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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】P2024097460
(43)【公開日】2024-07-19
(54)【発明の名称】ロボットシステムの制御方法およびロボットシステム
(51)【国際特許分類】
B25J 13/08 20060101AFI20240711BHJP
B25J 17/02 20060101ALI20240711BHJP
【ＦＩ】
B25J13/08 Z
B25J17/02 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023000918
(22)【出願日】2023-01-06
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】清水 興子
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS07
3C707BS12
3C707BT18
3C707CT05
3C707CU05
3C707CV08
3C707CW08
3C707CX01
3C707CY01
3C707CY32
3C707DS01
3C707ES03
3C707KS31
3C707KS34
3C707KV01
3C707KW03
3C707KX06
3C707LT07
3C707LU08
3C707LU09
3C707LV04
3C707LV15
3C707LV17
3C707MT02
3C707MT04
(57)【要約】
【課題】作業時間の短縮と、正確な力制御とを両立することができるロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを提供すること。
【解決手段】ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態でロボットアームを移動させつつ、力センサーの検出結果に基づいて、エンドエフェクターまたはエンドエフェクターが把持する把持物が対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、ロボットアームに対して力制御を行いつつ、エンドエフェクターにより対象物に第１作業を行う第２ステップとを有するロボットシステムの制御方法。
【選択図】図３
【解決手段】ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態でロボットアームを移動させつつ、力センサーの検出結果に基づいて、エンドエフェクターまたはエンドエフェクターが把持する把持物が対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、ロボットアームに対して力制御を行いつつ、エンドエフェクターにより対象物に第１作業を行う第２ステップとを有するロボットシステムの制御方法。
【選択図】図３
【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置され、弾性率の調整が可能なダンパー機構と、前記ダンパー機構に設置され、前記ロボットアームに加わる力を検出する力センサーと、前記力センサーに設置され、対象物に第１作業を行うエンドエフェクターと、を備えるロボットシステムの作動を制御するロボットシステムの制御方法であって、
前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を有することを特徴とするロボットシステムの制御方法。
前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を有することを特徴とするロボットシステムの制御方法。
【請求項2】
前記第１ステップでは、位置制御により前記ロボットアームを移動させる請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項3】
前記第２ステップでは、倣い制御により前記ロボットアームを駆動する請求項１または２に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項4】
ロボットアームと、前記ロボットアームに設置され、ダンパーの弾性を調整する弾性率調整部を有するダンパー機構と、前記ダンパー機構に設置され、前記ロボットアームに加わる力を検出する力センサーと、前記力センサーに設置され、対象物に第１作業を行うエンドエフェクターと、前記弾性率調整部による弾性率の調整を制御する第１制御部と、前記力センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの作動を制御する第２制御部とを有する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記第２制御部の制御により前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を実行するよう制御することを特徴とするロボットシステム。
前記制御装置は、
前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記第２制御部の制御により前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を実行するよう制御することを特徴とするロボットシステム。
【請求項5】
前記ダンパー機構は、エアシリンダーまたは電動シリンダーを有する請求項４に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボットシステムの制御方法およびロボットシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、ロボットアームを有するロボットを用いて製造、加工、組み立て等の作業が行われるようになり、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。
【0003】
特許文献１に記載されているロボットでは、ロボットアームの手首部、すなわち、先端部に柔軟部が設けられている。柔軟部は、作業の安全性を考慮して設置され、バネやゴムのような弾性体や、各種シリンダー等により構成されている。このような柔軟部によって、ロボットアームの先端が受けた衝撃を緩和しつつ、正確な作業を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１４２６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されているロボットを用いて力制御を行った場合、衝突時の緩衝作用を十分に得るために十分な柔軟性を確保する必要から、ロボットアームの手首が柔らか過ぎてしまい、そのため、正確な作業、迅速な作業を行うのが難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の適用例にかかるロボットシステムの制御方法は、ロボットアームと、前記ロボットアームに設置され、弾性率の調整が可能なダンパー機構と、前記ダンパー機構に設置され、前記ロボットアームに加わる力を検出する力センサーと、前記力センサーに設置され、対象物に第１作業を行うエンドエフェクターと、を備えるロボットシステムの作動を制御するロボットシステムの制御方法であって、
前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップとを有する。
前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップとを有する。
【0007】
本発明の適用例にかかるロボットシステムは、ロボットアームと、前記ロボットアームに設置され、ダンパーの弾性率を調整する弾性率調整部を有するダンパー機構と、前記ダンパー機構に設置され、前記ロボットアームに加わる力を検出する力センサーと、前記力センサーに設置され、対象物に第１作業を行うエンドエフェクターと、前記弾性率調整部による弾性率の調整を制御する第１制御部と、前記力センサーの検出結果に基づいて前記ロボットアームの作動を制御する第２制御部とを有する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記第２制御部の制御により前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を実行するよう制御する。
前記制御装置は、
前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を第１の弾性率に設定した状態で前記ロボットアームを移動させつつ、前記力センサーの検出結果に基づいて、前記エンドエフェクターまたは前記エンドエフェクターが把持する把持物が前記対象物に接触したか否かを判断する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、前記第１制御部の制御により前記ダンパー機構の弾性率を前記第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、前記第２制御部の制御により前記ロボットアームに対して力制御を行いつつ、前記エンドエフェクターにより前記対象物に前記第１作業を行う第２ステップと、を実行するよう制御する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【0010】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットシステムの制御方法を実行するロボットシステムの第１実施形態の全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示すロボットアームの先端部および周辺部の縦断面図である。図４は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図５は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図６は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図７は、ダンパー機構が省略されたロボットを用いて第１作業を行った場合と、ダンパー機構を備えるロボットを用いて第１作業を行った場合とを比較したタイムチャートである。図８は、本発明のロボットシステムの制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。
図１は、本発明のロボットシステムの制御方法を実行するロボットシステムの第１実施形態の全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、図１に示すロボットアームの先端部および周辺部の縦断面図である。図４は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図５は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図６は、図１に示すロボットが行う作業の一例を示す縦断面図である。図７は、ダンパー機構が省略されたロボットを用いて第１作業を行った場合と、ダンパー機構を備えるロボットを用いて第１作業を行った場合とを比較したタイムチャートである。図８は、本発明のロボットシステムの制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【0011】
図１中では、互いに直交する３軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されており、図３～図６中、図９～図１１中にもそれぞれ同様の３軸が示されている。３軸のうちＺ軸方向は鉛直方向を示し、Ｘ－Ｙ平面は水平面を示す。
【0012】
本明細書において、「鉛直」とは、鉛直と一致している場合のみならず、鉛直に対して若干、例えば±１０°以内傾斜している場合も含む意味である。また、本明細書において、「平行」とは、２つの対象が平行と一致している場合のみならず、平行から若干、例えば±１０°以内傾斜している場合も含む意味である。
【0013】
本明細書では、説明の便宜上、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター２０側を「先端」とも言う。また、図３～図６、図９～図１１中、上側を「上」、下側を「下」とも言う。
【0014】
図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１の各部の作動を制御する制御装置３と、を備える。
【0015】
まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。なお、エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１とは別部材、すなわち、ロボット１の構成要件でなくてもよい。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。なお、エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１とは別部材、すなわち、ロボット１の構成要件でなくてもよい。
【0016】
なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。
【0017】
基台１１は、ロボットアーム１０をその基端側において、駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブルを介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよい。また、インターネット等のネットワークを介して接続されていてもよい。
【0018】
本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
【0019】
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向に延びる第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。このように、第１回動軸は、基台１１が固定される床の床面の法線と一致しており、ロボットアーム１０の全体が第１回動軸の軸回りに正方向・逆方向のいずれへも回転することができる。
【0020】
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向に延びる第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。
【0021】
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対し、水平方向に延びる第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
【0022】
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
【0023】
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
【0024】
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
【0025】
第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボットアーム先端部となっている。第６アーム１７の先端側には、ダンパー機構５が設置され、ダンパー機構５の先端側には、力センサー１９が設置され、力センサー１９の先端側には、エンドエフェクター２０が設置されている。換言すると、図３に示すように、第６アーム１７の下端に、ダンパー機構５、力センサー１９およびエンドエフェクター２０が下方へ向かってこの順に設置されている。
【0026】
第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、ダンパー機構５、力センサー１９およびエンドエフェクター２０ごと変位する。
【0027】
図１に示すエンドエフェクター２０は、ワークまたは工具を把持することができる把持部を有する構成である。第６アーム１７の先端側にエンドエフェクター２０を装着した状態では、エンドエフェクター２０の先端部は、ツールセンターポイントＴＣＰとなる。本実施形態では、エンドエフェクター２０は、後述するように、ワークＷ１を把持しつつ下方へ移動して対象物であるワークＷ２の挿入孔２００に挿入するという第１作業を行う。
【0028】
ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１に対し第１アーム１２を前記第１回動軸回りに回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを前記第２回動軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを前記第３回動軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを前記第４回動軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを前記第５回動軸回りに相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを前記第６回動軸回りに相対的に回転させる。
【0029】
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、第５アーム１６に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、第６アーム１７に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。なお、ここで言う「位置を検出」とは、モーターの回転角すなわち正逆を含む回転量および角速度を検出することを言い、当該検出された情報を「位置情報」と言う。
【0030】
図２に示すように、モータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、対応するモーターＭ１～モーターＭ６に接続され、これら各モーターの駆動を制御する。モータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、関節１７１、関節１７２、関節１７３、関節１７４、第５アーム１６および第６アーム１７に内蔵されている。
【0031】
エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６、モーターＭ１～モーターＭ６およびモータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６は、それぞれ、制御装置３と電気的に接続されている。エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６で検出されたモーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量および角速度は、制御装置３に電気信号として送信される。そして、この位置情報に基づいて、制御装置３は、図２に示すモータードライバーＤ１～モータードライバーＤ６に制御信号を出力し、モーターＭ１～モーターＭ６を駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６の駆動を制御して、ロボットアーム１０に属する第１アーム１２～第６アーム１７の作動を制御することである。
【0032】
また、ロボット１では、ロボットアーム１０の先端側に、ダンパー機構５および力センサー１９が着脱自在に設置される。ロボットアーム１０は、ダンパー機構５および力センサー１９が設置された状態で駆動される。力センサー１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力センサー１９は、エンドエフェクター２０に加わる力、すなわち、エンドエフェクター２０が把持するワークＷ１が受ける力または対象物であるワークＷ２からの反力を検出するものである。
【0033】
具体的には、力センサー１９は、互いに直交する３つの検出軸上の力の大きさと、当該３つの検出軸回りのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＷ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＶ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＵ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「トルク成分」と言うこともできる。
【0034】
力センサー１９は、制御装置３と電気的に接続されており、力センサー１９が検出した検出結果、すなわち外力の情報は、外力の方向、大きさに応じた電気信号を制御装置３に出力する。制御装置３は、信号を取得する信号取得部３４を有し、力センサー１９から出力された電気信号、すなわち力センサー１９の検出値または検出結果を、信号取得部３４を介して取得する。そして、制御装置３は、力センサー１９の検出結果に基づいて後述するように力制御等を行う。なお、力センサー１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。
【0035】
このような力センサー１９の基端側には、ダンパー機構５が設置されている。図３に示すように、ダンパー機構５は、先端側の部位に対し緩衝作用を発揮する、例えばエアシリンダーで構成されるダンパー５０を有する。このダンパー５０は、弾性率を調整可能ないわゆる可変ダンパーである。すなわち、ダンパー機構５は、ダンパー５０と、ダンパー５０の弾性率を調整する弾性率調整部５３と、を備えている。
【0036】
ダンパー５０は、内部空間Ｓを有する基部５１と、基部５１に対し上下方向に移動可能に支持されたカム５２とを備える。
【0037】
基部５１は、外形形状が円柱状をなす中空のブロック体で構成される。基部５１は、下方に開放する開口５１１と、通気口５１３とを有する。開口５１１および通気口５１３は、それぞれ内部空間Ｓと連通している。開口５１１の縁部５１２は、その全周が内側に向かって突出している。基部５１は、この縁部５１２の上面にてカム５２を支持している。
【0038】
カム５２は、円柱状をなすブロック体で構成される。カム５２は、上端部に形成され、周方向外側に向かって突出するフランジ部５２１を有する。フランジ部５２１は、その下面が基部５１の縁部５１２の上面と係合している。これにより、カム５２が基部５１に対して下方に抜けてしまうのを防止することができる。カム５２には、内部空間Ｓの空気圧による下方へ向かう力が作用しているが、下方またはその他の方向からの外力が加わると、カム５２は、前記空気圧による力に抗して、基部５１に対し上方に移動可能であるとともに、Ｘ－Ｙ平面上の任意の方向の軸回りに揺動可能である。このような移動や変位によって緩衝作用が発現する。
【0039】
開口５１１は、カム５２により気密的に塞がれている。よって、内部空間Ｓへの空気の注入量を調整して内部空間Ｓの圧力を調整することにより、ダンパー５０の弾性率を調整することができる。なお、弾性率を調整するということは、定量的に数値を設定または変更することだけではなく、ダンパーの硬さすなわち剛性の高い状態と低い状態とを切り替えることも含んでいる。開口５１１の気密性を確保するために、フランジ部５２１の外周部または縁部５１２の内周部に、例えばシールリング、ダイアフラム、ベローズ等の図示しないシール部材が設置されており、カム５２に移動や変位が生じても内部空間Ｓの空気が開口５１１から漏れ出すことが防止されている。
【0040】
弾性率調整部５３は、ダンパー５０の内部空間Ｓへの空気の注入量を調整して内部空間Ｓの圧力を調整し、ダンパー５０の弾性率を調整することができる。この場合、後述する第１制御部３１Ａの制御により、ダンパー５０の弾性率は、第１の弾性率と、第１の弾性率よりも弾性率が高い第２の弾性率とに設定することができる。
【0041】
本実施形態では、弾性率調整部５３は、例えばロータリー式ポンプ、シリンダー式ポンプ等のポンプで構成されている。ポンプと通気口５１３とは、管５３１により接続されている。ポンプは、内部空間Ｓへの送気および内部空間Ｓからの吸気が可能なポンプである。すなわち、例えばポンプ内の図示しないローターを所定方向に回転することにより、管５３１および通気口５１３を介して内部空間Ｓに空気を注入し、図示しない切り替え弁を切り替えることにより吸気ポートと排気ポートとを反転させ、通気口５１３および管５３１を介して内部空間Ｓの空気を排気することができる。図２および図３に示すように、弾性率調整部５３であるポンプの電源部は、制御装置３と電気的に接続されている。制御装置３の第１制御部３１Ａがポンプへの通電条件を制御することにより、ポンプの作動を制御することができる。すなわち、弾性率調整部５３であるポンプの作動を、所定のタイミングで、内部空間Ｓへの空気の注入と、内部空間Ｓからの空気の排出とを切り替え、ダンパー５０の弾性率を第１の弾性率と第２の弾性率のいずれかに設定することができる。
【0042】
なお、弾性率調整部５３の構成は、図示のものに限らず、例えば、ポンプは、内部空間Ｓへの送気のみ行い、内部空間Ｓからの空気の排出は、管５３１の途中に設けられた電磁弁によるリリースバルブを開くことにより行うような構成としてもよい。この場合も、ポンプおよびリリースバルブは、それぞれ、制御装置３と電気的に接続されており、第１制御部３１Ａがポンプおよびリリースバルブへの通電条件を制御することにより、内部空間Ｓへの吸気の供給、排出の制御を行う。
【0043】
このようなダンパー機構５は、第１の弾性率である低弾性率状態と、第１の弾性率よりも高い第２の弾性率である高弾性率状態とを取り得る。低弾性率状態とは、柔軟性に富み、低剛性である状態であり、高弾性率状態とは、柔軟性に乏しく、高剛性である状態である。本明細書において、「弾性率」とは、ダンパー機構５の変位部の変位のしにくさ、すなわち本実施形態では、所定の外力を受けたときのカム５２の変位のしにくさのことを言う。「変位のしにくさ」とは、例えば、同じ力を加えた場合の移動量の大小、移動時間の長短、振動の振幅の大小、収束するまでの時間の長短、振動の周波数の大小等の概念が含まれる。
【0044】
第１の弾性率である低弾性率状態では、第２の弾性率である高い弾性率状態よりも、同じ力を加えた場合の移動量が大きく、移動時間が長く、振動の振幅が大きく、収束するまでの時間が長く、振動の周波数が大きい。すなわち、第１の弾性率（低弾性率）は柔軟性に富む。このため、第１の弾性率（低弾性率）は、第２の弾性率（高弾性率）よりも緩衝効果が大きい。つまり、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持している把持物（ワークＷ１）に、同じ大きさ、同じ方向の外力が加わった場合、ダンパー機構５が第１の弾性率（低弾性率）であるときは、第２の弾性率（高弾性率）であるときに比べ、より効果的に衝撃を吸収することができる。また、このように緩衝効果が大きいということは、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持するワークＷ１のワークＷ２またはその他の箇所への接触、衝突に対する許容度が大きくなり、そのため、第１の弾性率（低弾性率）の状態は、第２の弾性率（高弾性率）の状態よりも、ロボットアーム１０の移動速度、すなわちエンドエフェクター２０の移動速度を速くすることができる。
以上をまとめると、下記表１のようになる。
以上をまとめると、下記表１のようになる。
【0045】
【表1】
【0046】
弾性率調整部５３を作動して内部空間Ｓに空気を注入すると、内部空間Ｓの圧力が高まり、カム５２が下側に押圧されて第２の弾性率（高弾性率）の状態となる。この低弾性率状態では、一定の外力に対するダンパー５０の伸縮性は乏しく、エンドエフェクター２０に外力が加わった場合、移動量が少ない。このため、ダンパー機構５全体で見たとき、弾性率が比較的低く、緩衝作用が比較的小さい。その分、ロボットアーム１０の駆動による力がエンドエフェクター２０まで効率よく伝達される。
【0047】
高弾性率状態は、後述するような第１作業の作業時に、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持している把持物であるワークＷ１に対し、ロボットアーム１０が駆動した際の力が十分に伝達され、第１作業を正確に行うことができる程度に弾性率が低い状態である。従って、高弾性率状態における内部空間Ｓの圧力は、作業時のロボットアーム１０の移動速度の大小、移動方向、エンドエフェクター２０の把持物であるワークＷ１の種類、サイズ、重量、材質等、または、対象物であるワークＷ２の種類、サイズ、重量、材質等のワーク条件等に応じて適宜設定される。
【0048】
一方、低高弾性率状態は、内部空間Ｓの圧力が前記高弾性率状態に比べて低く設定される。低弾性率状態を得る方法としては、例えば、弾性率調整部５３により内部空間Ｓに空気を注入していない状態、高弾性率状態から弾性率調整部５３の作動により内部空間Ｓ内の空気を所定量排気した状態、弾性率調整部５３の作動により高弾性率状態よりも内部空間Ｓへの空気の供給量を少なくした状態とすることが挙げられる。低弾性率状態では、高弾性率状態よりもカム５２が下側に押圧される力が軽減された状態となる。この低弾性率状態では、一定の外力に対するダンパー５０の伸縮性は高弾性率状態に比べ大きく、エンドエフェクター２０に外力が加わった場合、カム５２の移動量が比較的大きい。このため、ダンパー機構５全体で見たとき、弾性率が比較的低く、緩衝作用が比較的大きい。
【0049】
低弾性率状態では、後述するように、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持しているワークＷ１が所定の速度でワークＷ２と接触した際、接触した双方が損傷しない程度の十分な緩衝作用を有する。従って、低弾性率状態における空気の注入量は、設定されたロボットアーム１０の移動速度の大小や、エンドエフェクター２０の把持物であるワークＷ１の種類、サイズ、重量、材質等、または、対象物であるワークＷ２の種類、サイズ、重量、材質等のワーク条件に応じて適宜設定される。
【0050】
制御装置３の第１制御部３１Ａは、ダンパー機構５の弾性率調整部５３に対し、上記の高弾性率状態および低弾性率状態を適宜切り替えるよう制御する。ロボットシステム１００では、ダンパー機構５の弾性率調整部５３の作動を制御するという簡単な方法によって、ダンパー機構５の弾性率を調整すること、すなわち適時に第１の弾性率と第２の弾性率とに設定することができる。
【0051】
なお、本実施形態では、高弾性率状態および低弾性率状態を切り替える場合、すなわち、弾性率を２段階に切り替える構成について説明するが、本発明ではこれに限定されず、３段階以上の弾性率に段階的に切り替える構成であってもよく、あるいは、弾性率を連続的に切り替える構成であってもよい。
【0052】
ロボットアーム１０の先端部には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。本実施形態では、エンドエフェクター２０は、互いに接近、離間可能な一対の爪部を有し、各爪部により後述するワークＷ１または工具（図示せず）を把持、解除するハンドで構成される。このエンドエフェクター２０に装着された図示しない力検出器は、両爪部でワークＷ１を把持した際の把持力の反力の大きさや向きを検出することができる。
【0053】
なお、エンドエフェクター２０としては、図示の構成に限定されず、例えば吸着部を有し、該吸着部の吸着によりワークＷ１または工具を把持する構成のものであってもよい。また、エンドエフェクター２０としては、例えば、研磨機、研削機、切削機、ドライバー、レンチ等の工具であってもよい。
【0054】
次に、制御装置３について説明する。
図１に示すように、制御装置３は、本実施形態では、ロボット１と離れた位置に設置されている。ただし、この構成に限定されず、制御装置３は、基台１１に内蔵されていてもよい。また、制御装置３は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、前述したロボット１の各部と電気的に接続されている。図２に示すように、制御装置３は、第１制御部３１Ａと、第２制御部３１Ｂと、記憶部３２と、通信部３３と、信号取得部３４とを有する。これらの各部は、例えばバス、その他の電気線、回路等を介して相互に通信可能に接続されている。
図１に示すように、制御装置３は、本実施形態では、ロボット１と離れた位置に設置されている。ただし、この構成に限定されず、制御装置３は、基台１１に内蔵されていてもよい。また、制御装置３は、ロボット１の駆動を制御する機能を有し、前述したロボット１の各部と電気的に接続されている。図２に示すように、制御装置３は、第１制御部３１Ａと、第２制御部３１Ｂと、記憶部３２と、通信部３３と、信号取得部３４とを有する。これらの各部は、例えばバス、その他の電気線、回路等を介して相互に通信可能に接続されている。
【0055】
記憶部３２は、第１制御部３１Ａおよび第２制御部３１Ｂで実行される各種プログラム等を保存する。記憶部３２としては、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等を有する構成のものが挙げられる。
【0056】
通信部３３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いて他の機器との間で信号の送受信を行う。この場合、図示しないサーバーを介して通信を行ってもよく、また、インターネット等のネットワークを介して通信を行ってもよい。
【0057】
信号取得部３４は、力センサー１９から出力された電気信号、すなわち力センサー１９の検出値または検出結果を取得する。信号取得部３４は、例えば、電気信号を受信し得る複数の端子または複数の端子を有するコネクターで構成されている。信号取得部３４は、力センサー１９から出力された電気信号以外の信号を取得する機能を有していてもよい。なお、信号取得部３４が取得した信号は、通信部３３を介して他の機器へ送信されてもよい。また、信号取得部３４は、通信部３３に設置または接続されていてもよい。
【0058】
第１制御部３１Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の少なくとも１つのプロセッサーで構成され、記憶部３２に記憶されている動作プログラム等の各種プログラムを読み出し、実行する。具体的には、第１制御部３１Ａは、ダンパー機構５の弾性率調整部５３の作動を制御し、高弾性率状態および低弾性率状態を切り替える制御を行う。切替タイミングについては、後述する。
【0059】
第２制御部３１Ｂは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の少なくとも１つのプロセッサーで構成され、記憶部３２に記憶されている動作プログラム等の各種プログラムを読み出し、実行する。第２制御部３１Ｂで生成された信号は、通信部３３を介してロボット１の各部に送信され、ロボット１の各部からの信号は、通信部３３を介して第２制御部３１Ｂで受信される。第２制御部３１Ｂで受信された信号は、所定の処理が施され、記憶部に３２に記憶され、あるいはロボットアーム１０の動作の制御や教示作業に利用される。
【0060】
第２制御部３１Ｂがロボットアーム１０に対して行う制御としては、位置制御と力制御とが挙げられる。
【0061】
位置制御は、ツールセンターポイントＴＣＰが、予め設定された開始位置から目標位置に位置するようにロボットアーム１０の姿勢を変更する制御である。位置制御におけるツールセンターポイントＴＣＰの速度は、予め設定された速度とされ、ツールセンターポイントＴＣＰは、等速運動で移動してもよく、加速運動で移動してもよく、これらを組み合わせて移動してもよい。ツールセンターポイントＴＣＰの経路および速度は、各モーターＭ１～Ｍ６の回転速度の制御の組み合わせにより決定する。
【0062】
力制御は、力センサー１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更するロボットアームの動作の制御のことである。
【0063】
力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス制御とが含まれている。フォーストリガー制御では、力センサー１９により力検出を行い、その力センサー１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０に移動や姿勢の変更の動作をさせる。
【0064】
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。倣い制御では、ロボットアーム１０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力センサー１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合の設定の１つとしては、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、作業者が適宜設定可能である。
【0065】
このような第２制御部３１Ｂによれば、エンドエフェクター２０がワークＷ１を把持した状態で、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置に向かって移動させつつ、かつ、目標力ｆＳｔが予め設定された値になるまでツールセンターポイントＴＣＰが移動するようにロボットアーム１０を駆動することができる。以下、ロボット１が行う第１作業の一例として、嵌合作業について説明する。
【0066】
図４～図６に示すように、嵌合作業は、エンドエフェクター２０がワークＷ１を把持し、対象物であるワークＷ２の挿入孔２００にワークＷ１を挿入、嵌合させる作業である。まず、図４に示すように、作業開始位置にツールセンターポイントＴＣＰを位置させ、図５に示すように、挿入孔２００のテーパ部２１０にワークＷ１が接触するまで、ワークＷ１を把持したエンドエフェクター２０が下降するようロボットアーム１０を駆動する。ワークＷ１がテーパ部２１０に接触した後は、テーパ部２１０の内面に沿わせるようにワークＷ１を下降させ、その後、図６に示すように、挿入孔２００にワークＷ１を挿入、嵌合させる。
【0067】
テーパ部２１０の内面に沿わせるようにワークＷ１を下降させる制御を、倣い制御とも言い、挿入孔２００にワークＷ１を挿入、嵌合させる制御を、嵌め合い制御とも言う。倣い制御および嵌め合い制御では、力センサー１９が検出する力に、それぞれ、目標力が設定されており、設定された目標力を維持するよう下降動作を行う。これにより、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰に負荷がかかるのを防止または抑制することができる。
【0068】
「嵌合」とは、狭義の嵌合のみならず、嵌入、係合、隙間をもって緩く嵌るいわゆる遊嵌等を含む広い概念で用いられる。したがって、ワークＷ１およびワークＷ２の構成によっては、「嵌合」を「嵌入」、「係合」、「遊嵌」等と読み換えることができる。なお、ワークＷ２を把持してワークＷ１をワークＷ２に挿入する作業であってもよい。
【0069】
なお、ロボット１が行う作業は、上記嵌合作業に限定されず、その他の組み立て作業、例えば、ネジ締め等の作業等にも適用可能である。
【0070】
このような作業を行う場合、挿入孔２００のテーパ部２１０にワークＷ１が接触するまでの間、ダンパー機構５が第１の弾性率（低弾性率）の状態でロボットアーム１０を駆動する。これにより、ワークＷ２からワークＷ１に加わった反力による衝撃を、ダンパー機構５が効果的に吸収することができる。
【0071】
図７は、ダンパー機構５が省略されたロボットを用いて上記嵌合作業を行った場合と、ダンパー機構５を備えるロボット１を用いて上記嵌合作業（本発明および参考例）を行った場合とを比較したタイムチャートである。
【0072】
＜１．ダンパー機構のないロボット＞
ダンパー機構５が省略された従来のロボットでは、ロボットアームの移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでに時間Ｔｘ１を要する。これは、上述したダンパー機構５の緩衝作用を得ることができないため、ロボットアームの移動速度を比較的遅くすることで、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰な衝撃が加わるのを防止する必要があるからである。
ダンパー機構５が省略された従来のロボットでは、ロボットアームの移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでに時間Ｔｘ１を要する。これは、上述したダンパー機構５の緩衝作用を得ることができないため、ロボットアームの移動速度を比較的遅くすることで、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰な衝撃が加わるのを防止する必要があるからである。
【0073】
ワークＷ１とワークＷ２との接触後、本発明と同様の上述した倣い制御および嵌め合い制御を行った場合、それらの合計時間はＴｘ２である。
【0074】
＜２．ダンパー機構を有するロボット（本発明）＞
ダンパー機構５を備えるロボット１では、ロボットアーム１０の移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの間、ダンパー機構５が第１の弾性率（低弾性率）となるよう、第１制御部３１Ａが弾性率調整部５３の作動を制御する。これにより、接触や衝突の際に十分な緩衝効果が得られるため、ロボットアーム１０の移動速度を比較的速くすることができる。よって、作業開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの時間を、時間Ｔｘ１よりも短い時間Ｔ１とすることができる。その結果、作業時間の短縮を図ることができる。
ダンパー機構５を備えるロボット１では、ロボットアーム１０の移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの間、ダンパー機構５が第１の弾性率（低弾性率）となるよう、第１制御部３１Ａが弾性率調整部５３の作動を制御する。これにより、接触や衝突の際に十分な緩衝効果が得られるため、ロボットアーム１０の移動速度を比較的速くすることができる。よって、作業開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの時間を、時間Ｔｘ１よりも短い時間Ｔ１とすることができる。その結果、作業時間の短縮を図ることができる。
【0075】
ワークＷ１とワークＷ２との接触を検知すると、ダンパー機構５が第２の弾性率（高弾性率）となるよう、第１制御部３１Ａが弾性率調整部５３の作動を制御する。これにより、上述した倣い制御において、ワークＷ１をテーパ部２１０の内面に良好に沿わせつつ下降させることができるとともに、上述した嵌め合い制御において、ワークＷ１を挿入孔２００に押し込む力を効率よくワークＷ１に伝達することができる。よって、力制御による嵌合作業をより正確かつ良好に行うことができる。
【0076】
接触を検知後の倣い制御および嵌め合い制御に要する合計時間はＴ２であるが、この嵌合作業は、上述したように、効率よく正確に行うことができるため、時間Ｔ２は、時間Ｔｘ２よりも、若干ではあるが短くすることができる。
【0077】
＜３．ダンパー機構を有するロボット（参考例）＞
ダンパー機構５を備えるロボット１において、ロボットアーム１０の移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの間および検知した後のそれぞれで、ダンパー機構５を第２の弾性率（高弾性率）の状態に固定した場合、ワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでに時間Ｔｙ１を要し、接触検知後の倣い制御および嵌め合い制御には時間Ｔ２を要する。時間Ｔｙ１は、時間Ｔｘ１より短くすることはできるが、時間Ｔ１よりは長くなる。
ダンパー機構５を備えるロボット１において、ロボットアーム１０の移動開始からワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでの間および検知した後のそれぞれで、ダンパー機構５を第２の弾性率（高弾性率）の状態に固定した場合、ワークＷ１とワークＷ２との接触を検知するまでに時間Ｔｙ１を要し、接触検知後の倣い制御および嵌め合い制御には時間Ｔ２を要する。時間Ｔｙ１は、時間Ｔｘ１より短くすることはできるが、時間Ｔ１よりは長くなる。
【0078】
以上より、作業開始から作業終了までの時間、すなわちトータルの作業時間は、上記ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率と第２の弾性率とに切り替えて移動および嵌合作業を行う上記２.の本発明のロボット１を用いた方法が、最も短い。しかも、本発明のロボット１を用いた場合、倣い制御および嵌め合い制御によりワークＷ１を挿入孔２００に挿入する嵌合作業を、適正、安全、迅速に行うことができる。
【0079】
次に、図８に示すフローチャートを用いて、本発明のロボットシステム１００の制御方法の一例について説明する。
【0080】
まず、ステップＳ１０１において、ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率、すなわち低弾性率状態に設定する。具体的には、第１制御部３１Ａの制御により弾性率調整部５３を作動し、内部空間Ｓの圧力を所定値まで高め、ダンパー５０を低弾性率状態とする。
【0081】
次いで、ステップＳ１０２において、低弾性率状態でロボットアーム１０の移動を開始する。すなわち、低弾性率状態で、ワークＷ１を把持したエンドエフェクター２０がワークＷ２の上方に位置するようにロボットアーム１０を作動させ、次いでワークＷ１をワークＷ２に向けて下降させるようロボットアーム１０を移動させる。この際のロボットアーム１０の移動速度は、ワークＷ１およびワークＷ２の種類、サイズ、重量、材質等のワーク条件や、ダンパー機構５の弾性率の程度、低弾性率状態における内部空間Ｓの気圧等に応じて適宜設定される。
【0082】
本ステップにおける移動は、位置制御であってもよく、力制御（フォーストリガー制御）であってもよい。いずれの場合であっても、ダンパー機構５を低弾性率状態としているため、エンドエフェクター２０が把持するワークＷ１のワークＷ２またはその他の箇所への接触、衝突に対する許容度が大きく、よってワークＷ１の移動速度を比較的速く設定することができる。
【0083】
次いで、ステップＳ１０３において、ワークＷ１がワークＷ２の挿入孔２００のテーパ部２１０に接触したか否かを判断する。本ステップにおける判断は、力センサー１９が所定の値以上の力を検出したか否かに基づいてなされる。なお、所定の値は、ワークＷ１がワークＷ２に過剰に負荷がかからない程度の値であり、ワークＷ１およびワークＷ２の種類、サイズ、重量、材質等のワーク条件や、ロボットアーム１０の移動速度や、低弾性率状態における内部空間Ｓの気圧等に応じて適宜設定される。
【0084】
以上のようなステップＳ１０１～ステップＳ１０３が、ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率に設定した状態でロボットアーム１０を移動させつつ、力センサー１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０を把持する把持物（ワークＷ１）が対象物（ワークＷ２）に接触したか否かを判断する第１ステップである。
【0085】
ステップＳ１０３において、ワークＷ１がワークＷ２に接触したと判断した場合、ステップＳ１０４において、ダンパー機構５の弾性率を第２の弾性率、すなわち低弾性率状態に設定し、力制御を行う。具体的には、第１制御部３１Ａの制御により弾性率調整部５３を作動し、内部空間Ｓの圧力を所定値まで下げ、ダンパー５０を高弾性率状態とし、高弾性率状態で、第２制御部３１Ｂにより力センサー１９の検出結果に基づいてロボットアーム１０の作動を力制御により制御する。この高弾性率状態では、一定の外力に対するダンパー５０の伸縮性は乏しく、よって、エンドエフェクター２０に外力が加わった場合、移動量が少ない。このため、ダンパー機構５全体で見たとき、弾性率が比較的低く、緩衝作用が比較的小さい。その分、ロボットアーム１０の駆動による力がエンドエフェクター２０およびエンドエフェクター２０が把持するワークＷ１まで効率よく伝達される。よって、力制御による嵌合作業を正確に行うことができ、また、嵌合作業の作業時間を短縮することもできる。なお、本ステップでは、前述したように、倣い制御および嵌め合い制御を順次行い、ワークＷ１を挿入孔２００に挿入、嵌合させる。
【0086】
なお、ステップＳ１０３において、ワークＷ１がワークＷ２に接触していないと判断した場合は、当該ステップＳ１０３を繰り返し実行する。
【0087】
以上のようなステップＳ１０４が、ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率よりも低い第２の弾性率に設定し、ロボットアーム１０に対して力制御を行いつつ、エンドエフェクター２０によりワークＷ２に対し第１作業（嵌合作業）を行う第２ステップである。
【0088】
以上説明したように、ロボットシステムの制御方法は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に設置され、弾性率の調整が可能なダンパー機構５と、ダンパー機構５に設置され、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力センサー１９と、力センサー１９に設置され、対象物であるワークＷ２に第１作業の一例である嵌合作業を行うエンドエフェクター２０と、を備えるロボットシステム１００の作動を制御するロボットシステムの制御方法である。また、ロボットシステムの制御方法は、ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率に設定した状態でロボットアーム１０を移動させつつ、力センサー１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持する把持物であるワークＷ１がワークＷ２に接触したか否かを判断する第１ステップと、第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、ダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、ロボットアーム１０に対して力制御を行いつつ、エンドエフェクター２０によりワークＷ２に第１作業を行う第２ステップと、を有する。これにより、ロボットアーム１０の移動や作業等、状況に応じてダンパー機構５の弾性率を調整することができ、よって、力制御のもとで、嵌合作業のような第１作業を正確、迅速に行いつつ、トータルの作業時間を短縮することができる。
【0089】
なお、上記では、一例としてエンドエフェクター２０の把持物が対象物に接触する作業について説明したが、本発明ではこれに限定されず、エンドエフェクター２０が対象物に接触する作業であっても、本発明のロボットの制御方法を適用することができる。
【0090】
また、第１ステップでは、位置制御によりロボットアーム１０を移動させる。これにより、ロボットアーム１０の移動速度をさらに速くすることができ、トータルの作業時間をより短縮することができる。
【0091】
なお、第１ステップでは、力制御、特に、フォーストリガー制御によりロボットアーム１０を移動させてもよい。
【0092】
また、第２ステップでは、倣い制御によりロボットアーム１０を駆動する。倣い制御は、ロボットアーム１０を特に繊細に動作させる必要がある。このような倣い制御を第２ステップにおける力制御に適用することにより、ダンパー機構５を第２の弾性率に設定したことの効果をより顕著に発揮することができる。
【0093】
さらに、本発明では、第１ステップでは、位置制御によりロボットアーム１０を移動させ、第２ステップでは、倣い制御によりロボットアーム１０を駆動するのが好ましい。これにより、第１作業をより正確、迅速に行いつつ、トータルの作業時間をより短縮することができる。
【0094】
本実施形態では、倣い制御および嵌め合い制御を順次行うが、いずれもダンパー機構５を第２の弾性率としてロボットアーム１０を駆動する構成について説明した。ただし、これに限らず、倣い制御を第２の弾性率とし、嵌め合い制御を第２の弾性率とは異なる第３の弾性率としてもよい。この場合、嵌め合い制御では、第３の弾性率は、高弾性率である第２の弾性率よりさらに高い弾性率であることが好ましい。これにより、ワークＷ１の滑りを防止または抑制することができる。
【0095】
ロボットシステム１００は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に設置され、ダンパー５０の弾性率を調整する弾性率調整部５３を有するダンパー機構５と、ダンパー機構５に設置され、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力センサー１９と、力センサー１９に設置され、対象物であるワークＷ２に第１作業の一例である嵌合作業を行うエンドエフェクター２０と、弾性率調整部５３による弾性率の調整を制御する第１制御部３１Ａと、力センサー１９の検出結果に基づいてロボットアーム１０の作動を制御する第２制御部３１Ｂとを有する制御装置３と、を備える。制御装置３は、第１制御部３１Ａの制御によりダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率に設定した状態でロボットアーム１０を移動させつつ、力センサー１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０またはエンドエフェクター２０が把持する把持物であるワークＷ１がワークＷ２に接触したか否かを判断する第１ステップと、第１ステップにおいて、接触したと判断した場合、第１制御部３１Ａの制御によりダンパー機構５の弾性率を第１の弾性率よりも高い第２の弾性率に設定し、第２制御部３１Ｂの制御によりロボットアーム１０に対して力制御を行いつつ、エンドエフェクター２０によりワークＷ２に第１作業を行う第２ステップと、を実行するよう制御する。これにより、力制御のもとで、嵌合作業のような第１作業を正確、迅速に行いつつ、トータルの作業時間を短縮することができる。
【0096】
このようロボットシステム１００においても、第１ステップでは、位置制御によりロボットアーム１０を移動させ、第２ステップでは、倣い制御によりロボットアーム１０を駆動するのが好ましい。これにより、第１作業をより正確、迅速に行いつつ、トータルの作業時間をより短縮することができる。
【0097】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明のロボットシステムの第２実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
図９は、本発明のロボットシステムの第２実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
【0098】
以下、図９を参照しつつ本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムの第２実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。
【0099】
図９に示すように、本実施形態におけるダンパー機構５Ａは、電動シリンダーで構成されている。ダンパー機構５Ａは、弾性率調整部であるモーター５４と、モーター５４の出力軸に接続されたボールネジシャフト５５と、ボールネジシャフト５５に係合（螺合）するボールネジナット５６とを有する。モーター５４は、第６アーム１７の先端部に設置されている。モーター５４は、第１制御部３１Ａと電気的に接続されており、通電条件が制御される。
【0100】
ボールネジナット５６は、ボールネジシャフト５５の下端部を挿通しており、ボールネジシャフト５５に対して上下動可能である。ボールネジナット５６の下端には、力センサー１９が固定されている。
【0101】
ボールネジナット５６に下側から力が加わると、ボールネジナット５６は、上側に移動しようとする。この移動に伴い、ボールネジシャフト５５に回転する力を与えるが、モーター５４への通電条件によって、ボールネジシャフト５５の回転のしやすさが変わる。ボールネジシャフト５５が比較的回転しやすい状態であると、ボールネジナット５６が比較的上下動しやすく、ボールネジシャフト５５が比較的回転しにくい状態であると、ボールネジナット５６が比較的上下動しにくい。
【0102】
モーター５４への通電を停止するか、あるいは所定電圧値以下または所定電流値以下で通電する場合には、ボールネジナット５６は、比較的上下動しやすく、柔軟性に富んだ動きをする。この状態が、第１の弾性率である低弾性率状態である。一方、モーター５４への通電が所定電圧値以上または所電流値以上では、ボールネジナット５６は、比較的上下動しにくく、柔軟性に乏しい動きをする。この状態が、第２の弾性率である低弾性率状態である。
【0103】
このように、ダンパー機構５Ａは、第１制御部３１Ａによるモーター５４への通電制御により、第１の弾性率（低弾性率）と第２の弾性率（高弾性率）とを取り得る。ダンパー機構５Ａを第１の弾性率とするタイミング、第２の弾性率とするタイミングは、前記第１実施形態と同様である。
【0104】
ロボットアーム１０を駆動するに際し、ダンパー機構５Ａを所定のタイミングで低弾性率状態と高弾性率状態とに切り替えることにより、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態では、上下方向の緩衝作用をモーター５４への通電条件の変更により直接調整することができ、また応答性に優れるため、第１実施形態で述べたような上下方向の嵌合作業を正確、迅速に行うのに有利である。
【0105】
このようにダンパー機構５は、第１実施形態のようなエアシリンダーまたは第２実施形態のような電動シリンダーを有する。これにより、良好な緩衝作用を得ることができるとともに、力制御を正確に行うことができる。
【0106】
なお、本発明では、上記エアシリンダー、電動シリンダー以外にも、例えば、オイル等の液体が封入されたショックアブソーバーで構成され、その弾性率を第１の弾性率と第２の弾性率とに調整可能な液体シリンダーを用いることもできる。
【0107】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明のロボットシステムの第３実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
図１０は、本発明のロボットシステムの第３実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
【0108】
以下、図１０を参照しつつ本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムの第３実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。
【0109】
図１０に示すように、本実施形態におけるダンパー機構５Ｂは、電気粘性流体を含むブロック体５７で構成されている。ダンパー機構５Ｂの内部には、電気粘性流体が収納された弾性率調整部が設置されている。電気粘性流体は、当該電気粘性流体に作用する電界を強めると粘性が高まり、当該電気粘性流体に作用する電界を弱めると粘性が低くなる性質を有する物質である。
【0110】
ダンパー機構５Ｂは、第１制御部３１Ａにより電気粘性流体に作用する電解を制御することにより、第１の弾性率（低弾性率）と第２の弾性率（高弾性率）とを取り得る。ダンパー機構５Ｂを第１の弾性率とするタイミング、第２の弾性率とするタイミングは、前記第１実施形態と同様である。ロボットアーム１０を駆動するに際し、ダンパー機構５Ｂを所定のタイミングで低弾性率状態と高弾性率状態とに切り替えることにより、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0111】
＜第４実施形態＞
図１１は、本発明のロボットシステムの第４実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
図１１は、本発明のロボットシステムの第４実施形態が有するロボットアームの先端部および周辺部の側面図である。
【0112】
以下、図１１を参照しつつ本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムの第４実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。
【0113】
図１１に示すように、第６アーム１７の下端部には、フランジ部１８が形成または接続されている。フランジ部１８には、当該フランジ部１８を上下方向に貫通し、ボルト６０が上下動可能に挿通される複数の挿通孔１８１が形成されている。各ボルト６０の下端部は、力センサー１９の上部に固定されている。このため、エンドエフェクター２０および力センサー１９は、外力を受けた際、上下動可能、すなわち第６アーム１７に対し接近、離間可能である。
【0114】
本実施形態におけるダンパー機構５Ｃは、磁石５８とコイル５９とで構成される弾性率調整部を有する。磁石５８は、板状をなし、第６アーム１７の下端に固定されている。コイル５９は、力センサー１９の外周部に巻回され、固定されている。コイル５９は、第１制御部３１Ａと電気的に接続されており、通電条件が制御される。コイル５９は、通電により、磁力が発生し、通電方向を切り替えることにより、磁極ＮＳが反転する。
【0115】
コイル５９に対し所定方向に通電して、コイル５９の上端側の磁極を磁石５８の下面側の磁極と同じとした場合は、磁石５８とコイル５９とは反発しあい、力センサー１９およびこれに固定されたエンドエフェクター２０は、下方へ向けて付勢される。エンドエフェクター２０および力センサー１９は、それらの自重と、磁石５８およびコイル５９の反発とにより下方へ移動し、ボルト６０上端のヘッド部がフランジ部１８の挿通孔１８１の外周部に当接して、下方への移動の限界に達し、この状態が維持される。この状態で、エンドエフェクター２０および力センサー１９は、外力を受けた際、上下動可能であるが、磁石５８およびコイル５９の反発力により、第６アーム１７に対し接近しにくく、柔軟性に乏しい動きをする。この状態が、第２の弾性率である高弾性率状態である。
【0116】
一方、コイル５９に対し前記と逆方向に通電して、コイル５９の上端側の磁極を磁石５８の下面側の磁極と異ならせた場合、またはコイル５９へ通電せず磁力が生じていない場合は、磁石５８とコイル５９とは反発しない。この状態で、エンドエフェクター２０および力センサー１９は、外力を受けた際、上下動可能であり、第６アーム１７に対し、接近、離間しやすく、柔軟性に富んだ動きをする。この状態が、第１の弾性率である低弾性率状態である。
【0117】
以上のように、ダンパー機構５Ｃは、第１制御部３１Ａによりコイル５９への通電・切電を制御するか、またはコイル５９への通電方向を制御することにより、第１の弾性率（低弾性率）と第２の弾性率（高弾性率）とを取り得る。ダンパー機構５Ｃを第１の弾性率とするタイミング、第２の弾性率とするタイミングは、前記第１実施形態と同様である。ロボットアーム１０を駆動するに際し、ダンパー機構５Ｃを所定のタイミングで低弾性率状態と高弾性率状態とに切り替えることにより、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0118】
なお、本実施形態において、第１の弾性率と第２の弾性率との切り替えは、第１制御部３１Ａによりコイル５９への通電量、通電パターン等の他の通電条件を制御することにより行うこともできる。
【0119】
また、図示されていないが、ボルト６０上端のヘッド部と、フランジ部１８の挿通孔１８１の外周部との間のボルト６０外周に、コイルバネ等の付勢部材を設置し、該付勢部材によりエンドエフェクター２０および力センサー１９を上方へ向けて付勢する構成としてもよい。
【0120】
以上、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを図示の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。各実施形態における構成を、適宜組み合わせたり置換したりすることができる。また、ロボットシステムの制御方法には、任意の工程が付加されていてもよい。また、ロボットシステム、ロボット、ダンパー機構等を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構造物と置換することができ、また、任意の構造物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【0121】
１…ロボット、３…制御装置、５…ダンパー機構、５Ａ…ダンパー機構、５Ｂ…ダンパー機構、５Ｃ…ダンパー機構、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…フランジ部、１９…力センサー、２０…エンドエフェクター、３１Ａ…第１制御部、３１Ｂ…第２制御部、３２…記憶部、３３…通信部、３４…信号取得部、５０…ダンパー、５１…基部、５２…カム、５３…弾性率調整部、５４…モーター、５５…ボールネジシャフト、５６…ボールネジナット、５７…ブロック体、５８…磁石、５９…コイル、６０…ボルト、１００…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、１８１…挿通孔、２００…挿入孔、２１０…テーパ部、５１１…開口、５１２…縁部、５１３…通気口、５２１…フランジ部、５３１…管、Ｄ１…モータードライバー、Ｄ２…モータードライバー、Ｄ３…モータードライバー、Ｄ４…モータードライバー、Ｄ５…モータードライバー、Ｄ６…モータードライバー、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、Ｓ…内部空間、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｔｘ１…時間、Ｔｘ２…時間、Ｔ１…時間、Ｔ２…時間、Ｔｙ1…時間、Ｗ１…ワーク、Ｗ２…ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】