(57)【要約】【課題】容易かつ迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができるロボット、ロボット制御装置およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】ロボットアームと、前記ロボットアームに設けられ、力を検出する力検出器と、を備え、前記ロボットアームにより第１対象物を移動させ、挿入部を有する第２対象物に前記第１対象物を接触させる第１動作を行った後、前記力検出器の検出結果に基づいて、前記ロボットアームにより前記第１対象物を回転させつつ並進させ、前記第１対象物を前記挿入部に挿入する第２動作を行うことを特徴とするロボット。【選択図】図７
2017226021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
前記ロボットアームに設けられ、力を検出する力検出器と、を備え、
前記ロボットアームにより第１対象物を移動させ、挿入部を有する第２対象物に前記第１対象物を接触させる第１動作を行った後、
前記力検出器の検出結果に基づいて、前記ロボットアームにより前記第１対象物を回転させつつ並進させ、前記第１対象物を前記挿入部に挿入する第２動作を行うことを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状は、真円ではない請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記第２動作における前記第１対象物の回転は、前記第１対象物を通る軸を回転中心とする回転である請求項１または２に記載のロボット。
【請求項４】
前記第１動作では、前記第１対象物を前記挿入部に接触させる請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項５】
前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上を接触させる動作を行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項６】
前記第１動作では、前記第１対象物は、前記第１対象物の挿入方向に対して所定角度傾斜しており、
前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上が接触した後に、前記第１対象物を起立させる請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上を接触させる際に、前記第１対象物の並進により生じるモーメントを打ち消す制御を行う請求項５または６に記載のロボット。
【請求項８】
前記第２動作では、前記第１対象物の並進については、前記力検出器の検出値が小さくなる方向に移動させる請求項１ないし７のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項９】
前記第２動作では、前記第１対象物の回転については、前記力検出器の検出値が所定の範囲に入るように回転させる請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボットを制御することを特徴とするロボット制御装置。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のロボットと、
前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えることを特徴とす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、ロボット制御装置およびロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基台と、複数のアーム（リンク）を有するロボットアームとを備えるロボットが知られている。ロボットアームの隣り合う２つのアームのうちの一方のアームは、関節部を介して、他方のアームに回動可能に連結され、最も基端側（最も上流側）のアームは、関節部を介して、基台に回動可能に連結されている。関節部はモーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アームが回動する。また、最も先端側（最も下流側）のアームには、エンドエフェクターとして、例えば、着脱可能にハンド等が装着される。そして、ロボットは、例えば、ハンドで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、組立等の所定の作業を行う。
【０００３】
特許文献１には、円柱状の第１対象物を第２対象物に形成された孔（挿入部）に挿入する作業を行うロボットが開示されている。
【０００４】
このロボットでは、ハンドにより第１対象物を把持して第２対象物に押し当て、その状態で第１対象物を第２対象物上で移動させ、第２対象物に形成された孔を探索する。また、孔を探索する際は、第１対象物の進行方向の端部を持ち上げ、第１対象物を第２対象物に対して予め設定された傾斜角度で傾斜させる。そして、第１対象物の一部が孔に挿入されると、第１対象物の角度を前記傾斜角度分だけ元に戻し、第１対象物全体を孔に挿入する。
【０００５】
このように第１対象物を傾斜させて移動させることにより、第１対象物を傾斜させずに移動させる場合に比べて、第２対象物に対する第１対象物の接触面積が小さくなり、第１対象物が第２対象物に存在する凹凸に引っ掛かり難くなり、孔を容易に探索することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３７２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のロボットでは、第１対象物と第２対象物の孔との間の隙間が小さい場合は、第１対象物を挿入することができないか、または、作業が完了するまでに長時間を要するという問題がある。また、第１対象物の長手方向に対して垂直な方向の断面形状が真円以外の形状、例えば、多角形や、キー溝等の突起のある形状等の場合は、第１対象物を挿入することができないか、または、作業が完了するまでに長時間を要するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
本発明のロボットは、ロボットアームと、
前記ロボットアームに設けられ、力を検出する力検出器と、を備え、
前記ロボットアームにより第１対象物を移動させ、挿入部を有する第２対象物に前記第１対象物を接触させる第１動作を行った後、
前記力検出器の検出結果に基づいて、前記ロボットアームにより前記第１対象物を回転させつつ並進させ、前記第１対象物を前記挿入部に挿入する第２動作を行うことを特徴とする。
【００１０】
これにより、容易かつ迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物と第２対象物の挿入部との間の隙間が小さい場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状が真円ではない場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１１】
本発明のロボットでは、前記第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状は、真円ではないことが好ましい。
【００１２】
第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状が真円ではない場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１３】
本発明のロボットでは、前記第２動作における前記第１対象物の回転は、前記第１対象物を通る軸を回転中心とする回転であることが好ましい。
【００１４】
これにより、第１対象物と第２対象物の挿入部との間の隙間がより小さい場合でも第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１５】
本発明のロボットでは、前記第１動作では、前記第１対象物を前記挿入部に接触させることが好ましい。
これにより、より迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１６】
本発明のロボットでは、前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上を接触させる動作を行うことが好ましい。
これにより、適確に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１７】
本発明のロボットでは、前記第１動作では、前記第１対象物は、前記第１対象物の挿入方向に対して所定角度傾斜しており、
前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上が接触した後に、前記第１対象物を起立させることが好ましい。
これにより、適確に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１８】
本発明のロボットでは、前記第２動作では、前記挿入部に前記第１対象物の２箇所以上を接触させる際に、前記第１対象物の並進により生じるモーメントを打ち消す制御を行うことが好ましい。
これにより、適確に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００１９】
本発明のロボットでは、前記第２動作では、前記第１対象物の並進については、前記力検出器の検出値が小さくなる方向に移動させることが好ましい。
これにより、適確に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００２０】
本発明のロボットでは、前記第２動作では、前記第１対象物の回転については、前記力検出器の検出値が所定の範囲に入るように回転させることが好ましい。
これにより、適確に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００２１】
本発明のロボット制御装置は、本発明のロボットを制御することを特徴とする。
これにより、容易かつ迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物と第２対象物の挿入部との間の隙間が小さい場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状が真円ではない場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【００２２】
本発明のロボットシステムは、本発明のロボットと、
前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
これにより、容易かつ迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物と第２対象物の挿入部との間の隙間が小さい場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。また、第１対象物の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状が真円ではない場合でも迅速に第１対象物を第２対象物の挿入部に挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すロボットシステムのロボットの概略図である。
【図３】図１に示すロボットシステムのロボットに装着されるエンドエフェクターおよび力覚センサーを示す図である。
【図４】図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。
【図５】図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
【図６】図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
【図７】図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
【図８】図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
【図９】図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
【図１０】図１に示すロボットシステムのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のロボット、ロボット制御装置およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステムのロボットの概略図である。図３は、図１に示すロボットシステムのロボットに装着されるエンドエフェクターおよび力覚センサーを示す図である。図４は、図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。図５〜図９は、図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。図１０は、図１に示すロボットシステムのロボット制御装置の制御動作を示すフローチャートである。
【００２７】
なお、以下では、説明の便宜上、図１、図５〜図９中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１、図５〜図９中のベース側を「基端」または「上流」、その反対側を「先端」または「下流」と言う。また、図１、図５〜図９中の上下方向が鉛直方向である。
【００２８】
図１および図４に示すように、ロボットシステム１０は、ロボット１と、ロボット１を制御するロボット制御装置９００とを備えている。このロボットシステム１０のロボット１は、双腕ロボットであり、例えば、腕時計のような精密機器等を製造する製造工程等で用いることができる。ロボット制御装置９００は、ロボット１にその一部または全部が内蔵されていてもよく、また、ロボット１とは、別体であってもよい。本実施形態では、ロボット制御装置９００は、ロボット１の後述するベース２１０内に内蔵されている。
【００２９】
なお、ロボット１とロボット制御装置９００とを別体で構成する場合は、例えば、ロボット１とロボット制御装置９００とをケーブルで接続し、有線方式で通信を行うようにしてもよく、また、前記ケーブルを省略し、無線方式で通信を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、ロボット１の配置としては、特に限定されないが、以下では、説明の便宜上、ロボット１を水平な床に配置する場合、すなわち、後述する回動軸Ｏ１が鉛直方向と平行な場合を例に挙げて説明する。
【００３１】
（ロボット）
図１に示すように、ロボット１は、ベース（基台）２１０と、ベース２１０に連結されている胴体２２０と、胴体２２０の左右に連結されている一対のロボットアームの１例である一対の多関節アーム２３０、２４０と、胴体２２０に設けられているステレオカメラ２５０および信号灯２６０と、各多関節アーム２３０、２４０に設けられている図示しないハンドカメラと、胴体２２０の背面側に設けられたモニター２７０とを備えている。
【００３２】
このようなロボット１（ロボットシステム１０）によれば、ステレオカメラ２５０やハンドカメラを用いて作業台上の部品、工具等の位置を確認しながら作業を行うことができる。また、信号灯２６０によって、ロボット１の状態、例えば、駆動状態、正常停止状態、異常停止状態等を容易に確認することができる。また、モニター２７０にロボット１に関する情報が表示されるため、ロボット１の状態を簡単に確認することができる。モニター２７０は、例えば、タッチパネルになっており、タッチパネルを操作することによって、表示画面を切り替えたり、ロボット１に指令を与えたり、与えた指令を変更したりすることができる。
【００３３】
−ベース−
ベース２１０には、ロボット１の移動を容易とする図示しない複数の車輪（回転部材）と、各車輪をロックする図示しないロック機構と、ロボット１を移動する際に把持するハンドル（把持部）２１１とが設けられている。ロック機構を解除し、ハンドル２１１を把持して押したり引いたりすることで、ロボット１を自在に移動させることができ、ロック機構によって車輪をロックすることで、ロボット１を所定の位置で固定することができる。このように、ロボット１を移動可能とすることで、ロボット１の利便性が向上する。なお、車輪、ロック機構およびハンドル２１１は、それぞれ、省略してもよい。
【００３４】
また、ベース２１０には、図示しない作業台に当接させるためのバンパー２１３が設けられている。バンパー２１３を作業台の側面に当接させることによって、ロボット１を所定の間隔を隔てて作業台と向き合わせることができる。そのため、ロボット１と作業台との意図しない接触等を防止することができる。なお、バンパー２１３は、作業台に当接する当接部２１３ａと、ベース２１０に固定される固定部２１３ｂを有し、図１では、当接部２１３ａが固定部２１３ｂよりも下側に位置するようにベース２１０に装着されている。このようなバンパー２１３は、ベース２１０に対して着脱可能であり、バンパー２１３の向きを上下反転することができる。すなわち、図１とは反対に、当接部２１３ａが固定部２１３ｂよりも上方に位置するようにバンパー２１３をベース２１０に装着することもできる。このように、当接部２１３ａの高さを変更することで、高さの異なる作業台に対応することが可能となる。
【００３５】
なお、バンパー２１３は、ベース２１０ではなく、後述する昇降機構８００の昇降する部分に固定されていてもよい。これにより、バンパー２１３が胴体２２０と共に一体的に昇降するため、昇降機構８００によって、バンパー２１３の高さが自動的に調節されることとなる。したがって、利便性の高いロボット１となる。
【００３６】
また、ベース２１０には、非常停止ボタン２１４が設けられており、非常時にはこの非常停止ボタン２１４を押すことによって、ロボット１を緊急停止させることができる。
【００３７】
−胴体−
胴体２２０は、昇降機構（移動機構）８００を介して、ベース２１０に対して鉛直方向（回動軸Ｏ１方向）に昇降可能に連結されている。昇降機構８００の構成としては、胴体２２０をベース２１０に対して昇降させることができれば、特に限定されない。なお、昇降機構８００は、例えば、駆動源としてのモーター８５０と、モーター８５０の回転角度を検出する位置センサー８６０等を有している（図４参照）。また、昇降機構８００は、モーター８５０の回転速度を減じる減速機を有していてもよい。
【００３８】
また、胴体２２０は、関節機構３１０を介して、ベース２１０（昇降機構８００）に対して回動軸Ｏ１まわりに回動可能に連結されている。回動軸Ｏ１は、鉛直方向に延在している。関節機構３１０の構成としては、胴体２２０をベース２１０（昇降機構８００）に対して回動軸Ｏ１まわりに回動させることができれば、特に限定されないが、本実施形態では、図４に示すように、駆動源としてのモーター３１１と、モーター３１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター３１１の回転角度を検出する位置センサー３１２とを有している。前記モーター３１１、８５０および後述する各モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。前記減速機および後述する各減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、ハーモニックドライブ（「ハーモニックドライブ」は登録商標）等を用いることができる。前記位置センサー３１２、８６０および後述する各位置センサーとしては、例えば、エンコーダー、ロータリーエンコーダー、レゾルバー、ポテンショメーター等を用いることができる。
【００３９】
−多関節アーム−
図１および図２に示すように、多関節アーム２３０は、関節機構４１０を介して胴体２２０に連結されている第１肩部（第１アーム）２３１と、関節機構４２０を介して第１肩部２３１に連結されている第２肩部（第２アーム）２３２と、捻り機構４３０を介して第２肩部２３２の先端に連結されている上腕部（第３アーム）２３３と、関節機構４４０を介して上腕部２３３の先端に連結されている第１前腕部（第４アーム）２３４と、捻り機構４５０を介して第１前腕部２３４の先端に連結されている第２前腕部（第５アーム）２３５と、関節機構４６０を介して第２前腕部２３５の先端に連結されている手首部（第６アーム）２３６と、捻り機構４７０を介して手首部２３６の先端に連結されている連結部（第７アーム）２３７とを有している。また、連結部２３７にはハンド部２３８が設けられており、ハンド部２３８には、図３に示すように、ロボット１に実行させる作業に応じたエンドエフェクター６１０が力覚センサー７４０を介して着脱可能に装着される。
【００４０】
また、図２に示すように、関節機構４１０は、第１肩部２３１を胴体２２０に対して回動軸Ｏ１と直交する回動軸Ｏ２まわりに回動させる。また、関節機構４２０は、第２肩部２３２を第１肩部２３１に対して回動軸Ｏ２に直交する回動軸Ｏ３まわりに回動させる。また、捻り機構４３０は、上腕部２３３を第２肩部２３２に対して回動軸Ｏ３に直交する回動軸Ｏ４まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構４４０は、第１前腕部２３４を上腕部２３３に対して回動軸Ｏ４に直交する回動軸Ｏ５まわりに回動させる。また、捻り機構４５０は、第２前腕部２３５を第１前腕部２３４に対して回動軸Ｏ５に直交する回動軸Ｏ６まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構４６０は、手首部２３６を第２前腕部２３５に対して回動軸Ｏ６に直交する回動軸Ｏ７まわりに回動させる。また、捻り機構４７０は、連結部２３７を手首部２３６に対して回動軸Ｏ７に直交する回動軸Ｏ８まわりに回動させる（捻る）。このような多関節アーム２３０によれば、比較的簡単な構成によって、人間の腕部と同様に、関節（肩、肘、手首）の曲げ伸ばし、上腕および前腕の捻りを実現することができる。
【００４１】
関節機構４１０、関節機構４２０、捻り機構４３０、関節機構４４０、捻り機構４５０、関節機構４６０および捻り機構４７０の構成としては、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、前述した関節機構３１０と同様の構成となっている。すなわち、図４に示すように、関節機構４１０は、駆動源としてのモーター４１１と、モーター４１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４１１の回転角度を検出する位置センサー４１２とを有している。また、関節機構４２０は、駆動源としてのモーター４２１と、モーター４２１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４２１の回転角度を検出する位置センサー４２２とを有している。また、捻り機構４３０は、駆動源としてのモーター４３１と、モーター４３１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４３１の回転角度を検出する位置センサー４３２とを有している。また、関節機構４４０は、駆動源としてのモーター４４１と、モーター４４１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４４１の回転角度を検出する位置センサー４４２とを有している。また、捻り機構４５０は、駆動源としてのモーター４５１と、モーター４５１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４５１の回転角度を検出する位置センサー４５２とを有している。また、関節機構４６０は、駆動源としてのモーター４６１と、モーター４６１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４６１の回転角度を検出する位置センサー４６２とを有している。また、捻り機構４７０は、駆動源としてのモーター４７１と、モーター４７１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４７１の回転角度を検出する位置センサー４７２とを有している。
【００４２】
多関節アーム２４０は、前述の多関節アーム２３０と同様の構成である。すなわち、図１に示すように、多関節アーム２４０は、関節機構５１０を介して胴体２２０に連結されている第１肩部（第１アーム）２４１と、関節機構５２０を介して第１肩部２４１に連結されている第２肩部（第２アーム）２４２と、捻り機構５３０を介して第２肩部２４２の先端に連結されている上腕部（第３アーム）２４３と、関節機構５４０を介して上腕部２４３の先端に連結されている第１前腕部（第４アーム）２４４と、捻り機構５５０を介して第１前腕部２４４の先端に連結されている第２前腕部（第５アーム）２４５と、関節機構５６０を介して第２前腕部２４５の先端に連結されている手首部（第６アーム）２４６と、捻り機構５７０を介して手首部２４６の先端に連結されている連結部（第７アーム）２４７とを有している。また、連結部２４７にはハンド部２４８が設けられており、ハンド部２４８には、図３に示すように、ロボット１に実行させる作業に応じたエンドエフェクター６２０が力覚センサー７５０を介して着脱可能に装着される。
【００４３】
また、図２に示すように、関節機構５１０は、第１肩部２４１を胴体２２０に対して回動軸Ｏ１に直交する回動軸Ｏ２’まわりに回動させる。また、関節機構５２０は、第２肩部２４２を第１肩部２４１に対して回動軸Ｏ２’に直交する回動軸Ｏ３’まわりに回動させる。また、捻り機構５３０は、上腕部２４３を第２肩部２４２に対して回動軸Ｏ３’に直交する回動軸Ｏ４’まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構５４０は、第１前腕部２４４を上腕部２４３に対して回動軸Ｏ４’に直交する回動軸Ｏ５’まわりに回動させる。また、捻り機構５５０は、第２前腕部２４５を第１前腕部２４４に対して回動軸Ｏ５’に直交する回動軸Ｏ６’まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構５６０は、手首部２４６を第２前腕部２４５に対して回動軸Ｏ６’に直交する回動軸Ｏ７’まわりに回動させる。また、捻り機構５７０は、連結部２４７を手首部２４６に対して回動軸Ｏ７’に直交する回動軸Ｏ８’まわりに回動させる（捻る）。このような多関節アーム２４０によれば、比較的簡単な構成によって、人間の腕部と同様に、関節（肩、肘、手首）の曲げ伸ばし、上腕および前腕の捻りを実現することができる。
【００４４】
関節機構５１０、関節機構５２０、捻り機構５３０、関節機構５４０、捻り機構５５０、関節機構５６０および捻り機構５７０の構成としては、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、前述した関節機構３１０と同様の構成となっている。すなわち、図４に示すように、関節機構５１０は、駆動源としてのモーター５１１と、モーター５１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５１１の回転角度を検出する位置センサー５１２とを有している。また、関節機構５２０は、駆動源としてのモーター５２１と、モーター５２１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５２１の回転角度を検出する位置センサー５２２とを有している。また、捻り機構５３０は、駆動源としてのモーター５３１と、モーター５３１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５３１の回転角度を検出する位置センサー５３２とを有している。また、関節機構５４０は、駆動源としてのモーター５４１と、モーター５４１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５４１の回転角度を検出する位置センサー５４２とを有している。また、捻り機構５５０は、駆動源としてのモーター５５１と、モーター５５１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５５１の回転角度を検出する位置センサー５５２とを有している。また、関節機構５６０は、駆動源としてのモーター５６１と、モーター５６１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５６１の回転角度を検出する位置センサー５６２とを有している。また、捻り機構５７０は、駆動源としてのモーター５７１と、モーター５７１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５７１の回転角度を検出する位置センサー５７２とを有している。
【００４５】
−エンドエフェクター−
多関節アーム２３０、２４０の先端に取り付けられるエンドエフェクター６１０、６２０は、例えば、対象物を把持する機能を有している。エンドエフェクター６１０、６２０の構成は実行させる作業によって異なるが、例えば、図５に示すように、エンドエフェクター６１０は、４本の指６１１、６１２、６１３および６１４を有する構成とすることができ、エンドエフェクター６２０は、４本の指６２１、６２２、６２３および６２４を有する構成とすることができる。このような構成のエンドエフェクター６１０では、指６１１〜６１４のうちの所定の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができ、同様に、エンドエフェクター６２０では、指６２１〜６２４のうちの所定の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
【００４６】
また、ロボット１は、多関節アーム２３０に設けられ、力を検出する力検出器の１例である力覚センサー７４０と、多関節アーム２４０に設けられ、力を検出する力検出器の１例である力覚センサー７５０とを備えている。
【００４７】
エンドエフェクター６１０とハンド部２３８との間に配置される力覚センサー７４０と、エンドエフェクター６２０とハンド部２４８との間に配置される力覚センサー７５０は、エンドエフェクター６１０、６２０に加えられる力を検出する機能、すなわち、エンドエフェクター６１０、６２０が把持した対象物を介して受ける反力等の力を検出する機能を有している。なお、前記力には、モーメントも含まれる。
【００４８】
この力覚センサー７４０、７５０の検出結果、すなわち、力覚センサー７４０、７５０から出力される信号は、ロボット制御装置９００に入力され、ロボット制御装置９００は、力覚センサー７４０、７５０の検出結果に基づいて所定の制御を行う。力覚センサー７４０、７５０の検出結果をロボット制御装置９００にフィードバックすることにより、ロボット１は、より精密に作業を実行することができる。
【００４９】
また、力覚センサー７４０、７５０としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、例えば、互いに直交する３軸の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する６軸力センサー等が挙げられる。
【００５０】
（ロボット制御装置）
ロボット制御装置９００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。
【００５１】
このロボット制御装置９００は、胴体２２０、多関節アーム２３０、２４０および昇降機構８００をそれぞれ独立して作動させることができる。言い換えると、ロボット制御装置９００は、モータードライバー等を介して、各関節機構３１０、４１０、４２０、４４０、４６０、５１０、５２０、５４０、５６０、各捻り機構４３０、４５０、４７０、５３０、５５０、５７０および昇降機構８００が備える各モーター３１１、４１１〜４７１、５１１〜５７１および８５０を独立して制御することができる。この場合、ロボット制御装置９００は、位置センサー３１２、４１２〜４７２、５１２〜５７２および８６０により検出を行い、その検出結果に基づいて、各モーター３１１、４１１〜４７１、５１１〜５７１および８５０の駆動（例えば角速度や回動角度等）を制御する。この制御プログラムは、ロボット制御装置９００の記憶部９２１に予め記憶されている。
【００５２】
具体的な構成としては、図４に示すように、ロボット制御装置９００は、モーター３１１の駆動を制御する第１駆動源制御部９０１と、モーター４１１の駆動を制御する第２駆動源制御部９０２と、モーター４２１の駆動を制御する第３駆動源制御部９０３と、モーター４３１の駆動を制御する第４駆動源制御部９０４と、モーター４４１の駆動を制御する第５駆動源制御部９０５と、モーター４５１の駆動を制御する第６駆動源制御部９０６と、モーター４６１の駆動を制御する第７駆動源制御部９０７と、モーター４７１の駆動を制御する第８駆動源制御部９０８と、モーター５１１の駆動を制御する第９駆動源制御部９０９と、モーター５２１の駆動を制御する第１０駆動源制御部９１０と、モーター５３１の駆動を制御する第１１駆動源制御部９１１と、モーター５４１の駆動を制御する第１２駆動源制御部９１２と、モーター５５１の駆動を制御する第１３駆動源制御部９１３と、モーター５６１の駆動を制御する第１４駆動源制御部９１４と、モーター５７１の駆動を制御する第１５駆動源制御部９１５と、モーター８５０の駆動を制御する第１６駆動源制御部９１６と、各情報を記憶する記憶部９２１等を備えている。
【００５３】
次に、図５〜図９と、図１０のフローチャートとに基づいて、ロボット１が作業を行う場合のロボット１の動作、すなわち、作業の手順について説明する。また、同時に、前記作業の際のロボット制御装置９００の制御動作について説明する。
【００５４】
なお、本実施形態では、作業の１例として、一方のエンドエフェクター６１０で第１対象物４１を把持し、他方のエンドエフェクター６２０で第２対象物５１を把持し、第１対象物４１を搬送し、第１対象物４１を第２対象物５１に設けられた挿入部の１例である孔５２に挿入する作業を例に挙げて説明する。
【００５５】
また、第１対象物４１の形状、第２対象物５１の孔５２の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、代表的に、第１対象物４１の形状が長手形状（長尺形状）である場合、具体的には、第１対象物４１の形状と、第２対象物５１の孔５２の形状とがそれぞれ八角柱状である場合を例に挙げて説明する。
【００５６】
このように本実施形態では、第１対象物４１の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状は、真円ではなく、八角形である。なお、第１対象物４１の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状は、真円でもよく、また、他の例としては、例えば、楕円や、三角形、四角形、五角形、六角形等の他の多角形等が挙げられる。
【００５７】
また、第２対象物５１の孔５２には、貫通孔と、貫通していない孔、すなわち、有底の孔とが含まれるが、本実施形態では、代表的に、貫通孔を例に挙げて説明を行う。なお、第２対象物５１の挿入部は、前記孔５２には限定されず、挿入可能な形状のものであればよく、例えば、凹部等が挙げられる。
【００５８】
作業の際は、力制御の１例であるインピーダンス制御を行う。これにより、第１対象物４１および第２対象物５１を損傷させることなく、適確に第１対象物４１を第２対象物５１の孔５２に挿入することができる。
【００５９】
まず、図５に示すように、ロボット１は、一方のエンドエフェクター６１０で第１対象物４１を把持し、他方のエンドエフェクター６２０で第２対象物５１を把持する。そして、多関節アーム２３０により、第１対象物４１（第１対象物４１を通り水平面に対して垂直な軸）を鉛直方向、すなわち、第１対象物４１の挿入方向に対して所定角度傾斜させる。この第１対象物４１の傾斜角度は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定される。また、第２対象物５１は、作業台６１上に載置する。
【００６０】
次に、図６に示すように、多関節アーム２３０により第１対象物４１を移動させ、孔５２を有する第２対象物５１に第１対象物４１を接触させる第１動作を行う（ステップＳ１０１）。
【００６１】
そして、前記第１動作を行った後、図７〜図９に示すように、力覚センサー７４０の検出結果に基づいて、多関節アーム２３０により第１対象物４１を回転させつつ並進させ、第１対象物４１を孔５２に挿入する第２動作を行う（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。
【００６２】
前記第２動作では、まず、図７に示すように、多関節アーム２３０により第１対象物４１を回転させつつ並進させ、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを行う（ステップＳ１０２）。この位置合わせでは、第１のインピーダンス制御を行う。
【００６３】
次に、多関節アーム２３０により、第１対象物４１の回転方向の力、すなわち、モーメント（力のモーメント）と、並進方向の力をそれぞれ調整する（ステップＳ１０３）。この調整では、第２のインピーダンス制御を行う。なお、この調整は、省略してもよい。
【００６４】
次に、図８に示すように、多関節アーム２３０により、第１対象物４１を起立させ、図９に示すように、第２対象物５１の孔５２に挿入する（ステップＳ１０４）。この起立、挿入では、第３のインピーダンス制御を行う。以上で作業が完了する。
【００６５】
次に、前記第１動作および第２動作について詳細に説明する。
（第１動作）
第１動作では、前述したように、第１対象物４１（前記軸）は、第１対象物４１の挿入方向に対して所定角度傾斜している。これにより、第１対象物４１を容易に孔５２の縁部に接触させることができる。
【００６６】
また、第１動作では、第１対象物４１を第２対象物５１のいずれの部分に接触させてもよいが、第１対象物４１を孔５２、すなわち、孔５２の縁部に接触させることが好ましい。これにより、より迅速に第１対象物４１を孔５２に挿入することができる。
【００６７】
なお、第２対象物５１の第１対象物４１を接触させる部分としては、この他、例えば、第２対象物５１の上面等が挙げられる。第１対象物４１を第２対象物５１の上面に接触させる場合は、その後に、第１対象物４１を移動させて孔５２の縁部に接触させる。
【００６８】
（第２動作）
第２動作では、第１対象物４１を回転させつつ並進させて、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを行う。この位置合わせでは、第１対象物４１の先端の輪郭が孔５２内に位置するように第１対象物４１を変位させる。また、この第２動作における第１対象物４１の回転は、第１対象物４１の前記軸を回転中心とする回転である。このような第１対象物４１の前記軸を回転中心とする回転動作と並進動作とを同時に行うことにより、第１対象物４１と第２対象物５１の孔５２との間の隙間がより小さい場合でも第１対象物４１と孔５２との位置合わせを迅速かつ適確に行うことができる。
【００６９】
また、第２動作の位置合わせでは、孔５２、すなわち、孔５２の縁部に第１対象物４１の２箇所以上、本実施形態では第１対象物４１の前記軸方向から見て２辺以上を接触させる動作を行う。これにより、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを適確に行うことができる。
【００７０】
この場合、第１対象物４１の並進については、力覚センサー７４０の検出値が小さくなる方向に移動させる。
【００７１】
具体的には、力覚センサー７４０により検出を行い、力覚センサー７４０の検出値、すなわち、第１対象物４１の並進により生じる力が小さくなる方向に第１対象物４１を移動させ、その検出値が所定の閾値以下になると、第１対象物４１の並進を停止する。これにより、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを適確に行うことができる。
【００７２】
また、第１対象物４１の回転については、力覚センサー７４０の検出値が所定の範囲に入るように回転させる。
【００７３】
具体的には、力覚センサー７４０により検出を行い、力覚センサー７４０の検出値、すなわち、第１対象物４１の回転により生じるモーメントが小さくなる方向に第１対象物４１を回転させ、その検出値が所定の範囲内になると、第１対象物４１の回転を停止する。これにより、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを適確に行うことができる。
【００７４】
また、孔５２に第１対象物４１の２箇所以上を接触させる際に、第１対象物４１の並進により生じるモーメントを打ち消す制御を行う。
【００７５】
具体的には、第１対象物４１に対し、第１対象物４１の並進により生じるモーメントの方向と逆方向で、かつ、前記モーメントと絶対値が等しいモーメントを与える。以下、このモーメントを「逆方向モーメント」と言う。これにより、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを適確に行うことができる。
以上で、第１対象物４１と孔５２との位置合わせが完了する。
【００７６】
次に、第１対象物４１のモーメントと、並進方向の力とをそれぞれ調整する。具体的には、前記位置合わせが完了した状態で第１対象物４１に対して与えている前記逆方向モーメントおよび並進方向の力をそれぞれ除去、すなわち、０にする。
【００７７】
そして、孔５２、すなわち、孔５２の縁部に第１対象物４１の２箇所以上が接触した後、厳密には、前記位置合わせが完了し、前記逆方向モーメントおよび並進方向の力をそれぞれ除去した後に、第１対象物４１を起立させ、孔５２に挿入する。
【００７８】
具体的には、力覚センサー７４０により検出を行い、力覚センサー７４０の検出値が所定の閾値以下になると、前記第１対象物４１を起立させる動作を停止し、第１対象物４１を孔５２に挿入する。なお、力覚センサー７４０の検出値が前記閾値以下になった状態で、第１対象物４１の挿入方向に対する傾斜角度は、０または０に近い値となっている。すなわち、第１対象物４１は、起立している。これにより、適確に第１対象物４１を孔５２に挿入することができる。
【００７９】
ここで、前記ロボット１のインピーダンス制御のモデルは、例えば、下記（１）式に示す運動方程式で表すことができる。
ｆ（ｔ）＝ｍｘ’’＋ｃｘ’＋ｋｘ      ・・・（１）
【００８０】
前記（１）式において、ｍは、質量（慣性）、ｃは、粘性係数、ｋは、弾性（剛性）係数、ｆ（ｔ）は、力、ｘは、目標位置からの変位（位置）である。また、ｘの１次微分、すなわち、ｘ’は、速度に対応し、ｘの２次微分、すなわち、ｘ’’は、加速度に対応する。なお、以下では、ｍ、ｃおよびｋをそれぞれ単に、「パラメーター」とも言う。
【００８１】
インピーダンス制御では、前記（１）式の特性を多関節アーム２３０の先端部に持たせるための制御系を構成する。すなわち、前記（１）式で表される仮想質量、仮想粘性係数、仮想弾性係数を、あたかも多関節アーム２３０の先端部が持っているかのように制御を行う。
【００８２】
そして、インピーダンス制御では、前記（１）式におけるパラメーターｍ、ｃおよびｋをそれぞれ設定するが、そのパラメーターｍ、ｃおよびｋは、それぞれ、前記第１のインピーダンス制御、第２のインピーダンス制御および第３のインピーダンス制御で以下のように設定することが好ましい。
【００８３】
まず、第１のインピーダンス制御および第３のインピーダンス制御では、パラメーターｍ、ｃおよびｋをそれぞれ所定の基準値に設定する。
【００８４】
一方、第２のインピーダンス制御では、パラメーターｍは、第１のインピーダンス制御および第３のインピーダンス制御よりも小さい値に設定する。これにより、応答速度を向上させることができる。すなわち、パラメーターｍを小さい値に設定すると、比較的小さい力で変位量を多くすることができ、これにより、第１のインピーダンス制御において加えた余分な力を短時間で除去または減少させることができる。
【００８５】
また、パラメーターｋは、０に設定する。これにより、第１のインピーダンス制御において加えた余分な力を短時間で除去または減少させることができる。
【００８６】
また、パラメーターｃは、第１のインピーダンス制御および第３のインピーダンス制御と同様に、所定の基準値に設定する。
【００８７】
第２のインピーダンス制御において、パラメーターｍ、ｃおよびｋを前記のように設定することにより、ロボット１の作業時間を短縮することができ、スループットを向上させることができる。
【００８８】
以上説明したように、このロボットシステム１０によれば、容易かつ迅速に第１対象物４１を第２対象物５１の孔５２に挿入することができる。
【００８９】
この場合、第１対象物４１と第２対象物５１の孔５２との間の隙間が小さい場合や、第１対象物４１の挿入方向に対して垂直な方向の断面形状が本実施形態のように八角形でも、すなわち真円ではない場合でも、第２動作において第１対象物４１を回転させつつ並進させることで、第１対象物４１と孔５２との位置合わせを迅速かつ適確に行うことができる。これにより、迅速かつ適確に第１対象物４１を孔５２に挿入することができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、第１対象物４１と第２対象物５１の孔５２との間の隙間が９μｍ以下、特に７μｍ以下であっても第１対象物４１を孔５２に挿入することが可能である。
【００９１】
以上、本発明のロボット、ロボット制御装置およびロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【００９２】
また、本発明では、前記実施形態において、第１対象物と第２対象物とを入れ替えた構成であってもよい。この場合は、例えば、第１対象物は、八角柱状の孔を有する部材であり、第２対象物は、八角柱状の部材である。そして、第２対象物の挿入部は、八角柱状の部材自体である。
【００９３】
また、前記実施形態では、移動可能なロボットについて説明したが、本発明では、これに限定されず、ロボットは、例えば、所定の部分に固定されていてもよい。具体例としては、ロボットは、例えば、ボルト等によって、設置スペースの床、天井、壁、作業台、地上等に固定されていてもよい。
【００９４】
また、本発明では、ロボットは、セル内に配置されていてもよい。
また、前記実施形態では、ロボットの回動軸の数は１５であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回動軸の数は、１〜１４でもよく、また、１６以上でもよい。
【００９５】
また、前記実施形態では、ロボットアームの数は、２つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの数は、１つでもよく、３つ以上でもよい。
【００９６】
また、本発明では、ロボットは、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボット、スカラーロボット等の水平多関節ロボット等が挙げられる。
【符号の説明】
【００９７】
１…ロボット、１０…ロボットシステム、２１０…ベース、２１１…ハンドル、２１３…バンパー、２１３ａ…当接部、２１３ｂ…固定部、２１４…非常停止ボタン、２２０…胴体、２３０…多関節アーム、２３１…第１肩部、２３２…第２肩部、２３３…上腕部、２３４…第１前腕部、２３５…第２前腕部、２３６…手首部、２３７…連結部、２３８…ハンド部、２４０…多関節アーム、２４１…第１肩部、２４２…第２肩部、２４３…上腕部、２４４…第１前腕部、２４５…第２前腕部、２４６…手首部、２４７…連結部、２４８…ハンド部、２５０…ステレオカメラ、２６０…信号灯、２７０…モニター、３１０…関節機構、３１１…モーター、３１２…位置センサー、４１０…関節機構、４１１…モーター、４１２…位置センサー、４２０…関節機構、４２１…モーター、４２２…位置センサー、４３０…捻り機構、４３１…モーター、４３２…位置センサー、４４０…関節機構、４４１…モーター、４４２…位置センサー、４５０…捻り機構、４５１…モーター、４５２…位置センサー、４６０…関節機構、４６１…モーター、４６２…位置センサー、４７０…捻り機構、４７１…モーター、４７２…位置センサー、５１０…関節機構、５１１…モーター、５１２…位置センサー、５２０…関節機構、５２１…モーター、５２２…位置センサー、５３０…捻り機構、５３１…モーター、５３２…位置センサー、５４０…関節機構、５４１…モーター、５４２…位置センサー、５５０…捻り機構、５５１…モーター、５５２…位置センサー、５６０…関節機構、５６１…モーター、５６２…位置センサー、５７０…捻り機構、５７１…モーター、５７２…位置センサー、６１０…エンドエフェクター、６１１、６１２、６１３、６１４…指、６２０…エンドエフェクター、６２１、６２２、６２３、６２４…指、７４０…力覚センサー、７５０…力覚センサー、８００…昇降機構、８５０…モーター、８６０…位置センサー、９００…ロボット制御装置、９０１…第１駆動源制御部、９０２…第２駆動源制御部、９０３…第３駆動源制御部、９０４…第４駆動源制御部、９０５…第５駆動源制御部、９０６…第６駆動源制御部、９０７…第７駆動源制御部、９０８…第８駆動源制御部、９０９…第９駆動源制御部、９１０…第１０駆動源制御部、９１１…第１１駆動源制御部、９１２…第１２駆動源制御部、９１３…第１３駆動源制御部、９１４…第１４駆動源制御部、９１５…第１５駆動源制御部、９１６…第１６駆動源制御部、９２１…記憶部、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ２’、Ｏ３、Ｏ３’、Ｏ４、Ｏ４’、Ｏ５、Ｏ５’、Ｏ６、Ｏ６’、Ｏ７、Ｏ７’、Ｏ８、Ｏ８’…回動軸、４１…第１対象物、５１…第２対象物、５２…孔、６１…作業台、Ｓ１０１〜Ｓ１０４…ステップ
【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】
2017226021.tif 000009
【図８】
2017226021.tif 000010
【図９】
2017226021.tif 000011
【図１０】
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