特許 7462437 ロボットシステム、パラレルリンク機構、制御方法、制御装置、プログラム、及び記憶媒体

(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】2024-03-28

(45)【発行日】2024-04-05

(54)【発明の名称】ロボットシステム、パラレルリンク機構、制御方法、制御装置、プログラム、及び記憶媒体

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240329BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20240329BHJP

   B25J 17/02 20060101ALI20240329BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20240329BHJP

   B23K 31/00 20060101ALN20240329BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

B25J11/00 D

B25J17/02 A

B25J9/06 B

B23K31/00 K

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2020040214

(22)【出願日】2020-03-09

(65)【公開番号】P2021137939

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-10-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 真拡

(72)【発明者】

【氏名】柴 岳人

(72)【発明者】

【氏名】渕上 康徳

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏昌

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０７１７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２４９５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７８９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０２６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５２８９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２３９９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０１７７１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０４８３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０８２３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９０７２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － ２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多関節のアーム機構と、
前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、
複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部、
を含み、前記アーム機構に対して４以上の自由度を有するパラレルリンク機構と、
前記可動部に取り付けられ、超音波センサを含む検査器を有するエンドエフェクタと、
制御点の位置又は向きを検出する検出器と、
前記アーム機構及び前記パラレルリンク機構を制御する制御装置であって、
前記アーム機構を動かし、前記制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する第１動作と、
前記第１動作の後に、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を前記エンドエフェクタが作業を実行する作業姿勢に設定する第２動作と、
を実行する、前記制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第２動作の後に、
前記超音波センサが作業対象へ超音波を送信したときの反射波の受信結果から、前記作業対象に対する前記検査器の傾きを計算し、
前記傾きが小さくなるように、前記パラレルリンク機構を動作させる、
ロボットシステム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第１動作と前記第２動作との間に、
前記検出器の検出結果に基づき、前記作業姿勢までの前記制御点の前記姿勢の変位量を計算する計算処理と、
前記変位量が前記可動部の可動範囲内であるか判定する判定処理と、
を実行し、
前記制御装置は、前記判定処理において、前記変位量が前記可動範囲を超えるときには、前記アーム機構を動かして前記制御点の前記姿勢を前記作業姿勢に近づけた後に、前記第２動作を実行する、請求項１記載のロボットシステム。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記第１動作と前記第２動作の間に、前記検出器の検出結果に基づいて前記アーム機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を補正姿勢に設定する補正動作を実行し、
前記補正動作において、前記アーム機構の先端部の前記姿勢が特異点近傍を外れるように前記補正姿勢を設定する、
請求項１記載のロボットシステム。

【請求項4】

前記作業対象は、複数の部材と、前記部材同士が接合された溶接部と、を含み、
前記制御装置は、前記溶接部に対する前記検査器の前記傾きを計算する、請求項１～３のいずれか１つに記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記超音波センサは、第１配列方向と、前記第１配列方向に交差する第２配列方向と、に沿って複数配列され、
前記パラレルリンク機構は、前記アーム機構に対して６自由度を有し、
前記制御装置は、前記第１配列方向と、前記第２配列方向と、前記第１配列方向及び前記第２配列方向を含む面と交差する交差方向と、における前記反射波の強度の勾配を計算し、前記勾配を用いて前記傾きを計算する、請求項４に記載のロボットシステム。

【請求項6】

前記パラレルリンク機構は、
前記固定部に取り付けられ、回転軸が前記固定部から前記可動部に向かう第１方向と交差する方向に沿って設けられるアクチュエータと、
前記回転軸と連結される第１部分を有し、前記アクチュエータによって回動される回動アームと、
前記回動アームの第２部分と第１ジョイント部材を介して連結され、前記可動部と第２ジョイント部材を介して連結されたリンクと、
をさらに含み、
前記回動アームの前記第１部分と前記第２部分との間には、屈曲部が設けられ、
前記第２部分は、前記第１部分に対して前記可動部側に設けられる、請求項１～５のいずれか１つに記載のロボットシステム。

【請求項7】

前記固定部は、前記アクチュエータが取り付けられる第１面を有し、
前記可動部は、
前記エンドエフェクタが取り付けられる第２面と、
前記第１方向に対して傾斜し、前記第１方向を向いた第３面と、
を有し、
前記第２面のサイズは、前記第１面のサイズよりも小さく、
前記第２ジョイント部材は、前記第３面に取り付けられる請求項６記載のロボットシステム。

【請求項8】

前記固定部には、前記第１方向に沿って前記固定部を貫通する第１孔が設けられ、
前記可動部には、前記第１方向に沿って前記可動部を貫通する第２孔が設けられた請求項６又は７に記載のロボットシステム。

【請求項9】

多関節のアーム機構と、
前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、
複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部、
を含み、前記アーム機構に対して４以上の自由度を有するパラレルリンク機構と、
前記可動部に取り付けられ、超音波センサを含む検査器を有するエンドエフェクタと、
制御点の位置又は向きを検出する検出器と、
を含むロボットシステムの制御方法であって、
前記アーム機構を動かし、前記制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を前記エンドエフェクタが作業を実行する作業姿勢に設定する第２ステップと、
を備え、
前記第２ステップの後に、前記超音波センサが作業対象へ超音波を送信したときの反射波の受信結果から、前記作業対象に対する前記検査器の傾きを計算し、前記傾きが小さくなるように、前記パラレルリンク機構を動作させる、制御方法。

【請求項10】

前記検出器の検出結果に基づき、前記作業姿勢までの前記制御点の前記姿勢の変位量を計算する計算ステップと、
前記変位量が前記可動部の可動範囲内であるか判定する判定ステップと、
をさらに備え、
前記計算ステップ及び前記判定ステップは、前記第１ステップと前記第２ステップとの間に実行され、
前記判定ステップにおいて、前記変位量が前記可動範囲を超えるときには、前記アーム機構を動かして前記制御点の前記姿勢を前記作業姿勢に近づけた後に、前記第２ステップを実行する、請求項９記載の制御方法。

【請求項11】

前記検出器の検出結果に基づいて前記アーム機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を補正姿勢に設定する補正ステップをさらに備え、
前記補正ステップは、前記第１ステップと前記第２ステップとの間に実行され、
前記補正ステップにおいて、前記アーム機構の先端部の前記姿勢が特異点近傍を外れるように前記補正姿勢を設定する、請求項９記載の制御方法。

【請求項12】

前記エンドエフェクタによる作業の実行中は、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を調整する請求項９～１１のいずれか１つに記載の制御方法。

【請求項13】

多関節のアーム機構と、
前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、
複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部、
を含み、前記アーム機構に対して４以上の自由度を有するパラレルリンク機構と、
前記可動部に取り付けられ、超音波センサを含む検査器を有するエンドエフェクタと、
制御点の位置又は向きを検出する検出器と、
を含むロボットシステムを制御する制御装置であって、
前記アーム機構を動かし、前記制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する第１動作と、
前記第１動作の後に、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を前記エンドエフェクタが作業を実行する作業姿勢に設定する第２動作と、
を実行し、
前記第２動作の後に、前記超音波センサが作業対象へ超音波を送信したときの反射波の受信結果から、前記作業対象に対する前記検査器の傾きを計算し、前記傾きが小さくなるように前記パラレルリンク機構を動作させる、制御装置。

【請求項14】

前記第１動作と前記第２動作との間に、
前記検出器の検出結果に基づき、前記作業姿勢までの前記制御点の前記姿勢の変位量を計算する計算処理と、
前記変位量が前記可動部の可動範囲内であるか判定する判定処理と、
をさらに実行し、
前記判定処理において、前記変位量が前記可動範囲を超えるときには、前記アーム機構を動かして前記制御点の前記姿勢を前記作業姿勢に近づけた後に、前記第２動作を実行する、請求項１３記載の制御装置。

【請求項15】

前記第１動作と前記第２動作の間に、前記検出器の検出結果に基づいて前記アーム機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を補正姿勢に設定する補正動作を実行し、
前記補正動作において、前記アーム機構の先端部の前記姿勢が特異点近傍を外れるように前記補正姿勢を設定する、請求項１３記載の制御装置。

【請求項16】

前記エンドエフェクタによる作業の実行中は、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を調整する請求項１３～１５のいずれか１つに記載の制御装置。

【請求項17】

多関節のアーム機構と、
前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、
複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部、
を含み、前記アーム機構に対して４以上の自由度を有するパラレルリンク機構と、
前記可動部に取り付けられ、超音波センサを含む検査器を有するエンドエフェクタと、
制御点の位置又は向きを検出する検出器と、
を含むロボットシステムを制御する制御装置に対して、
前記アーム機構を動かし、前記制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する第１動作と、
前記第１動作の後に、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を前記エンドエフェクタが作業を実行する作業姿勢に設定する第２動作と、
を実行させ、
前記第２動作の後に、前記超音波センサが作業対象へ超音波を送信したときの反射波の受信結果から、前記作業対象に対する前記検査器の傾きを計算させ、前記傾きが小さくなるように、前記パラレルリンク機構を動作させる、プログラム。

【請求項18】

前記制御装置に対して、前記第１動作と前記第２動作との間に、
前記検出器の検出結果に基づき、前記作業姿勢までの前記制御点の前記姿勢の変位量を計算する計算処理と、
前記変位量が前記可動部の可動範囲内であるか判定する判定処理と、
をさらに実行させ、
前記判定処理において、前記変位量が前記可動範囲を超えるときには、前記アーム機構を動かして前記制御点の前記姿勢を前記作業姿勢に近づけた後に、前記第２動作を実行させる請求項１７記載のプログラム。

【請求項19】

前記制御装置に対して、前記第１動作と前記第２動作の間に、前記検出器の検出結果に基づいて前記アーム機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を補正姿勢に設定する補正動作を実行させ、
前記補正動作において、前記アーム機構の先端部の前記姿勢が特異点近傍を外れるように前記補正姿勢を設定する、請求項１７記載のプログラム。

【請求項20】

前記制御装置に対して、前記エンドエフェクタによる作業の実行中には、前記検出器の検出結果に基づいて前記可動部を動作させ、前記制御点の前記姿勢を調整させる請求項１７～１９のいずれか１つに記載のプログラム。

【請求項21】

請求項１７～２０のいずれか１つに記載のプログラムを記憶した記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ロボットシステム、パラレルリンク機構、制御方法、制御装置、プログラム、及び記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

多関節のアーム機構は、産業に広く利用されている。例えば、アーム機構に取り付けられたエンドエフェクタを用いて作業が実行される際、フィードバック制御により、制御点の姿勢を調整する場合がある。調整中、制御点の姿勢が特異点近傍になると、アーム機構の動作が不安定となる。この結果、アーム機構又はエンドエフェクタが別の部材と干渉したり、作業に通常よりも長い時間を要したりする可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９-９０７２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の一実施形態は、フィードバック制御により制御点の姿勢を調整する場合において、不安定な動作の発生を抑制できる、ロボットシステム、制御方法、制御装置、プログラム、及び記憶媒体を提供する。
本発明の別の一実施形態は、ロボットシステムに好適に用いられるパラレルリンク機構を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係るロボットシステムは、多関節のアーム機構と、パラレルリンク機構と、エンドエフェクタと、検出器と、制御装置と、を備える。前記パラレルリンク機構は、前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部を含む。前記エンドエフェクタは、前記可動部に取り付けられる。前記検出器は、制御点の位置又は向きを検出するために設けられる。前記制御装置は、前記アーム機構及び前記パラレルリンク機構を制御する。前記制御装置は、前記アーム機構を動かし、前記制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する第１動作と、前記第１動作の後に、前記検出器の検出結果に基づいて前記パラレルリンク機構を動かし、前記制御点の前記姿勢を前記エンドエフェクタが作業を実行する作業姿勢に設定する第２動作と、を実行する。前記制御装置は、前記第１動作と前記第２動作との間に、前記検出器の検出結果に基づき、前記作業姿勢までの前記制御点の前記姿勢の変位量を計算する計算処理と、前記変位量が前記可動部の可動範囲内であるか判定する判定処理と、を実行する。前記制御装置は、前記変位量が前記可動範囲を超えるときには、前記アーム機構を動かして前記制御点の前記姿勢を前記作業姿勢に近づけた後に、前記第２動作を実行する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係るロボットシステムを表す斜視図である。

【図2】実施形態に係るパラレルリンク機構を表す斜視図である。

【図3】実施形態に係るロボットシステムの動作を表す模式図である。

【図4】制御点の特異点を表す模式図である。

【図5】実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を表す模式図である。

【図6】実施形態に係るロボットシステムの動作の別の一例を表す模式図である。

【図7】実施形態に係るロボットシステムの動作の別の一例を表す模式図である。

【図8】実施形態に係るロボットシステムの動作を表すフローチャートである。

【図9】実施形態に係るロボットシステムの動作を表すフローチャートである。

【図10】実施形態に係るロボットシステムのエンドエフェクタを表す斜視図である。

【図11】検査器先端の内部構造を表す斜視図である。

【図12】検査器による検査方法を説明するための模式図である。

【図13】実施形態に係るロボットシステムによる検査の流れを表すフローチャートである。

【図14】検査における傾きの計算方法を説明するための図である。

【図15】検査において得られた画像の一例である。

【図16】検査において得られた画像の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

図１は、実施形態に係るロボットシステムを表す斜視図である。
実施形態に係るロボットシステム１は、図１に表したように、アーム機構１００、パラレルリンク機構２００、エンドエフェクタ３００、検出器４００、及び制御装置５００を含む。

【0009】

アーム機構１００は、複数のリンク１１０及び複数の回転軸１２０を含む。リンク１１０の一端同士は、回転軸１２０により連結されている。モータにより回転軸１２０が駆動されると、一方のリンク１１０が他方のリンク１１０に対して回動する。

【0010】

パラレルリンク機構２００は、アーム機構１００の先端部に取り付けられる。具体的には、複数のリンク１１０のうち、一端のリンク１１０の任意の一部に、パラレルリンク機構２００が取り付けられる。複数のリンク１１０のうち、他端のリンク１１０は、基台１３０に連結されている。基台１３０は、床、壁、又は別の機構などの設置場所に固定される。

【0011】

パラレルリンク機構２００は、固定部２１０、可動部２２０、リンク２３０、及び複数のアクチュエータ２４０を含む。固定部２１０は、アーム機構１００の先端部に取り付けられている。可動部２２０は、複数のリンク２３０を介して固定部２１０に取り付けられている。複数のリンク２３０は、固定部２１０と可動部２２０との間に並列に設けられている。複数のリンク２３０は、複数のアクチュエータ２４０にそれぞれ連結されている。

【0012】

例えば、複数のアクチュエータ２４０は、モータであり、固定部２１０に取り付けられている。複数のアクチュエータ２４０がそれぞれ複数のリンク２３０を駆動させると、その動力が可動部２２０に伝達され、可動部２２０が固定部２１０に対して動く。

【0013】

固定部２１０の姿勢は、アーム機構１００の先端部の姿勢に対応し、アーム機構１００の動きにより決定される。ここでは、姿勢とは、位置及び向きを意味する。姿勢は、互いに直交する３方向（Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向）のそれぞれの位置と、各方向まわりの角度（ローリング、ピッチング、ヨーイング）と、により決定される。可動部２２０の姿勢は、固定部２１０の姿勢に対して可変である。

【0014】

アーム機構１００の自由度は、４自由度以上であることが好ましい。例えば、アーム機構１００は、垂直多関節ロボットであり、６自由度を有する。すなわち、アーム機構１００は、その先端の３方向のそれぞれの位置と、その先端の３方向まわりのそれぞれの角度と、を制御できる。
同様に、パラレルリンク機構２００は、４自由度以上であることが好ましい。例えば、パラレルリンク機構２００は、６自由度を有する。すなわち、パラレルリンク機構２００は、可動部２２０の３方向のそれぞれの位置と、可動部２２０の３方向まわりのそれぞれの角度と、を制御できる。

【0015】

エンドエフェクタ３００は、可動部２２０に取り付けられている。すなわち、エンドエフェクタ３００は、パラレルリンク機構２００を介してアーム機構１００に取り付けられている。エンドエフェクタ３００の姿勢は、アーム機構１００の動き及びパラレルリンク機構２００の動きにより決定される。

【0016】

検出器４００は、制御点の位置又は向きを検出する。制御装置５００は、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００を制御し、制御点の姿勢を調整する。制御点とは、制御装置５００によって位置および向きが制御される点である。制御点は、例えば、可動部２２０の任意の一点に設定される。又は、制御点は、エンドエフェクタ３００の任意の一点に設定されても良い。

【0017】

検出器４００は、例えば、測距センサ、光位置センサ、及びカメラの少なくともいずれかを含む。検出器４００により検出される位置又は向きは、絶対的であっても良いし、相対的であっても良い。例えば図１に表したように、検出器４００は、可動部２２０に取り付けられる。エンドエフェクタ３００及び検出器４００は、可動部２２０に対して固定されている。このため、検出器４００の姿勢は、制御点の姿勢に対応する。この場合、検出器４００は、作業対象に対する制御点の相対的な位置又は向きを検出する。別の例として、検出器４００は、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００とは別に設けられても良い。この場合、検出器４００は、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００が設けられた空間における制御点の絶対的な位置又は向きを検出する。

【0018】

制御装置５００は、アーム機構１００の各モータに駆動信号を送信する。各モータは、駆動信号に従って駆動され、各回転軸１２０の回転角度が制御される。これにより、アーム機構１００の先端部の姿勢が制御される。同様に、制御装置５００は、パラレルリンク機構２００の各アクチュエータ２４０に駆動信号を送信する。各アクチュエータ２４０は、駆動信号に従って駆動され、各アクチュエータ２４０の回転軸の回転角度が制御される。これにより、固定部２１０に対する可動部２２０の姿勢が制御される。

【0019】

例えば、制御装置５００は、アーム機構１００のみを用いて制御点の姿勢を制御するときには、制御点の姿勢が所望の姿勢となるように、逆運動学計算により各回転軸１２０の回転角度を計算する。制御装置５００は、パラレルリンク機構２００のみを用いて制御点の姿勢を制御するときには、制御点の姿勢が所望の姿勢となるように、逆運動学計算により各アクチュエータ２４０の回転軸の回転角度を計算する。

【0020】

例えば、ロボットシステム１が作業を実行する場合、制御装置５００は、制御点の姿勢が、予め設計された所望の姿勢となるように、逆運動学によって各回転軸１２０の回転角度を計算する。制御装置５００は、各回転軸１２０の回転角度を計算された値に設定する。実際の作業対象の位置及び向きが予め設計された通りである場合、制御点の姿勢を上記所望の姿勢に設定することで、好適に作業を実行できる。
実際の作業対象の位置及び向きが予め設計された値からずれている場合、位置及び姿勢のずれ量が検出器４００により検出される。制御装置５００は、そのずれ量が補正されるように、逆運動学計算によって各アクチュエータ２４０の回転軸の回転角度を計算する。制御装置５００は、各アクチュエータ２４０の回転角度を計算された値に設定する。これにより、制御点の姿勢が、実際の作業対象の位置及び向きに対応して設定される。

【0021】

図示した例では、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００が１つの制御装置５００により制御されている。アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００は、複数の制御装置５００によりそれぞれ別々に制御されても良い。

【0022】

可動部２２０の固定部２１０に対する可動範囲は、基台１３０に対するアーム機構１００の先端部の可動範囲に比べて小さい。例えば、制御装置５００は、アーム機構１００を動かすことで、作業対象に対する制御点の大まかな姿勢を調整できる。制御装置５００は、パラレルリンク機構２００を動かすことで、作業対象に対する制御点の細かな姿勢を調整できる。

【0023】

制御装置５００は、検出器４００による検出結果に応じて、制御点の姿勢を制御しても良い。例えば、制御装置５００は、アーム機構１００を所定の姿勢に設定した後は、検出器４００による検出結果に応じてパラレルリンク機構２００を動かし、制御点の細かな姿勢を調整しても良い。

【0024】

制御装置５００は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む処理回路を備える。制御装置５００は、記憶装置５１０に接続されている。記憶装置５１０は、Read Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、Solid State Drive（ＳＳＤ）などの記憶媒体を含む。制御装置５００は、記憶装置５１０に記憶されたプログラムを読み込んで実行することにより、ロボットシステム１の各部を制御する。制御装置５００は、ロボットシステム１の動作中に得られたデータを記憶装置５１０に記憶しても良い。

【0025】

制御装置５００は、図１に表したように、入力装置５２０又は出力装置５３０とさらに接続されていても良い。入力装置５２０は、制御装置５００又は記憶装置５１０に対してユーザがデータを入力する際に使用される。入力装置５２０は、キーボード、マウス、マイク（音声入力）、及びタッチパッドの少なくともいずれかを含む。出力装置５３０は、制御装置５００から出力されたデータ又は記憶装置５１０に記憶されたデータを、ユーザが認識できるように出力する。出力装置５３０は、モニタ、スピーカ、プリンタ、及びプロジェクタの少なくともいずれかを含む。タッチパネルなどの入力装置５２０と出力装置５３０の両方の機能を備えた機器が用いられても良い。

【0026】

制御装置５００は、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００と、有線通信、無線通信、又はネットワークによって接続される。制御装置５００は、複数の制御部を含んでも良い。例えば、アーム機構１００を制御する制御部（ロボットコントローラ）と、パラレルリンク機構２００を制御する別の制御部（別のロボットコントローラ）と、これらの制御部とデータを送受信するさらに別の制御部と、が設けられても良い。これらの制御部は、有線通信、無線通信、又はネットワークによって接続される。同様に、制御装置５００は、記憶装置５１０、入力装置５２０、及び出力装置５３０と、有線通信、無線通信、又はネットワークによって接続されても良い。制御装置５００、記憶装置５１０、入力装置５２０、及び出力装置５３０の２つ以上は、１つの機器として構成されても良い。

【0027】

図２は、実施形態に係るパラレルリンク機構を表す斜視図である。
図２を参照して、実施形態に係るロボットシステム１に好適なパラレルリンク機構２００の一例について説明する。図２に表したパラレルリンク機構２００は、固定部２１０、可動部２２０、リンク２３０、アクチュエータ２４０、第１ジョイント部材２５０、第２ジョイント部材２６０、及び回動アーム２７０を含む。

【0028】

ここでは、説明のために、固定部２１０から可動部２２０に向かう方向を「上」（第１方向）と呼び、その反対方向を「下」と呼ぶ。これらの方向は、固定部２１０と可動部２２０との相対的な位置関係に基づき、重力の方向とは無関係である。

【0029】

図示した例では、固定部２１０及び可動部２２０は、平らな板状である。固定部２１０は、アーム機構１００の先端部に取り付けられる下面２１０ａと、下面２１０ａとは反対側の上面２１０ｂ（第１面）と、を有する。アクチュエータ２４０は、固定部２１０の上面２１０ｂに取り付けられている。この例では、アクチュエータ２４０は、モータである。アクチュエータ２４０の回転軸２４１は、上下方向と交差する方向に沿って設けられている。

【0030】

回転軸２４１には、回動アーム２７０の一部（第１部分２７１）が固定されている。回動アーム２７０は、アクチュエータ２４０により、回転軸２４１まわりに駆動される。回動アーム２７０の別の一部（第２部分２７２）には、第１ジョイント部材２５０が取り付けられている。第１部分２７１から第２部分２７２に向かう方向は、回転軸２４１の方向と交差する。回動アーム２７０が回転すると、可動部２２０と第２部分２７２との間の上下方向における距離が変化する。

【0031】

回動アーム２７０の第１部分２７１と第２部分２７２との間には、屈曲部２７３が設けられている。第２部分２７２は、第１部分２７１に対して、可動部２２０側に位置している。換言すると、第２部分２７２の上下方向における位置は、第１部分２７１の上下方向における位置と、可動部２２０の上下方向における位置と、の間にある。回動アーム２７０は、屈曲部２７３において、折れるように曲がっていても良いし、滑らかに湾曲していても良い。

【0032】

リンク２３０の一端は、第１ジョイント部材２５０を介して回動アーム２７０の第２部分２７２に連結されている。第１ジョイント部材２５０は、例えば、２自由度を有するユニバーサルジョイントである。第１ジョイント部材２５０は、継手２５１及び２５２を含む。継手２５１は、回動アーム２７０の第２部分２７２に固定されている。継手２５２は、リンク２３０の一端に固定されている。

【0033】

リンク２３０の他端は、第２ジョイント部材２６０を介して、可動部２２０に連結されている。第２ジョイント部材２６０は、可動部２２０の側面２２０ａ（第３面）に取り付けられている。側面２２０ａは、上下方向に対して傾斜し、上方を向いている。

【0034】

第２ジョイント部材２６０は、例えば、３自由度を有するボールジョイントである。第２ジョイント部材２６０は、ボール２６１及びソケット２６２を含む。ソケット２６２の軸心は、リンク２３０の他端に固定され、ボール２６１と球面接触する。ボール２６１は、側面２２０ａに固定されている。ソケット２６２の角度が変化した際に、ソケット２６２と可動部２２０との干渉を回避するために、ボール２６１は側面２２０ａから離れている。

【0035】

可動部２２０の上面２２０ｂ（第２面）には、エンドエフェクタ３００が取り付けられる。側面２２０ａは、上面２２０ｂと連なっている。可動部２２０が基準の姿勢にあるとき、上面２２０ｂは、例えば上面２１０ｂと平行である。可動部２２０の基準姿勢とは、可動部２２０が可動範囲内において予め設定された特定の姿勢を採った状態を指す。図２は、可動部２２０が基準姿勢にある状態を表している。このとき、可動部２２０は、固定部２１０に最も近接した位置にある。

【0036】

固定部２１０には、複数のアクチュエータ２４０及びエンドエフェクタ３００の配線を通すための孔２１１（第１孔）が設けられている。孔２１１は、上下方向に沿って固定部２１０を貫通している。可動部２２０には、エンドエフェクタ３００の配線を通すための孔２２１（第２孔）が設けられている。孔２２１は、上下方向に沿って可動部２２０を貫通している。

【0037】

例えば、エンドエフェクタ３００の配線は、孔２１１及び２２１を通して、アーム機構１００に向けて引き出される。例えば、アーム機構１００へのパラレルリンク機構２００の装着前に、エンドエフェクタ３００の配線をアーム機構１００の先端部に取り付けた場合でも、エンドエフェクタ３００の配線を孔２１１及び２２１に通しながら、アーム機構１００へパラレルリンク機構２００を装着できる。
パラレルリンク機構２００は、アーム機構１００及びエンドエフェクタ３００のみを含むロボットシステムに、取り付けることもできる。この場合、エンドエフェクタ３００をアーム機構１００から取り外した後、エンドエフェクタ３００に接続されていた配線を孔２１１及び２２１に通してパラレルリンク機構２００の先端側に引き出すことで、容易にアーム機構１００の先端部にパラレルリンク機構２００及びエンドエフェクタ３００を取り付けることができる。

【0038】

パラレルリンク機構２００には、リンク２３０、アクチュエータ２４０、第１ジョイント部材２５０、第２ジョイント部材２６０、及び回動アーム２７０の組が６つ設けられている。例えば、隣り合う一対のアクチュエータ２４０ａ及び２４０ｂは、それらの回転軸が互いに平行になるように設けられている。同様に、隣り合う一対のアクチュエータ２４０ｃ及び２４０ｄは、それらの回転軸が互いに平行になるように設けられている。三対のアクチュエータ２４０は、孔２１１の周りに等間隔で設けられている。

【0039】

一対の回動アーム２７０ａ及び２７０ｂは、それらの第２部分２７２が互いに反対方向に向くように、一対のアクチュエータ２４０ａ及び２４０ｂにそれぞれ連結されている。同様に、一対の回動アーム２７０ｃ及び２７０ｄは、それらの第２部分２７２が互いに反対方向に向くように、一対のアクチュエータ２４０ｃ及び２４０ｄにそれぞれ連結されている。

【0040】

一対の回動アーム２７０の１つに連結されたリンク２３０と、別の一対の回動アーム２７０の１つに連結されたリンク２３０と、が同じ側面２２０ａに連結される。例えば、回動アーム２７０ｂに連結されたリンク２３０ｂと、回動アーム２７０ｃに連結されたリンク２３０ｃと、は同じ側面２２０ａに連結される。回動アーム２７０ａに連結されたリンク２３０ａと、回動アーム２７０ｄに連結されたリンク２３０ｄと、はそれぞれ別の側面２２０ａに連結される。６つのアクチュエータ２４０の回転軸２４１の回転角度がそれぞれ独立して制御されることで、可動部２２０及びエンドエフェクタ３００の姿勢が制御される。

【0041】

可動部２２０の上面２２０ｂのサイズは、固定部２１０の上面２１０ｂのサイズよりも小さい。例えば、上下方向と交差する一方向における上面２２０ｂの寸法は、当該一方向における上面２１０ｂの寸法よりも短い。

【0042】

可動部２２０が基準姿勢にある状態において、リンク２３０は、可動部２２０に向けて、上下方向に対して傾斜している。継手２５２及びソケット２６２の軸心は、リンク２３０に沿って設けられている。

【0043】

屈曲部２７３が設けられることで、可動部２２０が基準姿勢にある状態で、第１ジョイント部材２５０の偏角を小さくできる。また、側面２２０ａが上下方向に対して傾斜することで、第２ジョイント部材２６０の偏角を小さくできる。例えば、屈曲部２７３の角度は、可動部２２０が基準姿勢にある状態で、第１ジョイント部材２５０の偏角が０度となるように設定されている。側面２２０ａの上下方向に対する傾斜は、可動部２２０が基準姿勢にある状態で、第２ジョイント部材２６０の偏角が０度となるように設定されている。これにより、パラレルリンク機構２００の大型化を抑制しつつ、固定部２１０に対する可動部２２０の可動範囲を広げることができる。

【0044】

図３（ａ）～図３（ｃ）は、実施形態に係るロボットシステムの動作を表す模式図である。
図３（ａ）～図３（ｃ）に表した例では、ロボットシステム１は、作業対象Ｏに対して、エンドエフェクタ３００を用いて所定の作業を実行する。

【0045】

まず図３（ａ）に表したように、アーム機構１００が設置された場所に、作業対象Ｏが搬送される。作業対象Ｏは、図３（ａ）に表したように搬送装置Ｃによって搬送されても良いし、人によって搬送されても良い。搬送装置Ｃの具体的な態様は、任意である。又は、アーム機構１００が、無人搬送車（ＡＧＶ）などに搭載され、移動しても良い。このときの制御点の姿勢は任意である。また、この例では、制御点は、エンドエフェクタ３００の先端に設定されている。

【0046】

制御装置５００は、第１動作を実行する。第１動作において、制御装置５００は、アーム機構１００を動かし、図３（ｂ）に表したように、制御点の姿勢を所定の第１姿勢に設定する。なお、第１動作は、アーム機構１００の先端部が所定の姿勢となるように、実行されても良い。第１動作において、パラレルリンク機構２００及びエンドエフェクタ３００が動作しない場合、アーム機構１００の先端部の姿勢が定まると、制御点の姿勢も定まる。このように、間接的に制御点の姿勢が第１姿勢に設定されても良い。

【0047】

第１動作の後、検出器４００は、制御点の位置又は向きを検出する。例えば、アーム機構１００の先端部が第１姿勢にあるときの、制御点の位置又は向きが検出される。制御装置５００は、第２動作を実行する。第２動作において、制御装置５００は、図３（ｃ）に表したように、パラレルリンク機構２００を動かす。このとき、制御装置５００は、検出器４００による検出結果に応じて、制御点の姿勢を調整する。これにより、制御点の姿勢が、エンドエフェクタ３００による作業に適した姿勢に設定される。

【0048】

第１動作及び第２動作の後、エンドエフェクタ３００は、作業対象Ｏへの作業を実行する。作業の実行中に、制御装置５００は、検出器４００による検出結果に応じて、制御点の姿勢を調整しても良い。例えば、制御装置５００は、パラレルリンク機構２００を動かすことで、作業中の制御点の姿勢を調整する。作業は、例えば、塗装、溶接、検査、締結、組み立て、切削などである。エンドエフェクタ３００の具体的な形態は、実行される作業に準じて決定される。

【0049】

実施形態の効果を説明する。
制御装置５００がアーム機構１００を動かす際には、例えば、制御点に対する移動指令から、逆運動学計算によってアーム機構１００の各回転軸１２０の回転角度又は回転速度が決定される。一方で、アーム機構１００には、制御上の特異点が存在する。制御上の特異点とは、逆運動学計算によって各回転軸１２０の回転角度を決定できない姿勢（位置及び向き）を指す。特異点では、各回転軸１２０の回転角度を一意に決めることができない。このため、アーム機構１００の姿勢を、そのような姿勢に設定することができない。また、特異点付近では、アーム機構１００の動作が不安定となりうる。以下では、特異点と、特異点付近の姿勢と、をまとめて「特異点近傍」と呼ぶ。

【0050】

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、制御点の特異点を表す模式図である。
図４（ａ）は、アーム機構１００を側方から見たときの様子を表す。図４（ｂ）は、アーム機構１００を上方から見たときの様子を表す。複数の回転軸１２０は、基台１３０からパラレルリンク機構２００に向けて、回転軸１２１～１２６を含む。図４（ａ）に表したように、回転軸１２４の回転中心と回転軸１２６の回転中心とが同一直線上に並んだ場合、パラレルリンク機構２００の回転は、回転軸１２４及び１２６のいずれの回転によっても可能である。図４（ｂ）に表したように、回転軸１２１の回転中心と回転軸１２６の回転中心とが同一直線上に並んだ場合も、パラレルリンク機構２００の回転は、回転軸１２４及び１２６のいずれの回転によっても可能である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に表した姿勢に対しては、逆運動学計算によって回転軸１２１～１２６のそれぞれの回転角度が一意に決まらない。このため、制御点の姿勢が特異点近傍にあると、アーム機構１００が制御不能になる可能性がある。

【0051】

例えば、ティーチングプレイバック方式によってアーム機構１００に全く同一の動きを繰り返させる場合には、制御点の姿勢が特異点近傍とならないように、アーム機構１００に動作を教示できる。しかし、フィードバック制御により制御点の姿勢を調整する場合には、制御点が教示されていない姿勢となりうる。このため、制御点の姿勢の調整中に、制御点の姿勢が特異点近傍となる可能性がある。

【0052】

この課題について、実施形態に係るロボットシステム１では、アーム機構１００の先端部に、パラレルリンク機構２００が設けられている。パラレルリンク機構２００は、制御点に対する移動指令から、逆運動学計算によって各アクチュエータ２４０の駆動量が一意に決まる。このため、パラレルリンク機構２００には、アーム機構１００のような回転角度を決定できなくなる特異点は存在しない。例えば、制御装置５００は、検出器４００による検出結果に基づいて制御点の姿勢を調整する際には、パラレルリンク機構２００を動かす。これにより、アーム機構１００を動かさずに、制御点の姿勢を調整できる。又は、アーム機構１００は予めプログラムされた動作のみを実行しつつ、検出結果に基づいて制御点の姿勢を調整できる。これにより、フィードバック制御によりエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する場合においても、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍となることを回避できる。

【0053】

フィードバック制御は、特に、ロボットシステム１によって高度な作業が実行される場合に必要とされる。例えば、塗装では、作業対象の表面の詳細な形状に倣ってエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する場合、又は作業対象の微小な位置ずれを補正するようにエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する場合、などが挙げられる。検査では、より適切な検査結果が得られるように、検査中に作業対象から得られた情報に基づいてエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する場合が挙げられる。
これらの作業中にアーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍となると、正常に作業を完了させることが困難となる。従って、実施形態に係るロボットシステム１は、特に、作業中において、検出器４００による検出結果に基づいてエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する必要がある場合に、好適に用いられる。

【0054】

また、ロボットシステム１には、図２に表したパラレルリンク機構２００が好適に用いられる。このパラレルリンク機構２００によれば、大型化を抑制しつつ、固定部２１０に対する可動部２２０の可動範囲を広げることができる。例えば、エンドエフェクタ３００による作業中に、パラレルリンク機構２００が作業対象に干渉することを抑制できる。

【0055】

ロボットシステム１において、以下の動作が実行されても良い。
図５（ａ）～図５（ｃ）は、実施形態に係るロボットシステムの動作の一例を表す模式図である。
図５（ａ）は、制御装置５００により第１動作が実行された後の状態を表している。このとき、制御点の姿勢は、予めプログラムされた第１姿勢に設定される。

【0056】

制御装置５００は、第１動作の後に、検出器４００による検出結果に基づいて、制御点の姿勢を、エンドエフェクタ３００が作業を実行する作業姿勢に設定するために必要な変位量を計算する。変位量は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれにおける移動量と、ローリング、ピッチング、及びヨーイングのそれぞれにおける回転角度と、で表される。制御装置５００は、変位量を、パラレルリンク機構２００の可動範囲と比較する。具体的な一例として、制御装置５００は、第１姿勢から作業姿勢までの変位量を計算し、制御点が第１姿勢にあるときのパラレルリンク機構２００の可動範囲と変位量とを比較する。

【0057】

変位量が可動範囲を超えているとき、制御装置５００は、図５（ｂ）に表したように、変位量が小さくなるように制御点の姿勢を補正する。その後、図５（ｃ）に表したように、制御装置５００は、制御点が補正された姿勢にあるときの検出結果に基づき、パラレルリンク機構２００を動かして制御点の姿勢を作業姿勢に設定する。

【0058】

この動作によれば、アーム機構１００によるプログラムされていない動きをなるべく抑えつつ、制御点を望ましい姿勢に設定できる。

【0059】

図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、及び図７（ｂ）は、実施形態に係るロボットシステムの動作の別の一例を表す模式図である。
図６（ａ）は、図５（ａ）と同様に、制御点の姿勢が第１姿勢に設定された状態を表している。この後、制御装置５００は、図６（ｂ）に表したように、第１姿勢から作業姿勢への変位量に拘わらず、検出器４００による検出結果に基づき、アーム機構１００を動かして制御点の姿勢を補正しても良い。

【0060】

エンドエフェクタ３００による作業中に、検出結果によっては、パラレルリンク機構２００を大きく動かす必要がある。このとき、検出結果から計算される制御点の望ましい姿勢が、パラレルリンク機構２００の可動範囲外である場合は、作業中にアーム機構１００を動かす必要がある。この場合は、パラレルリンク機構２００による姿勢の調整が中止され、アーム機構１００が動作した後、再度パラレルリンク機構２００によって制御点の姿勢が調整される。パラレルリンク機構２００の動作回数を減らすため、制御点を作業姿勢に設定する前に、アーム機構１００を動かして制御点の姿勢を補正姿勢に設定しても良い。

【0061】

例えば、補正動作では、作業対象Ｏに対して制御点の姿勢が所定の第１状態となるように、制御点の姿勢が補正される。第１状態において制御点の姿勢を作業姿勢に設定するために必要な変位量は、第１姿勢から作業姿勢までの変位量よりも小さい。第１状態は、パラレルリンク機構２００による制御点の姿勢の調整後においても、パラレルリンク機構２００による可動範囲が広くなるように決定されることが好ましい。

【0062】

一方で、作業対象Ｏに対して制御点の姿勢を設定すると、図６（ｂ）に表したように、一部の回転軸が直線状に並び、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍となる可能性がある。このため、補正動作において、制御装置５００は、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍から外れるように、補正姿勢を設定する。

【0063】

具体的には、制御装置５００は、第１動作の後に、作業対象Ｏに対して第１状態となる制御点の姿勢を計算する。制御装置５００は、計算された姿勢において、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍にあるか判定する。先端部の姿勢が特異点近傍にないときには、制御装置５００は、制御点の姿勢を第１状態に設定する。先端部の姿勢が特異点近傍にあるときには、制御装置５００は、作業対象Ｏに対する制御点の姿勢が第２状態となるように、制御点の姿勢を補正する。第２状態は、第１状態に比べて、作業姿勢までの変位量が大きい。

【0064】

具体的には、第２状態において制御点の姿勢を作業姿勢に設定するために必要な変位量は、第１姿勢から作業姿勢までの変位量よりも小さい。第２状態において制御点の姿勢を作業姿勢に設定するために必要な変位量は、第１状態において制御点の姿勢を作業姿勢に設定するために必要な変位量よりも大きい。

【0065】

アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍から外れるように補正が実行された結果、例えば図７（ａ）に表したように、作業対象Ｏに対する制御点の姿勢が第２状態に設定される。その後、制御装置５００は、図７（ｂ）に表したように、パラレルリンク機構２００を動かして制御点の姿勢を作業姿勢に設定する。

【0066】

この動作によれば、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍となることを回避しつつ、作業中には、検出結果に基づく制御点の姿勢の調整にはパラレルリンク機構２００のみで対応し易くなる。

【0067】

図８及び図９は、実施形態に係るロボットシステムの動作を表すフローチャートである。
図８は、図５（ａ）～図５（ｃ）に表した動作を示す。まず、制御装置５００は、第１動作（第１ステップ）を実行する（ステップＳ１）。第１動作では、アーム機構１００が動作し、制御点の姿勢が所定の第１姿勢に設定される。制御装置５００は、計算処理（計算ステップ）を実行する（ステップＳ２）。計算処理では、検出器４００の検出結果に基づき、作業姿勢までの制御点の姿勢の変位量が計算される。制御装置５００は、判定処理（判定ステップ）を実行する（ステップＳ３）。判定処理では、変位量が、可動部２２０の可動範囲内であるか判定される。

【0068】

変位量が可動範囲内であるとき、制御装置５００は、第２動作（第２ステップ）を実行する（ステップＳ４）。第２動作では、検出器４００の検出結果に基づいてパラレルリンク機構２００が動作し、制御点の姿勢が作業姿勢に設定される。変位量が可動範囲外であるとき、制御装置５００は、補正動作（補正ステップ）を実行する（ステップＳ５）。補正動作では、アーム機構１００が動作し、制御点の姿勢が作業姿勢に近づく。その後、第２動作が実行される。

【0069】

制御装置５００は、作業を実行する（ステップＳ６）。作業は、エンドエフェクタ３００を用いて実行される。作業中は、検出器４００の検出結果に基づいて、制御点の姿勢が調整される。検出結果に基づく姿勢の調整は、パラレルリンク機構２００により実行される。

【0070】

図９は、図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、及び図７（ｂ）に表した動作を示す。制御装置５００は、第１動作を実行し（ステップＳ１）、計算処理を実行する（ステップＳ２）。計算処理では、検出器４００の検出結果に基づき、作業対象Ｏに対して第１状態となる制御点の姿勢を計算する。制御装置５００は、判定処理を実行する（ステップＳ３）。判定処理では、第１状態において、アーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍にあるか判定される。

【0071】

第１状態においてアーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍にないとき、制御装置５００は、第１補正動作を実行する（ステップＳ５１）。第１補正動作では、アーム機構１００が動作し、作業対象Ｏに対する制御点の姿勢が第１状態に設定される。第１状態においてアーム機構１００の先端部の姿勢が特異点近傍にあるとき、制御装置５００は、第２補正動作を実行する（ステップＳ５２）。第２補正動作では、アーム機構１００が動作し、作業対象Ｏに対する制御点の姿勢が第２状態に設定される。第１補正動作又は第２補正動作の後、制御装置５００は、第２動作を実行し（ステップＳ４）、作業を実行する（ステップＳ６）。

【0072】

図１０は、実施形態に係るロボットシステムのエンドエフェクタを表す斜視図である。
図１０を参照して、実施形態に係るロボットシステム１に用いられるエンドエフェクタ３００の一例について説明する。図１０に表した例では、エンドエフェクタ３００として、検査器３１０及び塗布装置３２０が設けられている。この例では、作業対象Ｏは溶接された部材であり、作業として検査が実行される。また、制御点は、検査器３１０の先端に設定される。

【0073】

検査器３１０は、溶接部を検査するための複数の超音波センサを含む。塗布装置３２０は、カプラントを溶接部の上面に塗布する。カプラントは、検査器３１０と検査対象との間で超音波の音響的整合をとるために用いられる。カプラントは、液体でも良いし、ゲル状でも良い。この例では、検出器４００としてのカメラが、検査器３１０及び塗布装置３２０に隣接して設けられている。検出器４００は、溶接された部材を撮影し、画像を取得する。検出器４００は、画像から溶接痕を抽出し、溶接部の位置を検出する。

【0074】

図１１は、検査器先端の内部構造を表す斜視図である。
検査器３１０先端の内部には、図１１に表したマトリクスセンサ３１１が設けられている。マトリクスセンサ３１１は、複数の超音波センサ３１２を含む。超音波センサ３１２は、例えば、トランスデューサである。複数の超音波センサ３１２は、互いに交差する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って配列されている。この例では、Ｘ方向とＹ方向は、直交している。なお、複数の超音波センサ３１２が配列されるＸ方向及びＹ方向は、制御点の位置を示す座標系のＸ方向及びＹ方向と対応していても良いし、対応していなくても良い。

【0075】

制御装置５００は、パラレルリンク機構２００を動かし、Ｘ方向及びＹ方向を含む面と交差するＺ方向に沿って検査器３１０を移動させる。制御装置５００は、検査器３１０を検査対象に接触させ、溶接部を検査する。

【0076】

図１１は、部材５を検査する様子を表している。部材５は、金属板５１（第１部材）と金属板５２（第２部材）が、溶接部５３においてスポット溶接されて作製されている。溶接部５３では、金属板５１の一部と金属板５２の一部が溶融し、混ざり合って凝固した凝固部５４が形成されている。それぞれの超音波センサ３１２は、カプラント５５が塗布された部材５に向けて超音波ＵＳを送信し、部材５からの反射波ＲＷを受信する。

【0077】

より具体的な一例として、図１１に表したように、１つの超音波センサ３１２が溶接部５３に向けて超音波ＵＳを送信する。超音波ＵＳの一部は、部材５の上面または下面などで反射される。複数の超音波センサ３１２のそれぞれは、この反射波ＲＷを受信（検出）する。それぞれの超音波センサ３１２が順次超音波ＵＳを送信し、それぞれの反射波ＲＷを複数の超音波センサ３１２で受信することで、部材５の溶接部５３近傍を、２次元的に検査する。

【0078】

図１２は、検査器による検査方法を説明するための模式図である。
図１２（ａ）に表したように、超音波ＵＳの一部は、金属板５１の上面５ａまたは溶接部５３の上面５ｂで反射される。超音波ＵＳの別の一部は、部材５に入射し、金属板５１の下面５ｃまたは溶接部５３の下面５ｄで反射する。

【0079】

上面５ａ、上面５ｂ、下面５ｃ、及び下面５ｄのＺ方向における位置は、互いに異なる。すなわち、これらの面と超音波センサ３１２との間のＺ方向における距離が、互いに異なる。超音波センサ３１２が、これらの面からの反射波を受信すると、反射波の強度のピークが検出される。超音波ＵＳを送信した後、各ピークが検出されるまでの時間を算出することで、どの面で超音波ＵＳが反射されているか調べることができる。

【0080】

図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は、超音波ＵＳを送信した後の時間と、反射波ＲＷの強度と、の関係を例示するグラフである。ここでは、反射波ＲＷの強度を絶対値で表している。図１２（ｂ）のグラフは、金属板５１の上面５ａ及び下面５ｃからの反射波ＲＷの受信結果を例示している。図１２（ｃ）のグラフは、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄからの反射波ＲＷの受信結果を例示している。

【0081】

図１２（ｂ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ１は、上面５ａからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ２は、下面５ｃからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ１及びピークＰｅ２が検出された時間は、それぞれ、金属板５１の上面５ａ及び下面５ｃのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ１が検出された時間とピークＰｅ２が検出された時間との時間差ＴＤ１は、上面５ａと下面５ｃとの間のＺ方向における距離Ｄｉ１に対応する。

【0082】

同様に、図１２（ｃ）のグラフにおいて、１回目のピークＰｅ３は、上面５ｂからの反射波ＲＷに基づく。２回目のピークＰｅ４は、下面５ｄからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ３及びピークＰｅ４が検出された時間は、それぞれ、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄのＺ方向における位置に対応する。ピークＰｅ３が検出された時間とピークＰｅ４が検出された時間との時間差ＴＤ２は、上面５ｂと下面５ｄとの間のＺ方向における距離Ｄｉ２に対応する。

【0083】

制御装置５００は、隣り合うピークの時間差から、溶接部５３近傍の各点が溶接されているか検査する。また、溶接部５３の上面５ｂ及び下面５ｄは、金属板５１の上面５ａに対して傾斜していることがある。これは、溶接部５３が凝固部５４を含むことや、溶接の過程における形状の変形などに基づく。この場合、上面５ｂ又は下面５ｄに対して平均的に垂直な方向に沿って超音波ＵＳが送信されることが望ましい。これにより、上面５ｂ及び下面５ｄにおいてより強く超音波が反射され、検査の精度を向上させることができる。

【0084】

図１３は、実施形態に係るロボットシステムによる検査の流れを表すフローチャートである。
まず、制御装置５００は、第１動作を実行する（ステップＳ１）。検出器４００は、部材５を撮影し、取得した画像から溶接部５３の位置を検出する（ステップＳ１１）。制御装置５００は、第２動作を実行する（ステップＳ４）。これにより、検査器３１０及び塗布装置３２０の姿勢が調整される。ステップＳ１１とＳ４との間に、図８又は図９に表した計算処理、判定処理、及び補正動作が実行されても良い。

【0085】

塗布装置３２０は、カプラント５５を溶接部５３に塗布する（ステップＳ１２）。制御装置５００は、パラレルリンク機構２００を動かし、溶接部５３が検出された位置に検査器３１０を接触させる（ステップＳ１３）。検査器３１０が溶接部５３に接触した状態で、制御装置５００は、溶接部５３を検査する（ステップＳ１４）。

【0086】

具体的には、複数の超音波センサ３１２が、溶接部５３を含む部材５に向けて超音波ＵＳを送信し、反射波ＲＷを受信する。検査器３１０は、反射波の受信結果を制御装置５００に送信する。制御装置５００は、受信結果から、溶接部５３に対する検査器３１０の傾きを計算する。制御装置５００は、計算結果に基づき、その傾きが小さくなるように、パラレルリンク機構２００を動かして検査器３１０の先端の姿勢を調整する。

【0087】

検査器３１０の姿勢の調整後、複数の超音波センサ３１２は、超音波ＵＳを再度送信し、反射波ＲＷを受信する。制御装置５００は、この反射結果に基づき、溶接部５３が適切に溶接されているか判定する。これにより、溶接部５３の検査が完了する。制御装置５００は、未検査の溶接部５３があるか判定する（ステップＳ１５）。未検査の溶接部５３が無い場合、動作を終了する。未検査の溶接部５３がある場合、制御装置５００は、未検査の溶接部５３に対して第１動作を再度実行する。

【0088】

以下では、傾きの算出方法について具体的な一例を説明する。
図１４は、検査における傾きの計算方法を説明するための図である。
図１５及び図１６は、検査において得られた画像の一例である。

【0089】

図１５は、反射波の検出結果に基づいて描写される３次元のボリュームデータである。図１６（ａ）は、図１５に表したボリュームデータにおける溶接部５３の表面を表す。図１６（ｂ）は、図１５に表したボリュームデータにおける溶接部５３近傍のＹ－Ｚ断面を表す。図１６（ｃ）は、図１５に表したボリュームデータにおける溶接部５３近傍のＸ－Ｚ断面を表す。図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）では、上側が溶接部５３の表面で、下向きに深さ方向のデータが示されている。輝度が高い部分は、超音波の反射強度が大きい部分である。超音波は、溶接部５３の底面、未接合の部材同士の間の面などで強く反射される。

【0090】

検査器３１０の傾きは、図１４に表した、溶接部５３に垂直な方向５３ａと、検査器３１０の方向３１０ａと、の間の角度に対応する。この角度は、Ｘ方向まわりの角度θｘと、Ｙ方向まわりの角度θｙと、によって表される。検査器３１０の方向３１０ａは、超音波センサ３１２の配列方向に対して垂直である。

【0091】

角度θｘは、図１６（ｂ）に表したように、Ｙ－Ｚ断面での検出結果に基づいて算出される。角度θｙは、図１６（ｃ）に表したように、Ｘ－Ｚ断面での検出結果に基づいて算出される。制御装置５００は、各断面について，３次元の輝度勾配の平均を角度θｘ及びθｙとして算出する。制御装置５００は、算出した角度θｘ及びθｙを、検査器３１０の傾きとして、記憶装置５１０に記憶する。

【0092】

ここでは、制御装置５００が、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００を制御し、検査に関する処理を実行する例を説明した。この例に限らず、アーム機構１００及びパラレルリンク機構２００を制御する制御装置と、検査に関する処理を実行する別の制御装置と、が設けられても良い。検査に関する処理は、ネットワークを介して別の制御装置又は処理装置により実行されても良い。

【0093】

以上では、ロボットシステム１が、６自由度を有する垂直多関節のアーム機構１００を含む例を説明した。この例に限らず、アーム機構１００は、４自由度以上を有していれば良い。４自由度以上であれば、アーム機構１００による制御点の大まかな姿勢の調整後に、パラレルリンク機構２００を用いて制御点の細かな姿勢を調整できる。又は、４自由度以上を有する水平多関節のアーム機構１００が設けられても良い。いずれの形態においても、パラレルリンク機構２００を用いて制御点の姿勢を調整することで、フィードバック制御により制御点の姿勢を調整する場合においても、不安定な動作の発生を抑制できる。

【0094】

実施形態は、以下の構成を含む。
（構成１）
多関節のアーム機構と、
前記アーム機構の先端部に取り付けられる固定部、及び、
複数の並列なリンクを介して前記固定部に取り付けられ、前記固定部に対して可動な可動部、
を含むパラレルリンク機構と、
前記可動部に取り付けられ、作業対象への作業を実行するエンドエフェクタと、
前記可動部と前記作業対象との間の位置の関係又は向きの関係を検出するための検出器と、
前記アーム機構及び前記パラレルリンク機構を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記エンドエフェクタによる作業時には、前記検出器による検出結果に基づき、前記パラレルリンク機構を動かして前記エンドエフェクタの姿勢を調整する、ロボットシステム。

【0095】

以上で説明したロボットシステム、ロボットシステムの制御方法、又は制御装置を用いることで、フィードバック制御によりエンドエフェクタ３００の姿勢を調整する場合においても、不安定な動作の発生を抑制できる。また、ロボットシステムの制御装置に、上述した制御方法を実行させるプログラムを用いることで、同様の効果を得ることができる。

【0096】

上記の種々のデータの処理は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク及びハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、または、他の記録媒体に記録されても良い。

【0097】

例えば、記録媒体に記録されたデータは、コンピュータ（または組み込みシステム）により読み出されることが可能である。記録媒体において、記録形式（記憶形式）は任意である。例えば、コンピュータは、記録媒体からプログラムを読み出し、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させる。コンピュータにおいて、プログラムの取得（または読み出し）は、ネットワークを通じて行われても良い。

【0098】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0099】

１ ロボットシステム、 １００ アーム機構、 １１０ リンク、 １２１～１２６ 回転軸、 １３０ 基台、 ２００ パラレルリンク機構、 ２１０ 固定部、 ２１１ 孔、 ２２０ 可動部、 ２２１ 孔、 ２３０，２３０ａ～２３０ｄ リンク、 ２４０，２４０ａ～２４０ｄ アクチュエータ、 ２４１ 回転軸、 ２５０ 第１ジョイント部材、 ２５１，２５２ 継手、 ２６０ 第２ジョイント部材、 ２６１ ボール、 ２６２ ソケット、 ２７０，２７０ａ～２７０ｄ 回動アーム、 ２７１ 第１部分、 ２７２ 第２部分、 ２７３ 屈曲部、 ３００ エンドエフェクタ、 ３１０ 検査器、 ３１１ マトリクスセンサ、 ３１２ 超音波センサ、 ３２０ 塗布装置、 ４００ 検出器、 ５００ 制御装置、 ５１０ 記憶装置、 ５２０ 入力装置、 ５３０ 出力装置、 Ｏ 作業対象

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】