制御を行う請求項１ないし６のいずれか１項に記載のロボット。
前記可動部は、駆動源を有し、
前記安全モードでは、前記駆動源のトルクに上限値を設ける請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
前記通常モードでは、前記駆動源のトルクに上限値を設け、
前記安全モードにおける前記上限値は、前記通常モードにおける前記上限値よりも小さい請求項８に記載のロボット。
前記検出器は、レーザー光の発光部および受光部を有する請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボット。
前記安全モードにおける前記可動部に加わる外力の上限値は、前記通常モードにおける前記可動部に加わる外力の上限値よりも小さい請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のロボット。
可動部を備え、検出器により検出可能であるロボットの動作を制御する制御装置であって、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とする制御装置。
可動部を有するロボットと、
検出器と、
前記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記検出器の検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を通常モードで動作させ、
前記検出器の非検出領域で前記ロボットが動作する場合、前記可動部を安全モードで動作させることを特徴とするロボットシステム。