(57)【要約】【課題】冗長自由度を有するロボットアームに対する教示において、簡便な教示作業により、アーム全体の軌道を詳細に教示できるようにする。【解決手段】本発明に係るロボットアームの教示システムは、アーム２の手首部１１に搭載された第１の力センサ１５と、前記アーム２の肩部１３に搭載された第２の力センサ１６と、教示者が前記アーム２の手先部Ａ及び肘部Ｂを把持して前記アーム２を動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサ１５，１６の検出信号に基づいて、前記アーム２の軌道を生成する演算装置３とを備える。【選択図】  図１
2010120124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冗長自由度を有するアームを含んで構成されるロボットアームの教示システムであって、
前記アームの手首部に搭載された第１の力センサと、
前記アームの肩部に搭載された第２の力センサと、
教示者が前記アームの手先部及び肘部を把持して前記アームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて、前記アームの軌道を生成する演算装置と、
を備えるロボットアームの教示システム。
【請求項２】
冗長自由度を有するマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成されるロボットアームの教示システムであって、
前記マスタアームの手首部に搭載された第１の力センサと、
前記マスタアームの肩部に搭載された第２の力センサと、
教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて前記マスタアームの軌道を生成すると共に、前記マスタアームの軌道に基づいて前記スレーブアームの軌道を生成する演算装置と、
を備えるロボットアームの教示システム。
【請求項３】
冗長自由度を有するマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成され、前記マスタアームと前記スレーブアームとにより、長尺物を操作するロボットアームに対して教示を行うロボットアームの教示システムであって、
前記マスタアームの手首部に搭載された第１の力センサと、
前記マスタアームの肩部に搭載された第２の力センサと、
教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて前記マスタアームの軌道を生成すると共に、前記スレーブアームの軌道を、前記マスタアームの軌道に基づき、且つ前記長尺物の長軸方向において前記マスタアーム及び前記スレーブアームの両手先部の相対距離が機構的な制約の下で最大となるように生成する演算装置と、
を備えるロボット教示システム。
【請求項４】
前記スレーブアームは、冗長自由度を有し、その手首部に第３の力センサが搭載され、その肩部に第４の力センサが搭載され、
前記演算装置は、前記スレーブアームの駆動中に教示者が前記スレーブアームに加えた動きに対応する前記第３及び第４の力センサの少なくとも一方の検出信号に基づいて、前記スレーブアームの軌道を修正する、
請求項２又は３記載のロボットアームの教示システム。
【請求項５】
前記演算装置は、前記冗長自由度を有するアームに対し、該アーム全体にコンプライアンスを実装する処理を行う、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットアームの教示システム。
【請求項６】
前記演算装置は、前記冗長自由度を有するアームの軌道を、零空間動作を考慮して算出する、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットアームの教示システム。
【請求項７】
冗長自由度を有し、手首部に第１の力センサが搭載され、肩部に第２の力センサが搭載されるアームを含んで構成されるロボットアームの教示方法であって、
教示者が前記アームの手先部及び肘部を把持して前記アームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて、前記アームの軌道を生成するステップ、
を備えるロボットアームの教示方法。
【請求項８】
冗長自由度を有し、手首部に第１の力センサが搭載され、肩部に第２の力センサが搭載されるマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成されるロボットアームの教示方法であって、
教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて、前記マスタアームの軌道を生成するステップと、
前記マスタアームの軌道に基づいて、前記スレーブアームの軌道を生成するステップと、
を備えるロボットアームの教示方法。
【請求項９】
冗長自由度を有し、手首部に第１の力センサが搭載され、肩部に第２の力センサが搭載されるマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成され、前記マスタアームと前記スレーブアームとにより、長尺物の操作を行うロボットアームに対して教示を行うロボットアームの教示方法であって、
教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて前記マスタアームの軌道を生成するステップと、
前記スレーブアームの軌道を、前記マスタアームの軌道に基づくと共に、前記長尺物の長軸方向において前記マスタアーム及び前記スレーブアームの両手先部の相対距離が機構的な制約の下で最大となるように生成するステップと、
を備えるロボット教示方法。
【請求項１０】
前記スレーブアームは、冗長自由度を有し、その手首部に第３の力センサが搭載され、その肩部に第４の力センサが搭載され、
教示者が前記スレーブアームの駆動中に前記スレーブアームに加えた動きに対応する前記第３及び第４の力センサの少なくとも一方の検出信号に基づいて、前記スレーブアームの軌道を修正するステップ、
を更に備える請求項７又は８記載のロボットアームの教示方法。
【請求項１１】
前記冗長自由度を有するアームに対し、該アーム全体にコンプライアンスを実装するステップ、
を更に備える請求項７〜９のいずれか１つに記載のロボットアームの教示方法。
【請求項１２】
前記冗長自由度を有するアームの軌道を、零空間動作を考慮して算出する、
請求項７〜９のいずれか１つに記載のロボットアームの教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冗長自由度を有するロボットアームに対する教示システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冗長自由度を有するロボットアームの教示方法として、従来から直接教示法が用いられている。ここでいう冗長自由度とは、アームが多くの関節機構を備えることにより、作業を遂行するために必要な最小限の自由度よりも高い自由度を備えた状態である。また、直接教示とは、教示者がロボットアームを把持して動かした時にアームに生じる力をセンサにより検出し、この検出信号に基づいて各関節角を算出し、その動きを自立的に再現可能にするものである。以下に、ロボットアームの教示に関する先行技術を挙げる。
【０００３】
下記特許文献１において、直接教示用及び力制御用を兼ねる１つの力センサを使用して、作業対象に加える目標力を入力できるようにすることを課題とする発明が開示されている。この発明に係る構成は、手先の外力計測点とその先端に取り付けられたエンドエフェクタの間、或いはエンドエフェクタ自身に、弾性体で構成された機械的なコンプライアンス機構を備えるものである。このコンプライアンス機構により、弾性体からの反力が力センサに伝わり、必要な目標力を教示することができるとされている。
【０００４】
また、下記特許文献２において、作業対象物上の教示すべき点が一直線上や同一平面上に並んでいる場合に、ロボットの手先効果器をこの直線や平面に沿って正確に移動させることができるようにすることを課題とする発明が開示されている。この発明に係る構成は、動きを拘束させたい線或いは面を決定する点に手先効果器を位置づけ、その位置を蓄積し、座標変換演算を行い、基本座標系における移動量又は回転量を求めるものである。
【０００５】
更に、下記特許文献３において、同一の作業を同時に複数のロボットで協調して行う場合における複数のロボットの同時作業を容易且つ正確に教示することを課題とする発明が開示されている。この発明に係る構成は、投光手段と測距手段を備えたマスタ側ロボットの動作点を教示した後、受光手段を備えたスレーブ側ロボットの動作点を、投光手段から受光手段に照射された光の位置及び測距手段の検出距離が予め設定された原位置におけるそれらのデータと合致するように教示するものである。
【０００６】
更にまた、下記特許文献４において、煩雑な教示作業を伴わずに双腕協調を的確に行うことを課題とする発明が開示されている。この発明に係る構成は、マスタアームに教示点データを教示し、教示点データに基づいて補間計算によりマスタアームの移動すべき通過点を決定し、マスタアームが次に移動すべき点のデータをスレーブアームに送信し、予め定められたマスタアームとスレーブアームとの相対的な位置・姿勢関係を表すデータに基づいてスレーブアームの移動すべき点を決定するものである。
【０００７】
また、下記特許文献５において、双腕ロボットの教示を行う場合に、一方の腕が暴走したり、両腕が衝突するといった危険性を回避することを課題とする発明が開示されている。この発明に係る構成は、一方の腕の教示状態を選択することにより、他方の腕のサーボ電源をＯＦＦ状態にするものである。
【特許文献１】特開平１１−２３１９２５号公報
【特許文献２】特開平５−３０３４２５号公報
【特許文献３】特開平８−１８５２１８号公報
【特許文献４】特開平６−７１５８０号公報
【特許文献５】特開平４−２６２４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロボットアームの教示には、所定の作業を遂行させるための軌道だけでなく、自己や環境に存在する障害物を避けるための軌道を教示することも含まれる。冗長自由度を有するロボットアームは、肘部（手先部から肩部の間の部分）の形状を任意に変更することが可能であるため、この肘部の軌道を詳細に規定することにより、前記障害物の回避行動等を効果的に実現できるものである。しかしながら、通常の教示方法においては、教示者がアームの手先部を所望の位置に移動させた時に検出されるアーム全体にかかる力情報に基づいて、その肘部の軌道が自動生成されるため、この肘部を含むアーム全体の軌道を詳細に規定することは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、冗長自由度を有するロボットアームに対する教示において、簡便な教示作業により、アーム全体の軌道を詳細に教示できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題の解決を図る本発明は、冗長自由度を有するアームを含んで構成されるロボットアームの教示システムであって、前記アームの手首部に搭載された第１の力センサと、前記アームの肩部に搭載された第２の力センサと、教示者が前記アームの手先部及び肘部を把持して前記アームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて、前記アームの軌道を生成する演算装置とを備えるものである。
【００１１】
この構成によれば、前記手先部の動きに対応する力情報は、前記第１の力センサにより、又前記肘部の動きに対応する力情報は、前記第２の力センサにより、正確に検出することができる。これにより、教示者は、前記手先部と前記肘部とを把持して操作することにより、アーム全体の動きを詳細に教示することが可能となる。この構成によれば、前記手先の位置を変えずに前記肘部の形状を変えることができるので、例えば障害物を避けたり、不自然な動きを排除したり、美観を感じる動きを加えたりすることが可能となる。尚、前記手先部とは、前記第１のセンサよりも先端の部分であり、前記肘部とは、前記第１のセンサと前記第２のセンサとの間の部分である。
【００１２】
また、本発明は、冗長自由度を有するマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成されるロボットアームの教示システムであって、前記マスタアームの手首部に搭載された第１の力センサと、前記マスタアームの肩部に搭載された第２の力センサと、教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて前記マスタアームの軌道を生成すると共に、前記マスタアームの軌道に基づいて前記スレーブアームの軌道を生成する演算装置とを備えるものである。
【００１３】
この構成は、ロボットが前記マスタアームと前記スレーブアームとを備える場合に好適なものである。この構成によれば、上記作用効果に加え、前記スレーブアームの軌道が自動生成されるので、教示者の作業負担が大きく軽減される。
【００１４】
また、本発明は、冗長自由度を有するマスタアームと、前記マスタアームの軌道に応じた動作を行うスレーブアームとを含んで構成され、前記マスタアームと前記スレーブアームとにより、長尺物を操作するロボットアームに対して教示を行うロボットアームの教示システムであって、前記マスタアームの手首部に搭載された第１の力センサと、前記マスタアームの肩部に搭載された第２の力センサと、教示者が前記マスタアームの手先部及び肘部を把持して前記マスタアームを動かした時に得られる前記第１及び第２の力センサの検出信号に基づいて前記マスタアームの軌道を生成すると共に、前記スレーブアームの軌道を、前記マスタアームの軌道に基づき、且つ前記長尺物の長軸方向において前記マスタアーム及び前記スレーブアームの両手先部の相対距離が機構的な制約の下で最大となるように生成する演算装置とを備えるものである。
【００１５】
この構成は、ロボットが前記マスタアームと前記スレーブアームとを備え、更に両アームにより長尺物を操作する場合に好適なものである。この構成においては、前記スレーブアームの軌道を前記マスタアームの軌道に基づいて自動生成する際に、前記スレーブアームの手先位置が前記マスタアームの手先位置から可能な限り離れるように設定される。両手先部が離れることにより、前記長尺物を操作するために必要な力が小さくなり、操作の安定性が向上する。また、このような前記スレーブアームの軌道が、前記マスタアームに対する教示のみによって自動生成されるため、教示者にかかる作業負担は大きく軽減される。
【００１６】
また、上記マスタアームとスレーブアームとを備える構成において、前記スレーブアームは、冗長自由度を有し、その手首部に第３の力センサが搭載され、その肩部に第４の力センサが搭載され、前記演算装置は、前記スレーブアームの駆動中に教示者が前記スレーブアームの肘部に加えた動きに対応する前記第３及び第４の力センサの少なくとも一方の検出信号に基づいて、前記スレーブアームの軌道を修正するものであることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、教示者は、自動生成された前記スレーブアームの軌道を、その肘部を把持して動かすことにより、簡便に修正することが可能となる。これにより、１人の教示者によって双腕ロボットを簡便に教示することが可能となる。
【００１８】
また、前記演算装置は、前記冗長自由度を有するアームに対し、該アーム全体にコンプライアンスを実装する処理を行うことが好ましい。更に、前記演算装置は、前記冗長自由度を有するアームの軌道を、零空間動作を考慮して算出することが好ましい。
【００１９】
零空間動作を考慮した制御を行うことにより、前記手先の位置及び姿勢を保持しつつ、前記アーム全体の姿勢（軌道）を変更することが正確に行われる。
【００２０】
また、本発明は、上記システムと同様の作用によって特徴付けられるロボットアームの教示方法である。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、冗長自由度を有するロボットアームに対する教示において、簡便な教示作業により、アーム全体の軌道を詳細に教示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。尚、異なる実施の形態において、同一又は同様の作用効果を奏する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
発明の実施の形態１．
図１は、本発明が適用されるロボット１の構成を概略的に示すものである。このロボット１は、アーム２、演算装置３、記憶装置４を備える。
【００２４】
前記アーム２は、回転軸、サーボモータ等から構成される複数の関節機構により冗長的な自由度が与えられたものであり、手首部１１、肘部１２、肩部１３を有している。前記手首部１１は、前記アーム２の先端近傍部において手先効果器１４の姿勢を変化可能にする。前記肩部１３は、本体部１０と前記アーム２全体との連結部分である。前記肘部１２は、前記手首部１１と前記肩部１３との間の部分である。前記手首部１１より先端側の部分には、物体の把持等を可能にする前記手先効果器１４が備えられる。そして、前記手首部１１近傍には、第１の力センサ１５が備えられ、前記肩部１３近傍には、第２の力センサ１６が備えられる。前記第１及び第２の力センサ１５，１６としては、ひずみゲージ等のセンサを用いることができる。
【００２５】
図２は、前記アーム２の軸構成の一例を示すものである。この例では、前記肩部１３が２つの回転機構２１，２２により構成され、前記肘部１２が４つの回転機構２３，２４，２５，２６により構成され、前記手首部１１が１つの回転機構２７により構成されている。前記第１の力センサ１５は、前記手首部１１の回転機構２７近傍に位置し、前記手先効果器１４は、前記第１の力センサ１５より先端側に位置する。前記第２の力センサ１６は、前記肩部１３の回転機構２１，２２の近傍に位置する。尚、前記回転機構２１〜２７の数や種類は、本発明において適宜選択、設計されるべき事項である。
【００２６】
前記演算装置３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、プログラム等の協働により構成されるものであり、本構成においては、前記アーム２の軌道の生成、即ち各関節機構の回転軸の回転方向、回転トルク等を算出する機能を備える。
【００２７】
前記記憶装置４は、フラッシュメモリ等のＲＯＭ、又はＲＡＭから構成され、前記演算装置３により生成された前記アーム２の軌道に関する各種データを格納する。
【００２８】
図３は、本実施の形態における前記アーム２に対する教示処理（冗長アームの教示処理）Ｓ１００の流れを示すものである。この冗長アームの教示処理Ｓ１００においては、先ず前記アーム２全体に、コンプライアンスが実装される（Ｓ１０１）。このコンプライアンスの実装処理の具体例については、図４により後述する。
【００２９】
次いで、教示者が前記アーム２の手先部及び肘部（図１中、Ａ及びＢで示す部分）を把持し、前記アーム２全体を所望の軌道で動かす。この時の前記第１の力センサ１５及び前記第２の力センサ１６の検出値を取得し（Ｓ１０２）、これらの検出値から、各関節機構の各軸に関するエンコーダ値を算出し、これを教示データとして記憶する（Ｓ１０３）。
【００３０】
前記アーム２のような冗長自由度を有するマニピュレータにおいて、手先の位置及び姿勢から各関節角への変換は、一般に下記式（１）及び（２）を用いることにより実現される。
【００３１】
2010120124.tif 000003
【００３２】
上記式（１）の右辺第２項は、冗長自由度による零空間制御を示す。このように、零空間制御を用いることにより、手先位置及び姿勢を保持しつつ、アーム全体の姿勢を修正することが可能となる。
【００３３】
図４は、前記Ｓ１０１（図３参照）におけるコンプライアンスの実装を実現するための処理例を示すものである。同図に示すように、前記第１の力センサ１５の検出値（Ｓ２０１）と手首自重理論値（Ｓ２０２）とに基づいて、前記手首部１１における検出値と理論値との力及びモーメントの差ｄＦw，ｄＭwを求める。これらｄＦw，ｄＭwを前記手首部１１への外力により生ずる各軸トルクＤwiに変換する（Ｓ２０３）と共に、前記手首部１１の値から前記肩部１３の値へと変換する（Ｓ２０４）。
【００３４】
次いで、前記第２の力センサ１６の検出値（Ｓ２０５）と肩部自重理論値（Ｓ２０６）との差と、前記Ｓ２０４で求めた値とから、前記肩部１３における測定値と理論値との力及びモーメントの差ｄＦs，ｄＭsを求め、これらｄＦs，ｄＭsを前記肩部１３への外力により生ずる各軸トルクＤsiに変換する（Ｓ２０７）。
【００３５】
前記Ｓ２０３及び前記Ｓ２０７において求められた前記各軸トルクＤwi，Ｄsiに基づいて、最終的な各軸トルクＤiを算出し、この各軸トルクＤiが、各軸トルク閾値Ｄthより大きいか否かを判定する（Ｓ２０８）。このＳ２０８において、Ｄi>Ｄthではないと判定された場合には、前記アーム２を動作させず（Ｓ２０９）、Ｄi>Ｄthであると判定された場合には、前記各軸トルクＤiを該当する軸の角速度に変換し（Ｓ２１０）、前記アーム２を動作させる（Ｓ２１１）。
【００３６】
上記のように、本実施の形態によれば、前記アーム２の手先部Ａ（手先効果器１４を含む）だけでなく、前記肘部Ｂも把持して、前記アーム２全体の軌道を任意に教示することができる。これにより、自己や環境との干渉を避けたり、見た目に自然な動作にしたりすることを、容易に行うことが可能となる。
【００３７】
発明の実施の形骸２．
図５は、本実施の形態に係るロボット３１の構成を概略的に示すものである。このロボット３１は、マスタアーム３２、スレーブアーム３３、演算装置３４、記憶装置３５を備えている。
【００３８】
前記マスタアーム３２は、複数の関節機構により冗長的な自由度が与えられており、手首部４１、肘部４２、肩部４３を有している。前記手首部４１より先端側の部分には、箒等の長尺物５０を把持することが可能な手先効果器４４が備えられる。そして、前記手首部４１近傍には、第３の力センサ（請求項２，３，７，８に記載の第１の力センサに相当するもの）４５が備えられ、前記肩部４３近傍には、第４の力センサ（請求項２，３，７，８に記載の第２の力センサに相当するもの）４６が備えられる。
【００３９】
前記スレーブアーム３３は、前記マスタアーム３２の動作軌道に応じて、これを補助するような動きをするものである。前記スレーブアーム３３は、前記マスタアーム３２と同様に、複数の関節機構により冗長的な自由度が与えられ、手首部５１、肘部５２、肩部５３を有している。前記手首部５１より先端側の部分には、前記長尺物５０を把持することが可能な手先効果器５４が備えられる。そして、前記手首部５１近傍には、第５の力センサ（請求項４，９に記載の第３の力センサに相当するもの）５５が備えられ、前記肩部５３近傍には、第６の力センサ（請求項４，９に記載の第４の力センサに相当するもの）５６が備えられる。
【００４０】
前記演算装置３４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、プログラム等の協働により構成されるものであり、本構成においては、前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３の軌道の生成する機能を備える。
【００４１】
前記記憶装置３５は、フラッシュメモリ等のＲＯＭ、又はＲＡＭから構成され、前記演算装置３４により生成された前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３の軌道に関する各種データを格納する。
【００４２】
図６は、本実施の形態における前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３により前記長尺物５０を操作するまでの概略的な流れ（長尺物操作処理）Ｓ３００を示すものである。この長尺物操作処理Ｓ３００においては、先ず前記マスタアーム３２の軌道が生成及び記憶され（Ｓ３０１）、次いでこのマスタアーム３２の軌道データに基づいて、前記スレーブアーム３３の軌道が算出され（Ｓ３０２）、これが記憶される（Ｓ３０３）。前記Ｓ３０１における前記マスタアーム３２の軌道の生成は、上記実施の形態１に示したアーム２の教示方法により行うことができる。
【００４３】
そして、上記のようにそれぞれ軌道が生成された前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３の前記手先効果器４４，５４により、前記長尺物５０を把持し（Ｓ３０４）、前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３の軌道を再生させることにより（Ｓ３０５）、ロボットに与えられた所定のタスクが実行される（Ｓ３０６）。
【００４４】
図７（ａ），（ｂ）は、前記両手先効果器４４，５４により前記長尺物５０を把持した状態を例示している。図７（ａ）に示すように、前記両手先効果器４４，５４は、前記長尺物５０の長軸方向Ｃに沿って所定の間隔Ｄを空けて、前記長尺物５０を把持する。図７（ｂ）は、図７（ａ）のｘ−ｘ'断面図であり、同図が示すように、前記手先効果器５４は、前記長尺物５０に対して矢印Ｅの方向に回転自由度を持って前記長尺物５０を把持する。
【００４５】
図８は、前記長尺物操作処理Ｓ３００（図６参照）における前記Ｓ３０２、即ち前記スレーブアーム３３の軌道を前記マスタアーム３２の軌道に基づいて自動生成する処理（スレーブアーム軌道自動生成処理）を、より詳細に示している。
【００４６】
前記スレーブアーム軌道自動生成処理Ｓ３０２においては、先ず前記記憶装置３５に記憶されている前記マスタアーム３２の軌道データから、前記マスタアーム３２の手先効果器４４の位置及び姿勢を検出する（Ｓ３０２１）。次いで、前記マスタアーム３２の手先効果器４４の位置及び姿勢に基づいて、前記両手先効果器４４，５４の間隔Ｄが、前記両アーム３２，３３の機構的制約内で最大となるように、前記スレーブアーム３３の手先効果器５４の位置及び姿勢を算出する（Ｓ３０２２）。そして、このように算出された前記スレーブアーム３３の手先効果器５４の位置及び姿勢に基づいて、前記スレーブアーム３３の軌道を生成する（Ｓ３０２３）。
【００４７】
図９は、前記スレーブアーム自動生成処理Ｓ３０２における前記両手先効果器４４，５４の位置関係を示している。同図中、二点差線で示すように、前記スレーブアーム３３の手先効果器５４の位置は、前記両アーム３２，３３の機構的制約内で、前記間隔Ｄが最大となるように決定される。このように、前記両手先効果器４４，５４の間隔Ｄを、前記長尺物５０の長軸方向に沿って最大となるようにすることにより、前記長尺物５０を動かすために必要な力が小さくなる、前記長尺物５０の操作が安定化される等の利点が生ずる。
【００４８】
上記のような前記スレーブアーム３３の手先効果器５４の位置決定は、下記式（３）又は（４）で示されるいずれかの評価式を用いることにより実現することができる。
【００４９】
2010120124.tif 000004
【００５０】
前記零空間（前記式（１）右辺第２項参照）の入力を、前記式（３）又は式（４）に基づいて生成することにより、操作性を考慮したアーム全体の姿勢を生成することができる。そして、前記式（３）が一定値以上、或いは前記式（４）が一定値以下であるとする条件の下、前記式（１）右辺第１項の前記スレーブアーム３３の手先効果器５４の位置を図９中５４ａから５４ｂへとスライドさせるように演算することにより、前記両アーム３２，３３の機構的制約内で前記間隔Ｄが最大となるように、前記スレーブアーム３３の軌道を生成することができる。
【００５１】
図１０は、前記マスタアーム３２及び前記スレーブアーム３３の軌道を直接教示する場合の処理（両アーム直接教示処理）Ｓ４００を示している。この両アーム直接教示処理Ｓ４００においては、教示者が前記マスタアーム３３の手先効果器４４に前記長尺物５０を把持させると（Ｓ４０１）、前記演算装置３４により、前記マスタアーム３２全体にコンプライアンスが実装される（Ｓ４０２）。このコンプライアンスの実装は、上述したように、図４に示す方法により行うことができる。
【００５２】
次いで、教示者が前記マスタアーム３３の手先効果器４４（又は前記長尺物５０）、及び肘部４２を把持し、前記マスタアーム３３全体を所望の軌道で動かすと（Ｓ４０３）、前記第３及び第４の力センサ４５，４６により検出された前記マスタアーム３３の各軸のエンコーダ値が前記マスタアーム３３の教示データとして前記記憶装置３５に記憶され、前記マスタアーム３３の軌道データが生成される（Ｓ４０４）。次いで、前記マスタアーム３３の軌道データに基づいて、前記スレーブアーム３４の軌道データが自動生成され、記憶される（Ｓ４０５）。
【００５３】
そして、教示者が前記両アーム３２，３３の両手先効果器４４，５４に前記長尺物５０を把持させ（Ｓ４０６）、前記演算装置３４により前記スレーブアーム３３全体にコンプライアンスを実装し（Ｓ４０７）、前記両アーム３２，３３の軌道データを再生する（Ｓ４０８）。
【００５４】
ここで、前記スレーブアーム３３の動きが適切なものか否かを判定する（Ｓ４０９）。この判定は、多くの場合、教示者の目視により前記スレーブアーム３３の動きが自然であるか否かの判断に基づくものである。無論適宜の判定ツールを用いてもよい。前記Ｓ４０９において、前記スレーブアーム３３の動きが適切なものであると判定されれば（Ｙ）、前記両アーム３２，３３の軌道データは確定され、前記記憶装置３５に記憶される（Ｓ４１０）。
【００５５】
一方、前記Ｓ４０９において、前記スレーブアーム３３の動きが適切でないと判定された場合（Ｎ）、前記スレーブアーム３３の肘部５２を教示者が把持し、直接教示する（適切な動きとなるように動かす）（Ｓ４１１）。すると、この直接教示により得られる前記スレーブアーム３３に備えられた前記第５及び第６の力センサ５５，５６（図５参照）による検出値に基づいて、前記スレーブアーム３３の手先位置及び軌道の自動算出が、前記スレーブアーム軌道自動生成処理Ｓ３０２のように行われ（Ｓ４１２）、新しいデータとして再記憶される（Ｓ４１０）。
【００５６】
上記のように、本構成によれば、教示者は自動生成された前記スレーブアーム３３の軌道を、前記スレーブアーム３３の軌道再生時にその肘部５２を把持して所望の動きを加えることにより、前記スレーブアーム３３の軌道を修正することができる。教示者は、このような再教示の作業を、前記スレーブアーム３３の動きを目視しながら簡便に行うことができる。また、両アーム３２，３３の教示を、１人の教示者によって簡便に行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、長尺物を操作する双腕ロボット等に好適に適用することができる。例えば、箒等を用いて掃除を行う家庭用ロボット等が挙げられる。無論、本発明は、その他にも各種装置に適用できる可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロボットの構成を概略的に示す図である。
【図２】ロボットアームの軸構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る冗長アームの教示処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るコンプライアンス実装処理の例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るロボットの構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明に係る長尺物操作処理を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は、両手先効果器により長尺物を把持した状態を示す図であり、（ｂ）は、スレーブアームの手先効果器の長尺物を把持した状態を示す図である。
【図８】本発明に係るスレーブアーム軌道自動生成処理を示すフローチャートである。
【図９】スレーブアーム軌道自動生成処理によりスレーブアームの手先位置が調整される状態を示す図である。
【図１０】本発明に係る両アーム直接教示処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１，３１  ロボット
２  アーム
３，３４  演算装置
４，３５  記憶装置
１１，４１，５１  手首部
１２，４２，５２  肘部
１３，４３，５３  肩部
１４，４４，５４  手先効果器
１５  第１の力センサ（請求項１）
１６  第２の力センサ（請求項１）
４５  第１の力センサ（請求項２，３）／第３の力センサ（明細書）
４６  第２の力センサ（請求項２，３）／第４の力センサ（明細書）
５０  長尺物
５５  第３の力センサ（請求項４，９）／第５の力センサ（明細書）
５６  第４の力センサ（請求項４，９）／第６の力センサ（明細書）
【図１】
2010120124.tif 000005
【図２】
2010120124.tif 000006
【図３】
2010120124.tif 000007
【図４】
2010120124.tif 000008
【図５】
2010120124.tif 000009
【図６】
2010120124.tif 000010
【図７】
2010120124.tif 000011
【図８】
2010120124.tif 000012
【図９】
2010120124.tif 000013
【図１０】
2010120124.tif 000014