(57)【要約】  弾性体アクチュエータ（２５）で駆動されて複数の関節を有するロボットアーム（１０１）であって、ロボットアーム（１０１）の手先部（２９）に配設され支持面（９０）と接触することによりロボットアームを支持する手先支持部材（４２）と、手先支持部材（４２）と支持面（９０）との接触する力を制御すると同時にロボットアーム（１０１）の手先部の位置及び姿勢を制御する制御部（１０９）により制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有するロボット。
【請求項２】
前記手先支持部材は、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚を有する請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記手先支持部材は、前記支持面に対して空気圧による吸着又は吸着解除可能な弾性体の吸盤で構成して、前記吸盤と前記支持面との摩擦を制御可能とする請求項１に記載のロボット。
【請求項４】
前記手先支持部材は、磁力による前記支持面に対する吸着又は吸着解除が可能な電磁石で構成して、前記電磁石と前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記手先支持部材は、ブレーキを有するボールキャスタで構成して、前記ボールキャスタと前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項６】
前記手先支持部材は、ブレーキを有する車輪で構成して前記車輪と前記支持面との摩擦を方向別に制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項７】
前記ロボットアームは３個以上の前記関節を有し、前記手先支持部材は、前記ロボットアームの固定部から第２番目の関節以降のリンクに配設される請求項１に記載のロボット。
【請求項８】
前記ロボットアームは、前記手先支持部材が配設された位置よりも手先部側に、前記手先部の姿勢を決める自由度を有する関節をさらに有する請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
前記制御部は、前記手先支持部材と前記支持面との接触により発生する摩擦を利用して前記ロボットアームの手先速度を減速するよう制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項１０】
前記制御部は、前記手先支持部材を前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持したのち、前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のロボット。
【請求項１１】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御するロボットアームの制御装置。
【請求項１２】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することをコンピュータに実行させるロボットアームの制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームの機構技術及びロボットアームの制御技術の改良に関するものであって、ロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペットロボットなどの家庭用ロボットの開発が盛んに行われており、将来は、家事支援ロボット等、より実用的な家庭用ロボットが実用化されるものと期待されている。家庭用ロボットは、家庭内に入り、人と共生する必要があるため、人との物理的な接触が不可欠であり、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。【０００３】
また、工場内では、組立作業又はリサイクルの解体作業等を自動化しようという取組がなされているが、作業内容が複雑であったり、多品種少量生産などで治具等の使用が困難で部品の位置が不定であるなど環境が多様な場合、従来の産業用ロボットでは対応が困難である。【０００４】
これに対して、人間が主体となり、ロボットがアシストすることで作業の効率化を図る作業支援ロボットが提案されている。人間のアシストを行うロボットは、人の近傍で動作することになるため、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。【０００５】
柔軟なロボットとしては、空気圧アクチュエータを駆動装置とする空圧アームが開発されている。空圧アームは、空気の圧縮性を利用しているため、機構的な柔軟性を持ち、制御で柔らかさを出す場合に比べて、本質的に安全である。【０００６】
しかしながら、空圧アームは柔軟性があるが故に振動が発生しやすく、高速動作時において手先の位置決め精度を高くすることが困難であり、特に、工場内での組立作業など、精度が必要とされる作業に適用するのが困難であるという課題を有している。【０００７】
手先の位置決め精度の向上という課題に対しては、従来技術として、特許文献１において、図２７に示す、弾力性を備えた位置及び姿勢ガイド２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃを備えたエンド・エフェクタ２０１をロボットアーム（図示せず）の手先に装着することにより、エンド・エフェクタ２０１で部品を保持すると共に、対象物の位置を検出し、部品と対象物とを非接触のまま軸心を合致させて、噛み合わせ、又は、ねじ締めを制御性良く行わせる技術が提案されている。【０００８】
また、特許文献２において、基端部側の少なくとも２関節を柔軟能動関節とし、肘フレームをテーブル上に載せることによりハンドの位置又は姿勢の精度を確保する技術が提案されている。【０００９】
また、特許文献３において、力制御モードで手先効果器を作業対象物に接触させることで正確に位置決めを行い、位置データの取得を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−８４６８５号公報
【特許文献２】特開２００９−１２５８８６号公報
【特許文献３】特開平５−３２９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献１の構成は、対象物としてボルトなど、位置及び姿勢ガイド２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃで囲うことができる凸状物体でなければ効果を発揮することができず、例えば、座ぐりに収まったネジを扱うことはできないなど、特定の作業に特化した技術であり、空圧アーム等の柔軟なロボットアームの位置決め精度向上のための汎用的な技術として使うことはできない。【００１２】
また、特許文献２の構成は、ロボットアームの肘部をテーブル上に載せることにより、ロボットアームを安定させ、手先位置又は姿勢の精度を向上させることができるが、手先を高速に移動した後、急激に減速し位置決めを行うなど、高速動作での精度向上のための技術として使うことはできない。【００１３】
また、特許文献３の構成は、手先効果器をワークに接触させ力制御を行うため、物体を把持し、さらにその物体の位置又は姿勢を変化させることで作業を行う技術として使うことはできない。【００１４】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、柔軟で安全性が高く、かつ、高速動作であっても手先効果器又は把持した物体の位置又は姿勢を精度良く制御できるロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１６】
本発明の第１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有することを特徴とするロボットを提供する。【００１７】
本発明の第１１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することを特徴とするロボットアームの制御装置を提供する。【００１８】
本発明の第１２態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することをコンピュータに実行させることを特徴とするロボットアームの制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロボットアームの手首部の近傍の手首部より根元側に手先支持部材を備えるとともに、制御部を備えることにより、手先支持部材で機構的にロボットアームの手先部を支え、制御部の力制御で手先支持部材を支持面に押しつけるよう動作することにより、手先部の位置を安定させることができる。【００２０】
以上の効果により、空気圧人工筋などの弾性体アクチュエータで駆動されるロボットアームであっても、高速かつ位置制御精度の高い動作が可能となり、柔軟で本質的な安全性を持ちながら精度の高いロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２】図２は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの制御装置を含むロボットの構造を示すブロック図であり、
【図３】図３は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの空気圧人工筋の構造を示す図であり、
【図４】図４は、前記空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図であり、
【図５】図５は、本発明の前記第１実施形態における関節駆動機構を応用した前記ロボットアームを駆動するための空気圧供給系の構成を示す図であり、
【図６】図６は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの弾性体アクチュエータによる拮抗駆動における関節角度と内部圧力差の関係を示すグラフであり、
【図７】図７は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの制御プログラムの実際の動作ステップのフローチャートであり、
【図８】図８は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの目標軌道生成手段での処理ステップのフローチャートであり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｅ】図９Ｅは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｆ】図９Ｆは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な正面図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な平面図であり、
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な側面図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の前記第１実施形態における力センサーの詳細な正面図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の前記第１実施形態における前記力センサーの図１１ＡのＡ−Ａ線断面図であり、
【図１２】図１２は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの動作のタイミングチャートであり、
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図１４】図１４は、本発明の前記第２実施形態における制御装置の構造を示す図であり、
【図１５】図１５は、本発明の前記第２実施形態におけるロボットアームの目標軌道生成手段での処理ステップのフローチャートであり、
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の前記第２実施形態における前記ロボットの動作説明図であり、
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の前記第２実施形態における前記ロボットの動作説明図であり、
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態におけるロボットアームの構造を示す図である（第２腕の弾性体アクチュエータは、簡略化のため省略している。）。
【図１８】図１８は、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の構造を示す図であり、
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の動作を説明する図であり、
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の動作を説明する図であり、
【図２０】図２０は、本発明の第４実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２１】図２１は、本発明の前記第４実施形態におけるロボットアームの手先支持機構であるボールキャスタの構造を示す断面図であり、
【図２２】図２２は、本発明の第５実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２３】図２３は、本発明の第６実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２４】図２４は、参考例におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの電動ドライバーの構造を示す断面図であって、ドライバビットが上昇位置の状態の図であり、
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図２５Ａの前記電動ドライバーの構造を示す断面図であって、ドライバビットが下端位置の状態の図であり、
【図２６】図２６は、本発明の前記第５実施形態における前記ロボットアームの手先支持部材の例である吸盤の内側を負圧又は正圧に制御するための空圧系を示す図であり、
【図２７】図２７は、従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２４】
本発明の第１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有することを特徴とするロボットを提供する。
【００２５】
本発明の第２態様によれば、前記手先支持部材は、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚を有することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２６】
本発明の第３態様によれば、前記手先支持部材は、前記支持面に対して空気圧による吸着又は吸着解除可能な弾性体の吸盤で構成して、前記吸盤と前記支持面との摩擦を制御可能とすることを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２７】
本発明の第４態様によれば、前記手先支持部材は、磁力による前記支持面に対する吸着又は吸着解除が可能な電磁石で構成して、前記電磁石と前記支持面との摩擦を制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２８】
本発明の第５態様によれば、前記手先支持部材は、ブレーキを有するボールキャスタで構成して、前記ボールキャスタと前記支持面との摩擦を制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２９】
本発明の第６態様によれば、前記手先支持部材は、ブレーキを有する車輪で構成して前記車輪と前記支持面との摩擦を方向別に制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３０】
本発明の第７態様によれば、前記ロボットアームは３個以上の前記関節を有し、前記手先支持部材は、前記ロボットアームの固定部から第２番目の関節以降のリンクに配設されたことを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３１】
本発明の第８態様によれば、前記ロボットアームは、前記手先支持部材が配設された位置よりも手先部側に、前記手先部の姿勢を決める自由度を有する関節をさらに有することを特徴とする第７の態様に記載のロボットを提供する。
【００３２】
本発明の第９態様によれば、前記制御装置は、前記手先支持部材と前記支持面との接触により発生する摩擦を利用して前記ロボットアームの手先速度を減速するよう制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３３】
本発明の第１０態様によれば、前記制御部は、前記手先支持部材を前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持したのち、前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する、第１〜９のいずれか１つの態様に記載のロボットを提供する。
【００３４】
本発明の第１１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することを特徴とするロボットアームの制御装置を提供する。
【００３５】
本発明の第１２態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することをコンピュータに実行させることを特徴とするロボットアームの制御プログラムを提供する。
【００３６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるロボット１００の構造を示す全体図である。ロボット１００は、本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１と、ロボットアーム１０１の動作を制御する後述する制御部（制御装置）１０９とを備えている。
【００３８】
本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１は、固定壁（固定部）２６に対して、上下方向軸沿いに横方向沿いの平面内で正逆回転する第１関節軸（第１関節７１の軸）１９と、上下方向沿いの平面内で正逆回転する第２関節軸（第２関節７２の軸）２０と、第１腕２７と第２腕２８との間で上下方向沿いの平面内で正逆回転する第３関節軸（第３関節７３の軸）２１と、第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９との間で上下方向沿いの平面内で正逆回転する第４関節軸（第４関節７４の軸、言い換えれば、ロボットアームの手首部８８の回転軸）２２と、第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９との間で第４関節軸２２と垂直な平面内で正逆回転する第５関節軸（第５関節７５の軸）２３とで構成されている。
【００３９】
第１関節軸１９では、上下端部が軸受け３０ａと３０ｂで回転自在にかつ上下方向沿いに支持された回転軸３１に円形支持体３２が回転自在に連結され、かつ、弾性体アクチュエータ２５−１ａと弾性体アクチュエータ２５−１ｂの各一端部が固定壁２６に連結されるとともに各他端部が前記各円形支持体３２の支持軸３３に連結されている。よって、弾性体アクチュエータ２５−１ａと弾性体アクチュエータ２５−１ｂの拮抗駆動により、第１関節軸１９の上下軸であるＺ軸回りに横方向沿いの平面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９とを一体的に正逆回転運動させることができる。なお、上側の軸受け３０ａは支持棒３４で固定壁２６に支持されている。
【００４０】
第２関節軸２０では、回転軸３１の上端に固定された円形支持体３２と、回転軸３１の下端部近傍の固定壁２６側に回転軸３１の長手方向と直交して固定された支持体３５との間には、弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂの拮抗駆動により、第２関節軸２０の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９とを一体的に正逆回転運動させる。
【００４１】
第３関節軸２１では、円形支持体３２に一端が固定された第１腕２７の円形支持体３２側の近傍には、支持体３６が第１腕２７の長手方向と直交して固定されるとともに、第１腕２７の先端側には、第２腕２８の一端に第２腕２８の長手方向に直交して固定された支持体３７が回転可能に連結されている。第１腕２７の支持体３６と、第２腕の一端に固定された支持体３７との間には、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂの拮抗駆動により、第３関節軸２１の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８とを相対的に正逆回転させる。
【００４２】
第４関節軸２２では、第２腕２８の支持体３７と、第２腕２８に回転可能に連結された手先支持体３８との間には、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂとは第２腕２８の長手軸方向周りに９０度位相を異ならせて配置された弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂの拮抗駆動により、第４関節軸２２の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内で電動ドライバー２９を第２腕２８に対して正逆回転させる。
【００４３】
第５関節軸２３では、図１及び図１０Ａ〜図１０Ｃの拡大詳細図に示すように、第２腕２８の支持体３７と、手先支持体３８に第５関節軸２３周りに回転可能に連結された手先効果器ベース３９との間には、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂが、それぞれ、回転自在なプーリー４０に掛けられたワイヤー４１を介して連結されている。すなわち、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂのそれぞれの先端と、手先効果器ベース３９の一対のプーリー４０間の中間に固定された固定部３９ａとの間を、十字形状の板材で構成される手先支持体３８に第５関節軸２３周りに１８０度間隔をあけて回転自在に配置されたプーリー４０をそれぞれ介して、ワイヤー４１で連結している。よって、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂの拮抗駆動により、第５関節軸２３回りに電動ドライバー２９を手先支持体３８に対して正逆回転させる。
【００４４】
前記各弾性体アクチュエータは、弾性膨張収縮構造体の一例として機能する。
【００４５】
第１関節軸１９、第２関節軸２０、第３関節軸２１、第４関節軸２２、第５関節軸２３には、それぞれの関節の回転角度を計測する角度センサーであるエンコーダ２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５が配設されており（図５参照）、各関節の関節角度（回転角度）を計測することが可能である。
【００４６】
各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの入出力口（図３の流体注入出部材１３）には、圧力センサー１１０が配設されており（図４参照）、各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部の圧力を計測することが可能である。
【００４７】
手先効果器は、手先部（手先）又は手部に取り付けられて目的とする作業を行う部材であり、具体的な一例としてはハンド又は電動ドライバー２９である。手先効果器の一例として電動ドライバー２９を使用する場合には、電動ドライバー２９は、モーター２９Ａと、モーター２９Ａの回転軸に交換可能に連結されたドライバビット５０と、モーター２９Ａとドライバビット５０とを支持してモーター２９Ａとドライバビット５０とを一体的に軸方向に進退移動可能な空気圧シリンダ機構２９Ｂとを備えている。図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、空気圧シリンダ機構２９Ｂは、電動ドライバー２９のシリンダ２９ｃ内でピストン２９ｄが移動可能に配置されているとともに、シリンダ２９ｃの上端とピストン２９ｄとの間に引っ張りバネ５０１が架設されている。シリンダ２９ｃ内が加圧されると、シリンダ２９ｃ内でピストン２９ｄが空気圧により下降する一方、空気圧の圧力が低下すると引っ張りバネ５０１の作用によりピストン２９ｄがシリンダ２９ｃ内で上昇する機構となっている。ピストン２９ｄにはモーター２９Ａが固定されており、ピストン２９ｄとモーター２９Ａとは一体的に移動する。よって、電動ドライバー２９のモーター２９Ａによりドライバビット５０の回転を行うとともに、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７−６を経て、電動ドライバー２９に内蔵されかつドライバビット５０を支持する空気圧シリンダ機構２９Ｂに空気圧が供給されることで、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように空気の圧力及び引っ張りバネ５０１の作用により、図１の矢印Ｘで図示した方向に、ドライバビット５０を並進運動させるように伸縮運動させる（電動ドライバー２９のケースに対してドライバビット５０を進退運動させる）ことができる。なお、手先効果器の他の例としては、対象物を把持して運搬、挿入、引張りなどの動作が可能なハンドなどが挙げられる。
【００４８】
４２は手先支持機構の一例としての手先支持部材であり、力センサー５１を介して第２腕２８の先端側（ロボットアーム１０１の手首部８８の近傍の手首部８８より根元側）の下方に突出して固定されており、外環境、例えば、ロボットアーム支持体の支持面９０に接することにより、第２腕２８の支持面９０に対する相対的な位置及び姿勢を安定させる役割を担う。手先支持部材４２の下端は、例えば、半球面状に形成されて、どのような角度でも、支持面９０に対して円滑に接触可能に構成されている。手先支持部材４２の材質としては、例えば、表面にゴムが配置された金属、樹脂、又は、硬質ゴムなどを使えば、手先支持部材４２と支持面９０との間で摩擦を発生させつつ、かつ、支持面９０に支持されるとき手先支持部材４２の形状変形も少なく、第２腕２８の支持面に対する相対的な位置及び姿勢を安定させることが可能となる。
【００４９】
ここで、前記外環境とは、床面、机の天板、壁面、又は、その他物体の表面などのロボットアーム１０１の手先支持部材４２を支持する支持体の支持面９０であって、ロボットアーム１０１の外側に存在してロボットアーム１０１の手先支持部材４２が支持されうる物体の表面を指す。
【００５０】
力センサー５１は、第２腕２８と手先支持部材４２との間に配置された６軸の力センサーであり、手先支持部材４２にかかる力Ｆを計測することができる。力センサー５１は、図１１Ａ及び図１１Ｂに詳細を示すように一般的な６軸力センサーであり、中心軸周りに等間隔に配置された３つの梁３０３にそれぞれ貼り付けられたひずみゲージ３０４により、固定面３０２と測定面３０１との間にかかるｘｓ、ｙｓ、ｚｓの３方向の並進力とｘｓ、ｙｓ、ｚｓ軸回りのモーメントが計測可能に構成されている。本第１実施形態では、ｘｓ、ｙｓ、ｚｓの３方向の並進力のみを使い、力センサー５１を３軸の力センサーとして利用している。
【００５１】
図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの一例である空気圧人工筋２５の構造を示す図である。図３の（ａ）は空気圧人工筋２５の減圧状態の正面図を示し、図３の（ｂ）は空気圧人工筋２５の加圧状態の正面図を示し、図３の（ｃ）は空気圧人工筋２５の断面図を示している。空気圧人工筋２５は、図３に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体１０の外表面に、材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードで網目状に編んで構成された拘束部材１１が配設され、管状弾性体１０の両端部を封止部材１２でそれぞれ気密封止する構造となっている。一方の端部の封止部材１２に連結された流体注入出部材１３を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体１０内に供給することにより内圧を管状弾性体１０の内部空間に与えると、管状弾性体１０が主に半径方向に膨張しようとするが（図３の（ｃ）参照）、拘束部材１１の作用により、管状弾性体１０の中心軸方向の収縮運動に変換され、全長が収縮する（図３の（ｂ）参照）。逆に、圧縮性流体を管状弾性体１０内から排出することにより管状弾性体１０の内部空間の内圧を下げると、管状弾性体１０が主に半径方向に収縮しようとするが、拘束部材１１の作用により、管状弾性体１０の中心軸方向の伸張運動に変換され、全長が膨張する（図３の（ａ）参照）。この空気圧人工筋は主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。
【００５２】
図４は、棒状の第１構造体１の長手軸方向周りに互いに１８０度位相を異ならせて配置されて拮抗駆動される一対の空気圧人工筋２５、すなわち、一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂを駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。すなわち、前記拮抗駆動される一対の弾性体アクチュエータの構成及び動作を説明するための図である。棒状の第１構造体１は、前記したそれぞれの腕２７，２８又は回転軸３１などに相当する。図４において、１５は例えばコンプレッサー等の空気圧源、１６は、空気圧フィルタ１６ａと空気圧減圧弁１６ｂと空気圧用ルブリケータ１６ｃとが１組になった空気圧調整ユニットである。１７は例えば電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する５ポート流量制御電磁弁である。１８は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成された制御コンピュータであり、Ｄ／Ａボード１８ａが搭載されており、５ポート流量制御電磁弁１７に電圧指令値を出力することにより、流体注入出部材１３を流れる空気の流量を制御可能とする。
【００５３】
また、制御コンピュータ１８にはＡ／Ｄボード１８ｂが搭載されており、圧力センサー１１０の電圧出力値を入力することにより、弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部の圧力を計測することができる。さらに、制御コンピュータ１８にはカウンタボード１８ｃが搭載されており、各関節（第１関節７１、第２関節７２、第３関節７３、第４関節７４、第５関節７５）３に内蔵されたエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）からの信号を入力することにより関節３（図４参照）の角度を計測することができる。
【００５４】
図４に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源１５により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット１６により減圧され（空気圧調整ユニット１６により例えば６００ｋＰａといった一定圧力に調整され）、５ポート流量制御電磁弁１７に供給される。５ポート流量制御電磁弁１７の開度は、制御コンピュータ１８よりＤ／Ａボード１８ａを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。５ポート流量制御電磁弁１７には、拮抗駆動を行う一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの各管状弾性体１０の流体注入出部材１３がそれぞれ接続されている。一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂとは第１構造体１の長手方向沿いに大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側の端部が、第１構造体１の端部に固定されたアクチュエータ支持部材４（前記固定壁２６，支持体３５，支持体３６，支持体３７，支持体３７に相当。）に固定されている。一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの管状弾性体１０の他方の端部側には、第１構造体１に回転関節３で回転自在に支持されたアクチュエータ駆動力伝達部材５（支持軸３３，円形支持体３２，支持体３７，手先支持体３８，手先効果器ベース３９に相当。）が支持され、このアクチュエータ駆動力伝達部材５に一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの管状弾性体１０の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂのそれぞれの管状弾性体１０が伸縮することにより、アクチュエータ駆動力伝達部材５が回転関節３の回りに正逆回転駆動され、第２構造体２が回転関節３の回りに正逆回転駆動される。なお、図４中に矢印で示した右回転を正方向とし、矢印とは逆の左回転を逆方向とする。
【００５５】
制御コンピュータ１８より出力された正の電圧指令値が、Ｄ／Ａボード１８ａから５ポート流量制御電磁弁１７に入力された場合には、図４に示すように空気圧回路記号のＡで示した状態になり、空気圧源１５側から空気圧人工筋２５Ａの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２５Ａ側に供給される。また、空気圧人工筋２５Ｂ側は、管状弾性体１０の流体注入出部材１３から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２５Ｂ側から大気中へ排気される。したがって、図４に示すように、空気圧人工筋２５Ａの全長が縮み、空気圧人工筋２５Ｂの全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で回転関節３は、回転関節３の軸回りの矢印で示される右回転運動を行う。
【００５６】
一方、制御コンピュータ１８より出力された負の電圧指令値が、Ｄ／Ａボード１８ａから５ポート流量制御電磁弁１７に入力された場合には、５ポート流量制御電磁弁１７が空気圧回路記号のＡで示した状態からＢで示した状態に切り替えられて、空気圧回路記号のＢで示した状態になり、空気圧人工筋２５Ａの動作とは逆となり、回転関節３は、回転関節３の軸回りの左回転運動を行う。すなわち、空気圧源１５側から空気圧人工筋２５Ｂの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２５Ｂ側に供給される。また、空気圧人工筋２５Ａ側は、管状弾性体１０の流体注入出部材１３から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２５Ａ側から大気中へ排気される。したがって、空気圧人工筋２５Ｂの全長が縮み、空気圧人工筋２５Ａの全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸回転関節３は、回転関節３の軸回りの図４の矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。
【００５７】
以上のように、空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂにより、回転関節３の軸周りの正逆回転運動が駆動されることにより、回転関節３の軸周りの第１構造体１と第２構造体２との相対的な揺動運動すなわち所定角度の回転運動が駆動される。
【００５８】
図５は図１に示すロボットアーム１０１を駆動するための空気圧供給系の構成を示す図である。図５に示す空気圧供給系では、６つの５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６が配設されて、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６を介して空気圧を供給可能としている。６つの５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６のそれぞれは、前記した５ポート流量制御電磁弁１７で構成されている。その他の構成及び動作原理は図４の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
５ポート流量制御電磁弁１７−１からは弾性体アクチュエータ２５−１ａ及び２５−１ｂに空気圧が供給され、第１関節軸１９周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−２からは弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂに空気圧が供給され、第２関節軸２０周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−３からは弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂに空気圧が供給され、第３関節軸２１周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−４からは弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂに空気圧が供給され、第４関節２２軸周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−５からは弾性体アクチュエータ２５−５ａ及び２５−５ｂに空気圧が供給され、第５関節２３軸周りの正逆回転運動が駆動される。
【００６０】
なお、５ポート流量制御電磁弁１７−６からは、電動ドライバー２９に内蔵されかつドライバビット５０を支持する空気圧シリンダ機構２９Ｂに空気圧が供給されることで、図１の矢印Ｘで図示した方向に、ドライバビット５０を並進運動させるようにドライバビット５０を伸縮動作させることができる。
【００６１】
以上のような構造とすれば、多自由度を生かし、ロボットアーム１０１の手先に支持されたドライバビット５０の軸方向の傾きを、後述するネジの軸方向沿いに合わせることができて、ドライバビット５０の下端を、組立構造物９５のネジの頭９１に確実に係合させることができる。
【００６２】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるロボットアーム１０１の接触動作制御手段の一例である制御部１０９の構成を示すブロック線図である。図２において、１０１は図１に示す第１の実施形態にかかるロボットアームである。ロボットアーム１０１からは、各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）（図５参照）により計測される関節角の現在値
【００６３】
【数１】
2011001569.tif 000003
【００６４】
と、各圧力センサー１１０により計測される弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内圧
【００６５】
【数２】
2011001569.tif 000004
【００６６】
、及び、力センサ５１により計測される手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力
【００６７】
【数３】
2011001569.tif 000005
【００６８】
が出力される。ただし、ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４，ｑ５はそれぞれ、第１関節７１、第２関節７２、第３関節７３、第４関節７４、第５関節７５の関節角度である。また、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ，Ｐ５ａ，Ｐ５ｂはそれぞれ、弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内圧である。また、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚはそれぞれ、固定壁２６に対するロボットアーム１０１の座標軸ｘ方向の力、座標軸ｙ方向の力、座標軸ｚ方向の力である。
【００６９】
１０４は圧力差計算手段であり、圧力センサー１１０の計測値（弾性体アクチュエータの内圧値）Ｐより圧力差
【００７０】
【数４】
2011001569.tif 000006
【００７１】
が圧力差計算手段１０４で計算されて、圧力差計算手段１０４から後述する第４演算部８３に出力される。
【００７２】
１０７は順運動学計算手段であり、ロボットアーム１０１の関節角度ベクトルの現在値（各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測される関節角の現在値）ｑから手先位置及び姿勢ベクトルｒへの変換の幾何学的計算を順運動学計算手段１０７で行う。順運動学計算手段１０７で変換された位置及び姿勢ベクトルｒは、順運動学計算手段１０７から、後述する目標軌道計算手段１０２へ入力される。
【００７３】
１０２は目標軌道生成手段であり、目標とするロボットアーム１０１の動作を実現するための手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄ及び手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるときの目標とする力（目標力ベクトル）Ｆｄが、目標軌道生成手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３に向けて出力される。また、目標軌道生成手段１０２からは、位置及び力制御方向選択手段４３へ、位置及び力制御方向指令
【００７４】
【数５】
2011001569.tif 000007
【００７５】
が出力される。位置及び力制御方向指令Ｓは座標軸ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれで位置制御を行うか、力制御を行うかを指令するための指令値であり、位置制御を行う場合には１とし、力制御を行う場合には０とする。例えば、ｘ方向に位置制御、ｙ方向に位置制御、ｚ方向に力制御を行う場合
【００７６】
【数６】
2011001569.tif 000008
【００７７】
が目標軌道生成手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３へ出力される。
【００７８】
４３は位置及び力制御方向選択手段である。目標軌道生成手段１０２から出力された、目標とする位置及び姿勢目標ベクトルｒｄと順運動学計算手段１０７からの位置及び姿勢ベクトルｒとの誤差を第１演算部８０で計算して位置誤差ｒｅを求める。第１演算部８０で求められた位置誤差ｒｅが位置及び力制御方向選択手段４３へ入力される。位置及び力制御方向選択手段４３では、第１演算部８０で求められた位置誤差ｒｅと、目標軌道生成手段１０２より出力される位置及び力制御方向指令Ｓとを基に、手先位置及び姿勢の修正誤差、例えば、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘのみを演算して抽出し、位置誤差補償手段１０３へと出力する。位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘの抽出は、下記の式（１）により実行される。
【００７９】
【数７】
2011001569.tif 000009
【００８０】
また、位置及び力制御方向選択手段４３には、手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力Ｆと、目標軌道生成手段１０２より出力される、手先支持部材４２を支持面９０に押し付けるときの、目標とする力である目標力ベクトルＦｄとの誤差が第２演算部８１で計算されて、力誤差Ｆｅが求められる。第２演算部８１で求められた力誤差Ｆｅが位置及び力制御方向選択手段４３へ入力される。
【００８１】
位置及び力制御方向選択手段４３では、第２演算部８１で求められた力誤差Ｆｅと、目標軌道生成手段１０２より出力される位置及び力制御方向指令Ｓとを基に、力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘのみを演算して抽出し、力誤差補償手段４４へと出力する。力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘの抽出は、下記の式（２）により実行される。
【００８２】
【数８】
2011001569.tif 000010
【００８３】
力誤差補償手段４４では、力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘから力誤差修正出力ｕＦが演算されて求められる。力誤差補償手段４４からは、力誤差修正出力ｕＦが力−トルク変換手段４５に向けて出力される。
【００８４】
１０３は位置誤差補償手段であり、位置誤差補償手段１０３には、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘが位置及び力制御方向選択手段４３から入力される。位置誤差補償手段１０３では、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘに基づいて、位置誤差修正出力ｕｐを計算して求める。なお、位置誤差補償手段１０３について、目標軌道計算手段１０２からの矢印は、下記のステップＤ、Ｇ、Ｈ、Ｊ等で位置制御補償手段のゲインを変更する際に目標軌道計算手段１０２からの指令を示している。位置誤差補償手段１０３からは、計算で求められた位置誤差修正出力ｕｐが近似逆運動学計算手段１０８Ａへ入力される。
【００８５】
１０８Ａは近似逆運動学計算手段であり、近似式
【００８６】
【数９】
2011001569.tif 000011
【００８７】
により、逆運動学の近似計算を近似逆運動学計算手段１０８Ａで行う。ただし、Ｊｒ（ｑ）はヤコビ行列である。また、ｕｉｎは、位置誤差補償手段１０３から近似逆運動学計算手段１０８Ａへの入力（ここでは、位置誤差修正出力ｕｐ）である。また、ｕｏｕｔは近似逆運動学計算手段１０８Ａからの出力（ここでは、位置誤差修正出力ΔＰｑｅ）である。さらに、ｕｉｎを位置誤差修正出力ｕｐとすれば、
【００８８】
【数１０】
2011001569.tif 000012
【００８９】
のように位置誤差修正出力ｕｐから位置誤差修正出力ΔＰｑｅへの変換式となる。この近似逆運動学計算手段１０８Ａによれば、５自由度以上といった多自由度のロボットアームなど、逆運動学計算が困難な構造であっても、逆運動学計算が容易に可能となる。
【００９０】
目標内部状態決定手段は、目標圧力差計算手段１０５と近似逆運動学計算手段１０８Ｂとから構成される。
【００９１】
近似式
【００９２】
【数１１】
2011001569.tif 000013
【００９３】
により、逆運動学の近似計算を近似逆運動学計算手段１０８Ｂで行う。ただし、Ｊｒ（ｑ）はヤコビ行列である。また、ｕｉｎは、位置及び力制御方向選択手段４３から近似逆運動学計算手段１０８Ｂへの入力である。また、ｕｏｕｔは近似逆運動学計算手段１０８Ｂから第５演算部８４への出力である。さらに、ｕｉｎを手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘとすれば、
【００９４】
【数１２】
2011001569.tif 000014
【００９５】
のように、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘから関節角度誤差ｑｅへの変換式となる。この近似逆運動学計算手段１０８Ｂによれば、５自由度以上といった多自由度のロボットアームなど、逆運動学計算が困難な構造であっても、逆運動学計算が容易に可能となる。
【００９６】
第５演算部８４は、近似逆運動学計算手段１０８Ｂからの出力関節角度誤差ｑｅと、関節角度ベクトルの現在値（各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測される関節角の現在値）ｑとを加算して、関節角度の目標値ｑｄを求める。第５演算部８４で求められた関節角度の目標値ｑｄは、目標圧力差計算手段１０５に入力される。
【００９７】
目標圧力差計算手段１０５は、第５演算部８４から、目標関節角度として
【００９８】
【数１３】
2011001569.tif 000015
【００９９】
が入力され、関節目標ベクトルｑｄより目標圧力差
【０１００】
【数１４】
2011001569.tif 000016
【０１０１】
が算出され、目標圧力差計算手段１０５から第４演算部８３に向けて出力される。ただし、ΔＰ１ｄ，ΔＰ２ｄ，ΔＰ３ｄ，ΔＰ４ｄ，ΔＰ５ｄはそれぞれ、弾性体アクチュエータ２５−１ａと２５−１ｂとの圧力差の目標値、２５−２ａと２５−２ｂとの圧力差の目標値、２５−３ａと２５−３ｂとの圧力差の目標値、２５−４ａと２５−４ｂとの圧力差の目標値、２５−５ａと２５−５ｂとの圧力差の目標値である。
【０１０２】
力−トルク変換手段４５では、下記の式（３）で示される式により、力誤差Ｆｅを修正するための力誤差修正出力ΔＰτｅが計算され出力される。
【０１０３】
【数１５】
2011001569.tif 000017
【０１０４】
近似逆運動学計算手段１０８Ａから出力される位置誤差修正出力ΔＰｑｅと力−トルク変換手段４５から出力される力誤差修正出力ΔＰτｅとを第３演算部８２で加算して、位置及び力誤差修正出力ΔＰτ（ΔＰτ＝ΔＰｑｅ＋ΔＰτｅ）を求める。
【０１０５】
目標圧力差計算手段１０５から出力される目標圧力差ΔＰｄと、第３演算部８２で求められた位置及び力誤差修正出力ΔＰτとを第４演算部８３で加算するとともに、加算した値から圧力差計算手段１０４から出力された現在の圧力差ΔＰを第４演算部８３で減算する。
【０１０６】
１０６は圧力差誤差補償手段である。第４演算部８３で求められた値が圧力差誤差補償手段１０６に入力される。圧力差誤差補償手段１０６では、第４演算部８３から入力された値を基に圧力差修正出力ｕが演算され、圧力差修正出力ｕがロボットアーム１０１に出力される。圧力差修正出力ｕは、ロボットアーム１０１の制御コンピュータ１８のＤ／Ａボード１８ａを介して５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６にそれぞれ電圧指令値として与えられ、各関節軸１９，２０，２１，２２，２３が駆動されてそれぞれの関節の回転運動が発生し、ロボットアーム１０１が動作する。
【０１０７】
以上のように構成される制御部１０９に関して制御動作の原理について説明する。制御動作の基本は、位置誤差補償手段１０３による手先位置（手先効果器の位置）の位置誤差ｒｅのフィードバック制御（位置制御）と、力誤差補償手段４４による手先で発生する力Ｆのフィードバック制御（力制御）とを、位置及び力制御方向指令Ｓで指定する方向別に同時に実現する位置と力のハイブリッド制御であり、位置誤差補償手段１０３として、例えば、ＰＩＤ補償器を使用し、力誤差補償手段４４として、例えばＰＩ補償器を使用すれば、手先位置の位置誤差ｒｅが０に収束するように制御が働き、かつ、手先が発生する力誤差Ｆｅが０に収束するように制御が働くため、目標とするロボットアーム１０１の動作が実現する。
【０１０８】
しかしながら、弾性体アクチュエータ、例えば図３に示す空気等の流体によって動作するアクチュエータにより駆動される場合、弾性体アクチュエータの弾性的要素、すなわち、流体の圧縮性又は流路抵抗等の影響により応答性が悪く、精度良く制御することができない。
【０１０９】
こうした課題に対応するための手段が、圧力差誤差補償手段１０６による圧力差ΔＰのフィードバック制御である。圧力差誤差補償手段１０６には位置誤差修正出力ΔＰｑｅが入力されるため、手先位置及び姿勢誤差ｒｅが発生すると圧力差誤差補償手段１０６が動作し、手先位置及び姿勢誤差ｒｅが０に収束するように圧力差の制御が働く。図３に示す弾性体アクチュエータ２５では内部圧力の変化が発生して初めて変位が発生するため、時間的には位置の変化（変位）よりも圧力変化の方が早く観測されることになる。したがって、図２に示す制御系のように位置制御を行う位置フィードバック  ループの内側に圧力差の制御を行う内部圧力フィードバック  ループを構成することにより、応答性の悪さを補償し、位置制御性能の向上を実現可能である。
【０１１０】
しかしながら、圧力差誤差補償手段１０６を設けるだけでは、応答性は改善されるが、位置の定常偏差が発生し、位置決め精度を向上させることはできないという課題が残る。これは関節角度の目標値ｑｄを実現するのに必要な圧力差を、目標値として、圧力差誤差補償手段１０６に入力していないことに起因する。
【０１１１】
こうした課題に対応するための手段が、目標圧力差計算手段１０５である。図４に示す１組の弾性体アクチュエータ２５Ａ，２５Ｂで回転関節３の拮抗駆動を行う場合、関節角度３と内部圧力差の関係は、例えば、図６のようになる。図６は全長２５０ｍｍ、内径１０ｍｍの弾性体アクチュエータ（マッキベン型空気圧人工筋）を使用した場合の結果である。図６中に示したように、測定結果は、ほぼ直線で近似することができる。したがって、目標圧力差ΔＰｄを計算する式として、直線を表す１次式
【０１１２】
【数１６】
2011001569.tif 000018
【０１１３】
を使うことができる。ただし、Ａ、ｂは係数であり、図６の測定結果より求めることができる。したがって、目標圧力差計算手段１０５において、前記式（４）により関節角度の目標値ｑｄから目標圧力差ΔＰｄを計算し、第４演算部８３を介して圧力差誤差補償手段１０６に入力することにより、定常偏差の小さい高精度な位置制御が実現する。
【０１１４】
以上の原理に基づいて制御動作を行わせるためにコンピュータに実行させる制御プログラムの実際の計算ステップについて、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【０１１５】
ステップ１では、それぞれのエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測された関節角度データ（関節変数ベクトルｑ）が制御部１０９に取り込まれる。
【０１１６】
次いで、ステップ２では、ロボットアーム１０１の運動学計算に必要なヤコビ行列Ｊｒ等の計算が近似逆運動学計算手段１０８Ａ及び近似逆運動学計算手段１０８Ｂでそれぞれ行われる。
【０１１７】
次いで、ステップ３では、関節角度データ（関節変数ベクトルｑ）からロボットアーム１０１の現在の手先位置及び姿勢ベクトルｒが計算される（順運動学計算手段１０７での処理）。
【０１１８】
次いで、ステップ４では、目標軌道生成手段１０２によりロボットアーム１０１の手先位置及び姿勢の目標値（手先位置及び姿勢目標ベクトル）ｒｄが計算される。
【０１１９】
次いで、ステップ５では、手先位置及び姿勢の目標値（手先位置及び姿勢目標ベクトル）ｒｄと現在の手先位置及び姿勢ベクトルｒの差である手先位置及び姿勢の誤差ｒｅが第１演算部８０で計算される。
【０１２０】
次いで、ステップ６では、位置及び力制御方向選択手段４３において、手先位置及び姿勢の誤差ｒｅから位置制御を行う方向の成分のみが抽出され、力制御を行う方向の成分を０にした手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘが位置及び力制御方向選択手段４３から出力される。
【０１２１】
次いで、ステップ７では、位置及び力制御方向選択手段４３から出力された手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘから、位置誤差修正出力ｕｐが計算される（位置誤差補償手段１０３での処理）。位置誤差補償手段１０３の具体例としてはＰＩＤ補償器が考えられる。ＰＩＤ補償器の場合、ステップ７では、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘに比例ゲインを乗算した値と、修正誤差ｒｅｘの微分値に微分ゲインを乗算した値と、修正誤差ｒｅｘの積分値に積分ゲインを乗算した値との３つの値の合計値が位置誤差修正出力ｕｐとなる。定数の対角行列である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより、位置誤差が０に収束するように制御が働く。
【０１２２】
次いで、ステップ８では、ステップ２で計算したヤコビ行列Ｊｒの逆行列を乗算することにより、位置誤差修正出力ｕｐを、手先位置及び姿勢の誤差に関する値から関節角度の誤差に関する値（位置誤差修正出力）ΔＰｑｅに変換する（近似逆運動学計算手段１０８Ａでの処理）。
【０１２３】
次いで、ステップ９では、ヤコビ行列Ｊｒの逆行列を乗算することにより、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘを関節角度誤差ｑｅに変換する（近似逆運動学計算手段１０８Ｂでの処理）。
【０１２４】
次いで、ステップ１０では、ステップ９で計算された関節角度誤差ｑｅとエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測された現在の関節角度ｑを第５演算部８４で加算した値を関節角度の目標値ｑｄとし、目標圧力差計算手段１０５で、目標圧力差ΔＰｄを算出する。
【０１２５】
次いで、ステップ１１では、目標軌道計算手段１０２により、ロボットアーム１０１の手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄが計算される。
【０１２６】
次いで、ステップ１２では、手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄと現在の力Ｆの差である力の誤差Ｆｅが第２演算部８１で計算される。
【０１２７】
次いで、ステップ１３では、位置及び力制御方向選択手段４３において、力の誤差Ｆｅから力制御を行う方向の成分のみが抽出され、位置制御を行う方向の成分を０にした力の修正誤差Ｆｅｘが出力される。
【０１２８】
次いで、ステップ１４では、力の修正誤差Ｆｅｘから力誤差修正出力が計算される（力誤差補償手段４４での処理）。力誤差補償手段４４の具体例としてはＰＩＤ補償器が考えられる。ＰＩＤ補償器の場合、ステップ１４では、力の修正誤差Ｆｅｘに比例ゲインを乗算した値と、力の修正誤差Ｆｅｘの微分値に微分ゲインを乗算した値と、力の修正誤差Ｆｅｘの積分値に積分ゲインを乗算した値との３つの値の合計値が力誤差修正出力ｕＦとなる。定数の対角行列である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより力誤差が０に収束するように制御が働く。
【０１２９】
次いで、ステップ１５では、ステップ２で計算したヤコビ行列Ｊｒの転置行列を乗算することにより、力誤差修正出力ｕＦを、並進力の誤差に関する値から、関節ごとのトルクの誤差に関する値（力誤差修正出力）ΔＰτｅに変換する（力−トルク変換手段４５での処理）。
【０１３０】
次いで、ステップ１６では、それぞれの圧力センサー１１０により計測された弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂのそれぞれの内部圧力値Ｐが制御部１０９に取り込まれ、拮抗駆動される弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部圧力間の現在の圧力差ΔＰが圧力差計算手段１０４で計算される。
【０１３１】
次いで、ステップ１７では、ステップ８で計算された位置誤差修正出力ΔＰｑｅとステップ１５で計算された力誤差修正出力ΔＰτｅとを第３演算部８２で加算した値ΔＰτと、ステップ１０で算出された目標圧力差ΔＰｄとを第４演算部８３で加算するとともに、加算値からステップ１６で計算した現在の圧力差ΔＰを第４演算部８３で減算して圧力差誤差ΔＰｅを計算する。
【０１３２】
次いで、ステップ１８では、圧力差誤差ΔＰｅより圧力差修正出力ｕが計算される（圧力差誤差補償手段１０６での処理）。圧力差誤差補償手段１０６としては、例えば、ＰＩＤ補償器が考えられる。
【０１３３】
次いで、ステップ１９では、圧力差修正出力ｕが、ロボットアーム１０１の制御コンピュータ１８のＤ／Ａボード１８ａを通じて、５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６にそれぞれ電圧指令値として与えられ、５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６が弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂ内の圧力をそれぞれ変化させることにより、ロボットアーム１０１の各関節軸１９，２０，２１，２２，２３が駆動されてそれぞれの関節７１，７２，７３，７４，７５の回転運動が発生し、ロボットアーム１０１が動作する。
【０１３４】
以上のステップ１〜ステップ１９が制御の計算ループとして、繰り返し実行されることによりロボットアーム１０１の動作の制御が実現する。
【０１３５】
次に、ロボットアーム１０１の実際の動作について電動ドライバー２９を使用してロボットアーム１０１でネジ外しのための位置決めを行う場合を具体例に、目標軌道生成手段１０２での処理ステップのフローチャートである図８、及びロボットアーム１０１の動作説明図である図９を使って説明する。
【０１３６】
ステップＡでは、目標軌道生成手段１０２は、手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして待機位置及び姿勢ベクトルｒ０を出力し、位置及び力制御方向指令
【０１３７】
【数１７】
2011001569.tif 000019
【０１３８】
を出力し、全方向が位置制御となり、ロボットアーム１０１は待機位置に停止する（図９Ａ）。ここで、待機位置とは、ロボットアーム１０１の動作の基準位置でもあり、ロボットアーム１０１の手先部の電動ドライバー２９が対象物と接触可能な動作位置から退避した位置である。
【０１３９】
次いで、ステップＢでは、目標とするネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓを
【０１４０】
【数１８】
2011001569.tif 000020
【０１４１】
とすると、ネジの頭９１の位置及び姿勢より、任意の寸法ｄだけ低い位置である
【０１４２】
【数１９】
2011001569.tif 000021
【０１４３】
を手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして目標軌道生成手段１０２から出力し、位置及び力制御方向指令
【０１４４】
【数２０】
2011001569.tif 000022
【０１４５】
を目標軌道生成手段１０２から出力し、全方向が位置制御となり、ロボットアーム１０１は、その手先部の電動ドライバー２９を、ネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓへ移動させる（図９Ｂ）。
【０１４６】
なお、目標とするネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓは、対象とする物体の形状寸法が分かっている場合（例えば、ネジの頭９１の位置が分かっている場合）、例えば、目標軌道生成手段１０２の内蔵メモリに記憶させておき、目標軌道生成手段１０２で設定することができる。ただし、このような例に限られるものではなく、その他、ネジの頭９１の位置を、ネジの頭９１の上方などに配置されたカメラで撮像した画像認識等で探索する場合は、カメラで取得した画像認識情報に基づき、目標軌道生成手段１０２で設定すればよい。
【０１４７】
次いで、ステップＣでは、ネジの頭９１の位置及び姿勢より、寸法ｄだけ低い位置を目標値としたために、ネジの頭９１の位置より手前（ネジの頭９１の位置と、第１関節軸１９の固定壁２６に対する固定支持点（固定部）９２との間で、かつ、ネジの頭９１の位置の近傍）の地点で、手先支持部材４２と支持面９０との接触が発生する。手先支持部材４２と支持面９０との接触は、力センサ５１の出力の変化によって検知することができる。例えば、力センサ５１の出力の変化のうち、力センサ５１の値が許容範囲内であるときは誤差として無視し、力センサ５１の値が許容範囲外となったとき、接触したとして、力センサ５１から、その値を出力させるようにすることができる。このようにして接触が力センサ５１で検知されて目標軌道計算手段１０２に入力されると、位置及び力制御方向指令
【０１４８】
【数２１】
2011001569.tif 000023
【０１４９】
（ｘ方向に位置制御、ｙ方向に位置制御、ｚ方向に力制御を行うことを意味する指令）を目標軌道計算手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３に出力する。すると、位置及び力制御方向選択手段４３では、ｚ方向を力制御に切り換え、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを下記の式（５）に基づき出力する。
【０１５０】
【数２２】
2011001569.tif 000024
【０１５１】
ただし、ＦＬ、Ｋは定数、ｒｘｅはｒｘｅ＝ｒｘｄ−ｒｘであり、ｘ方向の位置誤差である。ここで、ｒ＝［ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ］Ｔは手先位置の現在値であり、順運動学計算手段１０７の出力である。また、ｒｄ＝［ｒｘｄ，ｒｙｄ，ｒｚｄ］Ｔは手先位置の目標値であり、目標軌道生成手段１０２の出力である。
【０１５２】
式（５）に基づくことにより、目標とするネジの頭９１の位置にドライバビット５０が近づくにつれ、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄが大きくなり、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦が大きくなり、ロボットアーム１０１が摩擦により支持面から受ける抵抗力（摩擦力）がブレーキのように働くことでロボットアーム１０１の手先の動きが減速され、ネジの頭９１の位置の近傍に停止させやすくする効果を発揮するとともに、手先支持部材４２を支持面９０に押しつけることにより手先位置が安定させる効果も発揮する（図９Ｃ）。ここで、Ｆｚｄの大きさは、式（５）によって変化し、かつ、ＦＬ、Ｋの決め方によって変わるものである。実際には、Ｆｚ＝ＦＬのときには、ロボットアーム１０１が安定して停止できるような値になるようにＦＬの値を実験的に決定し、さらに、誤差が大きいときには、Ｆｚｄ＝ＦＬ―Ｋｒｘｅでロボットアーム１０１が十分スムーズに動くようにＦＬ、Ｋの値を実験的に決定することになる。
【０１５３】
次いで、ステップＤでは、目標軌道生成手段１０２においてロボットアーム１０１の手先の速度｜ｄｒ／ｄｔ｜が計算され、設定したしきい値より小さくなったとき、目標軌道生成手段１０２はロボットアームの手先が充分減速できたと判断し、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインを手先姿勢制御のためのゲイン値まで低下させる（図９Ｄ）。手先姿勢制御のためのゲイン値は、ゲイン値が高いと目標位置に到達しようとして手先支持部材４２による摩擦力を越え手先位置が動いてしまうため、手先姿勢制御に影響を与えないよう手先位置が安定して停止するようなゲイン値であり、事前に実験により定めておく。
【０１５４】
次いで、ステップＥでは、電動ドライバ２９のドライバビット５０の先端が、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御によってネジの頭９１位置にもっていくことができるかどうか、すなわち、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の可動範囲内かどうかを、目標軌道生成手段１０２で判断する（図９Ｅ）。
【０１５５】
ここで、ｒθはピッチ角であり、ドライバビット５０とｘｙ平面とのなす角である。また、ｒψはヨー角であり、第５関節７５の関節角度に相当する。
【０１５６】
また、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の可動範囲内かどうかの判断は、ネジの頭９１の位置が分かっている場合、手先位置及び姿勢ベクトルｒより、幾何学的な計算でドライバビット５０の先端位置が算出できるため、目標軌道生成手段１０２において判断可能となる。ネジの頭９１の位置が分かっていない場合は、ネジの頭９１の位置を前記したように画像認識により得ることになる。
【０１５７】
ステップＥで可動範囲内と目標軌道生成手段１０２で判断した場合、ステップＦに進み、目標軌道生成手段１０２により、手先部の電動ドライバ２９のドライバビット５０の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御を行うように切り換え、電動ドライバ２９のドライバビット５０の先端を、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御によってネジの頭９１の方向に向け、ドライバビット５０を伸ばしたときの到達予想位置がネジの頭９１位置の、例えば±０．５ｍｍ以内（値は対象とするネジの大きさなどにより異なり、実験により定める。）になった後、ステップＩへと進む（図９Ｄ）。
【０１５８】
一方、ステップＥで可動範囲外と目標軌道生成手段１０２判断した場合、ステップＧに進み、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記定数ＦＬより小さな値Ｆｓ（手先支持部材４２による摩擦力が小さくなりロボットアームの手先位置を充分移動可能とできる小さな値で、例えばＦｓ＝０が考えられる。）に目標軌道生成手段１０２が切換えることで、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦を小さくし、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の移動をし易くし、かつ、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインをステップＡの位置制御を行っているときのゲイン値に戻し、（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）の制御、すなわち、位置の制御を、ごく短い時間Δｔの間（例えば０．５ｓｅｃ）、行い、手先部の電動ドライバー２９のドライバビット５０の先端をネジの頭９１に近づけるよう動作する。
【０１５９】
ステップＧの後、ステップＨでは、Δｔ経過後、目標軌道生成手段１０２が力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記値Ｆｓより前記定数ＦＬに切換えるとともに、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインを低下させ、ステップＥに戻る。
【０１６０】
ステップＩでは、電動ドライバー２９に内蔵された空気圧シリンダ機構２９Ｂにより、ドライバビット５０を伸ばし（電動ドライバー２９のケースからドライバビット５０の下端がより突出するように移動し）、ドライバビット５０の先端をネジの頭９１のネジ溝（十字溝又はマイナス溝など）に挿入する（図９Ｅ）。
【０１６１】
ステップＩの後、ステップＪでは、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記定数ＦＬより小さな値Ｆｓ（手先支持部材４２による摩擦力が小さくなりロボットアームの手先位置を充分移動可能とできる小さな値で、例えばＦｓ＝０が考えられる。）に目標軌道生成手段１０２が切換えることで、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦を小さくし、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の移動をし易くし、かつ、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインをステップＡの位置制御を行っているときのゲイン値に戻し、（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ、ｒθ、ｒψ）の制御、すなわち、位置と姿勢の連動制御により、ドライバビット５０の軸方向がネジの軸方向沿いになるように（言い換えれば、ドライバビット５０の軸方向がネジの頭９０の下面（座面）に対して垂直になるように）、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の位置及び姿勢を修正する（図９Ｆ）。
【０１６２】
次いで、ステップＫでは、目標軌道生成手段１０２において、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記値Ｆｓより前記定数ＦＬに切換え、手先支持部材４２の支持面９０への押しつけを強めることにより、ドライバビット５０の先端がネジの頭９１のネジ溝から外れないよう保持する。次いで、電動ドライバー２９のドライバビット５０を回転させて、ネジの頭９１を、ネジが取り付けられている物体から外す。このとき、これ以上の時間、ネジを回転させれば、確実にネジが外れるというネジ外しに必要な時間を事前に実験により見つけ出しておき、このネジ外しに必要な時間だけドライバビット５０を駆動するよう所定駆動時間を定めれば、ネジ外しが可能となる。よって、所定時間ドライバビット５０を回転し（ネジが外れ）た後、ステップＬに移る。
【０１６３】
次いで、ステップＬでは、目標軌道生成手段１０２から、手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして待機位置及び姿勢ベクトルｒ０を出力するとともに、位置及び力制御方向指令
【０１６４】
【数２３】
2011001569.tif 000025
【０１６５】
を出力し、全方向が位置制御に戻り、ロボットアーム１０１は待機位置へと戻って停止し、一連の作業は完了する（図９Ａ）。
【０１６６】
図９Ａ〜図９Ｆで示した動作において、各関節７１〜７５及び電動ドライバー２９の動作のタイミングを図１２にチャートとしてまとめる。
【０１６７】
以上、本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１によれば、ロボットアーム１０１の手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に手先支持部材４２を備えるとともに、接触動作制御手段の一例として制御部（制御装置）１０９を備えることにより、手先支持部材４２でロボットアーム１０１の手先部を機構的に支えることができ、制御部１０９で手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるように動作することにより、ロボットアーム１０１の手先の位置を安定させることができる。すなわち、制御部１０９は、まず、手先支持部材４２をロボットアーム１０１の支持面９０と接触することによりロボットアーム１０１の手先部を支持したのち、ロボットアーム１０１の手先部の位置及び姿勢を制御して、目的とする所定の作業をロボットアーム１０１に行わせるように制御することができる。また、制御部１０９で接触動作制御を行って手先支持部材４２と支持面９０との間の摩擦を制御することにより、手先動作の急減速が可能となり、より短時間で目標位置に到達することができる。さらに、手先支持部材４２は、支持面９０に接するだけで良く、対象物を囲ったり、包み込む必要がない構造のため、特定の作業に限定されず、多くの作業に適用可能である。また、手先支持部材４２が、手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に配設されて手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるようにしたので、肘部（第３関節７３の部分）を支持面９０に押しつける場合よりも、手先支持部材４２と手先までの距離が短くなる（言い換えれば、肘部と手先までの距離よりも、手先支持部材４２が配置された手首部８８と手先までの距離のほうが短くなる）。このため、肘部（第３関節７３の部分）を支持面９０に押しつける場合よりも、前記実施形態のように手首部８８の手先支持部材４２を支持面９０に押しつける場合の方が、より安定して動作させることができ、また、手先支持部材４２よりも手先側に手首部８８の自由度が存在するため、手先支持部材４２により手先を安定させながら、手首部８８の自由度を使って手先の姿勢を変化させることができ、作業の応用範囲を広めることができる。
【０１６８】
以上の効果により、空気圧人工筋などの弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂで駆動されるロボットアーム１０１であっても、高速かつ位置制御精度の高い動作が可能となり、組立などの精度の必要な作業、又は、ネジの軸方向が一定に配列されていない組立構造物９５の分解などの作業を汎用的に実現することができ、柔軟で本質的な安全性を持ちながら精度の高いロボット、すなわち、ロボットアーム及びその制御装置を提供することができる。
【０１６９】
（第２実施形態）
図１３は本発明の第２実施形態におけるロボットアーム１０１Ａの構造を示す図である。図１３のロボットアーム１０１Ａは、以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７０】
図１３において、手先支持部材４２Ａは、一対の車輪４６と、一対の車輪４６が固定された車軸を回転自在に支持する車軸支持機構４７と、車軸に回転軸が連結されて一対の車輪４６を正逆回転駆動する車輪駆動モーター４８とで構成されている。車輪４６は、一対に限定されるものではなく、安定して支持が可能であれば、１個の車輪でもよい。車軸支持機構４７は、力センサー５１を介して第２腕２８に固定することにより、力センサー５１で力を検出して車軸支持機構４７と支持面９０との接触する力を制御して、一対の車輪４６を支持面９０に押さえ付けすぎて円滑な走行を妨げるのを防止するのが好ましい。
【０１７１】
また、図１４は、第２実施形態におけるロボットアーム１０１Ａの制御部１０９Ａの構成を示すブロック線図である。図１４において、４９は車輪駆動モーター制御手段である。車輪駆動モーター制御手段４９は、目標軌道生成手段１０２からの指令により、車輪駆動モーター４８で手先支持部材４２Ａの一対の車輪４６を正逆回転駆動する。
【０１７２】
次に、第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａの動作について図１５のフローチャートを使って説明する。第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａの動作は以下に記述するステップが第１実施形態と異なり、他のステップは第１実施形態と同様であり、共通のステップに関しては第１実施形態と同じ記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７３】
ステップＣに代わるステップＣ２では、手先支持部材４２の車輪駆動モーター４８に逆起電力をかけ、車輪４６の回転抵抗によるブレーキ効果を発生させることで、ロボットアーム１０１Ａの手先の急減速をアシストする（図９Ｃに対応する図１６Ａ）。
【０１７４】
ステップＧに代わるステップＧ２では、手先支持部材４２Ａの車輪駆動モーター４８を駆動し、車輪４６を回転させることでロボットアーム１０１Ａの手先の移動をアシストする。
【０１７５】
ステップＪに代わるステップＪ２では、手先支持部材４２Ａの車輪駆動モーター４８を駆動し、車輪４６を回転させることでロボットアーム１０１Ａの手先の移動をアシストする（図９Ｆに対応する図１６Ｂ）。
【０１７６】
以上、第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａによれば、車輪４６と、車軸支持機構４７と、車輪駆動モーター４８とで構成される手先支持部材４２Ａを、ロボットアーム１０１Ａの手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に備えることで、車輪４６の駆動により、手先の急減速又は、支持面９０に沿っての移動がアシストされ、より高速でかつ高精度な動作が可能となる。特に、車輪４６の動作特性から、直線的な動きを行う作業において有効である。
【０１７７】
（第３実施形態）
図１７は本発明の第３実施形態におけるロボットアーム１０１Ｂの構造を示す図である。図１７のロボットアーム１０１Ｂは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７８】
図１７〜図１９Ｂにおいて、手先支持部材４２Ｂは、３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃを備え、ロボットアーム１０１Ｂの手先部に配設された電動ドライバー２９の周りに３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配設されている。図１７及び図１９Ａ及び図１９Ｂでは簡単のため平面的に支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの配置を描いているが、実際には、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、手先支持部材４２Ｂを矢印Ｙ方向から見た図である図１８に示すように、円周上で３等分の配置となっている。手先支持部材４２Ｂは、力センサー５１を介して第２腕２８に固定することにより、力センサー５１で力を検出して手先支持部材４２Ｂと支持面９０との接触する力を制御するのが好ましい。
【０１７９】
支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃには、支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ及び支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃが配設されている。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの上端は、手先支持部材４２Ｂの上端に固定された固定板５２ｄに固定されている。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの下端は、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの上端にそれぞれ連結されている。手先支持部材４２Ｂの側部に固定された３本のガイド筒５２ｅ内を支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの上部の小径部が軸方向に移動自在に貫通している。ガイド筒５２ｅと支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの下部の大径部との間には、支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃが縮装されている。よって、空気圧を加圧し支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃを収縮させることで支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが固定板５２ｄ側に向けて縮み（上昇し）、空気圧を減圧して支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃを伸張させることで支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃの力で支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが固定板５２ｄ側に対して伸びる（下降する）。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの駆動を独立制御して３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの収縮量をそれぞれ制御することにより、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すようにドライバビット５９の姿勢（ドライバビット５９の軸方向の傾斜角度）を変化させることができ、例えばステップの手先の姿勢の動作が可能である。具体的には、ネジが組立構造物の上面に対して傾斜してねじ込まれているとき、ネジが組立構造物の上面に対して、ドライバビット５９の軸方向とネジの軸方向とを合わせるように３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの収縮量を制御して、ドライバビット５９でネジを確実に回転させて緩めることができるようにすることができる。
【０１８０】
なお、一例として、支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、それぞれ、前記各弾性体アクチュエータを構成する空気圧人工筋２５と同様に、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７を経て駆動をそれぞれ制御することにより、前記した動作制御を行なうことができる。
【０１８１】
本発明の第３実施形態にかかる手先支持部材４２の構成によれば、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃのわずかな伸縮運動により、電動ドライバー２９の姿勢が大きく変化するため、高速な姿勢制御が可能となる。
【０１８２】
なお、第３実施形態では、３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃを配置しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚で構成することができる。
【０１８３】
（第４実施形態）
図２０は本発明の第４実施形態におけるロボットアーム１０１Ｃの構造を示す図である。図２０のロボットアーム１０１Ｃは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８４】
図２０において、手先支持部材４２Ｃはボールキャスタ４０１から構成される。ボールキャスタ４０１の構造は図２１に示すようになっており、ボールキャスタ４０１のケーシング４０１ｃの下部内に収納された球体のメインボール４０２が支持面９０に接地すると、ケーシング４０１ｃの下部に配置されてメインボール４０２の下面の周囲を覆うブレーキシュー４０３とメインボール４０２との間には微小なギャップが生じる。その結果、ケーシング４０１ｃの中間部の内部に受座４０６とメインボール４０２との間でそれぞれ回転自在に配置されかつメインボール４０２の上部に接触する多数のサブボール４０４が転がることで、メインボール４０２は摩擦なくスムーズに転がることができる。一方、ケーシング４０１ｃの上端の加圧孔４０５に高圧空気を供給すると、ケーシング４０１ｃ内で受座４０６が図２１のＹ方向に移動することで、メインボール４０２はブレーキシュー４０３に押しつけられてメインボール４０２にブレーキがかかり、メインボール４０２の転がりに対して抵抗が発生する。加圧孔４０５に高圧空気を供給する機構としては、例えば、空気圧人工筋２５と同様に、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７を経て駆動をそれぞれ制御することにより、前記した動作制御を行なうことができる。
【０１８５】
第４実施形態にかかるロボットアーム１０１ｃによれば、ボールキャスタ４０１により構成される手先支持部材４２Ｃを備えることで、手先部が手先支持部材４２Ｃで支持されると共に、メインボール４０２のブレーキ効果により手先部の急減速が可能となり、より高速高精度な動作が可能となる。
【０１８６】
第４実施形態にかかるボールキャスタ４０１による手先支持部材４２Ｃでは、第２実施形態にかかる車輪形式の手先支持部材４２Ａに比べて、支持面９０の表面に沿った互いに直交するｘｙ軸の２次元方向の動きに対して、前記効果を発揮することができるという特徴がある。この第４実施形態にかかるロボットアーム１０１Ｂでも、前記他の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【０１８７】
（第５実施形態）
図２２は本発明の第５実施形態におけるロボットアーム１０１Ｄの構造を示す図である。図２２のロボットアーム１０１Ｄは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８８】
図２２において、手先支持部材４２Ｄはゴム等の弾性体による吸盤４１０で構成される。吸盤４１０の内側を負圧にすることで、吸盤４１０は支持面９０である床面に吸着し、ロボットアーム１０１Ｄの手先部を固定することができる。一方、吸盤４１０の内側を正圧にすることで、吸盤４１０は吸着解除して支持面９０である床面に対して浮上し、ロボットアーム１０１Ｄの手先部の移動が容易になる等、手先支持部材４２Ｄとして動作することができる。
【０１８９】
図２６は、手先支持部材４２の例である吸盤４１０の内側を負圧又は正圧に制御するための空圧系を示している。図２６では吸盤４１０を制御するために必要な部分のみ記し、前記弾性体アクチュエータを駆動する部分は第１実施形態と同様であるので省略している。
【０１９０】
６０１は空気圧調整ユニット１６に連通可能でかつ吸盤４１０の内側の空間を正圧とするための第１の２ポート流量比例弁、６０２は空気圧調整ユニット１６に連通可能でかつ吸盤４１０の内側の空間を負圧とするための第２の２ポート流量比例弁である。６０３は第２の２ポート流量比例弁６０２と接続されかつ真空を発生させるためのエジェクターであり、６０４はエジェクター６０３と接続されたサイレンサーであり、６０５はエジェクター６０３と第１の２ポート流量比例弁６０１と吸盤４１０の内側の空間とを接続する配管である。
【０１９１】
第１の２ポート流量比例弁６０１を閉状態とし、第２の２ポート流量比例弁６０２を開状態とすると、エジェクター６０３に加圧空気が供給される。このようにエジェクター６０３に加圧空気が供給されると、加圧空気がサイレンサー６０４を通じて大気中に放出される際にエジェクター６０３の効果により配管６０５側は負圧となり、吸盤４１０の内側の空間も負圧となる。
【０１９２】
一方、第１の２ポート流量比例弁６０１を開状態とし、第２の２ポート流量比例弁６０２を閉状態とすると、加圧空気が、配管６０５を介して、吸盤４１０の内側に供給されて、吸盤４１０の内側の空間が正圧となる。
【０１９３】
さらに、第１及び第２の２ポート流量比例弁６０１、６０２の開度をそれぞれ制御することにより、吸盤４１０による吸着力及び浮上力を制御することが可能である。
【０１９４】
（第６実施形態）
図２３は本発明の第６実施形態におけるロボットアーム１０１Ｅの構造を示す図である。図２３のロボットアーム１０１Ｅは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９５】
図２３において、手先支持部材４２Ｅは、コイル４２０と鉄心４２１とからなる電磁石で構成されている。支持面９０上に載置した接地部材４２２として永久磁石を使うことにより、コイル４２０に電流を流すと磁力が発生し、鉄心４２１が接地部材４２２に吸着し、ロボットアーム１０１Ｅの手先部を固定することができる。一方、コイル４２０に前記とは逆向きの電流を流すと、鉄心４２１と接地部材４２２は反発し、鉄心４２１は接地部材４２２から浮上し、ロボットアーム１０１Ｅの手先部の移動が容易になる等、手先支持部材４２Ｅとして動作することができる。
【０１９６】
なお、接地部材４２２として鉄等を使う場合には、コイル４２０に電流を流すことで吸着動作のみ可能となる。
【０１９７】
（参考例）
図２４は参考例におけるロボットアーム１０１Ｆの構造を示す図である。図２４のロボットアーム１０１Ｆは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９８】
第１実施形態では、手先支持部材４２が力センサー５１を介して第２腕２８の先端側の下方に突出して固定されているが、この参考例では、手先支持部材４２が力センサー５１を介して第１腕２７の先端側の下方に突出して固定されている。すなわち、手先支持部材４２は、第２腕２８の先端側の下方に突出して固定されるものに限定されず、ロボットアーム１０１の固定支持点９２から第２番目の関節（例えば、第３関節７３、又は、第４関節７４、又は、第５関節）以降のリンクに配設されるようにしてもよい。このように構成すれば、手先支持部材４２により、ロボットアーム１０１の手先部を確実に支持することができる。
【０１９９】
（変形例）
なお、前記それぞれの実施形態では、ネジ締め作業又はネジ取り外し作業を例に説明を行ったが、これに限られるわけではなく、部品挿入作業等、精度が要求されるその他の組立作業又は溶接作業にも適用可能であり、同様な効果を発揮することができる。
【０２００】
また、前記第２実施形態では、車輪駆動モーター４８を設けるとしたが、これに限られるわけではなく、モーターは使わず、ブレーキ機構を設けることも可能である。ブレーキ機構の場合、ブレーキのＯＮ，ＯＦＦによって、車輪４６と支持面９０との摩擦を制御することができ、モーターを搭載しないことで簡潔な構造とすることができる。
【０２０１】
また、前記第２実施形態では、車輪４６を設けるとしたが、これに限られるわけではなく球面ベアリングとすることも可能である。車輪４６の場合は、車輪４６の回転可能な方向のみの直線的移動のみ可能であるが、球面ベアリングでは二次元的移動が可能となり、移動の自由度を増やすことが可能となる。
【０２０２】
また、車輪４６の他には、空気圧による吸着及び浮上機構又は、支持面９０が磁性材料で構成される場合には磁気による吸着及び浮上機構を利用しても同様の効果を発揮することができある。
【０２０３】
また、支持面９０は、一部の図面では、ロボットアームを固定する固定壁又は固定部２６と同じ部材又は物体として図示しているが、これに限られるものではなく、固定壁又は固定部２６とは異なる部材又は物体の表面とすることもできる。
【０２０４】
なお、力センサー５１は、手先支持部材とロボットアームの腕との間に配置するものに限らず、腕の内部に配置することもできる。
【０２０５】
なお、第２実施形態以降の実施形態又は変形例においては、それらの構成特有の作用効果に加えて、それぞれの実施形態又は変形例の構成と矛盾しない範囲で、第１実施形態と同様な作用効果を奏することは言うまでもない。
【０２０６】
なお、前記様々な態様、実施形態、又は、変形例のうちの任意の態様、実施形態、又は、変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０７】
本発明のロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムは、工場内又は家庭内で人間と共存しつつ作業支援を行うロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムとして有用である。【０２０８】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１】
2011001569.tif 000026
【図２】
2011001569.tif 000027
【図３】
2011001569.tif 000028
【図４】
2011001569.tif 000029
【図５】
2011001569.tif 000030
【図６】
2011001569.tif 000031
【図７】
2011001569.tif 000032
【図８】
2011001569.tif 000033
【図９Ａ】
2011001569.tif 000034
【図９Ｂ】
2011001569.tif 000035
【図９Ｃ】
2011001569.tif 000036
【図９Ｄ】
2011001569.tif 000037
【図９Ｅ】
2011001569.tif 000038
【図９Ｆ】
2011001569.tif 000039
【図１０Ａ】
2011001569.tif 000040
【図１０Ｂ】
2011001569.tif 000041
【図１０Ｃ】
2011001569.tif 000042
【図１１Ａ】
2011001569.tif 000043
【図１１Ｂ】
2011001569.tif 000044
【図１２】
2011001569.tif 000045
【図１３】
2011001569.tif 000046
【図１４】
2011001569.tif 000047
【図１５】
2011001569.tif 000048
【図１６Ａ】
2011001569.tif 000049
【図１６Ｂ】
2011001569.tif 000050
【図１７】
2011001569.tif 000051
【図１８】
2011001569.tif 000052
【図１９Ａ】
2011001569.tif 000053
【図１９Ｂ】
2011001569.tif 000054
【図２０】
2011001569.tif 000055
【図２１】
2011001569.tif 000056
【図２２】
2011001569.tif 000057
【図２３】
2011001569.tif 000058
【図２４】
2011001569.tif 000059
【図２５Ａ】
2011001569.tif 000060
【図２５Ｂ】
2011001569.tif 000061
【図２６】
2011001569.tif 000062
【図２７】
2011001569.tif 000063
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月13日(2010.9.13)
【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】
弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御するとともに、前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かすロボット。
【請求項２】
前記手先支持部材は、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚を有し、
前記少なくとも２本の伸縮可能な支持脚の長さを制御することにより前記ロボットアームの前記手先部の姿勢を制御する、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記手先支持部材は、前記支持面に対して空気圧による吸着又は吸着解除可能な弾性体の吸盤で構成して、前記吸盤と前記支持面との摩擦を制御可能とする請求項１に記載のロボット。
【請求項４】
前記手先支持部材は、磁力による前記支持面に対する吸着又は吸着解除が可能な電磁石で構成して、前記電磁石と前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記手先支持部材は、ブレーキを有するボールキャスタで構成して、前記ボールキャスタと前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項６】
前記手先支持部材は、ブレーキを有する車輪で構成して前記車輪と前記支持面との摩擦を方向別に制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項７】
前記ロボットアームは３個以上の前記関節を有し、前記手先支持部材は、前記ロボットアームの固定部から第２番目の関節以降のリンクに配設される請求項１に記載のロボット。
【請求項８】
前記ロボットアームは、前記手先支持部材が配設された位置よりも手先部側に、前記手先部の姿勢を決める自由度を有する関節をさらに有する請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有するとともに、
前記制御部は、前記手先支持部材と前記支持面との接触により発生する摩擦を利用して前記ロボットアームの手先速度を減速するよう制御する、ロボット。
【請求項１０】
前記制御部は、前記手先支持部材を前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持したのち、前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のロボット。
【請求項１１】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御すると同時に前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御し、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かす、ロボットアームの制御装置。
【請求項１２】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御すると同時に前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御し、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かすことをコンピュータに実行させるロボットアームの制御プログラム。
【請求項１３】
前記制御部に対して、前記手先部の位置及び姿勢の制御指令を行うための、前記手先部の位置及び姿勢の情報を生成する目標軌道生成手段を備え、
前記目標軌道生成手段は、生成された手先部の姿勢が、所定の可動範囲内か否かを判断し、前記生成された手先部の姿勢が前記所定の可動範囲内であれば、前記手先部の姿勢の制御を行うための指令を前記制御部に出力する一方、前記生成された手先部の姿勢が前記所定の可動範囲外であれば、前記手先部の位置の制御を行うための指令を前記制御部に出力する、請求項１に記載のロボット。
【請求項１４】
前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させると共に前記手先部の姿勢を動かす場合には前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御すると共に、前記手先部の姿勢を動かす場合の前記手先位置の位置制御ゲインを、前記手先部の姿勢を動かす場合以外の場合の前記手先位置の位置制御ゲインよりも低くして位置制御剛性を低下させる、請求項１に記載のロボット。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームの機構技術及びロボットアームの制御技術の改良に関するものであって、ロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペットロボットなどの家庭用ロボットの開発が盛んに行われており、将来は、家事支援ロボット等、より実用的な家庭用ロボットが実用化されるものと期待されている。家庭用ロボットは、家庭内に入り、人と共生する必要があるため、人との物理的な接触が不可欠であり、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。
【０００３】
また、工場内では、組立作業又はリサイクルの解体作業等を自動化しようという取組がなされているが、作業内容が複雑であったり、多品種少量生産などで治具等の使用が困難で部品の位置が不定であるなど環境が多様な場合、従来の産業用ロボットでは対応が困難である。
【０００４】
これに対して、人間が主体となり、ロボットがアシストすることで作業の効率化を図る作業支援ロボットが提案されている。人間のアシストを行うロボットは、人の近傍で動作することになるため、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。
【０００５】
柔軟なロボットとしては、空気圧アクチュエータを駆動装置とする空圧アームが開発されている。空圧アームは、空気の圧縮性を利用しているため、機構的な柔軟性を持ち、制御で柔らかさを出す場合に比べて、本質的に安全である。
【０００６】
しかしながら、空圧アームは柔軟性があるが故に振動が発生しやすく、高速動作時において手先の位置決め精度を高くすることが困難であり、特に、工場内での組立作業など、精度が必要とされる作業に適用するのが困難であるという課題を有している。
【０００７】
手先の位置決め精度の向上という課題に対しては、従来技術として、特許文献１において、図２７に示す、弾力性を備えた位置及び姿勢ガイド２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃを備えたエンド・エフェクタ２０１をロボットアーム（図示せず）の手先に装着することにより、エンド・エフェクタ２０１で部品を保持すると共に、対象物の位置を検出し、部品と対象物とを非接触のまま軸心を合致させて、噛み合わせ、又は、ねじ締めを制御性良く行わせる技術が提案されている。
【０００８】
また、特許文献２において、基端部側の少なくとも２関節を柔軟能動関節とし、肘フレームをテーブル上に載せることによりハンドの位置又は姿勢の精度を確保する技術が提案されている。
【０００９】
また、特許文献３において、力制御モードで手先効果器を作業対象物に接触させることで正確に位置決めを行い、位置データの取得を行う技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−８４６８５号公報
【特許文献２】特開２００９−１２５８８６号公報
【特許文献３】特開平５−３２９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献１の構成は、対象物としてボルトなど、位置及び姿勢ガイド２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃで囲うことができる凸状物体でなければ効果を発揮することができず、例えば、座ぐりに収まったネジを扱うことはできないなど、特定の作業に特化した技術であり、空圧アーム等の柔軟なロボットアームの位置決め精度向上のための汎用的な技術として使うことはできない。
【００１２】
また、特許文献２の構成は、ロボットアームの肘部をテーブル上に載せることにより、ロボットアームを安定させ、手先位置又は姿勢の精度を向上させることができるが、手先を高速に移動した後、急激に減速し位置決めを行うなど、高速動作での精度向上のための技術として使うことはできない。
【００１３】
また、特許文献３の構成は、手先効果器をワークに接触させ力制御を行うため、物体を把持し、さらにその物体の位置又は姿勢を変化させることで作業を行う技術として使うことはできない。
【００１４】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、柔軟で安全性が高く、かつ、高速動作であっても手先効果器又は把持した物体の位置又は姿勢を精度良く制御できるロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１６】
本発明の第１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有することを特徴とするロボットを提供する。
【００１７】
本発明の第１１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することを特徴とするロボットアームの制御装置を提供する。
【００１８】
本発明の第１２態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することをコンピュータに実行させることを特徴とするロボットアームの制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ロボットアームの手首部の近傍の手首部より根元側に手先支持部材を備えるとともに、制御部を備えることにより、手先支持部材で機構的にロボットアームの手先部を支え、制御部の力制御で手先支持部材を支持面に押しつけるよう動作することにより、手先部の位置を安定させることができる。
【００２０】
以上の効果により、空気圧人工筋などの弾性体アクチュエータで駆動されるロボットアームであっても、高速かつ位置制御精度の高い動作が可能となり、柔軟で本質的な安全性を持ちながら精度の高いロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２】図２は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの制御装置を含むロボットの構造を示すブロック図であり、
【図３】図３は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの空気圧人工筋の構造を示す図であり、
【図４】図４は、前記空気圧人工筋を駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図であり、
【図５】図５は、本発明の前記第１実施形態における関節駆動機構を応用した前記ロボットアームを駆動するための空気圧供給系の構成を示す図であり、
【図６】図６は、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの弾性体アクチュエータによる拮抗駆動における関節角度と内部圧力差の関係を示すグラフであり、
【図７】図７は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの制御プログラムの実際の動作ステップのフローチャートであり、
【図８】図８は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの目標軌道生成手段での処理ステップのフローチャートであり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｄ】図９Ｄは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｅ】図９Ｅは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図９Ｆ】図９Ｆは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットの動作説明図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な正面図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な平面図であり、
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の前記第１実施形態におけるロボットアームの第５関節の拡大詳細な側面図であり、
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の前記第１実施形態における力センサーの詳細な正面図であり、
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の前記第１実施形態における前記力センサーの図１１ＡのＡ−Ａ線断面図であり、
【図１２】図１２は、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの動作のタイミングチャートであり、
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図１４】図１４は、本発明の前記第２実施形態における制御装置の構造を示す図であり、
【図１５】図１５は、本発明の前記第２実施形態におけるロボットアームの目標軌道生成手段での処理ステップのフローチャートであり、
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の前記第２実施形態における前記ロボットの動作説明図であり、
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の前記第２実施形態における前記ロボットの動作説明図であり、
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態におけるロボットアームの構造を示す図である（第２腕の弾性体アクチュエータは、簡略化のため省略している。）。
【図１８】図１８は、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の構造を示す図であり、
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の動作を説明する図であり、
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の前記第３実施形態におけるロボットアームの手先支持部材の動作を説明する図であり、
【図２０】図２０は、本発明の第４実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２１】図２１は、本発明の前記第４実施形態におけるロボットアームの手先支持機構であるボールキャスタの構造を示す断面図であり、
【図２２】図２２は、本発明の第５実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２３】図２３は、本発明の第６実施形態におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２４】図２４は、参考例におけるロボットアームの構造を示す図であり、
【図２５Ａ】図２５Ａは、本発明の前記第１実施形態における前記ロボットアームの電動ドライバーの構造を示す断面図であって、ドライバビットが上昇位置の状態の図であり、
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、図２５Ａの前記電動ドライバーの構造を示す断面図であって、ドライバビットが下端位置の状態の図であり、
【図２６】図２６は、本発明の前記第５実施形態における前記ロボットアームの手先支持部材の例である吸盤の内側を負圧又は正圧に制御するための空圧系を示す図であり、
【図２７】図２７は、従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２４】
本発明の第１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有することを特徴とするロボットを提供する。
【００２５】
本発明の第２態様によれば、前記手先支持部材は、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚を有することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２６】
本発明の第３態様によれば、前記手先支持部材は、前記支持面に対して空気圧による吸着又は吸着解除可能な弾性体の吸盤で構成して、前記吸盤と前記支持面との摩擦を制御可能とすることを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２７】
本発明の第４態様によれば、前記手先支持部材は、磁力による前記支持面に対する吸着又は吸着解除が可能な電磁石で構成して、前記電磁石と前記支持面との摩擦を制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２８】
本発明の第５態様によれば、前記手先支持部材は、ブレーキを有するボールキャスタで構成して、前記ボールキャスタと前記支持面との摩擦を制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００２９】
本発明の第６態様によれば、前記手先支持部材は、ブレーキを有する車輪で構成して前記車輪と前記支持面との摩擦を方向別に制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３０】
本発明の第７態様によれば、前記ロボットアームは３個以上の前記関節を有し、前記手先支持部材は、前記ロボットアームの固定部から第２番目の関節以降のリンクに配設されたことを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３１】
本発明の第８態様によれば、前記ロボットアームは、前記手先支持部材が配設された位置よりも手先部側に、前記手先部の姿勢を決める自由度を有する関節をさらに有することを特徴とする第７の態様に記載のロボットを提供する。
【００３２】
本発明の第９態様によれば、前記制御装置は、前記手先支持部材と前記支持面との接触により発生する摩擦を利用して前記ロボットアームの手先速度を減速するよう制御することを特徴とする第１の態様に記載のロボットを提供する。
【００３３】
本発明の第１０態様によれば、前記制御部は、前記手先支持部材を前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持したのち、前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する、第１〜９のいずれか１つの態様に記載のロボットを提供する。
【００３４】
本発明の第１１態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することを特徴とするロボットアームの制御装置を提供する。
【００３５】
本発明の第１２態様によれば、弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御すると同時に前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御することをコンピュータに実行させることを特徴とするロボットアームの制御プログラムを提供する。
【００３６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるロボット１００の構造を示す全体図である。ロボット１００は、本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１と、ロボットアーム１０１の動作を制御する後述する制御部（制御装置）１０９とを備えている。
【００３８】
本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１は、固定壁（固定部）２６に対して、上下方向軸沿いに横方向沿いの平面内で正逆回転する第１関節軸（第１関節７１の軸）１９と、上下方向沿いの平面内で正逆回転する第２関節軸（第２関節７２の軸）２０と、第１腕２７と第２腕２８との間で上下方向沿いの平面内で正逆回転する第３関節軸（第３関節７３の軸）２１と、第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９との間で上下方向沿いの平面内で正逆回転する第４関節軸（第４関節７４の軸、言い換えれば、ロボットアームの手首部８８の回転軸）２２と、第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９との間で第４関節軸２２と垂直な平面内で正逆回転する第５関節軸（第５関節７５の軸）２３とで構成されている。
【００３９】
第１関節軸１９では、上下端部が軸受け３０ａと３０ｂで回転自在にかつ上下方向沿いに支持された回転軸３１に円形支持体３２が回転自在に連結され、かつ、弾性体アクチュエータ２５−１ａと弾性体アクチュエータ２５−１ｂの各一端部が固定壁２６に連結されるとともに各他端部が前記各円形支持体３２の支持軸３３に連結されている。よって、弾性体アクチュエータ２５−１ａと弾性体アクチュエータ２５−１ｂの拮抗駆動により、第１関節軸１９の上下軸であるＺ軸回りに横方向沿いの平面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９とを一体的に正逆回転運動させることができる。なお、上側の軸受け３０ａは支持棒３４で固定壁２６に支持されている。
【００４０】
第２関節軸２０では、回転軸３１の上端に固定された円形支持体３２と、回転軸３１の下端部近傍の固定壁２６側に回転軸３１の長手方向と直交して固定された支持体３５との間には、弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂの拮抗駆動により、第２関節軸２０の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８と手先効果器の一例としての電動ドライバー２９とを一体的に正逆回転運動させる。
【００４１】
第３関節軸２１では、円形支持体３２に一端が固定された第１腕２７の円形支持体３２側の近傍には、支持体３６が第１腕２７の長手方向と直交して固定されるとともに、第１腕２７の先端側には、第２腕２８の一端に第２腕２８の長手方向に直交して固定された支持体３７が回転可能に連結されている。第１腕２７の支持体３６と、第２腕の一端に固定された支持体３７との間には、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂの拮抗駆動により、第３関節軸２１の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内でロボットアーム１０１の第１腕２７と第２腕２８とを相対的に正逆回転させる。
【００４２】
第４関節軸２２では、第２腕２８の支持体３７と、第２腕２８に回転可能に連結された手先支持体３８との間には、弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂとは第２腕２８の長手軸方向周りに９０度位相を異ならせて配置された弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂが連結されて、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂの拮抗駆動により、第４関節軸２２の支持軸の横軸回りに上下方向沿い面内で電動ドライバー２９を第２腕２８に対して正逆回転させる。
【００４３】
第５関節軸２３では、図１及び図１０Ａ〜図１０Ｃの拡大詳細図に示すように、第２腕２８の支持体３７と、手先支持体３８に第５関節軸２３周りに回転可能に連結された手先効果器ベース３９との間には、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂが、それぞれ、回転自在なプーリー４０に掛けられたワイヤー４１を介して連結されている。すなわち、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂのそれぞれの先端と、手先効果器ベース３９の一対のプーリー４０間の中間に固定された固定部３９ａとの間を、十字形状の板材で構成される手先支持体３８に第５関節軸２３周りに１８０度間隔をあけて回転自在に配置されたプーリー４０をそれぞれ介して、ワイヤー４１で連結している。よって、弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂの拮抗駆動により、第５関節軸２３回りに電動ドライバー２９を手先支持体３８に対して正逆回転させる。
【００４４】
前記各弾性体アクチュエータは、弾性膨張収縮構造体の一例として機能する。
【００４５】
第１関節軸１９、第２関節軸２０、第３関節軸２１、第４関節軸２２、第５関節軸２３には、それぞれの関節の回転角度を計測する角度センサーであるエンコーダ２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５が配設されており（図５参照）、各関節の関節角度（回転角度）を計測することが可能である。
【００４６】
各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの入出力口（図３の流体注入出部材１３）には、圧力センサー１１０が配設されており（図４参照）、各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部の圧力を計測することが可能である。
【００４７】
手先効果器は、手先部（手先）又は手部に取り付けられて目的とする作業を行う部材であり、具体的な一例としてはハンド又は電動ドライバー２９である。手先効果器の一例として電動ドライバー２９を使用する場合には、電動ドライバー２９は、モーター２９Ａと、モーター２９Ａの回転軸に交換可能に連結されたドライバビット５０と、モーター２９Ａとドライバビット５０とを支持してモーター２９Ａとドライバビット５０とを一体的に軸方向に進退移動可能な空気圧シリンダ機構２９Ｂとを備えている。図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、空気圧シリンダ機構２９Ｂは、電動ドライバー２９のシリンダ２９ｃ内でピストン２９ｄが移動可能に配置されているとともに、シリンダ２９ｃの上端とピストン２９ｄとの間に引っ張りバネ５０１が架設されている。シリンダ２９ｃ内が加圧されると、シリンダ２９ｃ内でピストン２９ｄが空気圧により下降する一方、空気圧の圧力が低下すると引っ張りバネ５０１の作用によりピストン２９ｄがシリンダ２９ｃ内で上昇する機構となっている。ピストン２９ｄにはモーター２９Ａが固定されており、ピストン２９ｄとモーター２９Ａとは一体的に移動する。よって、電動ドライバー２９のモーター２９Ａによりドライバビット５０の回転を行うとともに、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７−６を経て、電動ドライバー２９に内蔵されかつドライバビット５０を支持する空気圧シリンダ機構２９Ｂに空気圧が供給されることで、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように空気の圧力及び引っ張りバネ５０１の作用により、図１の矢印Ｘで図示した方向に、ドライバビット５０を並進運動させるように伸縮運動させる（電動ドライバー２９のケースに対してドライバビット５０を進退運動させる）ことができる。なお、手先効果器の他の例としては、対象物を把持して運搬、挿入、引張りなどの動作が可能なハンドなどが挙げられる。
【００４８】
４２は手先支持機構の一例としての手先支持部材であり、力センサー５１を介して第２腕２８の先端側（ロボットアーム１０１の手首部８８の近傍の手首部８８より根元側）の下方に突出して固定されており、外環境、例えば、ロボットアーム支持体の支持面９０に接することにより、第２腕２８の支持面９０に対する相対的な位置及び姿勢を安定させる役割を担う。手先支持部材４２の下端は、例えば、半球面状に形成されて、どのような角度でも、支持面９０に対して円滑に接触可能に構成されている。手先支持部材４２の材質としては、例えば、表面にゴムが配置された金属、樹脂、又は、硬質ゴムなどを使えば、手先支持部材４２と支持面９０との間で摩擦を発生させつつ、かつ、支持面９０に支持されるとき手先支持部材４２の形状変形も少なく、第２腕２８の支持面に対する相対的な位置及び姿勢を安定させることが可能となる。
【００４９】
ここで、前記外環境とは、床面、机の天板、壁面、又は、その他物体の表面などのロボットアーム１０１の手先支持部材４２を支持する支持体の支持面９０であって、ロボットアーム１０１の外側に存在してロボットアーム１０１の手先支持部材４２が支持されうる物体の表面を指す。
【００５０】
力センサー５１は、第２腕２８と手先支持部材４２との間に配置された６軸の力センサーであり、手先支持部材４２にかかる力Ｆを計測することができる。力センサー５１は、図１１Ａ及び図１１Ｂに詳細を示すように一般的な６軸力センサーであり、中心軸周りに等間隔に配置された３つの梁３０３にそれぞれ貼り付けられたひずみゲージ３０４により、固定面３０２と測定面３０１との間にかかるｘｓ、ｙｓ、ｚｓの３方向の並進力とｘｓ、ｙｓ、ｚｓ軸回りのモーメントが計測可能に構成されている。本第１実施形態では、ｘｓ、ｙｓ、ｚｓの３方向の並進力のみを使い、力センサー５１を３軸の力センサーとして利用している。
【００５１】
図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの一例である空気圧人工筋２５の構造を示す図である。図３の（ａ）は空気圧人工筋２５の減圧状態の正面図を示し、図３の（ｂ）は空気圧人工筋２５の加圧状態の正面図を示し、図３の（ｃ）は空気圧人工筋２５の断面図を示している。空気圧人工筋２５は、図３に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体１０の外表面に、材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードで網目状に編んで構成された拘束部材１１が配設され、管状弾性体１０の両端部を封止部材１２でそれぞれ気密封止する構造となっている。一方の端部の封止部材１２に連結された流体注入出部材１３を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体１０内に供給することにより内圧を管状弾性体１０の内部空間に与えると、管状弾性体１０が主に半径方向に膨張しようとするが（図３の（ｃ）参照）、拘束部材１１の作用により、管状弾性体１０の中心軸方向の収縮運動に変換され、全長が収縮する（図３の（ｂ）参照）。逆に、圧縮性流体を管状弾性体１０内から排出することにより管状弾性体１０の内部空間の内圧を下げると、管状弾性体１０が主に半径方向に収縮しようとするが、拘束部材１１の作用により、管状弾性体１０の中心軸方向の伸張運動に変換され、全長が膨張する（図３の（ａ）参照）。この空気圧人工筋は主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。
【００５２】
図４は、棒状の第１構造体１の長手軸方向周りに互いに１８０度位相を異ならせて配置されて拮抗駆動される一対の空気圧人工筋２５、すなわち、一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂを駆動するための空気圧供給駆動系の構成を示す図である。すなわち、前記拮抗駆動される一対の弾性体アクチュエータの構成及び動作を説明するための図である。棒状の第１構造体１は、前記したそれぞれの腕２７，２８又は回転軸３１などに相当する。図４において、１５は例えばコンプレッサー等の空気圧源、１６は、空気圧フィルタ１６ａと空気圧減圧弁１６ｂと空気圧用ルブリケータ１６ｃとが１組になった空気圧調整ユニットである。１７は例えば電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する５ポート流量制御電磁弁である。１８は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成された制御コンピュータであり、Ｄ／Ａボード１８ａが搭載されており、５ポート流量制御電磁弁１７に電圧指令値を出力することにより、流体注入出部材１３を流れる空気の流量を制御可能とする。
【００５３】
また、制御コンピュータ１８にはＡ／Ｄボード１８ｂが搭載されており、圧力センサー１１０の電圧出力値を入力することにより、弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部の圧力を計測することができる。さらに、制御コンピュータ１８にはカウンタボード１８ｃが搭載されており、各関節（第１関節７１、第２関節７２、第３関節７３、第４関節７４、第５関節７５）３に内蔵されたエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）からの信号を入力することにより関節３（図４参照）の角度を計測することができる。
【００５４】
図４に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源１５により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット１６により減圧され（空気圧調整ユニット１６により例えば６００ｋＰａといった一定圧力に調整され）、５ポート流量制御電磁弁１７に供給される。５ポート流量制御電磁弁１７の開度は、制御コンピュータ１８よりＤ／Ａボード１８ａを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。５ポート流量制御電磁弁１７には、拮抗駆動を行う一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの各管状弾性体１０の流体注入出部材１３がそれぞれ接続されている。一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂとは第１構造体１の長手方向沿いに大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側の端部が、第１構造体１の端部に固定されたアクチュエータ支持部材４（前記固定壁２６，支持体３５，支持体３６，支持体３７，支持体３７に相当。）に固定されている。一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの管状弾性体１０の他方の端部側には、第１構造体１に回転関節３で回転自在に支持されたアクチュエータ駆動力伝達部材５（支持軸３３，円形支持体３２，支持体３７，手先支持体３８，手先効果器ベース３９に相当。）が支持され、このアクチュエータ駆動力伝達部材５に一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂの管状弾性体１０の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂのそれぞれの管状弾性体１０が伸縮することにより、アクチュエータ駆動力伝達部材５が回転関節３の回りに正逆回転駆動され、第２構造体２が回転関節３の回りに正逆回転駆動される。なお、図４中に矢印で示した右回転を正方向とし、矢印とは逆の左回転を逆方向とする。
【００５５】
制御コンピュータ１８より出力された正の電圧指令値が、Ｄ／Ａボード１８ａから５ポート流量制御電磁弁１７に入力された場合には、図４に示すように空気圧回路記号のＡで示した状態になり、空気圧源１５側から空気圧人工筋２５Ａの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２５Ａ側に供給される。また、空気圧人工筋２５Ｂ側は、管状弾性体１０の流体注入出部材１３から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２５Ｂ側から大気中へ排気される。したがって、図４に示すように、空気圧人工筋２５Ａの全長が縮み、空気圧人工筋２５Ｂの全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で回転関節３は、回転関節３の軸回りの矢印で示される右回転運動を行う。
【００５６】
一方、制御コンピュータ１８より出力された負の電圧指令値が、Ｄ／Ａボード１８ａから５ポート流量制御電磁弁１７に入力された場合には、５ポート流量制御電磁弁１７が空気圧回路記号のＡで示した状態からＢで示した状態に切り替えられて、空気圧回路記号のＢで示した状態になり、空気圧人工筋２５Ａの動作とは逆となり、回転関節３は、回転関節３の軸回りの左回転運動を行う。すなわち、空気圧源１５側から空気圧人工筋２５Ｂの管状弾性体１０の流体注入出部材１３側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空気圧人工筋２５Ｂ側に供給される。また、空気圧人工筋２５Ａ側は、管状弾性体１０の流体注入出部材１３から大気圧側への流路が５ポート流量制御電磁弁１７を介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空気圧人工筋２５Ａ側から大気中へ排気される。したがって、空気圧人工筋２５Ｂの全長が縮み、空気圧人工筋２５Ａの全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で関節軸回転関節３は、回転関節３の軸回りの図４の矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。
【００５７】
以上のように、空気圧人工筋２５Ａ，２５Ｂにより、回転関節３の軸周りの正逆回転運動が駆動されることにより、回転関節３の軸周りの第１構造体１と第２構造体２との相対的な揺動運動すなわち所定角度の回転運動が駆動される。
【００５８】
図５は図１に示すロボットアーム１０１を駆動するための空気圧供給系の構成を示す図である。図５に示す空気圧供給系では、６つの５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６が配設されて、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６を介して空気圧を供給可能としている。６つの５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６のそれぞれは、前記した５ポート流量制御電磁弁１７で構成されている。その他の構成及び動作原理は図４の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５９】
５ポート流量制御電磁弁１７−１からは弾性体アクチュエータ２５−１ａ及び２５−１ｂに空気圧が供給され、第１関節軸１９周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−２からは弾性体アクチュエータ２５−２ａ及び２５−２ｂに空気圧が供給され、第２関節軸２０周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−３からは弾性体アクチュエータ２５−３ａ及び２５−３ｂに空気圧が供給され、第３関節軸２１周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−４からは弾性体アクチュエータ２５−４ａ及び２５−４ｂに空気圧が供給され、第４関節２２軸周りの正逆回転運動が駆動され、５ポート流量制御電磁弁１７−５からは弾性体アクチュエータ２５−５ａ及び２５−５ｂに空気圧が供給され、第５関節２３軸周りの正逆回転運動が駆動される。
【００６０】
なお、５ポート流量制御電磁弁１７−６からは、電動ドライバー２９に内蔵されかつドライバビット５０を支持する空気圧シリンダ機構２９Ｂに空気圧が供給されることで、図１の矢印Ｘで図示した方向に、ドライバビット５０を並進運動させるようにドライバビット５０を伸縮動作させることができる。
【００６１】
以上のような構造とすれば、多自由度を生かし、ロボットアーム１０１の手先に支持されたドライバビット５０の軸方向の傾きを、後述するネジの軸方向沿いに合わせることができて、ドライバビット５０の下端を、組立構造物９５のネジの頭９１に確実に係合させることができる。
【００６２】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるロボットアーム１０１の接触動作制御手段の一例である制御部１０９の構成を示すブロック線図である。図２において、１０１は図１に示す第１の実施形態にかかるロボットアームである。ロボットアーム１０１からは、各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）（図５参照）により計測される関節角の現在値
【００６３】
【数１】
2011001569.tif 000064
【００６４】
と、各圧力センサー１１０により計測される弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内圧
【００６５】
【数２】
2011001569.tif 000065
【００６６】
、及び、力センサ５１により計測される手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力
【００６７】
【数３】
2011001569.tif 000066
【００６８】
が出力される。ただし、ｑ１，ｑ２，ｑ３，ｑ４，ｑ５はそれぞれ、第１関節７１、第２関節７２、第３関節７３、第４関節７４、第５関節７５の関節角度である。また、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ，Ｐ５ａ，Ｐ５ｂはそれぞれ、弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内圧である。また、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚはそれぞれ、固定壁２６に対するロボットアーム１０１の座標軸ｘ方向の力、座標軸ｙ方向の力、座標軸ｚ方向の力である。
【００６９】
１０４は圧力差計算手段であり、圧力センサー１１０の計測値（弾性体アクチュエータの内圧値）Ｐより圧力差
【００７０】
【数４】
2011001569.tif 000067
【００７１】
が圧力差計算手段１０４で計算されて、圧力差計算手段１０４から後述する第４演算部８３に出力される。
【００７２】
１０７は順運動学計算手段であり、ロボットアーム１０１の関節角度ベクトルの現在値（各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測される関節角の現在値）ｑから手先位置及び姿勢ベクトルｒへの変換の幾何学的計算を順運動学計算手段１０７で行う。順運動学計算手段１０７で変換された位置及び姿勢ベクトルｒは、順運動学計算手段１０７から、後述する目標軌道計算手段１０２へ入力される。
【００７３】
１０２は目標軌道生成手段であり、目標とするロボットアーム１０１の動作を実現するための手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄ及び手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるときの目標とする力（目標力ベクトル）Ｆｄが、目標軌道生成手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３に向けて出力される。また、目標軌道生成手段１０２からは、位置及び力制御方向選択手段４３へ、位置及び力制御方向指令
【００７４】
【数５】
2011001569.tif 000068
【００７５】
が出力される。位置及び力制御方向指令Ｓは座標軸ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のそれぞれで位置制御を行うか、力制御を行うかを指令するための指令値であり、位置制御を行う場合には１とし、力制御を行う場合には０とする。例えば、ｘ方向に位置制御、ｙ方向に位置制御、ｚ方向に力制御を行う場合
【００７６】
【数６】
2011001569.tif 000069
【００７７】
が目標軌道生成手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３へ出力される。
【００７８】
４３は位置及び力制御方向選択手段である。目標軌道生成手段１０２から出力された、目標とする位置及び姿勢目標ベクトルｒｄと順運動学計算手段１０７からの位置及び姿勢ベクトルｒとの誤差を第１演算部８０で計算して位置誤差ｒｅを求める。第１演算部８０で求められた位置誤差ｒｅが位置及び力制御方向選択手段４３へ入力される。位置及び力制御方向選択手段４３では、第１演算部８０で求められた位置誤差ｒｅと、目標軌道生成手段１０２より出力される位置及び力制御方向指令Ｓとを基に、手先位置及び姿勢の修正誤差、例えば、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘのみを演算して抽出し、位置誤差補償手段１０３へと出力する。位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘの抽出は、下記の式（１）により実行される。
【００７９】
【数７】
2011001569.tif 000070
【００８０】
また、位置及び力制御方向選択手段４３には、手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力Ｆと、目標軌道生成手段１０２より出力される、手先支持部材４２を支持面９０に押し付けるときの、目標とする力である目標力ベクトルＦｄとの誤差が第２演算部８１で計算されて、力誤差Ｆｅが求められる。第２演算部８１で求められた力誤差Ｆｅが位置及び力制御方向選択手段４３へ入力される。
【００８１】
位置及び力制御方向選択手段４３では、第２演算部８１で求められた力誤差Ｆｅと、目標軌道生成手段１０２より出力される位置及び力制御方向指令Ｓとを基に、力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘのみを演算して抽出し、力誤差補償手段４４へと出力する。力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘの抽出は、下記の式（２）により実行される。
【００８２】
【数８】
2011001569.tif 000071
【００８３】
力誤差補償手段４４では、力制御を行う方向の力修正誤差Ｆｅｘから力誤差修正出力ｕＦが演算されて求められる。力誤差補償手段４４からは、力誤差修正出力ｕＦが力−トルク変換手段４５に向けて出力される。
【００８４】
１０３は位置誤差補償手段であり、位置誤差補償手段１０３には、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘが位置及び力制御方向選択手段４３から入力される。位置誤差補償手段１０３では、位置制御を行う方向の修正誤差ｒｅｘに基づいて、位置誤差修正出力ｕｐを計算して求める。なお、位置誤差補償手段１０３について、目標軌道計算手段１０２からの矢印は、下記のステップＤ、Ｇ、Ｈ、Ｊ等で位置制御補償手段のゲインを変更する際に目標軌道計算手段１０２からの指令を示している。位置誤差補償手段１０３からは、計算で求められた位置誤差修正出力ｕｐが近似逆運動学計算手段１０８Ａへ入力される。
【００８５】
１０８Ａは近似逆運動学計算手段であり、近似式
【００８６】
【数９】
2011001569.tif 000072
【００８７】
により、逆運動学の近似計算を近似逆運動学計算手段１０８Ａで行う。ただし、Ｊｒ（ｑ）はヤコビ行列である。また、ｕｉｎは、位置誤差補償手段１０３から近似逆運動学計算手段１０８Ａへの入力（ここでは、位置誤差修正出力ｕｐ）である。また、ｕｏｕｔは近似逆運動学計算手段１０８Ａからの出力（ここでは、位置誤差修正出力ΔＰｑｅ）である。さらに、ｕｉｎを位置誤差修正出力ｕｐとすれば、
【００８８】
【数１０】
2011001569.tif 000073
【００８９】
のように位置誤差修正出力ｕｐから位置誤差修正出力ΔＰｑｅへの変換式となる。この近似逆運動学計算手段１０８Ａによれば、５自由度以上といった多自由度のロボットアームなど、逆運動学計算が困難な構造であっても、逆運動学計算が容易に可能となる。
【００９０】
目標内部状態決定手段は、目標圧力差計算手段１０５と近似逆運動学計算手段１０８Ｂとから構成される。
【００９１】
近似式
【００９２】
【数１１】
2011001569.tif 000074
【００９３】
により、逆運動学の近似計算を近似逆運動学計算手段１０８Ｂで行う。ただし、Ｊｒ（ｑ）はヤコビ行列である。また、ｕｉｎは、位置及び力制御方向選択手段４３から近似逆運動学計算手段１０８Ｂへの入力である。また、ｕｏｕｔは近似逆運動学計算手段１０８Ｂから第５演算部８４への出力である。さらに、ｕｉｎを手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘとすれば、
【００９４】
【数１２】
2011001569.tif 000075
【００９５】
のように、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘから関節角度誤差ｑｅへの変換式となる。この近似逆運動学計算手段１０８Ｂによれば、５自由度以上といった多自由度のロボットアームなど、逆運動学計算が困難な構造であっても、逆運動学計算が容易に可能となる。
【００９６】
第５演算部８４は、近似逆運動学計算手段１０８Ｂからの出力関節角度誤差ｑｅと、関節角度ベクトルの現在値（各エンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測される関節角の現在値）ｑとを加算して、関節角度の目標値ｑｄを求める。第５演算部８４で求められた関節角度の目標値ｑｄは、目標圧力差計算手段１０５に入力される。
【００９７】
目標圧力差計算手段１０５は、第５演算部８４から、目標関節角度として
【００９８】
【数１３】
2011001569.tif 000076
【００９９】
が入力され、関節目標ベクトルｑｄより目標圧力差
【０１００】
【数１４】
2011001569.tif 000077
【０１０１】
が算出され、目標圧力差計算手段１０５から第４演算部８３に向けて出力される。ただし、ΔＰ１ｄ，ΔＰ２ｄ，ΔＰ３ｄ，ΔＰ４ｄ，ΔＰ５ｄはそれぞれ、弾性体アクチュエータ２５−１ａと２５−１ｂとの圧力差の目標値、２５−２ａと２５−２ｂとの圧力差の目標値、２５−３ａと２５−３ｂとの圧力差の目標値、２５−４ａと２５−４ｂとの圧力差の目標値、２５−５ａと２５−５ｂとの圧力差の目標値である。
【０１０２】
力−トルク変換手段４５では、下記の式（３）で示される式により、力誤差Ｆｅを修正するための力誤差修正出力ΔＰτｅが計算され出力される。
【０１０３】
【数１５】
2011001569.tif 000078
【０１０４】
近似逆運動学計算手段１０８Ａから出力される位置誤差修正出力ΔＰｑｅと力−トルク変換手段４５から出力される力誤差修正出力ΔＰτｅとを第３演算部８２で加算して、位置及び力誤差修正出力ΔＰτ（ΔＰτ＝ΔＰｑｅ＋ΔＰτｅ）を求める。
【０１０５】
目標圧力差計算手段１０５から出力される目標圧力差ΔＰｄと、第３演算部８２で求められた位置及び力誤差修正出力ΔＰτとを第４演算部８３で加算するとともに、加算した値から圧力差計算手段１０４から出力された現在の圧力差ΔＰを第４演算部８３で減算する。
【０１０６】
１０６は圧力差誤差補償手段である。第４演算部８３で求められた値が圧力差誤差補償手段１０６に入力される。圧力差誤差補償手段１０６では、第４演算部８３から入力された値を基に圧力差修正出力ｕが演算され、圧力差修正出力ｕがロボットアーム１０１に出力される。圧力差修正出力ｕは、ロボットアーム１０１の制御コンピュータ１８のＤ／Ａボード１８ａを介して５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６にそれぞれ電圧指令値として与えられ、各関節軸１９，２０，２１，２２，２３が駆動されてそれぞれの関節の回転運動が発生し、ロボットアーム１０１が動作する。
【０１０７】
以上のように構成される制御部１０９に関して制御動作の原理について説明する。制御動作の基本は、位置誤差補償手段１０３による手先位置（手先効果器の位置）の位置誤差ｒｅのフィードバック制御（位置制御）と、力誤差補償手段４４による手先で発生する力Ｆのフィードバック制御（力制御）とを、位置及び力制御方向指令Ｓで指定する方向別に同時に実現する位置と力のハイブリッド制御であり、位置誤差補償手段１０３として、例えば、ＰＩＤ補償器を使用し、力誤差補償手段４４として、例えばＰＩ補償器を使用すれば、手先位置の位置誤差ｒｅが０に収束するように制御が働き、かつ、手先が発生する力誤差Ｆｅが０に収束するように制御が働くため、目標とするロボットアーム１０１の動作が実現する。
【０１０８】
しかしながら、弾性体アクチュエータ、例えば図３に示す空気等の流体によって動作するアクチュエータにより駆動される場合、弾性体アクチュエータの弾性的要素、すなわち、流体の圧縮性又は流路抵抗等の影響により応答性が悪く、精度良く制御することができない。
【０１０９】
こうした課題に対応するための手段が、圧力差誤差補償手段１０６による圧力差ΔＰのフィードバック制御である。圧力差誤差補償手段１０６には位置誤差修正出力ΔＰｑｅが入力されるため、手先位置及び姿勢誤差ｒｅが発生すると圧力差誤差補償手段１０６が動作し、手先位置及び姿勢誤差ｒｅが０に収束するように圧力差の制御が働く。図３に示す弾性体アクチュエータ２５では内部圧力の変化が発生して初めて変位が発生するため、時間的には位置の変化（変位）よりも圧力変化の方が早く観測されることになる。したがって、図２に示す制御系のように位置制御を行う位置フィードバック  ループの内側に圧力差の制御を行う内部圧力フィードバック  ループを構成することにより、応答性の悪さを補償し、位置制御性能の向上を実現可能である。
【０１１０】
しかしながら、圧力差誤差補償手段１０６を設けるだけでは、応答性は改善されるが、位置の定常偏差が発生し、位置決め精度を向上させることはできないという課題が残る。これは関節角度の目標値ｑｄを実現するのに必要な圧力差を、目標値として、圧力差誤差補償手段１０６に入力していないことに起因する。
【０１１１】
こうした課題に対応するための手段が、目標圧力差計算手段１０５である。図４に示す１組の弾性体アクチュエータ２５Ａ，２５Ｂで回転関節３の拮抗駆動を行う場合、関節角度３と内部圧力差の関係は、例えば、図６のようになる。図６は全長２５０ｍｍ、内径１０ｍｍの弾性体アクチュエータ（マッキベン型空気圧人工筋）を使用した場合の結果である。図６中に示したように、測定結果は、ほぼ直線で近似することができる。したがって、目標圧力差ΔＰｄを計算する式として、直線を表す１次式
【０１１２】
【数１６】
2011001569.tif 000079
【０１１３】
を使うことができる。ただし、Ａ、ｂは係数であり、図６の測定結果より求めることができる。したがって、目標圧力差計算手段１０５において、前記式（４）により関節角度の目標値ｑｄから目標圧力差ΔＰｄを計算し、第４演算部８３を介して圧力差誤差補償手段１０６に入力することにより、定常偏差の小さい高精度な位置制御が実現する。
【０１１４】
以上の原理に基づいて制御動作を行わせるためにコンピュータに実行させる制御プログラムの実際の計算ステップについて、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【０１１５】
ステップ１では、それぞれのエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測された関節角度データ（関節変数ベクトルｑ）が制御部１０９に取り込まれる。
【０１１６】
次いで、ステップ２では、ロボットアーム１０１の運動学計算に必要なヤコビ行列Ｊｒ等の計算が近似逆運動学計算手段１０８Ａ及び近似逆運動学計算手段１０８Ｂでそれぞれ行われる。
【０１１７】
次いで、ステップ３では、関節角度データ（関節変数ベクトルｑ）からロボットアーム１０１の現在の手先位置及び姿勢ベクトルｒが計算される（順運動学計算手段１０７での処理）。
【０１１８】
次いで、ステップ４では、目標軌道生成手段１０２によりロボットアーム１０１の手先位置及び姿勢の目標値（手先位置及び姿勢目標ベクトル）ｒｄが計算される。
【０１１９】
次いで、ステップ５では、手先位置及び姿勢の目標値（手先位置及び姿勢目標ベクトル）ｒｄと現在の手先位置及び姿勢ベクトルｒの差である手先位置及び姿勢の誤差ｒｅが第１演算部８０で計算される。
【０１２０】
次いで、ステップ６では、位置及び力制御方向選択手段４３において、手先位置及び姿勢の誤差ｒｅから位置制御を行う方向の成分のみが抽出され、力制御を行う方向の成分を０にした手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘが位置及び力制御方向選択手段４３から出力される。
【０１２１】
次いで、ステップ７では、位置及び力制御方向選択手段４３から出力された手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘから、位置誤差修正出力ｕｐが計算される（位置誤差補償手段１０３での処理）。位置誤差補償手段１０３の具体例としてはＰＩＤ補償器が考えられる。ＰＩＤ補償器の場合、ステップ７では、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘに比例ゲインを乗算した値と、修正誤差ｒｅｘの微分値に微分ゲインを乗算した値と、修正誤差ｒｅｘの積分値に積分ゲインを乗算した値との３つの値の合計値が位置誤差修正出力ｕｐとなる。定数の対角行列である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより、位置誤差が０に収束するように制御が働く。
【０１２２】
次いで、ステップ８では、ステップ２で計算したヤコビ行列Ｊｒの逆行列を乗算することにより、位置誤差修正出力ｕｐを、手先位置及び姿勢の誤差に関する値から関節角度の誤差に関する値（位置誤差修正出力）ΔＰｑｅに変換する（近似逆運動学計算手段１０８Ａでの処理）。
【０１２３】
次いで、ステップ９では、ヤコビ行列Ｊｒの逆行列を乗算することにより、手先位置及び姿勢の修正誤差ｒｅｘを関節角度誤差ｑｅに変換する（近似逆運動学計算手段１０８Ｂでの処理）。
【０１２４】
次いで、ステップ１０では、ステップ９で計算された関節角度誤差ｑｅとエンコーダ２４（２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５）により計測された現在の関節角度ｑを第５演算部８４で加算した値を関節角度の目標値ｑｄとし、目標圧力差計算手段１０５で、目標圧力差ΔＰｄを算出する。
【０１２５】
次いで、ステップ１１では、目標軌道計算手段１０２により、ロボットアーム１０１の手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄが計算される。
【０１２６】
次いで、ステップ１２では、手先支持部材４２と支持面９０との間で働く力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄと現在の力Ｆの差である力の誤差Ｆｅが第２演算部８１で計算される。
【０１２７】
次いで、ステップ１３では、位置及び力制御方向選択手段４３において、力の誤差Ｆｅから力制御を行う方向の成分のみが抽出され、位置制御を行う方向の成分を０にした力の修正誤差Ｆｅｘが出力される。
【０１２８】
次いで、ステップ１４では、力の修正誤差Ｆｅｘから力誤差修正出力が計算される（力誤差補償手段４４での処理）。力誤差補償手段４４の具体例としてはＰＩＤ補償器が考えられる。ＰＩＤ補償器の場合、ステップ１４では、力の修正誤差Ｆｅｘに比例ゲインを乗算した値と、力の修正誤差Ｆｅｘの微分値に微分ゲインを乗算した値と、力の修正誤差Ｆｅｘの積分値に積分ゲインを乗算した値との３つの値の合計値が力誤差修正出力ｕＦとなる。定数の対角行列である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより力誤差が０に収束するように制御が働く。
【０１２９】
次いで、ステップ１５では、ステップ２で計算したヤコビ行列Ｊｒの転置行列を乗算することにより、力誤差修正出力ｕＦを、並進力の誤差に関する値から、関節ごとのトルクの誤差に関する値（力誤差修正出力）ΔＰτｅに変換する（力−トルク変換手段４５での処理）。
【０１３０】
次いで、ステップ１６では、それぞれの圧力センサー１１０により計測された弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂのそれぞれの内部圧力値Ｐが制御部１０９に取り込まれ、拮抗駆動される弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂの内部圧力間の現在の圧力差ΔＰが圧力差計算手段１０４で計算される。
【０１３１】
次いで、ステップ１７では、ステップ８で計算された位置誤差修正出力ΔＰｑｅとステップ１５で計算された力誤差修正出力ΔＰτｅとを第３演算部８２で加算した値ΔＰτと、ステップ１０で算出された目標圧力差ΔＰｄとを第４演算部８３で加算するとともに、加算値からステップ１６で計算した現在の圧力差ΔＰを第４演算部８３で減算して圧力差誤差ΔＰｅを計算する。
【０１３２】
次いで、ステップ１８では、圧力差誤差ΔＰｅより圧力差修正出力ｕが計算される（圧力差誤差補償手段１０６での処理）。圧力差誤差補償手段１０６としては、例えば、ＰＩＤ補償器が考えられる。
【０１３３】
次いで、ステップ１９では、圧力差修正出力ｕが、ロボットアーム１０１の制御コンピュータ１８のＤ／Ａボード１８ａを通じて、５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６にそれぞれ電圧指令値として与えられ、５ポート流量制御電磁弁１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６が弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂ内の圧力をそれぞれ変化させることにより、ロボットアーム１０１の各関節軸１９，２０，２１，２２，２３が駆動されてそれぞれの関節７１，７２，７３，７４，７５の回転運動が発生し、ロボットアーム１０１が動作する。
【０１３４】
以上のステップ１〜ステップ１９が制御の計算ループとして、繰り返し実行されることによりロボットアーム１０１の動作の制御が実現する。
【０１３５】
次に、ロボットアーム１０１の実際の動作について電動ドライバー２９を使用してロボットアーム１０１でネジ外しのための位置決めを行う場合を具体例に、目標軌道生成手段１０２での処理ステップのフローチャートである図８、及びロボットアーム１０１の動作説明図である図９を使って説明する。
【０１３６】
ステップＡでは、目標軌道生成手段１０２は、手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして待機位置及び姿勢ベクトルｒ０を出力し、位置及び力制御方向指令
【０１３７】
【数１７】
2011001569.tif 000080
【０１３８】
を出力し、全方向が位置制御となり、ロボットアーム１０１は待機位置に停止する（図９Ａ）。ここで、待機位置とは、ロボットアーム１０１の動作の基準位置でもあり、ロボットアーム１０１の手先部の電動ドライバー２９が対象物と接触可能な動作位置から退避した位置である。
【０１３９】
次いで、ステップＢでは、目標とするネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓを
【０１４０】
【数１８】
2011001569.tif 000081
【０１４１】
とすると、ネジの頭９１の位置及び姿勢より、任意の寸法ｄだけ低い位置である
【０１４２】
【数１９】
2011001569.tif 000082
【０１４３】
を手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして目標軌道生成手段１０２から出力し、位置及び力制御方向指令
【０１４４】
【数２０】
2011001569.tif 000083
【０１４５】
を目標軌道生成手段１０２から出力し、全方向が位置制御となり、ロボットアーム１０１は、その手先部の電動ドライバー２９を、ネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓへ移動させる（図９Ｂ）。
【０１４６】
なお、目標とするネジの頭９１の位置及び姿勢ベクトルｒｓは、対象とする物体の形状寸法が分かっている場合（例えば、ネジの頭９１の位置が分かっている場合）、例えば、目標軌道生成手段１０２の内蔵メモリに記憶させておき、目標軌道生成手段１０２で設定することができる。ただし、このような例に限られるものではなく、その他、ネジの頭９１の位置を、ネジの頭９１の上方などに配置されたカメラで撮像した画像認識等で探索する場合は、カメラで取得した画像認識情報に基づき、目標軌道生成手段１０２で設定すればよい。
【０１４７】
次いで、ステップＣでは、ネジの頭９１の位置及び姿勢より、寸法ｄだけ低い位置を目標値としたために、ネジの頭９１の位置より手前（ネジの頭９１の位置と、第１関節軸１９の固定壁２６に対する固定支持点（固定部）９２との間で、かつ、ネジの頭９１の位置の近傍）の地点で、手先支持部材４２と支持面９０との接触が発生する。手先支持部材４２と支持面９０との接触は、力センサ５１の出力の変化によって検知することができる。例えば、力センサ５１の出力の変化のうち、力センサ５１の値が許容範囲内であるときは誤差として無視し、力センサ５１の値が許容範囲外となったとき、接触したとして、力センサ５１から、その値を出力させるようにすることができる。このようにして接触が力センサ５１で検知されて目標軌道計算手段１０２に入力されると、位置及び力制御方向指令
【０１４８】
【数２１】
2011001569.tif 000084
【０１４９】
（ｘ方向に位置制御、ｙ方向に位置制御、ｚ方向に力制御を行うことを意味する指令）を目標軌道計算手段１０２から位置及び力制御方向選択手段４３に出力する。すると、位置及び力制御方向選択手段４３では、ｚ方向を力制御に切り換え、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを下記の式（５）に基づき出力する。
【０１５０】
【数２２】
2011001569.tif 000085
【０１５１】
ただし、ＦＬ、Ｋは定数、ｒｘｅはｒｘｅ＝ｒｘｄ−ｒｘであり、ｘ方向の位置誤差である。ここで、ｒ＝［ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ］Ｔは手先位置の現在値であり、順運動学計算手段１０７の出力である。また、ｒｄ＝［ｒｘｄ，ｒｙｄ，ｒｚｄ］Ｔは手先位置の目標値であり、目標軌道生成手段１０２の出力である。
【０１５２】
式（５）に基づくことにより、目標とするネジの頭９１の位置にドライバビット５０が近づくにつれ、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄが大きくなり、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦が大きくなり、ロボットアーム１０１が摩擦により支持面から受ける抵抗力（摩擦力）がブレーキのように働くことでロボットアーム１０１の手先の動きが減速され、ネジの頭９１の位置の近傍に停止させやすくする効果を発揮するとともに、手先支持部材４２を支持面９０に押しつけることにより手先位置が安定させる効果も発揮する（図９Ｃ）。ここで、Ｆｚｄの大きさは、式（５）によって変化し、かつ、ＦＬ、Ｋの決め方によって変わるものである。実際には、Ｆｚ＝ＦＬのときには、ロボットアーム１０１が安定して停止できるような値になるようにＦＬの値を実験的に決定し、さらに、誤差が大きいときには、Ｆｚｄ＝ＦＬ―Ｋｒｘｅでロボットアーム１０１が十分スムーズに動くようにＦＬ、Ｋの値を実験的に決定することになる。
【０１５３】
次いで、ステップＤでは、目標軌道生成手段１０２においてロボットアーム１０１の手先の速度｜ｄｒ／ｄｔ｜が計算され、設定したしきい値より小さくなったとき、目標軌道生成手段１０２はロボットアームの手先が充分減速できたと判断し、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインを手先姿勢制御のためのゲイン値まで低下させる（図９Ｄ）。手先姿勢制御のためのゲイン値は、ゲイン値が高いと目標位置に到達しようとして手先支持部材４２による摩擦力を越え手先位置が動いてしまうため、手先姿勢制御に影響を与えないよう手先位置が安定して停止するようなゲイン値であり、事前に実験により定めておく。
【０１５４】
次いで、ステップＥでは、電動ドライバ２９のドライバビット５０の先端が、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御によってネジの頭９１位置にもっていくことができるかどうか、すなわち、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の可動範囲内かどうかを、目標軌道生成手段１０２で判断する（図９Ｅ）。
【０１５５】
ここで、ｒθはピッチ角であり、ドライバビット５０とｘｙ平面とのなす角である。また、ｒψはヨー角であり、第５関節７５の関節角度に相当する。
【０１５６】
また、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の可動範囲内かどうかの判断は、ネジの頭９１の位置が分かっている場合、手先位置及び姿勢ベクトルｒより、幾何学的な計算でドライバビット５０の先端位置が算出できるため、目標軌道生成手段１０２において判断可能となる。ネジの頭９１の位置が分かっていない場合は、ネジの頭９１の位置を前記したように画像認識により得ることになる。
【０１５７】
ステップＥで可動範囲内と目標軌道生成手段１０２で判断した場合、ステップＦに進み、目標軌道生成手段１０２により、手先部の電動ドライバ２９のドライバビット５０の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御を行うように切り換え、電動ドライバ２９のドライバビット５０の先端を、手先の姿勢（ｒθ、ｒψ）の制御によってネジの頭９１の方向に向け、ドライバビット５０を伸ばしたときの到達予想位置がネジの頭９１位置の、例えば±０．５ｍｍ以内（値は対象とするネジの大きさなどにより異なり、実験により定める。）になった後、ステップＩへと進む（図９Ｄ）。
【０１５８】
一方、ステップＥで可動範囲外と目標軌道生成手段１０２判断した場合、ステップＧに進み、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記定数ＦＬより小さな値Ｆｓ（手先支持部材４２による摩擦力が小さくなりロボットアームの手先位置を充分移動可能とできる小さな値で、例えばＦｓ＝０が考えられる。）に目標軌道生成手段１０２が切換えることで、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦を小さくし、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の移動をし易くし、かつ、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインをステップＡの位置制御を行っているときのゲイン値に戻し、（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ）の制御、すなわち、位置の制御を、ごく短い時間Δｔの間（例えば０．５ｓｅｃ）、行い、手先部の電動ドライバー２９のドライバビット５０の先端をネジの頭９１に近づけるよう動作する。
【０１５９】
ステップＧの後、ステップＨでは、Δｔ経過後、目標軌道生成手段１０２が力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記値Ｆｓより前記定数ＦＬに切換えるとともに、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインを低下させ、ステップＥに戻る。
【０１６０】
ステップＩでは、電動ドライバー２９に内蔵された空気圧シリンダ機構２９Ｂにより、ドライバビット５０を伸ばし（電動ドライバー２９のケースからドライバビット５０の下端がより突出するように移動し）、ドライバビット５０の先端をネジの頭９１のネジ溝（十字溝又はマイナス溝など）に挿入する（図９Ｅ）。
【０１６１】
ステップＩの後、ステップＪでは、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記定数ＦＬより小さな値Ｆｓ（手先支持部材４２による摩擦力が小さくなりロボットアームの手先位置を充分移動可能とできる小さな値で、例えばＦｓ＝０が考えられる。）に目標軌道生成手段１０２が切換えることで、手先支持部材４２と支持面９０との摩擦を小さくし、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の移動をし易くし、かつ、位置誤差補償手段１０３のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のゲインをステップＡの位置制御を行っているときのゲイン値に戻し、（ｒｘ、ｒｙ、ｒｚ、ｒθ、ｒψ）の制御、すなわち、位置と姿勢の連動制御により、ドライバビット５０の軸方向がネジの軸方向沿いになるように（言い換えれば、ドライバビット５０の軸方向がネジの頭９０の下面（座面）に対して垂直になるように）、手先である電動ドライバ２９のドライバビット５０の位置及び姿勢を修正する（図９Ｆ）。
【０１６２】
次いで、ステップＫでは、目標軌道生成手段１０２において、力の目標値（目標力ベクトル）Ｆｄのｚ方向成分Ｆｚｄを、前記値Ｆｓより前記定数ＦＬに切換え、手先支持部材４２の支持面９０への押しつけを強めることにより、ドライバビット５０の先端がネジの頭９１のネジ溝から外れないよう保持する。次いで、電動ドライバー２９のドライバビット５０を回転させて、ネジの頭９１を、ネジが取り付けられている物体から外す。このとき、これ以上の時間、ネジを回転させれば、確実にネジが外れるというネジ外しに必要な時間を事前に実験により見つけ出しておき、このネジ外しに必要な時間だけドライバビット５０を駆動するよう所定駆動時間を定めれば、ネジ外しが可能となる。よって、所定時間ドライバビット５０を回転し（ネジが外れ）た後、ステップＬに移る。
【０１６３】
次いで、ステップＬでは、目標軌道生成手段１０２から、手先位置及び姿勢目標ベクトルｒｄとして待機位置及び姿勢ベクトルｒ０を出力するとともに、位置及び力制御方向指令
【０１６４】
【数２３】
2011001569.tif 000086
【０１６５】
を出力し、全方向が位置制御に戻り、ロボットアーム１０１は待機位置へと戻って停止し、一連の作業は完了する（図９Ａ）。
【０１６６】
図９Ａ〜図９Ｆで示した動作において、各関節７１〜７５及び電動ドライバー２９の動作のタイミングを図１２にチャートとしてまとめる。
【０１６７】
以上、本発明の第１実施形態にかかるロボットアーム１０１によれば、ロボットアーム１０１の手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に手先支持部材４２を備えるとともに、接触動作制御手段の一例として制御部（制御装置）１０９を備えることにより、手先支持部材４２でロボットアーム１０１の手先部を機構的に支えることができ、制御部１０９で手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるように動作することにより、ロボットアーム１０１の手先の位置を安定させることができる。すなわち、制御部１０９は、まず、手先支持部材４２をロボットアーム１０１の支持面９０と接触することによりロボットアーム１０１の手先部を支持したのち、ロボットアーム１０１の手先部の位置及び姿勢を制御して、目的とする所定の作業をロボットアーム１０１に行わせるように制御することができる。また、制御部１０９で接触動作制御を行って手先支持部材４２と支持面９０との間の摩擦を制御することにより、手先動作の急減速が可能となり、より短時間で目標位置に到達することができる。さらに、手先支持部材４２は、支持面９０に接するだけで良く、対象物を囲ったり、包み込む必要がない構造のため、特定の作業に限定されず、多くの作業に適用可能である。また、手先支持部材４２が、手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に配設されて手先支持部材４２を支持面９０に押しつけるようにしたので、肘部（第３関節７３の部分）を支持面９０に押しつける場合よりも、手先支持部材４２と手先までの距離が短くなる（言い換えれば、肘部と手先までの距離よりも、手先支持部材４２が配置された手首部８８と手先までの距離のほうが短くなる）。このため、肘部（第３関節７３の部分）を支持面９０に押しつける場合よりも、前記実施形態のように手首部８８の手先支持部材４２を支持面９０に押しつける場合の方が、より安定して動作させることができ、また、手先支持部材４２よりも手先側に手首部８８の自由度が存在するため、手先支持部材４２により手先を安定させながら、手首部８８の自由度を使って手先の姿勢を変化させることができ、作業の応用範囲を広めることができる。
【０１６８】
以上の効果により、空気圧人工筋などの弾性体アクチュエータ２５−１ａ、２５−１ｂ、２５−２ａ、２５−２ｂ、２５−３ａ、２５−３ｂ、２５−４ａ、２５−４ｂ、２５−５ａ、２５−５ｂで駆動されるロボットアーム１０１であっても、高速かつ位置制御精度の高い動作が可能となり、組立などの精度の必要な作業、又は、ネジの軸方向が一定に配列されていない組立構造物９５の分解などの作業を汎用的に実現することができ、柔軟で本質的な安全性を持ちながら精度の高いロボット、すなわち、ロボットアーム及びその制御装置を提供することができる。
【０１６９】
（第２実施形態）
図１３は本発明の第２実施形態におけるロボットアーム１０１Ａの構造を示す図である。図１３のロボットアーム１０１Ａは、以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７０】
図１３において、手先支持部材４２Ａは、一対の車輪４６と、一対の車輪４６が固定された車軸を回転自在に支持する車軸支持機構４７と、車軸に回転軸が連結されて一対の車輪４６を正逆回転駆動する車輪駆動モーター４８とで構成されている。車輪４６は、一対に限定されるものではなく、安定して支持が可能であれば、１個の車輪でもよい。車軸支持機構４７は、力センサー５１を介して第２腕２８に固定することにより、力センサー５１で力を検出して車軸支持機構４７と支持面９０との接触する力を制御して、一対の車輪４６を支持面９０に押さえ付けすぎて円滑な走行を妨げるのを防止するのが好ましい。
【０１７１】
また、図１４は、第２実施形態におけるロボットアーム１０１Ａの制御部１０９Ａの構成を示すブロック線図である。図１４において、４９は車輪駆動モーター制御手段である。車輪駆動モーター制御手段４９は、目標軌道生成手段１０２からの指令により、車輪駆動モーター４８で手先支持部材４２Ａの一対の車輪４６を正逆回転駆動する。
【０１７２】
次に、第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａの動作について図１５のフローチャートを使って説明する。第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａの動作は以下に記述するステップが第１実施形態と異なり、他のステップは第１実施形態と同様であり、共通のステップに関しては第１実施形態と同じ記号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７３】
ステップＣに代わるステップＣ２では、手先支持部材４２の車輪駆動モーター４８に逆起電力をかけ、車輪４６の回転抵抗によるブレーキ効果を発生させることで、ロボットアーム１０１Ａの手先の急減速をアシストする（図９Ｃに対応する図１６Ａ）。
【０１７４】
ステップＧに代わるステップＧ２では、手先支持部材４２Ａの車輪駆動モーター４８を駆動し、車輪４６を回転させることでロボットアーム１０１Ａの手先の移動をアシストする。
【０１７５】
ステップＪに代わるステップＪ２では、手先支持部材４２Ａの車輪駆動モーター４８を駆動し、車輪４６を回転させることでロボットアーム１０１Ａの手先の移動をアシストする（図９Ｆに対応する図１６Ｂ）。
【０１７６】
以上、第２実施形態にかかるロボットアーム１０１Ａによれば、車輪４６と、車軸支持機構４７と、車輪駆動モーター４８とで構成される手先支持部材４２Ａを、ロボットアーム１０１Ａの手首部８８の近傍の手首部８８より根元側に備えることで、車輪４６の駆動により、手先の急減速又は、支持面９０に沿っての移動がアシストされ、より高速でかつ高精度な動作が可能となる。特に、車輪４６の動作特性から、直線的な動きを行う作業において有効である。
【０１７７】
（第３実施形態）
図１７は本発明の第３実施形態におけるロボットアーム１０１Ｂの構造を示す図である。図１７のロボットアーム１０１Ｂは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７８】
図１７〜図１９Ｂにおいて、手先支持部材４２Ｂは、３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃを備え、ロボットアーム１０１Ｂの手先部に配設された電動ドライバー２９の周りに３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配設されている。図１７及び図１９Ａ及び図１９Ｂでは簡単のため平面的に支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの配置を描いているが、実際には、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、手先支持部材４２Ｂを矢印Ｙ方向から見た図である図１８に示すように、円周上で３等分の配置となっている。手先支持部材４２Ｂは、力センサー５１を介して第２腕２８に固定することにより、力センサー５１で力を検出して手先支持部材４２Ｂと支持面９０との接触する力を制御するのが好ましい。
【０１７９】
支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃには、支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ及び支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃが配設されている。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの上端は、手先支持部材４２Ｂの上端に固定された固定板５２ｄに固定されている。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの下端は、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの上端にそれぞれ連結されている。手先支持部材４２Ｂの側部に固定された３本のガイド筒５２ｅ内を支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの上部の小径部が軸方向に移動自在に貫通している。ガイド筒５２ｅと支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの下部の大径部との間には、支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃが縮装されている。よって、空気圧を加圧し支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃを収縮させることで支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが固定板５２ｄ側に向けて縮み（上昇し）、空気圧を減圧して支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃを伸張させることで支持脚バネ５３ａ、５３ｂ、５３ｃの力で支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃが固定板５２ｄ側に対して伸びる（下降する）。支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃの駆動を独立制御して３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの収縮量をそれぞれ制御することにより、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すようにドライバビット５９の姿勢（ドライバビット５９の軸方向の傾斜角度）を変化させることができ、例えばステップの手先の姿勢の動作が可能である。具体的には、ネジが組立構造物の上面に対して傾斜してねじ込まれているとき、ネジが組立構造物の上面に対して、ドライバビット５９の軸方向とネジの軸方向とを合わせるように３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃの収縮量を制御して、ドライバビット５９でネジを確実に回転させて緩めることができるようにすることができる。
【０１８０】
なお、一例として、支持脚駆動人工筋５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、それぞれ、前記各弾性体アクチュエータを構成する空気圧人工筋２５と同様に、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７を経て駆動をそれぞれ制御することにより、前記した動作制御を行なうことができる。
【０１８１】
本発明の第３実施形態にかかる手先支持部材４２の構成によれば、支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃのわずかな伸縮運動により、電動ドライバー２９の姿勢が大きく変化するため、高速な姿勢制御が可能となる。
【０１８２】
なお、第３実施形態では、３本の支持脚５２ａ、５２ｂ、５２ｃを配置しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚で構成することができる。
【０１８３】
（第４実施形態）
図２０は本発明の第４実施形態におけるロボットアーム１０１Ｃの構造を示す図である。図２０のロボットアーム１０１Ｃは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８４】
図２０において、手先支持部材４２Ｃはボールキャスタ４０１から構成される。ボールキャスタ４０１の構造は図２１に示すようになっており、ボールキャスタ４０１のケーシング４０１ｃの下部内に収納された球体のメインボール４０２が支持面９０に接地すると、ケーシング４０１ｃの下部に配置されてメインボール４０２の下面の周囲を覆うブレーキシュー４０３とメインボール４０２との間には微小なギャップが生じる。その結果、ケーシング４０１ｃの中間部の内部に受座４０６とメインボール４０２との間でそれぞれ回転自在に配置されかつメインボール４０２の上部に接触する多数のサブボール４０４が転がることで、メインボール４０２は摩擦なくスムーズに転がることができる。一方、ケーシング４０１ｃの上端の加圧孔４０５に高圧空気を供給すると、ケーシング４０１ｃ内で受座４０６が図２１のＹ方向に移動することで、メインボール４０２はブレーキシュー４０３に押しつけられてメインボール４０２にブレーキがかかり、メインボール４０２の転がりに対して抵抗が発生する。加圧孔４０５に高圧空気を供給する機構としては、例えば、空気圧人工筋２５と同様に、空気圧源１５から空気圧調整ユニット１６及び５ポート流量制御電磁弁１７を経て駆動をそれぞれ制御することにより、前記した動作制御を行なうことができる。
【０１８５】
第４実施形態にかかるロボットアーム１０１ｃによれば、ボールキャスタ４０１により構成される手先支持部材４２Ｃを備えることで、手先部が手先支持部材４２Ｃで支持されると共に、メインボール４０２のブレーキ効果により手先部の急減速が可能となり、より高速高精度な動作が可能となる。
【０１８６】
第４実施形態にかかるボールキャスタ４０１による手先支持部材４２Ｃでは、第２実施形態にかかる車輪形式の手先支持部材４２Ａに比べて、支持面９０の表面に沿った互いに直交するｘｙ軸の２次元方向の動きに対して、前記効果を発揮することができるという特徴がある。この第４実施形態にかかるロボットアーム１０１Ｂでも、前記他の実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【０１８７】
（第５実施形態）
図２２は本発明の第５実施形態におけるロボットアーム１０１Ｄの構造を示す図である。図２２のロボットアーム１０１Ｄは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８８】
図２２において、手先支持部材４２Ｄはゴム等の弾性体による吸盤４１０で構成される。吸盤４１０の内側を負圧にすることで、吸盤４１０は支持面９０である床面に吸着し、ロボットアーム１０１Ｄの手先部を固定することができる。一方、吸盤４１０の内側を正圧にすることで、吸盤４１０は吸着解除して支持面９０である床面に対して浮上し、ロボットアーム１０１Ｄの手先部の移動が容易になる等、手先支持部材４２Ｄとして動作することができる。
【０１８９】
図２６は、手先支持部材４２の例である吸盤４１０の内側を負圧又は正圧に制御するための空圧系を示している。図２６では吸盤４１０を制御するために必要な部分のみ記し、前記弾性体アクチュエータを駆動する部分は第１実施形態と同様であるので省略している。
【０１９０】
６０１は空気圧調整ユニット１６に連通可能でかつ吸盤４１０の内側の空間を正圧とするための第１の２ポート流量比例弁、６０２は空気圧調整ユニット１６に連通可能でかつ吸盤４１０の内側の空間を負圧とするための第２の２ポート流量比例弁である。６０３は第２の２ポート流量比例弁６０２と接続されかつ真空を発生させるためのエジェクターであり、６０４はエジェクター６０３と接続されたサイレンサーであり、６０５はエジェクター６０３と第１の２ポート流量比例弁６０１と吸盤４１０の内側の空間とを接続する配管である。
【０１９１】
第１の２ポート流量比例弁６０１を閉状態とし、第２の２ポート流量比例弁６０２を開状態とすると、エジェクター６０３に加圧空気が供給される。このようにエジェクター６０３に加圧空気が供給されると、加圧空気がサイレンサー６０４を通じて大気中に放出される際にエジェクター６０３の効果により配管６０５側は負圧となり、吸盤４１０の内側の空間も負圧となる。
【０１９２】
一方、第１の２ポート流量比例弁６０１を開状態とし、第２の２ポート流量比例弁６０２を閉状態とすると、加圧空気が、配管６０５を介して、吸盤４１０の内側に供給されて、吸盤４１０の内側の空間が正圧となる。
【０１９３】
さらに、第１及び第２の２ポート流量比例弁６０１、６０２の開度をそれぞれ制御することにより、吸盤４１０による吸着力及び浮上力を制御することが可能である。
【０１９４】
（第６実施形態）
図２３は本発明の第６実施形態におけるロボットアーム１０１Ｅの構造を示す図である。図２３のロボットアーム１０１Ｅは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９５】
図２３において、手先支持部材４２Ｅは、コイル４２０と鉄心４２１とからなる電磁石で構成されている。支持面９０上に載置した接地部材４２２として永久磁石を使うことにより、コイル４２０に電流を流すと磁力が発生し、鉄心４２１が接地部材４２２に吸着し、ロボットアーム１０１Ｅの手先部を固定することができる。一方、コイル４２０に前記とは逆向きの電流を流すと、鉄心４２１と接地部材４２２は反発し、鉄心４２１は接地部材４２２から浮上し、ロボットアーム１０１Ｅの手先部の移動が容易になる等、手先支持部材４２Ｅとして動作することができる。
【０１９６】
なお、接地部材４２２として鉄等を使う場合には、コイル４２０に電流を流すことで吸着動作のみ可能となる。
【０１９７】
（参考例）
図２４は参考例におけるロボットアーム１０１Ｆの構造を示す図である。図２４のロボットアーム１０１Ｆは以下に記述する構成部分が第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９８】
第１実施形態では、手先支持部材４２が力センサー５１を介して第２腕２８の先端側の下方に突出して固定されているが、この参考例では、手先支持部材４２が力センサー５１を介して第１腕２７の先端側の下方に突出して固定されている。すなわち、手先支持部材４２は、第２腕２８の先端側の下方に突出して固定されるものに限定されず、ロボットアーム１０１の固定支持点９２から第２番目の関節（例えば、第３関節７３、又は、第４関節７４、又は、第５関節）以降のリンクに配設されるようにしてもよい。このように構成すれば、手先支持部材４２により、ロボットアーム１０１の手先部を確実に支持することができる。
【０１９９】
（変形例）
なお、前記それぞれの実施形態では、ネジ締め作業又はネジ取り外し作業を例に説明を行ったが、これに限られるわけではなく、部品挿入作業等、精度が要求されるその他の組立作業又は溶接作業にも適用可能であり、同様な効果を発揮することができる。
【０２００】
また、前記第２実施形態では、車輪駆動モーター４８を設けるとしたが、これに限られるわけではなく、モーターは使わず、ブレーキ機構を設けることも可能である。ブレーキ機構の場合、ブレーキのＯＮ，ＯＦＦによって、車輪４６と支持面９０との摩擦を制御することができ、モーターを搭載しないことで簡潔な構造とすることができる。
【０２０１】
また、前記第２実施形態では、車輪４６を設けるとしたが、これに限られるわけではなく球面ベアリングとすることも可能である。車輪４６の場合は、車輪４６の回転可能な方向のみの直線的移動のみ可能であるが、球面ベアリングでは二次元的移動が可能となり、移動の自由度を増やすことが可能となる。
【０２０２】
また、車輪４６の他には、空気圧による吸着及び浮上機構又は、支持面９０が磁性材料で構成される場合には磁気による吸着及び浮上機構を利用しても同様の効果を発揮することができある。
【０２０３】
また、支持面９０は、一部の図面では、ロボットアームを固定する固定壁又は固定部２６と同じ部材又は物体として図示しているが、これに限られるものではなく、固定壁又は固定部２６とは異なる部材又は物体の表面とすることもできる。
【０２０４】
なお、力センサー５１は、手先支持部材とロボットアームの腕との間に配置するものに限らず、腕の内部に配置することもできる。
【０２０５】
なお、第２実施形態以降の実施形態又は変形例においては、それらの構成特有の作用効果に加えて、それぞれの実施形態又は変形例の構成と矛盾しない範囲で、第１実施形態と同様な作用効果を奏することは言うまでもない。
【０２０６】
なお、前記様々な態様、実施形態、又は、変形例のうちの任意の態様、実施形態、又は、変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２０７】
本発明のロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムは、工場内又は家庭内で人間と共存しつつ作業支援を行うロボット、ロボットアームの制御装置、及びロボットアームの制御プログラムとして有用である。
【０２０８】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【手続補正２】
【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】
弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御するとともに、前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かすロボット。
【請求項２】
前記手先支持部材は、少なくとも２本の伸縮可能な支持脚を有し、
前記少なくとも２本の伸縮可能な支持脚の長さを制御することにより前記ロボットアームの前記手先部の姿勢を制御する、請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記手先支持部材は、前記支持面に対して空気圧による吸着又は吸着解除可能な弾性体の吸盤で構成して、前記吸盤と前記支持面との摩擦を制御可能とする請求項１に記載のロボット。
【請求項４】
前記手先支持部材は、磁力による前記支持面に対する吸着又は吸着解除が可能な電磁石で構成して、前記電磁石と前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記手先支持部材は、ブレーキを有するボールキャスタで構成して、前記ボールキャスタと前記支持面との摩擦を制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項６】
前記手先支持部材は、ブレーキを有する車輪で構成して前記車輪と前記支持面との摩擦を方向別に制御する請求項１に記載のロボット。
【請求項７】
前記ロボットアームは３個以上の前記関節を有し、前記手先支持部材は、前記ロボットアームの固定部から第２番目の関節以降のリンクに配設される請求項１に記載のロボット。
【請求項８】
前記ロボットアームは、前記手先支持部材が配設された位置よりも手先部側に、前記手先部の姿勢を決める自由度を有する関節をさらに有する請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
弾性体アクチュエータで駆動され複数の関節を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの手首部近傍の前記手首部より根元側に配設されかつ前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持する手先支持部材と、
前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御するとともに前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する制御部とを有するとともに、
前記制御部は、前記手先支持部材と前記支持面との接触により発生する摩擦を利用して前記ロボットアームの手先速度を減速するよう制御する、ロボット。
【請求項１０】
前記制御部は、前記手先支持部材を前記ロボットアームの支持面と接触することにより前記ロボットアームの前記手先部を支持したのち、前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のロボット。
【請求項１１】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御装置であって、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御すると同時に前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御し、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かす、ロボットアームの制御装置。
【請求項１２】
弾性体アクチュエータで駆動されて複数の関節を有するロボットアームの手首部の近傍の前記手首部より根元側に配設された手先支持部材が支持面と接触して前記ロボットアームの前記手先部を支持するロボットアームの制御プログラムであって、
前記ロボットアームの前記手先部の位置及び姿勢を制御すると同時に前記手先支持部材と前記支持面との接触する力を制御し、
（ｉ）前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御して前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させた後、前記手先部の姿勢を制御し、
（ｉｉ）前記手先部の姿勢を動かす場合における力制御よりも小さな押しつけ力にて力制御を行い、前記手先部の位置を動かすことをコンピュータに実行させるロボットアームの制御プログラム。
【請求項１３】
前記制御部に対して、前記手先部の位置及び姿勢の制御指令を行うための、前記手先部の位置及び姿勢の情報を生成する目標軌道生成手段を備え、
前記目標軌道生成手段は、生成された手先部の姿勢が、所定の可動範囲内か否かを判断し、前記生成された手先部の姿勢が前記所定の可動範囲内であれば、前記手先部の姿勢の制御を行うための指令を前記制御部に出力する一方、前記生成された手先部の姿勢が前記所定の可動範囲外であれば、前記手先部の位置の制御を行うための指令を前記制御部に出力する、請求項１に記載のロボット。
【請求項１４】
前記ロボットアームの前記手先部の位置を停止させると共に前記手先部の姿勢を動かす場合には前記手先支持部材を前記支持面に押しつけるように力制御すると共に、前記手先部の姿勢を動かす場合の前記手先位置の位置制御ゲインを、前記手先部の姿勢を動かす場合以外の場合の前記手先位置の位置制御ゲインよりも低くして位置制御剛性を低下させる、請求項１に記載のロボット。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011001569.tif 000087
【図２】
2011001569.tif 000088
【図３】
2011001569.tif 000089
【図４】
2011001569.tif 000090
【図５】
2011001569.tif 000091
【図６】
2011001569.tif 000092
【図７】
2011001569.tif 000093
【図８】
2011001569.tif 000094
【図９Ａ】
2011001569.tif 000095
【図９Ｂ】
2011001569.tif 000096
【図９Ｃ】
2011001569.tif 000097
【図９Ｄ】
2011001569.tif 000098
【図９Ｅ】
2011001569.tif 000099
【図９Ｆ】
2011001569.tif 000100
【図１０Ａ】
2011001569.tif 000101
【図１０Ｂ】
2011001569.tif 000102
【図１０Ｃ】
2011001569.tif 000103
【図１１Ａ】
2011001569.tif 000104
【図１１Ｂ】
2011001569.tif 000105
【図１２】
2011001569.tif 000106
【図１３】
2011001569.tif 000107
【図１４】
2011001569.tif 000108
【図１５】
2011001569.tif 000109
【図１６Ａ】
2011001569.tif 000110
【図１６Ｂ】
2011001569.tif 000111
【図１７】
2011001569.tif 000112
【図１８】
2011001569.tif 000113
【図１９Ａ】
2011001569.tif 000114
【図１９Ｂ】
2011001569.tif 000115
【図２０】
2011001569.tif 000116
【図２１】
2011001569.tif 000117
【図２２】
2011001569.tif 000118
【図２３】
2011001569.tif 000119
【図２４】
2011001569.tif 000120
【図２５Ａ】
2011001569.tif 000121
【図２５Ｂ】
2011001569.tif 000122
【図２６】
2011001569.tif 000123
【図２７】
2011001569.tif 000124
【国際調査報告】
2011001569.tif 000125
2011001569.tif 000126
2011001569.tif 000127
2011001569.tif 000128