特開 2024-36707 ロボット制御装置、ロボット制御システム及びロボット制御方法

(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】P2024036707

(43)【公開日】2024-03-18

(54)【発明の名称】ロボット制御装置、ロボット制御システム及びロボット制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240311BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022141101

(22)【出願日】2022-09-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山中 將暢

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS12

3C707CT05

3C707CV08

3C707CW08

3C707HS27

3C707KS03

3C707KS07

3C707KS33

3C707KT01

3C707KT06

3C707KV01

3C707KW03

3C707KX10

(57)【要約】

【課題】操作者がロボットを移動操作する際の操作性を向上させることができるロボット制御装置、ロボット制御システム及びロボット制御方法を提供する。
【解決手段】ロボット制御装置４００は、ロボット１００が作業対象Ｂ１に対して作業を行う作業部Ｅ１を操作者が移動操作する際に、操作者が作業部Ｅ１を移動操作する方向を示す操作方向の情報を取得する操作方向取得部４１１と、作業対象Ｂ１の位置を示す情報を取得する位置情報取得部４１３と、作業部Ｅ１の基点から作業対象Ｂ１の位置を示す物体方向と操作方向とのなす角度が所定角度θ_１以下である場合、作業部Ｅ１が、操作方向よりも物体方向に近い方向に移動するように、ロボット１００を制御する制御部４１４と、を備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットが作業対象に対して作業を行う作業部を操作者が移動操作する際に、前記操作者が前記作業部を移動操作する方向を示す操作方向の情報を取得する操作方向取得部と、
前記作業対象の位置を示す情報を取得する位置情報取得部と、
前記作業部の基点から前記作業対象の位置を示す物体方向と前記操作方向とのなす角度が所定角度以下である場合、前記作業部が、前記操作方向よりも前記物体方向に近い方向に移動するように、前記ロボットを制御する制御部と、を備えた
ことを特徴とするロボット制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記物体方向と前記操作方向とのなす角度が前記所定角度以下である場合、前記作業部が、前記物体方向に移動するように、前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記物体方向と前記操作方向とのなす角度が前記所定角度よりも大きい場合、前記作業部が前記操作方向に移動するように前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。

【請求項4】

前記位置情報取得部は、前記作業対象の形状に関する情報を取得し、前記作業対象の形状に関する情報に基づいて、前記作業対象の位置を推定する
ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記物体方向と前記操作方向とのなす角度が、前記所定角度よりも大きく第１角度偏差以下である場合、前記物体方向と前記操作方向とのなす角度が、前記第１角度偏差よりも大きい第２角度偏差である場合よりも、前記作業部が、前記物体方向に近い方向に移動するように前記ロボットを制御する
ことを特徴とする請求項４記載のロボット制御装置。

【請求項6】

請求項１記載のロボット制御装置と、
前記ロボットと、
前記作業対象を撮像して、前記作業対象の位置に関する情報を出力する作業対象情報出力部と、を備え、
前記ロボットは、前記ロボット制御装置によって制御され、前記ロボットを駆動する駆動部と、を有し、
前記位置情報取得部は、前記作業対象情報出力部が取得した情報に基づいて、前記作業対象の位置を示す情報を取得する
ことを特徴とするロボット制御システム。

【請求項7】

前記作業対象情報出力部は、前記作業対象の形状に関する情報を取得する形状情報取得部と、前記形状情報取得部が取得した情報に基づいて、前記作業対象の位置を推定して出力する作業対象位置推定部と、を有する
ことを特徴とする請求項６記載のロボット制御システム。

【請求項8】

操作方向取得部と、位置情報取得部と、制御部と、を備えた装置が行うロボット制御方法であって、
前記操作方向取得部が、ロボットが作業対象に対して作業を行う作業部を操作者が移動操作する際に、前記操作者が前記作業部を移動操作する方向を示す操作方向の情報を取得するステップと、
前記位置情報取得部が、前記作業対象の位置を示す情報を取得するステップと、
前記制御部が、前記作業部の基点から前記作業対象の位置を示す物体方向と前記操作方向とのなす角度が所定角度以下である場合、前記作業部が、前記操作方向よりも前記物体方向に近い方向に移動するように、前記ロボットを制御するステップと、を備えた
ことを特徴とするロボット制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボット制御装置、ロボット制御システム及びロボット制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットに取り付けられた力覚センサによってロボットに加わる力を検出することで、操作者がロボットに対して移動させたい方向に直接力を加えて移動操作できる直接教示方式のロボットが開示されている（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１９９３－３０３４２５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、操作者がロボットを目標となる作業対象へ向けて移動操作する際に、操作者がロボットを正確に移動操作することは難しく、操作性の改善が求められている。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するものであって、操作者がロボットを移動操作する際の操作性を向上させることができるロボット制御装置、ロボット制御システム及びロボット制御方法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】

本開示に係るロボット制御装置は、ロボットが作業対象に対して作業を行う作業部を操作者が移動操作する際に、操作者が作業部を移動操作する方向を示す操作方向の情報を取得する操作方向取得部と、作業対象の位置を示す情報を取得する位置情報取得部と、作業部の基点から作業対象の位置を示す物体方向と操作方向とのなす角度が所定角度以下である場合、作業部が、操作方向よりも物体方向に近い方向に移動するように、ロボットを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、ロボットの作業部の基点から作業対象の位置を示す物体方向と、操作者が作業部を移動操作する方向を示す操作方向と、のなす角度が所定角度以下である場合、制御部が、作業部から操作方向よりも物体方向に近い方向に移動するようにロボットを制御するので、操作者がロボットの作業部を作業対象に向けて移動操作する際の操作性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係るロボット制御システムの概略構成を示す側方から視た模式図。

【図2】実施の形態１に係るロボット制御システムの構成を示すブロック図。

【図3】実施の形態１に係るロボット制御装置のハードウェア構成の例を示すブロック図。

【図4】実施の形態１に係るロボット制御装置のハードウェア構成の例を示すブロック図。

【図5】実施の形態１に係るロボット制御装置が行う従動処理を示すフローチャート。

【図6】実施の形態１に係る手先部と物体との位置関係を示す側方から視た模式図。

【図7】図７Ａは、実施の形態１に係る従動制御模擬演算部が、力センサからの情報に基づいて行う処理を示す図、図７Ｂは、実施の形態１に係る従動制御模擬演算部が、トルクセンサからの情報に基づいて行う処理を示す図。

【図8】実施の形態２に係るロボット制御システムの概略構成を示す側方から視た模式図。

【図9】実施の形態２に係る物体情報出力部の構成を示すブロック図。

【図10】実施の形態３に係るロボット制御装置が行う従動処理を示すフローチャート。

【図11】実施の形態３に係る手先部と物体との位置関係を示す側方から視た模式図。

【図12】図１２Ａは、実施の形態１において、移動指示演算部の処理を切換える物体方向と操作方向とのなす角度の範囲を示す図であり、図１２Ｂは、実施の形態３において、移動指示演算部の処理を切換える物体方向と操作方向とのなす角度の範囲を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、図１を参照して、実施の形態１に係るロボット制御システム１の概略構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るロボット制御システム１の概略構成を示す側方から視た模式図である。図１に示すように、ロボット制御システム１は、ロボット１００、力覚検知部２００（図２参照）、物体情報出力部３００及びロボット制御装置４００を備えている。

【0010】

ロボット１００は、複数のリンクと、複数のリンクが互いに相対移動するように複数のリンクを駆動するモータ１１０と、を有している。例えば、ロボット１００は、第１リンクＬ１、第２リンクＬ２、第３リンクＬ３、第４リンクＬ４，第５リンクＬ５，第６リンクＬ６，第７リンクとしての手先部Ｅ１、モータ１１０及びエンコーダ１２０を有し、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに連結されたアーム状に形成されている。なお、モータ１１０は、実施の形態１において、駆動部を構成する。

【0011】

第１リンクＬ１は、基準面Ｇ１に保持されている。例えば、基準面Ｇ１は、ロボット１００を保持する床面、台の上面等である。第１リンクＬ１は、第１リンクＬ１に対して移動可能になるように、第２リンクＬ２を支持している。例えば、第１リンクＬ１は、第１リンクＬ１に対して関節Ｊ１を中心に回転移動可能になるように第２リンクＬ２を支持している。

【0012】

第２リンクＬ２は、関節Ｊ１を介して第１リンクＬ１に連結されており、第２リンクＬ２に対して移動可能になるように第３リンクＬ３を支持している。例えば、第２リンクＬ２は、第２リンクＬ２に対して回転移動可能に第３リンクＬ３を支持している。第３リンクＬ３は、関節Ｊ２を介して第２リンクＬ２に連結されており、第３リンクＬ３に対して移動可能になるように第４リンクＬ４を支持している。例えば、第３リンクＬ３は、第３リンクＬ３に対して回転移動可能に第４リンクＬ４を支持している。第４リンクＬ４は、関節Ｊ３を介して第３リンクＬ３に連結されており、第４リンクＬ４に対して移動可能になるように第５リンクＬ５を支持している。例えば、第４リンクＬ４は、第４リンクＬ４に対して回転移動可能に第５リンクＬ５を支持している。第５リンクＬ５は、関節Ｊ４を介して第４リンクＬ４に連結されており、第５リンクＬ５に対して移動可能になるように第６リンクＬ６を支持している。例えば、第５リンクＬ５は、第５リンクＬ５に対して回転移動可能に第６リンクＬ６を支持している。第６リンクＬ６は、関節Ｊ５を介して第５リンクＬ５に連結されており、第６リンクＬ６に対して移動可能になるように手先部Ｅ１を支持している。例えば、第６リンクＬ６は、第６リンクＬ６に対して回転移動可能に手先部Ｅ１を支持している。手先部Ｅ１は、関節Ｊ６を介して第６リンクＬ６に連結されており、ロボット１００による作業空間内に配置されている作業対象としての物体Ｂ１に対して作業を行う。例えば、手先部Ｅ１は、アーム状のロボット１００の先端に配置され、物体Ｂ１に対して掴む、掬う、移動させる、変形させる、ねじを締める、溶接する、検査する、塗装する、刻印をする等の作業を行うエンドエフェクタとして機能する。なお、実施の形態１において、手先部Ｅ１は、作業対象に対して作業を行う作業部を構成する。このように、ロボット１００は、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに相対移動可能な６軸のロボットアームを構成している。

【0013】

モータ１１０は、電力の供給を受けて動作し、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに相対移動するように、各リンクを駆動する。例えば、モータ１１０は、関節Ｊ１～関節Ｊ６のそれぞれに配置され、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに相対移動するように、各リンクを駆動する。なお、ロボット１００は、モータ１１０が、詳細は後述するロボット制御装置４００から電力の供給を受けるように構成されていてもよいし、図示しない電源装置から電力の供給を受けるように構成されていてもよい。

【0014】

エンコーダ１２０は、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに相対移動した移動量に応じた信号を出力する。例えば、エンコーダ１２０は、関節Ｊ１～関節Ｊ３のそれぞれに配置され、第１リンクＬ１～第６リンクＬ６及び手先部Ｅ１が互いに相対移動した移動量に応じた信号を、各リンクのそれぞれについて個別に出力する。なお、エンコーダ１２０は、各リンクの相対的な移動量に応じて電気抵抗が変化することによって移動量に応じた信号を出力するものであってもよいし、各リンクの相対的な移動量に応じて磁界が変化することによって移動量に応じた信号を出力するものであってもよいし、リンクの回転軸に取り付けられた回転体と、回転体に形成されたスリットに向けて光を出射する光源と、を有して、スリットを光が通過した回数に応じた信号を出力するものであってもよいし、他の構成によって各リンクが互いに相対移動した移動量に応じた信号を出力するものであってもよい。また、エンコーダ１２０は、モータ１１０の軸の回転量に応じた信号を出力するものであってもよい。

【0015】

力覚検知部２００は、ロボット１００に与えられた外力に応じた信号を出力する。例えば、力覚検知部２００は、手先部Ｅ１に配置された力センサによって構成され、手先部Ｅ１に与えられた外力に応じた信号を出力する。また、例えば、力覚検知部２００は、各関節に配置されたトルクセンサによって構成され、各関節に生じたトルク（モーメント）に応じた信号を出力する。なお、力覚検知部２００は、ひずみに応じて電気抵抗が変化することによって力に応じた信号を出力するものであってもよいし、力を電圧に変換する圧電素子によって力に応じた信号を出力するものであってもよいし、他の構成によって力に応じた信号を出力するものであってもよい。

【0016】

物体情報出力部３００は、所定の座標系における物体Ｂ１の位置に関する情報を出力する。物体情報出力部は、物体の位置情報を出力するものであればよく、例えば、物体Ｂ１を撮像し、取得した画像を解析して位置を推定し、情報を出力するものであってもよいし、物体Ｂ１にレーザ光を照射して物体で反射したレーザ光に基づいて物体の形状を計測し、計測データを解析して位置を推定し、情報を出力するものであってもよいし、物体Ｂ１にむけて音波を出力して物体で反射した音波に基づいて物体の形状を計測し、計測データを解析して位置を推定し、情報を出力するものであってもよいし、物体Ｂ１を含む作業環境のＣＡＤデータ、図面データ等の三次元データから、通信網等を介して電子的手段によって位置に関する情報を取得して出力するものであってもよい。なお、物体情報出力部３００は、実施の形態１において、作業対象情報出力部を構成する。

【0017】

ロボット制御装置４００は、ロボット１００、力覚検知部２００及び物体情報出力部３００と電気的に接続されており、ロボット１００、力覚検知部２００及び物体情報出力部３００から取得した情報に基づいてロボット１００の動作を制御する。
例えば、ロボット制御装置４００は、操作者によってロボット１００の手先部Ｅ１が移動操作される際に、操作者（ユーザ）によって手先部Ｅ１に加えられた力に従動して手先部Ｅ１が移動するようにロボット１００の動作を制御する従動制御を行う。ロボット制御装置４００の詳細は、後述する。

【0018】

次に、図２を参照して、実施の形態１に係るロボット制御装置４００について説明する。図２は、実施の形態１に係るロボット制御システム１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ロボット制御装置４００は、演算部４１０及び記憶部４２０を有している。

【0019】

記憶部４２０は、ロボット制御装置４００がロボット１００の動作を制御するために使用する各種情報を記憶している。例えば、記憶部４２０は、ロボット１００の制御パラメータ、ロボット１００及び物体Ｂ１が配置されている座標系に関する情報等の情報を記憶している。

【0020】

演算部４１０は、ロボット１００、力覚検知部２００及び物体情報出力部３００から取得した情報並びに記憶部４２０に記憶されている情報に基づいて、モータ１１０を駆動するための駆動信号を出力することで、ロボット１００を制御する。演算部４１０は、力検知情報取得部４１１、従動制御模擬演算部４１２、位置情報取得部４１３及び移動指示演算部４１４を有している。

【0021】

力検知情報取得部４１１は、力覚検知部２００からの入力信号を力検知情報として取得する。例えば、力検知情報取得部４１１が取得する力検知情報は、ロボット１００を操作者がロボットに加えた力の向き（力指示方向）及び大きさ（力指示値）を示す力指示ベクトル、または各関節に与えられた外力トルクの向きや大きさを表現できる外力トルクベクトルに関する情報を含む。なお、実施の形態１において、力検知情報取得部４１１は、操作方向取得部を構成する。

【0022】

従動制御模擬演算部４１２は、力検知情報取得部４１１から取得した力検知情報に基づいて、仮想移動方向を演算する。仮想移動方向は、力検知情報に基づいてロボット１００の従動制御を行った場合の、ロボット１００の仮想の移動量及び方向を示すベクトルである。例えば、従動制御模擬演算部４１２は、操作者が手先部Ｅ１に力を加えた際、手先部Ｅ１が力指示方向に力指示値に応じた移動量で力指示値に応じた方向に移動するようにロボット１００の従動制御を行った場合の、手先部Ｅ１の仮想移動方向を演算する。なお、実施の形態１において、仮想移動方向を操作方向ともいう。

【0023】

位置情報取得部４１３は、物体情報出力部３００からの情報に基づいて、物体Ｂ１の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部４１３は、物体情報出力部３００からの情報に基づいて、ロボット座標系における物体Ｂ１の基準点ＢＯの位置情報を取得する。なお、位置情報取得部４１３は、物体情報出力部３００から、ロボット座標系における物体Ｂ１の位置情報を直接取得するように構成されていてもよい。

【0024】

移動指示演算部４１４は、手先部Ｅ１の基点と、位置情報取得部４１３から取得した物体Ｂ１の位置情報と、従動制御模擬演算部４１２が演算した仮想移動方向と、に基づいて、移動指示値を算出する。移動指示値は、ロボットの先端であるフランジ面Ｆ１の中心ＦＯ（図６参照）を原点として設定される、メカニカルインターフェース座標系上に定義された手先部Ｅ１の位置及び姿勢制御の基点となるツール中心点（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ、以下「ＴＣＰ」という。図６参照）の移動量と方向を示す制御量である。移動指示演算部４１４は、算出した移動指示値に基づいてモータを駆動する駆動信号を出力することにより、ロボット１００の動作を制御する。なお、実施の形態１において、移動指示演算部４１４は、ロボット１００を制御する制御部を構成する。

【0025】

例えば、手先部Ｅ１の基点は、ＴＣＰに設定される。なお、手先部Ｅ１の基点は、ＴＣＰに限らず、メカニカルインターフェース座標系上に予め位置が定義された所定の点であればよいが、以下、手先部Ｅ１の基点をＴＣＰとした場合を例に説明する。

【0026】

次に、図３及び図４を参照して、実施の形態１に係るロボット制御装置４００のハードウェア構成について説明する。図３は、実施の形態１に係るロボット制御装置４００のハードウェア構成の例を示すブロック図であり、図３は、実施の形態１に係るロボット制御装置４００のハードウェア構成の図３とは異なる例を示すブロック図である。例えば、図３に示すように、ロボット制御装置４００は、プロセッサ４００ａ、メモリ４００ｂ及びＩ／Ｏポート４００ｃを有しており、メモリ４００ｂに格納されているプログラムをプロセッサ４００ａが読み出して実行するように構成されている。

【0027】

また、例えば、図４に示すように、ロボット制御装置４００は、専用のハードウェアである処理回路４００ｄ及びＩ／Ｏポート４００ｃを有している。処理回路４００ｄは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらの組み合わせによって構成される。ロボット制御装置４００の各機能は、これらプロセッサ４００ａ又は専用のハードウェアである処理回路４００ｄがソフトウェアであるプログラムを実行することによって実現される。

【0028】

次に、図５乃至図７を参照して、操作者がロボット１００の教示操作を行う際に、ロボット制御装置４００が従動制御を行う従動処理について説明する。図５は、実施の形態１に係るロボット制御装置４００が行う従動処理を示すフローチャートであり、図６は、実施の形態１に係る手先部Ｅ１と物体Ｂ１との位置関係を示す側方から視た模式図である。

【0029】

従動処理は、ロボット制御装置４００が、手先部Ｅ１と物体Ｂ１との位置関係、及び操作者が手先部Ｅ１を移動操作する操作方向に基づいて、ロボット１００の動作を制御する処理である。ロボット制御装置４００は、処理を開始すると、まず、演算部４１０の物体方向Ｗに関する条件設定を行う（ステップＳＴ０１）。物体方向Ｗは、手先部Ｅ１の基点から物体Ｂ１の基準点ＢＯの位置を示す方向である。言い換えると、物体方向Ｗは、ＴＣＰから物体Ｂ１への方向である。例えば、物体方向Ｗは、ＴＣＰを基点とするベクトルによって表される。

【0030】

また、例えば、ステップＳＴ０１の処理において、物体方向Ｗの基点の位置、すなわちメカニカルインターフェース座標系の原点に対する相対位置［Ｘ_ｒｅｌ，Ｙ_ｒｅｌ，Ｚ_ｒｅｌ］の設定、及び所定角度θ_１の設定が行われる。図６に示すように、所定角度θ_１は、物体方向Ｗに対して設定される所定の角度である。例えば、所定角度θ_１は、０°以上１８０°以下の角度として予め設定されている。また、例えば、所定角度θ_１は、０°以上９０°以下の角度として予め設定されている。また、例えば、ステップＳＴ０１の処理において、ロボット制御装置４００は、操作者が図示しない入力装置に入力した条件設定に係る情報を入力装置から取得し、取得した情報を記憶部４２０に記憶させることによって、条件設定を行う。なお、この処理において、ロボット制御装置４００は、予め条件設定に係る情報を記憶している図示しない外部の装置から条件設定に係る情報を取得してもよいし、予め条件設定に係る情報として記憶部４２０に記憶されている情報を設定された情報として用いてもよい。なお、所定角度θ_１は、実施の形態１において、第１所定角度を構成する。

【0031】

ステップＳＴ０１の処理を行うと、ロボット制御装置４００は、物体情報出力部３００が出力した情報に基づいて、物体Ｂ１の位置情報を取得する（ステップＳＴ０３）。例えば、この処理において、位置情報取得部４１３は、ロボット座標系における物体Ｂ１の基準点ＢＯの位置情報を取得する。なお、物体情報出力部３００による物体Ｂ１の位置に関する情報の出力は、操作者が教示操作を行っている間、継続して行われてもよい。

【0032】

ステップＳＴ０３の処理を行うと、ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗを示す情報を取得する（ステップＳＴ０４）。この処理において、従動制御模擬演算部４１２は、手先部Ｅ１の基点から物体Ｂ１の位置を示す方向である物体方向Ｗを示す情報を取得する。

【0033】

【0034】

また、以下の数式（２）に示すように、手先部Ｅ１の姿勢は、姿勢行列Ｒとして表現される。また、以下の数式（３）に示すように、ロボット座標系におけるＴＣＰの位置であるＰ［Ｘ_ｔｃｐ，Ｙ_ｔｃｐ，Ｚ_ｔｃｐ］は、ロボットの各関節の動作角度と、記憶部４２０に記憶されたリンクパラメータと、に基づいて、順運動学の計算によって求まる行列Ｔによって取得することができる。

【0035】

【0036】

ステップＳＴ０４の処理を行うと、ロボット制御装置４００は、操作者が手先部Ｅ１を移動操作する際の操作方向（仮想移動方向）を示す情報を取得する（ステップＳＴ０５）。例えば、この処理において、従動制御模擬演算部４１２は、力検知情報取得部４１１が取得した力検知情報に基づいて仮想移動方向を算出する。

【0037】

図７Ａは、力覚検知部２００が手先部Ｅ１に与えられた外力に応じた信号を出力する力センサである場合において、実施の形態１に係る従動制御模擬演算部４１２が、力センサからの情報に基づいて行う処理を示す図であり、図７Ｂは、力覚検知部２００が各関節に配置されて各関節に生じたトルクに応じた信号を出力するトルクセンサである場合において、実施の形態１に係る従動制御模擬演算部４１２が、トルクセンサからの情報に基づいて行う処理を示す図である。

【0038】

【0039】

【0040】

【0041】

また、ステップＳＴ０６の処理において、移動指示演算部４１４は、算出した角度θ_ｍと所定角度θ_１とを比較して、角度θ_ｍが所定角度θ_１以下であるか否かを判定している。なお、所定角度θ_１は、ステップＳＴ０１においてロボット制御装置４００が条件設定に係る処理を行った際に、予め設定されている。

【0042】

また、例えば、ステップＳＴ０３において、位置情報取得部４１３が複数の物体の位置情報を取得し、ステップＳＴ０４において、従動制御模擬演算部４１２が複数の物体のそれぞれに対応する複数の物体方向を取得している場合、ステップＳＴ０６の処理において、移動指示演算部４１４は、複数の物体方向のうち仮想移動方向とのなす角度が最も小さい物体方向を選択し、選択した物体方向に基づいて、物体方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている所定の角度θ_１以下であるか否かを判定する

【0043】

ステップＳＴ０６の処理において、物体方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている所定の角度θ_１以下である場合（ステップＳＴ０６のＹＥＳ、θ_ｍ≦θ_１）、ロボット制御装置４００は、手先部Ｅ１が物体方向に移動するように、ロボット１００を制御する（ステップＳＴ０７）。言い換えると、ロボット制御装置４００は、仮想移動方向と物体方向とのなす角度θ_ｍが、条件設定における所定角度θ_１以下である場合、手先部Ｅ１が物体方向以外の方向に移動できないように、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する。

【0044】

【0045】

ステップＳＴ０６の処理において、物体方向と操作方向とのなす角度が、条件設定において予め設定されている所定の角度θ_１以下でない場合（ステップＳＴ０６のＮＯ、１８０°≧θ_ｍ＞θ_１）、ロボット制御装置４００は、手先部Ｅ１が操作方向に移動するように、ロボット１００を制御する（ステップＳＴ０８）。言い換えると、ロボット制御装置４００は、仮想移動方向と物体方向とのなす角度θ_ｍが、条件設定における角度θ_１よりも大きい場合、手先部Ｅ１が仮想移動方向に移動するように、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する。このように、条件設定に係る処理で設定された所定角度θ_１は、ロボット制御装置４００がロボット１００の動作を制御する際に、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容が切換えられる境界の角度である。

【0046】

以上、実施の形態１に係るロボット制御装置４００は、ロボット１００が物体Ｂ１に対して作業を行う手先部Ｅ１を操作者が移動操作する際に、ロボットに加えられた外力を検知する力検知情報取得部４１１と、物体Ｂ１の位置情報を取得する位置情報取得部４１３と、操作者が手先部Ｅ１を移動操作する操作方向を示す情報を算出する従動制御模擬演算部４１２と、物体方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが所定角度θ_１以下である場合、手先部Ｅ１が物体方向に移動するように、ロボット１００を制御する移動指示演算部４１４と、を備えている。

【0047】

例えば、ロボットに対する直接教示を行う際において、本来操作者が所望する経路に沿って正確に操作者がロボットを移動操作することは難しい。例えば、ロボットに対する直接教示を行う際において、本来操作者が所望する経路とずれた経路に沿って操作者がロボットを移動操作した場合、ロボットが周囲の他の設備等に接触して、ロボットの移動操作が正常に行われない場合も考えられる。

【0048】

実施の形態１に係るロボット制御装置４００は、上述したように構成されているので、操作者が手先部Ｅ１を物体方向Ｗに移動操作をしようとした際、操作方向と物体方向Ｗとがずれている場合であっても、操作方向と物体方向Ｗとのなす角度θ_ｍが所定角度θ_１以下である場合、言い換えると、操作者が手先部Ｅ１を物体方向Ｗに移動させようとしていることが予測される場合、手先部Ｅ１が物体方向Ｗへ移動するように、移動指示演算部４１４がロボット１００を制御する。このため、操作者は、手先部Ｅ１を物体方向Ｗに移動させようとする際、手先部Ｅ１を物体方向Ｗに正確に移動操作しなくても、手先部Ｅ１を物体方向Ｗに移動させることができるので、操作者がロボット１００を移動操作する際の操作性を向上させることができる。

【0049】

なお、実施の形態１において、移動指示演算部４１４は、手先部Ｅ１の基点から物体Ｂ１の位置を示す方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが所定角度θ_１以下である場合、手先部Ｅ１が物体方向Ｗに移動するように、ロボット１００を制御するが、これに限定されない。移動指示演算部は、手先部Ｅ１の基点から物体Ｂ１の位置を示す方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが所定角度θ_１以下である場合、手先部Ｅ１が、操作方向よりも物体方向Ｗに近い方向に移動するように、ロボットを制御するものであればよく、例えば、移動指示演算部は、手先部Ｅ１の基点から物体Ｂ１の位置を示す方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが所定角度θ_１以下である場合、手先部Ｅ１の移動方向が、物体方向Ｗと操作方向とのなす角度が小さいほど物体方向Ｗに近い方向に移動するように、ロボット１００を制御するものであってもよい。

【0050】

また、実施の形態１において、基準座標系がロボット座標系である例に基づいて、ロボット制御装置４００が行う処理について説明したが、これに限定されない。統一された座標系に基づいて各処理を行うことが可能であれば、基準座標系は、任意に設定されたロボット座標系以外の座標系であってもよい。

【0051】

また、実施の形態１において、ロボット１００は、手先部Ｅ１が物体Ｂ１に対して作業を行うように構成されているが、これに限定されない。ロボットは、作業部が作業対象に対して何らかの作業を行うものであればよく、例えば、作業部は、ロボットの先端に配置されていなくてもよいし、作業対象は、人体、動物、植物等の生物であってもよいし、物体に形成された模様、マーク、印刷物等の平面状のものであってもよいし、治具、製品、部品、食品、食材等であってもよく、形状を有する多様な物が該当する。

【0052】

また、実施の形態１において、ロボット制御装置４００は、力覚検知部２００から取得した情報に基づいてロボット１００を従動制御するように構成されているが、これに限定されない。ロボット制御装置は、作業者によるロボットの移動操作に基づいて従動制御するように構成されていればよく、例えば、力覚検知部２００から取得した情報の代わりに、ロボット制御装置４００に接続されているティーチングペンダントからの入力情報に基づいてロボット１００を従動制御するように構成されていてもよい。

【0053】

実施の形態２．
次に、図８及び図９を参照して、実施の形態２に係るロボット制御システム２について説明する。実施の形態２に係るロボット制御システム２は、実施の形態１に係るロボット制御システム１と比較して、物体情報出力部に係る構成が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0054】

図８は、実施の形態２に係るロボット制御システム２の概略構成を示す側方から視た模式図である。図９は、実施の形態２に係る物体情報出力部５００の構成を示すブロック図である。物体情報出力部５００は、物体計測部５０１及び物体位置推定部５０２を有している。物体計測部５０１は、物体Ｂ１及びその周辺環境を含む情報を計測データとして取得する。例えば、物体計測部５０１は、物体Ｂ１及び物体Ｂ１の周囲の設備等を含む計測データとしての画像情報を取得することによって、物体Ｂ１を計測する。例えば、物体計測部５０１は、物体Ｂ１及び物体Ｂ１の周囲を撮像することができるカメラによって構成されており、物体Ｂ１の形状及び物体Ｂ１の周囲の設備等の形状を計測する。なお、物体情報出力部５００は、実施の形態２において、作業対象情報出力部を構成し、物体計測部５０１は、実施の形態２において、形状情報取得部を構成する。

【0055】

物体計測部５０１が取得する画像情報は、物体Ｂ１の位置や姿勢の情報を取得するために用いられる情報であり、画像情報としては、多様な情報が該当する。例えば、物体計測部５０１が取得する画像情報は、人間の視覚で認識可能な可視画像（カラー／モノクロ）であってもよいし、マルチスペクトル画像、近赤外画像のような特殊な画像であってもよい。また、画像情報を深度情報として使用する場合、物体計測部５０１が取得する画像情報は、距離画像であってもよい。また、物体計測部５０１が取得する計測データは、ステレオカメラ等で計測した点群データ等の３次元情報であってもよい。また、物体計測部５０１は、物体Ｂ１及び物体Ｂ１の周囲を含む計測データを取得することができる位置に配置されていればよく、例えば、手先部Ｅ１に配置されていてもよいし、ロボット１００とは独立して配置されていてもよい。また、ロボットに対するカメラの位置及び姿勢は既知であり、記憶部４２０に記憶されている。例えば、物体計測部５０１が手先部Ｅ１に配置されている場合、物体計測部５０１としてのカメラを基準に設定された座標系（カメラ座標系）は、ＴＣＰを原点に設定された座標系（ツール座標系）との関係が、予め定義されて記憶部４２０に記憶されている。

【0056】

物体位置推定部５０２は、物体計測部５０１が取得した計測データをもとに、物体Ｂ１の位置を推定する。例えば、物体位置推定部５０２は、物体Ｂ１及び物体Ｂ１の周囲を撮像した画像情報と物体Ｂ１の形状等の情報に基づいて解析することにより、画像情報中における物体Ｂ１の位置や姿勢を推定する。なお、物体位置推定部５０２は、実施の形態２において、作業対象位置推定部を構成する。

【0057】

次に、物体情報出力部５００が物体Ｂ１の位置に関する情報を取得する具体的な手順の例について説明する。物体Ｂ１の位置に関する情報を取得するため、まず、操作者は、物体計測部５０１が物体Ｂ１を計測できる位置へ、ロボット１００を移動させる。物体計測部５０１が計測可能な範囲内に物体Ｂ１が配置された状態で、物体計測部５０１が物体Ｂ１を計測し、計測データを物体位置推定部で解析することによって物体Ｂ１の位置を推定する。例えば、物体位置推定部５０２が物体Ｂ１の位置を推定する技術については、Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ等の公知の技術を採用することができる。

【0058】

例えば、物体位置推定部５０２が推定した物体Ｂ１の位置は、カメラ座標系を基準とした物体座標系の位置［ｃａｍｅｒａＸｗｏｒｋ，ｃａｍｅｒａＹｗｏｒｋ，ｃａｍｅｒａＺｗｏｒｋ］である。実施の形態２において，物体位置推定部５０２が手先部Ｅ１に配置されている場合、ＴＣＰを基点とした物体位置推定部５０２の位置及び姿勢は、既知の情報として、記憶部４２０に記憶されている。すなわち、ツール座標系におけるカメラ座標系の同次座標変換行列ｔｏｏｌＴｃａｍｅｒａが規定されている。ロボット座標系におけるツール座標系の同次座標変換行列ｒｏｂｏｔＴｔｏｏｌは、上述の順運動学の計算で求まる行列と等しい。よって、ロボット座標系における物品座標系の位置［ｒｏｂｏｔＸｗｏｒｋ，ｒｏｂｏｔＹｗｏｒｋ，ｒｏｂｏｔＺｗｏｒｋ］は以下の数式（７）によって求められる。

【0059】

以上のように、実施の形態２に係るロボット制御システム２は、物体計測部５０１が物体Ｂ１を計測することで、物体位置推定部５０２が物体計測部５０１の計測結果に基づいて物体Ｂ１の位置を推定し、位置情報取得部４１３に出力することで、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出するための演算を行い、直接教示を行うことができる。これにより、実施の形態２に係るロボット制御システム２は、物体Ｂ１の位置情報を事前に得られない場合でも、物体Ｂ１を計測することによって物体方向Ｗを算出し、直接教示を行うことができるという効果が得られる。なお、実施の形態２において、物体計測部５０１は、撮像装置であるカメラを用いた例で説明したが、これに限るものではない。物体計測部は、レーザや超音波などによって物体を計測するように構成されていてもよい。

【0060】

実施の形態３．
次に、図１０乃至図１２を参照して、実施の形態３に係るロボット制御システム３について説明する。実施の形態３に係るロボット制御システム３は、実施の形態１に係るロボット制御システム１と比較して、ロボット制御装置が行う従動処理の一部の内容が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態１と同様の構成及び処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0061】

図１０は、実施の形態３に係るロボット制御装置が行う従動処理を示すフローチャートであり、図１１は、実施の形態３に係る手先部Ｅ１と物体Ｂ１との位置関係を示す側方から視た模式図である。実施の形態３に係るロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている複数の角度を境界とする複数の範囲のいずれに含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容が変化するように構成されている。例えば、ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが小さいほど、手先部Ｅ１が物体方向に近い方向に移動するように、ロボット１００を制御するように構成されていてもよいし、両者を組み合せてロボット１００を制御するように構成されていてもよい。

【0062】

まず、条件設定において、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが含まれる範囲として互いに異なる２つの角度を境界とする３つの範囲を設定した場合の、移動指示演算部４１４による移動指示値の演算方法について説明する。ステップＳＴ０６の処理において、物体方向Ｗと操作方向とのなす角度θ_ｍが、条件設定において予め設定されている所定の角度θ_１以下でない場合（ステップＳＴ０６のＮＯ、θ_ｍ＞θ_１）、ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと操作方向とのなす角度θ_ｍが、条件設定において予め設定されている所定の角度θ_１よりも大きい所定角度θ_２以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ０９）。

【0063】

ステップＳＴ０９の処理において、物体方向Ｗと操作方向とのなす角度θ_ｍが、所定角度θ_２以下である場合（ステップＳＴ０９のＹＥＳ、θ_１＜θ_ｍ≦θ_２）、ロボット制御装置４００は、手先部Ｅ１が物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが小さいほど、手先部Ｅ１が物体方向に近い方向に移動するように、ロボット１００を制御する（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ０９の処理において、物体方向Ｗと操作方向とのなす角度θ_ｍが、条件設定において予め設定されている所定の角度θ_２以下でない場合（ステップＳＴ０６のＮＯ、１８０°≧θ_ｍ＞θ_２）、ロボット制御装置４００は、手先部Ｅ１が操作方向に移動するように、ロボット１００を制御する（ステップＳＴ０８）。なお、所定角度θ_２は、実施の形態１において第２所定角度を構成する。

【0064】

このように、実施の形態３に係るロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている所定角度θ_１及び所定角度θ_１よりも大きい所定角度θ_２の２つの角度を境界とする３つの範囲のいずれの範囲に含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容を切換えるように構成されている。

【0065】

このように構成されて、移動指示演算部４１４は、物体方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが、所定角度θ_１よりも大きくかつ所定角度θ_２以下の第１角度偏差である場合、物体方向と操作方向とのなす角度θ_ｍが、第１角度偏差よりも大きくかつ所定角度θ_２よりも大きくかつ所定角度θ_２以下の第２角度偏差である場合よりも、手先部Ｅ１の移動方向が物体方向に近い方向となるようにロボット１００を制御する。

【0066】

なお、ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている２つの角度を境界とする３つの範囲のいずれの範囲に含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容を切換えるように構成されているものに限定されない。ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている４つ以上の範囲のいずれの範囲に含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容を切換えるように構成されていてもよい。

【0067】

例えば、ロボット制御装置４００は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されているｎ個（例えば、ｎは４以上の自然数）の範囲のいずれの範囲に含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容を切換えるように構成されていてもよい。

【0068】

図１２Ａは、実施の形態１において、移動指示演算部４１４の処理を切換える物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍの範囲を示す図であり、図１２Ｂは、実施の形態３において、移動指示演算部４１４の処理を切換える物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍの範囲を示す図である。

【0069】

具体的には、ロボット制御装置４００は、予めｎ個の範囲のそれぞれに対応して、物体方向Ｗに近い範囲であるほど、物体方向に近い移動指示値を算出する際の補正係数ｃ_ｎ（例えば、ｃ_ｎ－１＜ｃ_ｎ≦１、かつｃ_１＝０、かつｃ_N＝１）を設定している。これらの補正係数は、記憶部４２０に記憶されている。

【0070】

以上のように、実施の形態３に係るロボット制御システム３は、物体方向Ｗと仮想移動方向とのなす角度θ_ｍが、予め設定されている複数の角度を境界とする複数の範囲のいずれに含まれるかによって、移動指示演算部４１４が移動指示値を算出する処理の内容を変化させて、直接教示を行うことができる。これにより、実施の形態３に係るロボット制御システム３は、仮想移動方向が角度の境界をまたぐ操作を行った場合でも、滑らかな操作で直接教示を行うことができるという効果が得られる。

【0071】

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組合せ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0072】

１，２，３ ：ロボット制御システム
１００ ：ロボット
１１０ ：モータ（駆動部）
１２０ ：エンコーダ
２００ ：力覚検知部
３００ ：物体情報出力部
４００ ：ロボット制御装置
４１０ ：演算部
４１１ ：力検知情報取得部
４１２ ：従動制御模擬演算部
４１３ ：位置情報取得部
４１４ ：移動指示演算部
４２０ ：記憶部
５００ ：物体情報出力部
５０１ ：物体計測部
５０２ ：物体位置推定部
Ｂ１ ：物体（作業対象）
ＢＯ ：基準点
Ｅ１ ：手先部
Ｆ１ ：フランジ面
ＦＯ ：中心
Ｇ１ ：基準面
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６：関節
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６：リンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】