(57)【要約】【課題】ロボットの先端部材を高精度に位置決めし、短時間で手先部材を交換する。【解決手段】ロボット本体２５０の先端には、ハンドベース２１１が設けられている。フィンガー２１２は、ハンドベース２１１に対して着脱可能となっている。拘束機構３０１は、拘束作業領域に移動したハンドベース２１１を交換作業位置に案内して拘束する拘束動作と、ハンドベース２１１の拘束を解除する拘束解除動作とを行う。交換機構４０１は、交換作業位置に移動したハンドベース２１１からフィンガー２１２を取り外す動作と、交換作業位置に移動したハンドベース２１１にフィンガー２１２を取り付ける動作とを行う。ハンドベース２１１を拘束作業領域に移動させ、拘束機構３０１に拘束動作を行わせる。その際、ロボット本体２５０が、コンプライアンス動作して、拘束動作を行っている拘束機構３０１の案内により、ハンドベース２１１を交換作業位置に移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体、前記ロボット本体の先端に設けられた先端部材、及び前記先端部材に対して着脱可能な手先部材を有し、前記ロボット本体の動作により前記先端部材が移動するロボットと、
拘束作業領域に移動した前記先端部材を交換作業位置に案内して拘束する拘束動作と、前記先端部材の拘束を解除する拘束解除動作とを行う拘束機構と、
前記交換作業位置に移動した前記先端部材から前記手先部材を取り外す動作と、前記交換作業位置に移動した前記先端部材に前記手先部材を取り付ける動作とを行う交換機構と、
前記ロボット本体、前記交換機構及び前記拘束機構の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記ロボット本体を制御して前記先端部材を前記拘束作業領域に移動させ、前記拘束機構を制御して前記拘束機構に前記拘束動作を行わせ、
前記ロボット本体が、コンプライアンス動作して、前記拘束動作を行っている前記拘束機構の案内により、前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記ロボット本体は、前記先端部材に作用する外力を検知する力検知部を有し、
前記制御部が、前記拘束機構に前記拘束動作を行わせる際に、前記力検知部により検知された力が小さくなるように前記ロボット本体の動作を制御し、
前記ロボット本体が、前記制御部の制御の下、前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記力検知部は、前記先端部材を支持する弾性部材と、前記弾性部材の変形量を検知する検知素子と、を有し、前記検知素子により検知された前記変形量を示す信号を、前記先端部材に作用する外力の検知結果として出力することを特徴とする請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記ロボット本体は、前記先端部材を支持する弾性部材を有し、前記弾性部材の変形により前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項５】
前記ロボット本体は、前記先端部材を支持する弾性部材と、前記弾性部材の変形量を検知する検知素子と、を有する、前記検知素子により検知された前記変形量を示す信号を、前記先端部材に作用する外力の検知結果として出力する力検知部を有し、前記弾性部材の変形により前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項６】
前記拘束機構は、一対のクランプ部材と、前記一対のクランプ部材のうち少なくとも一方を駆動して、前記一対のクランプ部材を開閉させる開閉駆動部と、を有し、
前記各クランプ部材は、前記一対のクランプ部材の閉動作により前記先端部材を前記交換作業位置に案内する位置決め面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項７】
前記交換機構は、
搬送台と、
前記搬送台に搬送方向に沿って配置され、前記先端部材から取り外した、又は前記先端部材に取り付ける前記手先部材を保持する複数の保持部と、
前記手先部材の取り付け又は取り外しを行う際に、前記搬送台を前記搬送方向に移動させる搬送機構と、前記搬送機構を駆動して、前記複数の保持部のうちの１つを前記交換作業位置に移動した前記先端部材に対向させる駆動部と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項８】
前記手先部材は、前記先端部材に対して回転することで着脱するように構成されており、
前記交換機構は、前記各保持部に保持された前記手先部材を前記先端部材に対して回転させる回転機構を有する請求項７に記載のロボット装置。
【請求項９】
前記回転機構は、駆動力により回転するボールねじと、前記ボールねじの回転により前記ボールねじに対して直動するラックギヤと、前記搬送台に回転可能に支持され、前記ラックギヤの直動により回転して、前記保持部を回転させるピニオンギヤと、を有することを特徴とする請求項８に記載のロボット装置。
【請求項１０】
前記交換機構は、前記駆動部の駆動力により前記搬送機構を介して前記搬送台を搬送する状態と、前記駆動部の駆動力により前記回転機構を介して前記保持部を回転させる状態とに切り替える切替機構を有することを特徴とする請求項８又は９に記載のロボット装置。
【請求項１１】
前記拘束機構を、前記搬送方向と平行な方向にスライドさせるスライド機構を更に備えたことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１２】
前記先端部材が、ハンドベースであり、
前記手先部材が、前記ハンドベースに対して着脱可能なフィンガーであり、
前記ハンドベースと前記フィンガーとでロボットハンドが構成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１３】
前記手先部材が、前記先端部材に対して着脱可能なエンドエフェクタであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のロボット装置。
【請求項１４】
ロボット本体の先端に先端部材が設けられ、前記先端部材には、手先部材が着脱可能であり、拘束機構が、拘束作業領域に移動した前記先端部材を交換作業位置に案内して拘束する拘束動作と、前記先端部材の拘束を解除する拘束解除動作とを行い、交換機構が、前記交換作業位置に移動した前記先端部材から前記手先部材を取り外す動作と、前記交換作業位置に移動した前記先端部材に前記手先部材を取り付ける動作とを行い、制御部が、前記ロボット本体、前記交換機構及び前記拘束機構の動作を制御するロボット制御方法であって、
前記制御部が、前記ロボット本体を制御して前記先端部材を前記拘束作業領域に移動させる移動工程と、
前記制御部が、前記拘束機構を制御して前記拘束機構に前記拘束動作を行わせる拘束工程と、を備え、
前記拘束工程にて、前記ロボット本体が、コンプライアンス動作して、前記拘束動作を行っている前記拘束機構の案内により、前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とするロボット制御方法。
【請求項１５】
前記ロボット本体が、前記先端部材に作用する外力を検知する力検知部を有しており、
前記拘束工程では、前記制御部が、前記拘束機構に前記拘束動作を行わせているときに、前記力検知部により検知された力が小さくなるように前記ロボット本体の動作を制御して、前記拘束動作を行っている前記拘束機構の案内により、前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とする請求項１４に記載のロボット制御方法。
【請求項１６】
コンピュータに、請求項１４又は１５に記載のロボット制御方法の各工程を実行させるプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの手先部材を交換するロボット装置、ロボット制御方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多品種かつ少量の製品の生産に対応するために、手先部材として、ロボットハンド等のエンドエフェクタを交換したり、ロボットハンドのフィンガーを交換したりすることが可能なロボット装置が要求されている。作業に適した手先部材に交換することで、ロボット本体を交換することなく、さまざまな形状を持つ部品の把持が可能となる。特許文献１では、サイズや形状の異なる多種の部品に対応してフィンガーを交換するために、フィンガーの着脱を可能とする着脱機構と交換装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０９４９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、ロボットアームを移動して、アーム先端のフィンガーベースに設けられた穴を、フィンガーに設けた軸に嵌合させている。この方法では、穴と軸とを嵌合させるためにクリアランスが設けられており、フィンガーの交換毎にクリアランスの分、フィンガーの取り付け位置がずれる可能性がある。そのため、ハンドベースへのフィンガーの取付けの再現性が低下し、高精度の組立が難しいという問題があった。
【０００５】
この問題の解決案として、フィンガーの軸をハンドベースの穴に嵌合させる際に、ロボットアームを力制御により動作させることが考えられる。ロボットアームの力制御による嵌合には、突き当て、探り、挿入等でハンドベースの位置を補正するプロセスが必要であり、これら補正のプロセスに時間を要するという問題がある。エンドエフェクタをロボットアームに装着する場合も同様である。
【０００６】
本発明は、ロボットの先端部材を高精度に位置決めし、短時間で手先部材を交換することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のロボット装置は、ロボット本体、前記ロボット本体の先端に設けられた先端部材、及び前記先端部材に対して着脱可能な手先部材を有し、前記ロボット本体の動作により前記先端部材が移動するロボットと、拘束作業領域に移動した前記先端部材を交換作業位置に案内して拘束する拘束動作と、前記先端部材の拘束を解除する拘束解除動作とを行う拘束機構と、前記交換作業位置に移動した前記先端部材から前記手先部材を取り外す動作と、前記交換作業位置に移動した前記先端部材に前記手先部材を取り付ける動作とを行う交換機構と、前記ロボット本体、前記交換機構及び前記拘束機構の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記ロボット本体を制御して前記先端部材を前記拘束作業領域に移動させ、前記拘束機構を制御して前記拘束機構に前記拘束動作を行わせ、前記ロボット本体が、コンプライアンス動作して、前記拘束動作を行っている前記拘束機構の案内により、前記先端部材を前記交換作業位置に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロボット本体のコンプライアンス動作により、拘束機構で先端部材を交換作業位置に高精度に位置決めすることができる。そのため、交換機構で手先部材を交換する際に、ロボット本体の力制御による補正のプロセスを行う必要がなく、短時間で手先部材を交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のロボット装置の要部を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態の拘束機構がハンドベースの拘束を解除している状態を示す説明図である。（ｂ）は、本発明の第１実施形態の拘束機構がハンドベースを交換作業位置に拘束している状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るロボット装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るロボット制御方法を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、ハンドベースを交換作業位置に拘束した状態を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。（ｂ）は、ハンドベースからフィンガーを取り外す動作を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。（ｃ）は、ハンドベースからフィンガーを取り外す動作を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。（ｄ）は、ハンドベースに別のフィンガーを取り付ける動作を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。（ｅ）は、ハンドベースに別のフィンガーを取り付ける動作を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。（ｆ）は、ハンドベースに別のフィンガーを取り付ける動作を示す拘束機構及び交換機構の斜視図である。
【図７】（ａ）は、ハンドベースにフィンガーを取り付ける前の状態の拘束機構及び交換機構を示す側面図である。（ｂ）は、ハンドベースにフィンガーを取り付けた後の状態の拘束機構及び交換機構を示す側面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る拘束機構及び交換機構を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態における回転機構をラックギヤで構成した交換機構の平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における回転機構をギヤで構成した交換機構の平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における回転機構をベルトで構成した交換機構の平面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の第５実施形態の拘束機構が先端部材の拘束を解除している状態を示す説明図であり、（ｂ）は、本発明の第５実施形態の拘束機構が先端部材を交換作業位置に拘束している状態を示す説明図である。
【図１４】（ａ）は、本発明の第６実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係るロボット装置のフィンガー、保持部及びハンドベースの着脱機構を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第７実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第８実施形態のロボット装置の要部を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の要部を示す斜視図、（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の平面図である。
【図１８】（ａ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の要部を示す斜視図、（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置を示す斜視図である。ロボット装置１００は、ロボット２００と、拘束装置（位置決め装置）３００と、交換装置４００と、メインコントローラ５００と、を備えている。メインコントローラ５００は、ロボット２００、拘束装置３００及び交換装置４００の動作を統括的に制御するものである。
【００１２】
ロボット２００は、垂直多関節のロボットアーム２０１と、エンドエフェクタとしてのロボットハンド２０２と、ロボットアーム２０１とロボットハンド２０２との間に配置された力検知部である力覚センサ２０３と、を有する。ロボットアーム２０１は、複数の関節を有しており、第１実施形態では６軸のロボットアームである。ロボットアーム２０１の各関節には、関節を駆動する駆動装置（不図示）が設けられている。
【００１３】
図１中、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交し、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示す直交座標系は、ロボットアーム２０１のベース座標系（ワールド座標系）である。ロボットアーム２０１の基端が架台等に固定される固定端であり、ロボットアーム２０１の先端が可動端（自由端）である。ロボットアーム２０１の先端には、力覚センサ２０３を介してロボットハンド２０２が取り付けられている。
【００１４】
ロボットハンド２０２は、ハンドベース２１１と、ハンドベース２１１に対して着脱可能な複数（第１実施形態では２つ）のフィンガー２１２と、を有している。ハンドベース２１１は、外形が直方体形状に形成されている。ハンドベース２１１には、フィンガー２１２を駆動する駆動装置（不図示）が設けられている。ハンドベース２１１は、不図示の着脱機構を有しており、フィンガー２１２は、不図示の着脱機構により、ハンドベース２１１に着脱可能に取り付けられる。また、フィンガー２１２には、着脱機構と位置決めができるように軸が設けられており、着脱機構にはフィンガー２１２の軸と嵌合できるように軸よりも３０［μｍ］程度大きな直径の穴部が形成されている。
【００１５】
力覚センサ２０３は、ロボットアーム２０１の先端リンクと、ロボットハンド２０２のハンドベース２１１との間に配置されており、フィンガー２１２、即ちハンドベース２１１に作業する外力を検知することができる。力覚センサ２０３は、第１実施形態では、６軸の力（３軸の力及び３軸のモーメント）を検知するものであり、弾性部材２６１と、弾性部材２６１の変形量を検知する検知素子２６２（例えばホール素子と磁石）と、を有している。弾性部材２６１は、ロボットアーム２０１の先端に固定されている。ハンドベース２１１は、弾性部材２６１に固定されている。即ち、弾性部材２６１は、ハンドベース２１１を支持していることになる。検知素子２６２により検知された弾性部材２６１の変形量を示す信号が、力覚センサ２０３により検知された力検知結果、即ちハンドベース２１１に作用する外力の検知結果としてメインコントローラ５００に出力される。
【００１６】
これにより、メインコントローラ５００は、力覚センサ２０３の信号に基づき、ロボット２００の先端部材であるハンドベース２１１（手先部材であるフィンガー２１２）の位置及び姿勢（以下、「位置」という。）を変化させる力制御が行うことができる。
【００１７】
第１実施形態では、ロボットアーム２０１及び力覚センサ２０３でロボット本体２５０が構成されている。ハンドベース２１１は、ロボット本体２５０の先端、即ち力覚センサ２０３に設けられた先端部材である。フィンガー２１２は、先端部材であるハンドベース２１１に着脱可能な手先部材である。ハンドベース２１１にフィンガー２１２が装着されることで、ロボットハンド２０２が構成されている。
【００１８】
ロボット本体２５０（ロボットアーム２０１）が動作することにより、先端部材であるハンドベース２１１が作業空間内で移動する。即ち、ハンドベース２１１は、ロボット本体２５０が動作することにより、位置（姿勢も含む）が変更される。
【００１９】
拘束装置３００は、拘束機構（位置決め機構）３０１と、コントローラ３０２と、を有する。拘束機構３０１は、ハンドベース２１１を交換作業位置に案内して拘束する拘束動作と、ハンドベース２１１の拘束を解除する拘束解除動作とを行う。コントローラ３０２は、メインコントローラ５００に接続され、メインコントローラ５００の指令により、拘束機構３０１の動作（拘束動作、拘束解除動作）を制御する。
【００２０】
交換装置４００は、交換機構４０１と、コントローラ４０２と、を有する。交換機構４０１は、交換作業位置に移動したハンドベース２１１からフィンガー２１２を取り外す動作と、交換作業位置に移動したハンドベース２１１にフィンガー２１２を取り付ける動作とを行う。コントローラ４０２は、メインコントローラ５００に接続され、メインコントローラ５００の指令により、交換機構４０１の動作（取り外し動作、取り付け動作）を制御する。
【００２１】
図２は、本発明の第１実施形態のロボット装置１００の要部を示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態の拘束機構３０１を示す説明図である。具体的には、図３（ａ）は、本発明の第１実施形態の拘束機構３０１がハンドベース２１１の拘束を解除している状態を示す説明図である。図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態の拘束機構３０１がハンドベース２１１を交換作業位置に拘束している状態を示す説明図である。
【００２２】
拘束機構３０１は、一対のクランプ部材３１１，３１２と、一対のクランプ部材３１１，３１２のうち少なくとも一方、第１実施形態ではクランプ部材３１２を駆動して、一対のクランプ部材３１１，３１２を開閉させる開閉駆動部３２０と、を有する。第１実施形態では、開閉駆動部３２０は、クランプ部材３１２を矢印Ｙ方向に駆動して、一対のクランプ部材３１１，３１２を開閉させる。
【００２３】
一対のクランプ部材３１１，３１２を開くことにより、ハンドベース２１１をアンクランプすることができ、一対のクランプ部材３１１，３１２を閉じることにより、ハンドベース２１１をクランプすることができる。開閉駆動部３２０は、不図示のモータと、モータの回転運動を直動運動に変換してクランプ部材３１２に伝達する不図示の直動機構とを有する。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、一対のクランプ部材３１１，３１２が開いた状態で一対のクランプ部材３１１，３１２の間に拘束作業領域Ｒ１が形成される。この拘束作業領域Ｒ１内にハンドベース２１１を移動させて、一対のクランプ部材３１１，３１２を閉動作させることにより、図３（ｂ）に示すようにハンドベース２１１をクランプすることができる。したがって、拘束作業領域Ｒ１に交換作業位置Ｐ１が含まれていることになる。
【００２５】
拘束機構３０１でロボットハンド２０２のハンドベース２１１をクランプすることで、ハンドベース２１１を、交換機構４０１でフィンガー２１２の交換作業ができる交換作業位置Ｐ１に位置決めして拘束（機械的に固定）することが可能となっている。
【００２６】
拘束機構３０１の各クランプ部材３１１，３１２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、一対のクランプ部材３１１，３１２の閉動作によりハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に案内して拘束する位置決め面を有している。具体的には、クランプ部材３１１は、位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆを有し、クランプ部材３１２は、位置決め面３１２Ｇ，３１２Ｈ，３１２Ｉを有する。第１実施形態では、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に位置決めするために位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆを基準面としている。位置決め面３１２Ｇ，３１２Ｈ，３１２Ｉでハンドベース２１１を位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆに突き当てることで、ハンドベース２１１の位置決めを行う。このように、拘束機構３０１は、拘束動作により、拘束作業領域Ｒ１に移動したハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に案内して拘束する。
【００２７】
交換機構４０１は、図２に示すように、搬送台４１１と、搬送台４１１に搬送方向（矢印Ｙ方向）に沿って配置され、ハンドベース２１１から取り外した、又はハンドベース２１１に取り付けるフィンガー２１２を保持する複数の保持部４１５とを備えている。図２では、ハンドベース２１１からフィンガー２１２１を取り外し、別のフィンガー２１２２をハンドベース２１１に取り付けた状態を図示している。
【００２８】
また、交換機構４０１は、搬送台４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部４１２を有する。駆動部４１２は、モータである。搬送台４１１と駆動部４１２との間に搬送機構４５０が設けられている。搬送機構４５０は、駆動部４１２の駆動力により搬送台４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部４１２は、フィンガー２１２の取り付け又は取り外しを行う際に、搬送機構４５０を介して搬送台４１１を駆動することにより、複数の保持部４１５のうちの１つを交換作業位置Ｐ１（図３（ｂ）参照）に移動したハンドベース２１１に対向させる。
【００２９】
第１実施形態では、保持部４１５は、軸状の位置決めピン４１６と、位置決めピン４１６にフィンガー２１２を拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。ロボットハンド２０２は、フィンガー２１２を２つ有するので、保持部４１５は、位置決めピン４１６を２つ有し、各位置決めピン４１６の先端にボールプランジャ（不図示）が設けられている。これにより、各フィンガー２１２は、保持部４１５の各位置決めピン４１６の先端に保持される。保持部４１５の各位置決めピン４１６は、軸方向（矢印Ｚ方向）に移動可能であり、軸まわり（矢印Ｚまわり）に回転可能である。交換機構４０１は、保持部４１５の各位置決めピン４１６を軸方向に駆動し、軸まわりに回転駆動する不図示の駆動機構を有している。
【００３０】
図４は、本発明の第１実施形態に係るロボット装置の制御系を示すブロック図である。メインコントローラ５００は、制御部としてのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５０１を備えている。また、メインコントローラ５００は、記憶部として、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）５０２、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）５０３、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）５０４を備えている。また、メインコントローラ５００は、記録ディスクドライブ５０５及び各種のインタフェース５１１〜５１５を備えている。
【００３１】
ＣＰＵ５０１には、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＨＤＤ５０４、記録ディスクドライブ５０５及び各種のインタフェース５１１〜５１５が、バス５１０を介して接続されている。ＲＯＭ５０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１の演算処理結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。
【００３２】
ＨＤＤ５０４は、ＣＰＵ５０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置であると共に、ＣＰＵ５０１に、後述する各種演算処理を実行させるためのプログラム５４０を記録するものである。ＣＰＵ５０１は、ＨＤＤ５０４に記録（格納）されたプログラム５４０に基づいてロボット制御方法の各工程を実行する。
【００３３】
記録ディスクドライブ５０５は、記録ディスク５４１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。
【００３４】
ロボットアーム２０１は、インタフェース５１１に接続されている。ロボットハンド２０２は、インタフェース５１２に接続されている。ＣＰＵ５０１は、ロボットアーム２０１に位置指令を送信してロボットアーム２０１の動作を制御する。また、ＣＰＵ５０１は、ロボットハンド２０２に位置指令を送信してロボットハンド２０２の動作を制御する。
【００３５】
ここで、ＣＰＵ５０１は、与えられたロボットプログラム（教示点のデータを含む）に基づき、ロボットアーム２０１の各関節の制御量を示す位置指令を生成する。そして、ＣＰＵ５０１は、位置指令を所定時間間隔でバス５１０及びインタフェース５１１を介してロボットアーム２０１の各関節の駆動装置（不図示）に出力する。これにより、ＣＰＵ５０１は、位置指令によりロボットアーム２０１の動作を制御する。
【００３６】
力覚センサ２０３は、インタフェース５１３に接続されている。これにより、ＣＰＵ５０１は、力覚センサ２０３により検知された力検知結果を取得することができる。
【００３７】
拘束装置３００のコントローラ３０２は、インタフェース５１４に接続されている。コントローラ３０２は、ＣＰＵ５０１の指令に従い、拘束機構３０１の動作を制御する。即ち、ＣＰＵ５０１は、コントローラ３０２に指令することで、コントローラ３０２を介して拘束機構３０１の動作を制御する。
【００３８】
交換装置４００のコントローラ４０２は、インタフェース５１５に接続されている。コントローラ４０２は、ＣＰＵ５０１の指令に従い、交換機構４０１の動作を制御する。即ち、ＣＰＵ５０１は、コントローラ４０２に指令することで、コントローラ４０２を介して交換機構４０１の動作を制御する。
【００３９】
バス５１０には、不図示のインタフェースを介して、書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の不図示の外部記憶装置が接続されていてもよい。
【００４０】
なお、第１実施形態では、コンピュータ読み取り可能な記録媒体がＨＤＤ５０４であり、ＨＤＤ５０４にプログラム５４０が格納される場合について説明するが、これに限定するものではない。プログラム５４０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５４０を供給するための記録媒体としては、図４に示すＲＯＭ５０２や、記録ディスク５４１、不図示の外部記憶装置等を用いてもよい。具体例を挙げて説明すると、記録媒体として、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４１】
ここで、ＣＰＵ５０１は、ロボットプログラム（教示点のデータを含む）に基づいて、ロボットアーム２０１の動作（軌道）を計算する。教示点は、関節空間又はタスク空間上の点として、作業者が操作する不図示のティーチングペンダントにより設定される。
【００４２】
ＣＰＵ５０１は、複数の教示点を繋ぐロボットアーム２０１の経路を、ロボットプログラムで指定された所定の補間方法（例えば、直線補間や円弧補間、関節補間等）で生成する。そして、ＣＰＵ５０１は、生成したロボットアーム２０１の経路から、ロボットアーム２０１の軌道を生成する。
【００４３】
ここで、ロボットアーム２０１の経路とは、関節空間又はタスク空間の点の順序集合である。ロボットアーム２０１の軌道とは、時間をパラメータとして経路を表したものであり、第１実施形態では、時刻毎の各関節の位置指令の集合である。
【００４４】
軌道データは、ロボットアーム２０１を動作させる前に予め計算して記憶部、例えばＨＤＤ５０４に記憶させておく。なお、軌道データの計算は、ＣＰＵ５０１が行うものとしたが、不図示の他のコンピュータに行わせ、例えばＨＤＤ５０４に予め記憶させておいてもよい。
【００４５】
第１実施形態では、ＣＰＵ５０１は、教示点に基づき算出された位置指令（軌道データ）の補正を行う制御モード（コンプライアンス制御モード）と、教示点に基づき算出された位置指令の補正を行わない制御モード（位置制御モード）と、を有する。
【００４６】
コンプライアンス制御モードは、ハンドベース２１１に作用する力が小さくなるように位置指令を補正してロボットアーム２０１（ロボット本体２５０）の動作を制御する力制御モードである。つまり、コンプライアンス制御モードでは、ＣＰＵ５０１が読み出した位置指令に補正量を加算する補正を行う。
【００４７】
次に、メインコントローラ５００（ＣＰＵ５０１）によるロボット本体２５０、拘束機構３０１及び交換機構４０１の動作を制御するロボット制御方法について説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係るロボット制御方法を示すフローチャートである。ＣＰＵ５０１は、フィンガー交換シーケンス開始で、ロボット２００のハンドベース２１１を拘束作業領域Ｒ１（図３（ａ））に位置制御モードで移動させる（Ｓ１：移動工程）。このステップＳ１では、一対のクランプ部材３１１，３１２の間の拘束作業領域Ｒ１にハンドベース２１１が移動したか否かを判断し、移動していなければ（Ｓ１：Ｎｏ）、再びステップＳ１の判断に戻る。このステップＳ１では、ハンドベース２１１は、拘束機構３０１によりハンドベース２１１をクランプできる領域（拘束作業領域Ｒ１）内であって、拘束機構３０１に設けた位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆに接触しない程度に近づけた位置に移動する。
【００４８】
ＣＰＵ５０１は、ハンドベース２１１が拘束作業領域Ｒ１に移動したと判断した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、位置制御モードからコンプライアンス制御モードに切り替える（Ｓ２）。ＣＰＵ５０１は、コンプライアンス制御モードに切り替え後、拘束装置３００のコントローラ３０２に切り替え完了信号を出す。
【００４９】
コントローラ３０２は、メインコントローラ５００から切り替え完了信号を受信したら、拘束機構３０１でハンドベース２１１をクランプする（Ｓ３）。つまり、コントローラ３０２は、この切り替え完了信号をトリガとして、一対のクランプ部材３１１，３１２を閉方向に移動させる。このように、メインコントローラ５００のＣＰＵ５０１は、コントローラ３０２を介して拘束機構３０１を制御して拘束機構３０１に前述した拘束動作を行わせる（拘束工程）。
【００５０】
このステップＳ３にて、ロボット本体２５０が、コンプライアンス動作して、拘束動作を行っている拘束機構３０１の案内により、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１（図３（ｂ））に移動させる。
【００５１】
具体的には、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ３にて、拘束機構３０１に拘束動作を行わせている最中に、力覚センサ２０３により検知された力が小さくなるようにロボット本体２５０の動作を制御する。これにより、ロボット本体２５０が、ＣＰＵ５０１の制御の下、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に移動させる。
【００５２】
よって、ロボット本体２５０は、コンプライアンス動作して、拘束動作（クランプ動作）を行っている拘束機構３０１の案内により、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に移動させる。前述したＣＰＵ５０１のコンプライアンス制御により、ハンドベース２１１が、拘束機構３０１の位置決め面３１２Ｇ〜３１２Ｉにより基準面である位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆに突き当てられ、交換作業位置Ｐ１に位置決めされる。
【００５３】
なお、力覚センサ２０３は、弾性部材２６１を有しているので、ＣＰＵ５０１は、位置制御モードのまま、弾性部材２６１を変形させて、拘束機構３０１の拘束動作によりハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に移動させてもよい。そして、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に移動させた後、つまり、ハンドベース２１１が拘束機構３０１に拘束された状態でＣＰＵ５０１がコンプライアンス制御によりロボット本体２５０を動作させてもよい。
【００５４】
次に、ＣＰＵ５０１は、拘束機構３０１によるハンドベース２１１のクランプが完了したか否かを判断する（Ｓ４）。ＣＰＵ５０１は、拘束機構３０１によるハンドベース２１１のクランプが完了したと判断した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、コントローラ４０２へクランプ完了信号を送信する。クランプ完了信号を受信したコントローラ４０２は、交換機構４０１にフィンガー２１２の交換を行わせる（Ｓ５）。つまり、コントローラ４０２は、このクランプ完了信号をトリガとして、交換機構４０１にフィンガー２１２の交換作業を開始させる。このように、メインコントローラ５００のＣＰＵ５０１は、コントローラ４０２を介して交換機構４０１を制御して交換機構４０１にフィンガー２１２の取り外し動作及び取り付け動作を行わせる（交換工程）。
【００５５】
ＣＰＵ５０１は、フィンガー２１２の交換完了後、拘束装置３００のコントローラ３０２に交換完了を示す信号を送信する。この信号を受信したコントローラ３０２は、拘束機構３０１に拘束解除動作を行わせ、ハンドベース２１１を解放して作業を終了する（Ｓ６）。
【００５６】
ＣＰＵ５０１は、ステップＳ４の判断工程で、クランプが完了していないと判断した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、拘束動作を開始したタイミングから計時を開始し、経過時間が予め設定した所定時間（閾値）を超えたか否かを判断する（Ｓ７）。ＣＰＵ５０１は、経過時間が閾値を超えていないと判断した場合（Ｓ７：Ｎｏ）、ステップＳ４の処理に戻る。ＣＰＵ５０１は、経過時間が閾値を超えたと判断した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、エラーにより拘束機構３０１の動作を停止させる。このとき、ロボット本体２５０の動作も停止させる。
【００５７】
即ち、経過時間が閾値を超えている場合は、拘束機構３０１に異物等が挟まれている等の原因でハンドベース２１１が交換作業位置Ｐ１に位置決めされていない可能性があり、損傷を回避するため、拘束機構３０１の動作を停止させる。これにより、拘束機構３０１やハンドベース２１１の損傷を回避することができる。
【００５８】
次に、図５に示すステップＳ５のフィンガー交換手順について説明する。図６は、本発明の第１実施形態のフィンガー交換手順の説明図である。具体的に説明すると、図６（ａ）は、ハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に拘束した状態を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。図６（ｂ）は、ハンドベース２１１からフィンガー２１２１を取り外す動作を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。図６（ｃ）は、ハンドベース２１１からフィンガー２１２１を取り外す動作を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。図６（ｄ）は、ハンドベース２１１に別のフィンガー２１２２を取り付ける動作を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。図６（ｅ）は、ハンドベース２１１に別のフィンガー２１２２を取り付ける動作を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。図６（ｆ）は、ハンドベース２１１に別のフィンガー２１２２を取り付ける動作を示す拘束機構３０１及び交換機構４０１の斜視図である。
【００５９】
図６（ａ）に示すように、拘束機構３０１が、フィンガー２１２１が取り付けられているハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に位置決め拘束する。フィンガーを保持していない保持部４１５が、ハンドベース２１１に対向させており、別の保持部４１５には、別のフィンガー２１２２が保持されている。
【００６０】
コントローラ４０２は、クランプ完了信号を受信後、図６（ｂ）に示すように、保持部４１５を上昇させる。保持部４１５は、前述したように、フィンガー２１２１を保持するための位置決めピン４１６とフィンガー２１２１を拘束するボールプランジャ（不図示）を有しているため、フィンガー２１２１を保持できる。
【００６１】
ここで、ハンドベース２１１が有する着脱機構（不図示）は、フィンガー２１２を正方向に９０°回転させることでバネ（不図示）により押圧し拘束できるように構成されている。また、着脱機構は、フィンガー２１２を逆方向に９０°回転させることで、フィンガー２１２の拘束を解除できるように構成されている。
【００６２】
保持部４１５がフィンガー２１２１を保持したら、図６（ｃ）に示すように、保持部４１５（位置決めピン４１６）を逆方向に９０°回転させ、着脱機構によるフィンガー２１２１の拘束を解除する。フィンガー２１２と着脱機構の拘束を解除したら、図６（ｄ）に示すように、保持部４１５を下降させ、ハンドベース２１１からフィンガー２１２１を取り外す。そして、交換機構４０１の搬送台４１１を移動させ、別のフィンガー２１２２をハンドベース２１１の直下に移動させる。フィンガー２１２２をハンドベース２１１の直下に移動させたら、図６（ｅ）に示すように、交換機構４０１の保持部４１５を上昇させ、ハンドベース２１１にフィンガー２１２２を挿入する。フィンガー２１２２の挿入作業が完了したら、図６（ｆ）に示すように、交換機構４０１の保持部４１５（位置決めピン４１６）を正方向に９０°回転させ、フィンガー２１２２をハンドベース２１１の着脱機構に拘束させる。フィンガー２１２を交換完了後、拘束機構３０１による拘束を解除しハンドベース２１１の拘束を解いて作業を完了する。
【００６３】
以上、第１実施形態によれば、ハンドベース２１１を、拘束機構３０１のクランプ部材３１１に設けた基準面である位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆに対し、相対位置（ｘ，ｙ）及び姿勢（θｘ，θｙ，θｚ）を決めることができる。さらに、予め位置決め面３１１Ｅ，３１１Ｆと交換機構４０１とを位置出ししておくことで、ハンドベース２１１と交換機構４０１に置かれたフィンガー２１２との相対位置を決めることができる。
【００６４】
図７（ａ）は、ハンドベース２１１にフィンガー２１２を取り付ける前の状態の拘束機構３０１及び交換機構４０１を示す側面図である。図７（ｂ）は、ハンドベース２１１にフィンガー２１２を取り付けた後の状態の拘束機構３０１及び交換機構４０１を示す側面図である。ここで、２つのフィンガー２１２，２１２のうち、一方をフィンガー２１２Ｒ、他方をフィンガー２１２Ｌとする。また、ハンドベース２１１は、フィンガー２１２Ｒを着脱可能とする着脱機構２１３Ｒと、フィンガー２１２Ｌを着脱可能とする着脱機構２１３Ｌとを有する。
【００６５】
図７（ａ）に示すように、拘束機構３０１にハンドベース２１１を拘束させると、着脱機構２１３Ｌの穴部の中心軸Ｐとフィンガー２１２Ｌの軸の中心軸Ｑとが同軸となる。また、着脱機構２１３Ｒの穴部の中心軸Ｐ’とフィンガー２１２Ｒの軸の中心軸Ｑ’とが同軸となる。
【００６６】
ハンドベース２１１が位置決めされているため、図７（ｂ）に示すように、交換機構４０１の保持部４１５，４１５を上昇させる時にフィンガー２１２Ｒ，２１２Ｌの軸と着脱機構２１３Ｒ，２１３Ｌの穴部とが衝突せずに挿入することができる。このため、短い時間でフィンガー２１２Ｒ，２１２Ｌの取付けを行うことができる。更にロボットアーム２０１の位置制御による位置精度に依存せずに、ハンドベース２１１とフィンガー２１２の位置決めができるため、±１５［μｍ］以下の取付け精度でフィンガー２１２の交換が可能になり、高精度な位置決めと短時間での交換を両立できる。
【００６７】
以上、第１実施形態によれば、ロボット本体２５０のコンプライアンス動作により、拘束機構３０１でハンドベース２１１を交換作業位置Ｐ１に高精度に位置決めすることができる。そのため、交換機構４０１でフィンガー２１２を交換する際に、ハンドベース２１１の位置測定やロボット本体２５０の力制御による位置補正のプロセスを行う必要がなく、短時間で高精度にフィンガー２１２を交換することができる。
【００６８】
なお、第１実施形態では、ロボットハンド２０２が、２つのフィンガー２１２を有する場合について説明したが、これに限定するものではなく、３つ以上のフィンガーを有する場合であっても本発明は適用可能である。
【００６９】
また、第１実施形態では、各フィンガー２１２をハンドベース２１１に対して個別に着脱可能とした場合について説明したが、これに限定するものではなく、複数のフィンガーをユニット化して、ユニットごとハンドベースに対して着脱可能としてもよい。
【００７０】
また、第１実施形態では、フィンガー２１２Ｒ，２１２Ｌに軸、着脱機構２１３Ｒ，２１３Ｌに穴部を設けた場合について説明したが、逆の構成、即ちフィンガー２１２Ｒ，２１２Ｌに穴部、着脱機構２１３Ｒ，２１３Ｌに軸を設けてもよい。
【００７１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロボット装置について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る拘束機構及び交換機構を示す斜視図である。第２実施形態では、拘束機構及び交換機構の構成が第１実施形態と異なるものの機能は同じである。したがって、同じ機能の構成については第１実施形態と同一符号を付して説明する。
【００７２】
拘束機構３０１は、一対のクランプ部材３１１，３１２と、一対のクランプ部材３１１，３１２のうち少なくとも一方、第２実施形態ではクランプ部材３１２を駆動して、一対のクランプ部材３１１，３１２を開閉させる開閉駆動部３２０と、を有する。第２実施形態では、開閉駆動部３２０は、クランプ部材３１２を矢印Ｙ方向に駆動して、一対のクランプ部材３１１，３１２を開閉させる。
【００７３】
一対のクランプ部材３１１，３１２を開くことにより、ハンドベースをアンクランプすることができ、一対のクランプ部材３１１，３１２を閉じることにより、ハンドベースをクランプすることができる。開閉駆動部３２０は、アクチュエータ３１９と、クランプ部材３１２を直線方向である矢印Ｙ方向に動かす直動機構３３５と、を有する。アクチュエータ３１９は、モータである。
【００７４】
交換機構４０１は、搬送台４１１と、搬送台４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部４１２と、搬送台４１１と駆動部４１２との間に配置された搬送機構４５０と、を有する。駆動部４１２はモータである。搬送機構４５０は、駆動部４１２の駆動力により搬送台４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部４１２は、フィンガーの取り付け又は取り外しを行う際に、搬送機構４５０を介して搬送台４１１を駆動することにより、複数の保持部４１５１，４１５２のうちの１つを交換作業位置Ｐ１（図３（ｂ）参照）に移動したハンドベースに対向させる。
【００７５】
保持部４１５１は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１と、各位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１に各フィンガー２１２Ｌ１，２１２Ｒ１を拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。これにより、フィンガー２１２Ｌ１，２１２Ｒ１は、保持部４１５１の位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１の先端に保持される。保持部４１５１の各位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１は、軸方向（矢印Ｚ方向）に移動可能であり、軸まわり（矢印Ｚまわり）に回転可能である。
【００７６】
同様に、保持部４１５２は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２と、各位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２に各フィンガー２１２Ｌ２，２１２Ｒ２を拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。これにより、フィンガー２１２Ｌ２，２１２Ｒ２は、保持部４１５２の位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２の先端に保持される。保持部４１５２の各位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２は、軸方向（矢印Ｚ方向）に移動可能であり、軸まわり（矢印Ｚまわり）に回転可能である。
【００７７】
交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる駆動力を発生する駆動部４１８と、駆動部４１８の駆動力により保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる回転機構４３４と、を有する。駆動部４１８は、１つのモータで構成されている。駆動部４１８及び回転機構４３４は、搬送台４１１に搭載されている。
【００７８】
また、交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２を上昇又は下降させる駆動力を発生する駆動部４２１と、駆動部４２１の駆動力により保持部４１５を上昇又は下降させる昇降機構４２２と、を有する。駆動部４２１はモータで構成されている。
【００７９】
図９は、本発明の第２実施形態における回転機構をラックギヤで構成した交換機構の平面図である。回転機構４３４は、ボールねじ４４２と、駆動部４１８の駆動力をボールねじ４４２へ伝達するベルト４４１と、を有する。ボールねじ４４２には、ラックギヤ４４３が直動ガイド４４４を介して取り付けられている。搬送台４１１には、複数の保持部４１５１，４１５２が配置されている。
【００８０】
保持部４１５１において、フィンガー２１２Ｒ１を保持する位置決めピン４１６Ｒ１には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ラックギヤ４４３に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｒ１が設けられている。また、保持部４１５１において、フィンガー２１２Ｌ１を保持する位置決めピン４１６Ｌ１には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ギヤ４４５Ｒ１に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｌ１が設けられている。ギヤ４４５Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１に対してラックギヤ４４３の側とは反対側に配置されている。ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【００８１】
同様に、保持部４１５２において、フィンガー２１２Ｒ２を保持する位置決めピン４１６Ｒ２には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ラックギヤ４４３に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｒ２が設けられている。また、保持部４１５２において、フィンガー２１２Ｌ２を保持する位置決めピン４１６Ｌ２には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ギヤ４４５Ｒ２に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｌ２が設けられている。ギヤ４４５Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２に対してラックギヤ４４３の側とは反対側に配置されている。ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【００８２】
各ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１は、各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１を互いに反対方向に回転させ、各ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２は、各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２を互いに反対方向に回転させる。このように、保持部４１５１の各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１の回転により回転し、保持部４１５２の各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２の回転により回転する。
【００８３】
以上の構成により、回転機構４３４は、駆動部４１８の回転運動をボールねじ４４２で直線運動に変換し、ラックギヤ４４３を矢印Ｙ方向に前進、後退させることができる。ラックギヤ４４３を前進、後退させることで、保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンを回転させることができる。
【００８４】
また、保持部４１５１の位置決めピン４１６Ｒ１と位置決めピン４１６Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１で接続されている。同様に、保持部４１５２の位置決めピン４１６Ｒ２と位置決めピン４１６Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２で接続されている。このため、一対のフィンガー２１２Ｒ１，２１２Ｌ１および一対のフィンガー２１２Ｒ２，２１２Ｌ２を互いに反対方向に回転運動でき、１つのモータで構成された駆動部４１８で一対のフィンガーの交換が可能になる。
【００８５】
なお、駆動部４１８の駆動力をギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｒ２に伝達し、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｒ２からギヤ４４５Ｌ１，４４５Ｌ２に伝達する構成について説明したが、逆の構成でもよい。
【００８６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るロボット装置について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態における回転機構をギヤで構成した交換機構の平面図である。第３実施形態では、交換機構の構成が第１又は第２実施形態と異なるものの機能は同じである。
【００８７】
交換機構４０１は、搬送台４１１と、搬送台４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部４１２と、搬送台４１１と駆動部４１２との間に配置された搬送機構４５０と、を有する。駆動部４１２はモータである。搬送機構４５０は、駆動部４１２の駆動力により搬送台４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部４１２は、フィンガーの取り付け又は取り外しを行う際に、搬送機構４５０を介して搬送台４１１を駆動することにより、複数の保持部４１５１，４１５２のうちの１つを交換作業位置Ｐ１（図３（ｂ）参照）に移動したハンドベースに対向させる。
【００８８】
保持部４１５１は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１と、各位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１に各フィンガーを拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。同様に、保持部４１５２は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２と、各位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２に各フィンガーを拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。
【００８９】
交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる駆動力を発生する駆動部４１８と、駆動部４１８の駆動力により保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる回転機構４３４と、を有する。駆動部４１８は、１つのモータで構成されている。駆動部４１８及び回転機構４３４は、搬送台４１１に搭載されている。
【００９０】
また、交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２を上昇又は下降させる駆動力を発生する駆動部４２１と、駆動部４２１の駆動力により保持部４１５を上昇又は下降させる昇降機構４２２と、を有する。駆動部４２１はモータで構成されている。
【００９１】
回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｒ１を支持するギヤ４４５Ｒ１と、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｒ２を支持するギヤ４４５Ｒ２とを有する。また、回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｌ１を支持し、ギヤ４４５Ｒ１に噛合するギヤ４４５Ｌ１を有する。また、また、回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｌ２を支持し、ギヤ４４５Ｒ２に噛合するギヤ４４５Ｌ２を有する。
【００９２】
更に、回転機構４３４は、駆動部４１８の回転軸に取り付けられたギヤ４１９と、ギヤ４１９及びギヤ４４５Ｒ２に噛合する中間ギヤ４２０１と、ギヤ４４５Ｒ２及びギヤ４４５Ｒ１に噛合する中間ギヤ４２０２と、を有する。
【００９３】
ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。同様に、ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【００９４】
各ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１は、各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１を互いに反対方向に回転させ、各ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２は、各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２を互いに反対方向に回転させる。このように、保持部４１５１の各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１の回転により回転し、保持部４１５２の各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２の回転により回転する。
【００９５】
以上の構成により、回転機構４３４は、駆動部４１８の駆動力により、保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンを回転させることができる。また、保持部４１５１の位置決めピン４１６Ｒ１と位置決めピン４１６Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１で接続されている。同様に、保持部４１５２の位置決めピン４１６Ｒ２と位置決めピン４１６Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２で接続されている。このため、一対のフィンガーを互いに反対方向に回転運動でき、１つのモータで構成された駆動部４１８で一対のフィンガーの交換が可能になる。
【００９６】
なお、駆動部４１８の駆動力をギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｒ２に伝達し、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｒ２からギヤ４４５Ｌ１，４４５Ｌ２に伝達する構成について説明したが、逆の構成でもよい。
【００９７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るロボット装置について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態における回転機構をギヤで構成した交換機構の平面図である。第４実施形態では、交換機構の構成が第１〜第３実施形態と異なるものの機能は同じである。上記第３実施形態では、ギヤで駆動部４１８の駆動力を各位置決めピンに伝達する場合について説明したが、第４実施形態ではベルト及びプーリーで駆動部４１８の駆動力を各位置決めピンに伝達する場合について説明する。
【００９８】
交換機構４０１は、搬送台４１１と、搬送台４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部４１２と、搬送台４１１と駆動部４１２との間に配置された搬送機構４５０と、を有する。駆動部４１２はモータである。搬送機構４５０は、駆動部４１２の駆動力により搬送台４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部４１２は、フィンガーの取り付け又は取り外しを行う際に、搬送機構４５０を介して搬送台４１１を駆動することにより、複数の保持部４１５１，４１５２のうちの１つを交換作業位置Ｐ１（図３（ｂ）参照）に移動したハンドベースに対向させる。
【００９９】
保持部４１５１は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１と、各位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１に各フィンガーを拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。同様に、保持部４１５２は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２と、各位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２に各フィンガーを拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。
【０１００】
交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる駆動力を発生する駆動部４１８と、駆動部４１８の駆動力により保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる回転機構４３４と、を有する。駆動部４１８は、１つのモータで構成されている。駆動部４１８及び回転機構４３４は、搬送台４１１に搭載されている。
【０１０１】
また、交換機構４０１は、保持部４１５１，４１５２を上昇又は下降させる駆動力を発生する駆動部４２１と、駆動部４２１の駆動力により保持部４１５を上昇又は下降させる昇降機構４２２と、を有する。駆動部４２１はモータで構成されている。
【０１０２】
回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｒ１を支持するプーリー４４５Ｒ３と、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｒ２を支持するプーリー４４５Ｒ４とを有する。また、回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｌ１を支持し、プーリー４４５Ｒ３にクロスしたベルト４２０３で接続されたプーリー４４５Ｌ３を有する。また、回転機構４３４は、搬送台４１１に回転可能に支持され、位置決めピン４１６Ｌ２を支持し、プーリー４４５Ｒ４にクロスしたベルト４２０４で接続されたプーリー４４５Ｌ４を有する。
【０１０３】
更に、回転機構４３４は、駆動部４１８の回転軸とプーリー４４５Ｒ４とを接続するベルト４２０５と、プーリー４４５Ｒ４とプーリー４４５Ｒ３とを接続するベルト４２０６と、を有する。
【０１０４】
プーリー４４５Ｒ３とプーリー４４５Ｌ３とは、減速比１：１で接続されている。したがって、プーリー４４５Ｒ３とプーリー４４５Ｌ３とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。同様に、プーリー４４５Ｒ３とプーリー４４５Ｌ３とは、減速比１：１で接続されている。したがって、プーリー４４５Ｒ３とプーリー４４５Ｌ３とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【０１０５】
各プーリー４４５Ｒ３，４４５Ｌ３は、各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１を互いに反対方向に回転させ、各プーリー４４５Ｒ４，４４５Ｌ４は、各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２を互いに反対方向に回転させる。このように、保持部４１５１の各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１は、プーリー４４５Ｒ３，４４５Ｌ３の回転により回転し、保持部４１５２の各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２は、プーリー４４５Ｒ４，４４５Ｌ４の回転により回転する。
【０１０６】
以上の構成により、回転機構４３４は、駆動部４１８の駆動力により、保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンを回転させることができる。また、保持部４１５１の位置決めピン４１６Ｒ１と位置決めピン４１６Ｌ１は、プーリー４４５Ｒ３，４４５Ｌ３及びベルト４２０３で接続されている。同様に、保持部４１５２の位置決めピン４１６Ｒ２と位置決めピン４１６Ｌ２は、プーリー４４５Ｒ４，４４５Ｌ４及びベルト４２０４で接続されている。このため、一対のフィンガーを互いに反対方向に回転運動でき、１つのモータで構成された駆動部４１８で一対のフィンガーの交換が可能になる。
【０１０７】
なお、駆動部４１８の駆動力をプーリー４４５Ｒ３，４４５Ｒ４に伝達し、プーリー４４５Ｒ３，４４５Ｒ４からプーリー４４５Ｌ３，４４５Ｌ４に伝達する構成について説明したが、逆の構成でもよい。
【０１０８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係るロボット装置について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。なお、第５実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。第１実施形態では、先端部材がハンドベースであり、手先部材がフィンガーである場合について説明した。
【０１０９】
第５実施形態では、ロボット装置１１００は、ロボット１２００と、拘束機構（位置決め機構）１３０１と、交換機構１４０１と、を備えている。なお、図示は省略するが、第１実施形態の図１と同様の構成のメインコントローラ５００を備えている。
【０１１０】
第５実施形態では、ロボット１２００は、ロボット本体２５０と、ロボット本体２５０の先端に設けられた先端部材１２１１と、先端部材１２１１に対して着脱可能な手先部材としてのエンドエフェクタ１２０２と、を有している。ロボット本体２５０は、第１実施形態と同様、ロボットアーム２０１と力覚センサ２０３とを有している。
【０１１１】
先端部材１２１１は、外形が円筒形状に形成されている。先端部材１２１１に取り付けられているエンドエフェクタ１２０２１は、第５実施形態ではロボットハンドであり、エンドエフェクタ１２０２２は、第５実施形態では電動ドライバーである。先端部材１２１１は、不図示の着脱機構を有している。エンドエフェクタ１２０２は、先端部材１２１１の着脱機構に取り付けられる。エンドエフェクタ１２０２には、着脱機構と位置決めができるように軸が設けられており、着脱機構には該軸と嵌合できるように軸よりも３０［μｍ］程度大きな直径の穴部が設けられている。
【０１１２】
力覚センサ２０３は、エンドエフェクタ１２０２、即ち先端部材１２１１に加わる外力を検知できる。メインコントローラは、第１実施形態と同様、力覚センサ２０３の信号に基づき、先端部材１２１１に作用する外力が小さくなるようにコンプライアンス制御が行えるようになっている。
【０１１３】
ロボット本体２５０（ロボットアーム２０１）が動作することにより、先端部材１２１１が作業空間内で移動する。即ち、先端部材１２１１は、ロボット本体２５０が動作することにより、位置が変更される。
【０１１４】
拘束機構１３０１は、先端部材１２１１を交換作業位置に位置決め拘束する拘束動作と、先端部材１２１１の拘束を解除する拘束解除動作とを行う。交換機構１４０１は、交換作業位置に移動した先端部材１２１１からエンドエフェクタ１２０２を取り外す動作と、交換作業位置に移動した先端部材１２１１にエンドエフェクタ１２０２を取り付ける動作とを行う。
【０１１５】
図１３は、本発明の第５実施形態の拘束機構１３０１を示す説明図である。具体的には、図１３（ａ）は、本発明の第５実施形態の拘束機構１３０１が先端部材１２１１の拘束を解除している状態を示す説明図である。図１３（ｂ）は、本発明の第５実施形態の拘束機構１３０１が先端部材１２１１を交換作業位置に拘束している状態を示す説明図である。
【０１１６】
拘束機構１３０１は、一対のクランプ部材１３１１，１３１２を有する。また、拘束機構１３０１は、一対のクランプ部材１３１１，１３１２のうち少なくとも一方、第５実施形態ではクランプ部材１３１２を駆動して、一対のクランプ部材１３１１，１３１２を開閉させる開閉駆動部１３２０を有する。第５実施形態では、開閉駆動部１３２０は、クランプ部材１３１２を矢印Ｙ方向に駆動して、一対のクランプ部材１３１１，１３１２を開閉させる。
【０１１７】
一対のクランプ部材１３１１，１３１２を開くことにより、先端部材１２１１をアンクランプすることができ、一対のクランプ部材１３１１，１３１２を閉じることにより、先端部材１２１１をクランプすることができる。開閉駆動部１３２０は、不図示のモータと、モータの回転運動を直動運動に変換してクランプ部材１３１２に伝達する不図示の直動機構とを有する。
【０１１８】
図１３（ａ）に示すように、一対のクランプ部材１３１１，１３１２が開いた状態で一対のクランプ部材１３１１，１３１２の間に拘束作業領域Ｒ２が形成される。この拘束作業領域Ｒ２内に先端部材１２１１を移動させて、一対のクランプ部材１３１１，１３１２を閉動作させることにより、図１３（ｂ）に示すように先端部材１２１１をクランプすることができる。したがって、拘束作業領域Ｒ２に交換作業位置Ｐ２が含まれていることになる。
【０１１９】
拘束機構１３０１で先端部材１２１１をクランプすることで、先端部材１２１１を、交換機構１４０１でエンドエフェクタ１２０２の交換作業ができる交換作業位置Ｐ２に位置決めして拘束（機械的に固定）することが可能となっている。
【０１２０】
拘束機構１３０１の各クランプ部材１３１１，１３１２は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、一対のクランプ部材１３１１，１３１２の閉動作により先端部材１２１１を交換作業位置Ｐ２に案内して拘束する位置決め面を有している。具体的には、クランプ部材１３１１は、位置決め面１３１１Ｆを有し、クランプ部材１３１２は、位置決め面１３１２Ｇを有する。第５実施形態では、先端部材１２１１を交換作業位置Ｐ２に位置決めするために位置決め面１３１１Ｆを基準面としている。
【０１２１】
第５実施形態では、先端部材１２１１の外形が円筒形状であるので、位置決め面１３１１Ｆ，１３１２Ｇは、円筒形状に倣う断面円弧形状に形成されている。位置決め面１３１２Ｇで先端部材１２１１を位置決め面１３１１Ｆに突き当てることで、先端部材１２１１の位置決めを行う。このように、拘束機構１３０１は、拘束動作により、拘束作業領域Ｒ２に移動した先端部材１２１１を交換作業位置Ｐ２に案内して拘束する。
【０１２２】
位置決め面１３１１Ｆの円弧面の中心からＺ軸方向に伸ばした軸を拘束機構１３０１の基準軸Ｏとしている。拘束機構１３０１で先端部材１２１１をクランプすることで、先端部材１２１１のＺ軸方向の中心軸Ｏ’を基準軸Ｏに合わせることができる。
【０１２３】
交換機構１４０１は、図１２に示すように、搬送台１４１１と、搬送台１４１１に搬送方向に沿って配置され、先端部材１２１１から取り外した、又は先端部材１２１１に取り付けるエンドエフェクタ１２０２を保持する複数の保持部１４１５とを備えている。
【０１２４】
また、交換機構１４０１は、搬送台１４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部１４１２を有する。駆動部１４１２は、モータである。搬送台１４１１と駆動部１４１２との間に搬送機構１４５０が設けられている。搬送機構１４５０は、駆動部１４１２の駆動力により搬送台１４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部１４１２は、エンドエフェクタ１２０２の取り付け又は取り外しを行う際に、搬送台１４１１を駆動することにより、複数の保持部１４１５のうちの１つを交換作業位置Ｐ２（図１３（ｂ）参照）に移動した先端部材１２１１に対向させることができる。
【０１２５】
エンドエフェクタ１２０２を交換する際のロボット制御方法は、第１実施形態で説明したフィンガー２１２を交換する際のロボット制御方法と同様であるため、説明を省略する。
【０１２６】
以上、第５実施形態によれば、ロボット本体２５０のコンプライアンス動作により、拘束機構１３０１で先端部材１２１１を交換作業位置Ｐ２に高精度に位置決めすることができる。そのため、交換機構１４０１でエンドエフェクタ１２０２を交換する際に、先端部材１２１１の位置測定やロボット本体２５０の力制御による位置補正のプロセスを行う必要がなく、短時間で高精度にエンドエフェクタ１２０２を交換することができる。
【０１２７】
即ち、第５実施形態のロボット装置１１００について、第１実施形態と同様の方法で、先端部材１２１１とエンドエフェクタ１２０２との位置（ｘ，ｙ）及び姿勢（θｘ，θｙ，θｚ）を決めることができ、交換時間の短縮と交換精度の両立ができる。
【０１２８】
なお、第５実施形態では、エンドエフェクタ１２０２１がロボットハンドであり、エンドエフェクタ１２０２２が電動ドライバーである場合について説明したが、これに限定するものではない。θｚの位相を任意の位置に決める必要がないものであればエンドエフェクタとして適用可能である。
【０１２９】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係るロボット装置について説明する。図１４（ａ）は、本発明の第６実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。図１４（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係るロボット装置のフィンガー、保持部及びハンドベースの着脱機構を示す斜視図である。なお、第６実施形態において、第１〜第５実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。また、ロボット本体の制御方法も第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【０１３０】
第６実施形態のロボット装置２１００では、先端部材がハンドベース２２１１であり、手先部材がフィンガー２２１２である。そして、ハンドベース２２１１及びフィンガー２２１２の構成が第１実施形態と異なり、また、フィンガー２２１２を保持する保持部２４１５が第１実施形態と異なる。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１３１】
ハンドベース２２１１は、着脱機構２２１３を有している。ハンドベース２２１１には、フィンガー２２１２が着脱機構２２１３を介し着脱可能に取り付けられている。
【０１３２】
着脱機構２２１３は、位置決めができるようにアリ溝に成形されている。フィンガー２２１２は、着脱機構２２１３のアリ溝に嵌るアリ部２２１４を有する。
【０１３３】
第１実施形態と同様、拘束機構３０１は、開閉駆動部３２０で開閉させることでクランプ、アンクランプができる一対のクランプ部材を有している。拘束機構３０１でハンドベース２２１１をクランプすることでハンドベース２２１１を交換作業位置に機械的に拘束することが可能に構成されている。
【０１３４】
交換機構２４０１は図１４（ａ）に示すように搬送台２４１１と、搬送台２４１１に搬送方向に沿って配置され、ハンドベース２２１１から取り外した、又はハンドベース２２１１に取り付けるフィンガー２２１２を保持する複数の保持部２４１５とを有する。図１４（ａ）では、ハンドベース２２１１からフィンガー２２１２１を取り外し、別のフィンガー２２１２２をハンドベース２２１１に取り付けた状態を図示している。
【０１３５】
また、交換機構２４０１は、搬送台２４１１を搬送方向（矢印Ｙ方向）に駆動する駆動力を発生する駆動部２４１２を有する。駆動部２４１２は、モータである。搬送台２４１１と駆動部２４１２との間に搬送機構２４５０が設けられている。搬送機構２４５０は、駆動部２４１２の駆動力により搬送台２４１１を矢印Ｙ方向に移動させる。駆動部２４１２は、フィンガー２２１２の取り付け又は取り外しを行う際に、搬送台２４１１を駆動することにより、複数の保持部２４１５のうちの１つを交換作業位置に移動したハンドベース２２１１に対向させることができる。第６実施形態では、保持部２４１５は、フィンガー２２１２を拘束するボールプランジャ（不図示）を有している。
【０１３６】
フィンガー２２１２のアリ部２２１４を着脱機構２２１３のアリ溝に矢印Ｙ方向にスライドさせ挿入することで、フィンガー２２１２をハンドベース２２１１に装着することができる。その際、フィンガー２２１２を所定の位置までスライドさせることで、不図示のボールプランジャにより拘束させる。フィンガー２２１２の交換手順については、第１実施形態と同様である。フィンガー２２１２の交換完了後、拘束機構３０１での拘束を解除する。以上、第６実施形態においても、ハンドベース２２１１が拘束機構３０１により位置（ｘ，ｚ）及び姿勢（θｘ，θｙ，θｚ）が決められる。
【０１３７】
したがって、第６実施形態によれば、第１実施形態と同様、ロボット本体のコンプライアンス動作により、拘束機構３０１でハンドベース２２１１を交換作業位置に高精度に位置決めすることができる。そのため、交換機構２４０１でフィンガー２２１２を交換する際に、ハンドベース２２１１の位置測定やロボット本体の力制御による位置補正のプロセスを行う必要がなく、短時間で高精度にフィンガー２２１２を交換することができる。
【０１３８】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係るロボット装置について説明する。図１５は、本発明の第７実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。なお、第７実施形態において、第１〜第６実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１３９】
第７実施形態のロボット装置３１００は、第６実施形態のロボット装置の構成のほか、拘束機構３０１を、搬送方向（矢印Ｙ方向）と平行な方向にスライドさせるスライド機構６００を更に備えたものである。
【０１４０】
交換機構２４０１は、搬送台２４１１及び駆動部２４１２との間に配置された搬送機構２４５０を有している。交換機構２４０１の搬送機構２４５０により、保持部２４１５を矢印Ｙ方向に前進又は後退させ、スライド機構６００により、拘束機構３０１を矢印Ｙ方向に前進又は後退させることができる。
【０１４１】
第７実施形態では、フィンガー２２１２の交換手順は第１実施形態と略同様であるが、交換するフィンガー２２１２をハンドベース２２１１の直下に移動させるとき、搬送台２４１１を矢印Ｙ方向へ移動させる。これと共に、スライド機構６００で拘束機構３０１を矢印Ｙ方向（逆方向）へ移動させる。これにより、ハンドベース２２１１とフィンガー２２１２との位置決めを行う。
【０１４２】
このような構成をとることで、フィンガー２２１２１からフィンガー２２１２３に交換する際、交換機構２４０１の搬送機構２４５０のみをＬ０移動させるのに対し、移動距離を半分にすることができ、より交換時間の短縮が図れる。また、搬送機構２４５０とスライド機構６００のストロークが半分になることで交換機構自体を小型にできる。
【０１４３】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係るロボット装置について説明する。図１６は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の要部を示す斜視図である。なお、第８実施形態において、第１〜第７実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【０１４４】
第８実施形態のロボット装置４１００は、前述の実施形態と同様の構成の拘束機構３０１と、交換機構４４０１と、を有する。交換機構４４０１は、搬送台４１１と、駆動力により搬送台４１１を搬送方向である矢印Ｙ方向にベース部材４１１０に対して移動させる搬送機構４４５０と、複数の保持部４１５１，４１５２と、を有する。
【０１４５】
保持部４１５１は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１と、各位置決めピン４１６Ｌ１，４１６Ｒ１に各フィンガー２１２Ｌ１，２１２Ｒ１を拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。同様に、保持部４１５２は、軸状の位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２と、各位置決めピン４１６Ｌ２，４１６Ｒ２に各フィンガー２１２Ｌ２，２１２Ｒ２を拘束するボールプランジャ（不図示）とを有してなる。
【０１４６】
更に、交換機構４４０１は、駆動力により保持部４１５１，４１５２の位置決めピンを軸まわりに回転させる回転機構４４３４を有する。また、交換機構４４０１は、保持部４１５１，４１５２を上昇又は下降させる駆動力を発生する駆動部４２１と、駆動部４２１の駆動力により保持部４１５を上昇又は下降させる昇降機構４２２と、を有する。駆動部４２１はモータで構成されている。
【０１４７】
更に、交換機構４４０１は、搬送機構４４５０及び回転機構４４３４を駆動する駆動力を発生する駆動部４４１２と、搬送機構４４５０と回転機構４４３４との間に配置された差動機構４６０１と、を備えている。差動機構４６０１は、ベベルギヤを有して構成されているが、遊星ギヤを有して構成されていてもよい。
【０１４８】
図１７及び図１８は、第８実施形態の動作を示す説明図である。図１７（ａ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の要部を示す斜視図、図１７（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の平面図である。図１８（ａ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の要部を示す斜視図、図１８（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係るロボット装置の交換機構の平面図である。図１７は保持部４１５１，４１５２が下降位置（図７（ａ）の位置）にいる時の動きを示し、図１８は保持部４１５１，４１５２が上昇位置（図７（ｂ）の位置）にいる時の動きを示している。
【０１４９】
図１７（ｂ）及び図１８（ｂ）に示すように、回転機構４４３４は、差動機構４６０１を介した駆動部４４１２の駆動力により回転するボールねじ４４２を有する。ボールねじ４４２には、ラックギヤ４４３が直動ガイド４４４を介して取り付けられている。よって、直動ガイド４４４は、ボールねじ４４２の回転によりボールねじ４４２に対して直動する。ラックギヤ４４３は、直動ガイド４４４に取り付けられて直動ガイド４４４と一体に直動する。
【０１５０】
保持部４１５１において、フィンガー２１２Ｒ１を保持する位置決めピン４１６Ｒ１には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ラックギヤ４４３に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｒ１が設けられている。また、保持部４１５１において、フィンガー２１２Ｌ１を保持する位置決めピン４１６Ｌ１には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ギヤ４４５Ｒ１に噛合するピニオンギヤである４４５Ｌ１が設けられている。ギヤ４４５Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１に対してラックギヤ４４３の側とは反対側に配置されている。ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ１とギヤ４４５Ｌ１とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【０１５１】
同様に、保持部４１５２において、フィンガー２１２Ｒ２を保持する位置決めピン４１６Ｒ２には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ラックギヤ４４３に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｒ２が設けられている。また、保持部４１５２において、フィンガー２１２Ｌ２を保持する位置決めピン４１６Ｌ２には、搬送台４１１に回転可能に支持された、ギヤ４４５Ｒ２に噛合するピニオンギヤであるギヤ４４５Ｌ２が設けられている。ギヤ４４５Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２に対してラックギヤ４４３の側とは反対側に配置されている。ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、減速比１：１で接続されている。したがって、ギヤ４４５Ｒ２とギヤ４４５Ｌ２とは、互いに反対の回転方向に同じ速度で回転する。
【０１５２】
各ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１は、各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１を互いに反対方向に回転させ、各ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２は、各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２を互いに反対方向に回転させる。このように、保持部４１５１の各位置決めピン４１６Ｒ１，４１６Ｌ１は、ギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１の回転により回転し、保持部４１５２の各位置決めピン４１６Ｒ２，４１６Ｌ２は、ギヤ４４５Ｒ２，４４５Ｌ２の回転により回転する。
【０１５３】
以上の構成により、回転機構４３４は、駆動部４１８の回転運動をボールねじ４４２で直線運動に変換し、ラックギヤ４４３を矢印Ｙ方向に前進、後退させることができる。ラックギヤ４４３を前進、後退させることで、保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンを回転させることができる。
【０１５４】
保持部４１５１，４１５２及び回転機構４４３４のギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１，４４５Ｒ２，４４５Ｌ２は、搬送台４１１に支持されている。回転機構４４３４のボールねじ４４２、直動ガイド４４４及びラックギヤ４４３は、ベース部材４１１０に支持されている。
【０１５５】
図１７（ａ）及び図１８（ａ）に示すように、昇降機構４２２には、下降位置の状態で搬送機構４４５０の回転軸４６１２に接触して、回転軸４６１２の回転を止め、搬送機構４４５０への駆動力の伝達を阻止する回転止め部材４６０２が固定されている。差動機構４６０１、昇降機構４２２及び回転止め部材４６０２により切替機構４６３０が構成されている。
【０１５６】
切替機構４６３０は、駆動部４４１２の駆動力により搬送機構４４５０を介して搬送台４１１を搬送する状態と、駆動部４４１２の駆動力により回転機構４４３４を介して保持部の各位置決めピンを回転させる状態とに切り替える。
【０１５７】
具体的に説明すると、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）の下降位置の状態では、駆動部４４１２の駆動力が、差動機構４６０１を介して回転機構４４３４と搬送機構４４５０とに伝達される。これにより、搬送台４１１及び搬送台４１１に支持されたギヤ４４５Ｒ１，４４５Ｌ１，４４５Ｒ２，４４５Ｌ２と共に、ラックギヤ４４３が矢印Ｙ方向に同じ量だけ直動する。そのため、各保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンが回転せずに、搬送台４１１が矢印Ｙ方向に移動する。
【０１５８】
一方、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）の下降位置の状態では、搬送機構４４５０の回転軸４６１２が回転止め部材４６０２により回転止めされた状態で保持される。したがって、駆動部４４１２の駆動力は、差動機構４６０１を介して回転機構４４３４にのみ伝達される。ボールねじ４４２に駆動部４４１２の駆動力が伝達され、ラックギヤがピニオンギヤに対して相対的に移動して、ラックギヤとピニオンギヤとの間に相対変位ΔＹが生じ、保持部４１５１，４１５２の各位置決めピンが回転する。以上の構成により、図６（ｃ）及び図６（ｆ）のフィンガーの着脱作業と、図６（ｄ）の搬送台の移動作業とを同一の駆動部４４１２で実現でき、アクチュエータを削減することができ、装置の小型化とコストダウンが図れる。
【０１５９】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。
【０１６０】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【０１６１】
また、上述の実施形態では、メインコントローラが、統括的にロボット本体、拘束機構、及び交換機構の動作を制御する場合について説明したが、これに限定するものではなく、複数のコントローラで分散制御してもよい。即ち、ロボット本体を制御するコントローラ、拘束機構を制御するコントローラ、及び交換機構を制御するコントローラで互いに通信を行い、ロボット本体、拘束機構及び交換機構の動作タイミングをそれぞれ制御してもよい。この場合、複数のコントローラ（ＣＰＵ）で制御部が構成されることとなる。
【０１６２】
また、上述の実施形態では、ロボットアームが垂直多関節のロボットアームの場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームが、例えば、水平多関節のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、直交ロボットのロボットアーム等、種々のロボットアームであってもよい。
【０１６３】
また、上述の実施形態では、拘束機構の一対のクランプ部材を開閉させることで先端部材をクランプし拘束したが、この構成に限定するものではなく、例えば、磁気や静電気を利用した吸着により先端部材を拘束してもよい。
【０１６４】
また、上述の実施形態では、力検知部が力覚センサである場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、ロボットアームの各関節にトルクセンサを設け、測定した各関節トルクをもとに、先端部材に作用する外力を検知してもよいし、関節モータの電流からトルクを推定し、先端部材に作用する外力を検知してもよい。この場合、トルクセンサ又は関節モータの電流計が力検知部ということになる。
【０１６５】
また、上述の実施形態では、ロボット本体をコンプライアンス制御する場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボット本体の制御は、位置制御モードとし、ロボット本体のコンプライアンス動作、即ち、例えば図１の力覚センサ２０３の弾性部材２６１の変形により、先端部材を交換作業位置に移動させるようにしてもよい。また、弾性部材２６１があれば、検知素子２６２を省略してもかまわない。即ち、力覚センサ２０３の代わりに、又は力覚センサ２０３の他に、弾性部材を配置してもよい。
【０１６６】
このような場合でも、ロボットの先端部材と拘束機構との相対位置をロボット本体の位置決め精度に依存せず、高精度に決めることができる。そのため、ロボットの手先部材を交換する際に、ロボットの先端部材の位置測定や位置補正の必要がなく、高速かつ高精度に手先部材を交換することができる。
【符号の説明】
【０１６７】
１００…ロボット装置、２００…ロボット、２０１…ロボットアーム、２０２…ロボットハンド、２０３…力覚センサ、２１１…ハンドベース（先端部材）、２１２…フィンガー（手先部材）、２５０…ロボット本体、３０１…拘束機構、４０１…交換機構、５００…メインコントローラ、５０１…ＣＰＵ（制御部）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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