(57)【要約】【課題】突出した形状の操作体を確実に操作できるロボットおよびロボットシステムを提供する。【解決手段】本発明のロボットおよびロボットシステムは、操作方向の反対方向に突出する形状の操作体を前記操作方向に押して操作するロボットおよびロボットシステムであって、凹部材の凹み方向が前記操作方向の反対方向となるように、前記凹部材を前記操作体に接触させた状態で前記操作体を操作する制御部、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作方向の反対方向に突出する形状の操作体を前記操作方向に押して操作するロボットであって、
凹部材の凹み方向が前記操作方向の反対方向となるように、前記凹部材を前記操作体に接触させた状態で前記操作体を操作する制御部、
を備えるロボット。
【請求項２】
前記操作方向は所定の円の円周に沿った方向であり、
前記凹部材は、前記操作体を操作している状態において、前記円の半径方向において前記操作体を一意に位置決めする形状に形成されている、
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記凹部材は、前記操作体を操作している状態において、前記操作方向の直交平面において前記操作体を一意に位置決めする形状に形成されている、
請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記凹部材には球を所定の平面断面にて切断した形状の凹みが形成される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項５】
前記操作体は第１直径の球形であり、
前記凹部材には第２直径の球を平面断面にて切断した形状の凹みが形成され、
前記第１直径と前記第２直径との間に０でない公差が設けられる、
請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
前記凹部材の内部の摩擦抵抗よりも、前記凹部材の表面の摩擦抵抗が小さい、
請求項４または請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記操作体に連結軸が連結し、
前記凹部材には、前記連結軸に対応する形状の凹みが形成される、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項８】
前記凹部材を把持する把持部と、
前記凹部材と前記把持部との接触部位において前記凹部材と前記把持部との間に挟み込まれる弾性部材とを、
さらに備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロボット。
【請求項９】
操作方向の反対方向に突出する形状の操作体を前記操作方向に押して操作するロボットシステムであって、
凹部材の凹み方向が前記操作方向の反対方向となるように、前記凹部材を前記操作体に接触させた状態で前記操作体を操作する制御部、
を備えるロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの指によって押してボタンを操作する技術が知られている（特許文献１、図３〜４、参照）。特許文献１において、ボタンが突出した形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９６７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、ロボットの指が突出した形状のボタン上において滑って脱落しやすく、確実にボタンを操作できないという課題があった。
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、突出した形状の操作体を確実に操作できるロボットおよびロボットシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明のロボットおよびロボットシステムは、操作方向の反対方向に突出する形状の操作体を操作方向に押して操作するロボットであって、凹部材の凹み方向が操作方向の反対方向となるように、凹部材を操作体に接触させた状態で操作体を操作する制御部、を備えるように構成される。
【０００６】
前記の構成において、凹み方向が操作方向の反対方向となるように凹部材を操作体に接触させることにより、操作体の少なくとも一部が凹部材に入り込んだ状態で凹部材を操作体に接触させることができる。操作体の少なくとも一部が凹部材に入り込んだ状態で操作体を操作することができるため、操作体が凹部材から脱落することなく、操作体を確実に操作できる。
【０００７】
さらに、操作方向は所定の円の円周に沿った方向であり、凹部材は、当該凹部材が操作体に接触した状態において、円の半径方向において操作体を一意に位置決めする形状に形成されてもよい。これにより、円周に沿った方向に操作体を操作する際に、半径方向に操作体と凹部材とを相対移動する力が作用したとしても、操作体を確実に操作できる。
【０００８】
また、操作方向が円周に沿った方向である構成において、凹部材は、当該凹部材が操作体に接触した状態において、操作方向の直交平面において操作体を一意に位置決めする形状に形成されてもよい。これにより、円周に沿った方向に操作体を操作する際に、操作方向の直交平面上のいずれの方向に操作体と凹部材とを相対移動する力が作用したとしても、操作体を確実に操作できる。
【０００９】
さらに、操作体は球形であってもよい。この場合、凹部材には球を所定の平面断面にて切断した形状の凹みが形成されてもよい。これにより、球を切断した形状の凹部材に、球形の操作体に入り込んだ状態で凹部材を操作体に接触させることができ、操作体を確実に操作できる。さらに、凹部材と操作体がともに回転対称形状となるため、凹部材に対して操作体が球面に沿って滑ることにより、凹部材に対する操作体の回転移動を許容できる。また、凹部材に対して操作体が回転移動したとしても、凹部材に対する操作体の中心（球心）の相対位置を一定に維持できる。従って、凹部材に対する操作体の回転移動を許容しつつ、操作体を確実に操作できる。
【００１０】
また、操作体は第１直径の球形であり、凹部材には第２直径の球を平面断面にて切断した形状の凹みが形成される構成において、第１直径と第２直径との間に０でない公差が設けられてもよい。これにより、操作体と凹部材との間に隙間を形成することができ、凹部材に対して操作体が回転移動する際の摩擦抵抗を抑制できる。従って、凹部材に対して操作体が回転移動する際の摩擦力によって凹部材の姿勢を変化させるようなモーメントが生じることを防止できる。すなわち、凹部材の姿勢の変化を抑制するために、凹部材に作用するモーメントに応じてロボットを制御しなくても済む。さらに、凹部材に作用するモーメントに応じたロボットの制御の応答期間を考慮しなくても済むため、高速に操作体を操作できる。
【００１１】
さらに、凹部材の内部の摩擦抵抗よりも、凹部材の表面の摩擦抵抗が小さく形成されてもよい。これにより、凹部材に対して操作体が回転移動する際の摩擦抵抗を抑制できる。従って、凹部材に対して操作体が回転移動する際の摩擦力によって凹部材の姿勢を変化させるようなモーメントが生じることを防止できる。
【００１２】
さらに、操作体に連結軸が連結し、凹部材には、連結軸に対応する形状の凹みが形成されてもよい。これにより、連結軸と凹部材とが干渉することを防止でき、確実に操作体の少なくとも一部が凹部材に入り込んだ状態とすることができる。
【００１３】
また、凹部材を把持する把持部と、凹部材と把持部との接触部位において凹部材と把持部との間に挟み込まれる弾性部材とが、さらに備えられてもよい。これにより、操作体の操作過程において、凹部材の姿勢を変化させる力やモーメントが作用したとしても、弾性部材が弾性変形することにより、当該力やモーメントを吸収することができる。すなわち、凹部材の姿勢の変化を抑制するために、凹部材に作用する力やモーメントに応じてロボットを制御しなくても済む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（１Ａ）はロボットの斜視図、（１Ｂ）は制御部のブロック図、（１Ｃ）はロボットの機能ブロック図である。
【図２】（２Ａ）はエンドエフェクターの斜視図、（２Ｂ）は操作体の模式図、（２Ｃ）は凹部材の断面矢視図、（２Ｄ）〜（２Ｆ）は凹部材の動作説明図である。
【図３】（３Ａ）は操作処理のフローチャート、（３Ｂ）はエンドエフェクターの斜視図、（３Ｃ）〜（３Ｆ）は他の実施形態の凹部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら以下の順に説明する。
なお、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
（１）ロボットの構成：
（２）制御部の構成：
（３）凹部材の構成：
（４）操作処理：
（５）他の実施形態：
【００１６】
（１）ロボットの構成：
図１Ａは本発明の一実施形態にかかるロボット１の斜視図である。図１Ａに示すように、ロボット１は、アーム１０とエンドエフェクター２０と制御部４０とを備える。アーム１０は、３個の曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３と３個のねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを有する６軸アームである。曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向に直交する軸を中心に回転する関節である。ねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向の軸を中心に回転する関節である。アーム１０は、曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを動作させるための駆動部としてのモーター群（図１Ａにて不図示）を備えている。
【００１７】
エンドエフェクター２０は、アーム１０の先端に装着されている。
６軸のアーム１０が駆動することによって、所定の可動範囲内においてエンドエフェクター２０を任意に位置において任意の姿勢（角度）とすることができる。エンドエフェクター２０には力覚センサーＰが備えられている。力覚センサーＰは、エンドエフェクター２０に作用する３軸の力と、当該３軸まわりに作用するモーメントを計測するセンサーである。
【００１８】
ハンドプレス機１００は、操作体Ｋと連結軸Ｓとプレス板１０１とプレス軸１０２とバネ１０３と本体部１０４と回転軸１０５と支柱１０６と土台１０７とを備える。土台１０７は、アーム１０の一端（エンドエフェクター２０の反対側）が固定された作業台上に載置されている。土台１０７に対して支柱１０６が垂直に接合しており、当該支柱１０６における任意の高さに本体部１０４が固定されている。本体部１０４において円柱状のプレス軸１０２が鉛直に貫通しており、プレス軸１０２が本体部１０４に対して昇降可能となっている。
【００１９】
プレス軸１０２のまわりにバネ１０３が取り付けられており、当該バネ１０３が伸びようとする弾性力によってプレス軸１０２が鉛直上方に付勢されている。プレス軸１０２の下端に土台１０７と平行なプレス板１０１が接続されており、プレス板１０１がプレス軸１０２とともに昇降する。プレス板１０１が下降することにより、プレス板１０１と土台１０７とでワークを挟み込んで、当該ワークをプレスする。ワークは、例えば嵌合部材（ギヤー軸等）と被嵌合部材（ギヤー等）であってもよい。
【００２０】
回転軸１０５は本体部１０４を水平に貫通する軸であり、回転軸１０５が回転することによってピニオン（不図示）が回転する。ピニオンは、プレス軸１０２において鉛直方向に設けられたラックと噛み合っており、回転軸１０５が回転することによりプレス軸１０２が昇降する。回転軸１０５の一端には、当該回転軸１０５の径方向に延びる円柱状の連結軸Ｓが連結されている。さらに、連結軸Ｓの先端に球状の操作体Ｋが連結されている。
【００２１】
プレス軸１０２が昇降する場合、回転軸１０５が回転することにより、操作体Ｋが所定の円Ｃ（一点鎖線）の円周に沿った方向に移動することとなる。連結軸Ｓと回転軸１０５とが挟む角の角度がθであるとすると、円Ｃは、回転軸１０５の延長線上の点を中心とし、連結軸Ｓの長さにｃｏｓθを乗算した長さを半径とする円となる。当該円Ｃの円周に沿って操作体Ｋが移動する方向を操作方向Ｑと定義する。ロボット１は、操作体Ｋをエンドエフェクター２０によって押すことにより、操作体Ｋを操作方向Ｑに移動させて、プレス板１０１を下降させる。なお、連結軸Ｓの方向である軸方向Ｄは、円Ｃの半径の方向と同一と見なすことができる。
【００２２】
（２）制御部の構成：
制御部４０は、ロボット１を制御するためのコンピューターである。本実施形態のように、制御部４０はロボット１内に備えられてもよい。また、ロボット１の外部において当該ロボット１と通信可能に備えられ制御部４０と、当該ロボット１とでロボットシステムが構成されてもよい。むろん、ロボット１内のコンピューターとロボット１の外部のコンピューターとが協働することにより制御部４０が実現されてもよい。
【００２３】
ロボット１は、ティーチングを行うことにより各種作業が可能となる汎用ロボットである。本実施形態において、ハンドプレス機１００を操作するためのティーチングが制御部４０に対して行われている。
【００２４】
図１Ｂは、制御部４０のハードウェアブロック図である。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と記憶部４２と通信部４４とを備え、通信部４４を介してアーム１０と通信を行う。これらの構成要素は、バスＢｕｓと図示しない入出力機構を介して相互に通信可能に接続されている。ＣＰＵ４１は、記憶部４２に格納された各種プログラムを実行する。記憶部４２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを含み、制御部４０が処理する各種情報や画像、プログラムを格納する。なお、記憶部４２は、制御部４０に内蔵されるものに代えて、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置でもよい。通信部４４は、例えば、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポートやイーサネットポート等を含んで構成される。
【００２５】
図１Ｃはロボットの機能ブロック図である。制御部４０は、ハンドプレス機１００を用いてプレスを行うようにアーム１０を制御する。このため、制御部４０は、位置制御部Ｍ１と力制御部Ｍ２と出力部Ｍ３とを備える。これらの機能部のうち一部又は全部は、例えば、ＣＰＵ４１が、記憶部４２に記憶された各種プログラムを実行することで実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。
【００２６】
本実施形態において、制御部４０は、アーム１０の関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれに対応するモーターで構成されるモーター群１２に対して制御信号を出力する。位置制御部Ｍ１は、エンドエフェクター２０の目標の位置と目標の姿勢を設定し、当該目標の位置と姿勢とを実現するためのモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、位置制御部Ｍ１は、モーター群１２の現在の駆動状態を逐次取得し、目標の位置と姿勢とを実現できるようなモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、位置制御部Ｍ１は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御等のフィードバック制御によってモーター群１２の制御量を取得する。
【００２７】
力制御部Ｍ２は、位置制御部Ｍ１と同様に逐次モーター群１２に指令する制御量を取得するモジュールである。力制御部Ｍ２は、エンドエフェクター２０に作用する目標の力とモーメントを設定し、当該目標の力とモーメントがエンドエフェクター２０に作用する状態となるようにモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、力制御部Ｍ２は、力覚センサーＰからエンドエフェクター２０に作用している現在の力とモーメントとを逐次取得し、現在の力とモーメントに基づいてモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、力制御部Ｍ２は、外力に応じた機械的なインピーダンス（慣性、減衰係数、剛性等）を設定し、当該インピーダンスを擬似的に実現するようにモーター群１２の制御量を取得する。さらに、力制御部Ｍ２は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端が鉛直下方に向いている状態において力覚センサーＰをリセットし、エンドエフェクター２０の姿勢に応じた力覚センサーＰの計測結果の重力補償を行う。
【００２８】
出力部Ｍ３は、位置制御部Ｍ１から出力される制御量と、力制御部Ｍ２から出力される制御量とを総合（例えば線形結合）し、モーター群１２に出力する制御信号を生成する。なお、制御部４０は、位置制御部Ｍ１による位置制御と、力制御部Ｍ２による力制御とを、双方とも有効にすることもできるし、いずれか一方を無効にすることもできる。本実施形態において、制御信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。以上の構成より、エンドエフェクター２０が目標の位置において目標の姿勢となり、かつ、エンドエフェクター２０に目標の力とモーメントとが作用するようにアーム１０を駆動させることができる。さらに、出力部Ｍ３は、エンドエフェクター２０を制御するための制御信号を出力する。
【００２９】
（３）凹部材の構成：
図２Ａは、エンドエフェクター２０の斜視図である。エンドエフェクター２０は、力覚センサーＰと凹部材２１とグリッパー２２とチャック２３，２３と弾性部材２４，２４とを備えている。アーム１０の長さ方向をＸ方向と定義し、当該Ｘ方向に直交し、かつ、互いに直交する方向をＹ方向とＺ方向と定義する。グリッパー２２は、チャック２３，２３をＺ方向において接近および離間させるためのアクチュエーターを備えており、制御部４０の出力部Ｍ３からの制御信号によってアクチュエーターが制御される。把持部としてのチャック２３，２３の先端は、Ｘ方向を向いている。Ｚ方向に対向するチャック２３，２３の面は互いに平行となっており、当該対向する面の先端部分のそれぞれに弾性部材２４，２４が貼り付けられている。
【００３０】
本実施形態において、弾性部材２４，２４は以下の構成とされる。弾性部材２４，２４は、硬さがショアＡ９０のウレタン樹脂で形成されており、Ｚ方向の厚みが２ｍｍで、Ｙ方向とＸ方向の長さがそれぞれ２０ｍｍ，１０ｍｍとなるように形成されている。ただし、弾性部材２４，２４は、所定基準以上の弾性を有する部材であればよく、ウレタン以外の合成樹脂によって形成されてもよいし、異なる厚みや長さが採用されてもよい。
【００３１】
凹部材２１は、凹部Ｎが形成された部材である。凹部Ｎは、半球状の部分と、半円柱状の凹みである連結部Ｎ１とを含む。凹部材２１は、直方体状の部材に、凹み方向がＹ方向となる凹部Ｎを形成することによって形成される。凹部Ｎは、ほぼ半球状であり、断面積が最大となる平面断面にて球を切断した形状である。
【００３２】
図２Ｂは、操作体Ｋの模式図である。以下、凹部Ｎの形状を操作体Ｋの形状と対比して説明する。操作体Ｋは直径がＲ（第１直径）の球体であり、連結軸Ｓは直径がｒの円柱である。操作体Ｋを連結軸Ｓの軸方向から見た場合に、操作体Ｋの輪郭と連結軸Ｓの輪郭とが同心円状となる。
【００３３】
図２ＣはＡ−Ａ線（図２Ａ）における凹部材２１の断面矢視図である。Ａ−Ａ線とは、凹部Ｎの球状部分の最深部を通過するＺ方向の直線である。図２Ｃに示すように、凹部Ｎのうち球状部分と、連結部Ｎ１とは同心円状となっている。また、凹部Ｎの球状部分の直径はＲ＋ａ（第２直径）となっている。ａは公差であり、０．１ｍｍである。すなわち、凹部Ｎの球状部分は操作体Ｋに対応する形状となっており、０．１ｍｍのクリアランスをもって操作体Ｋの半分が入り込むことが可能な形状となっている。連結部Ｎ１の直径はｒ＋ｂとなっている。ｂはａよりも大きい公差であり、１ｍｍである。
【００３４】
図２Ａに示すように、連結部Ｎ１は軸方向がＸ方向の半円柱状となっている。連結部Ｎ１は、連結軸Ｓに対応する形状となっており、１ｍｍのクリアランスをもって連結軸Ｓの半分が入り込むことが可能な形状となっている。また、図２Ｃにて太線で示すように、凹部材２１のうち、凹部Ｎにて露出する表面に対してコーティングがなされている。例えば、フッ素樹脂や硫化物やグラファイト等の固体潤滑剤をコーティングすることにより、他の部分よりも摩擦抵抗が小さくなるように構成されている。なお、凹部材２１の表面は、めっき等の化学的表面処理によって摩擦抵抗が抑制されてもよいし、研磨等の機械的表面処理によって摩擦抵抗が抑制されてもよい。
【００３５】
図２Ｄ〜２Ｆは凹部材２１の動作説明図である。図１Ａにて説明したように、操作体Ｋが円Ｃの円周に沿った操作方向Ｑに移動することにより、プレスが行われる。図２Ｄ〜２Ｆに示すように、凹部材２１の凹部Ｎに操作体Ｋが入り込んだ状態を維持して、凹部材２１が操作方向Ｑに操作体Ｋを押すことにより、操作方向Ｑに操作体Ｋが移動させられる。そのために、制御部４０は、凹部Ｎの凹み方向であるＹ方向が常に操作方向Ｑの反対方向となるようにエンドエフェクター２０の位置と姿勢を制御しながら、凹部材２１を円Ｃの円周に沿って移動させることにより凹部材２１によって操作体Ｋを押す。また、制御部４０は、エンドエフェクター２０の先端方向であるＸ方向が連結軸Ｓの軸方向Ｄと一致するようにエンドエフェクター２０の位置と姿勢を制御する。ここで、図２Ｄ〜２Ｆに示すように、凹部Ｎの凹み方向であるＹ方向は、操作方向Ｑの反対方向であるとともに、操作体Ｋのうち凹部材２１側の半球部分は操作方向Ｑの反対方向であるＹ方向に突出する。
【００３６】
図２Ｄ〜２Ｆでは、それぞれ連結軸Ｓの軸方向Ｄが異なっているが、Ｘ方向が連結軸Ｓの軸方向Ｄと一致している。これにより、連結軸Ｓの一部が凹部Ｎの連結部Ｎ１に入り込んだ状態を維持できる。以上の構成において、操作体Ｋの少なくとも一部が凹部材２１に入り込んだ状態で操作体Ｋを操作することができ、操作体Ｋが凹部材２１から脱落することなく、操作体Ｋを確実に操作できる。
【００３７】
さらに、操作方向Ｑは円Ｃの円周に沿った方向であり、凹部材２１は、当該凹部材２１が操作体Ｋに接触した状態において、円Ｃの半径方向である連結軸Ｓの軸方向Ｄ（Ｘ方向）において操作体Ｋを一意に位置決めする形状に形成されていることとなる（図２Ｄ〜２Ｆ）。これにより、円周に沿った方向に操作体Ｋを操作する際に、半径方向である連結軸Ｓの軸方向Ｄに操作体Ｋと凹部材２１とを相対移動する力が作用したとしても、操作体Ｋを軸方向Ｄに拘束して確実に操作できる。例えば、ハンドプレス機１００の製造誤差等によって連結軸Ｓの軸方向Ｄに意図しない力が作用したとしても、操作体Ｋを確実に操作できる。また、遠心力の影響も抑制できる。
【００３８】
凹部材２１は、Ｙ方向と反対方向の操作方向Ｑの直交平面であるＸＺ平面において操作体Ｋを一意に位置決めする形状に形成されていると言える。これにより、円周に沿った方向に操作体Ｋを操作する際に、操作方向Ｑの直交平面上のいずれの方向に操作体Ｋと凹部材２１とを相対移動する力が作用したとしても、操作体ＫをＸＺ平面において拘束して確実に操作できる。例えば、ハンドプレス機１００の製造誤差等によって連結軸ＳをＺ方向にぶれさせる力が作用したとしても、操作体Ｋを確実に操作できる。
【００３９】
さらに、凹部Ｎのうち、球状部分の操作体Ｋに対する公差（ａ）は、連結部Ｎ１の連結軸Ｓに対する公差（ｂ）よりも小さいため、操作体Ｋを凹部材２１に接触させ、連結軸Ｓを凹部材２１に干渉させないようにすることができる。すなわち、凹部材２１の凹部Ｎの球状部分の表面にて操作体Ｋを押すことにより、球面同士の接触により操作体Ｋを操作することができる。操作体Ｋに対して意図しない力やモーメントが作用した場合でも、操作体Ｋに対して凹部材２１が球面に沿って滑ることにより、凹部材２１に対する操作体Ｋの回転移動を許容できる。また、凹部材２１に対して操作体Ｋが回転移動したとしても、凹部材２１に対する操作体Ｋの中心（球心）の相対位置を一定に維持できる。従って、凹部材２１に対する操作体Ｋの回転移動を許容しつつ、操作体Ｋを確実に操作できる。
【００４０】
また、操作体Ｋの直径である第１直径（Ｒ）と凹部Ｎの球形部分の直径である第２直径（Ｒ＋ａ）との間に０でない公差ａが設けられている。これにより、操作体Ｋと凹部材２１との間に隙間を形成することができ、凹部材２１に対して操作体Ｋが回転移動する際の摩擦抵抗を抑制できる。さらに、凹部材２１の内部の摩擦抵抗よりも、凹部材２１の表面の摩擦抵抗が小さく形成されているため、凹部材２１に対して操作体Ｋが回転移動する際の摩擦抵抗を抑制できる。従って、凹部材２１に対して操作体Ｋが回転移動する際の摩擦力によって凹部材２１の姿勢を変化させるようなモーメントが生じることを防止できる。すなわち、凹部材２１の姿勢の変化を抑制するために、凹部材２１に作用するモーメントに応じてロボット１を力制御しなくても済む。さらに、凹部材２１に作用するモーメントに応じたロボット１の制御の応答期間を考慮しなくても済むため、高速に操作体Ｋを操作できる。
【００４１】
（４）操作処理：
図３Ａは操作処理のフローチャートである。操作処理はロボット１によって操作体Ｋを操作することによって、ハンドプレス機１００にてワークをプレスするための処理である。まず、制御部４０は力覚センサーＰをリセットする（ステップＳ１００）。このとき、制御部４０は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端（Ｘ方向）が鉛直下方に向くようにアーム１０を制御する。次に、制御部４０は力覚センサーＰの計測結果の重力補償を開始する（ステップＳ１１０）。以上により、力覚センサーＰの計測結果に基づいて、力制御部Ｍ２が適切にアーム１０の力制御を行うことが可能となる。
【００４２】
次に、制御部４０は凹部材２１を操作開始状態に遷移させる（ステップＳ１２０）。操作開始状態とは、何ら操作が行われていないハンドプレス機１００の操作体Ｋの一部が凹部Ｎの球状部分に入り込み、かつ、連結軸Ｓの一部が凹部Ｎの連結部Ｎ１に入り込む状態である。制御部４０は、凹部材２１が操作開始状態となるようにアーム１０を制御する。操作開始状態に遷移させるにあたり、位置制御部Ｍ１による位置制御のみを行ってもよい。また、操作開始状態に遷移させるにあたり、力制御部Ｍ２による力制御も行うことにより、確実に操作体Ｋに凹部材２１を接触させてもよい。
【００４３】
次に、制御部４０は凹部材２１を操作方向に移動させる（ステップＳ１３０）。すなわち、制御部４０は、凹部材２１が円Ｃの円周上を移動するようにアーム１０を制御する。
このとき、制御部４０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向における位置制御を有効とする。すなわち、位置制御部Ｍ１は、図２Ａに示すＸ方向とＹ方向とＺ方向のいずれの方向においてもエンドエフェクター２０（凹部材２１）の目標の位置を逐次設定するとともに、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向の各方向の軸まわりのいずれの回転方向においてもエンドエフェクター２０の目標の姿勢を逐次設定する。
【００４４】
一方、ステップＳ１３０において、制御部４０は、一部の方向においてのみ力制御を有効とする。具体的に、制御部４０は、操作方向Ｑに直交するＸ方向とＺ方向に作用する力に応じた力制御を有効とし、操作方向Ｑ（Ｙ方向）に作用する力に応じた力制御を無効とする。これにより、凹部材２１から操作体Ｋが脱落する程度に、Ｘ方向とＺ方向に異常な力が作用する状態に陥ることを防止できる。さらに、制御部４０は、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向の各方向の軸まわりのいずれの回転方向においてもモーメントに応じた力制御を無効とする。上述したように、操作体Ｋを凹部材２１に対して拘束しつつも、凹部材２１に対する操作体Ｋの回転移動を許容できるため、モーメントに応じた力制御を無効としても凹部材２１の姿勢が変化することはないからである。モーメントに応じた力制御を無効とすることができるため、アーム１０に於ける関節の角速度が安全動作可能な上限値を超える事を抑制でき、作業の度に異なった力応答をするハンドプレス機やプレス作業対象物であっても、安定にかつ高速でプレス作業を行うことができる。
【００４５】
次に、制御部４０は、操作方向Ｑ（Ｙ方向）の力制御を有効化する（ステップＳ１４０）。すなわち、所望のプレス荷重に対応する力がＹ方向に作用するように力制御部Ｍ２による力制御を行う。これにより、所望のプレス荷重にてワークをプレスすることができる。
【００４６】
（５）他の実施形態：
図３Ｂは、第２実施形態のエンドエフェクター２０の斜視図である。第２実施形態では、第１実施形態のエンドエフェクター２０から凹部材２１が省略されている。
その代わりに、第２実施形態のエンドエフェクター２０は、当該エンドエフェクター２０と一体化されていない凹部材２２１を把持することにより、操作体Ｋを操作する。凹部材２２１には、第１実施形態の凹部材２１と同様の凹部Ｎが形成されている。制御部４０は、チャック２３，２３をＺ方向に接近させて、凹部材２２１をチャック２３，２３によって挟み込んで把持させる。このとき、制御部４０は、チャック２３，２３の対向面の先端に貼り付けられた弾性部材２４，２４のみが凹部材２２１に接触するように凹部材２２１を把持する。そして、制御部４０は、凹部材２２１の凹部Ｎに操作体Ｋが入り込んだ状態を維持して、凹部材２２１が操作方向Ｑに操作体Ｋを押すようにアーム１０を制御する。
これにより、操作方向Ｑに操作体Ｋが移動させることができる。
【００４７】
以上の構成により、操作体Ｋの操作過程において、凹部材２２１の姿勢を変化させる力やモーメントが作用したとしても、弾性部材２４が弾性変形することにより、当該力やモーメントを吸収することができる。すなわち、凹部材２２１の姿勢の変化を抑制するために、凹部材２２１に作用する力やモーメントに応じてロボット１を力制御しなくても済む。
【００４８】
図３Ｃは、第３実施形態の凹部材３２１の説明図である。凹部材３２１には、第１実施形態と同様に半球状の凹部Ｎが形成されている。
凹部Ｎの凹み方向であるＹ方向は紙面上方となっている。本実施形態の操作体Ｋは、Ｙ方向の直線状のバネＫ１によって本体部に支持されており、当該バネＫ１の方向に操作可能となっている。操作体Ｋは紙面上方に向けて半球状に突出しており、凹部材３２１の凹部Ｎに入り込むことができる。第３実施形態において、ロボット１は凹部材３２１を紙面下方の操作方向Ｑに移動させることにより、操作体Ｋを操作する。このような構成でも、操作体Ｋが凹部材３２１から脱落することを防止でき、確実に操作体Ｋを操作できる。なお、ロボット１は、必ずしも６軸のアーム１０を備えていなくてもよく、直線軌道を取る操作体Ｋを６軸よりも少ない関節のアーム１０によって操作してもよい。さらに、ロボット１は、複数のアーム１０を備えてもよく、双腕ロボットであってもよい。
【００４９】
図３Ｄは、第４実施形態の凹部材４２１の説明図である。第４実施形態のロボット１は第１実施形態と同様の操作体Ｋを操作する。凹部材４２１においては、断面半円状の溝が凹部ＮとしてＺ方向に形成されている。この構成において、操作体Ｋが円周上を移動する円Ｃの半径方向Ｄ（Ｘ方向）においては操作体Ｋを一意に位置決めできるとともに、Ｚ方向においては操作体Ｋを一意に位置決めできない。このような構成においても、例えば、ハンドプレス機１００の製造誤差等によって連結軸Ｓの軸方向Ｄに意図しない力が作用したとしても、操作体Ｋを確実に操作できる。
【００５０】
図３Ｅは、第５実施形態の凹部材５２１の説明図である。第５実施形態のロボット１は第１実施形態と同様の操作体Ｋを操作する。凹部材５２１においては、断面三角形状の溝が凹部ＮとしてＺ方向に形成されている。この構成においても、第４実施形態と同様に、操作体Ｋが円周上を移動する円Ｃの半径方向Ｄ（Ｘ方向）において操作体Ｋを一意に位置決めできる。
【００５１】
図３Ｆは、第６実施形態の凹部材６２１の説明図である。第６実施形態のロボット１は第１実施形態と同様の操作体Ｋを操作する。凹部材６２１においては、四角錐状の凹部ＮとしてＺ方向に形成されている。この構成においては、第１実施形態と同様に、操作体Ｋが円周上を移動する円Ｃの半径方向Ｄ（Ｘ方向）においても操作体Ｋを一意に位置決めできるとともに、Ｚ方向においても操作体Ｋを一意に位置決めできる。すなわち、凹部材６２１は、操作方向Ｑの直交平面であるＸＺ平面において操作体Ｋを一意に位置決めする形状に形成されている。これにより、操作方向Ｑの直交平面上のいずれの方向に操作体Ｋと凹部材２１とを相対移動する力が作用したとしても、操作体ＫをＸＺ平面において拘束して確実に操作できる。なお、凹部材４２１〜６２１の凹部Ｎのように操作体Ｋ（半分程度）が深く入り込めないように凹部Ｎのサイズを抑制することにより、連結部Ｎ１を省略してもよい。
【００５２】
第１実施形態では、操作体Ｋと凹部Ｎの球状部分との公差（ａ，ｂ）が正であったが、公差は負であってもよい。公差が０である場合、操作体Ｋと凹部Ｎの球状部分とが噛み合ってモーメントを生じさせることとなる。一方、公差が０でなければ、操作体Ｋと凹部Ｎの球状部分と間にクリアランスを生じさせることができ、操作体Ｋと凹部材２１との間に生じる力やモーメントを抑制できる。なお、操作体Ｋと凹部材２１との接触面積を抑制する等により操作体Ｋと凹部材２１との間の摩擦抵抗を抑制してもよく、必ずしも凹部材２１の内部の摩擦抵抗よりも、凹部材２１の表面の摩擦抵抗を小さく形成しなくてもよい。なお、弾性部材２４，２４を備える構成において、必ずしも凹部材２１を操作体Ｋに接触させた状態で操作体Ｋを操作しなくてもよい。すなわち、チャック２３，２３と操作体Ｋとの間に弾性部材２４，２４が挟まれる状態で、チャック２３，２３によって操作体Ｋを把持して、操作体Ｋを操作してもよい。この場合でも、チャック２３，２３の姿勢の変化を抑制するために、チャック２３，２３に作用する力やモーメントに応じたロボットの力制御を軽減できる。
【符号の説明】
【００５３】
１…ロボット、１０…アーム、１２…モーター群、２０…エンドエフェクター、２１…凹部材、２２…グリッパー、２３…チャック、２４…弾性部材、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…記憶部、４４…通信部、１００…ハンドプレス機、２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１…凹部材、Ｂ１〜Ｂ３…曲げ関節、Ｒ１〜Ｒ３…ねじり関節、Ｄ…半径方向、Ｋ…操作体、Ｍ１…位置制御部、Ｍ２…力制御部、Ｍ３…出力部、Ｎ…凹部、Ｎ１…連結部、Ｐ…力覚センサー、Ｑ…操作方向、Ｓ…連結軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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