(57)【要約】【課題】蓋付き容器の蓋閉めを容易に確実に行うことができるロボット、ロボットシステム、及び制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】ロボットは、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすロボット。
【請求項２】
前記雄螺子と前記雌螺子とが接触した場合、前記雄螺子と前記雌螺子との相対位置を動かして前記雄螺子と前記雌螺子を螺合させる請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記雄螺子と前記雌螺子を螺入または螺出する回転動作を、前記回転動作とは異なる動作をさせながら行う請求項１または請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記雌螺子を把持する把持部に加わる力を検出する力覚センサーを備え、
前記雌螺子と前記雄螺子とを螺入する方向に締め付けるときに、前記力覚センサーの値が閾値以上で前記締め付けを停止する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
前記雄螺子は容器にあり、前記雌螺子は蓋にある、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
制御装置によって制御されるロボットと、
雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすように前記ロボットを制御する前記制御装置と、
を備えるロボットシステム。
【請求項７】
雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすようにロボットを制御する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、ロボットシステム、及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生産現場において、人が行ってきた作業を機械化や自動化するために、生産装置の導入が増えている。
機械化や自動化のために、例えば、雄螺子と雌螺子とを螺合させる螺子締付装置が開発されている。螺子締付装置において、螺子の締め付けを確実に行うために、螺子締付装置であるロボットを構成するロボットアームに、ベクトル方向とモーメント方向との外部作用力を検出する力センサーを取り付けることが検討されている。このような螺子自動締付装置では、力センサーの出力結果に基づいて雄螺子と雌螺子の軸線を一致させるべくロボットを変位させ、当該軸線が一致した後、力センサーの出力による力制御を螺子締付軸方向に対してのみ行うことが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、蓋付き容器の蓋閉めにおいては、埃や菌などの混入や有害薬品による災害を防ぐため、機械化や自動化が要望されている。なお、蓋付き容器とは、例えば、ペットボトル、薬品瓶、食料品用の瓶、飲料用の缶または瓶などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、ペットボトルや瓶などの容器の蓋を閉める螺合作業のとき、瓶の雄螺子と蓋の雌螺子との軸が一致していても、瓶の雄螺子と蓋の雌螺子とがうまく噛み合わず適切に螺合できない場合もあった。このため、装置の管理者や作業者は、対象物等に応じて装置のプログラムや設定値を教示する必要があった。このような教示には、専門的な知識や試行錯誤を伴うノウハウの蓄積が必要である。このため、このような装置は、専門知識やノウハウを有する限られたユーザーにしか導入されていなかった。
【０００６】
本発明は、前記の点に鑑み為されたものであり、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができるロボット、ロボットシステム、及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすロボットである。
この構成により、ロボットは、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、螺合する方向に動かす。これにより、雄螺子と雌螺子の螺子山が適切に噛み合い、ロボットでは、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【０００８】
本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記雄螺子と前記雌螺子とが接触した場合、前記雄螺子と前記雌螺子との相対位置を動かして前記雄螺子と前記雌螺子を螺合させるようにしてもよい。
この構成により、ロボットは、雄螺子と雌螺子とが接触した場合、雄螺子と雌螺子との相対位置を動かして雄螺子と雌螺子を螺合させる。これにより、ロボットでは、螺合のエラーを防ぎ、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【０００９】
本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記雄螺子と前記雌螺子を螺入または螺出する回転動作を、前記回転動作とは異なる動作をさせながら行うようにしてもよい。
この構成により、ロボットは、雄螺子と雌螺子を螺入または螺出する回転動作を、回転動作とは異なる動作をさせながら行う。これにより、ロボットでは、１度の作業工程により、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【００１０】
本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記雌螺子を把持する把持部に加わる力を検出する力覚センサーを備え、前記雌螺子と前記雄螺子とを螺入する方向に締め付けるときに、前記力覚センサーの値が閾値以上で前記締め付けを停止するようにしてもよい。
この構成により、ロボットは、雌螺子を把持する把持部に加わる力を検出する力覚センサーを備え、雌螺子と雄螺子とを螺入する方向に締め付けるときに、力覚センサーの値が閾値以上で締め付けを停止する。これにより、ロボットでは、雄螺子または雌螺子を有する対象物の一方、または両方の破損を防ぐことができる。
【００１１】
本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記雄螺子は容器にあり、前記雌螺子は蓋にあるようにしてもよい。
この構成により、ロボットでは、雄螺子は容器にあり、雌螺子は蓋にある。これにより、ロボットでは、雌螺子を有する蓋を、雄螺子を有する容器に確実に締め付けることができる。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、制御装置によって制御されるロボットと、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすように前記ロボットを制御する前記制御装置と、を備えるロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムでは、ロボットが、制御装置によって制御され、制御装置が、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、螺合する方向に動かすように前記ロボットを制御する。これにより、ロボットシステムでは、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、前記螺合する方向に動かすようにロボットを制御する制御装置である。
この構成により、制御装置では、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、螺合する方向に動かすようにロボットを制御する。これにより、制御装置では、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【００１４】
以上のように、本発明によれば、ロボット、ロボットシステム、及び制御装置では、雄螺子と雌螺子の一方または両方を、これらが螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、螺合する方向に動かす。
これにより、ロボット、ロボットシステム、及び制御装置では、雄螺子と雌螺子との螺合作業を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボットシステムの概略的な構成例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る対象物と対象物が取り付けられる物体を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る角瓶に蓋を締め付ける処理手順のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る蓋を開ける処理手順のフローチャートである。
【図５】他の構成例に係るロボットシステムの概略的な構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
［本実施形態に係るロボットシステムの概要］
図１は、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１の概略的な構成例を示す図である。
本実施形態に係るロボットシステム１は、ロボット制御装置１０、ロボット２０、及び撮影部３０を備える。ロボット２０とロボット制御装置１０とは、回線４１を介して接続される。撮影部３０とロボット制御装置１０とは、回線４２を介して通信可能に接続される。回線４１及び４２は、有線または無線である。
【００１７】
撮影部３０は、カメラを用いて構成されており、画像を撮影する。撮影部３０は、有線または無線の回線４２を介して、撮影した画像の情報をロボット制御装置１０における制御部１０１の対象物画像取得部１１１へ送信する。
本実施形態では、撮影部３０は、把持部２３により把持される対象物５０を含む画像を撮影することが可能な配置で備えられる。撮影部３０が配置される場所は、例えばロボット２０が設置されている台の上面、ロボット２０における他の任意の場所に備えられてもよく、ロボット２０以外の場所として、床面、天井、壁面などに固定されて備えられてもよい。また、撮影部３０は、例えば、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、撮影方向や撮影角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。また、撮影部３０は、ロボット２０に一体に含まれていてもよい。
【００１８】
ロボット２０は、１本のマニピュレーター２１を備える単腕のロボットであり、マニピュレーター２１の先端部に把持部２３及び力覚センサー２２を備える。なお、それぞれのマニピュレーター２１の自由度は、任意の自由度であってもよく、例えば、３軸の自由度であってもよく、６軸以上の自由度であってもよい。また、マニピュレーター２１の各軸にはセンサーが取り付けられている。
【００１９】
把持部２３は、把持する対象物５０を把持する。本実施形態では、把持部２３は、ペットボトルのキャップ、瓶の蓋、缶のスクリューキャップ、瓶のスクリューキャップ等の蓋付き容器の蓋を対象物５０として保持する。以下、本実施形態では、キャップ、蓋、スクリューキャップ等を蓋という。このため、以下の説明では、対象物５０の例として、蓋について説明する。なお、蓋付き容器とは、例えば、ペットボトル、薬品瓶、食料品用の瓶、飲料用の缶または瓶などである。
【００２０】
力覚センサー２２は、把持部２３（ハンド）に加わる力とモーメントとを検出し、検出した力とモーメントを示す値を、回線４１を介してロボット制御装置１０に出力する。
【００２１】
＜本実施形態に係るロボット制御装置の概要＞
ロボット制御装置１０は、制御部１０１、記憶部１０２、入力部１０３、及び出力部１０４を備える。ロボット制御装置１０は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて、位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および姿勢（θＸ、θＹ、θＺ）を制御する。例えば、各センサーは、各軸を駆動するモーターに取り付けられていている。なお、ロボット制御装置１０が行う制御は、位置だけでもよい。
【００２２】
制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ；中央演算処理装置）などを用いて構成されており、各種の処理を行う。本実施形態では、制御部１０１は、把持部２３に対象物５０を把持させ、対象物５０を把持した把持部２３を所定の位置まで移動させるように制御する。そして、制御部１０１は、力覚センサー２２の出力に基づいてインピーダンス制御を行うことで、対象物５０を、例えばペットボトルの雄螺子と螺合するように制御する。
記憶部１０２は、各種の情報を記憶する記憶媒体を含んで構成される。記憶部１０２は、例えば、制御部１０１で使用されるプログラムの情報や、各種の処理で使用されるパラメーター（例えば、数値）の情報などを記憶する。
【００２３】
入力部１０３は、外部からの入力を受け付ける。入力部１０３は、例えば、ロボットシステム１の作業者であるユーザーにより操作された操作入力を受け付けるキーボードやマウスなどを含んで構成される。また、入力部１０３は、例えば、外部の装置からの入力を受け付ける機能を含んで構成されてもよい。
出力部１０４は、外部への出力を行う。出力部１０４は、例えば、ユーザーに対して各種の情報を画像で表示する画面（例えば、液晶ディスプレイ）や、ユーザーに対して音声の情報を出力するスピーカーなどを含んで構成される。また、出力部１０４は、例えば、外部の装置へ情報を出力する機能を含んで構成されてもよい。
【００２４】
ここで、インピーダンス制御の概要を説明する。
インピーダンス制御とは、ロボット２０に外力が加わったとき、外力とその外力による変位が希望する質量、ばね、粘性系の応答となるようにアクチュエーターの駆動トルクを制御する制御手法である（例えば、非特許文献、わかりやすいロボットシステム入門、松日楽  信人、他、オーム社、２０１０．７．１５、ｐ１３１−ｐ１３４参照）。
【００２５】
＜本実施形態に係るロボット制御装置の制御部の概要＞
制御部１０１は、対象物画像取得部１１１、センサー出力取得部１１２、制御信号生成部１１３、及びロボット制御部１１４を備える。
【００２６】
対象物画像取得部１１１は、有線または無線の回線４２を介して、撮影部３０により撮影された画像の画像情報を受信して取得し、取得した画像情報を制御信号生成部１１３に出力する。本実施形態では、対象物画像取得部１１１により取得される画像の情報には、当該画像に映る対象物の画像の情報が含まれる。
【００２７】
センサー出力取得部１１２は、力覚センサー２２が、回線４１を介して送信した力とモーメントを示す値とを取得し、取得した力とモーメントを示す値とを制御信号生成部１１３に出力する。また、センサー出力取得部１１２は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値を取得し、取得したセンサーの検出値を制御信号生成部１１３に出力する。
【００２８】
制御信号生成部１１３は、センサー出力取得部１１２から入力された力とモーメントに基づいて、ロボット２０（本実施形態では、マニピュレーター２１、力覚センサー２２、及び把持部２３）を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をロボット制御部１１４に出力する。また、制御信号生成部１１３は、センサー出力取得部１１２から入力されたセンサーの検出値に基づいて、ロボット２０の位置や姿勢を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号をロボット制御部１１４に出力する。さらに、制御信号生成部１１３は、対象物画像取得部１１１から入力された画像情報と、記憶部１０２に予め記憶されている目標となる目標画像（参照画像などともよばれる）とを比較して、ビジュアルサーボを行うための制御信号を生成し、生成した制御信号をロボット制御部１１４に出力する。ここで、ビジュアルサーボとは、カメラにより撮影される画像のデータに基づいて、視覚的なフィードバック制御を行う制御手法である。
【００２９】
ロボット制御部１１４は、制御信号生成部１１３から入力された制御信号に基づいて、ロボット２０を制御する。具体的には、ロボット制御部１１４は、力覚センサー２２によって検出される力を一定とするフィードバックを行うようにインピーダンス制御によって、ロボット２０を制御する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態に係る対象物と対象物が取り付けられる物体を説明する図である。図２に示す例では、対象物５０である蓋５１が取り付けられる物体は、例えば角型の瓶や角型のペットボトルである。以下、本実施形態では、角型の瓶や角型のペットボトル等を角瓶６０という。角瓶６０の大きさは、例えば胴幅が３５ｍｍ〜９２ｍｍであり、例えば容量が５０ｍＬ〜１Ｌである。また、蓋５１及び角瓶６０の材質は、例えば樹脂である。
図２に示すように、角瓶６０は、平面ブロックである固定部材７０によって両側から挟み込まれてネジ締め固定されている。なお、固定部材７０と角瓶６０との接部には、滑り止めのゴムが貼り付けられている。固定部材７０の材質は、例えばＡ５０５２である。
また、符号ｒ１で示した曲線の矢印は、蓋５１を開けるときの回転方向を示している。符号ｒ２で示した曲線の矢印は、蓋５１を締めるときの回転方向を示している。
また、図２において、符号ｐ１及びｐ２は、開始点を示している。ここで、開始点とは、後述するように、把持部２３によって把持された蓋５１を、移動させてくる目標点であり、例えば角瓶６０の口の重心である。
【００３１】
次に、ロボットシステム１によって、角瓶６０に蓋５１を締め付ける処理手順を、図２と図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る角瓶６０に蓋５１を締め付ける処理手順のフローチャートである。なお、以下の説明において、蓋５１は、所定の位置に置かれている。また、以下の例では、蓋５１に雌螺子が切られており、角瓶６０の口に雄螺子が切られている。
【００３２】
（ステップＳ１）制御部１０１は、力覚センサー２２の出力に基づいてインピーダンス制御を行うことによって、把持部２３が蓋５１をつかむ（把持する）ように制御する。なお、制御部１０１は、この処理をビジュアルサーボによって行うようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ１終了後、処理をステップＳ２に進める。
【００３３】
（ステップＳ２）制御部１０１は、蓋５１を把持した状態で、例えば蓋５１の中心点を開始点に移動するように、ロボット２０を制御する。なお、制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて座標を算出して、開始点に移動するように制御する。
制御部１０１は、例えば予め定められている基準点に対する開始点の座標に移動させるようにしてもよい。または、制御部１０１は、撮影部３０によって撮影された画像を用いて開始点に蓋５１移動させるように制御するようにしてもよい。または、制御部１０１は、開始点まで移動するように制御した後、撮影部３０によって撮影された画像を用いて移動位置を補正するように制御してもよい。なお、撮影部３０によって撮影された画像を用いる場合、例えば記憶部１０２に予め目標となる位置に移動したときの目標画像を記憶させておき、制御部１０１は、記憶されている目標画像と撮影された画像とを比較し、撮像画像が目標画像と一致したとき開始点に移動したと判別するようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ２終了後、処理をステップＳ３に進める。
【００３４】
（ステップＳ３）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、予め定められている力で蓋５１を角瓶６０の口に押しつけながら、把持された蓋５１を図２の符号ｒ１で示した開ける方向（逆方向）に回転させるように制御する。なお、逆方向に回転させる角度は、例えば予め実験によって求め、求めた角度を記憶部１０２に記憶させておく。制御部１０１は、ステップＳ３終了後、処理をステップＳ４に進める。
【００３５】
（ステップＳ４）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、予め定められている力で蓋５１を角瓶６０の口に押しつけながら、把持された蓋５１を図２の符号ｒ２で示した閉じる（締める）方向（正方向）に回転させるように制御する。なお、正方向に回転させる角度は、例えば予め実験によって求め、求めた角度を記憶部１０２に記憶させておく。なお、正方向に回転させる角度と、逆方向に回転させる角度とのの大小関係は、例えば予め実験によって求め、求めた角度を記憶部１０２に記憶させておくようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ４終了後、処理をステップＳ５に進める。
【００３６】
（ステップＳ５）制御部１０１は、把持された蓋５１を所定の角度、正方向に回転させた後、把持部２３（ハンド）を開くように制御する。制御部１０１は、ステップＳ５終了後、処理をステップＳ６に進める。
（ステップＳ６）制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて、マニピュレーター２１（手）の回転をステップＳ５の回転開始時の状態に戻すように制御する。制御部１０１は、ステップＳ６終了後、処理をステップＳ７に進める。
【００３７】
（ステップＳ７）制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて、ロボット２０の姿勢をステップＳ５の回転開始時の状態に戻すように制御する。制御部１０１は、ステップＳ７終了後、処理をステップＳ８に進める。
（ステップＳ８）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、把持部２３が蓋５１をつかむ（把持する）ように制御する。なお、制御部１０１は、この処理をビジュアルサーボによって行うようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ７終了後、処理をステップＳ８に進める。
【００３８】
（ステップＳ９）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、予め定められている力で蓋５１を角瓶６０の口に押しつけながら、把持された蓋５１を正方向に回転させるように制御する。制御部１０１は、ステップＳ９終了後、処理をステップＳ１０に進める。
【００３９】
（ステップＳ１０）制御部１０１は、力覚センサー２２によって検出されるトルクと予め定められている閾値と比較して、蓋５１の回転が終点に達したか否かを判別する。なお、終点とは、蓋５１を締め終わり目標に達したゴールである。また、閾値とは、例えば蓋５１を角瓶６０に閉じた状態で、蓋５１を所定のトルクで逆方向に回転させた場合に蓋５１が回転しないトルクの値である。制御部１０１は、蓋５１の回転が終点に達したと判別した場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、ステップＳ１１に進み、蓋５１の回転が終点に達していないと判別した場合（ステップＳ１０；ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。
【００４０】
（ステップＳ１１）制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて現在位置の座標を取得し、取得した現在位置の座標を記憶部１０２に記憶させる。制御部１０１は、ステップＳ１１終了後、処理をステップＳ１２に進める。
（ステップＳ１２）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、把持された蓋５１を、予め定められている角度、逆方向に回転させるように制御し、蓋５１が動かないことを確認する。なお、確認のために逆方向に回転させる角度は、例えば予め実験によって求め、求めた角度を記憶部１０２に記憶させておく。制御部１０１は、蓋５１が動いた場合、まだ終点に達していないため、処理をステップＳ５に戻す。制御部１０１は、蓋５１が動かないことを確認できた場合、処理をステップＳ１３に進める。
【００４１】
（ステップＳ１３）制御部１０１は、把持部２３（ハンド）を開くように制御した後、マニピュレーター２１を初期位置に移動させるように制御する。
以上で、角瓶６０に蓋５１を締め付ける処理を終了する。
【００４２】
上述したように、本実施形態にかかるロボット（ロボット２０、ロボットシステム１、ロボット制御装置１０）は、雄螺子（角瓶６０の口）と雌螺子（蓋５１）の一方または両方を、螺合する回転方向とは逆の回転方向に動かした後に、螺合する方向に動かす。
これにより、本実施形態のロボット２０、ロボットシステム１、ロボット制御装置１０は、蓋付き容器の蓋閉めを容易に確実に行うことができる。また、ロボット２０ロボットシステム１、ロボット制御装置１０を操作する作業員が専門的な知識やノウハウを要していなくても、確実に蓋付き容器の蓋閉めを容易に確実に行うことができる。
【００４３】
また、本実施形態のロボット２０は、雄螺子（角瓶６０の口）と雌螺子（蓋５１）とが接触した場合、当該雄螺子と当該雌螺子との相対位置を動かして雄螺子と雌螺子を螺合させる。
また、本実施形態のロボット２０は、雄螺子（角瓶６０の口）と雌螺子（蓋５１）を螺入（締める、閉じる）または螺出（開ける）する回転動作を、回転動作とは異なる動作をさせながら行う。
すなわち、本実施形態において制御部１０１は、インピーダンス制御によって、最初に蓋５１と角瓶６０の口を接触させた後、蓋５１を締め付ける動作とは異なるように逆回転させるために、角瓶６０の口に切られている雄螺子と蓋５１に切られている雌螺子との相対位置を動かして、蓋５１と角瓶６０とを螺合させている。
これにより、本実施形態では、対象物５０である蓋５１が締め付けられる物体の角瓶６０が破損を防ぐことができる。
【００４４】
なお、上述した例では、制御部１０１が、把持部２３に把持させた蓋５１を開始点に移動させた後に蓋５１の締め付け処理を行う例を説明したが、これに限られない。例えば、蓋５１は、作業者が角瓶６０の口に乗せた状態から処理を開始するようにしてもよい。この場合、図３において、制御部１０１は、把持部２３を開始点まで移動させた後に蓋５１を把持させてから、ステップＳ３移行を実行させるように処理させるようにしてもよい。
【００４５】
なお、上述した例では、蓋５１を把持させて、角瓶６０に締め付ける例を説明したが、これに限られない。固定部材７０に蓋５１が把持され、把持部２３に角瓶６０を把持させて作業を行うようにしてもよい。この場合、ステップＳ３において、制御部１０１は、角瓶６０を蓋５１が締め付けられる方向とは逆方向に回転させるように制御するようにしてもよい。
または、後述するように、ロボットが双腕を備える場合、一方の腕の把持部に角瓶６０を把持させ、他方の腕の把持部に蓋５１を把持させるようにしてもよい。この場合、ステップＳ３において、蓋５１を逆回転させるとき、角瓶６０も蓋５１が締め付けられる方向とは逆方向に回転させるようにしてもよい。
【００４６】
なお、上述した例では、雌螺子の例として蓋５１、雄螺子の例として角瓶６０を説明したが、これに限られない。例えば、雄螺子と雌螺子であってもよい。この場合、把持部２３が把持した雄螺子を、固定部材に固定されている雌螺子を有する物体にねじ込むようにしてもよい。
【００４７】
次に、ロボットシステム１によって、角瓶６０に締め付けられている蓋５１を開ける処理手順を、図２と図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る蓋５１を開ける処理手順のフローチャートである。なお、以下の説明において、蓋５１は、角瓶６０に締め付けられている状態である。
【００４８】
（ステップＳ１０１）制御部１０１は、例えば蓋５１の中心点に移動するように、ロボット２０を制御する。次に、制御部１０１は、力覚センサー２２の出力に基づいてインピーダンス制御を行うことによって、把持部２３が蓋５１をつかむ（把持する）ように制御する。なお、制御部１０１は、この処理をビジュアルサーボによって行うようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ１０１終了後、処理をステップＳ１０２に進める。
【００４９】
（ステップＳ１０２）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、把持された蓋５１を逆方向に回転させるように制御する。なお、逆方向に回転させる角度は、例えば予め実験によって求め、求めた角度を記憶部１０２に記憶させておく。制御部１０１は、ステップＳ１０２終了後、処理をステップＳ１０３に進める。
（ステップＳ１０３）制御部１０１は、把持部２３（ハンド）を開くように制御する。制御部１０１は、ステップＳ１０３終了後、処理をステップＳ１０４に進める。
【００５０】
（ステップＳ１０４）制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて、マニピュレーター２１（手）の回転をステップＳ１０２の逆回転開始時の状態に戻すように制御する。制御部１０１は、ステップＳ１０４終了後、処理をステップＳ１０５に進める。
（ステップＳ１０５）制御部１０１は、マニピュレーター２１の各軸に取り付けられているセンサーの検出値に基づいて、ロボット２０の姿勢をステップＳ１０２の回転開始時の状態に戻すように制御する。制御部１０１は、ステップＳ１０５終了後、処理をステップＳ１０６に進める。
【００５１】
（ステップＳ１０６）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、把持部２３が蓋５１をつかむ（把持する）ように制御する。なお、制御部１０１は、この処理をビジュアルサーボによって行うようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ１０６終了後、処理をステップＳ１０７に進める。
（ステップＳ１０７）制御部１０１は、インピーダンス制御を行うことによって、把持された蓋５１を逆方向に回転させるように制御する。なお、制御部１０１は、ステップＳ１０２及びＳ１０６において、予め定められている力で蓋５１を角瓶６０の口から引っ張りながら、把持された蓋５１を逆方向に回転させるように制御するようにしてもよい。制御部１０１は、ステップＳ１０７終了後、処理をステップＳ１０８に進める。
【００５２】
（ステップＳ１０８）制御部１０１は、力覚センサー２２によって検出されるトルクに基づいて蓋５１の回転が終点に達したか否かを判別する。なお、終点とは、蓋５１を開け終わり目標に達したゴールである。制御部１０１は、蓋５１の回転が終点に達したと判別した場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、ステップＳ１０９に進み、蓋５１の回転が終点に達していないと判別した場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）、ステップＳ１０３に戻る。
【００５３】
（ステップＳ１０９）制御部１０１は、把持された蓋５１を持ち上げる。次に、制御部１０１は、蓋５１を把持したままマニピュレーター２１を予め定められている位置まで移動させ、その位置に蓋５１を置くようにしてもよい。
以上で、蓋５１を開ける処理を終了する。
【００５４】
上述したように、本実施形態では、インピーダンス制御によって、角瓶６０への蓋５１の締め付けだけではなく、蓋５１を確実に開けることもできる。
【００５５】
なお、制御部１０１は、図３及び図４に示した処理において、工程毎の処理結果、処理した個数、締め付けエラー等のエラーが発生した回数等を記憶部１０２に記憶させるようにしてもよい。そして、制御部１０１は、記憶させた情報に基づいて蓋の開閉の作業結果を示す情報を順次生成し、生成した作業結果を示す情報を出力部１０４から出力するようにしてもよい。例えば、出力部１０４に接続されているパソコン、携帯端末は、ロボット制御装置１０から入力された作業結果を示す情報を、表示装置に表示するようにしてもよい。これにより、作業監視者や作業者は、作業状態の監視も自動化でき、作業結果を視覚的にパソコンや携帯端末で確認することができる。なお、作業結果を示す情報は、表や時間に対する作業状態のグラフ等の画像データであってもよい。そして、作業監視者や作業者は、これらの作業結果を示す情報を確認することで、例えばエラーの発生が多い場合に、制御部１０１に対するプログラムや設定値を入力部１０３から入力して変更することができる。この結果、本実施形態のロボットシステム１によれば、作業効率を向上することができる。
【００５６】
［ロボットシステムの他の構成例］
本実施形態では、図１に示されるような碗が１つのロボット２０を備えるロボットシステム１を示したが、他の様々なロボットのシステムに本実施形態と同様な構成を適用することが可能である。
図５は、他の構成例に係るロボット１Ａの概略的な構成例を示す図である。図５に示すように、ロボット１Ａは、格納部２０１、胴体部分３０１〜３０３、左側のマニピュレーター３０４と力覚センサー３１１と把持部３２１（ハンド）、右側のマニピュレーター３０５と力覚センサー３１２と把持部３２２（ハンド）、左側の車輪２２１、右側の車輪２３１、撮影部４０１、及びロボット制御装置２１１を備える。なお、撮影部４０１がロボット１Ａに一体に含まれると捉えることも可能である。
【００５７】
ロボット１Ａは、それぞれ腕（アーム）を構成する２本のマニピュレーター３０４及び３０５を備える双腕ロボットである。ロボット１Ａは、ロボット制御装置２１１と一体に構成されており、ロボット制御装置２１１から入力された制御信号により動作が制御される。また、ロボット１Ａが有する各センサーは、自己の状態等を示す信号を、ロボット１Ａが備えるロボット制御装置２１１に出力してもよい。
【００５８】
格納部２０１の上面には、胴体部材３０１、胴体部材３０２、胴体部材３０３が順に上側に取り付けられており、最も上部の胴体部材３０３の左側に左腕を構成するマニピュレーター３０４が取り付けられており、当該胴体部材３０３の右側に右腕を構成するマニピュレーター３０５が取り付けられている。また、格納部２０１の底面の左側に車輪２２１が取り付けられており、格納部２０１の底面の右側に車輪２３１が取り付けられており、格納部２０１の上面に撮影部４０１が取り付けられている。
なお、ロボット１Ａは、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、左側の車輪２２１および右側の車輪２３１を回転させて、移動させることが可能である。
格納部２０１には、ロボット制御装置２１１が格納されている。
【００５９】
マニピュレーター３０４、３０５は、それぞれ、垂直多関節ロボットの一種であり、ロボットアームとして機能する。それぞれのマニピュレーター３０４、３０５は、その先端に力覚センサー３１１と把持部３２１、力覚センサー３１２と３２２を備える。
なお、それぞれのマニピュレーター３０４、３０５の自由度は、任意の自由度であってもよく、例えば、３軸の自由度であってもよく、６軸の自由度であってもよく、７軸の自由度であってもよく、または、他の自由度であってもよい。
【００６０】
力覚センサー３１１は、把持部３２１（ハンド）に加わる力とモーメントとを検出する。力覚センサー３１２は、把持部３２２（ハンド）に加わる力とモーメントとを検出する。
それぞれの把持部３２１、３２２は、把持する対象となる物体（対象物）を把持する。
ロボットシステム１では、マニピュレーター３０４、３０５（および把持部３２１、３２２）を動作させることで、把持部３２１、３２２により把持される対象物を移動させること、つまり当該対象物の位置や姿勢を変化させることが可能である。
【００６１】
撮影部４０１は、カメラを用いて構成されており、画像を撮影する。撮影部４０１は、把持部３２１、３２２により把持される対象物を含む画像を撮影することが可能な配置で備えられる。なお、図５では撮影部４０１を格納部２０１の上面に備えたが、他の構成例として、撮影部４０１は、他の任意の場所に備えられてもよく、例えば、ロボットにおける他の任意の場所に備えられてもよく、または、ロボット以外の場所として、床面、天井、壁面などに固定されて備えられてもよい。また、撮影部４０１は、例えば、人手により外力を加えることで、または、装置により自動的に、撮影方向や撮影角度などを変化させることが可能な構成であってもよい。
【００６２】
ロボット制御装置２１１は、左腕のマニピュレーター３０４（および把持部３２１）と、右腕のマニピュレーター３０５（および把持部３２２）を制御する。ロボット制御装置２１１とそれぞれのマニピュレーター３０４、３０５とは、例えば、有線または無線の回線を介して、制御信号などを伝送することが可能に接続される。なお、ロボット制御装置２１１は、例えば、左腕のマニピュレーター３０４（および把持部３２１）と、右腕のマニピュレーター３０５（および把持部３２２）とを、同時に関連付けて制御してもよく、または、左腕のマニピュレーター３０４（および把持部３２１）と、右腕のマニピュレーター３０５（および把持部３２２）とを、それぞれ別個に制御してもよい。なお、ロボット制御装置２１１の概略構成は、例えば図１のロボット制御装置１０と同じである。
【００６３】
図５のような双碗のロボット１Ａを用いて、蓋５１（図２参照）を締める処理を行う場合、ロボット制御装置２１１は、例えば、インピーダンス制御によって右腕の把持部３２２に角瓶６０（図２参照）を把持させるように制御させ、左腕の把持部３２１に蓋５１を締め付けるように制御するようにしてもよい。または、ロボット制御装置２１１は、インピーダンス制御によって右腕の把持部３２２にも蓋５１を締め付けるように制御するようにしてもよい。
【００６４】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６５】
なお、以上に説明した装置（例えば、ロボット制御装置１０、２１１）における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００６６】
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…ロボットシステム、１０、２１１…ロボット制御装置、２０、１Ａ…ロボット、２１、３０４、３０５…マニピュレーター、２２、３１１、３１２…力覚センサー、２３、３２１、３２２…把持部、４１、４２…回線、５０…対象物、６０、４０１…撮影部、１０１…制御部、１０２…記憶部、１０３…入力部、１０４…出力部、１１１…対象物画像取得部、１１２…目標画像取得部、１１３…制御信号生成部、１１４…ロボット制御部、２０１…格納部、２２１、２３１…車輪、３０１〜３０３…胴体部分
【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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