JP2015155135A - Robot, control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット、制御装置、及び制御方法に関するものである。 The present invention relates to a robot, a control device, and a control method.
従来、産業用ロボットの停電対策として、種々の手段が提案されている。例えば、停電時には、回生エネルギーや制御回路に構成されているコンデンサー等に溜まった残留電力でアームを停止させる方法がいくつか開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。ここで、停電時で安全にアームを停止させるために、エンコーダーを使って速度監視をし、アームが停止したことを確認してからブレーキを掛けることが一般的に行われている。 Conventionally, various means have been proposed as countermeasures for power failure of industrial robots. For example, in the event of a power failure, several methods have been disclosed for stopping the arm with regenerative energy or residual power accumulated in a capacitor or the like configured in the control circuit (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Here, in order to stop the arm safely in the event of a power failure, it is common practice to monitor the speed using an encoder and apply the brake after confirming that the arm has stopped.
しかしながら、多関節アームを有するロボットにおいて、各関節の回転角を検出するエンコーダーが速度監視すると電力がかかり、アームが停止する前にハンドの把持力がなくなるおそれがあった。 However, in a robot having a multi-joint arm, when the encoder that detects the rotation angle of each joint monitors the speed, power is applied, and there is a possibility that the gripping force of the hand is lost before the arm stops.
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
［適用例１］本適用例に係るロボットは、第１アーム部材と、前記第１アーム部材に第１関節を介して設けられた第２アーム部材と、を有するアームと、前記第１アーム部材を駆動する第１駆動部と、前記第１駆動部を制動する第１制動部と、前記第２アーム部材を駆動する第２駆動部と、前記第２駆動部を制動する第２制動部と、前記第１アーム部材及び前記第２アーム部材の慣性を検出する慣性センサーと、を備え、前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とする。 Application Example 1 A robot according to this application example includes an arm having a first arm member and a second arm member provided on the first arm member via a first joint, and the first arm member. A first driving unit that drives the first driving unit, a second braking unit that drives the second arm member, and a second braking unit that brakes the second driving unit. An inertial sensor that detects inertia of the first arm member and the second arm member, and the first braking unit is configured to perform the first drive based on information output from the inertial sensor during a power failure. The second braking unit brakes the second drive unit based on information output from the inertia sensor in the event of a power failure.
本適用例によれば、停電時に、慣性センサーの情報を用いてアームを停止させる。これにより、エンコーダーよりも省電力になるので、より長時間ハンドの把持力を維持することができる。その結果、停電時にハンドの把持力をできるだけ長く維持することができるため、より安全を保つことができる。 According to this application example, the arm is stopped using the information of the inertial sensor at the time of a power failure. As a result, power is saved compared to the encoder, and the gripping force of the hand can be maintained for a longer time. As a result, the gripping force of the hand can be maintained as long as possible at the time of a power failure, so that safety can be further maintained.
［適用例２］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記慣性センサーは、３軸の角速度検出器であることを特徴とする。 Application Example 2 In the robot according to the application example, the inertial sensor is a triaxial angular velocity detector.
本適用例によれば、慣性センサーが３軸の角速度検出器であることで容易に省電力できる。 According to this application example, since the inertial sensor is a triaxial angular velocity detector, power can be easily saved.
［適用例３］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記第１アーム部材が設けられた基台を備え、前記アームは、前記第２アーム部材に第２関節を介して設けられた第３アーム部材と、前記第３アーム部材に第３関節を介して設けられた第４アーム部材と、を有し、前記角速度検出器は、前記第３関節あるいは前記第４アーム部材に設けられていることを特徴とする。 Application Example 3 In the robot according to the application example described above, the robot includes a base on which the first arm member is provided, and the arm is provided on the second arm member via a second joint. And a fourth arm member provided on the third arm member via a third joint, and the angular velocity detector is provided on the third joint or the fourth arm member. It is characterized by.
本適用例によれば、角速度検出器が第３関節あるいは第４アーム部材に設けられていることで容易に各アーム部材の慣性を検出できる。 According to this application example, since the angular velocity detector is provided in the third joint or the fourth arm member, the inertia of each arm member can be easily detected.
［適用例４］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記慣性センサーは、力覚センサーであることを特徴とする。 Application Example 4 In the robot according to the application example described above, the inertial sensor is a force sensor.
本適用例によれば、慣性センサーが力覚センサーであることで容易に省電力できる。 According to this application example, since the inertial sensor is a force sensor, power can be easily saved.
［適用例５］上記適用例に記載のロボットにおいて、前記力覚センサーは、前記アームの先端に設けられていることを特徴とする。 Application Example 5 In the robot according to the application example described above, the force sensor is provided at a tip of the arm.
本適用例によれば、力覚センサーは、アームの先端に設けられていることで容易に各アーム部材の慣性を検出できる。 According to this application example, since the force sensor is provided at the tip of the arm, the inertia of each arm member can be easily detected.
［適用例６］上記適用例に記載のロボットにおいて、各前記制動部は、各前記アーム部材のうち速度が規定値以下に低下した前記アーム部材を駆動する前記駆動部から制動することを特徴とする。 Application Example 6 In the robot according to the application example described above, each of the braking units performs braking from the driving unit that drives the arm member of which the speed is reduced to a predetermined value or less among the arm members. To do.
本適用例によれば、各アーム部材のうち速度が規定値以下に低下したアーム部材を駆動する駆動部から制動することで容易に省電力できる。 According to this application example, it is possible to easily save power by braking from the drive unit that drives the arm member whose speed is reduced below the specified value among the arm members.
［適用例７］本適用例に係る制御装置は、上記のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御装置であって、前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とする。 Application Example 7 A control device according to this application example is a control device that controls the robot according to any one of the above, wherein the first braking unit is output from the inertia sensor during a power failure. The second driving unit brakes the second driving unit based on information output from the inertia sensor during a power failure.
本適用例によれば、停電時に、慣性センサーの情報を用いてアームを停止させる。これにより、エンコーダーよりも省電力になるので、より長時間ハンドの把持力を維持することができる。その結果、停電時にハンドの把持力をできるだけ長く維持することができるため、より安全を保つことができる。 According to this application example, the arm is stopped using the information of the inertial sensor at the time of a power failure. As a result, power is saved compared to the encoder, and the gripping force of the hand can be maintained for a longer time. As a result, the gripping force of the hand can be maintained as long as possible at the time of a power failure, so that safety can be further maintained.
［適用例８］本適用例に係る制御方法は、上記のいずれか一項に記載のロボットを制御する制御方法であって、前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とする。 [Application Example 8] A control method according to this application example is a control method for controlling the robot according to any one of the above, wherein the first braking unit is output from the inertial sensor during a power failure. The second driving unit brakes the second driving unit based on information output from the inertia sensor during a power failure.
本適用例によれば、停電時に、慣性センサーの情報を用いてアームを停止させる。これにより、エンコーダーよりも省電力になるので、より長時間ハンドの把持力を維持することができる。その結果、停電時にハンドの把持力をできるだけ長く維持することができるため、より安全を保つことができる。 According to this application example, the arm is stopped using the information of the inertial sensor at the time of a power failure. As a result, power is saved compared to the encoder, and the gripping force of the hand can be maintained for a longer time. As a result, the gripping force of the hand can be maintained as long as possible at the time of a power failure, so that safety can be further maintained.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings to be used are appropriately enlarged or reduced so that the part to be described can be recognized.
図１は、本実施形態に係るロボット２の正面斜視図である。図２は、本実施形態に係るロボット２の背面斜視図である。本実施形態に係るロボット２は、主として、胴部１０と、アーム１２と、タッチパネルモニター１４と、脚部１６と、搬送用ハンドル１８と、電子カメラ２０と、信号灯２２と、電源スイッチ２４と、外部Ｉ／Ｆ部２６と、昇降ハンドル２８と、を備える。アーム１２は、第１アーム３０と第２アーム３２とを備える。ロボット２は、人間型双腕ロボットであり、制御部（制御装置）３４（図５参照）からの制御信号に従い処理を行う。このロボット２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で用いることができるものである。なお、この製造作業は、通常、作業台（図示せず）上で行われる。
FIG. 1 is a front perspective view of the
なお、以下では、説明の都合上、図１、図２、図３中の上側を「上」又は「上方」、下側を「下」又は「下方」と言う。また、図１の手前側を「正面側」又は「正面」といい、図２の手前側を「背面側」又は「背面」という。 In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 1, 2 and 3 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Also, the near side in FIG. 1 is referred to as “front side” or “front”, and the near side in FIG. 2 is referred to as “rear side” or “rear side”.
胴部１０の両側面の上端近傍には、それぞれアーム１２（いわゆるマニピュレーター）が設けられる。
Arms 12 (so-called manipulators) are respectively provided in the vicinity of the upper ends of both side surfaces of the
アーム１２の先端には、ワークＷや道具（ツール）を把持するハンド（把持部）３６（いわゆるエンドエフェクター）が設けられる。アーム１２のエンドポイントの位置は、ハンド３６の位置である。なお、エンドエフェクターはハンド３６に限られない。
At the tip of the
また、アーム１２には、作業台の上に載置されたワーク等を撮影するハンドアイカメラ３８が設けられる。
In addition, the
アーム１２の詳細については、後に詳述する。なお、ロボット２に設けられるのはアーム１２に限られない。例えば、複数のジョイントとアーム部材とにより構成され、ジョイントを動かすことで全体が動くマニピュレーターであれば、どのような形態でもよい。
Details of the
胴部１０は、脚部１６のフレーム上に設けられる。なお、脚部１６はロボットの基台であり、胴部１０はロボットの胴体部である。胴部１０は、本発明のロボット本体に相当する。なお、胴部１０のみでなく、脚部１６を含めてロボット本体としてもよい。
The
脚部１６の内部には、ロボット２自身を制御する制御部３４等が設けられる。脚部１６の内部には回転軸が設けられ、この回転軸には胴部１０の肩領域４０が設けられる。
Inside the
脚部１６の背面には、電源スイッチ２４と、制御部３４と外部のＰＣ等を接続する外部接続端子である外部Ｉ／Ｆ部２６とが設けられる。電源スイッチ２４は、ロボット２の電源を投入する電源ＯＮスイッチ４２と、ロボット２の電源を遮断する電源ＯＦＦスイッチ４４とを有する。
On the back surface of the
また、脚部１６の最下部には、図示しない複数のキャスターが水平方向に間隔をおいて設置されている。これにより、作業者が搬送用ハンドル１８を押すこと等によりロボット２を移動搬送することができる。
A plurality of casters (not shown) are installed at intervals in the horizontal direction at the bottom of the
胴部１０から上に突出する、頭部に当たる部分には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を有する電子カメラ２０と、信号灯２２とが設けられる。電子カメラ２０は、例えば、作業台等を撮像することができる。信号灯２２は、例えば、赤色の光、黄色の光、青色の光をそれぞれ発するＬＥＤを有し、これらのＬＥＤがロボット２の現在の状態に応じて適宜選択されて発光する。
An
胴部１０の背面には、昇降ハンドル２８が設けられる。昇降ハンドル２８は、胴部１０の最上部にある肩領域４０を、胴部本体４６に対して上下方向に移動させる。これにより、様々な高さの作業台に対応することができる。
An elevating
また、胴部１０の背面側には、ロボット２の背面側から視認可能なモニターを有するタッチパネルモニター１４が配置されている。液晶モニターは、例えばロボット２の現在の状態を表示することができる。また、液晶モニターは、タッチパネル機能を有しており、ロボット２に対する動作の設定を行う操作部としても用いられる。タッチパネルモニター１４は、本発明の入力部に相当する。
A touch panel monitor 14 having a monitor visible from the back side of the
図３は、本実施形態に係るアーム１２の詳細を示す図である。図４は、本実施形態に係るアーム１２の構成外観図である。
FIG. 3 is a diagram showing details of the
アーム１２は、胴部１０側から順に、アーム部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅがジョイント（図示せず）により連結されて構成される。ジョイントには、それらを動作させるためのアクチュエーター４８が設けられる。
The
アーム１２は７個の回動軸（関節）を有する７軸ロボットである。７個の回動軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７は、それぞれ、ジョイントに設けられたアクチュエーター４８の回転軸である。アーム部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ及びハンド３６は、回動軸Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６，Ｊ７回りに独立して回動することができる。本実施形態では回転軸Ｊ３に３軸慣性センサーＳＥＮＳを備えている。これによれば、３軸慣性センサーＳＥＮＳが回転軸Ｊ３に設けられていることで容易に各アーム部材の慣性を検出できる。３軸慣性センサーＳＥＮＳはアーム部材１２Ｂに設けられていてもよい。
The
３軸慣性センサーＳＥＮＳは、３軸の角速度検出器である。これによれば、３軸慣性センサーＳＥＮＳが３軸の角速度検出器であることで容易に省電力できる。 The triaxial inertial sensor SENS is a triaxial angular velocity detector. According to this, since the triaxial inertial sensor SENS is a triaxial angular velocity detector, power can be easily saved.
３軸慣性センサーＳＥＮＳは、力覚センサーである。これによれば、３軸慣性センサーＳＥＮＳが力覚センサーであることで容易に省電力できる。 The triaxial inertial sensor SENS is a force sensor. According to this, since the three-axis inertial sensor SENS is a force sensor, power can be easily saved.
３軸慣性センサーＳＥＮＳは、アーム１２の先端に設けられていてもよい。これによれば、３軸慣性センサーＳＥＮＳは、アーム１２の先端に設けられていることで容易に各アーム部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅの慣性を検出できる。
The triaxial inertial sensor SENS may be provided at the tip of the
アクチュエーター４８は、例えば、Ｊ１〜Ｊ７駆動部Ｍ１〜Ｍ７やＪ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７（図４参照）などを備える。Ｊ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７が出力する各エンコーダー値は、制御部３４によるロボット２のフィードバック制御に使用される。また、アクチュエーター４８には、回転軸を固定するＪ１〜Ｊ７ブレーキＢＫ１〜ＢＫ７（図４参照）が設けられる。
The
アーム部材１２Ｅの先端（アーム１２の手首部分に相当）には、図示しない力覚センサーが設けられている。力覚センサーは、ロボット２が出している力に対する反力として受けている力や、モーメントを検出するセンサーである。力覚センサーとしては、例えば、並進３軸方向の力成分と、回転３軸回りのモーメント成分の６成分を同時に検出することができる６軸力覚センサーを用いることができる。なお、力覚センサーは、６軸に限らず、例えば３軸でもよい。
A force sensor (not shown) is provided at the tip of the
また、アーム部材１２Ｅの先端には、ハンド３６を着脱可能に設けるための着脱部材５０を介して、ハンド３６が設けられる。
Moreover, the
ハンド３６は、本体部５２と、本体部５２の先端側に配置された複数本（例えば、２本〜４本の任意の数）のフィンガー（指部）５４とを有する。本体部５２は、外形形状がほぼ直方体状をなし、その内部に各フィンガー５４を駆動させる駆動機構（後述する）が設けられる。駆動機構によりフィンガー５４同士を互いに接近させることにより、これらの間で部品等の対象物を挟持することができる。また、駆動機構によりこの挟持状態からフィンガー５４同士を互いに離間させることにより、対象物を解放することができる。
The
図５は、本実施形態に係る制御部３４の構成図である。図５に示すように、本実施形態の制御部３４は、変換演算部５８、速度監視部６０、主制御部５６、制御電源部６２、及び駆動電源部６４を備える。
FIG. 5 is a configuration diagram of the
変換演算部５８は、３軸慣性センサーＳＥＮＳのセンサーデータを各軸速度に変換し、各軸速度を速度監視部６０に出力する。 The conversion calculation unit 58 converts the sensor data of the triaxial inertial sensor SENS into each axis speed and outputs each axis speed to the speed monitoring unit 60.
速度監視部６０は、変換演算部５８の各軸速度を常時監視し、各軸速度低下を感知して各軸速度を主制御部５６に出力する。
The speed monitoring unit 60 constantly monitors the speeds of the respective axes of the conversion calculation unit 58, detects a decrease in the speeds of the respective axes, and outputs the speeds of the respective axes to the
主制御部５６は、予め記憶したプログラムに基づき指令信号をロボット２に出力し、ロボット２を３次元的に数値制御する。主制御部５６は、主電源の電圧を常時監視し、電圧低下を感知して電源遮断信号により制御電源部６２からＪ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の電源として供給されている電力を遮断する。なお、Ｊ４〜Ｊ７エンコーダーＥＮ４〜ＥＮ７は省略する。主制御部５６は、制御電源部６２にＪ１〜Ｊ３ブレーキＢＫ１〜ＢＫ３の解除電源としての電力の供給を制御する信号であるブレーキ制御信号を出力する。なお、Ｊ４〜Ｊ７ブレーキＢＫ４〜ＢＫ７は省略する。主制御部５６は、駆動電源部６４にＪ１〜Ｊ３駆動部Ｍ１〜Ｍ３及び各ダイナミックブレーキの駆動電源としての電力の供給を制御する信号である駆動部制御信号を出力する。
The
駆動電源部６４は、Ｊ１〜Ｊ３駆動部Ｍ１〜Ｍ３及び各ダイナミックブレーキにそれぞれ接続され、主制御部５６からの駆動部制御信号により、それぞれの駆動電源として電力を供給する。なお、Ｊ４〜Ｊ７駆動部Ｍ４〜Ｍ７は省略する。駆動電源部６４は、停電感知時にＪ１〜Ｊ３駆動部Ｍ１〜Ｍ３に電力を供給する。この駆動電源部６４の残留電力の容量は、一時退避場所までワークＷを搬送するのに必要な時間のみをバックアップできるように設定されている。この設定により、駆動電源部６４の容量を小さくすることができるので、駆動電源部６４の設置面積を減らすことができ、またコストも抑制できる。
The drive
制御電源部６２は、Ｊ１〜Ｊ３ブレーキＢＫ１〜ＢＫ３にそれぞれ接続され、主制御部５６からのブレーキ制御信号により、それぞれの解除電源として電力を供給する。制御電源部６２は、Ｊ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３及びハンド電源部６６にそれぞれ接続され、それぞれの電源として電力を供給する。Ｊ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３は、角度信号を主制御部５６に出力する。制御電源部６２は、停電感知時にハンド３６の電源及びＪ１〜Ｊ３ブレーキＢＫ１〜ＢＫ３の解除電源として電力を供給する。この制御電源部６２の残留電力の容量は、一時退避場所までワークＷを搬送するのに必要な時間のみをバックアップできるように設定されている。この設定により、制御電源部６２の容量を小さくすることができるので、制御電源部６２の設置面積を減らすことができ、またコストも抑制できる。
The control power supply unit 62 is connected to each of the J1 to J3 brakes BK1 to BK3, and supplies power as a release power supply according to a brake control signal from the
ハンド３６は、ハンド電源部６６と、ハンド制御部６８と、ハンド駆動部７０と、を備えている。ハンド電源部６６は、ハンド制御部６８及びハンド駆動部７０にそれぞれ接続され、それぞれの電源として電力を供給する。ハンド制御部６８は、ハンド駆動部７０に接続され、ハンド駆動部７０を制御する。ハンド駆動部７０は、フィンガー５４を駆動する。
The
図６は、本実施形態に係る停電時のタイミングチャートである。横軸に時間の流れを示し、縦軸に各構成要件を示す。なお、回転軸Ｊ４〜Ｊ７は回転軸Ｊ１〜Ｊ３の変位に類似するため省略する。 FIG. 6 is a timing chart at the time of a power failure according to the present embodiment. The horizontal axis shows the flow of time, and the vertical axis shows each component. The rotation axes J4 to J7 are omitted because they are similar to the displacement of the rotation axes J1 to J3.
停電が発生すると、その前後で、全軸ダイナミックブレーキは無効から有効に変位する。また、Ｊ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の電源及び信号は、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変位する。さらに、回転軸Ｊ１〜Ｊ３の回転速度は、減速する。また、Ｊ１〜Ｊ３ブレーキＢＫ１〜ＢＫ３の電源は、回転軸Ｊ１〜Ｊ３に係る回転速度に応じて、供給（ブレーキ無効）から遮断（ブレーキ有効）に変位する。これによれば、各アーム部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅのうち速度が規定値以下に低下したアーム部材を駆動するＪ１〜Ｊ７駆動部Ｍ１〜Ｍ７から制動することで容易に省電力できる。上記各変位により、制御電源部の消費電流は、段階的に減少する。その結果、ハンド３６の把持力は、制御電源部６２の消費電流が全電流遮断するまで継続する。
Before and after a power failure, the all-axis dynamic brake is effectively displaced from invalid. Further, the power and signals of the J1 to J3 encoders EN1 to EN3 are displaced from the ON state to the OFF state. Furthermore, the rotational speed of the rotating shafts J1 to J3 is reduced. Further, the power sources of the J1 to J3 brakes BK1 to BK3 are displaced from being supplied (brake invalid) to being cut off (brake valid) in accordance with the rotational speeds related to the rotary shafts J1 to J3. According to this, it is possible to easily save power by braking from the J1 to J7 driving units M1 to M7 that drive the arm member whose speed is reduced below a predetermined value among the
図７は、本実施形態に係る３軸慣性センサーＳＥＮＳの情報から速度が低下した軸を算出する方法を説明する図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a method of calculating an axis whose speed is reduced from information of the triaxial inertial sensor SENS according to the present embodiment.
まず、ステップＳ１０において、Ｊ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の速度データを用意する。 First, in step S10, speed data of J1 to J3 encoders EN1 to EN3 are prepared.
次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１０で用意したＪ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の速度データを用いて逆ヤコビアン行列を生成する。 Next, in step S12, an inverse Jacobian matrix is generated using the speed data of the J1 to J3 encoders EN1 to EN3 prepared in step S10.
次に、ステップＳ１４において、３軸慣性センサーＳＥＮＳのデータを用意する。 Next, in step S14, data for the triaxial inertial sensor SENS is prepared.
次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１２で生成した逆ヤコビアン行列とステップＳ１４で用意した３軸慣性センサーＳＥＮＳのデータとで行列演算を行う。 Next, in step S16, matrix calculation is performed using the inverse Jacobian matrix generated in step S12 and the data of the triaxial inertial sensor SENS prepared in step S14.
次に、ステップＳ１８において、ステップＳ１６の行列演算結果から各軸速度を導き出す。 Next, in step S18, each axis speed is derived from the matrix calculation result in step S16.
上記で用いるヤコビアン行列Ｊは、式（１）のように、３軸慣性センサーＳＥＮＳの取り付け位置と、ロボット２のアーム１２の姿勢から一意に決まる行列である。
The Jacobian matrix J used above is a matrix that is uniquely determined from the attachment position of the triaxial inertial sensor SENS and the posture of the
３軸慣性センサーＳＥＮＳの速度を（Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ）とすると、ヤコビアン行列Ｊは式（２）のようになる。 Assuming that the speed of the triaxial inertial sensor SENS is (Rx, Ry, Rz), the Jacobian matrix J is expressed by Equation (2).
図８は、本実施形態に係る停電監視フロー図である。図８に示すように、停電監視は、ステップＳ１〜Ｓ１１の各ステップからなる。
まず、ステップＳ１において、主制御部５６は停電を検出する。
FIG. 8 is a power failure monitoring flowchart according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the power failure monitoring includes steps S1 to S11.
First, in step S1, the
次に、ステップＳ２において、主制御部５６はＪ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の速度データを記憶する。
Next, in step S2, the
次に、ステップＳ３において、主制御部５６は電源遮断信号により、制御電源部６２から供給するＪ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の電源を遮断する。
Next, in step S3, the
次に、ステップＳ４において、主制御部５６はＪ１〜Ｊ３エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ３の速度データより逆ヤコビアン行列Ｊ-1を生成する。
Next, in step S4, the
次に、ステップＳ５において、変換演算部５８は３軸慣性センサーＳＥＮＳより３軸慣性データを取得する。 Next, in step S5, the conversion calculation unit 58 acquires triaxial inertia data from the triaxial inertial sensor SENS.
次に、ステップＳ６において、変換演算部５８は３軸慣性データより逆ヤコビアン行列Ｊ-1を用いて各回転軸速度を計算する。 Next, in step S6, the conversion calculation unit 58 calculates each rotational axis speed using the inverse Jacobian matrix J −1 from the triaxial inertia data.
次に、ステップＳ７において、速度監視部６０は各回転軸速度より回転軸停止を判断する。 Next, in step S7, the speed monitoring unit 60 determines the rotation axis stop based on each rotation axis speed.
次に、ステップＳ８において、主制御部５６はブレーキ及びハンド制御信号を制御電源部６２に出力し、ステップＳ７で回転軸停止と判断された該当ブレーキの解除電源を遮断する。主制御部５６は該当ブレーキを非励磁にしてロックする。
Next, in step S8, the
次に、ステップＳ９において、主制御部５６は全回転軸Ｊ１〜Ｊ３の停止を判断する。
Next, in step S9, the
次に、ステップＳ１０において、主制御部５６はブレーキ及びハンド制御信号を制御電源部６２に出力し、Ｊ１〜Ｊ３ブレーキＢＫ１〜ＢＫ３の解除電源及びハンド電源部６６の電源を遮断する。
Next, in step S10, the
次に、ステップＳ１１において、ステップＳ１０によりハンド駆動部７０の電源供給が絶たれハンド駆動部７０の把持力はなくなる。
Next, in step S11, the power supply of the
本実施形態によれば、停電時に、３軸慣性センサーＳＥＮＳの情報を用いてアームを停止させる。これにより、Ｊ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７よりも省電力になるので、より長時間ハンド３６の把持力を維持することができる。その結果、停電時にハンド３６の把持力をできるだけ長く維持することができるため、より安全を保つことができる。
According to this embodiment, at the time of a power failure, the arm is stopped using the information of the triaxial inertial sensor SENS. As a result, power is saved compared to the J1 to J7 encoders EN1 to EN7, so that the gripping force of the
本実施形態によれば、ハンド３６のサイズ、コストを上昇させることなく、停電時にアーム１２が停止するまでできるだけ把持力を維持することでワークＷの放出を防げる。停電時には、外部電力が遮断されるため、制御部３４に搭載されている平滑化コンデンサー等に溜まった残留電力でロボット２を制御する。一般的に、各Ｊ１〜Ｊ７駆動部Ｍ１〜Ｍ７はダイナミックブレーキにより減速させられるため残留電力を消費しない。一方、各軸のＪ１〜Ｊ７ブレーキＢＫ１〜ＢＫ７は軸速度が一定以下に低下するまでブレーキ解除を維持するため、残留電力を消費する。これは高速回転している軸に急激にブレーキを掛けることでブレーキが損傷してしまうことを防ぐ意味がある。そのため、Ｊ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７で軸速度を監視し低速になるのを待つために、Ｊ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７でも残留電力を消費する。
According to the present embodiment, it is possible to prevent the workpiece W from being released by maintaining the gripping force as much as possible until the
本実施形態では以下の組み合わせで残留電力の消費を減らし、ハンド３６の把持力をできるだけ維持する。ハンド３６、３軸慣性センサーＳＥＮＳ（アーム１２先端或いは回転軸Ｊ１〜Ｊ３等の主要軸の先に配置された）を備えた多軸ロボットにおいて、停電時にはＪ１〜Ｊ７エンコーダーＥＮ１〜ＥＮ７の通信を停止させ、代わりに３軸慣性センサーＳＥＮＳでアーム１２の停止を監視し、３軸慣性センサーＳＥＮＳの情報から速度が低下した軸を算出し、速度が低下した軸から順次ブレーキを掛ける。
In the present embodiment, the following combination reduces consumption of residual power and maintains the gripping force of the
一般的に、エンコーダーは１軸あたり５Ｖ系で２００〜３００ｍＡ程度の電流を消費続ける。したがって７軸ロボットでは７×３００ｍＡ＝２．１Ａを消費し続ける。一方、３軸慣性センサーのみでは２００〜４００ｍＡ程度と大幅に電流が減る。停電時にはアーム１２が減速していることだけを検出できればよいので、高精度なエンコーダーを動かし続けるよりも３軸慣性センサーでアーム１２の概速度を把握するだけで十分である。
In general, an encoder continues to consume about 200 to 300 mA of current at 5 V per axis. Therefore, the 7-axis robot continues to consume 7 × 300 mA = 2.1 A. On the other hand, the current is greatly reduced to about 200 to 400 mA with only the three-axis inertial sensor. Since it is only necessary to detect that the
また、ハンド３６のワークＷを放出するだけの運動エネルギーを持つ軸は、主要軸である回転軸Ｊ１〜Ｊ３であり、この軸が停止するまで把持を継続すれば十分な安全効果を見込むことができる。さらに、３軸慣性センサーＳＥＮＳの情報から軸毎の速度を算出して順次ブレーキを掛けることにより、一斉にブレーキを掛けるよりも消費電流を最適に減らすことができる。一般的にブレーキは解除状態で１００〜２００ｍＡ程度の電流を消費するが、特に回転軸Ｊ１〜Ｊ３の主要軸は定格出力が大きいためブレーキも大きいものを使用しており、これら軸のブレーキを優先的に掛けることは消費電流低減に大きな寄与となる。
Moreover, the axis | shafts with the kinetic energy which only discharge | releases the workpiece | work W of the
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。特に、本発明は、ロボットと、制御部及び撮像部とが別に設けられたロボットシステムとして提供してもよいし、ロボットに制御部等が含まれたロボットとして提供してもよいし、制御部のみ、又は制御部及び撮像部からなるロボット制御装置として提供してもよい。また、本発明は、ロボット等を制御するプログラムやプログラムを記憶した記憶媒体として提供することもできる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the above-described embodiment. Further, it is apparent from the scope of the claims that embodiments with such changes or improvements can also be included in the technical scope of the present invention. In particular, the present invention may be provided as a robot system in which a robot, a control unit, and an imaging unit are separately provided, or may be provided as a robot in which a control unit is included in the robot. Or a robot control device including a control unit and an imaging unit. The present invention can also be provided as a program for controlling a robot or the like or a storage medium storing the program.
２…ロボット １０…胴部 １２…アーム １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ…アーム部材 １４…タッチパネルモニター １６…脚部 １８…搬送用ハンドル ２０…電子カメラ ２２…信号灯 ２４…電源スイッチ ２６…外部Ｉ／Ｆ部 ２８…昇降ハンドル ３０…第１アーム ３２…第２アーム ３４…制御部（制御装置） ３６…ハンド（把持部） ３８…ハンドアイカメラ ４０…肩領域 ４２…電源ＯＮスイッチ ４４…電源ＯＦＦスイッチ ４６…胴部本体 ４８…アクチュエーター ５０…着脱部材 ５２…本体部 ５４…フィンガー ５６…主制御部 ５８…変換演算部 ６０…速度監視部 ６２…制御電源部 ６４…駆動電源部 ６６…ハンド電源部 ６８…ハンド制御部 ７０…ハンド駆動部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第１アーム部材を駆動する第１駆動部と、
前記第１駆動部を制動する第１制動部と、
前記第２アーム部材を駆動する第２駆動部と、
前記第２駆動部を制動する第２制動部と、
前記第１アーム部材及び前記第２アーム部材の慣性を検出する慣性センサーと、
を備え、
前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、
前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とするロボット。 An arm having a first arm member and a second arm member provided to the first arm member via a first joint;
A first drive unit for driving the first arm member;
A first braking unit for braking the first drive unit;
A second drive unit for driving the second arm member;
A second braking unit for braking the second drive unit;
An inertial sensor for detecting inertia of the first arm member and the second arm member;
With
The first braking unit brakes the first driving unit based on information output from the inertia sensor at the time of a power failure,
The robot, wherein the second braking unit brakes the second driving unit based on information output from the inertial sensor during a power failure.
前記慣性センサーは、３軸の角速度検出器であることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 1, wherein
The robot according to claim 1, wherein the inertial sensor is a triaxial angular velocity detector.
前記第１アーム部材が設けられた基台を備え、
前記アームは、前記第２アーム部材に第２関節を介して設けられた第３アーム部材と、前記第３アーム部材に第３関節を介して設けられた第４アーム部材と、を有し、
前記角速度検出器は、前記第３関節あるいは前記第４アーム部材に設けられていることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 2, wherein
A base provided with the first arm member;
The arm includes a third arm member provided on the second arm member via a second joint, and a fourth arm member provided on the third arm member via a third joint,
The robot according to claim 1, wherein the angular velocity detector is provided in the third joint or the fourth arm member.
前記慣性センサーは、力覚センサーであることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 1, wherein
The robot according to claim 1, wherein the inertial sensor is a force sensor.
前記力覚センサーは、前記アームの先端に設けられていることを特徴とするロボット。 The robot according to claim 4, wherein
The robot according to claim 1, wherein the force sensor is provided at a tip of the arm.
各前記制動部は、各前記アーム部材のうち速度が規定値以下に低下した前記アーム部材を駆動する前記駆動部から制動することを特徴とするロボット。 In the robot according to any one of claims 1 to 5,
Each said braking part brakes from the said drive part which drives the said arm member to which the speed fell below the regulation value among each said arm member, The robot characterized by the above-mentioned.
前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、
前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とする制御装置。 A control device for controlling the robot according to any one of claims 1 to 6,
The first braking unit brakes the first driving unit based on information output from the inertia sensor at the time of a power failure,
The control device, wherein the second braking unit brakes the second drive unit based on information output from the inertia sensor at the time of a power failure.
前記第１制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第１駆動部を制動し、
前記第２制動部は、停電時において、前記慣性センサーから出力される情報に基づいて前記第２駆動部を制動することを特徴とする制御方法。 A control method for controlling the robot according to any one of claims 1 to 6,
The first braking unit brakes the first driving unit based on information output from the inertia sensor at the time of a power failure,
The control method, wherein the second braking unit brakes the second driving unit based on information output from the inertia sensor at the time of a power failure.
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| JP2014031416A JP2015155135A (en) | 2014-02-21 | 2014-02-21 | Robot, control device and control method |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106855695A (en) * | 2016-12-30 | 2017-06-16 | 上海新时达电气股份有限公司 | Robot security's control system and method |
| KR20220092993A (en) * | 2019-12-17 | 2022-07-04 | 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤 | Robots, humanoid robots, and methods for controlling falls of robots |
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2014
- 2014-02-21 JP JP2014031416A patent/JP2015155135A/en active Pending
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| KR102659387B1 (en) | 2019-12-17 | 2024-04-19 | 가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤 | Robots, humanoid robots and fall control methods for robots |
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