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(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】2024-10-08
(45)【発行日】2024-10-17
(54)【発明の名称】ロボットシステム、その制御方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B25J 3/00 20060101AFI20241009BHJP
B25J 13/02 20060101ALI20241009BHJP
【ＦＩ】
B25J3/00 A
B25J13/02
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020185971
(22)【出願日】2020-11-06
(65)【公開番号】P2021094687
(43)【公開日】2021-06-24
【審査請求日】2023-10-27
(31)【優先権主張番号】P 2019225552
(32)【優先日】2019-12-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】掃部 雅幸
(72)【発明者】
【氏名】高橋 大樹
(72)【発明者】
【氏名】清水 開
(72)【発明者】
【氏名】高山 裕規
(72)【発明者】
【氏名】藤森 潤
(72)【発明者】
【氏名】木下 博貴
【審査官】杉山 悟史
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－２２９８５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８８０２２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－８９７３６（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】
機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが前記作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、
前記接触力を感知し、感知した接触力を表す接触力信号を出力する接触力センサと、
前記制御器によって入力される操作器動作信号と操作者の操作とに基づいて動作する操作器と、
前記操作者の操作により前記操作器に作用する操作力を感知し、感知した操作力を表す操作力信号を出力するする操作力センサと、を備え、
前記ロボットは、前記制御器によって入力されるロボット動作信号と前記作業対象物から受ける前記接触力とに基づいて前記作業対象物に作業を行うよう構成され、
前記制御器は、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させるように構成され、
前記制御器は、前記ロボットが前記作業において前記制御上可動範囲の端に到達すると、その時の前記ロボットの移動方向に当該ロボットを移動させるとともに当該ロボットの移動先に前記制御上可動範囲を移動させ、及び又は、前記作業において前記ロボットを停止させた後、前記ロボットの停止位置を含むように前記制御上可動範囲を移動させるように構成され、
前記制御器は、前記接触力信号と前記操作力信号とに基づいて前記ロボット動作信号及び前記操作器動作信号を出力することによって前記ロボット及び前記操作器の動作を制御する通常制御において、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行うよう構成され、
前記第１制御が、前記操作器が前記操作器の指定可動範囲の端に到達すると前記操作器を停止させるとともに前記操作力の方向に前記ロボットを移動させ、その後、指定された第１条件が満たされると前記通常制御に戻る制御であり、
前記第２制御が、指定された第２条件が満たされると前記ロボットを停止させるとともに前記操作器を指定位置に向けて移動させ、前記操作器が前記指定位置に位置すると前記通常制御に戻る制御であり、
前記第１制御における前記操作器の指定可動範囲に対応する前記ロボットの可動範囲が、前記制御上可動範囲である、ロボットシステム。
【請求項2】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記ロボットの動作速度を前記操作力に応じて変更するよう構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項3】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記操作力に対する前記ロボットの移動量の比を変更するよう構成されている、請求項２に記載のロボットシステム。
【請求項4】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器を所定の速度で前記指定位置に向けて移動させるよう構成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項5】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器が操作されなくなった時点における前記操作力に仮想的なインピーダンスを付加することによって、前記操作器を前記指定位置に向けて移動させるよう構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項6】
前記指定位置が、前記指定可動範囲の中心位置である、請求項１乃至５のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項7】
機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが前記作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、前記接触力を感知し、感知した接触力を表す接触力信号を出力する接触力センサと、前記制御器によって入力される操作器動作信号と操作者の操作とに基づいて動作する操作器と、前記操作者の操作により前記操作器に作用する操作力を感知し、感知した操作力を表す操作力信号を出力するする操作力センサとを備え、前記ロボットは、前記制御器によって入力されるロボット動作信号と前記作業対象物から受ける前記接触力とに基づいて前記作業対象物に作業を行うよう構成されたロボットシステムの制御方法であって、前記制御器が、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させる工程を含み、
前記工程は、前記制御器が、前記作業において前記ロボットが前記制御上可動範囲の端に到達すると、その時の前記ロボットの移動方向に当該ロボットを移動させるとともに当該ロボットの移動先に前記制御上可動範囲を移動させ、及び又は、前記作業において前記ロボットを停止させた後、前記ロボットの停止位置を含むように前記制御上可動範囲を移動させる、制御上可動範囲移動工程を含み、
前記制御上可動範囲移動工程は、前記制御器が、前記接触力信号と前記操作力信号とに基づいて前記ロボット動作信号及び前記操作器動作信号を出力することによって前記ロボット及び前記操作器の動作を制御する通常制御において、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行う前記操作者による操作工程を含み、
前記第１制御が、前記操作器が前記操作器の指定可動範囲の端に到達すると前記操作器を停止させるとともに前記操作力の方向に前記ロボットを移動させ、その後、指定された第１条件が満たされると前記通常制御に戻る制御であり、
前記第２制御が、指定された第２条件が満たされると前記ロボットを停止させるとともに前記操作器を指定位置に向けて移動させ、前記操作器が前記指定位置に位置すると前記通常制御に戻る制御であり、
前記第１制御における前記操作器の指定可動範囲に対応する前記ロボットの可動範囲が、前記制御上可動範囲である、ロボットシステムの制御方法。
【請求項8】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記ロボットの動作速度を前記操作力に応じて変更する、請求項７に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項9】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記操作力に対する前記ロボットの移動量の比を変更する、請求項８に記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項10】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器を所定の速度で前記指定位置に向けて移動させる、請求項７乃至９のいずれかに記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項11】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器が操作されなくなった時点における前記操作力に仮想的なインピーダンスを付加することによって、前記操作器を前記指定位置に向けて移動させる、請求項７乃至１０のいずれかに記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項12】
前記指定位置が、前記機械的可動範囲の中心位置である、請求項７乃至１１のいずれかに記載のロボットシステムの制御方法。
【請求項13】
機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、
前記ロボットの動作を、当該ロボットが前記作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、
操作者による操作に応じて操作信号を出力する操作器と、
学習器とを備え、
前記制御器は、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させるように構成され、
前記学習器が、学習時において、前記操作信号と少なくとも前記接触力を含む予測基礎データとを入力されて、前記操作信号を前記予測基礎データに基づいて学習し、且つ、作業時において、前記予測基礎データが入力されると、学習により獲得した人工知能によって、前記操作信号の予測信号である予測操作信号を前記制御器に出力するよう構成され、
前記制御器は、前記学習時において、前記接触力及び前記操作信号に基づいて前記ロボットの動作を制御し、且つ、前記作業時において、前記接触力及び前記予測操作信号に基づいて前記ロボットの動作を制御するよう構成されている、ロボットシステム。
【請求項14】
プロセッサをＡＩ器として機能させるプログラムであって、前記ＡＩ器は、ロボットシステムおける操作信号と予測基礎データとの相関関係を学習することによって、前記予測基礎データが入力されると前記操作信号の予測信号である予測操作信号を出力する人工知能を獲得しており、
前記ロボットシステムは、
機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、
前記ロボットの動作を、当該ロボットが前記作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、
操作者による操作に応じて前記操作信号を出力する操作器とを備え、
前記制御器は、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させるように構成され、
前記制御器は、前記接触力及び前記操作信号に基づいて前記ロボットを力制御するように構成されており、
前記予測基礎データが少なくとも前記接触力を含む、プログラム。
【請求項15】
機械的可動範囲を有し、他の作業対象物に他の作業を行う他のロボットと、請求項１４に記載されたプログラムが格納されたプロセッサで構成されるＡＩ器と、
前記他のロボットの動作を、当該他のロボットが前記他の作業対象物から受ける接触力と前記ＡＩ器から出力される前記予測操作信号とに基づいて力制御する他の制御器と、を備え、
前記ＡＩ器は、前記他のロボットが前記他の作業対象物から受ける接触力を含む予測基礎データが入力されると、前記学習により獲得した人工知能によって前記予測操作信号を出力する、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、ロボットシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ロボットを手動で力制御する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載の技術では、バイラテラル制御が行われ、操作者がマスタロボット（操作装置）を操作することによって、スレーブロボットが力制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－０８９７３６公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
力制御によってロボットに作業させる分野では、ロボットに作業させる範囲（以下、単に「作業範囲」という場合がある）を制限することが望ましい場合がある。例えば、作業対象物をロボットによって研削する場合、作業範囲を設定して当該作業範囲内でロボットに作業させると、狭い範囲を研削することから研削の精度が向上し、あるいは、ロボットが作業範囲を越えて動作することが防止されるので安全性が向上する。
【0005】
また、バイラテラル制御には種々の制御形態があり、その１つとして、スレーブロボットのエンドエフェクタに作業対象からの反力として作用する接触力をマスタロボットに位置指令として、フィードバックし、接触力に応じてマスタロボットを動作させる制御形態（以下、「位置指令型バイラテラル制御」という。）がある。位置指令型制御には、マスタロボットの機械的な動作可能範囲（以下、機械的可動範囲という。）によって、スレーブロボットの制御上の動作可能範囲（制御上可動範囲という）が制限される場合があるという課題があった。また、ロボットを用いた作業では、作業効率を低下させないために、マスタロボット及びスレーブロボットの制御を中断しないこと及び分解能を低下させないことが要求される。ここで、分解能とは、マスタロボットの移動量に対するスレーブロボットの移動量の比を意味し、移動比が大きくなると分解能が低下する。以下では、スレーブロボットを単に「ロボット」といい、マスタロボットを「操作器」という。上記従来技術はこれらの課題に全く言及していない。
【0006】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ロボットに制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のある形態（aspect）に係るロボットシステムは、機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、を備え、前記制御器は、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させるように構成されている。
【0008】
また、本開示の他の態様（aspect）に係るロボットシステムの制御方法は、機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、を備えたロボットシステムの制御方法であって、前記制御器が、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させる工程を含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、ロボットに制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
本開示のある形態（aspect）に係るロボットシステムは、機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが前記作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、を備え、前記制御器は、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させるように構成されている。ここで、制御器がロボットの動作を力制御する形態は、制御器が「操作信号」に従ってロボットの動作を制御する形態と、制御器がプログラムに従ってロボットの動作を制御する形態との双方を含む。「操作信号」は、人がロボットを操作するために操作する操作器から出力される「操作信号」と、ＡＩがロボットを操作するために出力する「操作信号（予測操作信号）」との双方を含む。力制御の「タイプ」は、操作器側及びロボット側の双方に力センサを備える「並列タイプ」と、操作器側及びロボット側のいずれかもしくは両方に力センサを備えない「タイプ」との双方を含む。但し、後者の「タイプ」においても、例えば、ロボットにおける作業対象に作業を行う部分（end effector）の「位置」や「モータ電流値」を検出することによって、力制御が行われる。「操作信号」は、操作力信号（力指令）と操作位置信号（位置指令）との双方を含む。
【0012】
この構成によれば、制御器が、制御上可動範囲においてロボットに前記作業を行わせ、且つ、制御上可動範囲をロボットの機械的可動範囲内において移動させるので、ロボットに制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることができる。
【0013】
前記制御器は、前記ロボットが前記作業において前記制御上可動範囲の端に到達すると、その時の前記ロボットの移動方向に当該ロボットを移動させるとともに当該ロボットの移動先に前記制御上可動範囲を移動させ、及び又は、前記作業において前記ロボットを停止させた後、前記ロボットの停止位置を含むように前記制御上可動範囲を移動させるように構成されていてもよい。
【0014】
この構成によれば、制御器が、ロボットが作業において制御上可動範囲の端に到達すると、その時のロボットの移動方向に当該ロボットを移動させるとともに当該ロボットの移動先に前記制御上可動範囲を移動させるので、制御上可動範囲を現在の制御上可動範囲から離れた位置に移動させることができる。あるいは、制御器が、作業においてロボットを停止させた後、ロボットの停止位置を含むように制御上可動範囲を移動させるので、制御上可動範囲をずらしながらロボットに作業させることができる。その結果、作業内容に応じて制御上可動範囲を移動させることができるので、ロボットの機械的可動範囲においてスムーズにロボットに作業を行わせることができる。
【0015】
前記ロボットシステムは、前記接触力を感知し、感知した接触力を表す接触力信号を出力する接触力センサと、前記制御器によって入力される操作器動作信号と操作者の操作とに基づいて動作する操作器と、前記操作者の操作により前記操作器に作用する操作力を感知し、感知した操作力を表す操作力信号を出力するする操作力センサと、を備え、前記ロボットは、前記制御器によって入力されるロボット動作信号と前記作業対象から受ける前記接触力とに基づいて作業対象物に作業を行うよう構成され、前記制御器は、前記接触力信号と前記操作力信号とに基づいて前記ロボット動作信号及び前記操作器動作信号を出力することによって前記ロボット及び前記操作器の動作を制御する通常制御において、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行うよう構成されており、前記第１制御が、前記操作器が前記操作器の指定可動範囲の端に到達すると前記操作器を停止させるとともに前記操作力の方向に前記ロボットを移動させ、その後、指定された第１条件が満たされると前記通常制御に戻る制御であり、前記第２制御が、指定された第２条件が満たされると前記ロボットを停止させるとともに前記操作器を指定位置に向けて移動させ、前記操作器が前記指定位置に位置すると前記通常制御に戻る制御であり、前記第１制御における前記操作器の指定可動範囲に対応する前記ロボットの可動範囲が、前記制御上可動範囲であってもよい。ここで、「前記接触力信号と前記操作力信号とに基づいて前記ロボット動作信号及び前記操作器動作信号を出力する」は、「前記接触力信号」と「前記操作力信号」とさらなる「他の信号」とに基づいて前記ロボット動作信号及び前記操作器動作信号を出力する場合を含むことを意味する。「他の信号」として、例えば、基本動作を指令する基本動作制御プログラムからの基本動作指令信号が挙げられる。「指定された第１条件」は、任意に指定することができる。「指定された第１条件」として、例えば、「操作器が指定可動範囲の端から離れること」、「第１制御解除ボタンが操作されたこと」等が挙げられる。「指定された第２条件」は、任意に指定することができる。「指定された第２条件」として、例えば、「前記操作器が操作されないこと」、「第２制御切替ボタンが操作されたこと」等が挙げられる。
【0016】
この構成によれば、ロボットの制御上可動範囲は、指定可動範囲に対して移動比に応じて定まる。第１制御においては、操作者が操作器を操作している最中に操作器が指定可動範囲の端に到達すると操作器が動かなくなるが、操作者が継続して操作力を操作器に作用させると、制御器が当該操作力の方向に、制御上可動範囲を超えて、ロボットを移動させる。その後、指定された第１条件が満たされると、制御が通常制御に戻る。ここで、「指定された第１条件」が「操作器が指定可動範囲の端から離れること」である場合、例えば、ロボットが適当な位置まで移動したタイミングで、操作者が、操作器を指定可動範囲に収まるよう操作すると、操作器が指定可動範囲の端から離れて、制御が通常制御に戻る。「指定された第１条件」が「第１制御解除ボタンが操作されたこと」である場合、例えば、ロボットが適当な位置まで移動したタイミングで、操作者が第１制御解除ボタンを操作すると、制御が通常制御に戻る。
【0017】
その後、操作者が操作器を操作すると、ロボットは、中心位置が現在の制御上可動範囲の中心位置から上述の移動量だけずれた新たな制御上可動範囲において動作する。この新たな制御上可動範囲は、現在の制御上可動範囲を少なくとも部分的に超える範囲である。従って、第１制御によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボットの制御上可動範囲を拡大することができる。また、この場合、現在の制御上可動範囲から離れた位置に制御上可動範囲を移動させることができる。
【0018】
一方、第２制御においては、操作者が、操作器を操作している最中に指定された第２条件が満たされると、制御器が、ロボットを停止させるとともに操作器を指定位置に向けて移動させ、操作器が指定位置に位置すると、制御を通常制御に戻す。ここで、「指定された第２条件」が「操作器が操作されないこと」である場合、例えば、操作者が所要の位置で操作器から手を放す（操作器を操作しないようにする）と制御器が第２制御に切り替えて上記のようにロボット及び操作器の動作を制御する。「指定された第２条件」が「第２制御切り替えボタンが操作されたこと」である場合、例えば、操作器が所要の位置に位置したタイミングで、操作者が第２制御切替ボタンを操作すると、制御器が第２制御に切り替えて上記のようにロボット及び操作器の動作を制御する。
【0019】
この場合、操作者が操作器の操作を再開すると、ロボットは、中心位置が、現在の制御上可動範囲の中心位置から操作器の移動方向と反対方向に操作器の移動量に移動比を乗じた距離だけずれた新たな制御上可動範囲において動作する。この新たな制御上可動範囲は、現在の制御上可動範囲を少なくとも部分的に超える範囲である。従って、第２制御によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボットの制御上可動範囲を拡大することができる。また、この場合、制御上可動範囲をずらしながら移動させることができる。
【0020】
従って、上記構成によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボットの制御上可動範囲を拡大することができる。
【0021】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記操作力に対する前記ロボットの移動量の比を変更するよう構成されていてもよい。
【0022】
第１制御では、操作器が指定可動範囲の端に到達した後に制御器が操作力の方向に移動させたロボットの移動量（移動距離）だけ、制御上可動範囲が拡大する。この際、操作器とロボットとの移動比及びゲインの少なくともいずれかを変更することによって、操作器が指定可動範囲の端に到達した後の操作力の方向へのロボットの移動量を調整できる。従って、この構成によれば、制御上可動範囲の拡大の程度を調整できる。
【0023】
前記制御器は、前記第１制御において、前記操作力の方向に前記ロボットを移動させる際に前記ロボットの動作速度を前記操作力に応じて変更するよう構成されていてもよい。
【0024】
この構成によれば、例えば、操作力が大きい程、ロボットの動作速度を早くすることによって、制御上可動範囲を大きく拡大する場合でも、その所要時間を短くできる。
【0025】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器を所定の速度で前記指定位置に向けて移動させるよう構成されていてもよい。
【0026】
この構成によれば、所望の速度を所定の速度として設定することによって、所望の速度で操作器を指定位置に向けて移動させることができる。
【0027】
前記制御器は、前記第２制御において、前記操作器が操作されなくなった時点における前記操作力に仮想的なインピーダンスを付加することによって、前記操作器を前記指定位置に向けて移動させるよう構成されていてもよい。
【0028】
操作器の操作中に操作をやめると、その時点における操作器指令位置に応じた位置に向けて操作器が自動的に移動する。操作をやめた時点における操作器の動作力の絶対値は当該時点における操作力に等しい。従って、この構成によれば、仮想的なインピーダンスによって、操作器が自動的に移動する際の操作器の移動速度を安全な速度にすることができる。
【0029】
前記指定位置が、前記指定可動範囲の中心位置であってもよい。
【0030】
この構成によれば、ロボットの新しい制御上可動範囲が、ロボットの停止位置を中心とした制御上可動範囲になるので、ロボットを操作しやすくなる。
【0031】
また、本開示の他の態様（aspect）に係るロボットシステムの制御方法は、機械的可動範囲を有し、作業対象物に作業を行うロボットと、前記ロボットの動作を、当該ロボットが作業対象物から受ける接触力を用いて力制御する制御器と、を備えたロボットシステムの制御方法であって、前記制御器が、制御上可動範囲において前記ロボットに前記作業を行わせ、且つ、前記制御上可動範囲を前記機械的可動範囲内において移動させる工程を含む。
【0032】
この構成によれば、制御器が、制御上可動範囲においてロボットに前記作業を行わせ、且つ、制御上可動範囲をロボットの機械的可動範囲内において移動させるので、ロボットに制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることができる。
【0033】
また、本開示のさらなる他の態様（aspect）に係るロボットシステムは、上記ロボットシステムが、操作者による操作に応じて操作信号を出力する操作器と、学習器とを備え、前記学習器が、学習時において、前記操作信号と少なくとも前記接触力を含む予測基礎データとを入力されて、前記操作信号を前記予測基礎データに基づいて学習し、且つ、作業時において、前記予測基礎データが入力されると、学習により獲得した人工知能によって、前記操作信号の予測信号である予測操作信号を前記制御器に出力するよう構成され、前記制御器は、前記学習時において、前記接触力及び前記操作信号に基づいて前記ロボットの動作を制御し、且つ、前記作業時において、前記接触力及び前記予測操作信号に基づいて前記ロボットの動作を制御するよう構成されている。
【0034】
また、本開示のさらなる他の態様（aspect）に係るプログラムは、プロセッサをＡＩ器として機能させるプログラムであって、前記ＡＩ器は、上記ロボットシステムおける操作信号と予測基礎データとの相関関係を学習することによって、前記予測基礎データが入力されると前記操作信号の予測信号である予測操作信号を出力する人工知能を獲得しており、上記ロボットシステムは、操作者による操作に応じて前記操作信号を出力する操作器をさらに備えており、前記制御器は、前記接触力及び前記操作信号に基づいて前記ロボットを力制御するように構成されており、且つ、前記予測基礎データが少なくとも前記接触力を含む。
【0035】
また、本開示のさらなる他の態様（aspect）に係るロボットシステムは、機械的可動範囲を有し、他の作業対象物に他の作業を行う他のロボットと、上記プログラムが格納されたプロセッサで構成されるＡＩ器と、前記他のロボットの動作を、当該他のロボットが前記他の作業対象物から受ける接触力と前記ＡＩ器から出力される前記予測操作信号とに基づいて力制御する他の制御器と、を備え、前記ＡＩ器は、前記他のロボットが前記他の作業対象物から受ける接触力を含む予測基礎データが入力されると、前記学習により獲得した人工知能によって前記予測操作信号を出力する。
【0036】
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の図は、本開示を説明するための図であるので、本開示に無関係な要素が省略される場合、誇張等のために寸法が正確でない場合、簡略化される場合、複数の図において互いに対応する要素の形態が一致しない場合等がある。また、本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【0037】
また、本開示において、「ロボットが行う作業」は、ティーチング作業及び教示の確認及び修正作業を含まない。本開示の目的は、あくまで実際のロボットを用いた作業における効率の低下を抑制するために、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボットの制御上可動範囲を拡大することが可能なロボットシステム及びその制御方法を提供することにあるからである。従って、以下の説明における操作器２は、ティーチペンダントを含まない。
【0038】
（実施形態１）
図１は、本開示の実施形態１に係るロボットシステムの一例のハードウェアの構成を示す模式図である。図２は、図１のロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。図３Ａ乃至図３Ｃは、第１制御の内容を示す模式図である。なお、図１、３Ａ－３Ｃ、４、及び５において、ロボット１及び操作器２は、動作を理解しやすくするために模式的に表されていて、実際の形状には一致しない。
図１は、本開示の実施形態１に係るロボットシステムの一例のハードウェアの構成を示す模式図である。図２は、図１のロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。図３Ａ乃至図３Ｃは、第１制御の内容を示す模式図である。なお、図１、３Ａ－３Ｃ、４、及び５において、ロボット１及び操作器２は、動作を理解しやすくするために模式的に表されていて、実際の形状には一致しない。
【0039】
図１乃至３を参照すると、実施形態１のロボットシステム１００は、制御器３と、制御器３によって入力されるロボット指令位置（ロボット動作信号）Ｘｓと作業対象から受ける接触力Ｆｓとに基づいて作業対象物に作業を行うロボット１と、接触力Ｆｓ（図２参照）を感知し、感知した接触力Ｆｓを表す接触力信号（ｆｓ）を出力する接触力センサＳｓと、制御器３によって入力される操作器指令位置（操作器動作信号）Ｘｍと操作者の操作とに基づいて動作する操作器２と、操作者の操作により操作器２に作用する操作力Ｆｍ（図３参照）を感知し、感知した操作力を表す操作力信号（ｆｍ）を出力するする操作力センサＳｍと、を備える。ここで、ロボット１及び接触力センサＳｓがロボットユニット１０を構成し、操作器２及び操作力センサＳｍが操作器ユニット２０を構成する。
【0040】
以下、このロボットシステム１００の構成要素を詳しく説明する。
【0041】
［ハードウェアの構成］
＜ロボット１＞
ロボット１は、作業対象に作業を行うことができるものであればよい。ロボット１として産業用ロボット、医療用ロボット、サービスロボット等が例示される。
＜ロボット１＞
ロボット１は、作業対象に作業を行うことができるものであればよい。ロボット１として産業用ロボット、医療用ロボット、サービスロボット等が例示される。
【0042】
産業用ロボットとして、垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット、パラレルリンク型ロボット、直角座標型ロボット、極座標型ロボット等が例示される。医療用ロボットとして、手術ロボットが例示される。サービスロボットとして、レスキューロボット、壁面作業ロボット、警備ロボット、介護ロボット、ドローンロボット等が例示される。
【0043】
以下では、ロボット１として、研削ロボットが例示される。ロボット１は、ここでは、垂直多関節型ロボットであり、手首にエンドエフェクタＥｆとしてグラインダーが装着されている。作業対象物（図示せず）は、例えば、大型のワーク（例えば大きな鋼板）である。
【0044】
＜操作器２＞
操作器２は、操作者が操作可能であり、且つ、操作者が操作する（把持する）操作部２ａを制御器３によって位置制御することが可能なものであればよい。操作器２は、ここでは、マスタロボットで構成される。操作器２の形態は、ロボット１（スレーブロボット）と相似形であっても相似形でなくてもよい。操作器２は、例えば、ジョイスティック等の簡単な構造のものであってもよい。
操作器２は、操作者が操作可能であり、且つ、操作者が操作する（把持する）操作部２ａを制御器３によって位置制御することが可能なものであればよい。操作器２は、ここでは、マスタロボットで構成される。操作器２の形態は、ロボット１（スレーブロボット）と相似形であっても相似形でなくてもよい。操作器２は、例えば、ジョイスティック等の簡単な構造のものであってもよい。
【0045】
操作器２は、具体的には、盤状の操作部２ａと、基台２ｂと、基台２ｂ上に操作部２ａを３次元方向に移動可能に支持する支持機構２ｃとを備える。支持機構２ｃはここでは複数のリンクが複数の関節で連結されてなるリンク機構で構成される。各関節は、例えば、サーボモータで駆動され、各関節のサーボモータが操作器動作信号に従って動作することによって、支持機構２ｃが操作部２ａを操作器指令位置に従って動作（移動）させる。
【0046】
＜制御器３＞
制御器３は、プロセッサＰｒとメモリＭｅとを有する演算器で構成される。後述する、図２の接触力取得部３１、操作力取得部３２、減算部３３、力／位置換算部３４、可動範囲処理部３５、ロボット指令位置生成部３６、ロボット制御部３７、操作器指令位置生成部３８、操作器制御部３９、指定位置移動指令付与部４０、及び加算部４１は、制御器３を構成する演算器において、メモリＭｅに格納された所定の制御プログラムをプロセッサＰｒが実行することによって実現される機能ブロックである。この演算器は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成される。制御器３は、集中制御を行う単独の演算器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の演算器で構成されてもよい。制御器３は適宜な場所に設けられる。ここでは、制御器３は、ロボット１の基台に設けられる。
制御器３は、プロセッサＰｒとメモリＭｅとを有する演算器で構成される。後述する、図２の接触力取得部３１、操作力取得部３２、減算部３３、力／位置換算部３４、可動範囲処理部３５、ロボット指令位置生成部３６、ロボット制御部３７、操作器指令位置生成部３８、操作器制御部３９、指定位置移動指令付与部４０、及び加算部４１は、制御器３を構成する演算器において、メモリＭｅに格納された所定の制御プログラムをプロセッサＰｒが実行することによって実現される機能ブロックである。この演算器は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成される。制御器３は、集中制御を行う単独の演算器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の演算器で構成されてもよい。制御器３は適宜な場所に設けられる。ここでは、制御器３は、ロボット１の基台に設けられる。
【0047】
ここで、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び/又は、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、「器」、「部」、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、「器」、「部」、回路、手段、又はユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアは、ハードウェア及び/又はプロセッサの構成に使用される。
【0048】
制御器３は、後述するように、制御上可動範囲Ｒｓｏにおいてロボット１に作業を行わせ、且つ、制御上可動範囲Ｒｓｏを機械的可動範囲内Ｒｓｍにおいて移動させる（図３Ａ乃至図６参照）。具体的には、制御器３は、ここでは、通常制御によって、制御上可動範囲Ｒｓｏにおいてロボット１に作業を行わせ、且つ、第１制御及び又は第２制御によって、制御上可動範囲Ｒｓｏを機械的可動範囲内Ｒｓｍにおいて移動させる。
【0049】
＜ロボットユニット１０＞
図２を参照すると、ロボットユニット１０は、ロボット１及び接触力センサＳｓを備える。接触力センサＳｓは、ロボット１の作業対象物からエンドエフェクタＥｆが受ける接触力Ｆｓを感知するものであればよい。例えば、接触力センサＳｓが、ロボット１のエンドエフェクタＥｆと、手首との間に設けられている場合、接触力センサＳｓは、例えば、３軸加速度センサ、圧電センサ、歪ゲージ（ロードセル）等によって構成され得る。また、例えば、ロボット１の動作がサーボ制御される場合、接触力センサＳｓは、サーボモータの電流を感知する電流センサ、サーボモータのトルクを感知するトルクセンサ等で構成され得る。
図２を参照すると、ロボットユニット１０は、ロボット１及び接触力センサＳｓを備える。接触力センサＳｓは、ロボット１の作業対象物からエンドエフェクタＥｆが受ける接触力Ｆｓを感知するものであればよい。例えば、接触力センサＳｓが、ロボット１のエンドエフェクタＥｆと、手首との間に設けられている場合、接触力センサＳｓは、例えば、３軸加速度センサ、圧電センサ、歪ゲージ（ロードセル）等によって構成され得る。また、例えば、ロボット１の動作がサーボ制御される場合、接触力センサＳｓは、サーボモータの電流を感知する電流センサ、サーボモータのトルクを感知するトルクセンサ等で構成され得る。
【0050】
＜操作器ユニット２０＞
図２を参照すると、操作器ユニット２０は、操作器２及び操作力センサＳｍを備える。操作力センサＳｍは、操作者が操作器２を操作する操作力を感知するものであればよい。例えば、操作力センサＳｍが、操作器２の操作者が操作部２ａ（図１参照）と、操作器２の支持機構２ｃとの間に設けられている場合、操作力センサＳｍは、例えば、３軸加速度センサ、圧電センサ、歪ゲージ（ロードセル）等によって構成され得る。また、例えば、操作器２の動作がサーボ制御される場合、操作力センサＳｍは、サーボモータの電流を感知する電流センサ、サーボモータのトルクを感知するトルクセンサ等で構成され得る。
図２を参照すると、操作器ユニット２０は、操作器２及び操作力センサＳｍを備える。操作力センサＳｍは、操作者が操作器２を操作する操作力を感知するものであればよい。例えば、操作力センサＳｍが、操作器２の操作者が操作部２ａ（図１参照）と、操作器２の支持機構２ｃとの間に設けられている場合、操作力センサＳｍは、例えば、３軸加速度センサ、圧電センサ、歪ゲージ（ロードセル）等によって構成され得る。また、例えば、操作器２の動作がサーボ制御される場合、操作力センサＳｍは、サーボモータの電流を感知する電流センサ、サーボモータのトルクを感知するトルクセンサ等で構成され得る。
【0051】
［制御系統の構成］
制御器３は、接触力取得部３１と、操作力取得部３２と、減算部３３と、力／位置換算部３４と、可動範囲処理部３５と、ロボット指令位置生成部３６と、ロボット制御部３７と、操作器指令位置生成部３８と、操作器制御部３９と、指定位置移動指令付与部４０と、加算部４１と、を含む。
制御器３は、接触力取得部３１と、操作力取得部３２と、減算部３３と、力／位置換算部３４と、可動範囲処理部３５と、ロボット指令位置生成部３６と、ロボット制御部３７と、操作器指令位置生成部３８と、操作器制御部３９と、指定位置移動指令付与部４０と、加算部４１と、を含む。
【0052】
接触力取得部３１は、接触力センサＳｓの感知信号から接触力ｆｓを取得する。
【0053】
操作力取得部３２は、操作力センサＳｍの感知信号から操作力ｆｍを取得する。
【0054】
減算部３３は、操作力ｆｍに対する接触力ｆｓの差分を算出する。
【0055】
力／位置換算部３４は、この差分を指令位置に換算して指令位置Ｘｃを生成する。この際、例えば、以下の式が用いられる。
【0056】
ｍ×（ｄｖｃ／ｄｔ）＋Ｄ×ｖｃ＝ｆｍ－ｆｓ
ここで、ｍは仮想慣性であり、Ｄは仮想粘性である。これらは、力制御パラメータであり、作業に応じて適宜決定される。
ここで、ｍは仮想慣性であり、Ｄは仮想粘性である。これらは、力制御パラメータであり、作業に応じて適宜決定される。
【0057】
可動範囲処理部３５は、通常制御と第１制御との切り替え及び通常制御と第２制御との切り替えを行う。そのために、第１制御から通常制御に戻るために指定された第１条件が満たされるか否か、及び通常制御から第２制御に切り替えるために指定された第２条件が満たされるか否かを判定する。
【0058】
「第１条件」は、任意に指定することができる。「第１条件」として、例えば、「操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端から離れること」、「第１制御解除ボタン（不図示）が操作されたこと」等が挙げられる。「第２条件」は、任意に指定することができる。「第２条件」として、例えば、「操作器２が操作されないこと」、「第２制御切替ボタン（不図示）が操作されたこと」等が挙げられる。
【0059】
ここでは、「第１条件」として、「操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端から離れること」が指定され、「第２条件」として「操作器２が操作されないこと」が指定された場合を説明する。
【0060】
具体的には、可動範囲処理部３５は、通常制御と第１制御との切り替えに関して、ロボット１と操作器２との同期又は非同期とに応じて、ロボット用の指令位置Ｘｃｓと操作器用の指令位置Ｘｃｍとを生成する。
【0061】
これを詳細に説明すると、可動範囲処理部３５は、操作器指令位置Ｘｍを監視していて、操作器指令位置Ｘｍが操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏ内の位置であると通常制御を行い、操作器指令位置Ｘｍが操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏ以外の位置であると第１制御を行う。従って、可動範囲処理部３５は、通常制御において、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達すると、制御を第１制御に切り替え、第１制御において、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端から離れると、制御を通常制御に切り替える。
【0062】
例えば、可動範囲処理部３５は、通常制御時には、Ｘｃｓ＝Ｘｃｍの＝Ｘｃ／２の指令位置を生成し、第１制御時には、Ｘｃｓ＝Ｘｃ／２、Ｘｃｍ＝０の指令位置を生成する。これにより、通常制御時には、ロボット１と操作器２とが同期して動き、第１制御時には、操作器２が停止するとともにロボット１が操作力Ｆｍの方向に操作力Ｆｍの大きさに応じて動く。なお、ＸｃのＸｃｓとＸｃｍとへの分配比率は、適宜、変更してもよい。
【0063】
また、可動範囲処理部３５は、通常制御と第２制御との切り替えに関して、操作器２が操作されていないか否か判定する。具体的には、可動範囲処理部３５は、例えば、操作力取得部３２が取得した操作力ｆｍが閾値操作力未満である状態が閾値時間以上継続する場合に「操作器２が操作されていない」と判定する。閾値操作力及び閾値時間は、計算、シミュレーション、実験等によって、適宜、決定される。
【0064】
可動範囲処理部３５は、操作器２が操作されている場合は、通常制御を行い、操作器２が操作されていない場合は、第２制御を行う。可動範囲処理部３５は、第２制御時には、Ｘｃｍ＝Ｘｃ／２、Ｘｃｓ＝０の指令位置を生成する。これにより、ロボット１が停止するとともに後述するように指定位置移動指令付与部４０の動作によって操作器２が指定位置ｘｉに向けて移動する。そして、可動範囲処理部３５は、操作器２が指定位置ｘｉに位置すると、制御を通常制御に切り替える。
【0065】
なお、上記「第１条件」として「第１制御解除ボタンが操作されたこと」が指定され、「第２条件」として「第２制御切替ボタンが操作されたこと」が指定されてもよい。この場合、可動範囲処理部３５が、上述の第１制御において、第１制御解除ボタンが操作されると、制御を通常制御に切り替え、通常制御において、第２制御切替ボタンが操作されると、制御を第２制御に切り替えるよう構成されてもよい。
【0066】
ロボット指令位置生成部３６は、ロボット用の指令位置Ｘｃｓに基づいてロボット指令位置Ｘｓを生成する。
【0067】
ロボット制御部３７は、ロボット指令位置生成部３６で生成されたロボット指令位置Ｘｓに基づいてロボット１を位置制御する。
【0068】
加算部４１は、操作器用の指令位置Ｘｃｍに、指定位置移動指令付与部４０から出力される移動指令位置Ｘｄを加算する。
【0069】
指定位置移動指令付与部４０は、操作器２を指定位置に移動させるための移動指令位置Ｘｄを生成する。具体的には、指定位置移動指令付与部４０は、可動範囲処理部３５から、通常制御と第２制御との切り替わり情報を受け取り、通常制御時には、０の値の移動指令位置Ｘｄを出力し、第２制御時には、例えば、Ｘｄ＝ｋｐ（ｘ－ｘｉ）の移動指令位置Ｘｄを出力する。
【0070】
ここで、ｋｐは所定の係数であり、ｘは操作器２の現在位置であり、ｘｉは上述の指定位置である。この指定位置は、作業等を考慮して、予め設定される。これにより、第２制御時においては、操作器２には、操作器を指定位置に向けて移動させる動作力が作用する。
【0071】
操作器指令位置生成部３８は、操作器用の指令位置Ｘｃｍに移動指令位置Ｘｄが加算されてなる（Ｘｃｍ＋Ｘｄ）に基づいて操作器指令位置Ｘｍを生成する。
【0072】
操作器制御部３９は、操作器指令位置生成部３８で生成された操作器指令位置Ｘｍに基づいて操作器２を位置制御する。
【0073】
［動作］
次に、以上のように構成されたロボットシステム１００の動作（ロボットシステム１００の制御方法）を説明する。この動作は、制御器３を構成する演算器において、プロセッサＰｒがメモリに格納された上述の所定の制御プログラムを実行することによって遂行される。
次に、以上のように構成されたロボットシステム１００の動作（ロボットシステム１００の制御方法）を説明する。この動作は、制御器３を構成する演算器において、プロセッサＰｒがメモリに格納された上述の所定の制御プログラムを実行することによって遂行される。
【0074】
【0075】
制御器３は、この制御上可動範囲Ｒｓｏの移動（制御上可動範囲移動工程）を、以下の態様で行う。すなわち、制御器３は、i)作業においてロボット１が制御上可動範囲Ｒｓｏの端に到達すると、その時のロボット１の移動方向に当該ロボット１を移動させるとともに当該ロボット１の移動先に制御上可動範囲Ｒｓｏを移動させ、及び又は、ii)作業においてロボット１を停止させた後、ロボット１の停止位置を含むように制御上可動範囲を移動させる。
【0076】
図１及び図２を参照すると、制御器３は、ここでは、以下に述べるように、接触力信号（ｆｓ）と操作力信号（ｆｍ）とに基づいてロボット動作信号（Ｘｓ）及び操作器動作信号（Ｘｍ）を出力することによってロボット１及び操作器２の動作を制御する通常制御を行い、この通常制御において、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行う。そして、制御器３は、この通常制御によって、制御上可動範囲Ｒｓｏにおいてロボット１に作業を行わせ、且つ、第１制御及び又は第２制御によって、制御上可動範囲Ｒｓｏを機械的可動範囲内Ｒｓｍにおいて移動させる。
【0077】
＜通常制御＞
まず、通常制御における動作を説明する。
まず、通常制御における動作を説明する。
【0078】
図１及び図２を参照すると、制御器３では、通常制御においては、可動範囲処理部３５の出力がＸｃｍ＝Ｘｃｓであり、且つ、指定位置移動指令付与部４０の出力がＸｄ＝０である。つまり、ロボット１と操作器２とは同期して動く。従って、操作者が操作器２を操作すると、その操作力ｆｍ（Ｆｍ）に応じてロボット指令位置生成部３６が、ロボット指令位置（ロボット動作信号）Ｘｓを生成し、ロボット制御部３７が、このロボット指令位置Ｘｓに基づいてロボット１の動作を位置制御する。これにより、操作力ｆｍ（Ｆｍ）に応じた力がロボット１によって作業対象物に加えられる。すると、この際にロボット１が作業対象物から受ける接触力ｆｓ（Ｆｓ）に応じて操作器指令位置生成部３８が操作器指令位置Ｘｍを生成し、操作器制御部３９がこの操作器指令位置Ｘｍに基づいて操作器２の動作を位置制御する。すると、操作器２が、この位置制御された位置へ移動しようとする。この操作器２の移動のための動作力により、操作者がその操作に対する反力を感知する。操作者は、操作に対するこの反力を感知しながら操作器２を操作する。これにより、ロボット１が力制御によって手動制御される。
【0079】
＜第１制御＞
次に、第１制御における動作を、図１乃至図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ－３Ｃにおいて、参照符号Ｒｍｏは操作器２の指定可動範囲を示し、参照符号Ｃｍ０は、指定可動範囲Ｒｍｏの中心位置を示す。操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏは、任意の範囲に設定できる。例えば、作業対象物をロボット１によって研削する場合、作業範囲を設定して当該作業範囲内でロボット１に作業させると、狭い範囲を研削することから研削の精度が向上し、あるいは、ロボット１が作業範囲を越えて動作することが防止されるので安全性が向上する。そこで、この作業範囲に対応する操作器２の動作範囲を指定可動範囲Ｒｍｏに設定してもよい。もちろん、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏを操作器２の機械的可動範囲（不図示）に設定してもよい。参照符号Ｒｓｏは、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏに対応するロボット１の制御上可動範囲を示し、参照符号Ｃｓｏは、制御上可動範囲Ｒｓｏの中心位置を示す。参照符号Ｒｓｍは、ロボット１の機械的可動範囲を示す。なお、操作器２の機械的可動範囲及び指定可動範囲Ｒｍｏ、並びに、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ及び機械的可動範囲Ｒｓｍは、３次元であり、且つ、任意の形状であるが、図３Ａ－３Ｃにおいては、理解しやくするために、便宜上円で表している。このことは、後述する図４及び図５でも同様である。
次に、第１制御における動作を、図１乃至図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ－３Ｃにおいて、参照符号Ｒｍｏは操作器２の指定可動範囲を示し、参照符号Ｃｍ０は、指定可動範囲Ｒｍｏの中心位置を示す。操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏは、任意の範囲に設定できる。例えば、作業対象物をロボット１によって研削する場合、作業範囲を設定して当該作業範囲内でロボット１に作業させると、狭い範囲を研削することから研削の精度が向上し、あるいは、ロボット１が作業範囲を越えて動作することが防止されるので安全性が向上する。そこで、この作業範囲に対応する操作器２の動作範囲を指定可動範囲Ｒｍｏに設定してもよい。もちろん、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏを操作器２の機械的可動範囲（不図示）に設定してもよい。参照符号Ｒｓｏは、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏに対応するロボット１の制御上可動範囲を示し、参照符号Ｃｓｏは、制御上可動範囲Ｒｓｏの中心位置を示す。参照符号Ｒｓｍは、ロボット１の機械的可動範囲を示す。なお、操作器２の機械的可動範囲及び指定可動範囲Ｒｍｏ、並びに、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ及び機械的可動範囲Ｒｓｍは、３次元であり、且つ、任意の形状であるが、図３Ａ－３Ｃにおいては、理解しやくするために、便宜上円で表している。このことは、後述する図４及び図５でも同様である。
【0080】
｛ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ｝
位置指令型バイラテラル制御を行う場合、操作器（マスタ）２の移動量に対するロボット（スレーブ）１の移動量の比（以下、単に移動比という。）を設定する必要があるが、移動比が大きくなるほど分解能が低下する。一般的には、操作器２の機械的可動範囲（不図示）よりロボット１の機械的可動範囲Ｒｓｍが大きい。一方、ロボット１で作業を行う観点からは、操作者は、移動比が１以外である場合より移動比が１である場合の方が、ロボット１を直感的に操作することができて作業しやすい。ここでは、作業対象物が、例えば、大きな鋼板であり、作業が、エンドエフェクタＥｆとしてのグラインダーで船体を研削することである。そこで、ここでは、移動比が１に設定されている。従って、図３Ａ－３Ｃに示すように、ロボット１では、制御上可動範囲Ｒｓｏが機械的可動範囲Ｒｓｍより狭い。従って、大きな鋼板全体を研削する場合、制御上可動範囲Ｒｓｏを機械的可動範囲Ｒｓｍの全体にまで拡大（変更）することが求められる。
位置指令型バイラテラル制御を行う場合、操作器（マスタ）２の移動量に対するロボット（スレーブ）１の移動量の比（以下、単に移動比という。）を設定する必要があるが、移動比が大きくなるほど分解能が低下する。一般的には、操作器２の機械的可動範囲（不図示）よりロボット１の機械的可動範囲Ｒｓｍが大きい。一方、ロボット１で作業を行う観点からは、操作者は、移動比が１以外である場合より移動比が１である場合の方が、ロボット１を直感的に操作することができて作業しやすい。ここでは、作業対象物が、例えば、大きな鋼板であり、作業が、エンドエフェクタＥｆとしてのグラインダーで船体を研削することである。そこで、ここでは、移動比が１に設定されている。従って、図３Ａ－３Ｃに示すように、ロボット１では、制御上可動範囲Ｒｓｏが機械的可動範囲Ｒｓｍより狭い。従って、大きな鋼板全体を研削する場合、制御上可動範囲Ｒｓｏを機械的可動範囲Ｒｓｍの全体にまで拡大（変更）することが求められる。
【0081】
｛第１制御の内容｝
図２及び図３Ａを参照すると、通常制御では、操作者が操作器２を操作することにより、ロボット１が動作する（Ｄｍ，Ｄｓ）。ここでは、例えば、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏの図３Ａにおける左端から鋼板に対する研削作業が行われ、やがて、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達すると、ロボット１も制御上可動範囲Ｒｓｏの端に到達する。すると、上述のように、制御器３の可動範囲処理部３５の制御が、第１制御に切り替わり、操作器２を停止させる。この場合、操作者が操作力Ｆｍを操作器２に作用させても操作器２が動かないので、操作器２からの衝撃（ピーク状の反力）を受ける。この衝撃によって、操作者は、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端（ここでは図３Ａの右端）に到達したことを感知する。
図２及び図３Ａを参照すると、通常制御では、操作者が操作器２を操作することにより、ロボット１が動作する（Ｄｍ，Ｄｓ）。ここでは、例えば、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏの図３Ａにおける左端から鋼板に対する研削作業が行われ、やがて、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達すると、ロボット１も制御上可動範囲Ｒｓｏの端に到達する。すると、上述のように、制御器３の可動範囲処理部３５の制御が、第１制御に切り替わり、操作器２を停止させる。この場合、操作者が操作力Ｆｍを操作器２に作用させても操作器２が動かないので、操作器２からの衝撃（ピーク状の反力）を受ける。この衝撃によって、操作者は、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端（ここでは図３Ａの右端）に到達したことを感知する。
【0082】
操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達すると、操作力Ｆｍの方向に操作器２が動かないので、操作者は、ロボット１を意図通りに動作させるのに適した操作力Ｆｍを操作器２に作用させることができない。つまり、操作者は、操作器２を正常に操作してロボット１に意図した動作をさせることができない。
【0083】
しかし、第１制御では、可動範囲処理部３５が、Ｘｃｓ＝Ｘｃ／２の指令位置を生成するので、ロボット１は操作力Ｆｍの方向に操作力Ｆｍの大きさに応じて動く。
【0084】
そこで、操作者は、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達したことを感知すると、その時点における操作力Ｆｍを適宜増加させる。すると、増加した操作力Ｆｍの接触力Ｆｓに対する超過分に応じたロボット指令位置Ｘｓがロボット制御部３７から出力され、それによって、図３Ｂに示すように、ロボット１が操作力Ｆｍの方向Ｄｓに移動する。そして、ロボット１が所望の位置に移動したら、操作者は、操作器２を、指定可動範囲Ｒｍｏの端から離す（操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏ内に収まる）ように操作する。これにより、可動範囲処理部３５の制御が、通常制御に切り替わり、Ｘｃｓ＝Ｘｃｍ＝Ｘｃ／２の指令位置を生成する。これにより、操作者が、ロボット１の動作を制御するための操作器２の操作を再開する。
【0085】
この場合、図３Ｃに示すように、ロボット１は、その中心位置Ｃｓｏ２が現在の制御上可動範囲Ｒｓｏ１の中心位置Ｃｓｏ１から上述のロボット１の所望の位置までの移動量だけずれた新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２において、操作器２と同期して動作する（Ｄｓ，Ｄｍ）。この新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２は、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏ１を少なくとも部分的に超える範囲である。なお、新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２を、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏ１から離れた位置まで移動させてもよい。
【0086】
従って、第１制御によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏを拡大する（移動させる）ことができる。
【0087】
次に、このような第１制御の利点を、比較例１乃至３と対比することによって、より明らかにする。
【0088】
｛比較例１｝
図４は、比較例１の内容を示す模式図である。図４を参照すると、比較例１は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）方法（操作器６０２の構成及び制御）のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
図４は、比較例１の内容を示す模式図である。図４を参照すると、比較例１は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）方法（操作器６０２の構成及び制御）のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
【0089】
比較例１のロボットシステム６００では、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ１，Ｒｓｏ２が、操作器６０２の機械的可動範囲Ｒｍｍに対応している。操作器６０２に、操作器６０２とロボット１との同期と非同期とを切り替えるクラッチ（不図示）が設けられている。作業時には、クラッチによって操作器６０２とロボット１とが同期される。そして、操作器６０２の操作中に、操作者は、ロボット１の所要の位置で、クラッチによって、操作器６０２とロボット１とを非同期にし、操作器６０２を機械的可動範囲Ｒｍｍの中心位置Ｃｍｍに戻す。その後、操作者は、クラッチによって操作器６０２とロボット１とを同期させ、次いで、ロボット１の動作を制御するための操作器６０２の操作を再開する。この場合、ロボット１は、所要の位置を中心位置Ｃｓｏ２とする新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２において動作する。
【0090】
この比較例１は、最も一般的なロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大方法である。しかし、この比較例１には、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ１を変更する度に操作器６０２とロボット１との同期を中断する（作業を中断する）必要があり、作業効率が低下するという欠点がある。
【0091】
｛比較例２｝
比較例２は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）制御のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
比較例２は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）制御のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
【0092】
比較例２では、操作器２の操作中に、ロボット１が所要の位置に到達すると、制御器３が、移動比を大きく（例えば、１：２）する。これにより、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏを拡大することができる。
【0093】
しかし、この比較例２には、分解能が低下するという欠点がある。
【0094】
｛比較例３｝
比較例３は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）制御のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
比較例３は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大（変更）制御のみが実施形態１と異なり、その他は、実施形態１と同じである。
【0095】
比較例３では、制御器３が操作器２を移動させずに、操作力Ｆｍに応じて、ロボット１を動作させる制御を行うものである。この制御によれば、操作器２の機械的可動範囲（不図示）に制約されることなく、ロボット１を動作させることができる。
【0096】
しかし、この比較例３には、操作器２が動かないことから、操作者が接触力Ｆｓに対応する反力を感じながら操作器２を操作することができないという欠点がある。
【0097】
これらの比較例の説明から、第１制御は、比較例１乃至３が有する全て欠点を克服することができるという利点を有することが理解される。
【0098】
＜第２制御＞
次に、第２制御における動作を、図２、図５、及び図６を用いて説明する。図５は、第２制御の内容を示す模式図である。図６は、第２制御におけるロボット１の制御上可動範囲の拡大を示す模式図であり、左側の図は、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏを示す図、右側の図は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ１，Ｒｓｏ２を示す図である。
次に、第２制御における動作を、図２、図５、及び図６を用いて説明する。図５は、第２制御の内容を示す模式図である。図６は、第２制御におけるロボット１の制御上可動範囲の拡大を示す模式図であり、左側の図は、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏを示す図、右側の図は、ロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ１，Ｒｓｏ２を示す図である。
【0099】
図２及び図５を参照すると、上述のように、制御器３では、可動範囲処理部３５が、操作器２が操作されていないか否か判定する。操作器２が操作されている場合には、通常制御が行われ、操作器２が操作されていない場合には、第２制御が行われ、可動範囲処理部３５がロボット１を停止させる。また、指定位置移動指令付与部４０が、第２制御として、上述のように、Ｘｄ＝ｋｐ（ｘ－ｘｉ）の移動指令位置Ｘｄを出力する。これにより、操作器２には、操作器を指定位置ｘｉに向けて移動させる動作力が作用する。
【0100】
そして、操作器２が指定位置に位置すると、可動範囲処理部３５は、通常制御を行う。
【0101】
この過程を、図５及び図６を用いて具体的に説明する。例えば、図５及び図６の左側の図に示すように、操作者が、操作器２の指定可動範囲Ｒｍｏの所要の位置（任意の位置）Ｐ１で操作器２から手を放す（操作しなくなる）と、制御器３は、操作器２を指定位置ｘｉ（Ｐ２（ここでは、指定可動範囲Ｒｍｏの中心位置Ｃｍｏ））に移動させる。その後、操作者が操作器２を操作すると、ロボット１は、図６の右側の図に示すように、その中心位置Ｃｓｏ２が、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏ１の中心位置Ｃｓｏ１から操作器２の移動方向６１と反対方向６２に操作器２の移動量Ｌｍに移動比を乗じた距離Ｌｓだけずれた新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２において動作する。この新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２は、現在の制御上可動範囲Ｒｓｏ１を少なくとも部分的に超える範囲である。従って、第２制御によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボット１の制御上可動範囲を拡大する（移動させる）ことができる。
【0102】
従って、第２制御によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ１を拡大することができる。
【0103】
以上の説明から明らかなように、実施形態１によれば、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、位置指令型バイラテラル制御においてロボット１の制御上可動範囲Ｒｓｏ，Ｒｓｏ１を拡大することができる。
【0104】
（変形例１）
図２及び図３Ａ－３Ｃを参照すると、変形例１では、上記実施形態１において、制御器３が、第１制御において、操作力Ｆｍの方向にロボット１を移動させる際に操作力Ｆｍに対するロボット１の移動量の比を変更するよう構成されている。
図２及び図３Ａ－３Ｃを参照すると、変形例１では、上記実施形態１において、制御器３が、第１制御において、操作力Ｆｍの方向にロボット１を移動させる際に操作力Ｆｍに対するロボット１の移動量の比を変更するよう構成されている。
【0105】
第１制御では、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達した後に制御器３が操作力Ｆｍの方向に移動させたロボット１の移動量（移動距離）だけ、制御上可動範囲Ｒｓｏが拡大する。この際、移動比及びゲインの少なくともいずれかを変更することによって、操作器２が指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達した後の操作力Ｆｍの方向へのロボット１の移動量を調整できる。
【0106】
従って、この変形例１によれば、制御上可動範囲Ｒｓｏの拡大の程度を調整できる。
【0107】
（変形例２）
図２及び図３Ａ－３Ｃを参照すると、変形例１では、制御器３が、第１制御において、操作力Ｆｍの方向にロボット１を移動させる際にロボット１の動作速度を操作力Ｆｍに応じて変更するよう構成されている。
図２及び図３Ａ－３Ｃを参照すると、変形例１では、制御器３が、第１制御において、操作力Ｆｍの方向にロボット１を移動させる際にロボット１の動作速度を操作力Ｆｍに応じて変更するよう構成されている。
【0108】
この変形例２によれば、例えば、操作力Ｆｍが大きい程、ロボット１の動作速度を早くすることによって、制御上可動範囲Ｒｓｏを大きく拡大する場合でも、その所要時間を短くできる。
【0109】
（変形例３）
図２、５、及び６を参照すると、変形例３では、制御器３が、第２制御において、操作器２を所定の速度で指定位置Ｐ２に向けて移動させるよう構成されている。
図２、５、及び６を参照すると、変形例３では、制御器３が、第２制御において、操作器２を所定の速度で指定位置Ｐ２に向けて移動させるよう構成されている。
【0110】
この変形例３によれば、所望の速度を所定の速度として設定することによって、所望の速度で操作器２を指定位置Ｐ２に向けて移動させることができる。
【0111】
（変形例４）
図２、５、及び６を参照すると、変形例４では、制御器３が、第２制御において、操作器２が操作されなくなった時点における操作力Ｆｍに仮想的なインピーダンスを付加することによって、操作器２を指定位置Ｐ２に向けて移動させるよう構成されている。
図２、５、及び６を参照すると、変形例４では、制御器３が、第２制御において、操作器２が操作されなくなった時点における操作力Ｆｍに仮想的なインピーダンスを付加することによって、操作器２を指定位置Ｐ２に向けて移動させるよう構成されている。
【0112】
操作器２の操作中に操作をやめると、その時点における操作器指令位置Ｘｍに応じた位置に操作器２が自動的に移動する。操作をやめた時点における操作器２の動作力の絶対値は当該時点における操作力Ｆｍに等しい。従って、この変形例４によれば、仮想的なインピーダンスによって、操作器２が自動的に移動する際の操作器の移動速度を安全な速度にすることができる。
【0113】
（変形例５）
図２、５、及び６を参照すると、変形例５では、指定位置Ｐ２が、指定可動範囲Ｒｍの中心位置に設定される。
図２、５、及び６を参照すると、変形例５では、指定位置Ｐ２が、指定可動範囲Ｒｍの中心位置に設定される。
【0114】
この変形例５によれば、ロボット１の新たな制御上可動範囲Ｒｓｏ２が、ロボット１の停止位置Ｐ１’を中心とした制御上可動範囲Ｒｓｏ２になるので、ロボット１を操作しやすくなる。
【0115】
（実施形態２）
図７は、本開示の実施形態２に係るロボットシステム２００の制御系統の構成を示すブロック図である。
図７は、本開示の実施形態２に係るロボットシステム２００の制御系統の構成を示すブロック図である。
【0116】
図２及び図７を参照すると、実施形態２のロボットシステム２００は、学習器９０を備える点において、実施形態１のロボットシステム１００と異なり、これ以外の点は、実施形態１のロボットシステム１００と同じである。以下、この相違点について説明する。図７において、点線矢印は、学習時のみの信号の流れを表し、二重線矢印は、作業時のみの信号の流れを表す。
【0117】
学習器８０は、周知の学習モデルで構成される。この学習モデルは、機械学習するものでもよく、さらにはディープラーニングするものでもよい。実施形態２では、所定の学習ソフトウェアが、制御器３を構成する演算器のメモリＭｅに格納され、この所定の学習ソフトウェアを上記演算器のプロセッサＰｒが読み出して実行することによって、学習器９０が機能ブロックとして実現される。
【0118】
学習器８０は、学習時において、操作者の操作により操作器２に作用する操作力Ｆｍを表す操作力信号（ｆｍ）と操作器２に入力される操作器指令位置Ｘｍ及び接触力ｆｓを含む予測基礎データとを入力されて、操作力信号（ｆｍ）を予測基礎データに基づいて学習し、且つ、作業時において、予測基礎データが入力されると、学習により獲得した人工知能によって、操作器２に代わる仮想操作器を操作するよう動作するとともに、当該仮想操作器、及び操作力センサＳｍに代わる仮想操作力センサとして動作し、それによって、操作力信号（ｆｍ）の予測信号である予測操作力信号（ｆｍ’）を制御器３に出力するよう構成されている。
【0119】
このロボットシステム２００の作業時の動作は、図２のブロック図において、操作力信号（ｆｍ）を予測操作力信号（ｆｍ’）で置換したブロック図と同じである。以下、ロボットシステム２００の動作を概容を説明する。
【0120】
ロボットシステム２００は、学習時において、実施形態１のロボットシステム１００の操作者による操作工程を行い、作業時において、学習器による操作工程を行う。
【0121】
学習器による操作工程では、制御器３が、接触力信号（ｆｓ）と学習器８０が出力する予測操作力信号（ｆｍ’）とに基づいてロボット指令位置Ｘｓ及び操作器指令位置Ｘｍを出力することによってロボット１の動作を制御するとともに、学習器８０を、仮想操作器を操作するよう動作させるとともに仮想操作器及び仮想操作力センサとして動作させる。
【0122】
そして、制御器３は、この作業時の通常制御において、第１制御及び第２制御の少なくともいずれかを行う。
【0123】
この第１制御は、仮想操作器が仮想操作器の指定可動範囲Ｒｍｏの端に到達すると仮想操作器を停止させるとともに操作力Ｆｍの方向にロボット１を移動させ、その後、指定された第１条件が満たされると通常制御に戻る制御であり、第２制御が、指定された第２条件が満たされるとロボット１を停止させるとともに仮想操作器を指定位置に向けて移動させ、仮想操作器が指定位置ｘｉに位置すると通常制御に戻る制御である。
【0124】
このような実施形態２によれば、作業時において、学習器８０によって自動的に制御上可動範囲Ｒｓｏを拡大しながらロボット１に上記作業対象に対する作業を自動的に行わせることができる。
【0125】
（実施形態３）
図８は、本開示の実施形態３に係るロボットシステム４００の制御系統の構成を示すブロック図である。
図８は、本開示の実施形態３に係るロボットシステム４００の制御系統の構成を示すブロック図である。
【0126】
【0127】
ロボットユニット４１０は、実施形態１（及び実施形態２）のロボットユニット１０と同様に構成されている。制御器４０３は、実施形態１（及び実施形態２）の制御器３と同様に構成されていて、図２のブロック図において、操作器ユニット２０がＡＩ器４８０で置換され、操作器ユニット２０の出力（ｆｍ）がＡＩ器４８０の出力（ｆｍ’）で置換された構成となっている。ＡＩ器４８０は、コンピュータに、学習が完了した実施形態２の学習器８０の学習プログラム（学習アルゴリズム）がインストールされて構成されている。
【0128】
従って、ロボットシステム４００の動作は、実施形態２のロボットシステム２００の作業時の動作と同じである。
【0129】
つまり、制御器４０３は、ＡＩ器４８０への入力（Ｘｍ）及びＡＩ器４８０からの出力（ｆｍ’）を用いて、ロボットユニット４１０及びＡＩ器４８０の動作を位置指令型バイラテラル制御によって制御する。この場合、ＡＩ器４８０は、実施形態１（及び実施形態２）の操作者及び操作器ユニット２０（操作器２及び操作力センサＳｍ）として動作する。
【0130】
以下、このロボットシステム４００の概容を説明する。
【0131】
このロボットシステム４００は、実施形態２の学習器８０が獲得した人工知能を構成するアルゴリズムを含むＡＩプログラムをロボットシステム４００のＡＩ器にインストールする工程を含む。
【0132】
そして、ロボットシステム４００が、制御器４０３と、制御器４０３によって入力されるロボット指令位置Ｘｓと他の作業対象から受ける接触力Ｆｓとに基づいて他の作業対象物に作業を行う他のロボット１（図２参照）と、接触力Ｆｓを感知し、感知した接触力Ｆｓを表す接触力信号（ｆｓ）を出力する他の接触力センサＳｓと、接触力センサＳｓからの接触力信号（ｆｓ）及び制御器４０３からの操作器指令位置Ｘｍを含む予測基礎データを入力されて、操作力信号（ｆｍ）予測信号である予測操作力信号（ｆｍ’）を制御器４０３に出力するＡＩ器４８０と、を備える。
【0133】
そして、ロボットシステム４００は、制御器４０３が、接触力信号（ｆｓ）とＡＩ器４８０が出力する予測操作力信号（ｆｍ’）とに基づいてロボット指令位置Ｘｓ及び操作器指令位置Ｘｍを出力することによってロボット１の動作を制御する。
【0134】
この動作は、実施形態２、具体的には、実施形態１におけるロボット１の見掛けの動作と同じであり、ロボット１は、以下のように、自動的に動作する。
【0135】
制御器４０３が第１制御を行う場合においては、ロボット１が作業において制御上可動範囲Ｒｓｏの端に到達すると、その時のロボット１の移動方向に当該ロボット１が移動する。そして、ロボット１の移動先に制御上可動範囲Ｒｓｏが移動する。
【0136】
制御器４０３が第２制御を行う場合においては、作業においてロボット１が停止した後、このロボット１の停止位置を含むように制御上可動範囲Ｒｓｏが移動する。
【0137】
これにより、制御上可動範囲Ｒｓｏにおいてロボット１が作業を自動的に行い、且つ、制御上可動範囲Ｒｓｏがロボット１の機械的可動範囲Ｒｓｍ内において自動的に移動する。
【0138】
この実施形態３によれば、ＡＩ器４８０によって自動的に制御上可動範囲Ｒｓｏを拡大しながらロボット１に他の作業対象に対する作業を自動的に行わせることができる。
【0139】
（実施形態４）
図９は、本開示の実施形態４に係るロボットシステム５００の制御系統の構成を示すブロック図である。
図９は、本開示の実施形態４に係るロボットシステム５００の制御系統の構成を示すブロック図である。
【0140】
図９を参照すると、実施形態４のロボットシステム５００は、ロボットユニット５１０と、制御器５０３と、を備える。
【0141】
ロボットユニット５１０は、実施形態１のロボットユニット１０（図２）と同様に構成されていて、ロボット１及び接触力センサＳｓを備える。
【0142】
制御器５０３は、実施形態１の制御器４０３と同様に、プロセッサＰｒとメモリＭｅとを有する演算器で構成される。この演算器は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成される。制御器３は、集中制御を行う単独の演算器で構成されてもよく、分散制御を行う複数の演算器で構成されてもよい。制御器３は適宜な場所に設けられる。ここでは、制御器３は、ロボット１の基台に設けられる。
【0143】
メモリＭｅには所定の制御プログラムが格納されていて、この制御プログラムをプロセッサＰｒが読み出して実行することにより、制御器５０３がロボット１の動作を自動的に制御する。
【0144】
具体的には、制御器５０３は、接触力センサＳｓからの接触力信号（ｆｓ）に基づいて、ロボット指令位置Ｘｓを出力することにより、ロボット１の動作を力制御する。
【0145】
この場合、制御器５０３は、制御上可動範囲Ｒｓｏにおいてロボット１に作業を行わせ、且つ、制御上可動範囲Ｒｓｏをロボット１の機械的可動範囲Ｒｓｍ内において移動させる。制御上可動範囲Ｒｓｏの移動方法は、特に限定されない。
【0146】
このような実施形態として、例えば、制御器５０３が、所定の制御上可動範囲Ｒｓｏにおいて比較的単純な所定作業をロボット１に行わせ、所定の制御上可動範囲Ｒｓｏを重ならないように順次移動させるようにして、ロボット１の機械的可動範囲Ｒｓｍの全体に渡って、ロボット１にこの所定作業を繰り返し行わせる形態が挙げられる。
【0147】
このような実施形態４によれば、ロボット１に制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることができる。
【0148】
（その他の実施形態）
上記実施形態１乃至３において、制御器３が、通常制御の中で第１制御のみ又は第２制御のみを行うように構成されていてもよい。
上記実施形態１乃至３において、制御器３が、通常制御の中で第１制御のみ又は第２制御のみを行うように構成されていてもよい。
【0149】
上記実施形態１乃至３において、制御器３が、通常制御の前後に、所定の自動制御プログラムに従った自動制御を行うよう構成されていてもよい。
【0150】
上記実施形態１乃至３において、制御器３，４０３が、接触力信号（ｆｓ）と操作力信号（ｆｍ）とさらなる「他の信号」とに基づいてロボット指令位置Ｘｓ及び操作器指令位置Ｘｍを出力するよう構成されていてもよい。「他の信号」として、例えば、基本動作を指令する基本動作制御プログラムからの基本動作指令信号が挙げられる。
【0151】
上記実施形態１乃至３では、操作器側及びロボット側の双方に力センサを備える「並列タイプ」によって、力制御が行われたが、上記実施形態１乃至３において、操作器側及びロボット側のいずれかに力センサを備えない「タイプ」によって、力制御が行われてもよい。但し、この場合においても、例えば、ロボットにおける作業対象に作業を行う部分（end effector）の「位置」を力に換算することによって、「接触力」が検出される。
【0152】
上記実施形態１乃至３では、「位置指令型バイラテラル制御」が行われたが、上記実施形態１乃至３において、その他のバイラテラル制御が行われてもよい。
【0153】
上記実施形態１乃至３では、「操作信号」として、操作力信号（力指令）が用いられたが、上記実施形態１乃至３において、「操作信号」として、操作位置信号（位置指令）が用いられてもよい。
【0154】
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0155】
本開示のロボットシステム及びその制御方法は、ロボットに制御上可動範囲が存在する場合に、制御を中断することなく且つ分解能を低下させることなく、力制御によりロボットに作業をさせることが可能なロボットシステム及びその制御方法として有用である。
【符号の説明】
【0156】
１ ロボット
２ 操作器
３，４０３，５０３ 制御器
１０，４１０，５１０ ロボットユニット
２０ 操作器ユニット
３１ 接触力取得部
３２ 操作力取得部
３３ 減算部
３４ 力／位置換算部
３５ 指令位置生成部
３６ ロボット指令位置生成部
３７ ロボット制御部
３８ 操作器指令位置生成部
３９ 操作器制御部
４０ 指定位置移動指令付与部
４１ 加算部
８０ 学習器
１００，２００，４００，５００ ロボットシステム
４８０ ＡＩ器
Ｃｍ 操作器の機械的可動範囲の中心位置
Ｃｏ ロボットの制御上可動範囲の中心位置
Ｅｆ エンドエフェクタ
Ｆｍ 操作力
Ｆｓ 接触力
Ｍｅ メモリ
Ｐｅ 端
Ｓｍ 操作力センサ
Ｓｓ 接触力センサ
Ｐｒ プロセッサ
Ｒｍｏ 操作器の指定可動範囲
Ｒｓｍ ロボットの機械的可動範囲
Ｒｓｏ ロボットの制御上可動範囲
Ｘｃ 指令位置
Ｘｍ 操作器指令位置
Ｘｓ ロボット指令位置
２ 操作器
３，４０３，５０３ 制御器
１０，４１０，５１０ ロボットユニット
２０ 操作器ユニット
３１ 接触力取得部
３２ 操作力取得部
３３ 減算部
３４ 力／位置換算部
３５ 指令位置生成部
３６ ロボット指令位置生成部
３７ ロボット制御部
３８ 操作器指令位置生成部
３９ 操作器制御部
４０ 指定位置移動指令付与部
４１ 加算部
８０ 学習器
１００，２００，４００，５００ ロボットシステム
４８０ ＡＩ器
Ｃｍ 操作器の機械的可動範囲の中心位置
Ｃｏ ロボットの制御上可動範囲の中心位置
Ｅｆ エンドエフェクタ
Ｆｍ 操作力
Ｆｓ 接触力
Ｍｅ メモリ
Ｐｅ 端
Ｓｍ 操作力センサ
Ｓｓ 接触力センサ
Ｐｒ プロセッサ
Ｒｍｏ 操作器の指定可動範囲
Ｒｓｍ ロボットの機械的可動範囲
Ｒｓｏ ロボットの制御上可動範囲
Ｘｃ 指令位置
Ｘｍ 操作器指令位置
Ｘｓ ロボット指令位置
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】