(57)【要約】【課題】微小な外力から大きな外力まで高精度に検知して、高精度な制御を可能とする。【解決手段】多関節のロボットアーム１０１は、先端部１０１Ｂに配置された第１のセンサ１３１と、関節Ｊ１〜Ｊ３に配置された第２のセンサ１３２とを有する。第１のセンサ１３１と第２のセンサ１３２とは、力の検知可能範囲が互いに異なる。制御装置２００は、第１のセンサ１３１，第２の１３２のうち、いずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択し、この選択したセンサの検知結果を用いて、ロボットアーム１０１の制御を行う。【選択図】図１
2020203379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記ロボットアームは、力を検出可能な第１のセンサと、前記第１のセンサが検出可能な範囲よりも大きい力を検出可能な第２のセンサと、を有し、
前記制御装置は、
前記第１のセンサに前記範囲の上限値よりも大きい力が生じる場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記第１のセンサに前記範囲以内の力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記ロボットアームは関節と、エンドエフェクタと、を備えており、
前記第１のセンサは、前記ロボットアームの端部と前記エンドエフェクタとの間に配置され、前記エンドエフェクタに作用する荷重を検出し、
前記第２のセンサは、前記関節に配置され、前記関節に作用するトルクを検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報に基づいて、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記ロボットアームの周りには、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタによってワークの把持を行う第１領域と、前記エンドエフェクタによりワークを把持し前記ロボットアームにより搬送を行う第２領域と、が設定されており、
前記制御装置は、
前記エンドエフェクタが前記第１領域に位置している場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記エンドエフェクタが前記第２領域に位置している場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記エンドエフェクタが把持するワークに基づいて、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記ワークとして、柔軟組立部品と、剛体組立部品と、があり、
前記制御装置は、
前記エンドエフェクタにより前記柔軟組立部品を把持する際には、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記柔軟組立部品を把持し、
前記エンドエフェクタにより前記剛体組立部品を把持する際には、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記剛体組立部品を把持する、
ことを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記制御装置は、与えられた教示点から前記ロボットアームの軌道を生成する、
ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報として、与えられた教示点を用いる、
ことを特徴とする請求項３または４に記載のロボット装置。
【請求項９】
前記ロボットアームの動作位置を検出する位置検出部を更に備え、
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報として、前記位置検出部の検出結果を用いる、
ことを特徴とする請求項３または４に記載のロボット装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置が、複数の領域のうちいずれに属するかに基づき、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のロボット装置。
【請求項１１】
撮像装置を更に備え、
前記撮像装置は、作業可能な位置に配置されたワークを撮像し、
前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果に基づく前記ワークの位置に応じて、前記複数の領域を設定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
【請求項１２】
撮像装置を更に備え、
前記エンドエフェクタによって作業可能な位置に、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第１ワークと、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第２ワークと、が載置されており、
前記制御装置は、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第１ワークを検出した場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記第１ワークを把持し、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第２ワークを検出した場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記第２ワークを把持する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項１３】
前記第１のセンサは、前記第２のセンサよりも力の検出における分解能が高い、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１４】
前記第１のセンサには、過負荷に対する保護機構が設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１５】
ロボットアームが、力を検出可能な第１のセンサと、前記第１のセンサが検出可能な範囲よりも大きい力を検出可能な第２のセンサとを有しており、制御装置により前記ロボットアームの動作を制御する制御方法であって、
前記制御装置が、前記第１のセンサに前記範囲の上限値よりも大きい力が生じる場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記制御装置が、前記第１のセンサに前記範囲以内の力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
前記ロボットアームはエンドエフェクタを備えており、
前記ロボットアームの周りには、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタによってワークの把持を行う第１領域と、前記エンドエフェクタによりワークを把持し前記ロボットアームにより搬送を行う第２領域と、が設定されており、
前記制御装置が、前記エンドエフェクタが前記第１領域に位置している場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記制御装置が、前記エンドエフェクタが前記第２領域に位置している場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１７】
撮像装置を更に備え、
前記ロボットアームはエンドエフェクタを備えており、
前記エンドエフェクタによって作業可能な位置に、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第１ワークと、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第２ワークと、が載置されており、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第１ワークを検出した場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記第１ワークを把持し、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第２ワークを検出した場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記第２ワークを把持する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
【請求項１８】
ロボットアームが、力を検出可能な第１のセンサと、前記第１のセンサが検出可能な範囲よりも大きい力を検出可能な第２のセンサとを有しており、制御装置により前記ロボットアームの動作を制御し、物品の製造を行う物品の製造方法において、
前記制御装置が、前記第１のセンサに前記範囲の上限値よりも大きい力が生じる場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記制御装置が、前記第１のセンサに前記範囲以内の力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、物品の製造を行う、
ことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項１９】
コンピュータに請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームを備えたロボット装置、制御方法、物品の製造方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボット技術が発達するにつれて、制御プログラムに従って自動的に稼働するロボット装置を、物品の生産用途に用いる機運が高まっている。その中でも組立動作が要求される物品の生産に関しては、力制御が可能なロボット装置の導入が進んでいる。例えば、力覚センサ等の、ロボットアームの先端部に加わる力を求めるためのセンサ（本明細書においては、力覚センサと称することもある）を配置したロボット装置が知られている。また、トルクセンサ等の、ロボットアームの各関節に加わる力を求めるためのセンサ（本明細書においてはトルクセンサと称することもある）を配置したロボット装置が知られている。これらのロボット装置では、ロボットにより部品の組立を行う場合、組付作業の際にエンドエフェクタに生じる外力を検知して、エンドエフェクタを含むロボットの力制御（姿勢制御）を行うことができる。
【０００３】
ロボットアームの先端部に力覚センサ等のセンサを配置したロボット装置では、センサをエンドエフェクタの近くに配置できるため、組付作業時の外力をロスが少なく検知できる。このセンサにより微小な外力を検知することで、精密な力制御が可能となる。
【０００４】
ロボットアームの各関節にトルクセンサ等のセンサを配置したロボット装置では、各関節にセンサを配置することで、エンドエフェクタに限らずロボット全体のどこに接触物が接触しても外力を検知することができる。一方で、各関節の駆動部の摩擦等のロス、ロボットアーム自体の慣性力の影響等により、微小な外力を高精度に検知するのは難しく、精密な力制御は難しい場合がある。
【０００５】
今後、生産自動化のさらなる進展によって、１つの製品を１台のロボットアームで組立を行うといったように、ロボットアームに求められる作業範囲は増大していく可能性がある。例えば、電気製品ではフレキケーブルのような柔軟部品の組立から金属のような剛体部品の組立まで作業範囲は多岐にわたる。力制御という観点においては、微小な外力から大きな外力まで対応したロボット装置が必要になる。
【０００６】
従来、作業対象物の変化に応じて適切な力制御パラメータを決定してロボットを力制御するものが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１では、作業対象毎に力制御のために必要な力フィードバックゲインや補償器のゲイン、フィルタ定数、不感帯幅、サーボ周期などのパラメータを変化させるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１３９１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、外力を検知するセンサの検知可能範囲は有限であるため、上述した力制御ロボットの作業対象毎にパラメータを変化させるだけでは、以下のような問題があった。
【０００９】
（１）大きな外力を検知可能なセンサを用いた場合、微小な外力の検知結果がノイズに埋もれ、高精度な力制御ができない領域がある。
【００１０】
（２）微小な外力を検知可能なセンサを用いた場合、大きな外力の検知結果が飽和して、高精度に力制御できない領域がある。
【００１１】
そこで、本発明は、微小な外力から大きな外力まで高精度に検知して、高精度な制御を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のロボット装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記ロボットアームは、力を検出可能な第１のセンサと、前記第１のセンサが検出可能な範囲よりも大きい力を検出可能な第２のセンサと、を有し、前記制御装置は、前記第１のセンサに前記範囲の上限値よりも大きい力が生じる場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、前記第１のセンサに前記範囲以内の力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサの検知結果を選択的に使用してロボットアームの力制御を行うので、微小な外力から大きな外力まで幅広いレンジで外力を高精度に検知でき、ロボットアームを高精度に力制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。
【図２】ロボットアームの関節を示す部分断面図である。
【図３】第１のセンサの一例を示す説明図である。
【図４】第２のセンサの一例を示す説明図である。
【図５】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るロボット装置におけるロボット制御方法の各工程を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態に係る制御装置によるロボット制御方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るロボット制御方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るロボット制御方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。
【図１１】（ａ）は、領域Ａ，Ｂを変更する前の状態を示す模式図であり、（ｂ）は、領域Ａ，Ｂを変更した後の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。図１に示すロボット装置５００は、ワークの組み立て等の作業を行う多関節型のロボット１００と、ロボット１００を制御する制御システム２５０と、作業者の操作によりロボット１００の教示が可能なティーチングペンダント４００と、を備えている。
【００１７】
ロボット１００は、ロボットアーム１０１と、エンドエフェクタであるロボットハンド１０２とを有している。ロボットアーム１０１は、固定端である基端部１０１Ａと、自由端である先端部（手首部）１０１Ｂと、を有している。ロボットハンド１０２は、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂに取り付けられることで、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂに支持されている。
【００１８】
ロボットアーム１０１は、垂直多関節型のロボットアームであり、架台１１０の水平面に固定された、基端部１０１Ａであるベース部１３３と、変位や力を伝達する複数のリンク１２１〜１２４と、を有している。リンク１２１は、ベース部１３３に固定されている。複数のリンク１２１〜１２４は、複数の関節Ｊ１〜Ｊ３で旋回又は回転可能に互いに連結されている。ロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３には駆動装置１０が設けられている。各関節Ｊ１〜Ｊ３の駆動装置１０は、必要なトルクの大きさに合わせて適切な出力のものが用いられ、第１実施形態では、駆動源である電動モータと、電動モータに接続された減速機とを有する。
【００１９】
ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂには、ロボットハンド１０２に作用する力（外力）を求める（検知する）ための第１のセンサ１３１が配置されている。ロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３には、各関節Ｊ１〜Ｊ３に作用する力（外力）を求める（検知する）ための第２のセンサ１３２がそれぞれ配置されている。
【００２０】
本実施形態においては、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂに配置された第１のセンサ１３１、および、ロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３に配置された第２のセンサ１３２を力センサと称することもある。
【００２１】
ロボットハンド１０２は、ワークを把持する複数の把持爪と、複数の把持爪を駆動する不図示の駆動装置と、不図示の駆動装置の回転角度を検出する不図示のエンコーダと、回転を把持動作に変換する不図示の機構とを有している。この不図示の機構は、カム機構やリンク機構などで必要な把持動作に合わせて設計される。なお、ロボットハンド１０２に用いる不図示の駆動装置に必要なトルクは、ロボットアーム１０１の関節用と異なるが、基本構成は同じである。
【００２２】
以下、ロボットアーム１０１において、関節Ｊ１を例に代表して説明し、他の関節Ｊ２，Ｊ３については、サイズや性能が異なる場合もあるが、同様の構成であるため、説明を省略する。
【００２３】
図２は、ロボットアーム１０１の関節Ｊ１を示す部分断面図である。駆動装置１０は、電動モータである回転モータ（以下、「モータ」という）１４１と、モータ１４１の回転軸１４２の回転を減速する減速機１４３と、を有している。
【００２４】
モータ１４１の回転軸１４２及び減速機１４３の入力軸のうちいずれか一方の軸、第１実施形態ではモータ１４１の回転軸１４２には、モータ１４１の回転角度を検出するエンコーダ１６１が配置されている。減速機１４３の出力軸、即ち関節Ｊ１の角度を検出するエンコーダ１６２が、関節Ｊ１に配置されている。
【００２５】
モータ１４１は、サーボモータであり、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。
【００２６】
エンコーダ１６１は、アブソリュート型のロータリーエンコーダが望ましく、１回転の絶対角度エンコーダ、絶対角度エンコーダの回転総数のカウンタ、及びカウンタに電力を供給するバックアップ電池を有して構成される。ロボットアーム１０１への電源の供給がオフになっても、このバックアップ電池が有効であれば、ロボットアーム１０１への電源供給のオン／オフに関係なく、カウンタにおいて回転総数が保持される。したがって、ロボットアーム１０１の姿勢が制御可能となる。なお、エンコーダ１６１は、回転軸１４２に取り付けられているが、減速機１４３の入力軸に取り付けてもよい。
【００２７】
エンコーダ１６２は、隣り合う２つのリンク間の相対角度を検出するロータリーエンコーダである。関節Ｊ１においては、エンコーダ１６２は、リンク１２１とリンク１２２との間の相対角度を検出するロータリーエンコーダである。エンコーダ１６２は、リンク１２１にエンコーダスケールを設け、リンク１２２に検出ヘッドを設けた構成、或いは逆の構成となる。
【００２８】
また、リンク１２１とリンク１２２とは、クロスローラベアリング１４７を介して旋回自在に連結される。そして、リンク１２１とリンク１２２との間に、第２のセンサ１３２が配置される。
【００２９】
減速機１４３は、例えば小型軽量で減速比の大きい波動歯車減速機である。減速機１４３は、モータ１４１の回転軸１４２に結合された、入力軸であるウェブジェネレータ１５１と、リンク１２２に固定された、出力軸であるサーキュラスプライン１５２と、を備えている。なお、サーキュラスプライン１５２は、リンク１２２に直結されているが、リンク１２２に一体に形成されていてもよい。
【００３０】
また、減速機１４３は、ウェブジェネレータ１５１とサーキュラスプライン１５２との間に配置され、リンク１２１に固定されたフレクスプライン１５３を備えている。フレクスプライン１５３は、ウェブジェネレータ１５１の回転に対して減速比Ｎで減速され、サーキュラスプライン１５２に対して相対的に回転する。従って、モータ１４１の回転軸１４２の回転は、減速機１４３で１／Ｎの減速比で減速されて、フレクスプライン１５３が固定されたリンク１２１に対してサーキュラスプライン１５２が固定されたリンク１２２を相対的に回転運動させ、関節Ｊ１を屈曲させる。
【００３１】
各関節Ｊ１〜Ｊ３に配置されたエンコーダ１６１及びエンコーダ１６２のうち少なくとも一方で、位置検出部が構成されている。即ち、各関節Ｊ１〜Ｊ３のエンコーダ１６１又はエンコーダ１６２の値により、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂの位置（姿勢を含む）を計算（検出）することができる。
【００３２】
制御システム２５０は、コンピュータで構成された、制御手段である制御装置２００と、第１のセンサ入力装置である力センサ入力装置２３１と、第２のセンサ入力装置である力センサ入力装置２３２と、駆動制御装置２３３と、を有する。本実施形態では、制御装置２００は、ロボットアーム１０１の制御として、ロボット１００により嵌合作業を行う際に、ロボットアーム１０１の力制御（インピーダンス制御）を行う。
【００３３】
第１のセンサ１３１は、例えば６軸の力覚センサであり、互いに直交する３つの力成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びそれらの軸回りの３つのモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検知する。以下、この第１のセンサ１３１が検知する力及びモーメントを、単に「力」という。
【００３４】
第１のセンサ１３１は、不図示の複数の検知素子を有する。第１のセンサ１３１の各検知素子から検知信号が力センサ入力装置２３１へ出力される。力センサ入力装置２３１では、各検知信号に基づいて第１のセンサ１３１に生じた力（外力）を計算し、その計算結果（検知結果）を制御装置２００に出力する。このように、第１のセンサ１３１は、ロボットハンド１０２に作用した力を検知する。
【００３５】
第１のセンサ１３１は、例えば力覚センサである。以下、第１のセンサ１３１が力覚センサである場合について説明するがこれに限らず、ロボットハンド１０２に作用する力（外力）を求めることができればどのようなセンサでも用いることができる。
【００３６】
第１のセンサ１３１の一例を、図３に示す。図３（ａ）は、第１のセンサのＸ−Ｚ軸に沿った断面図であり、図３（ｂ）は、第１のセンサの分解斜視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１のセンサ１３１は、力が印加される作用部３０１と、力が印加された際に位置変位を生みだす弾性体３０２と、外枠３０３と、を有する。また、第１のセンサ１３１は、磁束を生み出す磁束発生源３０８と、磁束の流れを制御する磁性体３０７と、磁束発生源３０８の磁束変化を検出する検知素子３０６ａ〜３０６ｄと、を有する。また、第１のセンサ１３１は、作用部３０１と磁束発生源３０８とを支持する支柱３０４と、検知素子３０６ａ〜３０６ｄが設置された検知素子支持部３０５と、磁束発生源３０８の磁束変化を検出する検知素子３０９ａ〜３０９ｄと、を有する。作用部３０１は、剛性の高い支柱３０４を介して磁束発生源３０８と連結固定されている。また外枠３０３には検知素子支持部３０５を介して検知素子３０６ａ〜３０６ｄが磁束発生源３０８と間隙をもって固定されている。検知素子３０９ａ〜３０９ｄも同じく磁束発生源３０８と間隙をもって外枠３０３に対して固定されている。そして、外枠３０３と作用部３０１とが弾性体３０２を介して互いに変位可能に弾性支持されている。
【００３７】
弾性体３０２は剛性の低いもので構成され、外枠３０３と作用部３０１との間に配置されている。このような構成をとれば、作用部３０１に力が加わり外枠３０３に対して姿勢が変化すると、その姿勢変化に追従して磁束発生源３０８も姿勢が変化し、外枠３０３に固定された検知素子３０９ａ〜３０９ｄに対して相対位置が変化する。
【００３８】
磁束発生源３０８はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石、フェライト磁石に代表されるような永久磁石であってもよく、磁性体まわりに、コイルを巻き、通電することによって磁力を発生させる電磁石であってもよい。検知素子３０６ａ〜３０６ｄ，３０９ａ〜３０９ｄはホール素子、ＭＲ素子、磁気インピーダンス素子、フラックスゲート素子などである。磁性体３０７は、空気とは異なる透磁率を持った材料から構成される。
【００３９】
作用部３０１に力が印加されると、支柱３０４に取付けられた磁束発生源３０８は弾性体３０２によって変位を生じる。それによって、検知素子３０６ａ〜３０６ｄ，３０９ａ〜３０９ｄからは、磁束発生源３０８の変位量に比例した電気的変位が得られる。
【００４０】
各第２のセンサ１３２は、例えばトルクセンサであり、各関節Ｊ１〜Ｊ３に生じた力及びモーメント（トルク）をそれぞれ検知するためのものである。以下、この第２のセンサ１３２に作用する力及びモーメント（トルク）を、「力」という。
【００４１】
各第２のセンサ１３２は、後述する検知素子を有する。各第２のセンサ１３２の検知素子から検知信号が力センサ入力装置２３２に出力される。力センサ入力装置２３２では、各検知信号に基づいて各センサ１３２に生じた力（外力）を計算し、その計算結果（検知結果）を制御装置２００に出力する。このように、第２のセンサ１３２は、関節Ｊ１〜Ｊ３に作用した力を検知する。
【００４２】
各関節Ｊ１〜Ｊ３それぞれに配置された第２のセンサ１３２は、それぞれ、各関節Ｊ１〜Ｊ３に作用する力（外力）を求めることができればどのようなセンサでも用いることができる。
【００４３】
次に、第２のセンサ１３２の一例を、図４を用いて説明する。第２のセンサは、図４のように、弾性体５０１と、光学式エンコーダ５０２ａ、５０２ｂの各ユニットにより構成されている。光学式エンコーダ５０２ａ、５０２ｂは、例えば弾性体５０１に対してトルクが作用する回転軸５０３を中心とする同心円の同じ直径上の位置を占める対向位置に配置する。
【００４４】
弾性体５０１は、第１締結部５０４、第２締結部５０５、およびこれら両者を結合する放射状に配置されたバネ部５０６により構成されている。図４の例では、第１締結部５０４にはスケール固定部５１２が設けられる。
【００４５】
弾性体５０１の各部位は、目的のトルク検出範囲およびその必要分解能などに応じた弾性（バネ）係数を有する所定の材質、例えば樹脂や、金属（鋼材、ステンレスなど）の材質から構成される。
【００４６】
第１締結部５０４と第２締結部５０５は、例えば円形または図示のようなドーナツ（リング）状の形状に構成される。これらの締結部（５０４、５０５）は、相対変位する測定対象、例えば図２のリンク１２１側の減速機１４３とリンク１２２にそれぞれ締結するためのフランジ部位を構成する。
【００４７】
バネ部５０６は、例えば円形ないしリング形状の第１締結部５０４と第２締結部５０５との間を結合するリブ形状の部材として構成されている。これら複数のバネ部５０６は、トルクが作用する回転軸５０３を中心として、放射状に配置されている。
【００４８】
例えば、バネ部５０６は、トルクが作用する回転軸５０３に対して放射状に複数（この例では８）箇所に配置されている。また、第１締結部５０４と第２締結部５０５には、モータ１４１、リンクとそれぞれ締結するための締結部位５０７（例えばビス孔やタップ孔）が複数個（この例では８より多い個数）、配置されている。
【００４９】
光学式エンコーダ５０２ａ（５０２ｂ）は、光学式の位置センサ（エンコーダ）としての機能を有する。光学式エンコーダ５０２ａ（５０２ｂ）は、スケール５０８（スケール部）と、スケール５０８から位置情報を検出する検知素子５０９を備える。検知素子５０９は、第１締結部５０４、および第２締結部５０５の相対的な回転変位を検出する光学検出部を構成する。
【００５０】
スケール５０８（スケール部）、検知素子５０９は、それぞれスケール取付部５１０と、検知素子取付部５１１を介して第１締結部５０４、第２締結部５０５に装着される。スケール５０８（スケール部）はスケール取付部５１０を介して、また、検知素子５０９は検知素子取付部５１１を介して弾性体５０１に固定される。
【００５１】
本実施形態では、スケール取付部５１０は弾性体５０１に対してスケール固定部５１２に固定される。スケール固定部５１２の全体は、第１締結部５０４に設けられた凹部５１２ａの形状を有する。この凹部５１２ａの外周側は、検知素子５０９とスケール５０８を対向させるための切り欠き部５１２ｂ（開口部）となっている。
【００５２】
また、検知素子取付部５１１は、弾性体５０１に対して第２締結部５０５に固定されている。検知素子５０９は、不図示の発光素子と受光素子を備えた反射型の光学センサから構成される。スケール５０８の検知素子５０９に対向するパターン面には、表面にスケールパターン（詳細不図示）を配置する。このスケールパターンは、例えば規則的に濃淡や反射率を特定のパターンで異ならせて配置することにより構成される。
【００５３】
なお、このスケールパターンは、検出演算の方式によっては１条のみならず、（例えば配置位相の異なる）複数条の濃淡パターンを複数条配置することもできる。スケールパターンのピッチは、位置検出に必要とされる分解能などに応じて決定するが、近年ではエンコーダの高精度化／高分解能化に伴い、μｍオーダのピッチのものも利用可能である。
【００５４】
検知素子５０９は、発光素子から光をスケール５０８に対して照射し、スケール５０８に反射した光を受光素子が受光する。ここで、回転軸５０３まわりのトルクが作用し、弾性体５０１がｘ軸方向に変形すると、検知素子５０９とスケール５０８の相対位置が変化するため、スケール５０８に照射されている光の照射位置がスケール５０８上を移動する。
【００５５】
このとき、スケール５０８に照射されている光がスケール５０８上に設けられたパターンを通過すると、検知素子５０９の受光素子で検出される光の光量が変化する。この光量の変化から、スケール５０８と検知素子５０９との相対移動量を検出する。検知素子５０９が検出した移動量は、力センサ入力装置２３２によって弾性体５０１に作用したトルクに換算される。例えば、検知素子５０９の出力値（移動量）は、力センサ入力装置２３２により、検知素子５０９が検出した移動量を弾性体５０１に作用したトルクに変換する感度係数を用いて、トルク検出値に変換される。そして計算結果（検知結果）が制御装置２００に出力される。
【００５６】
ティーチングペンダント４００は、制御装置２００に接続可能に構成され、制御装置２００に接続された際に、ロボットアーム１０１やロボットハンド１０２を駆動制御する動作指令や教示点のデータを制御装置２００に送信可能に構成されている。
【００５７】
ここで、ロボットアーム１０１の自由度を表すパラメータを関節角度として、ロボットアーム１０１の関節Ｊ１〜Ｊ３の関節角度をそれぞれθ１，θ２，θ３とする。ロボットアーム１０１のコンフィグレーションは（θ１，θ２，θ３）で表され、関節空間上では、１つの点とみなすことができる。このように、ロボットアーム１０１の自由度を表すパラメータ（例えば、関節角度や伸縮長さ）を座標軸の値とした場合、ロボットアーム１０１のコンフィグレーションは関節空間上の点として表現することができる。つまり、関節空間は、ロボットアーム１０１の関節角度を座標軸とする空間である。
【００５８】
また、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂには、ツールセンターポイント（ＴＣＰ）が設定されている。ＴＣＰは、位置を表す３つのパラメータ（ｘ，ｙ，ｚ）と、姿勢（回転）を表す３つのパラメータ（α，β，γ）、即ち６つのパラメータ（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ）で表され、タスク空間上では、１つの点としてみなすことができる。つまり、タスク空間は、これら６つの座標軸で規定された空間である。
【００５９】
教示点は、関節空間又はタスク空間上の点として、作業者が操作するティーチングペンダント４００により制御装置２００に設定される。
【００６０】
制御装置２００は、設定された複数の教示点を繋ぐロボットアーム１０１の経路を所定の補間方法（例えば、直線補間や円弧補間、関節補間等）で生成する。そして、制御装置２００は、生成したロボットアーム１０１の経路から、ロボットアーム１０１の軌道を生成する。
【００６１】
ここで、ロボットアーム１０１の経路とは、関節空間又はタスク空間の点の順序集合である。ロボットアーム１０１の軌道とは、時間をパラメータとして経路を表したものであり、第１実施形態では、時刻毎のロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３の角度指令（動作指令）の集合である。
【００６２】
制御装置２００は、ロボット装置５００全体を統括して制御するものである。制御装置２００は、位置制御動作時には、生成した動作指令を駆動制御装置２３３に出力する。制御装置２００は、力制御動作時には、力センサ入力装置２３１，２３２から出力された検知結果に基づいて動作指令を補正して、駆動制御装置２３３に出力する。例えば、制御装置２００は、力制御動作時には、力センサ入力装置２３１，２３２から出力された検知結果に基づき、所定方向の力が小さくなるように動作指令を補正して、駆動制御装置２３３に出力する。
【００６３】
駆動制御装置２３３は、ロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３に設けられたモータ１４１に動作指令に対応する電流を供給して、モータ１４１を動作させ、ロボットアーム１０１を動作させる。即ち、制御装置２００は、ロボットアーム１０１の動作を制御する。
【００６４】
図５は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。制御装置２００は、演算部としてのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２０１を備えている。また、制御装置２００は、記憶部として、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２０２、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）２０３、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）２０４を備えている。また、制御装置２００は、記録ディスクドライブ２０５及び各種のインタフェース２１１〜２１５を備えている。
【００６５】
ＣＰＵ２０１には、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＨＤＤ２０４、記録ディスクドライブ２０５及び各種のインタフェース２１１〜２１５が、バス２１０を介して接続されている。ＲＯＭ２０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
【００６６】
ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、ＣＰＵ２０１に、後述する各種演算処理を実行させるためのプログラム２４０を記録するものである。ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２０４に記録（格納）されたプログラム２４０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。即ち、ＣＰＵ２０１は、プログラム２４０を実行することにより、図１に示すロボット制御部（以下、「制御部」という）２２１及び力センサ切替部２２２として機能する。
【００６７】
記録ディスクドライブ２０５は、記録ディスク２４１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
【００６８】
教示部であるティーチングペンダント４００は、インタフェース２１１に接続されている。ティーチングペンダント４００は、ユーザの入力操作により、ロボット１００（ロボットアーム１０１）を教示する教示点、即ち各関節Ｊ１〜Ｊ３の目標関節角度（又はＴＣＰの目標の位置及び姿勢）を指定することができる。教示点のデータは、インタフェース２１１及びバス２１０を通じてＣＰＵ２０１又はＨＤＤ２０４に出力される。ＣＰＵ２０１は、ティーチングペンダント４００又はＨＤＤ２０４から教示点のデータの入力を受ける。
【００６９】
力センサ入力装置２３１は、インタフェース２１２に接続され、力センサ入力装置２３２は、インタフェース２１３に接続されている。これにより、ＣＰＵ２０１は、第１のセンサ１３１により検知された検知結果を取得し、第２のセンサ１３２により検知された検知結果を取得することができる。
【００７０】
エンコーダ１６１，１６２は、インタフェース２１４に接続されている。エンコーダ１６１，１６２からは、検出した角度検出値を示すパルス信号が出力される。ＣＰＵ２０１は、インタフェース２１４及びバス２１０を介してエンコーダ１６１，１６２からのパルス信号の入力を受ける。なお、各関節Ｊ１〜Ｊ３の関節角度は、エンコーダ１６２により検出された角度、又はエンコーダ１６１により検出された角度×（１／Ｎ）である。よって、ＣＰＵ２０１は、いずれかのエンコーダの検出角度からロボットアーム１０１の動作位置を求めることができる。即ち、各関節Ｊ１〜Ｊ３のエンコーダ１６１又はエンコーダ１６２による位置検出部により、ロボットアーム１０１の動作位置を検出することとなり、ＣＰＵ２０１は、ロボットアーム１０１の動作位置の検出結果を取得することになる。
【００７１】
駆動制御装置２３３は、インタフェース２１５に接続されている。ＣＰＵ２０１は、与えられた教示点のデータに基づき、モータ１４１の回転軸１４２の回転角度の制御量を示す動作指令を生成する。そして、ＣＰＵ２０１は、動作指令を所定時間間隔でバス２１０及びインタフェース２１５を介して駆動制御装置２３３に出力する。これにより、ＣＰＵ２０１は、動作指令によりロボットアーム１０１の動作位置を制御する。
【００７２】
バス２１０には、不図示のインタフェースを介して、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の不図示の外部記憶装置が接続されていてもよい。
【００７３】
なお、第１実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ２０４であり、ＨＤＤ２０４にプログラム２４０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム２４０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラム２４０を供給するための記録媒体としては、図５に示すＲＯＭ２０２や、記録ディスク２４１、不図示の外部記憶装置等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、ＵＳＢメモリ等の不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００７４】
第１実施形態では、第１のセンサ１３１の検知可能な力の検知可能範囲と、第２のセンサ１３２の検知可能な力の検知可能範囲とが異なる。第１実施形態では、第１のセンサ１３１は、第２のセンサ１３２よりも検知可能範囲の上限値（定格）が小さい。例えば、第１のセンサ１３１の検知可能範囲は、０［Ｎ］以上１０［Ｎ］以下であり、第２のセンサ１３２の検知可能範囲は、０［Ｎ］以上１００［Ｎ］以下である。各第２のセンサ１３２の検知可能範囲は、同一とする。
【００７５】
ここで、第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２の定格と分解能とはトレードオフの関係にある。つまり、高定格の、第２のセンサ１３２は低分解能となり、低定格の、第１のセンサ１３１は高分解能となる。
【００７６】
低定格の第１のセンサ１３１は、高定格の第２のセンサ１３２ではノイズに埋もれて計測困難な微小な外力を計測できるため、柔軟な組立部品で微小な外力が要求される作業工程に適した構成とすることができる。高定格の第２のセンサ１３２は、低定格の第１のセンサ１３１の計測範囲を超えた外力を計測できるため、剛体などの組立部品で高荷重な外力が要求される作業工程に適した構成とすることができる。
【００７７】
部品を把持するロボットハンド１０２に近いほど組付作業時の外力をロスが少なく検知でき、ロボットアーム１０１自体の慣性力の影響も受けにくい。そのため、第１実施形態では、ロボットアーム１０１の先端部に配置した第１のセンサ１３１は、性能を有効に活用できる低定格かつ高分解能なセンサとする。他方、各関節Ｊ１〜Ｊ３に配置した第２のセンサ１３２を高定格なセンサとすることで、高荷重な外力を検知する際に適した構成となる。よって、第１実施形態では、２種類のセンサ１３１，１３２を同一のロボットアーム１０１に配置している。
【００７８】
高荷重の作業工程をロボット１００が行う際においても、低定格の第１のセンサ１３１及び高定格の第２のセンサ１３２のどちらにも同程度の外力が加わることになる。一般的に、力を求めるためのセンサは、低定格であるほど耐荷重が小さくなる。よって、第１実施形態では、低定格の第１のセンサ１３１には、過負荷に対する保護機構１３４が設けられている。この保護機構１３４により、低定格の第１のセンサ１３１は、高荷重時の作業工程に耐えることができる。
【００７９】
図６は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置におけるロボット制御方法の各工程を示すフローチャートである。第１実施形態では、ＣＰＵ２０１がプログラム２４０を実行することにより、図１に示す制御部２２１及び力センサ切替部２２２として機能する。
【００８０】
まず、制御部２２１は、第１のセンサ１３１及び第２のセンサ１３２のうち、いずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択する（Ｓ１：選択工程）。即ち、制御部２２１は、力センサ切替部２２２へ切替信号を送り、切替信号を受けた力センサ切替部２２２は、切替信号に従って、力センサ入力装置２３１または力センサ入力装置２３２を選択する。力センサ切替部２２２は、選択したセンサの検知結果（出力結果）を制御部２２１へ伝送する。
【００８１】
次に、制御部２２１は、ステップＳ１にて選択したセンサの検知結果を用いて、ロボットアーム１０１の制御（インピーダンス制御、即ち力制御）を行う（Ｓ２：制御工程）。その際、制御部２２１は、駆動制御装置２３３に動作指令を出力し、駆動制御装置２３３は、動作指令に従ってロボットアーム１０１を動作させる。
【００８２】
第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２に生じる外力が小さい場合には、制御部２２１は、低定格かつ高分解能の第１のセンサ１３１の検知結果を選択し、力センサ切替部２２２へ切替信号を送る。一方、制御部２２１は、第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２に生じる外力が大きい場合には、高定格かつ低分解能の第２のセンサ１３２の検知結果を選択し、力センサ切替部２２２へ切替信号を送る。
【００８３】
以下、第１実施形態における制御装置２００の制御動作について詳細に説明する。図７は、本発明の第１実施形態に係る制御装置２００によるロボット制御方法を説明するための図である。ロボットの動作領域からセンサを切替する方法について説明する。
【００８４】
制御部２２１は、ロボットアーム１０１の先端部１０１Ｂ（ロボットハンド１０２）が動作可能なＸ−Ｙ−Ｚの３次元空間の領域について、第１領域である領域Ａと第２領域である領域Ｂとを設定する。なお、図７では、説明の都合上、Ｘ−Ｚ平面上の領域Ａおよび領域Ｂを図示している。図７中、領域Ａはａ→ｂ→ｃ→ｄで囲まれた領域である。領域Ｂはｄ→ｅ→ｆ→ｇで囲まれる領域から領域Ａを除いた領域である。領域Ａ，Ｂはそれぞれ１つである必要はなく、領域Ａ，Ｂの数は任意である。
【００８５】
ステップＳ１では、制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置の情報に基づいて、力制御にいずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択する。より具体的に説明すると、制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置が、複数の領域Ａ，Ｂのうちいずれに属するかを判別し、判別結果に基づき、いずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択する。具体的には、制御部２２１は、ロボットアーム１０１（先端部１０１Ｂ）の動作位置が領域Ａに属している場合、第１のセンサ１３１の検知結果を選択し、ロボットアーム１０１の動作位置が領域Ｂに属している場合、第２のセンサ１３２の検知結果を選択する。
【００８６】
その際、制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置の情報として、前述した動作指令を用いる。なお、制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置の情報として、エンコーダ１６１又はエンコーダ１６２によるロボットアーム１０１の動作位置の検出結果を用いてもよい。このように、制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置の情報を把握できる。
【００８７】
図７の例では、領域Ａには柔軟組立部品である部品Ｗ１が置かれている。制御部２２１は、微小な外力の力制御が要求されるためにロボットアーム１０１（先端部１０１Ｂ）が領域Ａに位置しているときは、低定格かつ高分解能なセンサであるロボットアーム１０１の先端部の第１のセンサ１３１を選択する。
【００８８】
また、図７の例では、領域Ｂには剛体組立部品である部品Ｗ２が置かれている。制御部２２１は、高荷重な外力の力制御が要求されるため、ロボットアーム１０１（先端部１０１Ｂ）が領域Ｂに位置しているときは、高定格なセンサであるロボットアーム１０１の各関節Ｊ１〜Ｊ３の第２のセンサ１３２を選択する。
【００８９】
なお、図７において、架台１１０（領域Ａ）のＺ軸上方にも領域Ｂを設定している。Ｚ軸上方の領域Ｂではロボット１００が部品搬送するときの高速動作を想定しており、力制御による組立作業は発生しない。しかしながら、例えば、人間とロボット１００との協調作業時には人間とロボット１００との予期せぬ衝突が起きる場合がある。そのときには、第２のセンサ１３２により衝突荷重を検知して適切にロボット１００（ロボットアーム１０１）が退避できることが望ましい。ロボットアーム１０１に何かが衝突したときには、高荷重が想定されることから、Ｚ軸上方の領域Ｂにおいて、第２のセンサ１３２を選択している。
【００９０】
以上、第１実施形態によれば、制御部２２１が、第１のセンサ１３１及び第２のセンサ１３２の検知結果を選択的に使用してロボットアーム１０１の力制御を行う。これにより、微小な外力から大きな外力まで幅広いレンジで外力を高精度に検知でき、ロボットアーム１０１を高精度に力制御できる。具体的には、高荷重が加わる組立作業には、外力を検知できる範囲が大きい第２のセンサ１３２の検知結果を選択的に使用し、微小な外力の検知が必要な組立作業には外力を検知できる範囲が小さい第１のセンサ１３１の検知結果を選択的に使用する。これによって、微小な外力から高荷重な外力まで検知して高精度な力制御が可能となる。
【００９１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボット装置におけるロボット制御方法について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るロボット制御方法を示すフローチャートである。この図８に示すフローチャートには、柔軟組立部品である部品Ｗ１と、剛体組立部品である部品Ｗ２について、ロボット１００が組立を行う工程を示している。なお、ロボット装置の構成については、第１実施形態のロボット装置５００と同様であるため、説明を省略する。
【００９２】
まず、制御部２２１は、ロボット１００が部品Ｗ１へ移動するよう、ロボットアーム１０１の動作を制御する（Ｓ１１）。次に、制御部２２１は、ロボット１００が部品Ｗ１を組み立てるよう、ロボットアーム１０１の動作を制御する（Ｓ１２）。制御部２２１は、ロボット１００が部品Ｗ２へ移動するよう、ロボットアーム１０１の動作を制御する（Ｓ１３）。次に、制御部２２１は、ロボット１００が部品Ｗ２を組み立てるよう、ロボットアーム１０１の動作を制御する（Ｓ１４）。最後に、制御部２２１は、ロボット１００が部品Ｗ１，Ｗ２を搬送するよう、ロボットアーム１０１の動作を制御する（Ｓ１５）。
【００９３】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１５において、制御部２２１は、駆動制御装置２３３にロボットアーム１０１の動作指令を送り、ロボットアーム１０１を動作させている。このため、制御部２２１は、第１実施形態と同様、ロボットアーム１０１の動作位置を判断することが可能である。
【００９４】
よって、以上のステップＳ１１〜Ｓ１５の動作時の力制御において、ロボットアーム１０１の動作位置の情報（例えば、動作指令や位置検出部の検出結果に基づくロボットアーム１０１の位置）で、センサを選択する。例えば、制御部２２１は、ステップＳ１２の力制御では、第１のセンサ１３１の検知結果を選択し、ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の力制御では、第２のセンサ１３２の検知結果を選択する。
【００９５】
なお、ロボットアーム１０１の動作の指示を教示点で指定する方法もある。よって、第２実施形態では、ロボットアーム１０１の動作パターン（動作指令）でセンサの選択を行ったが、教示点毎にセンサを選択するようにしてもよい。即ち制御部２２１は、ロボットアーム１０１の動作位置の情報として、与えられた教示点を用いてもよい。
【００９６】
以上、第２実施形態においても、制御部２２１が、第１のセンサ１３１及び第２のセンサ１３２の検知結果を選択的に使用してロボットアーム１０１の力制御を行う。これにより、微小な外力から大きな外力まで幅広いレンジで外力を高精度に検知でき、ロボットアーム１０１を高精度に力制御できる。
【００９７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るロボット装置におけるロボット制御方法について説明する。図９は、本発明の第３実施形態に係るロボット制御方法を説明するための図である。なお、ロボット装置の構成については、第１実施形態のロボット装置５００と同様であるため、説明を省略する。
【００９８】
上記第１、第２実施形態では、いずれもロボット１００が作業を行う前に制御部２２１に切替ポイントを設定しておく、即ち、事前にどのセンサの検知結果を使用するのかを設定しておくものであった。これに対し、第３実施形態では、リアルタイムにセンサの検知結果を選択するものである。以下、具体的に説明する。図９には、外力に対する第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２の出力を示すグラフを図示している。
【００９９】
制御部２２１は、第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２のうち、少なくとも１つのセンサにより検知された力の大きさに基づき、力制御にいずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択する。
【０１００】
ここで、図９において、実線で示す出力が、低定格かつ高分解能な第１のセンサ１３１が有効に機能する外力の検知可能範囲である。また、点線で示す出力が、高定格な第２のセンサ１３２が有効に機能する外力の検知可能範囲である。即ち、図９において、第１のセンサ１３１の検知可能範囲は、０［Ｎ］以上Ｆ１［Ｎ］以下であり、第２のセンサ１３２の検知可能範囲は、０［Ｎ］以上Ｆ２（＞Ｆ１）［Ｎ］以下である。換言すると、第１のセンサ１３１の定格は、Ｆ１［Ｎ］であり、第２のセンサ１３２の定格は、Ｆ２［Ｎ］である。
【０１０１】
制御部２２１は、Ｆ１［Ｎ］よりも大きくＦ２［Ｎ］以下の範囲では、第２のセンサ１３２の検知結果を選択する。そして、制御部２２１は、それぞれのセンサ１３１，１３２が有効に機能する外力の検知可能範囲を跨ぐような外力が作用した場合にどちらかのセンサの検知結果を選択する。第３実施形態では、制御部２２１は、０［Ｎ］以上Ｆ１［Ｎ］以下が２つのセンサ１３１，１３２の検知可能範囲が重複する範囲であり、この範囲のときは第１のセンサ１３１の検知結果を選択する。よって、制御部２２１は、０［Ｎ］以上Ｆ１［Ｎ］以下の場合は、第１のセンサ１３１の検知結果を選択し、Ｆ１［Ｎ］よりも大きくＦ２［Ｎ］以下の場合は、第２のセンサ１３２の検知結果を選択する。第３実施形態では、Ｆ１［Ｎ］が切替ポイントということになる。なお、切替ポイントは、作業対象、センサの種類などにより任意に設定可能である。
【０１０２】
ここで、制御部２２１は、力センサ切替部２２２を通じてリアルタイムに第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２の出力結果をモニタできる状態にある。よって、荷重を計測した場合に制御部２２１からの切替信号により力センサ切替部２２２が動作することでリアルタイムにセンサを選択することが可能となる。
【０１０３】
組立部品には公差があり一様の形状ではないため、組立に生じる外力が同じ部品で異なる。第３実施形態によれば、実際に検知した力に応じてリアルタイムにセンサの選択を行っているので、事前にセンサの選択しておく場合よりも、組立時のロボットアーム１０１の制御性が更に向上する。
【０１０４】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るロボット装置におけるロボット制御方法について説明する。図１０は、本発明の第４実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。なお、第４実施形態のロボット装置５００Ａにおいて、上記第１〜第３実施形態のロボット装置と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
第４実施形態のロボット装置５００Ａは、上記実施形態のロボット装置５００にカメラシステムを追加したものである。具体的には、ロボット装置５００Ａは、上記実施形態のロボット装置５００の各構成に加えて、撮像装置であるカメラ４５０と、カメラ４５０により撮像された撮像画像を処理する画像処理装置４６０とを備えている。
【０１０６】
カメラ４５０は、ロボットアーム１０１に取り付けられたロボットハンド１０２により作業可能な位置（架台１１０上）に配置された作業対象物である部品Ｗ１，Ｗ２を撮像可能な位置に配置されている。カメラ４５０は、デジタルカメラであり、画像処理装置４６０に撮像画像のデータを伝送可能に有線又は無線で画像処理装置４６０に接続されている。
【０１０７】
画像処理装置４６０は、制御装置２００に接続され、カメラ４５０による撮像画像を解析して、撮像画像中の部品が部品Ｗ１，Ｗ２のうちのいずれの種類の部品であるかを特定する。そして、画像処理装置４６０は、撮像画像から特定した種類の部品（部品Ｗ１，Ｗ２）の位置を測定し、その結果を制御装置２００に伝送する。
【０１０８】
制御装置２００の制御部２２１は、カメラ４５０により撮像された撮像画像の解析結果に基づく部品Ｗ１，Ｗ２の位置に応じて、領域Ａ，Ｂを設定する。具体的に説明すると、制御部２２１には、上記第１実施形態と同様に、領域Ａ，Ｂが予め設定されている。そして、制御部２２１は、撮像画像の解析結果に基づき、部品Ｗ１が領域Ａに位置し、且つ部品Ｗ２が領域Ｂに位置するように、領域Ａ，Ｂの設定を変更する。
【０１０９】
以下、具体例を挙げて説明する。図１１（ａ）は、領域Ａ，Ｂを変更する前の状態を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、領域Ａ，Ｂを変更した後の状態を示す模式図である。
【０１１０】
図１１（ａ）に示すように、図７と同様、制御部２２１には、センサの切替領域である領域Ａ，Ｂのデータが事前に設定されている。図１１（ａ）では、部品Ｗ２は、領域Ａに位置しており、領域Ｂに位置していなければ有効な力制御が実現できない。図１１（ａ）に示すように、人間とロボットとの協調作業時に人間が領域Ａに部品Ｗ２を置いてしまう可能性がある。そこで、制御部２２１は、カメラ４５０の撮像画像に基づく計測値を利用することにより、領域Ａ，Ｂを、図１１（ｂ）に示すように修正する。
【０１１１】
即ち、制御部２２１は、ロボット１００による組立作業において、カメラ４５０に、架台１１０上に置かれた部品Ｗ１および部品Ｗ２を撮像させる。画像処理装置４６０は、カメラ４５０から送信された撮像画像を処理して、部品Ｗ１，Ｗ２の位置を計測する。画像処理装置４６０は、その計測結果を制御装置２００の制御部２２１に送り、制御部２２１は、事前に設定された領域Ａ，Ｂと、部品Ｗ１，Ｗ２との位置関係を照合する。そして、制御部２２１は、図１１（ｂ）に示したように、照合結果により新たに領域Ａ，領域Ｂを設定する。
【０１１２】
制御部２２１は、新たな領域Ａ，Ｂの情報に基づいて切替信号を力センサ切替部２２２へ送ることでリアルタイムにセンサを選択することが可能となる。
【０１１３】
なお、第４実施形態では、領域Ａ，Ｂで第１のセンサ１３１，第２のセンサ１３２の検知結果を選択するようにしたが、これに限定するものではない。即ち、制御部２２１は、カメラ４５０により撮像された撮像画像の解析結果に基づく部品の種類（部品Ｗ１，Ｗ２）に応じて、力制御にいずれのセンサの検知結果を用いるのかを選択してもよい。部品Ｗ１，Ｗ２のうちいずれの種類の部品であるかは、撮像画像に含まれる部品の形状又は色等で判断すればよい。
【０１１４】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【０１１５】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【０１１６】
また、第１〜第４実施形態で説明した切替条件（選択条件）を複数組み合わせてもよい。複数の切替条件とすることで切替の信頼性が更に向上する。例えば、図７において領域Ａと領域Ｂに境目付近に組立部品がある場合、図９において外力が切替ポイント付近の値である場合などである。この場合は、領域Ａにロボットアーム１０１（先端部１０１Ｂ）が位置していること、かつ、外力が所定の値以下といったように複合条件を指定することで切替の信頼性を高めることが可能である。
【０１１７】
また、上記第１〜第４実施形態においては、多関節のロボット１００が、垂直多関節のロボットである場合について説明したが、水平多関節のロボット（スカラロボット）、パラレルリンクロボットなどであってもよい。
【０１１８】
また、上記第１〜第４実施形態では、センサ（及び力センサ入力装置）が２つの場合で説明したが、センサ（及び力センサ入力装置）が３つ以上となる場合であってもよく、この場合、いずれか１つを選択すればよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１…ロボットアーム、１０２…ロボットハンド（エンドエフェクタ）、１３１…力センサ（第１のセンサ）、１３２…力センサ（第２のセンサ）、２００…制御装置（制御手段）、５００…ロボット装置
【図１】
2020203379.tif 000003
【図２】
2020203379.tif 000004
【図３】
2020203379.tif 000005
【図４】
2020203379.tif 000006
【図５】
2020203379.tif 000007
【図６】
2020203379.tif 000008
【図７】
2020203379.tif 000009
【図８】
2020203379.tif 000010
【図９】
2020203379.tif 000011
【図１０】
2020203379.tif 000012
【図１１】
2020203379.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月27日(2020.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、
前記ロボットアームは、力を検出可能であり前記力の検出における分解能が異なる複数のセンサを有し、
前記制御装置は、前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を用いて、前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記複数のセンサとして第１のセンサと第２のセンサとを備え、
前記第１のセンサが有する分解能は、前記第２のセンサが有する分解能よりも高い、ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出ができない力が生じる場合には、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出できる力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記ロボットアームは関節と、エンドエフェクタと、を備えており、
前記第１のセンサは、前記ロボットアームの端部と前記エンドエフェクタとの間に配置され、前記エンドエフェクタに作用する荷重を検出し、
前記第２のセンサは、前記関節に配置され、前記関節に作用するトルクを検出する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報に基づいて、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記ロボットアームの周りには、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタによってワークの把持を行う第１領域と、前記エンドエフェクタによりワークを把持し前記ロボットアームにより搬送を行う第２領域と、が設定されており、
前記制御装置は、
前記エンドエフェクタが前記第１領域に位置している場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記エンドエフェクタが前記第２領域に位置している場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記エンドエフェクタが把持するワークに基づいて、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項４又は６に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記ワークとして、柔軟組立部品と、剛体組立部品と、があり、
前記制御装置は、
前記エンドエフェクタにより前記柔軟組立部品を把持する際には、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記柔軟組立部品を把持し、
前記エンドエフェクタにより前記剛体組立部品を把持する際には、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記剛体組立部品を把持する、
ことを特徴とする請求項７に記載のロボット装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報として、与えられた教示点を用いる、
ことを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
【請求項１０】
前記ロボットアームの動作位置を検出する位置検出部を更に備え、
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置の情報として、前記位置検出部の検出結果を用いる、
ことを特徴とする請求項５に記載のロボット装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記ロボットアームの動作位置が、複数の領域のうちいずれに属すかに基づき、前記第１のセンサまたは前記第２のセンサのいずれかの検出結果を選択する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のロボット装置。
【請求項１２】
撮像装置を更に備え、
前記撮像装置は、作業可能な位置に配置されたワークを撮像し、
前記制御装置は、前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果に基づく前記ワークの位置に応じて、前記複数の領域を設定する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のロボット装置。
【請求項１３】
撮像装置を更に備え、
前記エンドエフェクタによって作業可能な位置に、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第１ワークと、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第２ワークと、が載置されており、
前記制御装置は、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第１ワークを検出した場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記第１ワークを把持し、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第２ワークを検出した場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記第２ワークを把持する、
ことを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
【請求項１４】
前記第１のセンサには、過負荷に対する保護機構が設けられている、
ことを特徴とする請求項２乃至１３のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、与えられた教示点から前記ロボットアームの軌道を生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１６】
ロボットアームが、力を検出可能であり前記力の検出における分解能が異なる複数のセンサを有しており、制御装置より前記ロボットアームの動作を制御する制御方法であって、
前記制御装置が、前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を用いて、前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
前記複数のセンサには、第１のセンサおよび第２のセンサが含まれており、
前記制御装置が、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出ができない力が生じる場合には、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出できる力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の制御方法。
【請求項１８】
前記ロボットアームはエンドエフェクタを備えており、
前記ロボットアームの周りには、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタによってワークの把持を行う第１領域と、前記エンドエフェクタによりワークを把持し前記ロボットアームにより搬送を行う第２領域と、が設定されており、
前記制御装置が、前記エンドエフェクタが前記第１領域に位置している場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御し、
前記制御装置が、前記エンドエフェクタが前記第２領域に位置している場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記ロボットアームを制御する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。
【請求項１９】
撮像装置を更に備え、
前記ロボットアームはエンドエフェクタを備えており、
前記エンドエフェクタによって作業可能な位置に、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第１ワークと、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記エンドエフェクタを制御し把持を行う第２ワークと、が載置されており、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第１ワークを検出した場合は、前記第１のセンサの検出結果に基づき前記第１ワークを把持し、
前記撮像装置により撮像された撮像画像の解析結果により前記第２ワークを検出した場合は、前記第２のセンサの検出結果に基づき前記第２ワークを把持する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。
【請求項２０】
ロボットアームが、力を検出可能であり前記力の検出における分解能が異なる複数のセンサを有しており、制御装置より前記ロボットアームの動作を制御、物品の製造を行う物品の製造方法において、
前記制御装置が、前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を用いて、前記ロボットアームを制御し、物品の製造を行う、
ことを特徴とする物品の製造方法。
【請求項２１】
コンピュータに請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２３】
力を検出可能であり前記力の検出における分解能が異なる複数のセンサを有したセンサシステムであって、
前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を出力する、
ことを特徴とするセンサシステム。
【請求項２４】
前記複数のセンサとして第１のセンサと第２のセンサとを備え、
前記第１のセンサが有する分解能は、前記第２のセンサが有する分解能よりも高い、ことを特徴とする請求項２３に記載のセンサシステム。
【請求項２５】
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出ができない力が生じる場合には、前記第２のセンサの検出結果を出力し、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサが有する分解能によって検出できる力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果を出力する、
ことを特徴とする請求項２４に記載のセンサシステム。
【請求項２６】
力を検出可能であり前記力の検出における検出範囲が異なる複数のセンサを有したセンサシステムであって、
前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を出力する、
ことを特徴とするセンサシステム。
【請求項２７】
前記複数のセンサとして第１のセンサと第２のセンサとを備え、
前記第２のセンサが有する検出範囲は、前記第１のセンサが有する検出範囲よりも大きい、ことを特徴とする請求項２６に記載のセンサシステム。
【請求項２８】
前記第１のセンサに、前記第１のセンサの検出範囲の上限値よりも大きい力が生じる場合は、前記第２のセンサの検出結果を出力し、
前記第１のセンサに、前記第１のセンサの検出範囲以内の力が生じる場合は、前記第１のセンサの検出結果を出力する、
ことを特徴とする請求項２７に記載のセンサシステム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ロボットアームを備えたロボット装置、制御方法、物品の製造方法、プログラム、記録媒体、及びセンサシステムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のロボット装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備え、前記ロボットアームは、力を検出可能であり前記力の検出における分解能が異なる複数のセンサを有し、前記制御装置は、前記力に応じて、前記複数のセンサの検出結果のうち、いずれかのセンサの検出結果を選択し、選択したいずれかのセンサの検出結果を用いて、前記ロボットアームを制御する、ことを特徴とする。