(57)【要約】【課題】対象物が支持された後においても支持力を考慮した適切な操作力で対象物を操作する技術を提供する。【解決手段】マニピュレーターと、前記マニピュレーターに作用する力を検出する力検出器と、前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと、前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、を備えるロボットにおいて、前記マニピュレーターが第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物が第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前記マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ小さくする、ロボット。【選択図】図４
2016221646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレーターと、
前記マニピュレーターに作用する力を検出する力検出器と、
前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと、
前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、
を備えるロボットにおいて、
前記マニピュレーターが第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物
が第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前
記マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ
小さくする、
ロボット。
【請求項２】
前記力検出器は、前記第一対象物が前記第二対象物に接触したことを検出する、
請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記力検出器は、非鉛直方向に作用する力に応じて前記第一対象物が前記第二対象物に
接触したことを検出する、
請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記エンコーダーは、前記第一対象物が前記第二対象物に接触したことを検出する、
請求項１に記載のロボット。
【請求項５】
前記エンコーダーは、非鉛直方向の変位に応じて前記第一対象物が前記第二対象物に接
触したことを検出する、
請求項４に記載のロボット。
【請求項６】
マニピュレーターと、
前記マニピュレーターに作用する力を検出する力検出器と、
前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと、
前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、
を備えるロボットと、
前記マニピュレーターで第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物
が第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前
記マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ
小さくするロボット制御装置と、
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】
近年、ロボットの分野において、マニュピレーターに加わる力に応じて動作位置を制御
するインピーダンス制御が用いられるようになっている。ここで動作位置とは、能動イン
ピーダンス制御における目標力とマニュピレーターに実際に作用する力とに基づいて導出
される制御目標としての位置である。マニピュレーターとワークに作用する重力はマニピ
ュレーターとワークの姿勢によって変化する。このような重力の影響下で正確にマニピュ
レーターをインピーダンス制御するため、重力補償の技術が知られている（特許文献１な
ど）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３０４７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に開示された技術を例えばワーク同士の嵌合工程に適用する
と、ワーク同士が接触した後に一方のワークが他方のワークを支持する状態になるため、
嵌合前に重力補償された力が嵌合後にもワークに作用することによって、嵌合工程が失敗
するという問題がある。
【０００５】
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、対象物が支持さ
れた後においても、支持力を考慮した適切な操作力で対象物を操作する技術を提供するこ
とを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するためのロボットは、マニピュレーターと、前記マニピュレーターに
作用する力を検出する力検出器と、前記マニピュレーターを駆動するアクチュエーターと
、前記マニピュレーターの変位を検出するエンコーダーと、を備えるロボットにおいて、
前記マニピュレーターが第一対象物を保持して移動させることによって前記第一対象物が
第二対象物に接触すると、前記第二対象物の前記第一対象物に対する支持力に応じて前記
マニピュレーターの前記第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を前記接触前に比べ小
さくする。
【０００７】
この構成を採用することにより、第一対象物に作用する力に第二対象物の支持力が加わ
る前後において、第二対象物の支持力に応じてマニピュレーターの第一対象物に対する操
作力が小さくなるため、支持力を考慮した適切な操作力で第一対象物を操作することがで
きる。ここで第一対象物と第二対象物との接触により、第二対象物から第一対象物に作用
する支持力は、マニュピレーターが第一対象物を把持して鉛直下方に押し下げない限り、
第一対象物に作用する重力未満である。また第一対象物の重心と第一対象物と第二対象物
との接触点とが鉛直線上に並んでいなければ、第二対象物から第一対象物に作用する支持
力は第一対象物に作用する重力未満である。第二対象物の第一対象物に対する支持力に応
じてマニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を、第二対象物に作用
する重力未満小さくすることにより、適切に重力補償した操作力で第一対象物を操作する
ことができる。
【０００８】
なお請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資
源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせによ
り実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェ
ア資源で実現されるものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロボットシステムの斜視図である。
【図２】ロボットシステムのブロック図である。
【図３】エンドエフェクターの側面図である。
【図４】ロボットシステムを用いた嵌合作業を示す模式図である。
【図５】ロボットシステムを用いた嵌合作業を示す模式図である。
【図６】ロボットシステムを用いた研磨作業を示す模式図である。
【図７】ロボットシステムを用いたネジ締め作業を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（１）ロボットシステムの構成
本発明の第一実施例としてのロボットシステムは、図１に示すように、ロボット１と、
エンドエフェクター２と、制御装置３と、教示端末４（ティーチングペンダント）と、を
備えている。制御装置３は、本発明のロボット制御装置の構成例である。制御装置３は図
示しないケーブルによりロボット１と通信可能に接続される。なお、制御装置３の構成要
素がロボット１に備えられていても良い。制御装置３は、ロボット１に駆動電力を供給す
る電源部３１とロボット１を制御するための制御部３２とを備える。制御装置３と教示端
末４とはケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示端末４は、専用のコンピュ
ーターであってもよいし、ロボット１のためのプログラムがインストールされた汎用のコ
ンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティー
チングペンダント５を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示端
末４とは、図１に示すように別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていても
よい。
【００１２】
ロボット１は、アームＡに各種のエンドエフェクター２を装着して使用される単腕ロボ
ットである。アームＡは６つの関節Ｊ１〜Ｊ６を備える。関節Ｊ１〜Ｊ６によって６個の
アーム部材Ａ１〜Ａ６が連結される。関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は曲げ関節であり、関節Ｊ１
、Ｊ４、Ｊ６はねじり関節である。関節Ｊ６には、ワークに対して把持や加工等を行うた
めの各種のエンドエフェクター２が装着される。先端の関節Ｊ６の回転軸上の所定位置を
ツールセンターポイント（ＴＣＰ）と表す。ＴＣＰの位置は各種のエンドエフェクター２
の位置の基準となる。
【００１３】
関節Ｊ６には力覚センサーＦＳが備えられている。力覚センサーＦＳは、６軸の力検出
器である。力覚センサーＦＳは、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交
する３個の検出軸と平行な力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを
検出する。なお、力覚センサーＦＳは本発明の力検出器の構成例であるが、関節Ｊ６以外
の関節Ｊ１〜Ｊ５のいずれか１つ以上に力検出器としての力覚センサーを備えても良い。
【００１４】
ロボット１が設置された空間を規定する座標系をロボット座標系というとき、ロボット
座標系は、水平面上において互いに直交するＸ軸とＹ軸と、鉛直上向きを正方向とするＺ
軸とによって規定される３次元の直交座標系である。Ｚ軸における負の方向は概ね重力方
向と一致する。またＸ軸周りの回転角をＲＸで表し、Ｙ軸周りの回転角をＲＹで表し、Ｚ
軸周りの回転角をＲＺで表す。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置により３次元空間における任意の位
置を表現でき、ＲＸ，ＲＹ，ＲＺ方向の回転角により３次元空間における任意の姿勢を表
現できる。以下、位置と表記した場合、姿勢も意味し得ることとする。また、力と表記し
た場合、トルクも意味し得ることとする。制御装置３は、アームＡを駆動することによっ
て、ロボット座標系においてＴＣＰの位置を制御する。
【００１５】
図２は、ロボットシステムのブロック図である。制御部３２はロボット１の制御を行う
ための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御部３２は、プロ
セッサーやＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が制御プログラムと協働す
る。
【００１６】
ロボット１は、図１に示した構成のほかに、アクチュエーターとしてのモーターＭ１〜
Ｍ６と、センサーとしてのエンコーダーＥ１〜Ｅ６とを備える。アームＡを制御すること
はモーターＭ１〜Ｍ６を制御することを意味する。モーターＭ１〜Ｍ６とエンコーダーＥ
１〜Ｅ６とは、関節Ｊ１〜Ｊ６のそれぞれに対応して備えられており、エンコーダーＥ１
〜Ｅ６はモーターＭ１〜Ｍ６の回転角度を検出する。制御装置３は、モーターＭ１〜Ｍ６
の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるＴＣＰの位置との対応関係Ｕ１を記
憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置Ｓtと目
標力ｆStとをコマンドとして記憶する。目標位置Ｓtと目標力ｆStを定めるコマンドはロ
ボット１が行う作業の工程ごとに教示によって設定される。
【００１７】
制御装置３は、設定された目標位置と目標力とがＴＣＰにて実現されるようにアームＡ
を制御する。目標力とは、アームＡの動作に応じて力覚センサーＦＳが検出すべき力であ
る。ここでＳの文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ＲＸ，ＲＹ，
ＲＺ）のなかのいずれか１個の方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表す
こととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のＸ方向成
分がＳt＝Ｘtと表記され、目標力のＸ方向成分がｆSt＝ｆXtと表記される。
【００１８】
制御装置３は、モーターＭ１〜Ｍ６の回転角度Ｄaを取得すると、対応関係Ｕ１に基づ
いて、当該回転角度Ｄaをロボット座標系におけるＴＣＰの位置Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ＲＸ，
ＲＹ，ＲＺ）に変換する。制御装置３は、ＴＣＰの位置Ｓと、力覚センサーＦＳの検出値
とに基づいて、力覚センサーＦＳに現実に作用している作用力ｆSをロボット座標系にお
いて特定する。作用力ｆｓの作用点は、ＴＣＰとは別に原点Ｏとして定義される。原点Ｏ
は、力覚センサーＦＳが力を検出している点に対応する。制御装置３は、ロボット座標系
におけるＴＣＰの位置Ｓごとに、力覚センサーＦＳのセンサー座標系における検出軸の方
向を規定した対応関係Ｕ２を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系にお
けるＴＣＰの位置Ｓと対応関係Ｕ２とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆSを
特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆSと、ツール接触点（エンド
エフェクター２とワークの接触点）から力覚センサーＦＳまでの距離とから算出すること
ができ、図示されないfsトルク成分として特定される。
【００１９】
制御装置３は、作用力ｆSに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆSから重力
に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆSは、エ
ンドエフェクター２に作用している重力以外の力と見なすことができる。
【００２０】
本実施例のインピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１〜Ｍ６
によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダ
ンス制御を、ワークの嵌合作業、研磨作業など、エンドエフェクター２が対象物（ワーク
）から力を受ける接触状態の工程で適用する。インピーダンス制御では、目標力を後述す
る運動方程式に代入してモーターＭ１〜Ｍ６の回転角度を導出する。制御装置３がモータ
ーＭ１〜Ｍ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号であ
る。運動方程式に基づいて目標力から回転角度を導出してモーターＭ１〜Ｍ６を制御する
モードを力制御モードというものとする。また制御装置３は、エンドエフェクター２がワ
ークから力を受けない非接触状態の工程では、目標位置から線形演算で導出する回転角度
でモーターＭ１〜Ｍ６を制御する。目標位置から線形演算で導出する回転角度でモーター
Ｍ１〜Ｍ６を制御するモードを位置制御モードというものとする。また制御装置３は、目
標位置から線形演算で導出する回転角度と目標力を運動方程式に代入して導出する回転角
度とを例えば線型結合によって統合し、統合した回転角度でモーターＭ１〜Ｍ６を制御す
るハイブリッドモードでもロボット１を制御する。制御装置３は、位置制御モードと力制
御モードとハイブリッドモードを力覚センサーＦＳまたはエンコーダーＥ１〜Ｒ６の検出
値に基づいて自律的に切り替えることもできるし、コマンドに応じて位置制御モードと力
制御モードとハイブリッドモードを切り替えることもできる。以上の構成より制御装置３
は、エンドエフェクター２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２に目標の力とモーメントとが作用するようにアーム１０を駆動することができる
。
【００２１】
制御装置３は、目標力ｆStと作用力ｆSとをインピーダンス制御の運動方程式に代入す
ることにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ＴＣＰが機械的イ
ンピーダンスを受けた場合に、目標力ｆStとの力偏差ΔｆS（ｔ）を解消するために、Ｔ
ＣＰが移動すべき位置Ｓの大きさを意味する。下記の（１）式は、インピーダンス制御の
運動方程式である。
【数１】
2016221646.tif 000003
【００２２】
（１）式の左辺は、ＴＣＰの位置Ｓの２階微分値に仮想慣性係数ｍを乗算した第１項と
、ＴＣＰの位置Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄを乗算した第２項と、ＴＣＰの位置Ｓに仮想
弾性係数ｋを乗算した第３項とによって構成される。（１）式の右辺は、目標力ｆStから
現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆS（ｔ）によって構成される。（１）式における微分と
は、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆStとして一定
値が設定される場合もあるし、目標力ｆStとして時間の関数が設定される場合もある。
【００２３】
仮想慣性係数ｍはＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、仮想粘性係数ｄはＴＣＰが仮
想的に受ける粘性抵抗を意味し、仮想弾性係数ｋはＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ
定数を意味する。各係数ｍ，ｄ，ｋは方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に
拘わらず共通の値に設定されてもよい。
【００２４】
そして、制御装置３は、対応関係Ｕ１に基づいて、ロボット座標系を規定する各軸の方
向の動作位置を、各モーターＭ１〜Ｍ６の目標の回転角度である目標角度Ｄtに変換する
。そして、制御装置３は、目標角度ＤtからモーターＭ１〜Ｍ６の現実の回転角度である
エンコーダーＥ１〜Ｅ６の出力Ｄaを減算することにより、駆動位置偏差Ｄe（＝Ｄt−Ｄa
）を算出する。そして、制御装置３は、駆動位置偏差Ｄeに位置制御ゲインＫpを乗算した
値と、現実の回転角度Ｄaの時間微分値である駆動速度との差である駆動速度偏差に、速
度制御ゲインＫvを乗算した値とを加算することにより、制御量Ｄcを導出する。なお、位
置制御ゲインＫpおよび速度制御ゲインＫvは、比例成分だけでなく微分成分や積分成分に
かかる制御ゲインを含んでもよい。制御量Ｄcは、モーターＭ１〜Ｍ６のそれぞれについ
て特定される。以上説明した構成により、制御装置３は、目標力ｆStとに基づいてアーム
Ａを力制御モードで制御することができる。
【００２５】
ハイブリッドモードでは、制御装置３は、目標位置Ｓtに、力由来補正量ΔＳを加算す
ることにより動作位置（Ｓt＋ΔＳ）を特定する。
【００２６】
教示端末４には、制御装置３に目標位置Ｓtと目標力ｆStとを設定するための教示プロ
グラムがインストールされている。教示端末４は、ディスプレイ４３やプロセッサーやＲ
ＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働する。これによ
り、図２に示すように、教示端末４は、オペレーターの操作に応じて目標力ｆＳｔと目標
位置Ｓｔを指定するコマンドを生成して制御装置３に出力する。
【００２７】
（２）第一実施例
図３に、エンドエフェクター２の具体例としてのグリッパー２０を示す。グリッパー２
０は２つ以上のチャック２３と駆動部２２とを備えている。駆動部２２は２つ以上のチャ
ック２３を接近および離間させるためのアクチュエーターであって、制御装置３からの制
御信号によって制御される。チャック２３の先端は、アームの先端方向を向いている。本
実施例では、グリッパー２０とアームＡが本発明にかかるマニピュレーターの構成例であ
る。
【００２８】
次に図４を参照しながら、グリッパー２０を用いて第一対象物Ｗ１１を第二対象物Ｗ２
１の孔Ｈに挿入する嵌合作業を例にして、ロボット１の操作力の設定方法について詳細に
説明する。孔Ｈの中心軸は水平であるとする。
【００２９】
はじめに制御装置３は、図４Ａに示すようにグリッパー２０で第一対象物Ｗ１１の挿入
部分の中心軸を水平に保持した状態で、第二対象物Ｗ２１の孔Ｈに位置制御モードで接近
させて停止させる。停止状態において、図示しない関節Ｊ６の回転軸は水平とする。この
ような停止状態では、グリッパー２０と第一対象物Ｗ１１の質量に作用する重力ｇが力覚
センサーＦＳの原点Ｏにトルクとして作用しているため、このトルクに応じた検出値を制
御装置３は力覚センサーＦＳから取得する。
【００３０】
次に制御装置３は、重力補償を実施する。具体的には、停止状態で力覚センサーＦＳの
検出値に基づいて導出する作用力ｆｓがゼロになるようにオフセットを設定する。
【００３１】
次に制御装置３は、図４Ａに示す矢印Ｄの水平方向に第一対象物Ｗ１１を並進させ、第
一対象物Ｗ１１を第二対象物Ｗ２１に接触させて停止させる。この工程において、制御装
置３は、力制御モードでアームＡを制御しても良いし、ハイブリッドモードでアームＡを
制御しても良い。第一対象物Ｗ１１が第二対象物Ｗ２１に接触すると、第一対象物Ｗ１１
には第二対象物Ｗ２１から抗力ｆｗｚが作用する。制御装置３は、予め決めておく抗力ｆ
ｗｚを目標力として力制御モード又はハイブリッドモードでアームＡを制御する。この工
程の停止条件は作用力ｆｓ＝ｆｗｚである。すなわちこの場合、力検出器としての力覚セ
ンサーＦＳが、第一対象物Ｗ１１が第二対象物Ｗ２１に接触したことを検出していること
になる。
【００３２】
第一対象物Ｗ１１が第二対象物Ｗ２１の表面に接触した状態では、抗力に応じた鉛直上
向きの摩擦力ｆｗｙによって、第一対象物Ｗ１１とグリッパー２０が第二対象物Ｗ２１に
支持される。第一対象物Ｗ１１を並進させて第二対象物Ｗ２１に接触させるまでの工程で
は、目標力のＹ成分はゼロであるため、接触後も目標力のＹ成分をゼロに維持してインピ
ーダンス制御を続けると、制御装置３は摩擦力ｆｗｙを打ち消そうとして、第一対象物Ｗ
１１を鉛直上向きに並進させようとする。
【００３３】
そこで制御装置３は、第一対象物Ｗ１１が第二対象物Ｗ２１の表面に接触したことを検
出すると、目標力を以下に説明する支持力由来補正量だけ変化させる。グリッパー２０に
よる第一対象物Ｗ１１の把持状態は既知であり、第一対象物Ｗ１１の形状も既知であるか
ら、第一対象物Ｗ１１と第二対象物Ｗ２１との接触点から力覚センサーＦＳの原点Ｏまで
の距離Ｌも既知である。そしてグリッパー２０と第一対象物Ｗ１１を独立した構造体とみ
なしたときの重心Ｇの位置も既知である。そこで、第二対象物Ｗ２１との接触点と力覚セ
ンサーＦＳの原点Ｏとを結ぶ線分の重心Ｇによる内分比ｌ２／Ｌを摩擦力ｆｗｙが第一対
象物Ｗ１１とグリッパー２０を支持する寄与率とみなす。そして、第一対象物Ｗ１１を並
進させて第二対象物Ｗ２１に接触させるまでの工程における水平方向の目標力ｆｗｚも既
知である。また、第一対象物Ｗ１１と第二対象物Ｗ２１の静止摩擦係数も既知である。し
たがって、目標力ｆｗｚと等しい抗力に応じた摩擦力ｆｗｙは計算によって求まる。そこ
で本実施形態では支持力由来補正量Δｆｇを次式（２）によって規定して予め制御装置３
に記憶しておく。
Δｆｇ＝ｆｗｙ×ｌ２／Ｌ  ・・・（２）
【００３４】
次に制御装置３は、このように規定された支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有す
る目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアームＡを制御することによ
り、第二対象物Ｗ２１の表面に沿って第一対象物Ｗ１１を並進させて孔Ｈの位置を探り当
てる。第一対象物Ｗ１１を第二対象物Ｗ２１に押し当てながら第二対象物Ｗ２１の表面に
沿って第一対象物Ｗ１１を並進させると、第一対象物Ｗ１１が孔Ｈに嵌る位置で第二対象
物Ｗ２１から受ける抗力ｆｗｚが減少する。この現象を利用して適切な目標力の水平成分
を設定することにより、図４Ｃに示すように第一対象物Ｗ１１の先端を侵入孔Ｈに挿入す
ることができる。この工程で第一対象物Ｗ１１の先端を孔Ｈに挿入する深さは、目標力の
水平成分によって設定することが可能である。
【００３５】
第一対象物Ｗ１１の先端が侵入孔Ｈに挿入された状態になると、孔Ｈの内壁面から受け
る抗力ｆｗｙによって第一対象物Ｗ１１とグリッパー２０が支持される。第二対象物Ｗ２
１から第一対象物Ｗ１１に作用する支持力（鉛直上向き）は、第一対象物Ｗ１１の先端が
侵入孔Ｈに挿入されることによって増大する。
【００３６】
そこで制御装置３は、増大した支持力に応じて支持力由来補正量を変化させる。具体的
に例えば、孔Ｈの内壁面から受ける抗力ｆｗｙの作用点と力覚センサーＦＳの原点Ｏとを
結ぶ線分の重心Ｇによる内分比ｌ２／Ｌを、第二対象物Ｗ２１の支持力が第一対象物Ｗ１
１とグリッパー２０を支持する寄与率とみなし、第二の支持力由来補正量Δｆｇを上式（
２）によって規定して予め制御装置３に記憶しておく。
【００３７】
次に制御装置３は、このように規定された第二の支持力由来補正量を算入した鉛直成分
を有する目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアームＡを制御するこ
とにより、予め決めておく深さまで第一対象物Ｗ１１を孔Ｈに挿入する。この工程におい
て、仮に第二対象物Ｗ２１の支持力を考慮しないでアームＡをインピーダンス制御すると
、制御装置３は第二対象物Ｗ２１の支持力（鉛直上向き）を打ち消そうとして、第一対象
物Ｗ１１を鉛直上向きに並進させようとする。その結果、第一対象物Ｗ１１が孔Ｈの上面
に押し当てられて第一対象物Ｗ１１と第二対象物Ｗ２１の摩擦力が増大するため、予め決
めておく深さまで第一対象物Ｗ１１を孔Ｈに挿入できない。本実施例では、第二の支持力
由来補正量を算入した鉛直成分を有する目標力を設定したインピーダンス制御によって第
一対象物Ｗ１１を孔Ｈに挿入するため、予め決めておく深さまで正確に第一対象物Ｗ１１
を孔Ｈに挿入することができる。
【００３８】
（３）第二実施例
図５は本発明の第二実施例を説明するための模式図である。第二実施例では、水平でも
鉛直でも無い方向Ｄに第一対象物Ｗ１１を並進させる工程で第一対象物Ｗ１１と第二対象
物Ｗ２１との接触をエンコーダーＥ１〜Ｅ６の検出値に基づいて検出し、接触後に支持力
由来補正量を算入したインピーダンス制御を実行する。以下、詳細に説明する。
【００３９】
図５Ａに示すように、グリッパー２０で第一対象物Ｗ１１を水平面に対して傾けて保持
した状態で第二対象物Ｗ２１の孔Ｈに位置制御モードで接近させて停止させる。停止状態
において、図示しない関節Ｊ６の回転軸は水平面に対して予め決めておく角度だけ傾いて
いる。また停止状態において、第一対象物Ｗ１１の先端から第二対象物Ｗ２１の表面まで
の距離は既知である。
次に制御装置は、停止状態で作用力ｆｓがゼロになるようにオフセットを設定する、す
なわち重力補償を実施する。
【００４０】
次に制御装置３は、図５Ａに示す矢印Ｄの方向に第一対象物Ｗ１１を位置制御モードで
並進させ、図５Ｂに示すように第一対象物Ｗ１１を第二対象物Ｗ２１の孔Ｈの縁に接触さ
せて停止させる。本工程の開始時において、第一対象物Ｗ１１の先端からから第二対象物
Ｗ２１の表面までの実際の距離と、エンコーダーＥ１〜Ｅ６の検出値に基づいて導出する
第一対象物Ｗ１１の先端から第二対象物Ｗ２１の表面までの距離との間には誤差が含まれ
る。したがって本工程では、第一対象物Ｗ１１を第二対象物Ｗ２１の孔Ｈの縁に確実に接
触するように、エンコーダーＥ１〜Ｅ６の検出値に基づいて導出する第一対象物Ｗ１１の
先端から第二対象物Ｗ２１の表面までの距離に誤差相当分を加算して目標位置を設定する
。本工程の停止条件は目標位置であるから、エンコーダーＥ１〜Ｅ６が、第一対象物Ｗ１
１が第二対象物Ｗ２１に接触したことを検出していることになる。第一対象物Ｗ１１が第
二対象物Ｗ２１に接触すると、第一対象物Ｗ１１とグリッパー２０は第二対象物Ｗ２１の
孔Ｈの縁から受ける抗力ｆｗによって支持された状態になる。
【００４１】
次に制御装置３は、第二対象物Ｗ２１の孔Ｈの縁が第一対象物Ｗ１１とグリッパー２０
を支持する鉛直上向きの抗力ｆｗに応じた支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有する
目標力を設定する。抗力ｆｗに応じた支持力由来補正量は、孔Ｈの縁から力覚センサーＦ
Ｓの原点Ｏまでの水平距離Ｌに対する第一対象物Ｗ１１の重心Ｇから力覚センサーＦＳの
原点Ｏまでの水平距離ｌ１の比を第二対象物Ｗ２１の支持力が第一対象物Ｗ１１とグリッ
パー２０を支持する寄与率とみなし、上式（２）によって予め算定しておけば良い。
【００４２】
次に制御装置３は、支持力由来補正量を算入した鉛直成分を有する目標力を設定した力
制御モード又はハイブリッドモードでアームＡを制御することにより、第一対象物Ｗ１１
を第二対象物Ｗ２１との接触点を中心に回転させ、図５Ｃに示すように孔Ｈの軸方向に第
一対象物Ｗ１１の姿勢を倣わせる。本工程において仮に第二対象物Ｗ２１の支持力を考慮
しないでアームＡをインピーダンス制御すると、制御装置３は第二対象物Ｗ２１の支持力
（鉛直上向き）を打ち消そうとして、第一対象物Ｗ１１を鉛直上向きに並進させようとす
る。
【００４３】
次に制御装置３は、第一実施例と同様に力制御モード又はハイブリッドモードでアーム
Ａを制御することにより、予め決めておく深さまで第一対象物Ｗ１１を孔Ｈに挿入する。
【００４４】
（４）第三実施例
図６は本発明の第三実施例を説明するための模式図である。第三実施例では対象物を研
磨するためのサンダー２５がエンドエフェクターとして図６Ａに示すように装着される。
サンダー２５を対象物Ｗ２２に押し当てた状態では、図６Ｂに示すように対象物Ｗ２２と
サンダー２５の間に作用する摩擦力ｆｗｙによってサンダー２５が支持される。そこでサ
ンダー２５によって対象物Ｗ２２を研磨する工程では、第一実施例と同様に摩擦力ｆｗｙ
がサンダー２５を支持する寄与率を求め、上式（２）によって算定する支持力由来補正量
を算入したＹ成分を有する目標力を設定した力制御モード又はハイブリッドモードでアー
ムＡを制御すればよい。なお本実施例では、アームＡが本発明に係るマニピュレーターの
構成例であり、サンダー２５が第一対象物の構成例であり、対象物Ｗ２２が第二対象物の
構成例である。
【００４５】
（５）第四実施例
図７は本発明の第四実施例を説明するための模式図である。第四実施例では第一対象物
としてのネジＷ１３を回転させるためのドライバー２８がエンドエフェクターとして図７
Ａに示すように装着される。ドライバー２８には先端から空気を吸入する図示しない吸引
器が内蔵されている。図７Ｂに示すようにドライバー２８の先端にネジＷ１３を吸着した
状態で矢印Ｄの水平方向に並進させて、図７Ｃに示すようにネジＷ１３の先端が第二対象
物Ｗ２３のネジ穴ＳＨの縁に掛かると、ネジＷ１３とドライバー２８は第二対象物Ｗ２３
のネジ穴ＳＨの縁から受ける抗力ｆｗｙによって支持された状態になる。ここで、第一実
施例や第二実施例と異なり、第一対象物としてのネジＷ１３と第二対象物としてのドライ
バー２８との結合力が弱い。したがって本実施例では、第二対象物Ｗ２３のネジ穴ＳＨの
縁から受ける抗力ｆｗｙがネジＷ１３とドライバー２８の全体を支える支持力として寄与
するという考え方ではなく、第二対象物Ｗ２３のネジ穴ＳＨの縁から受ける抗力ｆｗがネ
ジＷ１３だけを支える支持力として寄与するという考え方の元に支持力由来補正量を算定
しても良い。また例えば、抗力ｆｗｙがネジＷ１３を支える支持力としても寄与し、ドラ
イバー２８を支える支持力としても寄与するが、ネジＷ１３を支える支持力としての寄与
率よりも、ドライバー２８を支える支持力としての寄与率を小さく見積もって支持力由来
補正量を算定しても良い。
【００４６】
ネジＷ１３をネジ穴ＳＨにねじ込むと、ネジＷ１３の全重量は第二対象物Ｗ２３によっ
て支持されることになる。またネジＷ１３の後端がドライバー２８を支持する支持力も増
大する。すなわち、ネジＷ１３の回転にともなって第二対象物Ｗ２３がネジＷ１３とドラ
イバー２８を支持する支持力は大きくなる。そこで制御装置３は、ネジＷ１３の先端を第
二対象物Ｗ２３のネジ穴ＳＨの縁に掛けた後にネジＷ１３を回転させる工程では、回転角
度に応じて支持力由来補正量を増大させる。本実施例では、支持力由来補正量は、ドライ
バー２８の回転角度の関数として予め定められる。このように、支持力由来補正量は、位
置、回転角度、力など、ロボット１の制御量の関数として定めても良い。
【００４７】
（６）他の実施形態
本発明の技術的範囲は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない限りにおいて変更を加え得ることは勿論である。例えば、マニピュレーターで第一
対象物を保持して第二対象物に接触するまで移動させる工程において、第一対象物を並進
させる方向はどのような方向でも良い。したがって、第一対象物と第二対象物の接触を検
出するために、重力以外に第一対象物に作用する力を力検出器で検出する方向は、どのよ
うな方向でも良い。また第一対象物と第二対象物の接触を検出するために、第一対象物の
変位を検出する方向も、どのような方向でも良い。
【００４８】
また、第二対象物の第一対象物に対する支持力に応じてマニピュレーターの第一対象物
に対する操作力の鉛直方向成分が変化すればよいのであって、インピーダンス制御におけ
る目標力を支持力由来補正量分変化させることに限らず、例えば接触後も目標力を維持し
たままで動的に重力補償を行っても良い。ここで動的に重力補償を行う方法としては、例
えば第二対象物から第一対象物に支持力が作用する工程中または工程開始時に、ロボット
１を停止させ、力覚センサーＦＳの検出値に基づいて導出する作用力ｆｓがゼロになるよ
うにオフセットを設定することで、マニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直
方向成分を変化させることができる。また例えば、第二対象物から第一対象物に支持力が
作用する工程中または工程開始時に、予め決められた値または関数に基づいて作用力ｆｓ
のオフセット値を予め決められた量だけ変更することで、マニピュレーターの第一対象物
に対する操作力の鉛直方向成分を変化させることができる。
【００４９】
なお、第一対象物と第二対象物が接触すると直ちに第一対象物の全重量が第二対象物に
よって支持される作業におけるインピーダンス制御は、本発明の技術的範囲に含まれない
。すなわち、本発明は、第一対象物を移動させることによって第一対象物と第二対象物と
の接触点と第一対象物の重心とが鉛直方向に整列していない状態で第一対象物の重量の一
部が第二対象物で支持される前後において、第二対象物の第一対象物に対する支持力に応
じてマニピュレーターの第一対象物に対する操作力の鉛直方向成分を変化させるものであ
る。
【符号の説明】
【００５０】
１…ロボット、２…エンドエフェクター、３…制御装置、４…教示端末、１０…アーム、
２０…グリッパー、２２…駆動部、２３…チャック、２５…サンダー、２８…ドライバー
、３１…電源部、３２…制御部、４３…ディスプレイ、Ａ…アーム、Ａ１-Ａ６…アーム
部材、Ｗ１１…第一対象物、Ｗ１３…ネジ、Ｗ２１−Ｗ２３…第二対象物、Ｅ１-Ｅ６…
エンコーダー、Ｈ…孔、Ｊ１-Ｊ６…関節、Ｍ１-Ｍ６…モーター、Ｏ…力覚センサーの原
点、ＳＨ…ネジ穴
【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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