(57)【要約】【課題】  多関節ロボットを用いた組付において、組付対象となる部品の可搬重量や、把持姿勢が制限されても高精度に組付を行うロボットを提供する。【解決手段】  対象物を保持するためのエンドエフェクタ１２をロボットアーム本体１に搭載し、保持した前記対象物をインピーダンス制御を用いて、移動してくる別の対象物へ組付を行うロボットにおいて、ロボットのエンドエフェクタ１２にかかる力情報を検出する力センサ１３と、ロボットを制御する制御部と、を備え、制御部は、ロボットアーム本体１１をインピーダンス制御するとともに、被組立対象物の移動方向において、インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットを用いた。【選択図】  図２
2019010700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の対象物を保持し、移動する他の第２の対象物へと組付を行うロボットにおいて、
前記第１の対象物を保持するエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームと、
前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出手段と、
前記力検出手段の出力に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物を前記第２の対象物に組み付ける動作を行う際、前記ロボットアームをインピーダンス制御するとともに、前記第２の対象物の移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記制御手段は、前記インピーダンス制御において、前記所定のパラメータを前記移動方向における制御に対して固定することを特徴とするロボット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のロボットにおいて、
前記所定のパラメータは、前記エンドエフェクタに設定された粘性及びまたは弾性に対応するパラメータであることを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボットにおいて、
前記制御手段は、前記インピーダンス制御において、前記移動方向と略直交する平面のみで前記インピーダンス制御を実行することを特徴とするロボット。
【請求項５】
第１の対象物を保持し、移動する他の第２の対象物へと組付を行うロボットシステムにおいて
前記第１の対象物を保持するエンドエフェクタを搭載した第１のロボットと、
前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出手段と、
前記第２の対象物を保持し、前記第２の対象物を任意の１軸の方向に移動させる第２のロボットと
前記第１のロボットと前記第２のロボットを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１のロボットに保持された前記第１の対象物を、前記第２のロボットにより移動する前記第２の対象物に組み付ける動作を行う際、前記第１のロボットをインピーダンス制御するとともに、前記第２の対象物の移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御手段は、前記インピーダンス制御において、前記所定のパラメータを前記移動方向における制御に対して固定することを特徴とするロボットシステム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のロボットシステムにおいて、
前記所定のパラメータは、前記エンドエフェクタに設定された粘性及びまたは弾性に対応するパラメータであることを特徴とするロボットシステム。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、
前記制御手段は、前記インピーダンス制御において、前記第２の対象物が移動する方向と略直交する平面のみで前記インピーダンス制御を実行することを特徴とするロボットシステム。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のロボットシステムにおいて、前記第２のロボットは任意の１軸の方向のみ可動であることを特徴とするロボットシステム。
【請求項１０】
第１の対象物を保持し、移動する他の第２の対象物へと組付を行うロボットにおいて、
前記第１の対象物を保持するエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームと、
前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出手段と、
前記力検出手段の出力に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物を前記第２の対象物に組み付ける動作を行う際、前記ロボットアームをインピーダンス制御するとともに、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対し、前記第２の対象物の移動方向における制御レンジよりも、前記移動方向に直交する方向における制御レンジが広くなるように構成されていることを特徴とするロボット。
【請求項１１】
第１の対象物を保持するためのエンドエフェクタをロボットアームに搭載し、保持した前記第１の対象物を、移動する第２の対象物へ組付を行うロボットの制御方法において、
前記エンドエフェクタによって前記第１の対象物を保持する工程と、
前記ロボットの前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出工程と、
前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物を前記第２の対象物に組み付ける組付工程と、を有し、
前記組付工程を行う際、前記ロボットアームをインピーダンス制御するとともに、前記移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項１２】
第１の対象物を保持するためのエンドエフェクタを搭載し、前記第１の対象物を操作する第１のロボットと、第２の対象物を保持し移動させる第２のロボットとにより組付を行うロボットシステムの制御方法において、
前記第１のロボットによって前記第１の対象物を保持する工程と、
前記第１のロボットの前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出工程と、
前記第２のロボットにより前記第２の対象物を移動させる移動工程と、
前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物を前記第２の対象物に組み付ける組付工程と、を有し、
前記組付工程を行う際、前記第１のロボットに前記インピーダンス制御を実行するとともに、前記移動工程における前記第２の対象物の移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【請求項１５】
第１の対象物を保持するためのエンドエフェクタを搭載し、前記第１の対象物を操作する第１のロボットと、第２の対象物を保持し移動させる第２のロボットとにより組付を行うロボットシステムを用いた組付方法において、
前記第１のロボットによって前記第１の対象物を保持する工程と、
前記第１のロボットの前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出工程と、
前記第２のロボットにより前記第２の対象物を移動させる移動工程と、を有し、
前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物に前記第２の対象物を移動させて組み付ける際、前記第１のロボットに前記インピーダンス制御を実行するとともに、前記移動工程における前記第２の対象物の移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物を保持し、操作するロボット、ロボットシステム、及びそれらの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多品種少量生産を実現するために、１つのロボットで様々な方向、姿勢で組付が可能な多関節ロボットが生産現場で主流となっている。多関節ロボットは複数のアーム部材が関節部を介して連結され、最も先端側のアーム部材にはエンドエフェクタとして、例えば、ハンドが装着される。関節部はモータにより駆動され、関節部のモータ駆動により、アーム部材が駆動する。そして、ハンドで組付部品を保持し、保持した組付部品を所定の場所へ移動させ、被組付部品に挿入する等の所定作業を行う。
【０００３】
しかし多関節ロボットは移動開始点から終了点までの２点を直線で結んだ線に対し、直線上を動作することが難しく、振動しながら移動してしまう。ハンド重量、保持した部品の重量、保持した部品を移動させる方向、姿勢によりその振動幅は様々であるが、０．５〜１．０ｍｍ程度の振動幅を持ちながら振動してしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１では、多関節ロボットの最も先端側のアーム部材に直動軸からなる一軸を介して、エンドエフェクタを連結することによりロボットハンドを構成している。そして、その直動軸によりエンドエフェクタを直線的に動作させることで直進動作の軌跡精度を高め、組立を行う組立方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５４８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし特許文献１の組立ロボットでは、組立部品の組立方向とエンドエフェクタの連結部となる直動軸とが同一方向となるように、エンドエフェクタで組立部品を把持する必要がある。そのため、組立姿勢が一意に決定してしまい、被組立部品の形状によって組立が困難な場合が生じる。
【０００７】
さらに、エンドエフェクタに直動軸を搭載するため、エンドエフェクタが重くなってしまう。そのため部品を保持するエンドエフェクタが重くなってしまい、相対的に保持する部品の可搬重量が小さくなってしまう。
【０００８】
図７は把持姿勢により組付が完了できない場合を説明した図である。多関節ロボット１０とエンドエフェクタ１２の間に力センサ１３が設けられている。エンドエフェクタ１２により、均等に力がかかるよう組付部品５１を外形把持し、被組付部品５２に組み付けようとしている。
【０００９】
この際、被組付部５２’ａが長すぎると組付完了位置に到達する前に被組付部５２’ａがエンドエフェクタ１２に当接してしまい組付を完了することができなくなる。そのため、同図に示したような把持姿勢を取ることができず、把持姿勢が限定される場合が生じる。
【００１０】
この組付部品５１を組み付けるためには均等に外形を把持するのではなく、ある一部の領域をつまむように把持しなければならない。しかし、特許文献１ではエンドエフェクタの連結軸により組み付ける方向が一意に決定されるため、つまむような把持の場合、軌跡動作の高い直進動作を用いて組み付けることができない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、組付部品の重量が大きくなったり、組み付ける際の把持姿勢が制限されても、高精度な組付を可能とするロボット、ロボットシステム及びそれらの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では、第１の対象物を保持し、移動する他の第２の対象物へと組付を行うロボットにおいて、前記第１の対象物を保持するエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームと、前記エンドエフェクタにかかる力情報を検出する力検出手段と、前記力検出手段の出力に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記エンドエフェクタに保持された前記第１の対象物を前記第２の対象物に組み付ける動作を行う際、前記ロボットアームをインピーダンス制御するとともに、前記第２の対象物の移動方向において、前記インピーダンス制御に含まれる所定のパラメータに対応する制御を抑制するようにしたことを特徴とするロボットを用いた。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組付対象となる部品により組付部品が重くなったり、組付時の姿勢が制限されても高精度な組付を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成を、一部ブロック図を用いて記載した概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成図に、絶対座標系、ツール座標系、センサ座標系を併記したものである。
【図３】本発明の第１の実施の形態における嵌め合い組付動作を説明する動作図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における嵌め合い組付時のロボット動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成を、一部ブロック図を用いて記載した概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成図に、絶対座標系、ツール座標系、センサ座標系を併記したものである。
【図７】組付ける際の把持姿勢により組付が完了できない場合を説明した図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における嵌め合い組付動作を説明する動作図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも一例であり、細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更できる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値であって、本発明を限定するものではない。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成を、一部ブロック図を用いて記載した概略図である。ロボットシステム１は多関節ロボット１０（第１のロボット）と、１軸の方向に駆動可能な保持機構２０（第２のロボット）と、多関節ロボット１０と１軸の保持機構２０の動作を制御するシステム制御装置３０によって構成されている。さらに、外部よりロボットシステム１に移動位置、移動ルート等の教示を行うためのティーチングペンダント９０がある。
【００１７】
多関節ロボット１０はロボットアーム本体１１と、ロボットアーム本体１１の先端に力覚センサ１３を搭載し、力覚センサ１３の先にエンドエフェクタ１２が装着されたロボットである。本実施形態ではエンドエフェクタとしてハンドを用い、多関節ロボット１０をロボットハンドとして使用している。なお、エンドエフェクタ１２（ハンド）には指部を駆動するためモータ（不図示）が設けられている。無論、ハンドだけではなくツール部材をエンドエフェクタとして使用しても良い。
【００１８】
ロボットアーム本体１１は、本実施形態では、多関節のロボットアームであり、アーム本体１１の根元は基台に固定されている。そしてエンドエフェクタ１２を介して対象物となる組付部品５１を保持し操作を行う。また、アーム本体１１の各関節には、各関節を各々駆動する駆動源としてのモータ（不図示）と、モータの回転角度を検知する検知器としてのエンコーダ（不図示）が設けられている。
【００１９】
力覚センサ１３はロボットアーム本体１１の先端における互いに直交する３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の力及び各軸回りのモーメント（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）といった力情報を検出する（力検出機構として作用する）。これにより組付部品を保持し組付動作を行う際にエンドエフェクタ１２に作用する力情報を検出できる。
【００２０】
１軸の保持機構２０は、単軸ロボット２１と、対象物となる被組付部品５２を保持する治具２２を搭載した機構である。また、駆動源としてのモータ（不図示）と治具２２の移動量を検出するためのエンコーダ（不図示）が取り付けられている。
【００２１】
システム制御部３０は、多関節ロボット１０及び保持機構２０からなる協働システムの動作を制御する。多関節ロボット制御部３１は、多関節ロボット１０を構成するロボットアーム本体１１及びエンドエフェクタ１２の動作を制御する。保持機構制御部３２は保持機構２０の単軸ロボット２１を駆動制御する。そして予めプログラミングされた作業手順にしたがって多関節ロボット制御部３１及び保持機構制御部３２による協働システム全体を駆動制御する演算処理部３３を備えている。
【００２２】
また演算処理部３３において動作する制御プログラム、各種制御に用いられるパラメータ、データ等を格納したＲＯＭ、制御動作に係る各種変数やデータを記憶するＲＡＭ等からなるデータ記憶部３６を備えている。さらに多関節ロボットのアームに取り付けられた力センサ等の検出値や各種動作状態に応じたデータを取得するデータ取得部３４、ティーチングペンダント等の外部機器とデータ通信を行うための入出力インターフェース３５を備えている。
【００２３】
そして、システムの動作開始に応じて、演算処理部３３はデータ記憶部３６よりシステム全体を制御するための制御プログラム及び作業手順を表すデータを読み出してワークエリアに展開する。そして作業手順にしたがって多関節ロボット１０及び保持機構２０の動作を制御するための指令を多関節ロボット制御部３１、保持機構制御部３２へと出力する。
【００２４】
そして多関節ロボット制御部３１、保持機構制御部３２は演算処理部３３からの指令に応じてそれぞれ多関節ロボット１０（ロボットアーム本体１１、エンドエフェクタ１２）、保持機構２０（単軸ロボット２１）の各駆動伝達系のモータを駆動制御する。
【００２５】
また同時に多関節ロボット１０、保持機構２０それぞれの動作状態は、各駆動伝達系のエンコーダ、力センサ、トルクセンサ等、各種センサによって検出される。そしてステータス情報として多関節ロボット制御部３１、保持機構制御部３２へとフィードバックされ、各制御部における駆動制御に用いられる。
【００２６】
また多関節ロボット１０と保持機構２０の連携動作を円滑に行うために、ロボットアーム本体１１の先端に設けられた力覚センサ１３の検出値がデータ取得部３４によって取得され、演算処理部３３へと供給されている。演算処理部３３はこの力センサの検出値を用いて、多関節ロボットの動作状態を検出し、以下に示すような多関節ロボット１０と保持機構２０の連携動作を正確かつ円滑に実行することができる。
【００２７】
なお多関節ロボット制御部３１、保持機構制御部３２、演算処理部３３は、ハードウエアで構成してもよいが、マイクロプロセッサなどからなるＣＰＵによって実現することもできる。
【００２８】
多関節ロボット制御部３１は、演算処理部３３より出力された制御指令に基づき、エンドエフェクタ１２の目標位置及び姿勢に対して、ロボットアーム本体１１の各関節の取るべき角度を計算する。その計算結果を各関節のモータを制御する駆動手段へと指令値を出力し、ロボットアーム本体１１の各関節を駆動制御する。またエンドエフェクタ１２のモータを制御し組付部品５１の保持を行う。
【００２９】
さらに、ロボットアーム本体１１の各関節に搭載された各エンコーダからエンドエフェクタ１２の位置情報がフィードバック制御される。
【００３０】
また保持機構制御部３２は、演算処理部３３より出力された制御指令に基づき、固定治具２２の目標位置及び姿勢に対して、単軸ロボット２１のモータの取るべき角度を計算する。その計算結果を、モータを制御する駆動手段へと指令値を出力し、単軸ロボット２１のモータを駆動制御する。
【００３１】
さらに、単軸ロボット２１に搭載されたエンコーダから固定治具２２の位置情報がフィードバック制御される。
【００３２】
そして演算処理部３３は、データ取得部３４より取得したデータを基に、予めプログラミングされた作業手順にしたがってロボットアーム本体１１と単軸ロボット２１の目標制御位置及び駆動量等を演算する。
【００３３】
次に本発明の第１の実施形態における嵌め合い部品の組付方法を、図２、図３、図４を用いて説明する。図２は本発明の第１の実施形態におけるロボットシステムの概略構成図に絶対座標系、ツール座標系、センサ座標系を併記したものである。図３は嵌め合い組付動作を説明する動作図である。図４は嵌め合い組付時のロボット動作を説明するフローチャートである。
【００３４】
図２より、説明を簡単にするため、点Ｏを原点とする絶対座標（ＯｘＯｙＯｚ座標系）に対し、部品組み付け時の組付方向はＯｚ軸のマイナス方向とする。また、紙面奥方向にＯｙ軸が存在する。
【００３５】
同図において、エンドエフェクタ１２にはフランジ面に点Ｏｔを原点とするツール座標（ＴｘＴｙＴｚ座標系）がＴｚ軸をＯｚ軸と平行になるように設定されている。また、ＯｘＯｙＯｚ座標系の各軸と同様にＴｘ軸、Ｔｚ軸、Ｔｙ軸が存在する。
【００３６】
同様に、力覚センサ１３には点Ｏｓを原点とするセンサ座標（ＳｘＳｙＳｚ座標系）が設定される。また、ＯｘＯｙＯｚ座標系の軸と同様にＳｘ軸、Ｓｙ軸、Ｓｚ軸が存在する。
【００３７】
また、組付部品５１は円環部品、被組付部品５２は円筒部品である。円環部品の嵌め合い精度は０．２ｍｍ以上と精度の低い部品の嵌め合い組付動作を例にとり説明する。エンドエフェクタ１２は組付部品５１を、その嵌め合い軸Ｌ１とＴｘＴｙＴｚ座標系のＴｚ軸が同軸線上或は略平行になるように組付部品５１の外形を均等に把持している。
【００３８】
また保持機構２０は被組付部品５２の嵌め合い軸Ｌ２の方向と単軸ロボット２１の駆動方向ＬＢが一致するように、治具２２で被組付部品５２を事前に保持している。さらに、単軸ロボット２１の駆動方向ＬＢはＯｘＯｙＯｚ座標系のＯｚ軸と略平行にし、多関節ロボット１０の可動範囲ＲＡと保持機構２０の可動範囲ＲＢが重なる共有可動範囲Ｒが存在するように各配置が設定されている。この範囲Ｒにおいて組付動作を行う。
【００３９】
以下、多関節ロボット１０と保持機構２０による部品組付動作を図３と、図４のフローチャートを用いて説明する。図３より、本実施形態における組付では、まず図３（ａ）に示すように、多関節ロボット１０は、部品供給機（不図示）などから組付部品５１を取得し、エンドエフェクタ１２によって把持した状態にある。その際、組付部品５１の嵌め合い軸Ｌ１とＴｘＴｙＴｚ座標系のＴｚ軸が一致するように組付部品５１を把持している。そして、多関節ロボット１０により任意の位置へ組付部品５１を移動させる（ステップＳ１０１）。
【００４０】
図３（ｂ）は、組付部品５１の嵌め合い軸Ｌ１が被組付部品５２の嵌め合い軸Ｌ２と同一線上になる保持機構３０の上方位置へ、多関節ロボット１０により組付部品５１を移動させた状態である。点Ｐは組付開始点であり、点Ｐから１０ｍｍ上空の位置に組立部品５１がある（ステップＳ１０２）。
【００４１】
この上方位置で停止している状態で多関節ロボット１０においてインピーダンス制御を開始する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
図３（ｃ）は被組付部品５２が保持機構２０にて組付部品５１側に駆動方向ＬＢに移動し、組付開始点Ｐを通過している時の状態である（ステップＳ１０４）。このときにエンドエフェクタ１２に加わっている外力を力覚センサ１３により検出しデータ取得部３４により取得し、演算処理部３３へと入力する。
【００４３】
そして演算処理部３３は、検出された外力から、部品同士が接触したと判断する。そして後述するインピーダンス制御モデルを基に多関節ロボット１０と保持機構２０の状況、すなわち組付部品５１，５２の位置関係を検出し、多関節ロボット制御部３１と保持機構制御部３２へと制御指令（制御目標値）を演算して出力する。これに基づき、多関節ロボット制御部３１と保持機構制御部３２は各モータに演算処理部３３からの指令に応じた駆動制御値を出力する。そしてエンドエフェクタ１２をＴｘ−Ｔｙ平面方向にインピーダンス制御しながら、保持機構２０を駆動させ、組み付けを行う。
【００４４】
ここで、インピーダンス制御の概要について説明する。インピーダンス制御とは、ロボットを、その実際の質量や粘性特性や弾性特性に関わらず、あたかも作業に適したそれらの値を持つかのように動作させる制御手法である。これは、ロボットに取り付けられた力覚センサなどから得られる力情報に基づいて運動方程式を解き、ロボットをその解に従って動作させる制御手法である。この運動方程式を適切に設定することにより、マニピュレーター等のロボットを、あたかも所定の質量、粘性、弾性を持っているかのごとく動作させることが可能になる。インピーダンス制御のモデルは下式（１）に示すような運動方程式で表すことができる。
【００４５】
【数１】
2019010700.tif 000003
上式（１）において、ｍは質量、μは粘性係数、ｋは弾性係数、ｆは力、ｘは目標位置からの変位である。本実施形態ではｘ軸の他にｙ軸、ｚ軸も存在しているため上式のｘの部分をｙ、ｚに変えて各軸のインピーダンス制御モデルとしている。またｘの１次微分、２次微分は、各々、速度、加速度に対応する。
インピーダンス制御では、上式（１）の特性をエンドエフェクタ１２に持たせるための制御系を構成する。即ち上式（１）で表される仮想質量、仮想粘性係数、仮想弾性係数を、あたかもエンドエフェクタ１２が持っているかのように制御を行う。
【００４６】
このように、エンドエフェクタ１２の質量に粘性要素と弾性要素が各方向に設定されるモデルにおいて、エンドエフェクタ１２が別の物体に接触する際、それぞれ粘性係数と弾性係数に応じた粘性、弾性をもって物体に力が作用するようにした制御である。本実施形態では設定された粘性係数と弾性係数をデータ記憶部３６に格納している。これら設定された各係数と、力覚センサ１３から検出された力情報と［数式１］で算出された各係数の差分をキャンセルするよう各制御部で指令値を演算する。
【００４７】
図３（ｃ）の状態において、この時のインピーダンス制御を実行する方向は保持機構２０の駆動方向ＬＢと略直交する平面内、つまりツール座標系Ｔｘ−Ｔｙ平面内の方向とする。すなわち多関節ロボット１０のエンドエフェクタ１２に把持された組付部品５１と、保持機構２０に保持された組付部品５２との位置ずれが生じる前記平面内においてはインピーダンス制御により粘性をもって探りながら位置合わせが行われる。そして保持機構２０の駆動方向ＬＢの方向にはインピーダンス制御が行われないように、あるいは抑制するように制御する。こういった制御レンジを持たせることで保持機構２０の移動方向には多関節ロボット１０が移動しづらくなり、保持機構２０の直動による組付部品５１、５２の嵌合動作を容易かつ確実に行うことができる。
【００４８】
このインピーダンス制御は、力覚センサ１３からの各軸データを取得して演算処理部３３にフィードバックし、組付部品５１，５２の状態を検出し、ロボットアーム１１に必要な制御値が演算されることによって実行される。尚、力覚センサ１３の検出値は、必要に応じてデータ記憶部３６に記憶される（ステップＳ１０４）。
【００４９】
図３（ｄ）は被組付部品５２が保持機構２０にて組付部品５１側の組付完了点Ｐ’に移動完了し、組付が完了した状態である。さらに組付部品５２を駆動方向ＬＢに移動させると、組付部品５１が嵌合する被組付部品５２の径より大きな径の部分に接触し力覚センサ１３のＳｚ軸に外力Ｆがかかる。このとき、データ記憶部３６にて事前に決定している閾値と比較する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
Ｓｚ軸にかかる外力Ｆが閾値を超えた場合、組付完了と判断し、保持機構２０の直動動作を停止し、インピーダンス制御を終了する（ステップＳ１０６）。このとき保持機構２０のエンコーダから検出された停止位置が予め決定してある範囲内であれば、組付が成功したと判定し、範囲外であれば組付失敗と判定を行う（ステップＳ１０７）。
【００５１】
組付失敗の場合は、不図示のモニター等にエラー表示を行い、ロボットシステム１を停止する（ステップＳ１１０）。
【００５２】
図３（ｅ）では組付が完了したため、エンドエフェクタ１２をアンクランプ（ステップＳ１０８）して、上空に退避させ（ステップＳ１０９）、次の組付作業の準備に移行する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、保持機構の単軸ロボットにて組付の直進動作を行うため、重量が大きい部品でも組付時の振動を低減することができる。また、多関節ロボットをインピーダンス制御する際、単軸ロボットにより組付時の直進動作を行うため、インピーダンス制御する方向が少なくなり、複雑な制御を簡素化することができる。
【００５４】
なお、本実施例は組付動作を例にして説明したが、嵌合されている部品を取り外す場合にも使用できる。その際、組付いている部品を保持し、被組付部品側を取り外し方向に動かすことでスムーズに組付部品を取り外すことができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明は、被組付部品の円筒部品が長物であり組付開始位置が大きく制限される場合にも適用可能である。
【００５６】
ロボットシステムの構成自体は、図１で説明した第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態と同一ないし相当する構成については同一の参照符号を用いる。そしてそれらの説明は省略ないし簡略化するものとし、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
本実施形態では、図１に示す第１の実施の形態と同様に、ロボットシステム１を用い、保持機構２０の代わりに後述する保持機構２０’を用いる。図５に示すロボットシステム２は、多関節ロボット１０、保持機構２０’、システム制御部３０を備える。
【００５８】
図５は本発明の第２の実施の形態におけるロボットシステム２の概略構成を、一部ブロック図を用いて記載した概略図である。ロボットシステム２は多関節ロボット１０と、１軸の保持機構２０’と、多関節ロボット１０と１軸の保持機構２０’の動作を制御するシステム制御装置３０によって構成されている。
【００５９】
１軸の保持機構２０は、単軸ロボット２１’と、被組付部品５２を保持する治具２２’を搭載した機構である。また、駆動源としてのモータ（不図示）と治具２２’の移動量を検出するためのエンコーダ（不図示）が取り付けられている。
【００６０】
システム制御装置３０の構成、多関節ロボット１０の構成は第１の実施の形態と同様であるため割愛する。
【００６１】
次に本発明の第２の実施の形態における嵌め合い部品の組付方法を、図４、図６、図８を用いて説明する。図４は第１の実施の形態の嵌め合い組付時のロボット動作を説明するフローチャートである。図６は本発明の第２の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成図に絶対座標系、ツール座標系、センサ座標系を併記したものである。図８は嵌め合い組付動作を説明する動作図である。図６では、各座標系、嵌め合い軸は第１の実施の形態の図２と同様に設定されている。
【００６２】
ここで、図６より本発明の第２の実施の形態における被組付部品５２’は長物の嵌め合い部品である。組付部品５１は内径Φ２０ｍｍのベアリング、被組付部品５２’は４００ｍｍ程度の長物部品であり、先端部５２’ａが外形Φ２０ｍｍの円筒形状になっている。また、円環部の嵌め合い精度は０．２ｍｍ以下と精度の高い部品となっている。
【００６３】
また、先端部５２’ａが長いため、組付部品５１を均等に外形把持して組付けようとすると、組付完了位置に達する前にエンドエフェクタ１２に先端部５２’ａが当接してしまう。（図７に示した状態）そのため片側を把持してぶら下げるような状態（図８に示した状態）の把持でしか組付ができないものとする。
【００６４】
単軸ロボット２１’と治具２２’は長物の被組付部品を保持するため、第１の実施の形態のものよりも長く広く設けられている。
【００６５】
図６より、エンドエフェクタ１２は組付部品５１の嵌め合い軸Ｌ１とＴｘＴｙＴｚ座標系のＴｘ軸が略平行になるように組付部品５１を片側把持している。
【００６６】
保持機構２０’は被組付部品５２’の嵌め合い軸Ｌ２’の向きと単軸ロボット２１’の駆動方向ＬＢ’が一致するように、治具２２’で被組付部品５２’を保持している。さらに、単軸ロボット２１’の駆動軸方向ＬＢ’は絶対座標系Ｏｘ軸と略平行に、且つ多関節ロボット１０の可動範囲ＲＡと保持機構２０’の可動範囲ＲＢ’が重なるよう共有可動範囲Ｒ’を設けるように配置している。共有可動範囲Ｒ’で組付を行う。
【００６７】
以下、組付動作図とフローチャートを用いて説明する。図４、図８より、本実施形態における組付では、まず図８（ａ）に示すように、多関節ロボット１０より供給機（不図示）などから組付部品５１を取得してくる。その際、組付部品５１の嵌め合い軸Ｌ１と被組付部品５２’の嵌め合い軸Ｌ２’が同軸線上になるように組付部品５１を片側把持している。そして、多関節ロボット１０により任意の位置へ組付部品５１を移動させる（ステップＳ１０１）。
【００６８】
図８（ｂ）は組付部品５１の嵌め合い軸Ｌ１を被組付部品５２’の嵌め合い軸Ｌ２’と同一線上の上空へ多関節ロボット１０により組付部品５１を移動させた状態である。組付開始点Ｐより紙面向かって左側に１０ｍｍ離れた位置にある（ステップＳ１０２）。
【００６９】
この上空で停止している状態で多関節ロボット１０のインピーダンス制御を開始する。
【００７０】
（ステップＳ１０３）
図８（ｃ）は被組付部品５２’が保持機構２０’にて組付部品５１側に駆動方向ＬＢ’に移動し、組付開始点Ｐを通過している時の状態である（ステップＳ１０４）。この時にエンドエフェクタ１２に加わっている外力を力覚センサ１３により検出しデータ取得部３４で取得し、演算処理部３３へと入力する。
【００７１】
そして演算処理部３３は、検出された外力から、部品同士が接触したと判断する。そして第１の実施の形態と同様に制御モデルを基に多関節ロボット１０と保持機構２０’の状況、すなわち組付部品５１，５２’の位置関係を検出し、多関節ロボット制御部３１と保持機構制御部３２へと制御指令（制御目標値）を演算して出力する。これに基づき、多関節ロボット制御部３１と保持機構制御部３２は各モータに演算処理部３３からの指令に応じた駆動制御値を出力する。そしてエンドエフェクタ１２をインピーダンス制御しながら、保持機構２０’を駆動させ、組み付けを行う。
【００７２】
この時のインピーダンス制御方向は保持機構２０’の駆動方向ＬＢ’と略直交する平面、つまりツール座標系Ｔｙ−Ｔｚ平面となる。（ステップＳ１０４）。
【００７３】
図８（ｄ）は組付部品５１が保持機構２０’にて被組付部品５２’側の組付完了点Ｐ’に移動完了し、組付が完了した状態である。さらに被組付部品５２’を駆動方向ＬＢ’に移動させると、組付部品５１が嵌合する被組付部品５２’の径より大きな径の部分に接触し力覚センサ１３のＳｘ軸に外力Ｆ’がかかる。このとき、データ記憶部３６にて事前に決定している閾値と比較する（ステップＳ１０５）。
【００７４】
Ｓｘ軸にかかる外力Ｆ’が閾値を超えた場合、保持機構２０’の停止と、インピーダンス制御を終了する（ステップＳ１０６）。このときの保持機構２０’のエンコーダから検出された停止位置が予め決定してある範囲内であれば、組付が成功したと判定し、範囲外であれば組付失敗と判定を行う（ステップＳ１０７）。
【００７５】
組付失敗の場合は、不図示のモニター等にエラー表示を行い、ロボットシステム２を停止する（ステップＳ１１０）。
【００７６】
図８（ｅ）は組付が完了したため、エンドエフェクタ１２をアンクランプ（ステップＳ１０８）して、上空に退避した状態（ステップＳ１０９）である。
【００７７】
以上により、本実施形態は嵌合精度が高く、かつ組付対象となる部品の制約により組付を行う際の把持姿勢が限定されてしまう組付動作に対しても対応することができる。
【００７８】
また、組付の際の直進動作を単軸ロボットで行っているため振動が少なく、平面でインピーダンス制御するので、インピーダース制御を簡素化することができる。
【００７９】
なお、組付部品の取り外しの動作においても第１の実施の形態と同様に行うことができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
第１の実施の形態、第２の実施の形態では一つの保持機構を使用していたが、複数の保持機構を設けても実施可能である。保持機構は任意の位置に設けることができるため、多関節ロボットの把持姿勢を自由に設定することができる。
【００８１】
ロボットシステムの構成自体は、図１で説明した第１の実施の形態と同様であるため、第１の実施の形態と同一ないし相当する構成については同一の参照符号を用いる。また、それらの説明は省略ないし簡略化するものとし、第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【００８２】
本実施形態では、図１に示す第１の実施の形態と同様に、ロボットシステム１を用い、複数の保持機構２０を用いる。つまり図９に示すロボットシステム３は、多関節ロボット１０、複数の保持機構２０、２０’’、２０’’’、システム制御部３０を備える。保持機構２０、２０’’、２０’’’は説明の便宜上付されているだけで、構成に関しては第１の実施の形態の保持機構２０と同様である。
【００８３】
図９は本発明の第３の実施の形態におけるロボットシステムの概略構成図に絶対座標系、ツール座標系、センサ座標系を併記したものである。本実施形態におけるロボットシステムにおいて、ロボットシステム３は多関節ロボット１０と、保持機構２０、２０’’、２０’’’と、ロボットシステム制御装置３０を備えている。多関節ロボット１０、保持機構２０、２０’’、２０’’’、制御装置３０は第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様であるため説明を割愛する。
【００８４】
多関節ロボット１０の可動範囲ＲＡは各保持機構の単軸ロボット２１、２１’’、２１’’’の可動範囲ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３が重なる共有可動範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を設けるように配置している。各範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で組付動作が行われる。
【００８５】
また、保持機構制御部３２は保持機構２０、２０’’、２０’’’を各々制御できるようになっている。
【００８６】
これにより、組付部品の組付方向を様々な方向に設定することができ、どの方向からも組付が可能となり、多関節ロボットの可動範囲を有効に使用することができる。また被組付部品が各単軸ロボットにて組付部品側に移動することで、多関節ロボットの直進動作よりも、精度よく組付することができる。
【００８７】
さらに、第１の実施の形態、第２の実施の形態で述べたインピーダンス制御を行うことで、高精度な組付が可能となる。
【００８８】
以上述べた第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態では円環部品の嵌め合い組み付けに限ったものではない。例えば、四角形状の嵌め合い組付であれば、インピーダンス制御方向を被組付部品の移動方向に直交する平面だけでなく、移動方向の回転軸方向にもインピーダンス制御を同時に実行することで、組付を実現することができる。
【００８９】
また、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態の組付処理手順は具体的にはロボットシステム制御装置３０により実行されるものである。従って上述した機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記録媒体をロボットシステム制御装置３０に供給し、演算処理部３３がデータ記憶部３６に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるよう構成することができる。この場合、データ記憶部３６から読み出されたプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体およびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
【００９０】
また、各実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ或いはＲＡＭであり、ＲＯＭ或いはＲＡＭにプログラムが格納される場合について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明を実施するためのプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は産業用ロボットに利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、２、３  ロボットシステム
１０  多関節ロボット
１１  ロボットアーム本体
１２  エンドエフェクタ
１３  力覚センサ
２０、２０’、２０’’、２０’’’  保持機構
２１、２１’、２１’’、２１’’’  単軸ロボット
２２、２２’、２２’’、２２’’’  固定治具
３０  システム制御装置
３１  多関節ロボット制御部
３２  保持機構制御部
３３  演算処理部
３４  データ取得部
３５  入出力インターフェース
３６  データ記憶部
５１  組付部品
５２  被組付部品
６０  絶対座標系
７０  ツール座標系
８０  センサ座標系
９０  ティーチングペンダント
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２’  嵌め合い軸
ＲＡ  多関節ロボット可動範囲
ＲＢ、ＲＢ’、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３  保持機構可動範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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