JP7151072B2 - ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに関するものである。

従来から、作業対象物を把持する作業等を行う産業用ロボットが知られている。このような産業用ロボットは、例えば、基台と、基台に対して回動可能に接続され、複数のアームを含むロボットアームとを有しており、一般に、ロボットアームの先端には、作業対象物を把持するハンド等のエンドエフェクターが装着される。

また、近年では、産業用ロボットと人体等の物体との衝突による事故防止を図るため、アーム表面側に静電容量式近接センサーを設け、当該近接センサーによって接近する物体を感知することで、ロボットに回避動作ないしは停止動作を行わせる技術が開発されている。例えば、特許文献１には、アームの表面に配置された検知電極と、検知電極からの信号に基づいて物体の接近による静電容量の変化に応じた情報を出力する検出回路とを有する近接センサーを備えるロボットが開示されている。

特開２０１０－１０１１６号公報

しかし、特許文献１に記載のロボットでは、検出電極および検出回路が１つのアームのみに設けられているため、他のアームに対する物体の接近を検出することが難しかった。また、かかるロボットでは、仮に各アームに対して検出電極を設けたとしても、検出回路が１つしかないため、ロボットの動作によって検出電極同士の距離が変化して出力が変化し、誤検出が発生してしまうという問題点があった。このようなことから、従来のロボットでは、衝突時の危険性を十分に低減することが難しかった。

本発明の目的は、衝突時の危険性を低下させることができるロボット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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

本適用例のロボットは、基台と、前記基台に対して回動可能に設けられた第１可動部と、
前記第１可動部に対して回動可能に設けられた第２可動部と、を備えるロボット本体部と、
前記第１可動部に対する物体の接触または接近を検出する第１近接センサーと、
前記第２可動部に対する物体の接触または接近を検出する第２近接センサーと、
を有し、
前記第１近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第１電極部と、前記第１電極部の静電容量を検出する第１回路部と、を備え、
前記第２近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第２電極部と、前記第２電極部の静電容量を検出する第２回路部と、を備えることを特徴とする。

このようなロボットによれば、誤検出を低減しつつ、ロボット本体部への物体の接触または接近を検出可能な範囲を広げることができるので、衝突時の危険性を低下させることができる。そのため、当該ロボットを、人と協働作業が可能な協働ロボットとして好適に用いることができる。

本適用例のロボットは、前記第１回路部による検出時間である第１検出時間と、
前記第２回路部による検出時間である第２検出時間と、が時間的に異なっていることが好ましい。

これにより、比較的簡単な構成で検出電極同士の距離が近づくことによる誤検出を低減できるため、衝突時の危険性を低下させることができる。

本適用例のロボットは、前記第１回路部による接近判定の閾値である第１閾値と、
前記第２回路部による接近判定の閾値である第２閾値と、が異なっていることが好ましい。

これにより、各アームの動作速度によらず、ロボットアームに対する物体の衝突の危険性を低下させることができる。

本適用例のロボットは、基台と、前記基台に対して回動可能に設けられた第３可動部と、を備えるロボット本体部と、
前記第３可動部に対する物体の接触または接近を検出する第３近接センサーと、
前記第３可動部に対する物体の接触または接近を検出する第４近接センサーと、を有し、
前記第３近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第３電極部と、前記第３電極部の静電容量を検出する第３回路部と、を備え、
前記第４近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第４電極部と、前記第４電極部の静電容量を検出する第４回路部と、を備えることが好ましい。

このようなロボットによれば、ロボットの稼働率の低下を防止しつつ、物体の接触または接近も好適に検出することができる。

本適用例のロボットは、前記第３回路部による接近判定の閾値である第３閾値と、
前記第４回路部による接近判定の閾値である第４閾値と、が異なっていることが好ましい。

これにより、各アームの動作速度によらず、ロボットアームに対する物体の衝突の危険性を低下させることができる。

本適用例のロボットは、基台と、前記基台に対して回動可能に設けられた第４可動部と、を備えるロボット本体部と、
前記第４可動部に対する物体の接触または接近を検出する第５近接センサーと、を有し、
前記第５近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第５電極部と、前記第５電極部の静電容量を検出する第５回路部と、を備え、
前記第５回路部による接近判定の閾値である第５閾値は、ロボットの動作に伴って変化させることが好ましい。

これにより、ロボットの動作中において、いつでも衝突時の危険性を低下させることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、ロボットの動作ステップ毎に変化させることが好ましい。
これにより、衝突時の危険性をより的確に低下させることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、ロボットの動作速度に伴って変化させることが好ましい。

これにより、ロボットの作業効率の低下を低減しつつ、衝突時の危険性を低下させることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、ロボットの姿勢に伴って設定することが好ましい。

これにより、ロボットの作業効率の低下をより低減しつつ、衝突時の危険性をより低下させることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、周辺にある前記物体に対する距離に応じて設定することが好ましい。
これにより、衝突防止の安全性と作業効率とをより高めることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、周辺にある前記物体に対する距離に伴って変化させることが好ましい。
これにより、衝突防止の安全性と作業効率とをより高めることができる。

本適用例のロボットは、前記第５閾値は、ロボットの教示の設定項目であることが好ましい。

これにより、ロボットアームの動作時に、逐次的に近接センサーの近接検知の閾値の設定を変更していく方法と比較して、ロボットアームの駆動を制御する制御装置（コントローラー）の演算量を減らすことができる。

第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。 図１に示すロボットのブロック図である。 近接センサーの構成を説明するための概略図である。 第１電極（検出電極）および第２電極（駆動電極）の配置の一例を示す図である。 ロボット本体部における電極部および検出回路部の配置を示す図である。 ２つのアームに設けられた各近接センサーの検出タイミングを示す図である。 第２実施形態に係るロボットが有する近接センサーの配置を示す図である。 ２つのアームに設けられた各近接センサーの検出タイミングを示す図である。 第３実施形態に係るロボットの動作の一例を説明するための図である。 近接センサーからの出力値と検出距離との関係を示す図である。 ロボットアームの姿勢が変化する例を示す図である。 ロボットアームが有する一部のアームが動作する例を示す図である。 アームの断面を概略的に示す図である。 ロボットアームおよびエンドエフェクターの動作範囲を示す図である。 第４実施形態に係るロボットによる作業の一例を示す図である。 図１５に示すロボットによる作業の一例を示す図である。 アームの動作方向の一例を概略的に示す図である。

以下、本発明のロボットを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
≪ロボットの基本構成≫
図１は、第１実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットのブロック図である。図３は、近接センサーの構成を説明するための概略図である。図４は、第１電極（検出電極）および第２電極（駆動電極）の配置の一例を示す図である。図５は、ロボット本体部における電極部および検出回路部の配置を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、図１中の基台１１０側を「基端側」、その反対側（エンドエフェクター９０側）を「先端側」と言う。また、図１の上下方向を「鉛直方向」とし、左右方向を「水平方向」とする。

図１に示すロボット１００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、例えば、精密機器やこれを構成する部品（ワーク）の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。

図１に示すように、ロボット１００は、基台１１０およびロボットアーム１０を有するロボット本体部１と、ロボットアーム１０の動作を制御する制御装置５（コントローラー）と、を有する。また、ロボット１００は、ロボット本体部１に設けられた、複数の駆動部１７０、複数の角度センサー２０および複数の近接センサー３０を有する（図１および図２参照）。なお、角度センサー２０および近接センサー３０の設置数および設置箇所は、後述する実施形態に限定されるものではない。

［ロボット本体部］
〈基台〉
基台１１０は、例えば、床、壁、天井、移動可能な台車上等に固定される。なお、詳細な図示はしないが、基台１１０は、外装部材（ハウジングやカバー等）を含んで構成されており、当該外装部材によって形成された内部空間には、制御装置５が収容されている。

〈ロボットアーム〉
ロボットアーム１０は、基台１１０に回動可能に支持されており、アーム１１（第１アーム）、アーム１２（第２アーム）、アーム１３（第３アーム）、アーム１４（第４アーム）、アーム１５（第５アーム）、アーム１６（第６アーム、先端アーム）と、を有する。これらアーム１１～１６は、基端側から先端側に向かってこの順に連結されており、隣り合う基端側のアームまたは基台１１０に対して相対的に回動可能に構成されている。なお、基台１１０およびアーム１１～１６のうちの互いに連結された２つの部材同士を回動可能に接続した接続部分が「関節部」を構成している。また、詳細な図示はしないが、各アーム１１～１６は、それぞれ、外装部材（ハウジングやカバー等）を含んで構成されており、当該外装部材によって形成された内部空間には、駆動部１７０や角度センサー２０が収容されている。

また、アーム１６の先端部には、例えば対象物を把持可能なハンドで構成されたエンドエフェクター９０が装着されている。なお、エンドエフェクター９０に接続されたケーブル（図示せず）が有するコネクター（図示せず）は、アーム１４に設けられたコネクター挿入部１４９に接続される。これにより、エンドエフェクター９０は、ロボットアーム１０内に設けられた配線（図示せず）を介して制御装置５に電気的に接続されている。

［駆動部］
図２に示すように、ロボット１００は、アーム１１～１６と同数（本実施形態では６つ）の駆動部１７０を有している。複数の駆動部１７０は、それぞれ、対応するアームをそれの基端側に位置するアーム（または基台１１０）に対して回動させる機能、すなわちロボットアーム１０の各関節部を駆動する機能を有しており、モーターおよびブレーキを含むモーターユニット（図示せず）と、減速機やベルトおよびプーリー等とを含む動力伝達機構（図示せず）とを備える。なお、駆動部１７０は、制御装置５に電気的に接続されているモータードライバー（図示せず）を備えていてもよい。

［角度センサー］
図２に示すように、ロボット１００は、駆動部１７０と同数（本実施形態では６つ）の角度センサー２０を有しており、１つの駆動部１７０に対して１つの角度センサー２０が設けられている。角度センサー２０は、モーターまたは減速機の回転軸の回転角度を検出する。これにより、基端側のアームに対する先端側のアームの角度（姿勢）等の情報（各関節部の駆動状態の情報）を得ることができる。このような各角度センサー２０としては、例えば磁気式または光学式のロータリーエンコーダー等を用いることができる。なお、各角度センサー２０は、後述する制御装置５に電気的に接続されている。

［近接センサー］
図１および図２に示すように、ロボット１００は、５つの近接センサー３０を有している。具体的には、近接センサー３０は、基台１１０およびアーム１１～１４のそれぞれに１つずつ設けられている。

近接センサー３０は、例えば、ロボット１００の周囲に存在する人等の物体の接触または接近に伴う静電容量の変化を検出する静電容量型のセンサーである。特に、本実施形態では、近接センサー３０は、相互容量方式の静電容量型のセンサーである。

図３に示すように、近接センサー３０は、物体の接触または接近に伴う静電容量の変化に応じて信号（電荷）を出力する電極部３１０と、電極部３１０からの信号（電荷）を処理する検出回路部３６を含む回路部３５と、電極部３１０と回路部３５とを電気的に接続する配線３３１とを有する。なお、配線３３１は、図示はしないが、回路部３５と第２電極３１２とを電気的に接続する駆動系の配線と、回路部３５（検出回路部３６）と第１電極３１１とを電気的に接続する信号系の配線とを有する。

電極部３１０は、第１電極３１１（検出電極）と、交番電圧が印加される第２電極３１２（駆動電極）と、基準電位となるグランド電極３１３とを有する。

第１電極３１１および第２電極３１２は、図３に示すように、互いに離間して設けられている。また、第１電極３１１および第２電極３１２は、図４に示すように、それぞれ平面視で櫛歯状をなし、第１電極３１１の櫛歯と第２電極３１２の櫛歯とは互いに離間しつつ噛み合うように配置されている。また、グランド電極３１３は、図３に示すように、第１電極３１１および第２電極３１２に対して絶縁層３２０を介して配置されている。

このような電極部３１０では、第２電極３１２に対して交番電圧を印加して第１電極３１１と第２電極３１２との間に電界を発生させ、この状態で物体が電極部３１０に接近すると第１電極３１１と第２電極３１２との間の電界が変化する。この電界の変化による静電容量の変化を第１電極３１１で検出することで、物体の接触または接近を検出できる。なお、グランド電極３１３は、電磁シールドとして機能する。

また、第１電極３１１、第２電極３１２およびグランド電極３１３の配置は図示の例に限定されず、任意である。例えば、絶縁層３２０の第１電極３１１等と同じ側の面に設けてもよく、この場合、平面視で第１電極３１１を囲むようにしてグランド電極３１３を設

図３に示すように、回路部３５は、電極部３１０（具体的には第１電極３１１）から受けた電荷を処理する検出回路部３６と、第２電極３１２に対して電力を供給する駆動回路（図示せず）とを備える。検出回路部３６は、チャージアンプ３６１（増幅回路）と、ＡＤコンバーター３６２（変換出力回路）とを有する。チャージアンプ３６１は、第１電極３１１から出力された電荷を電圧に変換する。ＡＤコンバーター３６２は、チャージアンプ３６１から出力された電圧を所定のサンプリング周波数でアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤコンバーター３６２で変換された電圧情報（デジタル信号）は、制御装置５へ転送される。

このような近接センサー３０は、図５に示すように、基台１１０およびアーム１１～１４のそれぞれに設けられている。近接センサー３０が有する電極部３１０は、例えば図５中のハッチングで示す箇所に設けられており、基台１１０およびアーム１１～１４の各外表面側（外装部材の外表面）に配置されている。また、回路部３５（具体的には回路部３５が搭載された回路基板）は、例えば図５中の破線で示す箇所に設けられており、電極部３１０と同様に、基台１１０およびアーム１１～１４の各外表面側（外装部材の外表面）に配置されている。このように、ロボット１００では、基台１１０およびアーム１１～１４のそれぞれに、１つの電極部３１０と１つの回路部３５が設けられていることで、ロボットアーム１０の広範囲にわたって近接検出を行うことができる。なお、本実施形態では、アーム１５、１６には、近接センサー３０が設けられていないが、アーム１５、１６にも近接センサー３０が設けられていてもよい。すなわち、ロボットアーム１０が有する全てのアーム１１～１６のそれぞれに近接センサー３０を設けることも可能である。これにより、より広範囲にはわたって近接検出ができる。

［制御装置］
図１および図２に示す制御装置５（コントローラー）は、角度センサー２０および近接センサー３０の検出結果に基づいてロボットアーム１０の動作を制御する機能を有する。この制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサー５１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリー５２と、Ｉ／Ｆ（インターフェース回路）５３とを有する。この制御装置５は、メモリー５２に記憶されているプログラムをプロセッサー５１が適宜読み込んで実行することで、ロボット１００の駆動の制御、各種演算および判断等の処理を実現する。また、Ｉ／Ｆ５３は、駆動部１７０と角度センサー２０と近接センサー３０とエンドエフェクター９０とに通信可能に構成されている。また、制御装置５は、図示はしないが、制御装置５の各部や駆動部１７０（モータードライバー）に対して必要な電力を生成する電源回路を備えている。

なお、制御装置５は、図示では、ロボット本体部１の基台１１０の内部に配置されているが、これに限定されず、例えば、ロボット本体部１の外部に配置されていてもよい。また、制御装置５には、ディスプレイ等のモニターを備える表示装置、例えばマウスやキーボード等を備える入力装置等が接続されていてもよい。

以上、ロボット１００の基本的な構成について説明した。このようなロボット１００では、制御装置５のメモリー５２に予め教示作業によって生成した動作シーケンスが記憶されており、制御装置５（具体的にはプロセッサー５１）は、その動作シーケンスに従って各駆動部１７０に回転速度および回転時間に関する信号を送ることで、各駆動部１７０を駆動させる。これにより、ロボットアーム１０を駆動させる。また、制御装置５は、角度センサー２０からの信号を受け、その信号を基にしてフィードバック制御を行う。

このような制御装置５によるロボットアーム１０の動作の制御により、ロボット１００は、予め教示することによって生成した動作シーケンスに応じた作業を的確に行うことができる。

また、制御装置５は、このようなロボットアーム１０の動作を制御しつつ、各近接センサー３０との信号のやり取りを行う。具体的には、例えば、制御装置５は、近接センサー３０に対して駆動信号および各近接センサー３０の感度の強弱を調整する信号を送信しつつ、近接センサー３０からの静電容量の変化に応じた信号を受け取って、その信号を基にロボット本体部１への物体の接触または接近の有無を判断する。例えば、制御装置５は、近接センサー３０からの出力値が、閾値（予め設定した近接検出の閾値）以上となった場合、ロボット本体部１への物体の接触または接近があったと判断する。制御装置５は、ロボット本体部１への物体の接触または接近があったと判断した場合には、各駆動部１７０に信号を送り、ロボットアーム１０の動作速度を低減、動作停止または移動方向の切り替え（反転）を行う。このようにして、制御装置５は、各近接センサー３０との信号を基にして、物体に対する回避動作ないしは停止動作をロボットアーム１０に行わせる。

このように、制御装置５は、近接センサー３０からの信号を基に、物体に対する回避動作ないしは停止動作をロボットアーム１０に行わせることができる。

以上、ロボット１００の基本的な構成について説明した。前述したように、ロボット１００は、基台１１０と、基台１１０に対して回動可能に設けられ、複数のアーム１１～１６を有し、エンドエフェクター９０を取り付け可能なロボットアーム１０と、を備えるロボット本体部１と、ロボット本体部１に対する物体の接触または接近を検出する近接センサー３０と、を有する。また、近接センサー３０は、物体の接触または接近に伴う静電容量の変化に応じて信号を出力する電極部３１０と、信号を処理する回路部３５とを備える。そして、電極部３１０および回路部３５は、複数のアーム１１～１６のうちの少なくとも２つ（本実施形態では４つ）のアーム１１～１４に設けられている。

このようなロボット１００によれば、複数のアーム１１～１４のそれぞれに近接センサー３０が設けられているので、ロボット本体部１への物体の接触または接近を検出可能な範囲を広げることができる。また、１つの回路部３５が１つの電極部３１０からの信号の処理を担っており、かつ、その回路部３５および電極部３１０が、同一のアームに設けられているため、これらの位置関係が変動せず、誤検出を低減できる。このようなことから、衝突時の危険性を低下させることができる。それゆえ、ロボット１００を、人と協働作業が可能な協働ロボットとして好適に用いることができる。

≪近接センサーの詳細な説明≫
次に、近接センサー３０について詳述する。具体的には、近接センサー３０の検出タイミングについて説明する。
図６は、２つのアームに設けられた各近接センサーの検出タイミングを示す図である。

本実施形態のロボット１００では、アーム１２に設けられた近接センサー３０（以下、「近接センサー３０ａ」とも言う）と、アーム１３に設けられた近接センサー３０（以下、「近接センサー３０ｂ」とも言う）とは、回路部３５による検出タイミングが異なっている（図５および図６参照）。

具体的には、前述した制御装置５は、近接センサー３０ａが有する回路部３５と近接センサー３０ｂが有する回路部３５とへの電流の経路の導通および遮断を切り替えるスイッチング素子（図示せず）と、所定の制御信号に基づいてスイッチング素子の導通および遮断の切り替えを制御する回路（図示せず）と、を有している。例えば、図６に示すように、制御装置５は、所定の等間隔の周期で各回路部３５への電流の経路の導通および遮断を切り替える。図６中の「回路Ａ」は近接センサー３０ａが有する回路部３５であり、「回路Ｂ」は近接センサー３０ｂが有する回路部３５である。制御装置５は、近接センサー３０ａが有する回路部３５への電流の経路の導通をオン状態（有効）とした場合、近接センサー３０ｂが有する回路部３５への電流の経路の導通をオフ状態（無効）とする。逆に、制御装置５は、近接センサー３０ｂが有する回路部３５への電流の経路の導通をオン状態（有効）とした場合、近接センサー３０ａが有する回路部３５への電流の経路の導通をオフ状態（無効）とする。

このように近接センサー３０ａの回路部３５と近接センサー３０ｂの回路部３５とへの電流の経路の導通および遮断を切り替えることで、近接センサー３０ａが有する電極部３１０（具体的には第２電極３１２）と近接センサー３０ｂが有する電極部３１０（具体的には第２電極３１２）とへの電流供給のタイミングをずらすことができる。その結果、近接センサー３０ａ、３０ｂの各回路部３５から制御装置５へ出力する信号のタイミング、すなわち検出タイミングをずらすことができる。なお、近接センサー３０ａ、３０ｂの各回路部３５（具体的には検出回路部３６）による検出タイミングは、図６に示す各回路部３５への電流の経路の導通および遮断のタイミングと同様である。

このように、本実施形態のロボット１００では、回路部３５による検出タイミングは、アーム１２、１３ごとで異なっている。

これにより、比較的簡単な構成で、アーム１３がアーム１２に近づいても電極部３１０同士の距離が近づくことによる誤検出、すなわち電極部３１０同士の干渉による誤検出を低減することができるため、衝突時の危険性を低下させることができる。具体的に説明すると、前述したように、近接センサー３０ａが有する電極部３１０と近接センサー３０ｂが有する電極部３１０とへの電流供給のタイミングをずらすことができるため、例えば図５に示すアーム１３が矢印Ａ１方向に移動してアーム１２に近づいても、アーム１２、１３に設けられた各電極部３１０が干渉し合うことを低減または防止できる。そのため、各電極部３１０同士の干渉による寄生容量の変化を低減または防止することができるので、誤検出を低減できる。それゆえ、各電極部３１０同士の干渉によるロボット１００の回避動作ないしは停止動作を防ぐことができ、よって、ロボット１００の稼働率の低下を防止することができる。

なお、本実施形態では、回路部３５による検出タイミングは、アーム１２、１３ごとで異なっているが、回路部３５による検出タイミングは、他のアームごとで異なっていてもよい。その場合には、例えば、隣り合うアーム同士または干渉し合うアーム同士で、検出タイミングがずれていることが好ましい。干渉し合うアームとは、ロボットアーム１０の動作時に接近し合うアームのことである。また。検出タイミングを切り替える方法は、前述した制御装置５による方法に限定されず、検出タイミングを切り替えることが可能であれば他の方法であってもよい。

＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係るロボットが有する近接センサーの配置を示す図である。図８は、２つのアームに設けられた各近接センサーの検出タイミングを示す図である。なお、図７ではエンドエフェクター９０の図示を省略している。

以下、第２実施形態について説明するが、前述した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。

本実施形態は、近接センサーの配置および検出タイミングが前述した第１実施形態と異なる。

図７に示すように、ロボット１００Ａが有するアーム１２およびアーム１３には、それぞれ、２つの近接センサー３０が設けられている。具体的には、アーム１２には、電極部３１０ｃおよび回路部３５ｃを有する近接センサー３０ｃと、電極部３１０ｄおよび回路部３５ｄを有する近接センサー３０ｄとが設けられており、アーム１３には、電極部３１０ｅよび回路部３５ｅを有する近接センサー３０ｅと、電極部３１０ｆおよび回路部３５ｆを有する近接センサー３０ｆとが設けられている。

本実施形態のロボット１００Ａでは、回路部３５ｃと回路部３５ｅによる検出タイミングが異なっている。一方、回路部３５ｄと回路部３５ｆとでは、常時、近接検出が可能となっている。

具体的には、詳細な図示はしないが、制御装置５は、回路部３５ｃと回路部３５ｅとへの電流の経路の導通および遮断を切り替えるスイッチング素子と、スイッチング素子の導通および遮断の切り替えを制御する回路と、を有している。例えば、図８に示すように、制御装置５は、所定の等間隔の周期で回路部３５ｃと回路部３５ｅへの電流の経路の導通および遮断を切り替える。なお、図８中の「回路Ｃ」が回路部３５ｃであり、「回路Ｄ」が回路部３５ｄであり、「回路Ｅ」が回路部３５ｅであり、「回路Ｆ」が回路部３５ｆである。一方、図８に示すように、回路部３５ｄと回路部３５ｆへの電流の経路は、常時導通されている。

このように回路部３５ｃと回路部３５ｅとへの電流の経路の導通および遮断を切り替えることで、電極部３１０ｃと電極部３１０ｅとへの電流供給のタイミングをずらすことができる。その結果、回路部３５ｃ、３５ｅによる検出タイミングをずらすことができる。なお、回路部３５ｃ、３５ｅの検出タイミングは、図８に示す回路部３５ｃ、３５ｅへの電流の経路の導通および遮断のタイミングと同様である。

このように、本実施形態のロボット１００Ａでは、アーム１２に設けられた回路部３５ｃによる検出タイミングとアーム１３に設けられた回路部３５ｅによる検出タイミングとは、異なっている。これにより、前述した第１実施形態と同様に、アーム１３がアーム１２に近づいても、電極部３１０ｃと電極部３１０ｅとの間の距離が近づくことによる誤検出を低減できるため、衝突時の危険性を低下させることができる。

また、本実施形態のロボット１００Ａでは、１つのアーム１２に対して、複数の近接センサー３０ｃ、３０ｄが設けられている。すなわち、１つのアーム１２に対して、複数の電極部３１０ｃ、３１０ｄおよび複数の回路部３５ｃ、３５ｄが設けられている。そして、１つのアーム１２に設けられた複数の回路部３５ｃ、３５ｄによる検出タイミングは、回路部３５ｃ、３５ｄごとで異なっている。本実施形態では、回路部３５ｃは、近接検出を行うときと行わないときがあり、回路部３５ｄは、常時、近接検出を行う。このように、回路部３５ｃ、３５ｄによる検出タイミングは異なっている。

また、同様に、１つのアーム１３に対して、複数の近接センサー３０ｅ、３０ｆが設けられている。すなわち、１つのアーム１３に対して、複数の電極部３１０ｅ、３１０ｆおよび複数の回路部３５ｅ、３５ｆが設けられている。そして、１つのアーム１３に設けられた複数の回路部３５ｅ、３５ｆによる検出タイミングは、異なっている。本実施形態では、回路部３５ｅは、近接検出を行うときと行わないときがあり、回路部３５ｆは、常時、近接検出を行う。このように、回路部３５ｅ、３５ｆによる検出タイミングは異なっている。

このように、アーム１２、１３同士の干渉が生じ得る箇所に設けられ回路部３５ｃ、３５ｅは、干渉し合わないように所定周期で近接検出のオン・オフが切り替わる。一方、アーム１２、１３同士の干渉が生じない箇所に設けられた回路部３５ｄ、３５ｆは、常時、近接検出を行う。これにより、ロボット１００の稼働率の低下を防止しつつ、物体の接触または接近も好適に検出するこができる。

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係るロボットの動作の一例を説明するための図である。図１０は、近接センサーからの出力値と検出距離との関係を示す図である。図１１は、ロボットアームの姿勢が変化する例を示す図である。図１２は、ロボットアームが有する一部のアームが動作する例を示す図である。図１３は、アームの断面を概略的に示す図である。図１４は、ロボットアームおよびエンドエフェクターの動作範囲を示す図である。なお、図９、図１１および図１２ではエンドエフェクター９０の図示を省略している。

以下、第３実施形態について説明するが、前述した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。

本実施形態は、各アームに設けられた近接センサーによる近接検出の閾値（検出感度）が、近接センサーごとに異なっていることが前述した第１実施形態と異なる。

本実施形態のロボット１００Ｂでは、アーム１１、アーム１２、アーム１３およびアーム１４に設けられた各近接センサー３０の近接検出の閾値（検出感度）が、この順に大きくなっている。したがって、アーム１１に設けられた各近接センサー３０の近接検出の閾値が最も小さく、アーム１４に設けられた各近接センサー３０の近接検出の閾値が最も大きく設定されている。なお、図９では、近接センサー３０が有する電極部３１０および回路部３５の図示を省略しているが、これらの配置は第１実施形態と同様である。

ここで、例えば、図９の２点鎖線で示すロボットアーム１０の状態から、ロボットアーム１０の姿勢を変化させずに基台１１０に対してロボットアーム１０を矢印Ａ２方向に水平回転させて、図９中の実線で示すロボットアーム１０の状態とした場合、アーム１４の動作速度は、アーム１１の動作速度よりも速くなる。例えば、鉛直方向から見たときの、アーム１１と基台１１０との距離に対してアーム１４と基台１１０との距離が、１０倍であった場合、アーム１１の動作速度に対してアーム１４の動作速度は１０倍速くなる。この場合、近接センサー３０が物体の接近を検知してから制御装置５がロボットアーム１０の駆動を停止等させるまでに、アーム１４に設けられた近接センサー３０では、アーム１１に設けられた近接センサー３０よりも１０倍離れた距離で物体を検出する必要がある。そこで、ロボット１００Ｂでは、各アーム１１～１６の動作速度に応じた検出距離を設定している。

各アーム１１～１６の動作速度に応じた検出距離を設定は、例えば以下のような方法により行う。

アーム１１～１６（例えばアーム１１～１６の先端部）の動作速度は、アーム１１～１６に対応する各駆動部１７０のモーターの回転速度と、各駆動部１７０の回転軸同士の距離とを基にして決定することができる。例えば、ロボット１００の動作は予め教示されているため、現在の各アーム１１～１６の動作速度が算出できる。また、角度センサー２０からの信号を基に現在の各アーム１１～１６の動作速度を算出してもよい。また、ロボット１００に３軸加速度センサー（図示せず）を取り付けて、３軸加速度センサーの出力の時間積分によって現在の各アーム１１～１６の動作速度を算出してもよい。

また、検出距離は、近接センサー３０からの出力値に対応しており、出力値の閾値を設定することで検出距離を設定することができる。図１０に示す実線の曲線が、検出距離に対する近接センサー３０からの出力値の特性を表している。例えば、図１０に示すように、近接センサー３０の出力値の閾値を「Ａ」に設定すると検出距離を５０ｍｍに設定でき、近接センサー３０の出力値の閾値を「Ｂ」に設定すると検出距離を１０ｍｍに設定できる。

そして、制御装置５は、前述した方法で算出した動作速度と、近接センサー３０からの出力値と、検出距離とを基にして、各アーム１１～１６の動作速度に応じた検出距離を設定する。

このように、本実施形態のロボット１００Ｂでは、複数の近接センサー３０における物体の接触または接近を検出する近接検出の閾値を設定可能である。

これにより、停止する必要のない距離で物体が近づいても、ロボットアーム１０の動作が停止して、作業効率が低下することを低減できる。逆に、制動距離が不足して、ロボットアーム１０が人等の物体に衝突することを防ぐことができる。

また、前述したように、近接検出の閾値は、複数のアーム１１～１４ごとに異なっている。

これにより、動作速度が異なるアーム１１～１４でも、物体を検知してからその部位（各アーム１１～１４）が衝突しないように停止させることができる。そのため、各アームの動作速度によらず、ロボットアーム１０に対する物体の衝突の危険性を低下させることができる。また、各アーム１１～１４の動作速度によって各近接センサー３０の近接検出の閾値（近接センサー３０からの出力値の閾値）を設定することで、動作速度の遅いアーム１１に物体が近づいたときには、動作速度の速いアーム１４に物体が近づいたときよりも接近距離を短くできるため、作業者はアーム１１に近接した場所での作業を行うことができる。

また、図１１に示すように、図１１中の２点鎖線で示すロボットアーム１０の姿勢でロボットアーム１０を基台１１０に対して水平回転させたときよりも、図１１中の実線で示すロボットアーム１０の姿勢でロボットアーム１０を基台１１０に対して水平回転させたときの方が、アーム１１に対するアーム１６の動作速度は速い。したがって、前述した近接検出の閾値は、ロボットアーム１０の姿勢に応じて設定することが好ましい。

これにより、ロボットアーム１０の姿勢およびそのロボットアーム１０の姿勢に応じた各アーム１１～１６の動作速度に応じて、近接検出の閾値の設定を行うことで、ロボット１００の作業効率の低下をより低減しつつ衝突時の危険性をより低下させることができる。

また、図１２に示すように、図１２中の２点鎖線で示すロボットアーム１０の状態から、アーム１３～１６を矢印Ａ３方向に回転させて、図１２中の実線で示すロボットアーム１０の状態にした場合、アーム１３～１６は動作するがアーム１１およびアーム１２は動作しない。この場合、アーム１１およびアーム１２から周囲の物体に対して衝突することはない。そのため、アーム１１、１２に設けられた各近接センサー３０における検出距離を０（零）にして接触したら停止するような近接検出の閾値に設定することが好ましい。

また、図１３に示すように、近接センサー３０が１つのアーム（例えばアーム１２）の外周面の４箇所に取り付けられている場合、矢印Ａ４方向にアーム１２が動作するときには、アーム１２の図１３中上側、下側および左側から周囲の物体に対して接触することはない。そのため、アーム１２の図１３中上側、下側および左側に位置する近接センサー３０における検出距離を０（零）にして接触したら停止するような近接検出の閾値に設定することが好ましい。このように、アーム１２の動作方向、近接センサー３０の設置位置を考慮して、各近接センサー３０における検出距離を設定することで、作業効率の低下をより低減しつつ衝突時の危険性をより低下させることができる。

また、図１４に示すように、ロボットアーム１０およびエンドエフェクター９０の動作範囲Ｓ１外に物体が位置する場合は、その物体に対するロボットアーム１０およびエンドエフェクター９０の衝突危険性は低い。そのため、動作範囲Ｓ１外に物体がある場合には、ロボット１００Ｂの動作中において、ロボット１００Ｂを停止する必要はない。したがって、この場合、例えばロボット本体部１に設けられた全ての近接センサー３０の検出距離を０（零）にして接触したら停止するような近接検出の閾値に設定する。または、検出しないように設定してもよい。一方、動作範囲Ｓ１内に物体が位置する場合は、その物体に対するロボットアーム１０およびエンドエフェクター９０の衝突危険性が高いので、通常よりも物体を早く検出できるよう近接検出の閾値を設定する。

このように、近接検出の閾値は、周辺にある物体に対する距離に応じて設定する。すなわち、ロボット１００に対する概略な位置関係が予めわかっている物体に対しては、前述したように閾値を設定することが好ましい。
これにより、衝突防止の安全性と作業効率とをより高めることができる。

ここで、ロボット１００と物体との概略な位置関係を測定する手段は、ロボット１００とは別に設けられたセンサーを用いる。当該センサーとしては、例えば、カメラ、レーザースキャナー、圧力マット、超音波センサー等の各種センサーを用いることができる。なお、ロボット１００が有する制御装置５は、当該センサーからの信号を取得できるよう構成されていればよい。

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮させることができる。

＜第４実施形態＞
図１５は、第４実施形態に係るロボットによる作業の一例を示す図である。図１６は、図１５に示すロボットによる作業の一例を示す図である。図１７は、アームの動作方向の一例を概略的に示す図である。

以下、第４実施形態について説明するが、前述した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。

本実施形態は、近接センサーの近接検出の閾値が変化することが前述した第１実施形態と異なる。

本実施形態におけるロボット１００Ｃは、作業を行うにあたり、時間経過とともに諸々の動作を行う（図１５および図１６参照）。例えば、ロボット１００Ｃは、図１５に示すようにコンベアー８１に載置された作業対象物８０をエンドエフェクター９０で把持した後、ロボットアーム１０を駆動させて、図１６に示すように載置台８２上に作業対象物８０を載置する。このような作業では、コンベアー８１での把持作業および載置台８２での載置作業に比べ、コンベアー８１から載置台８２への移動作業における各アーム１１～１６の動作速度は速い。よって、各近接センサー３０の近接検知の閾値を逐次変化させて、いつでも物体に衝突させないようにする。

このように、本実施形態では、前述したロボット１００Ｃによる一連の作業（把持作業、移動作業および載置作業）において、各近接センサー３０の閾値を一定にせず、各近接センサー３０の近接検知の閾値を経時的に変化させる。すなわち、本実施形態のロボット１００Ｃでは、近接検出の閾値は、ロボットアーム１０の動作状態（例えば前述したような各アーム１１～１６の動作速度の変化）に応じて変化する。ロボット１００Ｃの動作状態としては、例えば、前述したような各アーム１１～１６の動作速度の変化の他に、作業中におけるロボットアーム１０の姿勢の変化や、作業中における物体との相対的な位置の変化等が挙げられる。

このようにロボット１００Ｃの動作状態に応じて閾値が変化することで、ロボット１００の動作中において、いつでも衝突時の危険性を低下させることができる。

特に、前述したように、近接検出の閾値は、アーム１１～１６の動作速度の変化に応じて変化することが好ましい。

これにより、ロボット１００Ｃの作業効率の低下を低減しつつ、衝突時の危険性を低下させることができる。

ここで、近接センサー３０による近接検知の閾値の設定は、ロボット１００Ｃが有するロボットアーム１０の動作の教示の際に設定することもできる。教示の際に設定することは、ロボット１００Ｃの動作中に閾値を変化させたい場合に特に有効である。

例えば、前述したロボット１００Ｃによる一連の作業を教示する際、各近接センサー３０による近接検知の閾値の設定を行うことができる。この教示の際、ロボット１００Ｃの各駆動部１７０が有するモーターの回転速度、各アーム１１～１６の姿勢および各アーム１１～１６の位置がわかるため、ロボット１００Ｃによる一連の作業における各アーム１１～１６の動作速度および動作方向がわかる。そのため、各作業における各アーム１１～１６の動作速度および動作方向に応じて近接センサー３０による近接検知の閾値が変動するよう閾値を設定することができる。

このように、近接検出の閾値は、ロボットアーム１０の動作の教示において設定することが好ましい。

これにより、ロボットアーム１０の動作時に、逐次的に近接センサー３０による近接検知の閾値の設定を変更していく方法と比較して、制御装置５の演算量を減らすことができる。そのため、制御装置５の構成を簡易にかつ安価にすることができる。

また、この閾値の設定の際には、各アーム１１～１６の形状、近接センサー３０の設置位置および各アーム１１～１６の動作方向によって、各近接センサー３０による近接検知の閾値を設定する。例えば、図１７に示すように、アーム１２の形状、アーム１２に設けられた近接センサー３０の設置位置およびアーム１２の動作方向によって、装置Ｘ等の物体に最初に衝突する部分を基準として、近接センサー３０による近接検知の閾値を設定する。図１７では、アーム１２の先端部分１２０と装置Ｘとの間の距離ｄ１が近接センサー３０と装置Ｘとの間の距離ｄ２の方が長く、図１７に示すアーム１２の位置からアーム１２が矢印Ａ５方向に移動する場合、近接センサー３０よりもアーム１２の先端部分１２０が先に装置Ｘに接触すると想定される。そのため、装置Ｘに最初に衝突するアーム１２の先端部分１２０を基準として、近接センサー３０による近接検知の閾値を設定する。

このように、近接検出の閾値は、アーム１２の形状、アーム１２に設けられた近接センサー３０の設置位置およびアーム１２の動作方向の少なくとも１つ（本実施形態では全て）に基づいて設定する。

これにより、衝突の危険性を特に効果的に低減することができる。特に、衝突の危険性をより低減するには、アーム１２の形状、アーム１２に設けられた近接センサー３０の設置位置およびアーム１２の動作方向の全ての情報を基にして閾値を設定することが好ましい。なお、アーム１２に限らず、他のアーム１１、１３～１６についても同様のことが言える。

以上、本発明のロボットを図示の好適な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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した２つ以上の実施形態の構成を組み合わせてもよい。

以上、本発明のロボットを図示の好適な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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した２つ以上の実施形態の構成を組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットアームの数は、前述した実施形態の数は１つであったが、ロボットアームの数は、これに限定されず、例えば、２つ以上でもよい。すなわち、本発明のロボットは、例えば、双腕ロボット等の複数腕ロボットであってもよい。

また、前述した実施形態では、ロボットアームが有するアームの数は、前述した実施形態の数に限定されず、例えば、３つ以上５つ以下、または、７つ以上であってもよい。

また、本発明のロボットは、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットに限定されず、例えば、スカラーロボット等の他のロボットであってもよい。

１…ロボット本体部、５…制御装置、１０…ロボットアーム、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、２０…角度センサー、３０…近接センサー、３０ａ…近接センサー、３０ｂ…近接センサー、３０ｃ…近接センサー、３０ｄ…近接センサー、３０ｅ…近接センサー、３０ｆ…近接センサー、３５…回路部、３５ｃ…回路部、３５ｄ…回路部、３５ｅ…回路部、３５ｆ…回路部、３６…検出回路部、５１…プロセッサー、５２…メモリー、５３…Ｉ／Ｆ、８０…作業対象物、８１…コンベアー、８２…載置台、９０…エンドエフェクター、１００…ロボット、１００Ａ…ロボット、１００Ｂ…ロボット、１００Ｃ…ロボット、１１０…基台、１２０…先端部分、１４９…コネクター挿入部、１７０…駆動部、３１０…電極部、３１０ｃ…電極部、３１０ｄ…電極部、３１０ｅ…電極部、３１０ｆ…電極部、３１１…第１電極、３１２…第２電極、３１３…グランド電極、３２０…絶縁層、３３１…配線、３６１…チャージアンプ、３６２…ＡＤコンバーター、Ａ…回路、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、Ａ３…矢印、Ａ４…矢印、Ａ５…矢印、Ｓ１…動作範囲、Ｘ…装置、ｄ１…距離、ｄ２…距離

Claims (2)

1. 基台と、前記基台に対して回動可能に設けられた第１可動部と、
   前記第１可動部に対して回動可能に設けられた第２可動部と、を備えるロボット本体部と、
   前記第１可動部に対する物体の接触または接近を検出する第１近接センサーと、
   前記第２可動部に対する物体の接触または接近を検出し、前記第１近接センサーに接近する第２近接センサーと、
   前記第１可動部に対する物体の接触または接近を検出する、前記第１近接センサーとは異なる第３近接センサーと、
   前記第２可動部に対する物体の接触または接近を検出する、前記第２近接センサーとは異なる第４近接センサーと、を有し、
   前記第１近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第１電極部と、前記第１電極部の静電容量を検出する第１回路部と、を備え、
   前記第２近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第２電極部と、前記第２電極部の静電容量を検出する第２回路部と、を備え、
   前記第３近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第３電極部と、前記第３電極部の静電容量を検出する第３回路部と、を備え、
   前記第４近接センサーは、前記物体の接触または接近に伴い静電容量が変化する第４電極部と、前記第４電極部の静電容量を検出する第４回路部と、を備え、
   前記第１電極部は、駆動電極および検出電極を有し、前記駆動電極および前記検出電極は、それぞれ櫛歯状であり、前記駆動電極の櫛歯と前記検出電極の櫛歯とは、互いに離間しつつ噛み合うように配置され、
   前記第２電極部は、駆動電極および検出電極を有し、前記駆動電極および前記検出電極は、それぞれ櫛歯状であり、前記駆動電極の櫛歯と前記検出電極の櫛歯とは、互いに離間しつつ噛み合うように配置され、
   所定の周期で前記第１回路部と前記第２回路部への電流経路の導通および遮断が切り替わることにより、前記第１回路部による検出時間である第１検出時間と、前記第２回路部による検出時間である第２検出時間と、が時間的に異なっており、
   前記第３回路部および前記第４回路部は、常時、近接検出を行うことを特徴とするロボット。
2. 前記第１回路部による接近判定の閾値である第１閾値と、
   前記第２回路部による接近判定の閾値である第２閾値と、が異なっている請求項１に記載のロボット。

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