特許 7415506 主従ロボットの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】主従ロボットの制御装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20240110BHJP

   B25J 9/22 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

B25J9/22 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019222023

(22)【出願日】2019-12-09

(65)【公開番号】P2021091020

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】福岡 貴史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 晶則

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０５６５８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０１－２０５９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１５０９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０２９１７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザにより加えられた力に倣って動く関節を備える主ロボットと、前記主ロボットよりも大型であり、前記関節に倣った動きを追従して行う対応関節を備える従ロボットと、を制御する制御装置であって、
前記関節の角度と前記対応関節の角度との偏差が大きいほど、前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗を大きくし、
前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗として、前記ユーザが前記関節を動かす角速度と前記偏差とに比例し、且つ前記ユーザが前記関節を動かす向きと逆向きのトルクを前記関節に作用させる、主従ロボットの制御装置。

【請求項2】

前記主ロボットは、前記ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備え、
前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記関節が動くことを抑制する操作抵抗を、前記関節に作用させる、請求項１に記載の主従ロボットの制御装置。

【請求項3】

ユーザにより加えられた力に倣って動く関節を備える主ロボットと、前記主ロボットよりも大型であり、前記関節に倣った動きを追従して行う対応関節を備える従ロボットと、を制御する制御装置であって、
前記関節の角度と前記対応関節の角度との偏差が大きいほど、前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗を大きくし、
前記主ロボットは、前記ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備え、
前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記関節が動くことを抑制する操作抵抗を、前記関節に作用させる、主従ロボットの制御装置。

【請求項4】

ユーザにより加えられた力に倣って動く関節を備える主ロボットと、前記主ロボットよりも大型であり、前記関節に倣った動きを追従して行う対応関節を備える従ロボットと、を制御する制御装置であって、
前記主ロボットは、前記ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備え、
前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記関節が動くことを抑制する操作抵抗を、前記関節に作用させる、主従ロボットの制御装置。

【請求項5】

前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記操作部に作用すると想定される想定力が大きいほど、前記操作抵抗を大きくする、請求項３又は４に記載の主従ロボットの制御装置。

【請求項6】

前記想定力の大きさと、前記関節の角度と、前記主ロボットにおける前記操作部の位置とに基づいて、前記操作抵抗を設定する、請求項５に記載の主従ロボットの制御装置。

【請求項7】

前記主ロボットは、前記関節を複数備え、
前記従ロボットは、複数の前記関節にそれぞれ対応する前記対応関節を備え、
複数の前記関節にそれぞれ前記動作抵抗を作用させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の主従ロボットの制御装置。

【請求項8】

前記主ロボットは、前記関節を複数備え、
前記従ロボットは、複数の前記関節にそれぞれ対応する前記対応関節を備え、
複数の前記関節にそれぞれ前記操作抵抗を作用させる、請求項３～６のいずれか１項に記載の主従ロボットの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ユーザにより加えられた力に倣って動作する主ロボットと、主ロボットに倣った動作を追従して行う従ロボットとを制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットアームに作用する重力や摩擦力等のみを補償するトルク指令を与え、ロボットアームを外力に倣って動作させる柔軟制御を行う制御装置がある（特許文献１参照）。特許文献１に記載の制御装置は、ロボットの各軸の動作が可動域限界に近付いた場合に、適切な反力を計算して各軸に印加し、各軸の位置が可動域限界に達することを回避している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２０６８８６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、ユーザにより加えられた力に倣って動作する主ロボットと、主ロボットに倣った動作を追従して行う従ロボットとを備えるシステムにおいて、主ロボットに柔軟制御を適用すると以下の問題が生じることに本願発明者は着目した。

【0005】

すなわち、主ロボットが従ロボットよりも小型の場合、主ロボットの姿勢を従ロボットの姿勢よりも変化させやすく、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れが大きくなりやすい。この場合に、従ロボットの手先が主ロボットの手先の現在位置に対応する位置へ最短経路で移動すると、従ロボットの手先がユーザの意図しない経路を移動するおそれがある。これに対して、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れを小さくするために、主ロボットの動作を過度に制限すれば、主ロボットの動作効率が低下することとなる。

【0006】

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、主従ロボットの制御装置において、主ロボットの動作効率が低下することを抑制しつつ、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための第１の手段は、
ユーザにより加えられた力に倣って動く関節を備える主ロボットと、前記主ロボットよりも大型であり、前記関節に倣った動きを追従して行う対応関節を備える従ロボットと、を制御する制御装置であって、
前記関節の角度と前記対応関節の角度との偏差が所定偏差よりも大きい場合に前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗を、前記偏差が前記所定偏差よりも小さい場合に前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗よりも大きくする。

【0008】

上記構成によれば、主ロボットの関節は、ユーザにより加えられた力に倣って動く。従ロボットの対応関節は、主ロボットの関節に倣った動きを追従して行う。従ロボットは、主ロボットよりも大型である。このため、主ロボットの姿勢を従ロボットの姿勢よりも変化させやすく、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れが大きくなりやすい。

【0009】

この点、制御装置は、主ロボットの関節の角度と従ロボットの対応関節の角度との偏差が所定偏差よりも大きい場合にユーザが関節を動かす際の動作抵抗を、偏差が所定偏差よりも小さい場合にユーザが関節を動かす際の動作抵抗よりも大きくする。このため、関節の角度と対応関節の角度との偏差が所定偏差よりも小さい場合は、主ロボットを素早く動作させることができ、主ロボットの動作効率が低下することを抑制することができる。一方、関節の角度と対応関節の角度との偏差が所定偏差よりも大きい場合は、主ロボットの動作を抑制することができ、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れを抑制することができる。

【0010】

さらに、関節の角度と対応関節の角度との偏差に応じて、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗を大きくしている。このため、従ロボットの最高速度（動作性能）や主従ロボット間の応答速度にかかわらず、主ロボットの動作に対する従ロボットの動作の遅れを抑制することができる。

【0011】

第２の手段では、前記偏差が大きいほど、前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗を大きくする。こうした構成によれば、関節の角度と対応関節の角度との偏差が小さい場合は、主ロボットの動作をできるだけ抑制せず、偏差が大きくなるほど主ロボットの動作を強く抑制することができる。

【0012】

第３の手段では、前記ユーザが前記関節を動かす際の動作抵抗として、前記ユーザが前記関節を動かす角速度と前記偏差とに比例し、且つ前記ユーザが前記関節を動かす向きと逆向きのトルクを前記関節に作用させる。こうした構成によれば、ユーザが主ロボットの関節を動かす角速度が速いほど動作抵抗を大きくすることができ、関節の角速度が過大になることを抑制することができる。したがって、主ロボットの動作に対して従ロボットの動作が遅れることを未然に抑制することができる。さらに、主ロボットの動作に対して従ロボットの動作が遅れた場合は、その遅れ量に比例して主ロボットの動作を抑制することができる。

【0013】

第４の手段では、前記主ロボットは、前記ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備え、前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記関節が動くことを抑制する操作抵抗を、前記関節に作用させる。

【0014】

第５の手段は、
ユーザにより加えられた力に倣って動く関節を備える主ロボットと、前記主ロボットよりも大型であり、前記関節に倣った動きを追従して行う対応関節を備える従ロボットと、を制御する制御装置であって、
前記主ロボットは、前記ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備え、
前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記関節が動くことを抑制する操作抵抗を、前記関節に作用させる。

【0015】

上記構成によれば、主ロボットは、ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部を備えている。ここで、ユーザにより操作部が操作された際に、ユーザの力が操作部を介して主ロボットに作用し、ユーザの意図に反して主ロボットの位置がずれるおそれがある。その場合、従ロボットは主ロボットよりも大型であるため、従ロボットの位置が大きくずれるおそれがある。

【0016】

この点、制御装置は、ユーザが操作部を操作する際に主ロボットの関節が動くことを抑制する操作抵抗を、関節に作用させる。したがって、ユーザにより操作部が操作された際に、ユーザの意図に反して主ロボットの位置がずれること、ひいては従ロボットの位置が大きくずれることを抑制することができる。

【0017】

ユーザが操作部を操作する際に操作部に作用する力が大きいほど、ユーザが操作部を操作する際に主ロボットの関節が動きやすくなる。

【0018】

この点、第６の手段では、前記ユーザが前記操作部を操作する際に前記操作部に作用すると想定される想定力が大きいほど、前記操作抵抗を大きくする。こうした構成によれば、ユーザが操作部を操作する際に操作部に作用すると想定される力が大きい場合であっても、従ロボットの位置が大きくずれることを抑制することができる。

【0019】

ユーザが操作部を操作する際に主ロボットの関節に作用する力は、操作部に作用する力の大きさに比例し、主ロボットの関節の角度と、主ロボットにおける操作部の位置とに応じて変化する。

【0020】

この点、第７の手段では、前記想定力の大きさと、前記関節の角度と、前記主ロボットにおける前記操作部の位置とに基づいて、前記操作抵抗を設定する。したがって、主ロボットの構成及び姿勢に応じて操作抵抗を設定することができ、主ロボットの動作を必要以上に抑制しないようにすることがきる。

【0021】

第８の手段では、前記主ロボットは、前記関節を複数備え、前記従ロボットは、複数の前記関節にそれぞれ対応する前記対応関節を備え、複数の前記関節にそれぞれ前記動作抵抗を作用させる。

【0022】

上記構成によれば、主ロボットは、関節を複数備えている。従ロボットは、主ロボットの複数の関節にそれぞれ対応する対応関節を備えている。このため、従ロボットの複数の対応関節は、主ロボットのそれぞれ対応する関節に倣った動きを追従して行う。そして、制御装置は、主ロボットの複数の関節にそれぞれ動作抵抗を作用させる。このため、主ロボットの動作全体に対する従ロボットの動作全体の遅れを抑制することができる。

【0023】

第９の手段では、前記主ロボットは、前記関節を複数備え、前記従ロボットは、複数の前記関節にそれぞれ対応する前記対応関節を備え、複数の前記関節にそれぞれ前記操作抵抗を作用させる。

【0024】

上記構成によれば、制御装置は、主ロボットの複数の関節にそれぞれ操作抵抗を作用させる。このため、ユーザが操作部を操作する際に、主ロボット全体の位置がずれること、ひいては従ロボット全体の位置がすれることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】マスタロボットとスレーブロボットとを備えるシステムを示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、マスタロボットとスレーブロボットとを備えるシステムに適用される制御装置に具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0027】

図１に示すように、システム１０は、マスタロボット２０とスレーブロボット３０とを備えている。

【0028】

マスタロボット２０（主ロボット）は、例えば６軸の垂直多関節型ロボットであり、基台（ベース）２１とアーム２２とを備えている。アーム２２の隣り合うリンクは、関節を介して相対回転可能に連結されている。各関節は、各関節に対応する各モータにより駆動される。

【0029】

アーム２２の先端には、ハンド２３が取り付けられている。ハンド２３は、一対の爪２３Ａ，２３Ｂを備えており、爪２３Ａ，２３Ｂの間隔を拡大及び縮小する開閉動作を行う。爪２３Ａ，２３Ｂは、モータにより駆動される。

【0030】

基台２１の内部には、マスタロボット２０及びハンド２３の状態を記録する記録部２５、及びマスタロボット２０及びハンド２３の動作を制御する制御部２６が設けられている。制御部２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、及び入出力インターフェース等を備えるコンピュータとして構成されている。

【0031】

マスタロボット２０のリンク２２ａには、ハンド２３の開閉ボタン２２ｂ及び位置取込ボタン２２ｃが設けられている。制御部２６は、ユーザが開閉ボタン２２ｂ（操作部）の開部分を押している間、ハンド２３を第１速度で開く動作を実行する。制御部２６は、ユーザが開閉ボタン２２ｂの閉部分を押している間、ハンド２３を第２速度で閉じる動作を実行する。第２速度は、第１速度と同じ速度であってもよいし、第１速度よりも低い速度であってもよい。制御部２６は、ユーザが開閉ボタン２２ｂを押すことをやめた時のハンド２３の開閉位置を保持する。すなわち、ハンド２３は、ユーザにより開閉位置を変更して保持可能である。位置取込ボタン２２ｃについては後述する。

【0032】

マスタロボット２０の各関節には、各関節の回転角度を検出するエンコーダがそれぞれ設けられている。すなわち、エンコーダは、アーム２２の制御点の位置及び姿勢（以下、「アーム２２の位置及び姿勢」という）を検出する。制御点は、アーム２２の先端の中央に設定されている。

【0033】

ハンド２３には、ハンド２３の開閉位置を検出するエンコーダが設けられている。また、ハンド２３には、ハンド２３の把持力を検出する力センサが設けられている。力センサは、爪２３Ａ，２３Ｂを駆動するモータに流れる電流を検出する電流センサや、爪２３Ａ，２３Ｂに作用する圧力を検出する圧力センサ等である。

【0034】

制御部２６は、アーム２２に作用する外力に従って、アーム２２の位置及び姿勢を制御する。詳しくは、制御部２６は、アーム２２に作用する重力及び摩擦力のみを補償するトルクを各関節のモータにより発生させ、アーム２２を外力に倣って動作させる柔軟制御を行う。そして、制御部２６は、アーム２２に作用する外力がなくなった時のアーム２２の位置及び姿勢を保持する。すなわち、マスタロボット２０は、ユーザによりアーム２２の位置及び姿勢を変更して保持可能である。本実施形態では、ユーザは、ダイレクトティーチによりアーム２２を直接掴んで移動させることができ、そしてアーム２２の位置及び姿勢を保持することができる。

【0035】

ユーザが位置取込ボタン２２ｃを押した時に、制御部２６は、各関節及びハンド２３のエンコーダ、力センサの検出結果に基づいて、その時のアーム２２の位置及び姿勢、ハンド２３の開閉位置、把持力、及び把持状態を、状態情報として記録部２５に記録させる。制御部２６は、ユーザが位置取込ボタン２２ｃを押す度に、状態情報を時系列に記録部２５に記録させる。すなわち、位置取込ボタン２２ｃ（操作部）は、アーム２２及びハンド２３の状態を記録する操作を受け付け、ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する。記録部２５は、位置取込ボタン２２ｃにより操作を受け付けた時に、各関節の及びハンド２３のエンコーダ、及び力センサによりそれぞれ検出されたアーム２２の位置及び姿勢、ハンド２３の開閉位置、把持力、及び把持状態を状態情報として時系列に記録する。したがって、ユーザは、アーム２２の移動、ハンド２３の開閉、及び位置取込を繰り返すことにより、アーム２２及びハンド２３の動作を教示することができる。

【0036】

制御部２６は、記録部２５により時系列に記録された上記状態情報を再現するように、アーム２２及びハンド２３の動作を制御する。したがって、ユーザは、教示したアーム２２及びハンド２３の動作を、制御部２６により再現させることができる。これにより、ユーザは、マスタロボット２０によりワーク等に対して作業を実行させることができる。

【0037】

マスタロボット２０には、ケーブル２９によってスレーブロボット３０が接続されている。スレーブロボット３０（従ロボット）は、マスタロボット２０と同型（例えば６軸の垂直多関節型）でマスタロボット２０よりも大型のロボットである。スレーブロボット３０は、安全柵Ｇ内に設置されている。スレーブロボット３０は、マスタロボット２０よりも大型であること、マスタロボット２０と形状が若干異なること、開閉ボタン２２ｂ及び位置取込ボタン２２ｃを備えていないことを除いて、マスタロボット２０と同様の構成を備えている。スレーブロボット３０は、基台（ベース）３１とアーム３２とを備えている。アーム３２の先端には、ハンド（図示略）が取り付けられている。スレーブロボット３０の各関節（対応関節）は、マスタロボット２０の各関節に対応している。

【0038】

基台３１の内部には、スレーブロボット３０及びハンドの状態を記録する記録部３５、及びスレーブロボット３０及びハンドの動作を制御する制御部３６が設けられている。制御部３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、及び入出力インターフェース等を備えるコンピュータとして構成されている。

【0039】

スレーブロボット３０の各関節には、各関節の回転角度を検出するエンコーダがそれぞれ設けられている。すなわち、エンコーダは、アーム３２の制御点の位置及び姿勢（以下、「アーム３２の位置及び姿勢」という）を検出する。制御点は、アーム３２の先端の中央に設定されている。

【0040】

ハンドには、ハンドの開閉位置を検出するエンコーダが設けられている。また、ハンドには、ハンドの把持力を検出する力センサが設けられている。

【0041】

マスタロボット２０の制御部２６は、マスタロボット２０の各関節及びハンド２３のエンコーダ、力センサ、開閉ボタン２２ｂ、及び位置取込ボタン２２ｃの検出結果を、スレーブロボット３０の制御部３６へ送信する。

【0042】

制御部３６は、スレーブロボット３０の各関節の角度を、マスタロボット２０の対応する各関節の角度に一致させるように、スレーブロボット３０の各関節のモータを制御する。詳しくは、制御部３６は、マスタロボット２０の各関節のエンコーダ、及びスレーブロボット３０の各関節のエンコーダの検出結果に基づいて、スレーブロボット３０の各関節のモータをフィードバック制御する。すなわち、スレーブロボット３０の各関節は、マスタロボット２０の各関節に倣った動きを追従して行う。制御部３６は、スレーブロボット３０の各関節及びハンドのエンコーダ、並びに力センサの検出結果を、マスタロボット２０の制御部２６へ送信する。なお、マスタロボット２０の制御部２６及びスレーブロボット３０の制御部３６により、主従ロボットの制御装置が構成されている。

【0043】

ユーザが位置取込ボタン２２ｃを押した時に、制御部３６は、スレーブロボット３０の各関節及びハンドのエンコーダの検出結果に基づいて、その時のアーム３２の位置及び姿勢、並びにハンドの開閉位置を、状態情報として記録部３５に記録させる。制御部３６は、ユーザが位置取込ボタン２２ｃを押す度に、状態情報を時系列に記録部３５に記録させる。記録部３５は、位置取込ボタン２２ｃにより操作を受け付けた時に、スレーブロボット３０の各関節及びハンドのエンコーダによりそれぞれ検出されたアーム３２の位置及び姿勢、並びにハンドの開閉位置を状態情報として時系列に記録する。したがって、ユーザは、マスタロボット２０のアーム２２の移動、ハンドの開閉、及び位置取込を繰り返すことにより、スレーブロボット３０のアーム３２及びハンドの動作を教示することができる。

【0044】

制御部３６は、記録部３５により時系列に記録された上記状態情報を再現するように、アーム３２及びハンドの動作を制御する。したがって、ユーザは、教示したアーム３２及びハンドの動作を、制御部３６により再現させることができる。これにより、ユーザは、スレーブロボット３０によりワーク等に対して作業を実行させることができる。

【0045】

ここで、スレーブロボット３０は、マスタロボット２０よりも大型である。このため、マスタロボット２０の姿勢をスレーブロボット３０の姿勢よりも変化させやすく、マスタロボット２０の動作に対するスレーブロボット３０の動作の遅れが大きくなりやすい。

【0046】

この点、マスタロボット２０の制御部２６は、マスタロボット２０の各関節の角度θｍとスレーブロボット３０の対応する各関節の角度θｓとの偏差Δθ（θｍ－θｓ）が大きいほど、ユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす際の動作抵抗を大きくする。詳しくは、制御部２６は、ユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす際の動作抵抗として、ユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす角速度ωと上記偏差Δθとに比例し、且つユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす向きと逆向きの抵抗トルクＴ１を各関節に作用させる。

【0047】

具体的には、制御部２６は、以下の式（１）により各関節に作用させる抵抗トルクＴ１を算出する。αは、上記偏差Δθをトルクに変換する変換係数であり、予め実験等に基づいて設定されている。

【0048】

Ｔ１＝ωα（θｍ－θｓ） ・・・（１）
式（１）に対して、任意の所定偏差を想定すれば、以下のようにいうことができる。すなわち、制御部２６は、マスタロボット２０の各関節の角度θｍとスレーブロボット３０の各関節の角度θｓとの偏差Δθが所定偏差よりも大きい場合にユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす際の動作抵抗を、偏差Δθが所定偏差よりも小さい場合にユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす際の動作抵抗よりも大きくする。

【0049】

また、ユーザにより開閉ボタン２２ｂ及び位置取込ボタン２２ｃが操作された際に、ユーザの力がボタン２２ｂ，２２ｃを介してマスタロボット２０に作用し、ユーザの意図に反してマスタロボット２０の位置がずれるおそれがある。その場合、スレーブロボット３０はマスタロボット２０よりも大型であるため、スレーブロボット３０の位置が大きくずれるおそれがある。

【0050】

そこで、マスタロボット２０の制御部２６は、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にマスタロボット２０の各関節が動くことを抑制する操作抵抗を、マスタロボット２０の各関節に作用させる。制御部２６は、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にボタン２２ｂ，２２ｃに作用すると想定される想定力Ｆが大きいほど、操作抵抗を大きくする。想定力Ｆは、ボタン２２ｂ，２２ｃを機械的に押し下げるために必要な力、及びボタン２２ｂ，２２ｃがユーザの操作を検知するまでにユーザが加える平均的な力等に基づいて設定されている。詳しくは、制御部２６は、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際の操作抵抗として、想定力Ｆに比例し、且つユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にマスタロボット２０の各関節が動く向きと逆向きの抵抗トルクＴ２を各関節に作用させる。

【0051】

具体的には、制御部２６は、以下の式（２）により各関節に作用させる抵抗トルクＴ２を算出する。Ｊ（θｍ）は、マスタロボット２０の基台２１からボタン２２ｂ，２２ｃまでのヤコビ行列であり、ボタン２２ｂ，２２ｃに作用する想定力Ｆを各関節に作用するトルクに変換する。ヤコビ行列Ｊ（θｍ）は周知であるため、ここでは説明を省略する。βは、想定力Ｆにより各関節に作用するトルクをそれを抑制するトルクに変換する変換係数であり、予め実験等に基づいて設定されている。

【0052】

Ｔ２＝βＪ（θｍ）Ｆ ・・・（２）
すなわち、制御部２６は、想定力Ｆの大きさと、各関節の角度θｍと、マスタロボット２０におけるボタン２２ｂ，２２ｃの位置とに基づいて、操作抵抗を設定する。

【0053】

そして、制御部２６は、上記柔軟制御において各関節のモータにより発生させるトルクに、ユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす向きと逆向きとなるように抵抗トルクＴ１，Ｔ２を加えて最終トルクＴｆを算出する。そして、制御部２６は、マスタロボット２０の各関節のモータにより、最終トルクＴｆを発生させる。

【0054】

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

【0055】

・制御部２６は、マスタロボット２０の関節の角度θｍ（以下、「関節の角度θｍ」という）とスレーブロボット３０の対応する関節の角度θｓ（以下、「対応関節の角度θｓ」という）との偏差Δθが所定偏差よりも大きい場合にユーザが関節を動かす際の動作抵抗を、偏差Δθが所定偏差よりも小さい場合にユーザが関節を動かす際の動作抵抗よりも大きくする。このため、関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθが所定偏差よりも小さい場合は、マスタロボット２０を素早く動作させることができ、マスタロボット２０の動作効率が低下することを抑制することができる。一方、関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθが所定偏差よりも大きい場合は、マスタロボット２０の動作を抑制することができ、マスタロボット２０の動作に対するスレーブロボット３０の動作の遅れを抑制することができる。

【0056】

・関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθに応じて、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗を大きくしている。このため、スレーブロボット３０の最高速度（動作性能）や、マスタロボット２０とスレーブロボット３０との間の応答速度にかかわらず、マスタロボット２０の動作に対するスレーブロボット３０の動作の遅れを抑制することができる。例えば、スレーブロボット３０の動作性能が十分に高く、偏差Δθが０に近い場合は、動作抵抗を０に近くすることができる。一方、スレーブロボット３０の動作性能が低く、偏差Δθが大きい場合は、動作抵抗を大きくすることができる。

【0057】

・制御部２６は、偏差Δθが大きいほど、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗を大きくする。こうした構成によれば、関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθが小さい場合は、マスタロボット２０の動作をできるだけ抑制せず、偏差Δθが大きくなるほどマスタロボット２０の動作を強く抑制することができる。

【0058】

・ユーザが関節を動かす際の動作抵抗として、ユーザが関節を動かす角速度ωと偏差Δθとに比例し、且つユーザが関節を動かす向きと逆向きの抵抗トルクＴ１を関節に作用させる。こうした構成によれば、ユーザがマスタロボット２０の関節を動かす角速度ωが速いほど動作抵抗を大きくすることができ、関節の角速度ωが過大になることを抑制することができる。したがって、マスタロボット２０の動作に対してスレーブロボット３０の動作が遅れることを未然に抑制することができる。さらに、マスタロボット２０の動作に対してスレーブロボット３０の動作が遅れた場合は、その遅れ量に比例してマスタロボット２０の動作を抑制することができる。

【0059】

・制御部２６は、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にマスタロボット２０の関節が動くことを抑制する操作抵抗を、関節に作用させる。したがって、ユーザによりボタン２２ｂ，２２ｃが操作された際に、ユーザの意図に反してマスタロボット２０の位置がずれること、ひいてはスレーブロボット３０の位置が大きくずれることを抑制することができる。

【0060】

・ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にボタン２２ｂ，２２ｃに作用すると想定される想定力Ｆが大きいほど、操作抵抗を大きくする。こうした構成によれば、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際にボタン２２ｂ，２２ｃに作用すると想定される力が大きい場合であっても、スレーブロボット３０の位置が大きくずれることを抑制することができる。

【0061】

・想定力Ｆの大きさと、関節の角度θｍと、マスタロボット２０におけるボタン２２ｂ，２２ｃの位置とに基づいて、操作抵抗を設定する。したがって、マスタロボット２０の構成及び姿勢に応じて操作抵抗を設定することができ、マスタロボット２０の動作を必要以上に抑制しないようにすることがきる。

【0062】

・マスタロボット２０は、関節を複数備えている。スレーブロボット３０は、マスタロボット２０の複数の関節にそれぞれ対応する対応関節を備えている。このため、スレーブロボット３０の複数の対応関節は、マスタロボット２０のそれぞれ対応する関節に倣った動きを追従して行う。そして、制御部２６は、マスタロボット２０の複数の関節にそれぞれ動作抵抗を作用させる。このため、マスタロボット２０の動作全体に対するスレーブロボット３０の動作全体の遅れを抑制することができる。

【0063】

・制御部２６は、マスタロボット２０の複数の関節にそれぞれ操作抵抗を作用させる。このため、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際に、マスタロボット２０全体の位置がずれること、ひいてはスレーブロボット３０全体の位置がすれることを抑制することができる。

【0064】

なお、上記の実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【0065】

・関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθが大きいほど、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗を大きくする方法として、Ｔ１＝ωα（θｍ－θｓ）＾２の式により、抵抗トルクＴ１を算出してもよい。（θｍ－θｓ）＾２は、（θｍ－θｓ）の２乗を表す。こうした構成によれば、関節の角度θｍと対応関節の角度θｓとの偏差Δθが小さい場合は、マスタロボット２０の動作をできるだけ抑制せず、偏差Δθが大きくなるほどマスタロボット２０の動作をさらに強く抑制することができる。

【0066】

・制御部３６は、スレーブロボット３０のアーム３２の位置及び姿勢を、マスタロボット２０のアーム２２の位置及び姿勢に一致させるように、スレーブロボット３０の各関節のモータを制御してもよい。この場合、アーム３２の位置及び姿勢をアーム２２の現在の位置及び姿勢に対応する位置及び姿勢へ最短経路で移動させると、アーム３２の位置がユーザの意図しない経路を移動するおそれがある。この点、マスタロボット２０の関節の角度θｍとスレーブロボット３０の対応関節の角度θｓとの偏差Δθが大きいほど、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗を大きくすることにより、マスタロボット２０の動作を抑制することができ、アーム３２の位置がユーザの意図しない経路を移動することを抑制することができる。

【0067】

・ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際に上記抵抗トルクＴ２を各関節に常に作用させつつ、ボタン２２ｂ，２２ｃが操作されたことを検知した時から、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際の操作抵抗を増大させることもできる。また、制御部２６は、ボタン２２ｂ，２２ｃが操作されたことを検知したことを条件として、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際の操作抵抗を、マスタロボット２０の各関節に作用させることもできる。また、操作抵抗を省略して、上記動作抵抗のみをマスタロボット２０に作用させることもできる。

【0068】

・ハンド２３の開閉ボタン２２ｂ及び位置取込ボタン２２ｃの一方のみを、マスタロボット２０に設けることもできる。また、ユーザにより操作された場合に操作されたことを通知する操作部として、押し下げ式のボタン２２ｂ，２２ｃに限らず、スライド式のスイッチや押し倒し式のレバー等を採用することもできる。その場合も、制御部２６は、ユーザが操作部を操作する力の方向に応じて、ユーザが操作部を操作する際にマスタロボット２０の関節が動くことを抑制する操作抵抗を、各関節に作用させればよい。また、操作部をマスタロボット２０とは別体の操作器等に設けることもできる。

【0069】

・制御部２６は、上記偏差Δθが所定偏差よりも大きいことを条件として、ユーザがマスタロボット２０の各関節を動かす際に動作抵抗を作用させることもできる。こうした構成によれば、偏差Δθが所定偏差よりも大きい場合にマスタロボット２０の動作を抑制し、偏差Δθが所定偏差よりも小さい場合にマスタロボット２０の動作を抑制しないようにすることができる。

【0070】

・制御部２６は、ユーザが関節を動かす際の動作抵抗として、ユーザが関節を動かす角速度ωには比例せず、上記偏差Δθに比例する抵抗トルクＴ１を関節に作用させることもできる。

【0071】

・制御部２６は、マスタロボット２０においてユーザがボタン２２ｂ，２２ｃを操作する際に動く可能性のある複数の関節のうち、一部の関節に操作抵抗を作用させてもよい。例えば、アーム２２において基台２１に近い関節等、ユーザがボタン２２ｂ，２２ｃに力を加えた際に動きにくい関節には、操作抵抗を作用させないようにすることもできる。

【0072】

・制御部２６は、ユーザがアーム２２に力を加えた際に動く可能性のある複数の関節のうち、一部の関節に動作抵抗を作用させてもよい。例えば、アーム２２において基台２１に近い関節等、ユーザがアーム２２に力を加えた際に速く動きにくい関節には、動作抵抗を作用させないようにすることもできる。

【0073】

・ユーザにより加えられた力に倣ってマスタロボット２０の関節を動かす際に、制御部２６は、アーム２２に作用する重力のみを補償するトルクを各関節のモータにより発生させてもよい。

【0074】

・マスタロボット２０及びスレーブロボット３０は、６軸の垂直多関節型ロボットに限らず、５軸以下又は７軸以上の垂直多関節型のロボットや、水平多関節型のロボットであってもよい。

【符号の説明】

【0075】

１０…システム、２０…マスタロボット（主ロボット）、２６…制御部、３０…スレーブロボット（従ロボット）、３６…制御部。

【図1】