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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022177489
(43)【公開日】2022-12-01
(54)【発明の名称】ロボットシステム、制御装置、清掃方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B25J 13/00 20060101AFI20221124BHJP
【ＦＩ】
B25J13/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021083773
(22)【出願日】2021-05-18
(71)【出願人】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】岡田 健志
(72)【発明者】
【氏名】荻本 晴樹
(72)【発明者】
【氏名】糸原 諒
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS15
3C707BS10
3C707HS27
3C707HT21
3C707HT36
3C707KS31
3C707KS33
3C707KS35
3C707LS04
3C707LS15
(57)【要約】
【課題】様々な大きさや形状の窓に対応するための動作をロボットアームに教示する必要がなく、効率良く清掃を行うことができるロボットシステム等を提供する。
【解決手段】柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を制御する制御装置１０と、を含むロボットシステム１００である。制御装置１０は、所定の始点Ｉ1から所定の終点Ｔ1へと所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させるようにロボットアーム２０の基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいてロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させる第１の移動工程と、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させる際に、基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させる第２の移動工程と、を実行する。
【選択図】図１
【解決手段】柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を制御する制御装置１０と、を含むロボットシステム１００である。制御装置１０は、所定の始点Ｉ1から所定の終点Ｔ1へと所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させるようにロボットアーム２０の基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいてロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させる第１の移動工程と、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させる際に、基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させる第２の移動工程と、を実行する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアームと、前記ロボットアームを制御する制御装置と、を含むロボットシステムであって、
前記制御装置は、
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させる第２の移動工程と、
を実行する、ロボットシステム。
前記制御装置は、
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させる第２の移動工程と、
を実行する、ロボットシステム。
【請求項2】
前記ロボットアームは、その手先又は関節に作用する力を検出する検出手段を備えており、
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させた後、前記ロボットアームを停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させた後、前記ロボットアームを停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項3】
前記ロボットアームは、その手先又は関節に作用する力を検出する検出手段を備えており、
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記ロボットアームの移動を即座に停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記ロボットアームの移動を即座に停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項4】
前記ロボットアームは、その手先又は関節に作用する力を検出する検出手段を備えており、
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記基本動作とは異なる動作に基づいて前記ロボットアームを移動させた後、前記ロボットアームを停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
前記制御装置は、前記第２の移動工程において前記ロボットアームが対象物に接触したことを前記検出手段で検出した場合に、前記基本動作とは異なる動作に基づいて前記ロボットアームを移動させた後、前記ロボットアームを停止させる、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項5】
前記検出手段は、前記手先に実装された圧力センサである、請求項２から４の何れか一項に記載のロボットシステム。
【請求項6】
前記検出手段は、前記関節に実装されたトルクセンサである、請求項２から４の何れか一項に記載のロボットシステム。
【請求項7】
前記ロボットアームは、複数の駆動軸を有し、
前記複数の駆動軸の各々は、前記柔軟性を有する駆動機構として直列弾性アクチュエータを有する、請求項１から６の何れか一項に記載のロボットシステム。
前記複数の駆動軸の各々は、前記柔軟性を有する駆動機構として直列弾性アクチュエータを有する、請求項１から６の何れか一項に記載のロボットシステム。
【請求項8】
前記ロボットアームは、清掃部材を保持するように構成される、請求項１から７の何れか一項に記載のロボットシステム。
【請求項9】
前記清掃部材は、ブレード又はウェス状清掃器である、請求項８に記載のロボットシステム。
【請求項10】
前記清掃部材は、窓枠のエッジに接触する接触部を有する、請求項８又は９に記載のロボットシステム。
【請求項11】
柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアームを制御する制御装置であって、
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させるように設定された前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させる第２の移動工程と、
を実行する、制御装置。
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させるように設定された前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記ロボットアームを移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記ロボットアームを移動させる第２の移動工程と、
を実行する、制御装置。
【請求項12】
柔軟性を有する駆動機構を備えたロボットアームに保持される清掃部材により清掃を行う清掃方法であって、
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記清掃部材を移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記清掃部材を前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記清掃部材を移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記清掃部材を移動させる第２の移動工程と、
を含む、清掃方法。
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記清掃部材を移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記清掃部材を前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記清掃部材を移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記清掃部材を移動させる第２の移動工程と、
を含む、清掃方法。
【請求項13】
柔軟性を有する駆動機構を備えたロボットアームに保持される清掃部材により清掃を行う清掃方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記清掃方法は、
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記清掃部材を移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記清掃部材を前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記清掃部材を移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記清掃部材を移動させる第２の移動工程と、
を含む、プログラム。
所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って前記清掃部材を移動させるように前記ロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、
前記基本動作に基づいて前記清掃部材を前記始点から前記終点へと移動させる第１の移動工程と、
前記始点及び前記終点とは異なる二点間を前記所定方向に沿って前記清掃部材を移動させる際に、前記基本動作に基づいて前記清掃部材を移動させる第２の移動工程と、
を含む、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットシステム、制御装置、清掃方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、高層の建築物に設けられた窓や壁を清掃する作業が行われているが、人手での清掃作業は原則的に日中に実施されるため、真夏の炎天下等では極めて厳しい労働環境となる。そこで、ロボット等を用いた自動清掃に関する技術が種々提案されている。例えば現在においては、建築物の壁面に障害物があってもこれを回避して作業することができる壁面作業ロボットに関する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平０４－５３６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、近年においては、清掃部材を精度良く移動させるために、窓拭き動作の軌跡（移動経路）や姿勢等を事前にロボットアームに教示し、教示した軌跡に沿って清掃部材を移動させることにより窓を清掃する、という技術が提案されつつある。しかし、建築物には様々な大きさや形状の窓が存在し、これらの窓の全てに対応するための窓拭き動作の軌跡や姿勢等をロボットアームに教示することは膨大な労力及び時間を要することとなり、きわめて非効率的である。
【0005】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、様々な大きさや形状の窓に対応するための動作をロボットアームに教示する必要がなく、効率良く清掃を行うことができるロボットシステム等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】
本発明の一態様は、柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアームと、ロボットアームを制御する制御装置と、を備えるロボットシステムであって、制御装置は、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿ってロボットアームを移動させるようにロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいてロボットアームを始点から終点へと移動させる第１の移動工程と、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアームを移動させる際に、基本動作に基づいてロボットアームを移動させる第２の移動工程と、を実行するものである。
【0007】
本発明の別の態様は、柔軟性を有する駆動機構を備えるロボットアームを制御する制御装置であって、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿ってロボットアームを移動させるようにロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいてロボットアームを始点から終点へと移動させる第１の移動工程と、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアームを移動させる際に、基本動作に基づいてロボットアームを移動させる第２の移動工程と、を実行するものである。
【0008】
本発明の別の態様は、柔軟性を有する駆動機構を備えたロボットアームに保持される清掃部材により清掃を行う清掃方法であって、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って清掃部材を移動させるようにロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいて清掃部材を始点から終点へと移動させる第１の移動工程と、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿って清掃部材を移動させる際に、基本動作に基づいて清掃部材を移動させる第２の移動工程と、を含むものである。
【0009】
本発明の別の態様は、柔軟性を有する駆動機構を備えたロボットアームに保持される清掃部材により清掃を行う清掃方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、清掃方法は、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿って清掃部材を移動させるようにロボットアームの基本動作を設定する設定工程と、基本動作に基づいて清掃部材を始点から終点へと移動させる第１の移動工程と、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿って清掃部材を移動させる際に、基本動作に基づいて清掃部材を移動させる第２の移動工程と、を含むものである。
【0010】
ここで、「柔軟性を有する」とは、弾性、粘性又は弾性及び粘性を有していることをいう。弾性とは、応力を加えると変形し、応力を除去すると元に戻る性質をいい、弾性変形のし易さを示す可撓性という言葉で表現される場合もある。粘性とは、流体の流動速度を一様化する応力を生じさせる性質をいう。柔軟性を備えた駆動機構は、柔軟性を付与するための、例えば、磁性流体、機械ばね、空気ばね、磁力ばね及びベーンモータの何れか一つを少なくとも備えてもよい。
【0011】
かかる構成及び方法を採用すると、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿ってロボットアーム（清掃部材）を移動させるように設定された基本動作に基づいてロボットアームを始点から終点へと移動させることができる。また、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアームを移動させる際にも、基本動作に基づいてロボットアームを移動させることができる。すなわち、所定の始点から所定の終点へと所定方向に沿ってロボットアームを移動させるための基本動作を一度設定してしまえば、その基本動作に基づいて、始点及び終点とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアームを移動させることができる。従って、様々な大きさや形状の窓に対応するための動作をロボットアームに教示する必要がなくなり、効率良く清掃を行うことができる。
【0012】
本発明に係るロボットシステムにおいて、ロボットアームは、その手先又は関節に作用する力を検出する検出手段（手先に実装された圧力センサ、関節に実装されたトルクセンサ、等）を備えることができる。かかる場合において、制御装置は、第２の移動工程においてロボットアームが対象物に接触したことを検出手段で検出した場合に、（１）基本動作に基づいてロボットアームを移動させた後にロボットアームを停止させたり、（２）ロボットアームの移動を即座に停止させたり、（３）基本動作とは異なる動作に基づいてロボットアームを移動させた後にロボットアームを停止させたり、することができる。
【0013】
本発明に係るロボットシステムにおいて、ロボットアームは、複数の駆動軸を有することができる。かかる場合において、複数の駆動軸の各々は、柔軟性を有する駆動機構として直列弾性アクチュエータを有することができる。
【0014】
本発明に係るロボットシステムにおいて、ロボットアームは、清掃部材を保持するように構成されることができる。清掃部材としては、ブレード又はウェス状清掃器を採用することができる。また、清掃部材は、窓枠のエッジに接触する接触部を有することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、様々な大きさや形状の窓に対応するための動作をロボットアームに教示する必要がなく、効率良く清掃を行うことができるロボットシステム等を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態に係る清掃用ロボットシステムの機能ブロック図である。
【図2】本発明の実施形態に係る清掃用ロボットシステムのロボットアームの外観を示す図である。
【図3】本発明の実施形態に係る清掃用ロボットシステムを用いて窓を清掃する際のブレードの移動経路の一例を説明するための正面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る清掃方法を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明の実施形態に係る清掃用ロボットシステムを用いて窓を清掃する際のブレードの始点及び終点の位置を説明するための断面図である。
【図6】本発明の実施形態に係る清掃方法における倣い動作中の速度制御を示すグラフである。
【図7】本発明の実施形態に係る清掃方法において窓枠が傾いたときのブレードの動きを説明するための正面図である。
【図8】本発明の実施形態に係る清掃用ロボットシステムを用いて窓を清掃する際のブレードの移動経路の他の例を説明するための正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。
【0018】
【0019】
本実施形態に係る清掃用ロボットシステム１００は、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を制御する制御装置１０と、を備えている。本実施形態に係る清掃用ロボットシステム１００は、清掃部材（後述するブレードＢ等）を保持し、清掃部材を窓ガラスの表面に対して倣わせながら清掃を行うことができるように構成されている。なお、清掃部材を窓ガラスの表面に対して「倣わせる」とは、清掃部材を窓ガラスの表面に接触させながら、清掃部材を窓ガラスの表面に対して相対的に移動させることをいう。相対的に移動させることは、並進移動に限られず、相対的に回転移動させることを含む。清掃部材を窓ガラスの表面に対して「倣わせる」とき、清掃部材は、清掃部材が接触している窓の表面に垂直な方向及び平行な方向の力が作用するように窓の表面を押し付けられてもよい。
【0020】
ロボットアーム２０は、例えば、垂直多関節ロボットであり、ゴンドラ等に固定されるベース２０Ｂと、複数のリンク２０Ｌと、各リンク２０Ｌを接続するジョイント２０Ｊと、ジョイント２０Ｊにおいてリンク２０Ｌを回転駆動するための複数の直列弾性アクチュエータ２０Ｄと、を有している。本実施形態におけるロボットアーム２０は、７軸の垂直多関節ロボットであり、図２に示されるように、リンク２０Ｌを伸ばすことによって、ベース２０Ｂを動かすことなく、先端のリンク２０Ｌに保持されるブレードＢを左右に大きく動かすことができるように構成されている。但し、ロボットアームは、本実施形態に限られるものではなく、例えば、水平多関節型ロボット装置、パラレルリンク型ロボット装置であってもよい。
【0021】
複数のリンク２０Ｌは、剛性を有する部材から構成されており、例えば、ベース２０Ｂに対して回動可能に取り付けられた胴部に相当するリンク２０Ｌと、胴部に対して回動可能に取り付けられた上腕部に相当するリンク２０Ｌと、上腕部に対して回動可能に取り付けられた前腕部に相当するリンク２０Ｌと、前腕部に対して回動可能に取り付けられた手先部に相当するリンク２０Ｌと、を有している。本実施形態においては、ロボットアーム２０の手先に作用する力を検出する圧力センサ（検出手段）が先端のリンク２０Ｌに設けられている。圧力センサで検出された力に関する情報は、制御装置１０に送られて、ロボットアーム２０の駆動制御に使用されることとなる。
【0022】
ロボットアーム２０の先端のリンク２０Ｌには、清掃部材を保持するための保持機構が設けられている。保持機構は、例えば、清掃部材をねじによって固定するための雌ねじが形成された雌ねじ部から構成される。但し、清掃部材を保持するための保持機構は、様々な構成を採用することが可能であり、例えば、清掃部材を保持するための複数の吸着パッドと、制御装置１０から送信される制御信号に基づいて吸着パッドに負圧を発生させるアクチュエータと、を備えるものや、或いは、金属等の磁性体材料から構成される清掃部材を磁力により保持するための磁場を電磁的に発生させるためのコイルを備えるものであってもよい。また、先端のリンク２０Ｌに、アクチュエータによって開閉する一対の可動プレート（グリッパと呼ばれる場合もある）を備えるエンドエフェクタを更に取り付け、可動プレート等によって、清掃部材を挟持可能な保持機構を採用することも可能である。
【0023】
本実施形態に係る清掃用ロボットシステム１００のロボットアーム２０は、複数のリンク２０Ｌをそれぞれ回転駆動するための複数の直列弾性アクチュエータ２０Ｄ（「柔軟性を備えた駆動機構」の一例、図１）を備えている。
【0024】
直列弾性アクチュエータ２０Ｄは、ＳＥＡ（Serial Elastic Actuators）とも呼ばれる駆動機構である。直列弾性アクチュエータ２０Ｄは、駆動部２０ＤＡと、駆動部２０ＤＡに接続される弾性体２０ＤＥと、から構成されている。駆動部２０ＤＡは、例えばサーボモータから構成されており、弾性体２０ＤＥは、例えば機械ばねから構成されている。直列弾性アクチュエータ２０Ｄにおいて駆動部２０ＤＡから出力される動力は、弾性体２０ＤＥを介して出力側のリンク２０Ｌ（但し先端のリンク２０Ｌの場合には清掃部材を含む）に伝達され、これを回動させる。
【0025】
さらに、直列弾性アクチュエータ２０Ｄは、負荷の大きさを取得するためのトルクセンサと、弾性体２０ＤＥの変位量を取得するためのセンサと、サーボモータの変位量を取得するためのセンサを含む複数のセンサと、を備えている。これらセンサは、ロボットアーム２０の関節（ジョイント２０Ｊ）に作用する力を検出する検出手段として機能する。これらセンサで検出された力に関する情報は、制御装置１０に送られて、ロボットアーム２０の駆動制御に使用されることとなる。
【0026】
負荷の大きさは、例えば、駆動部２０ＤＡを構成するサーボモータに流れる電流量を取得する電流センサから取得することが可能である。
【0027】
弾性体２０ＤＥの変位量は、弾性体２０ＤＥの両端の変位量（回転角度）を取得するために弾性体２０ＤＥの両端にそれぞれ設けられた光学的センサ、弾性体２０ＤＥに磁石等を取り付けこの磁石等から発生する磁場を検出する磁気センサ、又は、弾性体２０ＤＥに設けられた歪センサ、等から取得することが可能である。弾性体２０ＤＥの変位量及び弾性体２０ＤＥの弾性定数に基づいて発生するトルクを取得することも可能となる。
【0028】
上記と同様に、サーボモータの変位量は、エンコーダ等の光学的センサ、ホール素子等の磁気センサ、又は、歪センサ等から取得することが可能である。
【0029】
以上のような構成の下、柔軟性を備えた駆動機構に相当する直列弾性アクチュエータ２０Ｄによって駆動される部分の慣性、質量及び長さ、外力並びに弾性体２０ＤＥである機械ばねの弾性率をパラメータとする運動方程式が成立する。このため、制御装置１０は、機械ばねの弾性率及び変位量等に基づいて、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御を行うように構成される。
【0030】
なお、直列弾性アクチュエータ２０Ｄは、駆動部２０ＤＡであるサーボモータの駆動軸に接続され、動力を機械ばね等の弾性体２０ＤＥに伝達するギヤを備えていてもよい。さらに、直列弾性アクチュエータ２０Ｄは、粘性に基づいて衝撃を緩和させるダンパ機構及び動力の伝達をスイッチするためのクラッチ機構を備えてもよい。粘性を有するダンパ機構等の粘性体を付与する場合、又は、ギヤの歯車間の摩擦等から生じる減衰を加味する場合、運動方程式には、粘性定数がパラメータとして加えられた運動方程式が成立する。
【0031】
例えば、サーボモータの駆動軸にギヤが接続され、ギヤの出力軸に弾性体を介して負荷（下流側のリンク等）が接続される直列弾性アクチュエータ２０Ｄの場合、ギヤの出力軸に生じるトルクは、サーボモータに流れる電流及びギヤ比に比例し、このトルクが、ギヤの出力軸の角加速度に慣性を乗じた値と、ギヤの出力軸の角加速度にギヤの粘性を乗じた値と、弾性体の変位量に弾性率を乗じた値と、の和と等しくなる運動方程式が成立する。かかる運動方程式に基づいて、直列弾性アクチュエータ２０Ｄの伝達関数を導くことにより、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御が可能となる。
【0032】
以上のような構成により、本実施形態におけるロボットアーム２０の複数のリンク２０Ｌを回動させることが可能になるため、リンク２０Ｌの先端に取り付けられる清掃部材の位置及び姿勢を自由に変化させることが可能となる。なお、本実施形態において、位置を示す情報は、合理的に必要と考えられる場合、姿勢を示す情報を含む場合がある。さらに、本実施形態におけるロボットアーム２０は、窓枠Ｆ等を画像認識するための撮像装置２０Ｃ及び使用者と情報の授受を行うためのディスプレイ２０ＤＩを含む入出力手段を備えてもよい。さらに、本実施形態におけるロボットアーム２０は、弾性を有さない駆動部によって駆動される知られたリンクを一部に備えてもよい。
【0033】
図３は、本実施形態における清掃用ロボットシステム１００のロボットアーム２０を用いて窓Ｇを清掃する際のブレードＢの移動経路の一例を説明するための正面図である。
【0034】
図３に示されるように、清掃対象物である窓体Ｗは、窓枠Ｆと、窓枠Ｆに嵌め込まれることにより支持されるガラス製の窓Ｇと、を備える。窓Ｇは、例えば矩形状に形成される。窓枠Ｆは、窓Ｇを囲むように、鉛直方向に延伸する２つの平行な枠Ｆ１及び枠Ｆ２と、枠Ｆ１及び枠Ｆ２の上端部及び下端部を接続し水平方向に延伸する２つの平行な枠Ｆ３及び枠Ｆ４と、を備える。
【0035】
清掃部材は、窓Ｇの表面上の塵等の除去に好適な知られた構成のものを使用することが可能であり、例えば、先端のリンク２０Ｌに固定するための複数の雄ねじが貫通するための貫通孔が形成された支持部と、窓Ｇの表面を清掃する板状ゴムからなるブレードＢと、を備える。但し清掃部材は、これに限られるものでなく、窓Ｇの表面を清掃するための布体（「ウエス」の一例）又は清掃ブラシを備えていてもよい。また、清掃部材は、洗浄液を含ませた布体（「ウエス」の一例）と、この布体により窓Ｇに塗布された洗浄液を拭き取る板状ゴム（「ブレードＢ」の一例）と、から構成されてもよい。さらに、清掃部材には、洗剤噴霧器が設けられていてもよく、洗剤噴霧器から噴霧された洗剤を吸い取る（又は分離して回収する）ガータを備えていてもよい。本実施形態における清掃部材は、何れにしても、清掃対象物である窓枠ＦのエッジＥに接触する接触部を備えている。
【0036】
制御装置１０は、ロボットアーム２０を制御する。上述したように、制御装置１０は、従来の位置制御ではなく、直列弾性アクチュエータ２０Ｄを利用したメカニカル・コンプライアンス制御に基づいてロボットアーム２０を制御する。このため、清掃対象物である窓体Ｗ（窓枠Ｆ及び窓Ｇ）に凹凸があったり、清掃部材と窓体Ｗとの間の相対的な位置関係が変動したりした場合においても、充分に窓体Ｗを清掃することが可能となる。以下詳述する。
【0037】
図１に示されるように、制御装置１０は、ロボットアーム２０の基準となる部位（例えば、手先位置に相当するリンク２０Ｌのセンターポイント、又は、ブレードＢのセンターポイント。以下、「基準部位」と称する。）を所定の方向に沿って移動させるときの初期の移動開始点（以下、「始点」と称する。）の位置を設定する始点設定部１０Ａと、ロボットアーム２０の基準部位を始点から所定の方向に沿って移動させるときの初期の移動目標点（以下、「終点」と称する。）の位置を設定する終点設定部１０Ｂと、許容範囲設定部１０Ｃと、始点と終点とを結ぶ経路を設定する経路設定部１０Ｄと、経路設定部１０Ｄによって設定された経路に従って、各直列弾性アクチュエータ２０Ｄの駆動部２０ＤＡに相当するサーボモータを制御するための駆動制御部１０Ｅと、ブレードＢを窓Ｇの表面に倣わせながら窓枠ＦのエッジＥを探索し検出するエッジ探索部１０Ｆと、記憶部１０Ｇと、を備えている。
【0038】
始点設定部１０Ａは、例えば、制御装置１０に接続可能な教示装置５０から入力された始点の位置を設定する。教示装置５０は、現場で実際にロボットアーム２０を動かしてその時の基準部位の始点の位置を教示するオンラインティーチングに従う教示装置５０でもよいし、コンピュータプログラムによって算出した始点の位置を教示する、テキスト型、シミュレータ型、エミュレータ型、又は、自動ティーチング型等のオフラインティーチングに従う教示装置５０でもよい。本実施形態においては、始点として、図３の窓枠Ｆの４つのコーナーのうち右側の枠Ｆ２と上側の枠Ｆ３とから形成される右上のコーナー付近に位置する点Ｉ1を採用している。
【0039】
終点設定部１０Ｂは、始点の位置と同様に、教示装置５０から入力された終点の位置を設定する。本実施形態においては、ブレードＢを上下の枠Ｆ３、Ｆ４と平行な方向（矢印ＡＲ３１の方向）に沿って移動させることとし、終点として、図３の窓枠Ｆの４つのコーナーのうち左側の枠Ｆ１と上側の枠Ｆ３とから形成される左上のコーナー付近に位置する点Ｔ1を採用している。なお、終点Ｔ1の位置は、左側の枠Ｆ１よりも若干外側にはみ出た位置に設定される。この理由については後に詳述することとする。
【0040】
許容範囲設定部１０Ｃは、基準部位の経路を基準として、ロボットアーム２０の実際の基準部位が経路から離れることができる許容範囲を示す情報を設定する。例えば、ある終点の位置にロボットアーム２０の基準部位が到達した時の、直列弾性アクチュエータ２０Ｄによって駆動されるリンク２０Ｌの角度がαであるとき、そのリンク２０Ｌの許容範囲を示す情報は、例えば、α±βという角度情報として設定される。βは、直列弾性アクチュエータ２０Ｄの弾性体２０ＤＥの弾性率等に基づいて、弾性変形可能な範囲として予め設定可能な角度単位の情報である。複数方向に対して柔軟性を有するために、ロボットアーム２０が複数の直列弾性アクチュエータ２０Ｄを備える場合、許容範囲設定部１０Ｃは、直列弾性アクチュエータ２０Ｄに駆動される複数のリンク２０Ｌごとに許容範囲を示す情報を設定することが可能である。
【0041】
なお、許容範囲を示す情報は、リンク２０Ｌの角度が変動した結果、ロボットアーム２０の別の部位が取り得る所定領域を示す位置情報であってもよい。即ち、所定のリンク２０Ｌの角度がα＋βであるとき、βにリンク２０Ｌの長さを乗じた距離だけそのリンク２０Ｌの先端が変位するから、それに応じて、下流のロボットアーム２０の部位も変位する。従って、許容範囲設定部１０Ｃは、ロボットアーム２０の他の部位を基準部位とし、この基準部位が取り得る所定領域を示す位置情報として取得してもよい。以下では、先端のリンク２０Ｌによって保持されるブレードＢのセンターポイントをロボットアーム２０の基準部位とする場合を中心に説明する。許容範囲は、基準部位において少なくとも±５ｍｍ以上経路から離れることを許容するように構成されることが好ましい。
【0042】
許容範囲を示す情報は、記憶部１０Ｇに格納されるコンピュータプログラム内において、予め、駆動機構が備える弾性又は粘性に基づく定数として定められることができる。従って、制御装置１０の演算素子がコンピュータプログラムを読み出すことにより、許容範囲を示す情報が設定されるように構成されてもよい。或いは、制御装置１０は、教示装置５０から、許容範囲を示す情報を取得してもよい。
【0043】
経路設定部１０Ｄは、始点Ｉ1と終点Ｔ1とを接続する移動経路を演算処理等により設定する。本実施形態においては、図３において矢印ＡＲ３１で示すような移動経路が設定される。また、後に詳述するように、経路設定部１０は、移動の際におけるリンクＬ（ブレードＢ）の姿勢等も併せて設定することができる。すなわち、始点Ｉ1から終点Ｔ1へと所定方向（図３において矢印ＡＲ３１で示す方向）に沿ってロボットアーム２０を移動させるための「基本動作」が、経路設定部１０Ｄにより設定されることとなる。なお、経路設定部１０Ｄで設定するのは、始点Ｉ1（すなわち初期の移動開始点）と終点Ｔ1（すなわち初期の移動目標点）とを接続する移動経路のみであり、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を接続する移動経路については設定されない。
【0044】
駆動制御部１０Ｅは、基準部位を経路に従って移動させるための各モータを制御するための制御命令を演算処理等により取得してロボットアーム２０に供給することにより、ロボットアーム２０を移動させる。例えば、駆動制御部１０Ｅは、逆運動学演算（インバースキネマティクス）により、基準部位が経路上に位置するための各モータの回転角度を算出し、これに基づいて制御命令を生成して、記憶部１０Ｇに格納することが可能である。本実施形態における駆動制御部１０Ｅは、経路設定部１０Ｅで設定された基本動作に基づいて、ロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させる（第１の移動工程）。また、駆動制御部１０Ｅは、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させる際にも、基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させる（第２の移動工程）。これら二種類の移動工程については、後に詳述することとする。
【0045】
また、駆動制御部１０Ｅは、第２の移動工程においてロボットアーム２０が対象物（例えば窓枠Ｆ）に接触したことを、既に述べた圧力センサやトルクセンサ等の検出手段で検出した場合に、以下の三種類の停止制御、すなわち、（Ａ）基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させた後にロボットアーム２０を停止させる制御、（Ｂ）ロボットアーム２０の移動を即座に停止させる制御、（Ｃ）基本動作とは異なる動作に基づいてロボットアーム２０を移動させた後にロボットアーム２０を停止させる制御、の何れかを実行する。ロボットシステム１００のユーザは、三種類の停止制御の何れを実行するかを予め設定しておくことができる。
【0046】
エッジ探索部１０Ｆは、窓枠ＦのエッジＥを検出する。エッジＥを検出するための手段の一例として、本実施形態におけるエッジ探索部１０Ｆは、窓Ｇの表面を倣わせながらブレードＢを移動させ、リンク２０Ｌの加速度（又は角加速度）がゼロになった時、ブレードＢがエッジＥに沿って当接していると判断することにより、エッジＥを検出するように構成されている。
【0047】
記憶部１０Ｇは、本実施形態に示される各処理を実行するためのコンピュータプログラム（経路生成アルゴリズムを含む）及び必要なデータその他の情報を格納する。
【0048】
制御装置１０のハードウェア構成に関し、制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）等のプロセッサである演算素子と、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性記憶素子と、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の不揮発性記憶素子と、これらを接続するバス等の通信手段と、を備えるコンピュータから構成することが可能である。不揮発性記憶素子は、非一時的（Non-transitory）に情報を記憶する記憶媒体である。揮発性記憶素子は、これらコンピュータプログラムの少なくとも一部及び演算処理結果等を一時的に記憶する。記憶部１０Ｇは、これら記憶素子により構成される。また、記憶部１０Ｇに格納されるコンピュータプログラムを演算素子が実行することにより、始点設定部１０Ａ、終点設定部１０Ｂ、許容範囲設定部１０Ｃ、経路設定部１０Ｄ、駆動制御部１０Ｅ及びエッジ探索部１０Ｆとして機能する。但し、これら演算素子、不揮発性記憶素子等の少なくとも一部は、インターネット等の通信ネットワークに接続された遠隔地に設置されていてもよい。例えば、演算素子は、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラム又は必要なデータを取得するように構成されてもよい。
【0049】
制御装置１０及びロボットアーム２０は、無線又は有線による通信手段によって情報の送受信が可能に構成されている。
【0050】
制御装置１０には、ロボットシステム１００に動作教示するための教示装置５０が接続、又は、一体的に設けられてもよい。また、教示装置５０は、ロボットアーム２０に設けられてもよく、例えば、ディスプレイ２０ＤＩを含む入出力手段を教示装置５０の一部として利用してもよい。
【0051】
教示装置５０は、例えば、オンラインティーチングを行うための携帯型の教示ペンダントを備える。教示装置５０は、制御装置１０と同様に、演算素子、揮発性記憶素子、不揮発性記憶素子を備え、更に、ディスプレイを有する表示手段及び複数の操作キー並びにレバーを有する入力手段を備えている。入力手段は、ディスプレイを押圧して入力を行うタッチパネル式の入力手段から構成されてもよい。
【0052】
続いて、本実施形態に係る清掃用ロボットシステム１００による清掃方法を説明する。図４は、清掃用ロボットシステム１００による清掃方法を示すフローチャートである。
【0053】
まず、制御装置１０の始点設定部１０Ａ、終点設定部１０Ｂ及び許容範囲設定部１０Ｃは、それぞれ、始点Ｉ1の位置を示す情報、終点Ｔ1の位置を示す情報及び許容範囲を示す情報を設定する（ステップＳ５１）。制御装置１０は、これら情報を予め記憶する記憶部１０Ｇから読み出すことにより設定してもよい。或いは、制御装置１０は、教示装置５０からこれら情報を取得して設定してもよい。さらに、制御装置１０は、始点Ｉ1の位置を示す情報及び終点Ｔ1の位置を示す情報に基づいて経路を演算により設定する際に、清掃対象物（窓体Ｗ）の表面と基準部位との距離が許容範囲内となるような経路生成アルゴリズムを読み出し、これに基づいて経路を設定することにより、許容範囲を示す情報を設定してもよい。
【0054】
既に述べたように、始点Ｉ1の位置は、正面視において、図３の窓枠Ｆの４つのコーナーのうち右側の枠Ｆ２と上側の枠Ｆ３とから形成される右上のコーナー付近の位置であり、終点Ｔ1の位置は、正面視において、図３の窓枠Ｆの４つのコーナーのうち左側の枠Ｆ１と上側の枠Ｆ３とから形成される左上のコーナー付近の位置（左側の枠Ｆ１よりも若干外側にはみ出た位置）である。
【0055】
図５は、ブレードＢが窓Ｇの表面と接触する場面における始点及び終点の位置と、実際の位置と、の相違を説明するための説明図である。なお、説明を簡明にするため、ブレードＢを保持するロボットアーム２０の先端のリンク２０Ｌは、図から省略する。
【0056】
図５において、窓体Ｗが存在しない場合に基準部位が始点Ｉ1の位置にある時のブレードＢの位置は、破線Ｂ１で示されている。一方、窓体Ｗが存在する場合におけるブレードＢの位置は、実線Ｂ２で示されている。
【0057】
破線Ｂ１で示されるように、始点Ｉ1の位置は、側面視において、先端のリンク２０Ｌ（不図示）又はブレードＢが窓Ｇと干渉するように設定される。しかしながら、実際は窓Ｇが存在するため、ブレードＢが窓Ｇの表面と接触し窓Ｇの表面を押圧する。このため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓Ｇと干渉することはない。変位量Ｄ１は、直列弾性アクチュエータ２０Ｄの弾性体２０ＤＥが窓Ｇの法線方向に弾性変形した量に相当する。このとき、変位量Ｄ１及び弾性体２０ＤＥの弾性率に基づいて生じる力が、ブレードＢから窓Ｇに作用する。このため変位量Ｄ１は、ブレードＢが窓Ｇの表面上の塵等を除去して好適に窓Ｇを清掃することが可能な程度の力を発生するように設定される。一方、変位量Ｄ１が大きすぎると、ブレードＢが窓Ｇを破損してしまう。このため、変位量Ｄ１は、そのような窓Ｇの破損が発生しないように設定される。
【0058】
終点Ｔ1の位置は、側面視において、エッジＥにブレードＢが接触し、窓枠Ｆの表面を押し付けるような位置に設定される。すなわち、ブレードＢと、窓体Ｗ（の窓枠Ｆ及び／又は窓Ｇ）と、の接触点（例えばエッジＥの位置）からみてブレードＢ側と反対側にブレードＢの終点Ｔ1の位置を設定する。すなわち、ブレードＢを窓体Ｗ（の窓枠Ｆ及び窓Ｇ）に向けて移動させるときにブレードＢが窓体Ｗに接触することが想定される想定接触位置（例えばエッジＥの位置）よりも、ブレードＢから遠い位置に終点Ｔ1を設定する。
【0059】
図５において、窓体Ｗが存在しない場合に基準部位が終点Ｔ1の位置にある時のブレードＢの位置は、破線Ｂ３で示されている（すなわち、終点Ｔ1の位置が破線Ｂ３で示されている）。一方、窓体Ｗが存在する場合におけるブレードＢの位置は、実線Ｂ４で示されている。
【0060】
破線Ｂ３で示されるように、終点Ｔ1の位置は、先端のリンク２０Ｌ（不図示）又はブレードＢが窓枠Ｆの枠Ｆ１と干渉するように、ブレードＢと窓体Ｗとの接触点にあるエッジＥよりも外側（エッジＥからみてブレードＢと反対側の位置であって、ブレードＢからみてエッジＥよりも遠い位置）に設定される。しかしながら実際は、窓枠Ｆ１が存在するため、ブレードＢが窓枠Ｆ１のエッジＥ及び窓Ｇの表面と接触しエッジＥ及び窓Ｇの表面を押し付ける。このため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓枠Ｆ１と干渉することはなく、ブレードＢの実際の終点Ｔ1′の位置は、図３に示すように窓枠Ｆ１の内側に位置することとなる。変位量Ｄ２は、直列弾性アクチュエータ２０Ｄの弾性体２０ＤＥが弾性変形した量に相当する。このとき、変位量及び弾性率に基づいて生じる力が、ブレードＢから窓枠Ｆ及び窓Ｇに作用する。このため変位量Ｄ１と同様に変位量Ｄ２の窓Ｇ表面の法線方向における分力は、弾性体２０ＤＥの弾性率を考慮して、ブレードＢが窓Ｇの表面上の塵等を除去可能な力以上であって、かつ、窓Ｇが破損することがない範囲の力を生じさせるように設定され、例えば、変位量Ｄ１と略同一に設定される。
【0061】
なお、終点Ｔ1の位置における先端のリンク２０Ｌの姿勢は、窓Ｇ表面に対してやや鋭角（例えば、６０度以上９０度未満）をなすことが好ましい。このような姿勢を教示することによって容易にブレードＢが窓枠Ｆ１を押し付けてブレードＢをエッジＥに沿って当接させることが可能となる。
【0062】
次いで、制御装置１０の経路設定部１０Ｄは、始点Ｉ1及び終点Ｔ1の位置を接続する経路を設定する（ステップ５２）。具体的には、経路設定部１０Ｄは、基準部位が経路上に存在する時のブレードＢと窓Ｇの表面との変位量が許容範囲内となるような経路を、記憶部１０Ｇから読み出した経路生成アルゴリズムに基づいて演算により取得する。
【0063】
経路は、始点Ｉ1及び終点Ｔ1の位置と同様に、基準部位が経路上に存在する時に先端のリンク２０Ｌ（不図示）又はブレードＢが窓Ｇと干渉するように設定される。このような経路により、ブレードＢを窓Ｇの表面に倣わせることが可能になる。但し、変位量が大きすぎると、少なくとも一つの直列弾性アクチュエータ２０Ｄの損傷を招く可能性がある。又、弾性体２０ＤＥの弾性変形の範囲内であっても、上述したように変位量が大きすぎると、ブレードＢが窓Ｇの表面を押し付ける力が大きくなりすぎるため、円滑な移動が困難になったり、窓Ｇを破損したりする可能性がある。一方で、変位量が小さすぎると、十分な力でブレードＢを窓Ｇに押し付けることができなくなるため、窓Ｇの表面上の塵等を十分に取り除けなくなる。このため、許容範囲は、上述した問題を抑制するように、実験等を通じて予め取得することが可能である。従って、基準部位が経路上に存在する時のブレードＢと窓Ｇの表面との変位量が許容範囲内となるような経路が経路設定部１０Ｄによって取得される。変位量が許容範囲内となるような経路を設定することにより、略一定の力でブレードＢを窓Ｇに押し付けることが可能となる。
【0064】
なお、倣い当て動作中において、先端のリンク２０Ｌを窓Ｇの表面に対して傾けることが好ましい。このような構成とすることにより、窓Ｇの表面の法線方向のみならず平行方向においても、ブレードＢを窓Ｇに倣い当てすることが可能となる。特に、エッジＥ付近では、ブレードＢをエッジＥに向かって押し付けることにより、エッジＥ付近に蓄積した塵等を除去することが可能となる。例えば、ブレードＢがエッジＥ付近に近づいたときに、先端のリンク２０Ｌを後傾させる姿勢を取らせることにより、窓Ｇの中心側から外側の窓枠Ｆに向かって、ブレードＢをエッジＥに向かって押し付けることが可能となる。このような姿勢は、例えば、教示装置５０を用いることにより、清掃用ロボットシステム１００に教示することが可能である。経路設定部１０Ｄは、教示された姿勢を経路とともに設定することができる。
【0065】
ステップＳ５２においては、始点Ｉ1から終点Ｔ1へと所定方向（図３において矢印ＡＲ３１で示す方向）に沿ってロボットアーム２０を移動させるための基本動作が、経路設定部１０Ｄにより設定されることとなる。すなわち、ステップＳ５２は、本発明における設定工程に相当するものである。なお、ステップＳ５２で設定されるのは、始点Ｉ1（すなわち初期の移動開始点）と終点Ｔ1（すなわち初期の移動目標点）とを接続する移動経路のみであり、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を接続する移動経路については設定されないことは既に述べたとおりである。
【0066】
続いて、駆動制御部１０Ｅは、経路情報に基づいて、直列弾性アクチュエータ２０Ｄへの制御命令を取得するとともに、取得した制御命令をロボットアーム２０に供給する（ステップＳ５３）。なお、一連の動作を実現するための制御命令が予め記憶部１０Ｇに格納されている場合、制御装置１０は、記憶部１０Ｇから制御命令を読み出すことにより、これら情報を取得してもよい。
【0067】
制御装置１０から制御命令を受け取ったロボットアーム２０は、始点Ｉ1の位置に移動する。この動作により、図５の実線Ｂ２で示されるように、ブレードＢは、窓Ｇの表面に押し付けられる（ステップＳ５４）。
【0068】
次いで、駆動制御部１０Ｅは、ステップＳ５２で設定された基本動作に基づいて、ロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させる（ステップＳ５５）。ステップＳ５５は、本発明における第１の移動工程に相当するものである。
【0069】
ステップＳ５５において、ロボットアーム２０は、ブレードＢが窓Ｇの表面に押し付けた状態を維持しながらブレードＢを終点Ｔ1の位置に向かって移動させることにより、ブレードＢを窓Ｇの表面に対して倣わせる。具体的には、図５において破線Ｂ１で示される始点Ｉ1の位置から、破線Ｂ３で示される終点Ｔ1の位置に向かって（実際には実線Ｂ２で示される位置から実線Ｂ４で示される位置に向かって）、ブレードＢを窓Ｇの表面に接触させたまま移動させる。実線と破線との変位量（経路と実際の基準部位との変位量）は、許容範囲内に存在する。このとき、直列弾性アクチュエータ２０Ｄの弾性体２０ＤＥは、変位量に応じて弾性変形する。
【0070】
このような並進移動を伴う倣い動作を行っている間に、制御装置１０は、変位量が許容範囲内に収まり、かつ、ブレードＢが窓Ｇの表面を略一定若しくは一定範囲の力（例えば、中心値±３０％以内）押し付けるように制御する。変位量が許容範囲内に収まらせるために、制御装置１０は、許容範囲を超える変位が生じたか否かを周期的に判断する。許容範囲を超える変位が生じたと判断した場合、制御装置１０は、ロボットアーム２０の移動速度を減速させるような制御命令を生成し、ロボットアーム２０の駆動部に送出することにより減速させる。図６は、倣い動作中に許容範囲を超えた場合の減速動作について説明するためのグラフである。この図は、横軸を時間とし、縦軸を直列弾性アクチュエータ２０Ｄによって駆動されるリンク２０Ｌの角度とするグラフである。このグラフにおいて、対象となるリンク２０Ｌは、時刻ｔ１１における角度α１を始点Ｉ1における角度とし、時刻ｔ２における角度α２を終点Ｔ1における角度とし、時間と共に角度が増加する角度変化となる経路Ｐ（計画軌跡）が設定されているとする。また、このリンク２０Ｌの経路を基準とする許容範囲は、リンク２０Ｌの角度を中心とする±β１である。更に、このグラフにおいて、実際の角度変化は、実線Ａで示される。
【0071】
このグラフに示されるように、時刻ｔ１１において、リンク２０Ｌの角度が経路Ｐを基準とする許容範囲外の角度になると、上述したように、制御装置１０は、リンク２０Ｌの回転速度及びブレードＢの移動速度を減少させて、リンク２０Ｌの角度が許容範囲内に収まるように制御する。一方で、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの間、リンク２０Ｌの角度が許容範囲内に収まっているため、制御装置１０は、実線Ａを経路Ｐに近づけるための制御を行わず、略一定の力でブレードＢを窓Ｇに押し付けるように制御する。このような倣い動作を行うことにより、窓Ｇとロボットアーム２０との相対的な位置関係が変動しても、ブレードＢを追従させることが可能になる。
【0072】
制御装置１０は、ブレードＢが終点Ｔ1の位置に近づくと、窓枠ＦのエッジＥの探索を開始する。具体的には、制御装置１０のエッジ探索部１０Ｆは、一つ又は複数のリンク２０Ｌ（例えば先端のリンク２０Ｌ）の加速度（又は角加速度）がゼロになったか否かをリンク２０Ｌに設けられたセンサから取得する情報に基づいて判断し、リンク２０Ｌの加速度（又は角加速度）がゼロになった時に、ブレードＢがエッジＥに沿って当接していると判断することにより、エッジＥを検出する。
【0073】
図７は、窓枠Ｆが傾いたときのブレードＢの動きを説明するための正面図である（但し説明を簡明にするため、窓枠Ｆの傾斜を誇張している）。この図に示されるように、窓枠Ｆが傾いた場合、まずブレードＢの端部が窓枠Ｆに接触する。ここで、図５に示されるとおり、終点Ｔ1の位置は窓枠Ｆの外側（エッジＥからみてブレードＢと反対側の位置であって、ブレードＢからみてエッジＥよりも遠い位置）に位置するため、ロボットアーム２０は、ブレードＢを更に窓枠Ｆの外側に向かって進行させようとする。ここで、先端のリンク２０Ｌは、柔軟性を有する駆動機構を備えているため、軸回りに回転することが可能である。従って、ロボットアーム２０は、窓枠Ｆに接触するブレードＢの端部を支点として、矢印ＡＲ８方向にブレードＢを回転させ、その結果、ブレードＢをエッジＥに沿って当接させることが可能となる。上述したように、このとき先端のリンク２０Ｌを窓Ｇの表面に対してわずかに鋭角（例えば、６０度以上９０度未満）となるように傾けることによって、ブレードＢを窓枠Ｆに押し付けることが可能となる。
【0074】
ブレードＢがエッジＥと略平行となるように、ブレードＢがエッジＥに沿って当接すると、ブレードＢはそれ以上動けなくなるため、全てのロボットアーム２０のリンク２０Ｌの角加速度はゼロとなる。従って、制御装置１０は、エッジＥを検出し、終点Ｔ1の位置に到達したと判断する。なお、既に述べたように、実際は窓枠Ｆ１が存在するため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓枠Ｆ１と干渉することはなく、ブレードＢの実際の終点Ｔ1′の位置は、図３に示すように窓枠Ｆ１の内側に位置することとなる。
【0075】
なお、ステップＳ５５においてロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させるとき、ブレードＢの上端を窓枠Ｆ３に押し付けるようにしてもよい。具体的には基準部位が経路上に存在するときにブレードＢの上端が窓枠Ｆ３と干渉するように経路を設定することにより、ブレードＢは、窓枠Ｆ３をブレードＢの進行方向と垂直かつ窓Ｇの表面と平行な方向に押し付けながら、かつ、窓Ｇの表面の法線方向に押し付けながら並進移動する。従って、窓枠Ｆ３のエッジＥ周辺を好適に清掃することが可能になる。さらに、ブレードＢの弾性を利用して窓ＧをブレードＢの進行方向と平行かつ窓Ｇの表面と平行な方向に押し付けながら移動させてもよい。
【0076】
次いで、駆動制御部１０Ｅは、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させる際に、基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させる（ステップＳ５６）。ステップＳ５６は、本発明における第２の移動工程に相当するものである。
【0077】
ステップＳ５６において、駆動制御部１０Ｅは、第２始点Ｉ2（始点Ｉ1から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へとロボットアーム２０を移動させ、第２始点Ｉ2から第２終点Ｔ2（終点Ｔ1から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へと、所定方向（図３の矢印ＡＲ３１と平行な方向）に沿って、ロボットアーム２０を移動させる。この際、駆動制御部１０Ｅは、始点Ｉ1から終点Ｔ1への移動の際に設定した基本動作に基づいて、第２始点Ｉ2から第２終点Ｔ2へのロボットアーム２０の移動を実行する。すなわち、第２始点Ｉ2から第２終点Ｔ2への移動の際には、ステップＳ５１及びステップＳ５２で行ったような詳細な目標位置設定、経路設定、姿勢設定を行わない。この場合においても第２始点Ｉ2の位置を設定することは必要となるが、始点Ｉ1からの離隔距離Ｄ３を予め設定しておくことにより第２始点Ｉ2の位置を容易に設定することが可能である。なお、実際は窓枠Ｆ１が存在するため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓枠Ｆ１と干渉することはなく、ブレードＢの実際の第２終点Ｔ2′の位置は、図３に示すように窓枠Ｆ１の内側に位置することとなる。
【0078】
同様に、駆動制御部１０Ｅは、第３始点Ｉ3（第２始点Ｉ2から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へとロボットアーム２０を移動させ、第３始点Ｉ3から第３終点Ｔ3（第２終点Ｔ2から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へと、所定方向（図３の矢印ＡＲ３１と平行な方向）に沿って、ロボットアーム２０を移動させる。なお、実際は窓枠Ｆ１が存在するため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓枠Ｆ１と干渉することはなく、ブレードＢの実際の第３終点Ｔ3′の位置は、図３に示すように窓枠Ｆ１の内側に位置することとなる。
【0079】
以下、駆動制御部１０Ｅは同様の制御を繰り返す。なお、ステップＳ５６において、第ｎ－１終点Ｔn-1から第ｎ始点Ｉnへと（すなわち図３の紙面左から右へと）ロボットアーム２０を移動させる際には、ブレードＢは必ずしも窓Ｇの表面を清掃する必要がない。このため、この移動の際の変位量を変位量Ｄ１よりも小さくし、ブレードＢが窓Ｇを相対的に弱い力で押し付けながら高速で移動するようにしてもよいし、ブレードＢを窓Ｇの表面から離隔させながら移動させてもよい。
【0080】
ステップＳ５６において、駆動制御部１０Ｅは、第ｎ－１終点Ｔn-1から第ｎ始点Ｉnへとロボットアーム２０を移動させる際に、既に述べた圧力センサやトルクセンサ等の検出手段を介して、ロボットアーム２０が対象物に接触するか否かを検出する（ステップＳ５７）。例えば、駆動制御部１０Ｅは、第３終点Ｔ3から第４始点Ｉ4（第３始点Ｉ3から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へとロボットアーム２０を移動させる際に、ロボットアーム２０が下側の窓枠Ｆ４に接触したことを検出手段で検出した場合に、以下の三種類の停止制御、すなわち、（Ａ）基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させた後にロボットアーム２０を停止させる制御、（Ｂ）ロボットアーム２０の移動を即座に停止させる制御、（Ｃ）基本動作とは異なる動作に基づいてロボットアーム２０を移動させた後にロボットアーム２０を停止させる制御、の何れかを実行する（ステップＳ５８）。
【0081】
例えば、駆動制御部１０Ｅは、図３に示すように、基本動作に基づいて、第４始点Ｉ4から第４終点Ｔ4（第３終点Ｔ3から所定距離Ｄ３だけ下方に離隔した点）へとロボットアーム２０を移動させた後に、ロボットアーム２０を停止させる（停止制御Ａ）ことができる。なお、実際は窓枠Ｆ１が存在するため、先端のリンク２０Ｌ又はブレードＢが窓枠Ｆ１と干渉することはなく、ブレードＢの実際の第４終点Ｔ4′の位置は、図３に示すように窓枠Ｆ１の内側に位置することとなる。
【0082】
停止制御Ａに代えて、基本動作とは異なる動作（例えば、第４始点Ｉ4から所定方向にロボットアーム２０を移動させる代わりに、下側の窓枠Ｆ４にブレードＢを接触させ続けるようにロボットアーム２０の姿勢を制御しながら移動させる動作）に基づいてロボットアーム２０を移動させることもできる（停止制御Ｃ）。或いは、ロボットアーム２０が下側の窓枠Ｆ４に接触したことを検出手段で検出した場合に、ロボットアーム２０を窓枠Ｆに右下で即座に停止させることもできる（停止制御Ｂ）。以上の工程群により、窓Ｇの表面を清掃することができる。
【0083】
以上述べた実施形態に係るロボットシステム１００によれば、所定の始点Ｉ1から所定の終点Ｔ1へと所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させるように設定された基本動作に基づいてロボットアーム２０を始点Ｉ1から終点Ｔ1へと移動させることができる。また、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させる際にも、基本動作に基づいてロボットアーム２０を移動させることができる。すなわち、所定の始点Ｉ1から所定の終点Ｔ1へと所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させるための基本動作を一度設定してしまえば、その基本動作に基づいて、始点Ｉ1及び終点Ｔ1とは異なる二点間を所定方向に沿ってロボットアーム２０を移動させることができる。従って、様々な大きさや形状の窓に対応するための動作をロボットアーム２０に教示する必要がなくなり、効率良く清掃を行うことができる。
【0084】
なお、本実施形態においては、第１の移動工程が完了した後、図３の紙面左から右へとロボットアーム２０を移動させた（すなわち、第２始点Ｉ2を始点Ｉ1の下方に設定した）例を示したが、例えば図８に示すように、第１の移動工程が完了した後、ロボットアーム２０をそのまま下方にシフトさせる（すなわち、第２始点Ｉ2を現実の終点Ｔ1′の下方に設定する）こともできる。この場合においても、駆動制御部１０Ｅは、始点Ｉ1から終点Ｔ1への移動の際に設定した基本動作（移動方向のみを反転させた動作）に基づいて、第２始点Ｉ2から第２終点Ｔ2へと、図８において矢印ＡＲ３２で示す方向（図３の矢印ＡＲ３１と平行な方向）にロボットアーム２０を移動させることができる。
【0085】
このように、本発明における所定方向に沿った「基本動作」には、当初設定した始点と終点の位置を入れ替えて移動方向のみを反転させた動作も含まれるものとする。
【0086】
また、本実施形態は窓の清掃に関するものであったが、本発明の適用例は以上の実施形態に限られるものではない。例えば、本発明を適用することにより、処理対象物の表面に所定の処理を施す際に、様々な大きさや形状の処理対象物に対応するための動作をロボットアーム２０に教示する必要がなくなり、効率良く処理を行うことができる。例えば、貼付対象物（処理対象物）の表面にカッティングシートを貼付するための貼付装置を保持するロボットアームを備える貼付ロボットシステムに、本発明を適用することができる。また、印刷対象物（処理対象物）の表面にインクを噴射して印刷するためのインクジェットヘッドを保持するロボットアームを備える印刷ロボットシステムに、本発明を適用することもできる。
【0087】
また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。
【符号の説明】
【0088】
１０…制御装置
２０…ロボットアーム
２０Ｄ…直列弾性アクチュエータ
２０Ｌ…先端のリンク（手先）
２０Ｊ…ジョイント（関節）
１００…清掃用ロボットシステム
Ｂ…ブレード（清掃部材）
Ｅ…エッジ
Ｆ４…下側の窓枠（対象物）
Ｉ1…始点
Ｔ1…終点
２０…ロボットアーム
２０Ｄ…直列弾性アクチュエータ
２０Ｌ…先端のリンク（手先）
２０Ｊ…ジョイント（関節）
１００…清掃用ロボットシステム
Ｂ…ブレード（清掃部材）
Ｅ…エッジ
Ｆ４…下側の窓枠（対象物）
Ｉ1…始点
Ｔ1…終点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】