特表 2023-553745 高エフェクタ感度を提供し、ロボットの本体との相互作用を可能にする混合力制御法則を有する協働処理ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-25

(54)【発明の名称】高エフェクタ感度を提供し、ロボットの本体との相互作用を可能にする混合力制御法則を有する協働処理ロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537178

(86)(22)【出願日】2021-12-17

(85)【翻訳文提出日】2023-08-14

(86)【国際出願番号】 EP2021086585

(87)【国際公開番号】W WO2022129566

(87)【国際公開日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】2013615

(32)【優先日】2020-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】グザヴィエ・ラミー

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS35

3C707BS12

3C707JT08

3C707KS33

3C707KW03

3C707KX10

3C707LV01

3C707LV18

(57)【要約】

高いエフェクタ感度を提供し、ロボットの本体との相互作用を可能にする混合力制御法則を有する協働処理ロボットが開示される。本発明は基本的に、産業用協働処理ロボットの端部部材（フランジ）とそれにより支持される器具の間の多軸力センサを注意深く位置決めすること、および飽和関数を導入することによってロボットコントローラ内で実施される増加した力制御法則を変更することからなる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットの基部（２）を形成する近接端要素、および遠位端要素（３）を備えた機械的要素（２から５）の運動チェーンであって、前記様々な要素は、前記遠位端要素が前記近接端要素に関して移動することが可能であるように、互いに対して移動する能力を備えて取り付けられている運動チェーンと、
人間のオペレータによって操作されることを意図した器具（６、７）および／またはグリッパであって、前記遠位端要素と同じ自由度を有するように前記遠位端要素に接続されている器具（６、７）および／またはグリッパと、
要素の第１のチェーンの少なくとも一部を制御する手段であって、
互いに対して前記チェーンの前記様々な要素の移動全てを行う、および／またはその間に力を加えるように、前記チェーン上に配置されたアクチュエータと、
互いに対して前記要素の変位を測定する手段と、
適当な場合、前記アクチュエータによって加えられる前記力を測定する手段と、
これらに加えられる力を測定するように、前記遠位端要素と前記器具および／または前記グリッパとの間に配置された単一の多軸力センサ（８）と、
コントローラ（１０）内で実施される制御法則に従って、変位を測定する前記手段、および適当な場合、前記アクチュエータによって加えられる前記力を測定する前記手段によって得られる測定値、および前記多軸力センサからの測定値に基づいて前記アクチュエータを制御するためのコントローラ（１０）と、を備えた、制御する手段と、
を備えた協働処理ロボット（１）であって、
前記制御法則は、
前記器具または前記グリッパに加えられ、前記多軸力センサによって測定される力をロボット関節で増幅させるように構成された力増加ループ（１００）であって、前記測定は前記遠位端の前記自由度の少なくともいくつかに関するものであり、アンチワインドアップゲインＫ_ａｗの積を前記ループの前記積分ゲインＫｉの積から減算するための比較器、および前記チェーンの前記様々な要素に対して前記設定点速度を供給するために前記比較器から結果を受ける積分器を備えた力増加ループ（１００）と、
前記様々なアクチュエータに対して前記非飽和参照トルクを供給するために、前記力増加ループから前記速度設定点を受ける比例ゲインＫｖを備えた内部速度ループ（１０１）と、
飽和期間τ_ｓａｔが前記アクチュエータの乾燥摩擦係数の前記ベクトルτ_ｆ０より大きいまたはこれに等しいように選択される内部速度ループ飽和関数（１０２）と、
前記力増幅ループの前記積分器の入力に再び供給され、飽和が成立するとすぐに、前記力増加ループの前記積分器がその積分を遮るように、前記飽和および前記ゲインＫａｗによって加えられる前記力修正の積として得られるアンチワインドアップ成分と、
を含んでいる、協働処理ロボット（１）。

【請求項2】

前記アンチワインドアップゲインＫａｗの積がＫｖ^－１に等しい、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項3】

前記飽和期間τ_ｓａｔはベクトルτ_ｆ０プラスその上の不確実性の値の２倍の合計に等しい、請求項１または２に記載の協働処理ロボット。

【請求項4】

前記アクチュエータは前記コントローラによって直接制御することができ、前記飽和関数は前記内部速度ループの前記出力で直接加えられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項5】

前記アクチュエータは力によって直接制御することができず、前記アクチュエータによって加えられる力τ_ｍはその後、飽和計算において測定されおよび検討される、請求項１から３のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項6】

前記アクチュエータはサーボモータを備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項7】

互いに対する前記要素の変位を測定する前記手段は、絶対位置センサを備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項8】

前記コントローラは、プログラム可能仮想機械的制約を備えた制御、デカルトおよび／または関節速度限界を備えた制御、前記作業空間の制約を備えた制御、力フィードバックを備えたまたは備えていない遠隔操作制御から選択された少なくとも１つの追加の制御法則を実施するように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項9】

前記多軸力センサ（８）は、前記ハンドルに加えられた前記力のみを測定するように、前記器具の前記ハンドル（７）と前記器具（６）の間に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の協働処理ロボット。

【請求項10】

外科的介入を助けるためのロボットとして、または重い積荷を組み立てるまたは処理するためのロボットとして、またはリードスルー式プログラミングロボットとしての、請求項１から９のいずれか一項に記載の産業用協働処理ロボットの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット工学の分野に関し、より詳細には、協働処理ロボットによって利用される物理的ヒューマンロボット相互作用（ｐＨＲＩ）に関する。

【0002】

概して、ｐＨＲＩは、ロボットの作業区域に人間のオペレータが入るのを可能にし、一方がもう一方と直接および物理的に相互作用するのを可能にする動作である。

【0003】

本発明はより詳細には、協働処理ロボット用の力増加制御法則に関する。

【背景技術】

【0004】

ロボット工学の分野では、オペレータが動作の際に助けられることを可能にする様々なシステムがある。

【0005】

物体を遠隔で処理し、努力を要する作業を行うために、最初に、遠隔操作システムと呼ばれるシステムがある。このようなシステムは概して、制御アーム、および互いに結合された被制御アームからなる。

【0006】

しかし、これらはその設計および使用の両方において、複雑であるシステムである。したがって、これらは習得するのに費用がかかり難しいことが分かる。概して、システムで得られた製造性は、作業を行うために、構成部品上で直接、素手、または器具を介して操作することによって達成されるものより劣っている。

【0007】

遠隔操作システムより単純なシステムを同時に維持しながら、複雑および／または努力を要する作業を行う際にオペレータを助けるために、協働処理システムと呼ばれるシステムが開発された。これらのシステムは概して、器具を使用して達成される作業を行い、人間のオペレータが案内部材を介して協働処理ロボットの移動を制御することを可能にする案内部材を備えた協働処理ロボットまたは共同ロボットで作られている。

【0008】

協働処理はしたがって、オペレータがしたがって達成される作業を実行する際に助けられるように、ロボットおよびオペレータによって一緒に器具を操作することを可能にする。

【0009】

より一般的には、人間とロボットの間のこのような相互作用のモードは、器具の重量を補償すること、プログラム可能な機械的制約を加えること、および力を増加すること、などによって、動作を支援するためのいくつかの機能を提供することが可能になる。

【0010】

したがって協働処理によって、作業に関与する点、移動および／または力を通してロボットを案内することによって、様々な学習／プログラミング機能が本来の位置で実行され、その後、当該作業が同じロボットによって自動的に行われることになる。

【0011】

協働処理用ロボットの適合性は、オペレータによって加えられる力に対するその感度、および器具またはグリッパを持つその終端要素または部材に対するその環境、に主に左右される。オペレータによって感じられるような協働処理の品質は、ロボットシステム（制御法則に従うロボット機構、センサ、およびアクチュエータ）によって達成される機械的透明性の考えに極めて強く関連している。

【0012】

ロボットシステムの透明性は、オペレータおよび／またはその環境との相互作用の力を最小限に抑えながら、制約のない方向に移動するその能力を記述するものである。

【0013】

完全な透明性を示すシステムは、このような移動に対するあらゆる抵抗を与えることなく、制約空間におけるオペレータによる器具に加えられる移動に従うことが可能であり、ロボットに起因する障害はオペレータによって認識されない。

【0014】

協働処理を可能にすることができるロボットシステムは、３つの別のカテゴリーに分類することができる。

【0015】

第１のものは、機械的に透明な結合されたシステムに関連する。アクチュエータの機械的設計は、モータからセグメントおよび終端部材への、ならびにセグメントおよび終端部材からモータへの力の優れた伝達の両方を可能にする。あらゆる制約の他に、変位上にある場合があり、制御法則は、刊行物［１］、および特許文献１に開示されるように、透明協働処理を可能にするために、関節によって経験されるようなロボットおよび器具の重量分だけを補償することを必要とする。

【0016】

第２のものは、不十分に透明な関節を備えたシステムのものである。移動の過程中にオペレータとの相互作用の点に伝達される、減速ギアおよびモータを含む、関節内の機械的摩擦は、困難閾値を上回る。

【0017】

最後に、不可逆関節を備えたシステムがある。ゼロモータ力では、どんな力がオペレータによってロボットに加えられても、これらの関節は動かなくなり、移動は可能ではない。これは特に、高い減速比を備えたウォーム／ホイールタイプの機械的システムで作り出された関節の場合である。

【0018】

本発明は、現在市場において工業用ロボットの大部分をカバーする、不十分に透明なおよび／または不可逆性関節を有するシステムのカテゴリーのみに関連する。特に、工業用ロボットは、人間のオペレータとの相互作用に対する能力を犠牲にして位置決めの精度／繰返し性を最適化するように第１におよび最初に設計されてきている。

【0019】

発明者はしたがって、不十分に機械的に透明であるまたは不可逆的である関節を備えた既存の工業用ロボットの協働処理を改良しようとした。

【0020】

発明者は、これらの既存のロボットの様々な欠点／制限を分析し、現在利用可能な解決法全てをアイテム化した。

【0021】

最初に、器具の協働処理が、特に大きく減少した関節摩擦で、機械に固有であるものより良い透明性で行われる必要がある。不十分に透明であるシステム内の透明性への機械的限定を超えるために、第１の解決法は、アクチュエータ制御法則にこれに対する補償を追加するために、関節の摩擦力をモデリングすることからなる。

【0022】

この解決法は、摩擦モデルは関節潤滑、温度および摩耗で大きく変化するパラメータに左右されるので、現在の工業用ロボットに関してほぼ全体的に満足ではない。また、摩擦における変化は険しく、ゼロ速度周りで極めてはるかに非直線的である。摩擦に対する補償はしたがって、刊行物［２］から明らかなように、正確なまたはゆっくりな移動に対して動作不可能である。

【0023】

また、実施されるロボットシステムは、機器で有している必要があるより少ない感度を備えているが、ロボット本体全体にわたって感度があるままである必要がある。

【0024】

不十分に透明なまたは不可逆性関節を有するシステムでは、１つの解決法は、終端セグメントまたは部材と器具の間に力センサを設置し、装填パターンの６つの成分（３つの力成分および３つのトルク）を測定することが可能であることである。器具の予測重量は、力測定値から予め減算される。アクチュエータがこの力測定値をゼロで保持するための閉ループフィードバック制御法則が、その後、ロボット制御において実施される。これは、ロボットシステムが、各場合でロボットとのオペレータの相互作用の力を相殺するように連続して移動することを可能にする。関節の内部摩擦力はしたがって、あらゆる形の予測計算を必要とすることなく、性質がどのようであっても拒否される：［３］。

【0025】

この解決法はしたがって、制御法則の実施に従って、摩擦力の完全な拒絶を可能にする。これに対して、ロボットの機械的慣性の影響を克服することが不可能である：［４］。

【0026】

特に、そのゲイン調節に関連付けられた制御法則は、制御されているロボットシステムがあらゆる機械的受動環境、および（自身が受動であると考えられてもよい［６］）人間のオペレータとのその相互作用において安定している場合に、受動として記述される［５］。次に、単純な修正装置では、ロボットの慣性を大きく補償しすぎる調節はもはや受動ではなく、特に、高い剛性環境または高い慣性を有する器具と接触する不安定性があることが理論的に示された。

【0027】

さらに、終端要素上の力を測定するこの解決法の主な制限は、ロボット本体とその環境との間のあらゆる慣性を防ぐことである。特に、フィードバック制御は、摩擦と、力測定センサの上流側の相互作用の力全てと、を無差別に拒絶するのであり、なぜならば、それらが測定されないからである。これは、オペレータが器具の移動に主に集中している場合に、ロボット本体が作業空間内に存在する要素または他のオペレータに破壊力をかなりおよび潜在的に加える状況に不注意につながることがある。

【0028】

この解決法の別の制限は、特定の関節上で測定される力の投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）がゼロまたは極めて低いので、ロボットの唯一の構成のすぐそばのロボット再構成移動を習得することが難しいことである。同じ理由で、冗長な運動学を備えたロボットの場合、終端部材（終端セグメント）のあらゆる変位を生じないロボットの内部移動は、器具のみの協働処理によって制御することができない。７つの自由度を有する擬人化アームでは、オペレータはロボット本体と相互作用することなく、協働処理作業中に肘の位置を制御することは不可能である。

【0029】

さらに、機械的に不十分に透明なまたは不可逆性関節を備えたロボットシステムは、これが器具でのより低い感度を意味する場合であっても、ロボットの本体全体上で敏感なままである必要がある。

【0030】

これを達成するため、１つの解決法は、感力層を備えたロボット本体のセグメントの表面を覆うことである。

【0031】

特許文献２は、皮膚でこれを覆う解決法を提案し、それにより、ロボット本体が皮膚の検出閾値を超えて作業空間の要素と接触する場合に、信号がロボットに伝達されて、接触がなくなるまで移動を停止する。これは概して、ペンダントなどのいくつかの他の手段を使用してロボットを係脱することを必要とする。

【0032】

特許文献３に記載されたものなどの特により高度に進化された皮膚は、接触の位置およびその強度を判断することを可能にし、それによって、接触の方向にある移動のこれらの成分のみが停止され、その他は自由にされる。これにより、協働処理のより良い継続性を可能にする。

【0033】

皮膚の使用での欠点は、皮膚が定義によって、各ロボットの特定の幾何形状に適合させられる必要があることである。他の欠点は、そうすることが可能であることが、ロボットの近傍での、またはロボットの運動学的単一性を通した協働処理中に、ロボットの構成を制御するのに実用的であるとしても、オペレータが、例えば、その第２の手でロボット本体を協働処理することが可能ではないことである。

【0034】

ロボット本体全体にわたって良い感度を有するための代替解決法は、ロボット基部とそのプリンスの間の装填パターンの６つの成分（３つの力成分および３つのトルク）を測定する、力センサを適合させることである。したがって、ロボット本体および器具に加えられる力は実際、基部内でセンサによって測定される。完全重力モデルが刊行物［７］、または特許文献４に記載されるように、ゆっくりな動作に十分であってもよいので、基部内でセンサまで減少されるロボットの動的装填パターンの予測を測定値から減算する必要がある差で、終端部材上に位置決めされた力センサに対して同じ法則を再利用することが十分である。

【0035】

この解決法での欠点は、ロボットの重量は実際、オペレータによって加えられる力よりはるかに大きく、したがって、ロボットの終端部材上の力センサに必要とされる測定の精度に関するはるかに厳しい要件（騒音、直線性およびドリフト）を備えたはるかに高い内径の負荷センサを必要とすることである。

【0036】

ロボットの基部とそのプリンスの間の力センサを位置決めする別の欠点は、そうでなければ誤差が重力装填パターンの予測に導入され、これらが協働処理を崩壊させるかなりの力につながるので、ロボットが設置される場合にロボットの着座が特に十分制御される必要があることである。

【0037】

最終の欠点は、ロボットの別個のセグメント上の２つの手での協働処理に影響を与え、ロボットの運動チェーンに対して内部の力成分が、基部で力センサによって測定することができる全体の合力を有していない。このような状況は、特に、オペレータがアームおよび前腕を一緒に協働処理することによって、ロボット肘を屈曲したい場合に起こってもよい。これは、特定の協働処理構成の際の障害につながる。

【0038】

別の代替解決法は、関節毎に１つの成分を備えた、各ロボット関節の出力で関節トルクセンサを置くことである。この解決法は、２つの手での協働処理の場合でさえも、システムをロボットの全てのセグメントに加えられる力に完全に敏感にすることを可能にする：［８］， ［９］。

【0039】

この解決法での欠点は、既に存在する工業用ロボットに加えることができない何か、ロボット関節の新しい設計を必要とすることである。

【0040】

最後に、別の代替解決法は、ロボットコントローラ内の力増加制御法則を実施することである。このような制御法則は、ハンドルなどの器具上の協働処理機械的インターフェース要素の力を測定するように位置決めされたセンサからの、および設定点またはロボット上のアクチュエータのモータ力の測定値（間接測定値）τ_ｍ、例えば、モータ電流またはアクチュエータ圧力の測定を組み合わせる。

【0041】

このような制御は特に、特許文献５に記載されている。

【0042】

刊行物［１０］で説明されるように、力増加制御の原理は以下の通りである。器具上の協働処理機械的インターフェース要素（例えば、ハンドル）の力を測定するように位置決めされたセンサからの測定の装填パターンは、Ｆ_ｈで示され、モータ空間内のその投影はτ_ｈで示される。設定点のベクトル、またはロボット上の各アクチュエータのモータ力の測定値（間接測定値）はτ_ｍで示される。その後、２つの測定／制御されたパラメータＦ_ｈおよびτ_ｍから分かる重力の成分は、既に補償されていると考えられる。器具およびロボットの本体上の作業空間の力（オペレータ力Ｆ_ｈを除く）は、Ｆ_ｔとして設定され、同じモータ空間上のその投影はτ_ｔとして設定され、関節の機械的摩擦のトルクはτ_ｆとして設定される。

【0043】

平衡では、以下の機械的関係を書くことができる。
τ_ｍ＋τ_ｔ＋τ_ｈ＋τ_ｆ＝０ （１）

【0044】

力増加ゲインはその後、ｇ_ｆ＞１として設定される。τ_∈はその後、モータ空間内の誤差トルクとして規定され、以下の関係を満たす：τ_∈＝－（τ_ｍ＋τ_ｈ）／ｇ_ｆ＋τ_ｈ。

【0045】

前に記載した力制御と同じ方法で、閉ループフィードバック制御はその後、誤差トルクをゼロに保持するために、ロボットアクチュエータ設定点で行われる。平衡において、以下の通りである。０＝－（τ_ｍ＋τ_ｈ）／ｇ_ｆ＋τ_ｈ （２）

【0046】

（１）を（２）に代入し、以下が得られる。

【0047】

【数1】

【0048】

この方程式は以下のことを示す。
－ 一方では、力を増加する目的が実際満たされる。関節摩擦を除いて、器具が作業空間に加える力は、力増加ゲインを掛けた協働処理インターフェースにオペレータが加える力に実際対応していない。
－ もう一方では、器具が接触していない（τ_ｔ＝０）場合、オペレータによって経験されるロボット関節摩擦は、この同じゲインによって割られる。

【0049】

器具上およびロボット本体上の力の間に差異がないので、このような制御はしたがって、ロボット本体上に特定の感度を与え、協働処理インターフェースでの透明性を増加する利点を提供する。

【0050】

このような解決法での欠点は、力増加ゲインに関して到達される妥協案がある。これは、経験される摩擦の量を減少させるのに十分高い必要があるが、高すぎる場合、ロボット本体上の感度は低すぎる。

【0051】

他の欠点は、オペレータがロボット本体または協働処理インターフェースと相互作用してもよいが、両方同時ではないことである。ロボットの変位はその後、オペレータが制御するのに直感的でなく難しい何か、２つの相互作用力の合力に対応しない。

【0052】

したがって、特に上記欠点、およびより詳細には力増加制御法則のものを緩和するように、機械的に不十分に透明なまたは不可逆性関節を備えた既存の工業用ロボットの協働処理を改善する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0053】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１６１７９６号パンフレット

【特許文献2】国際公開第２０１６／０００００５号パンフレット

【特許文献3】国際公開第２０１０／０９７４５９号パンフレット

【特許文献4】米国特許出願公開第ＵＳ２０１５／０２９０８０９Ａ１号

【特許文献5】国際公開第２０１５／１９７３３３号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0054】

本発明の目的は、この必要性を少なくとも部分的に満たすことである。

【課題を解決するための手段】

【0055】

これを行うために、本発明の態様の１つは、
－ ロボットの基部を形成する近接端要素、および遠位端要素を備えた機械的要素の運動チェーンであって、様々な要素は、遠位端要素が近接端要素に関して移動することが可能であるように、互いに対して移動する能力を備えて取り付けられている運動チェーンと、
－ 人間のオペレータによって操作されることを意図した器具および／またはグリッパであって、遠位端要素と同じ自由度を有するように遠位端要素に接続されている器具および／またはグリッパと、
－ 要素の第１のチェーンの少なくとも一部を制御する手段であって、
互いに対してチェーンの様々な要素の移動全てを行うおよび／またはその間に力を加えるようにチェーン上に配置されたアクチュエータと、
互いに対して要素の変位を測定する手段と、
適当な場合、アクチュエータによって加えられる力を測定する手段と、
これらに加えられる力を測定するように、遠位端要素と器具および／またはグリッパの間に配置された単一の多軸力センサと、
コントローラ内で実施される制御法則に従って、変位を測定する手段、および適当な場合、アクチュエータによって加えられる力を測定する手段によって得られる測定値、および多軸力センサからの測定値に基づいてアクチュエータを制御するためのコントローラと、を備えた制御する手段と、
を備えた協働処理ロボットに関し、前記制御法則は、
－ 器具にオペレータによって加えられ、多軸力センサによって測定される力をロボット関節で増幅させるように構成された力増加ループであって、測定は遠位端の自由度の少なくともいくつかに関するものであり、アンチワインドアップゲインＫａｗの積をループの積分ゲインＫｉの積から減算するための比較器、およびチェーンの様々な要素に対して設定点速度を供給するために比較器から結果を受ける積分器を備えた力増加ループと、
－ 様々なアクチュエータに対して非飽和参照トルクを供給するために、力増加ループから速度設定点を受ける比例ゲインＫｖを備えた内部速度ループと、
－ 飽和期間τ_ｓａｔがアクチュエータの乾燥摩擦係数のベクトルτ_ｆ０より大きいまたはこれに等しいように選択される内部速度ループ飽和関数と、
－ 力増幅ループの積分器の入力に再び供給され、飽和が成立するとすぐに、力増加ループの積分器がその積分を遮るように、飽和およびゲインＫａｗによって加えられる力修正の積として得られるアンチワインドアップ成分と、を含んでいる。

【0056】

関係Ｋａｗ＝Ｋｖ^－１が設定されることが好ましい。

【0057】

さらに好ましくは、飽和期間τ_ｓａｔはベクトルτ_ｆ０プラスその上の不確実性の値の２倍の合計に等しい。

【0058】

「コントローラ」という用語は、本明細書および本発明の文脈では、普通に広い意味である、すなわち、ロボットをプログラミングおよび制御するためのハードウェアおよびソフトウェアの組合せである。

【0059】

第１の構成によると、アクチュエータがコントローラによって直接力により制御することができる場合、飽和関数は内部速度ループの出力で直接加えられる。

【0060】

第２の構成によると、アクチュエータが力によって直接制御することができないが、例えば、閉位置または速度コントローラによって制御される場合、アクチュエータによって加えられる力τ_ｍはその後、飽和計算において測定されおよび検討される。

【0061】

好ましくは、互いに対する要素の変位を測定する手段は、絶対位置センサ、またはさらには減速段階の前にモータの出力に直接配置される場合、絶対マルチ旋回センサを備えている。

【0062】

コントローラは、例えば、プログラム可能仮想機械的制約を備えた制御、デカルトまたは関節速度限界を備えた制御、作業空間の制約を備えた制御、力フィードバックを備えたまたは備えていない遠隔操作制御、から選択された追加の制御法則を実施するように構成されていてもよい。プログラム可能仮想機械的制約、デカルトまたは関節速度限界、または作業空間の制約を備えた制御では、特許文献５の教示を参照してもよい。

【0063】

力フィードバックを備えたまたは備えていない遠隔操作制御では［１１］または［１２］に記載された法則を実施してもよい。

【0064】

したがって、本発明は基本的に、協働処理産業用ロボットの終端部材（フランジ）と持っている器具の間の多軸力センサの賢明な位置決め、および飽和関数を追加することによってロボットのコントローラ内で実施される力増加制御法則の変更からなる。

【0065】

本発明はしたがって、従来技術による力増加法則の欠点を緩和することが可能であり、それによって、ロボット本体上の感度を増加することを可能にし、ロボット本体、およびロボットの終端部材によって支持される器具などの協働処理インターフェースと一緒に人間のオペレータが相互作用することを可能にする。

【0066】

すなわち、本発明による制御は、多軸センサの感度の高い力測定を組み合わせて、より低くなった、ロボット本体の全体との物理的相互作用に対する感度ではあるものの［１０］、その改善を保証するように、アクチュエータに対する力測定値または設定点をもう一方で備えて、大きく減少した力（ロボット関節機械的摩擦が隠れているような、高レベルの透明性）で器具を直接操作することによってロボットを変位させることを可能にする。

【0067】

したがって、環境内の障害物に不用意に衝突する場合に、ロボット本体が高い力を加える心配をすることなく、オペレータがロボットによって支持される器具を容易に操作することが可能である。

【0068】

このようなことが起こる場合、制御は力の「自然の」平衡を尊重し、対向する力は互いに相殺し、ロボットはオペレータが器具に加えているより大きな力を障害物に加えることなく停止する。

【0069】

本発明は、産業用ロボット上の協働処理機能に加えて、多数の利点を提供し、
－ 器具を直接協働処理する場合に人間のオペレータによって経験される関節機械的摩擦におけるかなりの減少、
－ オペレータおよび／または作業空間との相互作用の力に対するロボットの本体の感度、
－ 内部力成分が存在する場合でさえも、オペレータ、作業空間、ロボット本体および器具の間の多数の関節相互作用の場合に尊重される力の「自然の」均衡、
－ あらゆる受動環境との接触の際に得られる安定性の結果としてのロボットとその作業環境の間の相互作用の受動性、
－ ロボットまたはそのアクチュエータの機械的アーキテクチャを変更する必要がないこと、
－ 接触に敏感である要素でロボット本体をカバーする必要がないこと、
－ ロボットの機械的単一性に近接する、またはこれを通過する場合の使用に関する制限がないこと、
－ 協働処理に有用な他の追加の制御法則（仮想制約、速度制限および作業空間制限、遠隔操作など）と制御法則を組み合わせる可能性、
が挙げられる。

【0070】

産業用協働処理ロボットを制御するために従来技術で提案された解決法のいずれも、同時にこれらの利点の全てを提供することが可能ではない。

【0071】

本発明の別の主題は、外科的介入を助けるためのロボットとして、または重い積荷を組み立てるまたは処理するためのロボットとして、またはリードスルー式プログラミングロボットとして、上に記載したような産業用協働処理ロボットの使用である。

【0072】

本発明のさらなる利点および特性は、非限定的な例として与えられた本発明の例示的実施形態の詳細な説明を読み、以下の図面を参照してより良く明らかになるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0073】

【図1】ロボットによって運ばれる器具に人間のオペレータによって加えられる力を増加させるためのシステムとして利用される、そのコントローラを備えた産業用協働処理ロボットの一例の略図である。

【図2】図１のシステムに加えられる力の全てを要約する図である。

【図3】図１に示されたロボットのコントローラによって実行されるような、本発明による制御法則を示す図である。

【図4】本発明による制御法則の変更形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0074】

図１は、器具の操作を助けるためのシステムとして使用される、本発明による産業用協働処理ロボット１を示している。

【0075】

図示した例では、器具は、ロボット１の作業環境を構成する手術室内で外科医によって外科的介入に使用される針である。図示したこの例では、協働処理ロボット１は、同時にロボット本体との相互作用に敏感にしたままで、ロボット関節内での器具の重量および摩擦を補償しながら、ロボットと一緒に器具を人間のオペレータ（外科医）が操作することを可能にする、以下に詳細に記載した、混合力制御法則により制御される。

【0076】

この法則は、器具上に仮想案内制約を加える追加の制御法則と組み合わせられる（これは、本発明の文脈でここには詳細に記載しない）。

【0077】

協働処理ロボット１は、６つの自由度を備えたマニピュレータアームを有するロボットである。

【0078】

したがって、ロボット１は、互いに連接された要素の運動チェーンを備え、ロボットの基部を形成する近接端要素２、およびフランジを形成する遠位端要素３を備えている。加えて、基部２と遠位端要素３との間で互いに連接された２つの要素４、５またはセグメントを備えている。

【0079】

ロボット１は加えて、図示した例では、人間のオペレータによって操作されるハンドル７に固定された、針６である器具を備えている。針６およびハンドル７は、その要素と同じ自由度、すなわち、基部２に対して６つの自由度を有するように、遠位端要素３（フランジ）に接続されている。

【0080】

したがって、針６は、基部２に対して平行移動および回転する際に空間内で全ての方向に移動させることができる。

【0081】

オペレータは、相互作用区域ＩＺ内で、器具６、７および／またはロボットの本体、特にその要素５と相互作用してもよい。

【0082】

作業空間はまた、オペレータとの意図的なまたは非意図的な（望んでいない）接触の場合、器具６および／またはロボットの本体と、特にその要素４と相互作用してもよい。

【0083】

すなわち、ロボット上に直接設置される２つの相互作用ポートがあり、一方はロボット本体、特にその要素４、５を介して、もう一方は器具６、７を介してである。

【0084】

ロボットはさらに、要素のチェーンを制御する手段、したがって、遠位端要素３に接続された器具６、７を備えている。

【0085】

制御手段は最初に、ロボット本体と器具６、７の間の調整を維持するために、ロボットの要素の主なチェーンを制御するためのプログラムを実行するコントローラ１０を備えている。

【0086】

制御手段はまた、要素の１つを該当する関節の隣接要素に対して移動させることを可能にする、またはこれらの要素の間に力を加えるように、要素のチェーンの関節の１つにそれぞれ配置された、図示していないアクチュエータを備えている。コントローラ１０は、器具６、７を基部２に対して調整した方法で移動させることができるように、図１の矢印１１によって略図的に示したように、様々なアクチュエータを制御する。

【0087】

さらに、多軸力センサ８、好ましくは６軸センサは、図１の矢印１２によって示されるように、遠位端要素３に器具６、７によって加えられる力を示す信号を、コントローラ１０を意図して、生成することを可能にするように、遠位端要素３と器具６、７との間に配置されている。器具６、７はしたがって、多軸力センサ８を介して遠位端要素３に接続されている。

【0088】

制御手段はさらに、様々な要素の変位を測定する手段を備え、ここでは、図１に矢印１３によって示されるように、当該関節を作る２つの要素の相対的位置を示す信号を、コントローラ１０を意図して、生成することができるように、要素の主なチェーンの関節の１つにそれぞれ配置された、図示しない、複数の位置センサを備えている。位置センサは、絶対位置センサである。

【0089】

絶対位置センサおよび多軸力センサ８はしたがって、コントローラ１０はあらゆるモーメントで、器具６、７の、および基部２に対するロボット本体の移動を、およびあらゆるモーメントで、器具６、７に加えられた力を測定することを可能にする。

【0090】

本発明によると、コントローラ１０は、オペレータ、またはその環境によって、器具６、７に加えられる力に対する増加した感度を可能にする、これ以下に詳細に記載した制御法則に従ってプログラムを実行する。

【0091】

この制御法則は、興味のある区域に向けて患者Ｂの身体内への針６の挿入を案内するように、図１に示した場合に、特に仮想制約１４を器具の変位に加えることを可能にする、本明細書に詳細に記載しない別の追加の制御法則と組み合わされてもよい。

【0092】

器具６、７の知られている重量をマイナスし、参照のセンサフレームの中心点Ｓまで減少された、力センサ８によって測定されるような、ロボットの遠位端要素３に加えられる力に対する負荷パターンは、［数２］のように示され、この成分は、参照Ｓのセンサフレームの基部に示されている。

【0093】

【数2】

【0094】

【数3】

【0095】

［数３］の式中、［数４］は合力であり、［数５］は、測定した力の点Ｓでのトルクであり、これらは基準Ｓのフレームで示されている。

【0096】

【数4】

【0097】

【数5】

【0098】

ロボットの終端部材に関連付けられた参照Ｅのフレームで示された参照Ｓのフレームのデカルト位置は、Ｘ_Ｓ，Ｅ∈ＳＥ（３）で示される。力センサ８は遠位端要素３に剛性接続されているので、Ｘ_Ｓ，Ｅは定数であり、［数６］、すなわち参照Ｅのフレーム内の参照Ｓのフレームに対する回転マトリックス、および［数７］、すなわち参照Ｅのフレームで示された参照Ｓのフレームの原位置のように分解することができる。

【0099】

【数6】

【0100】

【数7】

【0101】

これにより、以下の式が生じる。

【0102】

【数8】

【0103】

参照Ｅのフレームの中心まで減少され、その中に示された、センサ８によってロボットの遠位端要素３に加えられる力に対する装填パターンである。

【0104】

ロボット関節の位置の測定値のベクトルは、［数９］のように示され、式中、Ｎは関節の数である。

【0105】

【数9】

【0106】

ロボットアクチュエータの位置の測定値のベクトルは、［数１０］のように示され、式中、Ｐ≦Ｎはロボット関節の数である。

【0107】

【数10】

【0108】

所与の関節位置ｑでは、ロボットの基部の参照Ｂのフレームに示された、ロボットの終端部材に関連付けられた参照Ｅのフレームのデカルト位置は、Ｘ＝Ｘ_Ｅ，Ｂ（ｑ）∈ＳＥ（３）として示される。この位置は、［数１１］、すなわち参照Ｂのフレーム内の参照Ｅのフレームの回転に対する回転マトリックス、および［数１２］、すなわち参照Ｂのフレームに示された参照Ｅのフレームの原位置のように分解することができる。

【0109】

【数11】

【0110】

【数12】

【0111】

これにより、以下の式が生じる。

【0112】

【数13】

【0113】

参照Ｂのフレームに示された、参照Ｅのフレームの中心まで減少されたセンサによってロボットの終端部材に加えられる負荷パターンである。

【0114】

応用例のヤコブマトリックスＸ_Ｅ，Ｂ（ｑ）は［数１４］のように示され、［数１５］であり、式中、［数１６］は参照Ｅのフレームの中心まで減少されるロボットエフェクタに対する運動学的負荷パターンであり、参照Ｂのフレームに示され、［数１７］、すなわち参照Ｂのフレームに示された参照Ｅのフレームの原点の速度、および［数１８］、すなわち参照Ｂのフレームに示された参照Ｅのフレームに対する回転速度ベクトルのように分解することができる。

【0115】

【数14】

【0116】

【数15】

【0117】

【数16】

【0118】

【数17】

【0119】

【数18】

【0120】

アクチュエータ空間から関節空間までの減速比に対するマトリックスは以下のように示される。

【0121】

【数19】

【0122】

これはその後、［数２０］、すなわちセンサによって終端部材に加えられる力に対する負荷パターンＷ_Ｓのアクチュエータ空間内への投影、τ_Ｓ＝Ｇ^Ｔ．Ｊ^Ｔ．Ｗ_Ｓを得ることを可能にする。ここで、

【0123】

【数20】

【0124】

システムに加えられる力の全てはその後、アクチュエータ空間内で検討され、これらは図２の図に要約されている。

【0125】

アクチュエータ空間内に投影されるロボット本体にオペレータおよび作業空間によって加えられる力のベクトルは以下のように示される。

【0126】

【数21】

【0127】

アクチュエータによって作り出される力（測定された、または実施による設定点力）のベクトルは、以下のように示される。

【0128】

【数22】

【0129】

アクチュエータ空間内に投影される関節摩擦力のベクトルは、以下のように示される。

【0130】

【数23】

【0131】

ロボット器具システムの、アクチュエータ空間内に投影される重力の力のベクトルは、以下のように示される。

【0132】

【数24】

【0133】

ロボット器具システムの、アクチュエータ空間内に投影される、遠心力およびコリオリ力のベクトルは、以下のように示される。

【0134】

【数25】

【0135】

アクチュエータ空間内に投影されるロボット器具システムの慣性のマトリックスは、以下のように示される。

【0136】

【数26】

【0137】

平衡および低速である［数２７］では、以下の関係が適用される。
_タウｓ＋τ_ｂ＋τ_ｇ＋τ_ｆ＋τ_ｍ＝０ （３）

【0138】

【数27】

【0139】

本発明による混合力制御法則は、図3の図に示されている。

【0140】

以下のループは、コントローラ１０内で実施される：
－ 力増加ループ１００、
－ 様々なアクチュエータに対して設定点トルクを供給するために、力増加ループから速度設定点を受ける内部速度ループ１０１、
－ 内部速度ループ飽和関数１０２、
－ モデル１０３の補償のための予測。

【0141】

ループ間の様々な相互作用は、ロボットアクチュエータ空間を参照してこれ以下に詳細に記載する。

【0142】

アクチュエータ空間内に投影される、ロボット器具システムの重力の力のモデルのベクトルは、以下のように示される。

【0143】

【数28】

【0144】

アクチュエータ空間内に投影される、関節摩擦力のモデルのベクトルは以下のように示される。

【0145】

【数29】

【0146】

アクチュエータ空間内のみの摩擦モデルの一例は、［数３０］であってもよく、式中、［数３１］は、アクチュエータの乾燥摩擦係数のベクトルを示し、［数３２］は、モデルの応用例の公称速度を示し、［数３３］は、アクチュエータ内の減衰を示す。

【0147】

【数30】

【0148】

【数31】

【0149】

【数32】

【0150】

【数33】

【0151】

以下の表記は、［１０］に記載されたように、力増幅制御との関連を単純化するように導入される。

【0152】

τ_ｈ＝τ_ｓは、その感度が増加する相互作用ポートの、本発明者の例では、力センサに取り付けられた器具の、アクチュエータ空間内に投影される力を示している。［数３４］は、その感度が増加しない他の相互作用ポートのアクチュエータ空間内に投影される力、この例では、ロボット本体に加えられる外部力の全ての予測を示している。

【0153】

【数34】

【0154】

したがって、以下の式となる。ここで、ｇ_ｆ＞１は、力増加ループの増幅因数を示す。

【0155】

【数35】

【0156】

［数３６］は、力増幅ループの積分ゲインである。Ｋ_ｉは、制御されているシステムの見かけの慣性に反比例する。このゲインを設定するための、したがって、受動基準に従って制御されるロボットの達成可能な見かけの慣性への理論的制限、すなわち、あらゆる受動環境と相互作用するロボットの無条件安定性は、ほぼロボットに固有の機械的慣性である：［４］。

【0157】

【数36】

【0158】

ここには詳細に記載しない任意の追加の制御法則から導き出す設定点力のベクトルは、［数３７］のように示され、この法則は、仮想制約法則、速度制限法則、作業空間を限定する法則、または遠隔操作法則であってもよい。

【0159】

【数37】

【0160】

平衡において、および飽和範囲外では、積分器入力はゼロであり、力増幅ループの性状はしたがって、実際に［数３８］直面する。

【0161】

【数38】

【0162】

（３）および（４）を（５）に代入することによって、以下の通りである。

【0163】

【数39】

【0164】

【数40】

【0165】

したがって、モデル［数４１］によって補償されない摩擦は、実際は、τ_ｂ＝０、τ_ｒｅｆ＝０、および［数４２］に対応する、機器を使用するだけでオペレータが操作する場合に、力増幅因数によって減少されることが分かる。

【0166】

【数41】

【0167】

【数42】

【0168】

［数４３］は、内部速度ループ１０１の比例ゲインを示す。内部速度ループの目的は、特に乾燥摩擦に対してシステムを直線化することであり、これにより、力増幅ループの積分器内で必要な蓄積が減少し、特に、関節の速度の印として変化の時点で、摩擦の拒絶を改善する。

【0169】

【数43】

【0170】

［数４４］は、速度ループ101に対する飽和期間である。飽和関数は、乾燥摩擦の減少にちょうど合わせて力増幅の貢献を制限することが可能となり、器具上、およびロボットの本体上の関節相互作用がある場合に力の「自然の」均衡を可能にする。

【0171】

【数44】

【0172】

これを行うため、本発明によると、τ_ｓａｔは次数τ_ｆ０であるように選択され、したがって、｜τ_ｈ｜＞＞｜τ_ｆ０｜では、制御は常に均衡で飽和される。

【0173】

等式（３）はその後、［数４５］となり、式中、［数４６］である。

【0174】

【数45】

【0175】

【数46】

【0176】

力の「自然の」均衡はしたがって、実際取り戻されて、
τ_ｈ≒－τ_ｂ
となる。

【0177】

［数４７］は、飽和が成立するとすぐに、積分器が積分を止めるために必要な、力増加ループ１００の積分器のアンチワインドアップゲインを示している。有利には［数４８］のようになるように選択される。

【0178】

【数47】

【0179】

【数48】

【0180】

最後に、［数４９］および［数５０］は、上記２つの相互作用ポートに対応する、力増幅ループの比例ゲインである。これらを調節することにより、刊行物［１０］で特定されるように、力増幅ループの安定性および通過域を最適化することが可能になる。

【0181】

【数49】

【0182】

【数50】

【0183】

力設定点τ_ｍは、任意の追加の制御法則、すなわちモデリング摩擦および重力である［数５１］および［数５２］の予測期間τ_ｒｅｆを追加することによって得られる。

【0184】

【数51】

【0185】

【数52】

【0186】

発明者は、Ｓｔａｕｂｌｉ範囲ＴＸ２＿９０およびＴＸ２＿６０Ｌから産業用ロボット用コントローラ内で、ここまで記載した飽和関数で力制御法則を実施した。協働処理性能が証明された。仮想制約、速度制限および限定された作業空間を必要とする機能性は、性能を損失することなく上手に組み合わされた。

【0187】

本発明による制御法則に対する変更が、図４の図に示されている。このような変更は、力によって直接制御することができないアクチュエータに適用される。これらは、例えば、サーボ弁に嵌合された油圧または空気圧アクチュエータであってもよい。

【0188】

ここで、力増幅ループ１００の出力で速度設定点［数５３］はその後、したがって力τ_ｍを測定する能力を備える必要がある、アクチュエータを直接制御する。

【0189】

【数53】

【0190】

油圧アクチュエータでは、設定点は、測定したアクチュエータ圧力でのサーボ制御油圧流量のものであってもよい。

【0191】

図４に略図的に示すように、力τ_ｍの測定値はしたがって、一方ではロボット本体上、およびもう一方では飽和およびアンチワインドアップτ_ａｗ計算において、力の推測［数５４］を計算するために使用される。

【0192】

【数54】

【0193】

本発明は、ここまで記載した例に限るものではなく、図示した例からの特性は特に、図示しなかった変更形態で互いに組み合わされてもよい。

【0194】

他の変更形態および改良は、いかなる方法でも本発明の範囲から逸脱することなく、考えられてもよい。

【0195】

アクチュエータは有利には、サーボモータを備えていてもよい。一般的に、アクチュエータは、アイアンレスＤＣモータ、ブラシレスモータ、従来のＤＣモータ、形状記憶合金、圧電アクチュエータ、活性ポリマー、空気圧または油圧アクチュエータを備えていてもよい。アクチュエータは、ロボット本体の１つまたは複数の要素上にブレーキを有していてもよい。これらのブレーキはしたがって、ディスクブレーキ、粉末ブレーキ、または磁性流動または電子流動流体ブレーキであってもよい。アクチュエータはまた、モータ、およびブレーキまたは逆作動デバイスおよび／または可変剛性デバイスの両方を備えた油圧アクチュエータを備えていてもよい。アクチュエータが、例えば、モータに関連付けられた減速ギアを備えている場合、減速ギアは、あらゆるタイプのものであってもよく、例えば、単純なギアリングまたは遊星ギアリング減速モータ、１つまたは複数の段階では、「Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ」（登録商標）タイプの減速ギアまたはボールスクリュー減速ギアまたはケーブルウィンチ減速ギアであってもよい。可逆性減速ギアの代わりに、ウォームおよびホイール減速ギアなどの非可逆性減速ギアを有することが可能である。

【0196】

（参考文献）
[1] B. Rooks, “The harmonious robot”, Industrial Robot: An International Journal, vol. 33, n° %12, pp. 125-130, 2006.
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【符号の説明】

【0197】

１ 産業用協働処理ロボット
２ 近接端要素
３ 遠位端要素
４ 要素
５ 要素
６ 針
７ ハンドル
８ 多軸力センサ
１０ コントローラ
１１ 矢印
１２ 矢印
１３ 矢印
１００ 力増加ループ
１０１ 内部速度ループ
１０２ 内部速度ループ飽和関数
１０３ モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2023-08-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットの基部（２）を形成する近接端要素、および遠位端要素（３）を備えた機械的要素（２から５）の運動チェーンであって、前記様々な要素は、前記遠位端要素が前記近接端要素に関して移動することが可能であるように、互いに対して移動する能力を備えて取り付けられている運動チェーンと、
人間のオペレータによって操作されることを意図した器具（６、７）および／またはグリッパであって、前記遠位端要素と同じ自由度を有するように前記遠位端要素に接続されている器具（６、７）および／またはグリッパと、
要素の第１のチェーンの少なくとも一部を制御する手段であって、
互いに対して前記チェーンの前記様々な要素の移動全てを行う、および／またはその間に力を加えるように、前記チェーン上に配置されたアクチュエータと、
互いに対して前記要素の変位を測定する手段と、
適当な場合、前記アクチュエータによって加えられる前記力を測定する手段と、
これらに加えられる力を測定するように、前記遠位端要素と前記器具および／または前記グリッパとの間に配置された単一の多軸力センサ（８）と、
コントローラ（１０）内で実施される制御法則に従って、変位を測定する前記手段、および適当な場合、前記アクチュエータによって加えられる前記力を測定する前記手段によって得られる測定値、および前記多軸力センサからの測定値に基づいて前記アクチュエータを制御するためのコントローラ（１０）と、を備えた、制御する手段と、
を備えた協働処理ロボット（１）であって、
前記制御法則は、
前記器具または前記グリッパに加えられ、前記多軸力センサによって測定される力をロボット関節で増幅させるように構成された力増加ループ（１００）であって、前記測定は前記遠位端の前記自由度の少なくともいくつかに関するものであり、アンチワインドアップゲインＫ_ａｗの積を前記ループの前記積分ゲインＫｉの積から減算するための比較器、および前記チェーンの前記様々な要素に対して前記設定点速度を供給するために前記比較器から結果を受ける積分器を備えた力増加ループ（１００）と、
前記様々なアクチュエータに対して前記非飽和参照トルクを供給するために、前記力増加ループから前記速度設定点を受ける比例ゲインＫｖを備えた内部速度ループ（１０１）と、
飽和期間τ_ｓａｔが前記アクチュエータの乾燥摩擦係数の前記ベクトルτ_ｆ０より大きいまたはこれに等しいように選択される内部速度ループ飽和関数（１０２）と、
前記力増幅ループの前記積分器の入力に再び供給され、飽和が成立するとすぐに、前記力増加ループの前記積分器がその積分を遮るように、前記飽和および前記ゲインＫａｗによって加えられる前記力修正の積として得られるアンチワインドアップ成分と、
を含んでいる、協働処理ロボット（１）。

【請求項2】

前記アンチワインドアップゲインＫａｗの積がＫｖ^－１に等しい、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項3】

前記飽和期間τ_ｓａｔはベクトルτ_ｆ０プラスその上の不確実性の値の２倍の合計に等しい、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項4】

前記アクチュエータは前記コントローラによって直接制御することができ、前記飽和関数は前記内部速度ループの前記出力で直接加えられる、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項5】

前記アクチュエータは力によって直接制御することができず、前記アクチュエータによって加えられる力τ_ｍはその後、飽和計算において測定されおよび検討される、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項6】

前記アクチュエータはサーボモータを備えている、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項7】

互いに対する前記要素の変位を測定する前記手段は、絶対位置センサを備えている、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項8】

前記コントローラは、プログラム可能仮想機械的制約を備えた制御、デカルトおよび／または関節速度限界を備えた制御、前記作業空間の制約を備えた制御、力フィードバックを備えたまたは備えていない遠隔操作制御から選択された少なくとも１つの追加の制御法則を実施するように構成されている、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項9】

前記多軸力センサ（８）は、前記ハンドルに加えられた前記力のみを測定するように、前記器具の前記ハンドル（７）と前記器具（６）の間に配置されている、請求項１に記載の協働処理ロボット。

【請求項10】

外科的介入を助けるためのロボットとして、または重い積荷を組み立てるまたは処理するためのロボットとして、またはリードスルー式プログラミングロボットとしての、請求項１に記載の産業用協働処理ロボットの使用。

【国際調査報告】