特許 7493816 ロボット、システム、方法及びプログラム

(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】2024-05-24

(45)【発行日】2024-06-03

(54)【発明の名称】ロボット、システム、方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/16 20060101AFI20240527BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20240527BHJP

【ＦＩ】

B25J9/16

B25J5/00 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021566660

(86)(22)【出願日】2019-12-25

(86)【国際出願番号】 JP2019050969

(87)【国際公開番号】W WO2021130929

(87)【国際公開日】2021-07-01

【審査請求日】2022-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】315014671

【氏名又は名称】東京ロボティクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098899

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 信市

(74)【代理人】

【識別番号】100163865

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 健

(72)【発明者】

【氏名】松尾 雄希

(72)【発明者】

【氏名】坂本 義弘

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１１１７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５８４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３７３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２７７１６２（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】

１又は複数の動作部を含む機能単位を複数備えたロボットであって、
直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれに対して、力制御の対象として前記機能単位のうちのいずれか１つが対応付けられ、それにより各前記並進軸及び／又は回転軸に対して２つ以上の前記機能単位が同時に設定されることがないよう構成された設定情報を記憶する、設定情報記憶部と、
前記設定情報に基づいて、力制御の対象とされた前記機能単位において、各前記並進軸及び／又は回転軸方向に関して力制御を行うよう設定する、設定部と、
を備えるロボット。

【請求項2】

前記設定情報に関する入力を受け付ける入力受付部をさらに備える、請求項１に記載のロボット。

【請求項3】

前記入力受付部は、さらに、
複数の前記並進軸及び／又は回転軸について一括して設定する一括設定部を備える、請求項２に記載のロボット。

【請求項4】

前記設定情報は、さらに、前記直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれに対して、前記力制御に係る制御パラメータが対応付けられて構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のロボット。

【請求項5】

前記設定情報記憶部は、さらに、
前記ロボットの行うタスク毎に前記設定情報を記憶する、タスク用設定情報記憶部を備え、
前記設定部は、さらに、
前記タスクに応じて前記タスク毎の設定情報を読み出して設定を行う、自動設定部を備える、請求項１に記載のロボット。

【請求項6】

前記設定部は、
前記直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれにおいて、前記設定情報において力制御の対象とされなかった前記機能単位に係る各前記動作部については固定制御を行う、請求項１に記載のロボット。

【請求項7】

前記固定制御は、高剛性となる制御パラメータを用いた力制御、又は、位置制御により実現される、請求項６に記載のロボット。

【請求項8】

前記機能単位は、前記ロボットの移動に用いられる移動用動作部と、前記ロボットのマニピュレータを動作させるマニピュレータ用動作部と、を含む、請求項１に記載のロボット。

【請求項9】

前記移動用動作部は、全方位移動台車である、請求項８に記載のロボット。

【請求項10】

前記機能単位は、さらに、前記マニピュレータの昇降に用いられる昇降用動作部を含む、請求項８に記載のロボット。

【請求項11】

前記マニピュレータの先端には、把持機構部が備えられ、
前記力制御は、前記把持機構部に作用する外力に基づいて行われる、請求項８に記載のロボット。

【請求項12】

１又は複数の動作部を含む機能単位を複数備えたロボットシステムであって、
直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれに対して、力制御の対象として前記機能単位のうちのいずれか１つが対応付けられ、それにより各前記並進軸及び／又は回転軸に対して２つ以上の前記機能単位が同時に設定されることがないよう構成された設定情報を記憶する、設定情報記憶部と、
前記設定情報に基づいて、力制御の対象とされた前記機能単位において、各前記並進軸及び／又は回転軸方向に関して力制御を行うよう設定する、設定部と、
を備えるロボットシステム。

【請求項13】

１又は複数の動作部を含む機能単位を複数備えたロボットの制御方法であって、
直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれに対して、力制御の対象として前記機能単位のうちのいずれか１つが対応付けられ、それにより各前記並進軸及び／又は回転軸に対して２つ以上の前記機能単位が同時に設定されることがないよう構成された設定情報を記憶する、設定情報記憶ステップと、
前記設定情報に基づいて、力制御の対象とされた前記機能単位において、各前記並進軸及び／又は回転軸方向に関して力制御を行うよう設定する、設定ステップと、
を備える制御方法。

【請求項14】

１又は複数の動作部を含む機能単位を複数備えたロボットの制御プログラムであって、
直交座標系を構成する並進軸及び／又は回転軸のそれぞれに対して、力制御の対象として前記機能単位のうちのいずれか１つが対応付けられ、それにより各前記並進軸及び／又は回転軸に対して２つ以上の前記機能単位が同時に設定されることがないよう構成された設定情報を記憶する、設定情報記憶ステップと、
前記設定情報に基づいて、力制御の対象とされた前記機能単位において、各前記並進軸及び／又は回転軸方向に関して力制御を行うよう設定する、設定ステップと、を備える制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、ロボット、特に力制御されるロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ロボットの挙動を力制御する技術が普及しつつあり、特に、インピーダンス制御を用いたロボットが普及しつつある（例えば、特許文献１）。インピーダンス制御によれば、外力を元に、慣性、粘性及び剛性に基づいた滑らかな力制御を行うことができるので、外力に馴染むような動作を実現することができる。そのため、ロボットへと適用することで、位置制御により発生する誤差の吸収や、人間共存環境下での安全性の向上等を実現することができる。

【0003】

一方、近年、モバイルマニピュレータ等の多機能ロボットの実用化が検討されている。例えば、モバイルマニピュレータによれば、ロボットが工場内等を移動して物体操作することができるので、工場の自動化をさらに進めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－２７７１６２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、モバイルマニピュレータのような多機能ロボットにおいては、各機能を担う動作部をどのように制御すべきか、特に、どの動作部に力制御を適用するかについて確立した設計論はなく、従前、機能性、安全性等の観点から十分な検討がなされていなかった。

【0006】

例えば、モバイルマニピュレータは、マニピュレータと移動台車とから構成される。このとき、マニピュレータにおいては倣い動作による位置誤差の吸収等や安全性の観点から力制御が採用されることがある。この場合において、移動台車の移動動作部まで一律に力制御としてしまうと、例えば、マニピュレータによる物体の把持動作等の最中にその反力で移動台車が予期せず動いてしまう可能性等がある。この場合、物体把持等のロボットの機能が失われ、また、環境との衝突等の可能性から安全性を確保することができない。

【0007】

また、例えば、力制御とした状態で多関節マニピュレータに対して動作のティーチングを行う場合、適切な制御方式の設定がされていないと、予期せぬ関節が動いてしまったり、或いは、予期する関節が動かなかったりする可能性がある。この場合、適切なティーチングができず機能性が失われるばかりか、教示者の安全を確保することもできない。

【0008】

さらに、多機能ロボットにおいては、タスクに応じて力制御とすべき動作部が異なる場合がある。例えば、モバイルマニピュレータの移動中においては、衝突時の安全の観点から移動部については力制御とすることが好ましい。一方、物体の載置タスク等を行う場合には、安全性等の観点から、移動部については固定し、マニピュレータを力制御とすることが望ましい。すなわち、これらの配慮がなされなければ安全性の確保ができない。

【0009】

本発明は、上述の技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数の動作部を有するロボットに対してその用途やタスク等に応じて適切に力制御を適用することにより、安全性の高いロボットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述の技術的課題は、以下の構成を有するロボット、システム、方法及びプログラムにより解決することができる。

【0011】

すなわち、本発明に係るロボットは、複数の動作部を備えたロボットであって、前記動作部のうち力制御により制御される前記動作部に関する情報を含む設定情報を記憶する、設定情報記憶部と、前記設定情報に基づいて、対応する前記動作部を力制御とする設定を行う、設定部と、を備えている。

【0012】

このような構成によれば、設定情報に基づいて力制御を行う動作部を適切に設定することが出来るので、例えば、ロボットの用途やタスク等に応じて所定の動作部を力制御としたり、予期せぬ部位が力制御により動作すること又は動作しないことを防止すること等ができる。すなわち、これにより、ロボットの安全性を高めることができる。

【0013】

なお、この場合において、動作部は、アクチュエータ等の個別の動作部品単位であってもよいし、所定の機能等何らかのまとまりを構成する複数の動作部から成る動作部群であってもよい。

【0014】

前記設定情報は、さらに、固定される前記動作部に関する情報を含む、ものであってもよい。

【0015】

前記動作部を固定する制御は、位置制御により実現される、ものであってもよい。

【0016】

前記設定情報に関する入力を受け付ける入力受付部をさらに備える、ものであってもよい。

【0017】

前記設定情報は、前記ロボットに対して設定される並進軸及び／又は回転軸毎に設定される、ものであってもよい。

【0018】

各前記並進軸及び／又は回転軸に対して、一の動作部が、力制御により制御される動作部として設定される、ものであってもよい。

【0019】

前記入力受付部は、さらに、複数の前記並進軸及び又は回転軸について一括して設定する一括設定部を備える、ものであってもよい。

【0020】

前記一括設定は、所定の機能を構成する動作群単位で行われる、ものであってもよい。

【0021】

前記入力受付部は、さらに、前記並進軸及び／又は回転軸毎に、力制御の制御パラメータに関する入力を受け付けるパラメータ入力受付部を備える、ものであってもよい。

【0022】

前記力制御は、インピーダンス制御であり、前記制御パラメータは、慣性、粘性及び剛性を示すインピーダンスパラメータであってもよい。なお、ここで、インピーダンス制御は、外力に対する応答特性を制御するものであって、所謂、広義のインピーダンス制御である。従って、例えば、位置を入力として力を出力する狭義のインピーダンス制御や、力を入力として位置を出力するアドミッタンス制御を含むものである。

【0023】

前記設定情報記憶部は、さらに、前記ロボットの行うタスク毎に前記設定情報を記憶する、タスク用設定情報記憶部を備え、前記設定部は、さらに、前記タスクに応じて前記タスク毎の設定情報を読み出して設定を行う、自動設定部を備える、ものであってもよい。

【0024】

前記動作部は、前記ロボットの移動に用いられる移動用動作部と、前記ロボットのアームに備えられるアーム用動作部と、前記アームの昇降に用いられる昇降用動作部を含む、ものであってもよい。

【0025】

本発明はシステムとしても観念することができる。すなわち、本発明に係るシステムは、複数の動作部を備えたロボットシステムであって、前記動作部のうち力制御により制御される前記動作部に関する情報を含む設定情報を記憶する、設定情報記憶部と、前記設定情報に基づいて、対応する前記動作部を力制御とする設定を行う、設定部と、を備えている。

【0026】

本発明は方法としても観念することができる。すなわち、本発明に係る方法は、複数の動作部を備えたロボットの制御方法であって、前記動作部のうち力制御により制御される前記動作部に関する情報を含む設定情報を記憶する、設定情報記憶ステップと、前記設定情報に基づいて、対応する前記動作部を力制御とする設定を行う、設定ステップと、を備えている。

【0027】

本発明はコンピュータプログラムとしても観念することができる。すなわち、本発明に係るコンピュータプログラムは、複数の動作部を備えたロボットの制御プログラムであって、前記動作部のうち力制御により制御される前記動作部に関する情報を含む設定情報を記憶する、設定情報記憶ステップと、前記設定情報に基づいて、対応する前記動作部を力制御とする設定を行う、設定ステップと、を備えている。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、複数の動作部を有するロボットに対してその用途やタスク等に応じて適切に力制御を適用することにより、安全性の高いロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、ロボットの外観図である。

【図2】図２は、ロボットの制御系に関するハードウェアブロック図である。

【図3】図３は、インピーダンス制御に関する機能ブロック図である。

【図4】図４は、直接教示の手順に関するゼネラルフローチャートである。

【図5】図５は、インピーダンス制御に係る設定処理に関する詳細フローチャートである。

【図6】図６は、簡易設定モード処理に関する詳細フローチャートである。

【図7】図７は、受付画面の表示例について示す説明図（その１）である。

【図8】図８は、インピーダンス制御テーブルの概念図である。

【図9】図９は、詳細設定モード処理に関する詳細フローチャートである。

【図10】図１０は、受付画面の表示例について説明図（その２）である。

【図11】図１１は、直接教示が行われるロボットの動作に関する詳細フローチャートである。

【図12】図１２は、工場内におけるロボットのタスクに関する説明図である。

【図13】図１３は、タスクとインピーダンステーブルとの対応関係について示す表である。

【図14】図１４は、テーブル１及び３の概念図である。

【図15】図１５は、テーブル２の概念図である。

【図16】図１６は、ロボットの動作に関するゼネラルフローチャートである。

【図17】図１７は、部品のピックアップの実行処理に関する詳細フローチャートである。

【図18】図１８は、移動タスクの実行処理に関する詳細フローチャートである。

【図19】図１９は、部品の載置タスクの実行処理に関する詳細フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の好適な実施の形態について添付の図を参照しつつ説明する。

【0031】

（１．第１の実施形態）
（１．１ 構成）
まず、図１～図３を参照しつつ、本実施形態に係るロボット１００の構成について説明する。

【0032】

図１は、本実施形態に係るロボット１００の外観図である。同図から明らかな通り、ロボット１００は、その底部に備える台車部１５から鉛直上方向に延びる昇降動作部１１を有し、昇降動作部１１の天面にはロボット頭部１８が設けられ、昇降動作部１１の前面にはロボットアーム８が昇降可能な態様で設けられている。

【0033】

台車部１５は、図示しない複数の動作部を備えており２次元平面（Ｘ－Ｙ平面）上の全方位に移動可能に構成されている。また、鉛直上向きの軸Ｒｚ周りに回転可能に構成されている。

【0034】

昇降動作部１１は、鉛直（Ｚ軸）方向に上下動するスライド動作部を備えている。ロボットアーム８は、その付け根が前記スライド動作部の前面と連結されており、鉛直上下方向にスライド可能に構成されている。

【0035】

ロボット頭部１８は、ロボット１００の左右の目に相当する部位に一対のカメラ１８１を備えており、首は、鉛直軸及び水平軸周りに回転可能に構成されている。同カメラ１８１により、環境や対象物、手先位置等に関する画像を取得することができる。

【0036】

ロボットアーム８は、アクチュエータを内部に備えた複数の関節ユニットを連結することにより構成されており、７関節（７自由度）のロボットアーム８である。また、ロボットアーム８の先端には平行開閉式のグリッパが備え付けられている。

【0037】

図２は、ロボット１００の制御系に関するハードウェアブロック図である。同図から明らかな通り、ロボット１００の内部において、制御部１、記憶部２、表示部３、入力部４、通信部５、アーム制御部７、昇降動作部１１制御部９、台車部１３、及び頭部制御部１７とが互いにバスを介して接続されている。

【0038】

制御部１は、ＣＰＵ等の制御装置であり、各種プログラムを読み出して後述の様々な動作を実現する処理の実行を行う。記憶部２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリであり、各種プログラムやデータを記憶する。表示部３は、ロボットに備えられた図示しないディスプレイ等と接続されて各種の画像を表示する。入力部４は、ロボットに備えられた図示しないボタン、タッチパネル等の入力装置からの入力の処理を行う。通信部５は、有線又は無線の通信ユニットであり、外部装置との間の通信に関する処理を行う。

【0039】

アーム制御部７は、制御部１からの指令に応じてロボットアーム８に備えられたアクチュエータを駆動する処理を行う。昇降動作部９は、制御部１からの指令に応じて昇降動作部１１に備えられたアクチュエータを駆動する処理を行う。台車部制御部１３は、制御部１からの指令に応じて台車部１５に備えられた車輪を駆動する処理を行う。頭部制御部１７は、制御部１からの指令に応じて頭部１８に備えられたアクチュエータとカメラ１８１を駆動する処理を行う。

【0040】

また、後述するように、本実施形態においては、一部の動作部について力制御、特にインピーダンス制御を行うことがある。特に、本実施形態においては、インピーダンス制御の一例として、力を入力として位置を出力するアドミッタンス制御の例が示される。なお、本実施形態においては、アドミッタンス制御が例示されるものの、本発明はこのような構成に限定されない。すなわち、外力に対する応答特性を制御する、所謂、広義のインピーダンス制御であればよく、従って、例えば、位置を入力として力を出力する狭義のインピーダンス制御等も含むものである。

【0041】

図３は、例として、台車部１３、昇降動作部９及びアーム制御部７に対してインピーダンス制御を行うときの機能ブロック図である。同図から明らかな通り、制御パラメータ設定部１０１は、記憶部２等からインピーダンスパラ―メータを読み出し、インピーダンス制御部１０２へと設定する処理を行う。

【0042】

インピーダンスパラメータとは、慣性（Ｍ）、粘性（Ｄ）、及び剛性（Ｋ）から成るパラメータであり、ロボット１００に働く外力Ｆｅｘｔとの関係において以下の通り表される。

【数1】

【0043】

インピーダンス制御部１０２は、各種動作部においてセンシングされた位置又は姿勢情報と外力情報に基づいて、各動作部への指令値を生成する。

【0044】

台車部１５においては、車輪角度と、ＩＭＵ値、すなわち、角速度と加速度を検出した値が検出され、位置演算部１０５にてデカルト座標系における台車部１５の位置座標へと変換される。変換された位置座標はインピーダンス制御部１０２へと提供される。

【0045】

昇降動作部１１においては、昇降動作部１１のスライド動作部に備えられた位置検出センサから昇降動作部１１のデカルト座標系における位置座標が算出され、インピーダンス制御部１０２へと提供される。

【0046】

ロボットアーム８においては、ロボットアーム８の各関節において取得された関節角度情報は、順運動学処理部１０７において、ロボットアームの手先位置情報に変換されて、インピーダンス制御部１０２へと提供される。また、ロボットアーム８の各関節に備えられたトルクセンサにより関節トルクを検出し、当該検出された関節トルクは外力演算部１０８へと提供される。外力演算部１０８は、各関節トルクに基づいて、デカルト座標系における外力を算出し、インピーダンス制御部１０２へと提供する。

【0047】

インピーダンス制御部１０２は、取得した位置又は姿勢座標情報を統合してデカルト座標系におけるロボットアーム８の手先位置を算出する。この手先位置と設定されたインピーダンスパラメータに基づいて、各動作部への位置指令値を生成し、逆運動学処理部１０３へと提供する。逆運動学処理部１０３は、位置指令値に基づいて各動作部の位置指令値及び関節角度等を算出し、各動作部の制御部、すなわち、台車部制御部１３、昇降動作部制御部９及びアーム制御部７へと提供する。このような一連の動作を繰り返してインピーダンス制御が行われることとなる。

【0048】

なお、本発明は本実施形態に記載のハードウェア構成に限定されない。従って、一部の機能を統合したり分割する等してもよい。また、ハードウェア的に一部機能を分割してもよい。例えば、ロボットと接続された情報処理装置やワークステーション等を利用して、力制御に関する種々の設定等を行ってもよい。さらに、一部の機能をネットワークを介して提供するような構成としてもよい。

【0049】

（１．２ 動作）
次に、図４～図１１を参照しつつ、本実施形態に係るロボット１００の動作について説明する。本実施形態においては、ロボット１００に対して動作の直接教示（ダイレクトティーチング）を行う場合の例について示す。

【0050】

図４は、ロボット１００に対して直接教示を行うための手順に関するゼネラルフローチャートである。同図から明らかな通り、ユーザは、まず、インピーダンス制御に関する設定処理を行う（Ｓ１）。その後、ユーザは、インピーダンス制御に関する設定処理が完了次第、ロボットへと直接教示を行う（Ｓ３）。

【0051】

図５は、インピーダンス制御に関する設定処理が行われる際のロボット１００の動作に関する詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、モードに関する入力を受け付ける処理が行われる（Ｓ１１）。この状態において、簡易設定モード又は詳細設定モードのいずれかが選択されると、それぞれのモードへと移行する。すなわち、簡易設定モードが選択された場合には、簡易設定モード処理が実行され（Ｓ１３）、一方、詳細設定モードが選択された場合には、詳細設定モード処理が実行される（Ｓ１５）。

【0052】

これらのいずれのモードを選択した場合であっても、入力されたパラメータ等の設定を保存して（Ｓ１７）、処理は終了する。

【0053】

図６～図８は、簡易設定モード処理に関する図である。

【0054】

図６は、簡易設定モード処理の詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、受付画面の表示処理がなされると共に入力の受付処理が行われる。

【0055】

図７は、受付画面の表示例について示す説明図である。受付画面は、インピーダンス制御を希望する動作部の一覧について示す動作部表示列２２と、それらを選択するための選択ボックスから成る選択ボックス列２１とから構成されている。同図の例にあっては、動作部として、ロボットアーム８を表す「アーム」、昇降動作部１１を表す「昇降動作部」及び台車部１５を表す台車部が表示されている。また、同図右下には決定ボタン２４が表示されている。

【0056】

図６に戻り、入力受付処理の結果、所定の動作部が選択された場合、選択結果に応じた所定の分岐処理が行われ（Ｓ１３２）、当該動作部をインピーダンス制御の対象とする処理が行われる（Ｓ１３２）。例えば、図７においては、台車部１５に対応する選択ボックス２１１がチェックされているので、この状態で決定ボタン２４が選択されると、「台車部」が選択されたものとして台車部１５をインピーダンス制御の対象とする処理（Ｓ１４１～Ｓ１４３）が行われる。

【0057】

すなわち、デカルト座標系の各軸のうち、台車部１５の有する自由度、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｒｚ軸と一致する軸をインピーダンス制御の対象として設定する処理を行う（Ｓ１４１）。また、台車部１５の有する自由度と一致しない軸についてはインピーダンス制御の対象とせずに固定する処理を行う（Ｓ１４２）。この固定処理は、本実施形態においては、現在の所定姿勢を維持する位置制御である。なお、この固定処理は本実施形態に限定されるものでなく、例えばインピーダンス制御としてそのパラメータを変更することにより実現してもよい。

【0058】

その後、インピーダンス制御の対象とした軸についてインピーダンスパラメータの入力を受け付ける処理が行われる（Ｓ１４３）。より具体的には、各軸について、慣性（Ｍ）、粘性（Ｄ）、及び剛性（Ｋ）に関する数値入力を受け付ける処理が行われる。この処理が行われると処理は終了する。

【0059】

図８は、インピーダンス制御テーブルの概念図、すなわち、デカルト座標系における軸と、軸毎に対応する動作部と、対応するインピーダンスパラメータの関係を表す概念図である。同テーブルは、左から軸表示列２６、制御対象表示列２７及びインピーダンスパラメータ表示列２８とから構成されている。

【0060】

同図から明らかな通り、簡易設定モードにおいて「台車部」をインピーダンス制御の対象とすることが選択されたことから、台車部１５の自由度と一致するＸ軸、Ｙ軸及びＲｚ軸については、台車部１５がインピーダンス制御を担うよう設定されている。また、その他の軸（Ｚ軸、Ｒｘ軸、Ｒｙ軸）については固定するよう設定されている。さらに、インピーダンス制御を行う軸については軸毎にインピーダンスパラメータが設定されている。同図においてはインピーダンスパラメータのうち剛性に関するＫの値がいずれも０に設定されているので、台車部１５は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＲｚ軸について抵抗なく動作する状態、すなわち追従制御状態に設定されている。

【0061】

このような構成によれば、簡易設定モードにより、力制御を希望する動作部を設定するだけで各軸について細かな設定を行うことなく一括入力できるので、容易に力制御の設定ができる。

【0062】

また、上述の構成においては、軸毎に１つの動作部を設定する構成となっているので、１つの軸に対して２つ以上の動作部を同時に設定してしまうことがないよう構成されている。そのため、誤って力制御を行ってしまうこと、すなわち、力制御を行いたい部位が力制御とならなかったり、或いは、予期せぬ部位が力制御となることを防止することができる。これにより、安全性が向上する。

【0063】

さらに、上述の構成においては、「アーム」や「台車部」のように所定の機能単位で設定を行うことができる。そのため、直観的に容易に力制御の設定を行うことができる。

【0064】

次に、図９～図１０は、詳細設定モード処理に関する図である。

【0065】

図９は、詳細設定モードの動作に関する詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、受付画面の表示処理と入力受付処理が行われる（Ｓ１５２）。

【0066】

図１０は、受付画面の表示例である。受付画面は、本実施形態においては表形式であり、同表は、左から軸表示領域３１、制御対象設定領域３２、パラメータ設定領域３３から構成されている。

【0067】

図９に戻り、入力受付処理が行われている状態において、所定の入力を検出した場合、画面上のどの領域が選択されたかの判定が行われる（Ｓ１５２）。制御対象設定領域３２が選択されたと判定された場合、選択された領域に対応する軸について、制御対象に関する入力を受け付ける処理が行われる（Ｓ１５３～Ｓ１５６）。一方、パラメータ設定領域３３が選択されたと判定された場合、選択された領域に対応する軸のパラメータにつき入力を受け付ける処理が行われる（Ｓ１５８～Ｓ１６０）。

【0068】

より詳細には、インピーダンス制御の対象に関する入力を受け付ける処理においては、まず、設定対象となる動作部、例えば、ロボットアーム８、昇降動作部１１及び台車部１５等の選択を受け付ける処理が行われる（Ｓ１５３）。選択が行われた場合、当該制御対象を軸毎に記憶する処理を行い、対応する箇所に入力された文字を表示する処理が行われる（Ｓ１５５）。この一連の処理が、制御設定領域３２への入力処理が完了するまで行われる（Ｓ１５６ＮＯ）。入力処理が完了した場合（Ｓ１５６ＹＥＳ）、全ての設定処理が終了したことを示す所定の入力があるか否かの検出処理が行われる（Ｓ１６１）。

【0069】

また、パラメータに関する入力受付処理においては、慣性（Ｍ）、粘性（Ｄ）及び剛性（Ｋ）に相当する各インピーダンスパラメータの数値の入力受付処理が行われる。その後、それぞれのパラメータについて所定の入力が行われると（Ｓ１５８）、各パラメータを軸毎に記憶する処理を行い、対応する箇所に入力された数値を表示する処理が行われる（Ｓ１５９）。この一連の処理が、パラメータ設定領域３３への入力処理が完了するまで行われる（Ｓ１６０ＮＯ）。入力処理が完了した場合（Ｓ１６０ＹＥＳ）、全ての設定処理が終了したことを示す所定の入力があるか否かの検出処理が行われる（Ｓ１６１）。

【0070】

すべての設定処理の終了信号を検出すると（Ｓ１６１ＹＥＳ）、詳細設定モード処理は終了する。

【0071】

例えば、図１０の例にあっては、制御対象設定領域３２とパラメータ設定領域３３が入力可能状態となっている。同図においては、Ｘ軸方向については、インピーダンス制御を行う対象はロボットアーム８を意味する「アーム」が選択されており、慣性（Ｍ）、粘性（Ｄ）及び剛性（Ｋ）に相当するインピーダンスパラメータはそれぞれ「５０」、「１００」及び「０」に設定されている。

【0072】

このような構成によれば、詳細設定モードにより、力制御のパラメータを軸毎にできるので詳細な力制御の設定ができる。

【0073】

また、上述の構成においては、軸毎に１つの動作部を設定する構成となっているので、１つの軸に対して２つ以上の動作部を同時に設定してしまうことがないよう構成されている。そのため、誤って力制御を行ってしまうこと、すなわち、力制御を行いたい部位が力制御とならなかったり、或いは、予期せぬ部位が力制御となることを防止することができる。これにより、安全性が向上する。

【0074】

図１１は、ユーザによりロボットへの直接教示が行われる場合（Ｓ３）のロボット１００の動作に関する詳細フローチャートである。

【0075】

同図から明らかな通り、処理が開始すると、制御パラメータ設定部１０１により、記憶部２に記憶されている各種の制御パラメータを読み出す処理が行われる（Ｓ３１）。その後、インピーダンス制御部１０２等により、同制御パラメータに基づいて実際にロボット１００の各動作部を制御する処理が行われる（Ｓ３２）。この処理は、所定の制御終了信号が生成されるまで継続して行われる（Ｓ３３ＮＯ）。

【0076】

ロボットの制御処理の開始後、ティーチング動作の開始信号を待機する処理が行われる（Ｓ３６ＮＯ）。この状態において、ティーチング開始信号が入力されると（Ｓ３６ＹＥＳ）、ティーチングの終了信号を受け受けるまで（Ｓ３８ＮＯ）、各動作部の位置情報等の動作情報を記憶する処理が行われる（Ｓ３７）。すなわち、この状態において、ユーザはロボット１００のロボットアーム８等をもって動作を教示し、記憶させることができる。

【0077】

この状態において、ティーチングの終了信号が入力されると（Ｓ３８）、制御終了信号の生成処理が行われる（Ｓ３９）。この制御終了信号を検出すると、ロボットの制御についても終了し（Ｓ３３）、制御を終了する処理が行われる（Ｓ３４）。

【0078】

以上の構成によれば、複数の動作部を有するロボットに対してその用途に応じて適切に力制御を適用することができるので、安全性の高いロボットを提供することができる。

【0079】

（２．第２の実施形態）
次に、図１２～図１９を参照しつつ、本発明の第２の実施形態について説明する。

【0080】

図１２は、本実施形態で想定される工場２００内におけるロボット３００のタスクに関する説明図である。同図は、工場２００の平面図であり、工場２００内には、部品を並べた部品棚４１ａ～４１ｃと作業台４２が配置されている。本実施形態において、ロボット３００は、後述するように、ロボットアーム８及び昇降動作部１１を用いて部品棚４１ａから部品をピックアップし、図中Ａ点を始点、Ｂ点を終点として実線の経路にて移動し、Ｂ点において作業台４２上にピックアップした部品を載置する作業を行う。

【0081】

（２．１ 構成）
本実施形態に係るロボット３００においても、図１～図３にて説明したハードウェア構成と略同一である。

【0082】

ただし、第１の実施形態において力制御の対象はユーザにより入力部４を介して入力されるものとして構成したが、本実施形態においては、記憶部２に各タスクに応じたインピーダンス制御テーブルが記憶されている。

【0083】

図１３は、タスクとインピーダンステーブルとの対応関係について示す表である。同図から明らかな通り、記憶部２には、ピックアップタスクに対応してテーブル１が、移動タスクに対応してテーブル２が、載置タスクに対応してテーブル３が記憶されている。すなわち、タスクの切り替えに応じて対応するテーブルへと切り替えることでインピーダンス制御を行う対象が適宜切り替わることとなる。

【0084】

図１４は、ピックアップタスクに対応するテーブル１と、載置タスクに対応するテーブル３の概念図である。同図から明らかな通り、デカルト座標系のＸ軸に対してはロボットアーム８、Ｙ軸に対してはロボットアーム８、Ｚ軸に対しては昇降動作部１１が設定されている。また、各回転軸Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚについては固定するよう制御されている。すなわち、ロボット３００は、ピックアップタスク及び載置タスクを行う場合には、Ｘ軸及びＹ軸についてはロボットアーム８、Ｚ軸については昇降動作部１１についてインピーダンス制御による柔軟性を有するよう制御されている。

【0085】

図１５は、移動タスクに対応するテーブル２の概念図である。同図から明らかな通り、デカルト座標系のＸ軸に対しては台車部１５、Ｙ軸に対しても台車部１５が設定されている。また、Ｚ軸及び各回転軸Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚについては固定するよう制御されている。すなわち、ロボット３００は、移動タスクを行う場合には、台車部１５のＸ軸及びＹ軸方向についてインピーダンス制御による柔軟性を有するよう制御されている。

【0086】

（２．２ 動作）
次に、図１６～図１９を参照しつつ、本実施形態に係るロボット３００の動作について説明する。

【0087】

図１６は、本実施形態に係るロボット３００の動作に関するゼネラルフローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、部品棚４１ａの前にいたロボット３００は、部品のピックアップタスクを実行する（Ｓ５）。部品棚４１ａから部品のピックアップを行ったロボット３００は、次に、図１２中のＡ点を始点、Ｂ点を終点として実線の経路にて移動する（Ｓ７）。その後、ロボットは、Ｂ点にて作業台４２上に部品を載置するタスクを実行して（Ｓ９）、処理は終了する。

【0088】

図１７は、部品のピックアップタスクの実行処理に関する詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、上述のテーブル１を含む制御パラメータを読み出す処理が行われる（Ｓ５１）。その後、同制御パラメータに基づくロボット３００の制御処理が開始される（Ｓ５２）。これにより、ロボットアーム８と昇降動作部１１がインピーダンス制御により柔軟性を有するよう制御される。制御処理開始後は、所定の制御終了信号を検出するまで制御継続状態となる（Ｓ５３ＮＯ）。

【0089】

一方、ロボット３００の制御処理が開始すると、ロボット３００は、ピックアップ動作の制御処理を行う（Ｓ５４）。より詳細には、カメラ１８１から取得された画像等を用いて部品の認識を行い、ロボットアーム８を用いてリーチング、把持、持ち上げ動作等を行う。このピックアップ動作の終了後、制御終了信号の生成処理を行う（Ｓ５５）。

【0090】

ロボットは、この制御終了信号を検出すると（Ｓ５３ＹＥＳ）、ロボットの制御終了処理を行い（Ｓ５７）、処理は終了する。

【0091】

図１８は、移動タスクの実行処理に関する詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、上述のテーブル２を含む制御パラメータを読み出す処理が行われる（Ｓ７１）。その後、同制御パラメータに基づくロボット３００の制御処理が開始される（Ｓ７２）。これにより、台車部１５がインピーダンス制御により柔軟性を有するよう制御される。制御処理開始後は、所定の制御終了信号を検出するまで制御継続状態となる（Ｓ７３ＮＯ）。

【0092】

一方、ロボット３００の制御処理が開始すると、ロボット３００の移動動作を制御する処理が行われる（Ｓ７４）。すなわち、図１２中のＡ点を始点、Ｂ点を終点として実線の経路にて移動する。

【0093】

経路移動処理の終了後、制御終了信号を生成する（Ｓ７５）。ロボットは、この制御終了信号を検出すると（Ｓ７３ＹＥＳ）、ロボットの制御終了処理を行い（Ｓ７７）、処理は終了する。

【0094】

図１９は、部品の載置タスクの実行処理に関する詳細フローチャートである。同図から明らかな通り、処理が開始すると、上述のテーブル１を含む制御パラメータを読み出す処理が行われる（Ｓ９１）。その後、同制御パラメータに基づくロボット３００の制御処理が開始される（Ｓ９２）。これにより、ロボットアーム８と昇降動作部１１がインピーダンス制御により柔軟性を有するよう制御される。制御処理開始後は、所定の制御終了信号を検出するまで制御継続状態となる（Ｓ９３ＮＯ）。

【0095】

一方、ロボット３００の制御処理が開始すると、ロボット３００は、載置動作の制御処理を行う（Ｓ９４）。より詳細には、カメラ１８１から取得された画像等を用いて載置場所等に関する認識を行い、ロボットアーム８を用いてリーチング、把持、持ち上げ動作等を行う。このピックアップ動作の終了後、制御終了信号の生成処理を行う（Ｓ５５）。

【0096】

ロボットは、この制御終了信号を検出すると（Ｓ５３ＹＥＳ）、ロボットの制御終了処理を行い（Ｓ５７）、処理は終了する。

【0097】

以上のような構成によれば、ロボット３００に予め記憶された制御テーブルをタスクに応じて順に読み出すことで、最適な動作部に関してインピーダンス制御を行うことができる。これにより、作業中のロボット３００に環境や人が衝突した場合であってもインピーダンス制御による柔軟性により力を逃がすことができ、これにより安全性を向上させることができる。

【0098】

（３．変形例）
上述の実施形態においてはデカルト座標系を用いた例について説明したが、本発明はこのような構成に限定されない。従って、例えば、ツール座標系等を用いてもよい。

【0099】

本発明に係るロボットは、その構成を上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本発明は、例えば、産業用ロボット等を製造する産業において利用可能である。

【符号の説明】

【0101】

１ 制御部
２ 記憶部
３ 表示部
４ 入力部
５ 通信部
７ アーム制御部
８ ロボットアーム
９ 昇降動作部制御部
１１ 昇降動作部
１３ 台車部制御部
１５ 台車部
１７ 頭部制御部
１８ 頭部
１０１ 制御パラメータ設定部
１０２ インピーダンス制御部
１０３ 逆運動学処理部
１０４ ロボット制御部
１０５ 位置演算部
１０７ 順運動学処理部
１０８ 外力演算部
１８１ カメラ
１００ ロボット
２００ 工場
３００ ロボット

【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】

【図17】

【図18】

【図19】