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JP2018069342A - 制御装置、ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

制御装置、ロボットおよびロボットシステム Download PDF

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Fumiaki Hasegawa
史彰 長谷川
隆一 岡田
Ryuichi Okada
隆一 岡田
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Abstract

【課題】第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う作業等を迅速、かつ適確に行うことができる制御装置、ロボットおよびロボットシステムを提供すること。【解決手段】第１力検出部が設けられた第１ロボットアームと、第２力検出部が設けられた第２ロボットアームと、を制御する制御装置であって、前記第１力検出部により目標力を検出するまで前記第１ロボットアームを移動させ、前記第１ロボットアームを移動させている移動期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第２力検出部の出力に基づいて、前記第２ロボットアームに対してインピーダンス制御を行う制御部を備えることを特徴とする制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、ロボットおよびロボットシステムに関するものである。
基台と、複数のアーム（リンク）を有するロボットアームとを備えるロボットが知られている。ロボットアームの隣り合う２つのアームのうちの一方のアームは、関節部を介して、他方のアームに回動可能に連結され、最も基端側（最も上流側）のアームは、関節部を介して、基台に回動可能に連結されている。関節部はモーターにより駆動され、その関節部の駆動により、アームが回動する。また、最も先端側（最も下流側）のアームには、エンドエフェクターとして、例えば、着脱可能にハンド等が装着される。そして、ロボットは、例えば、ハンドで対象物を把持し、その対象物を所定の場所へ移動させ、組立等の所定の作業を行う。
特許文献１には、２つのロボットアーム（第１ロボット、第２ロボット）を備える双腕ロボットが開示されている。この特許文献１に記載のロボットでは、一方のロボットアームのハンドで一方の対象物を把持し、他方のロボットアームのハンドで他方の対象物を把持して、作業を行うことができ、利便性が高い。
特開２０１０−２３１２８号公報
しかしながら、特許文献１に記載のロボットでは、作業の際、２つのロボットアームとも位置制御により移動（動作）させるので、２つのロボットアームの同期をとることが困難である。このため、２つのロボットアームの同期をとる必要がある作業の場合は、その作業を行うことが困難であるか、または、作業が完了するまでに長時間を要するという問題がある。また、ロボットの教示にも多大な労力と時間を要する。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の制御装置は、第１力検出部が設けられた第１ロボットアームと、第２力検出部が設けられた第２ロボットアームと、を制御する制御装置であって、
前記第１力検出部により目標力を検出するまで前記第１ロボットアームを移動させ、前記第１ロボットアームを移動させている移動期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第２力検出部の出力に基づいて、前記第２ロボットアームに対してインピーダンス制御を行う制御部を備えることを特徴とする。
これにより、第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う作業を迅速、かつ適確に行うことができる。また、第１ロボットアームおよび第２ロボットアームの教示を容易かつ迅速に行うことができる。
本発明の制御装置では、前記制御部は、前記移動期間の全期間において、前記インピーダンス制御を行うことが好ましい。
これにより、第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う作業をより適確に行うことができる。
本発明の制御装置では、前記制御部は、前記第１ロボットアームを移動させる制御を行って前記第１ロボットアームで装置を操作し、前記第２ロボットアームに対象物を把持させた状態で前記インピーダンス制御を行うことが好ましい。
これにより、前記対象物に対し、前記装置を用いて行う作業を迅速、かつ適確に行うことができる。
本発明の制御装置では、前記制御部は、前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームとを有するロボットを制御することが好ましい。
これにより、単腕ロボットを２つ用いる場合に比べて、ロボットの設置スペースを小さくすることができる。
本発明の制御装置では、前記制御部は、前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームとを協調動作させることにより、真空包装作業を行うことが好ましい。
これにより、真空包装作業を迅速、かつ適確に行うことができる。
本発明のロボットは、第１力検出部が設けられた第１ロボットアームと、第２力検出部が設けられた第２ロボットアームと、を備え、
本発明の制御装置により制御されることを特徴とする。
これにより、第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う作業を迅速、かつ適確に行うことができる。また、ロボットの教示を容易かつ迅速に行うことができる。
本発明のロボットシステムは、本発明の制御装置と、
前記制御装置により制御され、前記第１力検出部が設けられた前記第１ロボットアームおよび前記第２力検出部が設けられた前記第２ロボットアームと、を備えることを特徴とする。
これにより、第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う作業を迅速、かつ適確に行うことができる。また、第１ロボットアームおよび第２ロボットアームの教示を容易かつ迅速に行うことができる。
本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの概略図である。 図１に示すロボットシステムのロボットに装着されるエンドエフェクターおよび力覚センサーを示す図である。 図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。 図１に示すロボットシステムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
以下、本発明の制御装置、ロボットおよびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のロボットシステムの実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示すロボットシステムのロボットの概略図である。図３は、図１に示すロボットシステムのロボットに装着されるエンドエフェクターおよび力覚センサーを示す図である。図４は、図１に示すロボットシステムの主要部のブロック図である。図５は、図１に示すロボットシステムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。図６〜図１２は、図１に示すロボットシステムのロボットの動作を説明するための図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１、図６〜図１２中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１、図６〜図１２中のベース側を「基端」または「上流」、その反対側を「先端」または「下流」と言う。また、図１、図６〜図１２中の上下方向が鉛直方向であり、左右方向等が「水平方向」である。本明細書において、「水平」とは、水平に対して５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。同様に、本明細書において、「鉛直」とは、鉛直に対して５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。また、図１では、各エンドエフェクターおよび各力覚センサーの図示は、省略されている。
図１〜図４のいずれかに示すように、ロボットシステム１０は、制御装置９００と、制御装置９００により制御され、第１力検出部の１例である力覚センサー７５０が設けられた第１ロボットアームの１例である多関節アーム２４０および第２力検出部の１例である力覚センサー７４０が設けられた第２ロボットアームの１例である多関節アーム２３０を有するロボット１とを備えている。
ロボット１は、力覚センサー７５０（第１力検出部）が設けられた多関節アーム２４０（第１ロボットアーム）と、力覚センサー７４０（第２力検出部）が設けられた多関節アーム２３０（第２ロボットアーム）とを備えており、制御装置９００により制御される。以下具体的に説明する。
ロボットシステム１０は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置９００とを備えている。このロボットシステム１０のロボット１は、双腕ロボットであり、例えば、腕時計や携帯電話のような精密機器やその部品等を製造する製造工程等で用いることができる。ロボット１として双腕ロボットを用いることにより、単腕ロボットを２つ用いる場合に比べて、ロボット１の設置スペースを小さくすることができる。
制御装置９００は、ロボット１にその一部または全部が内蔵されていてもよく、また、ロボット１とは、別体であってもよい。本実施形態では、制御装置９００は、ロボット１の後述するベース２１０内に内蔵されている。
なお、ロボット１と制御装置９００とを別体で構成する場合は、例えば、ロボット１と制御装置９００とをケーブルで接続し、有線方式で通信を行うようにしてもよく、また、前記ケーブルを省略し、無線方式で通信を行うようにしてもよい。
また、制御装置９００は、１つの装置で構成されていてもよく、複数（例えば、２つ）の装置で構成されていてもよい。具体的には、例えば、制御装置９００は、ロボット１の後述する多関節アーム２４０等を制御する第１制御装置と、ロボット１の後述する多関節アーム２３０等を制御する第２制御装置とで構成されていてもよい。なお、本実施形態では、制御装置９００は、前記のように分割されておらず、１つの装置で構成されている。
また、ロボット１の配置としては、特に限定されないが、以下では、説明の便宜上、ロボット１を水平な床に配置する場合、すなわち、後述する回動軸Ｏ１が鉛直方向と平行な場合を例に挙げて説明する。
（ロボット）
図１に示すように、ロボット１は、ベース（基台）２１０と、ベース２１０に連結されている胴体２２０と、胴体２２０の左右に連結されている一対のロボットアームの１例である一対の多関節アーム２３０、２４０と、胴体２２０に設けられているステレオカメラ２５０および信号灯２６０と、各多関節アーム２３０、２４０に設けられている図示しないハンドカメラと、胴体２２０の背面側に設けられたモニター２７０とを備えている。
このようなロボット１（ロボットシステム１０）によれば、ステレオカメラ２５０やハンドカメラを用いて作業台上の部品、工具等の位置を確認しながら作業を行うことができる。また、信号灯２６０によって、ロボット１の状態、例えば、駆動状態、正常停止状態、異常停止状態等を容易に確認することができる。また、モニター２７０にロボット１に関する情報が表示されるため、ロボット１の状態を簡単に確認することができる。モニター２７０は、例えば、タッチパネルになっており、タッチパネルを操作することによって、表示画面を切り替えたり、ロボット１に指令を与えたり、与えた指令を変更したりすることができる。
−ベース−
ベース２１０には、ロボット１の移動を容易とする図示しない複数の車輪（回転部材）と、各車輪をロックする図示しないロック機構と、ロボット１を移動する際に把持するハンドル（把持部）２１１とが設けられている。ロック機構を解除し、ハンドル２１１を把持して押したり引いたりすることで、ロボット１を自在に移動させることができ、ロック機構によって車輪をロックすることで、ロボット１を所定の位置で固定することができる。このように、ロボット１を移動可能とすることで、ロボット１の利便性が向上する。なお、車輪、ロック機構およびハンドル２１１は、それぞれ、省略してもよい。
また、ベース２１０には、図示しない作業台に当接させるためのバンパー２１３が設けられている。バンパー２１３を作業台の側面に当接させることによって、ロボット１を所定の間隔を隔てて作業台と向き合わせることができる。そのため、ロボット１と作業台との意図しない接触等を防止することができる。なお、バンパー２１３は、作業台に当接する当接部２１３ａと、ベース２１０に固定される固定部２１３ｂを有し、図１では、当接部２１３ａが固定部２１３ｂよりも下側に位置するようにベース２１０に装着されている。このようなバンパー２１３は、ベース２１０に対して着脱可能であり、バンパー２１３の向きを上下反転することができる。すなわち、図１とは反対に、当接部２１３ａが固定部２１３ｂよりも上方に位置するようにバンパー２１３をベース２１０に装着することもできる。このように、当接部２１３ａの高さを変更することで、高さの異なる作業台に対応することが可能となる。
なお、バンパー２１３は、ベース２１０ではなく、後述する昇降機構８００の昇降する部分に固定されていてもよい。これにより、バンパー２１３が胴体２２０と共に一体的に昇降するため、昇降機構８００によって、バンパー２１３の高さが自動的に調節されることとなる。したがって、利便性の高いロボット１となる。
また、ベース２１０には、非常停止ボタン２１４が設けられており、非常時にはこの非常停止ボタン２１４を押すことによって、ロボット１を緊急停止させることができる。
−胴体−
胴体２２０は、昇降機構（移動機構）８００を介して、ベース２１０に対して鉛直方向（回動軸Ｏ１方向）に昇降可能に連結されている。昇降機構８００の構成としては、胴体２２０をベース２１０に対して昇降させることができれば、特に限定されない。本実施形態では、昇降機構８００は、手動で駆動する。なお、昇降機構８００は、自動で駆動するようになっていてもよく、この場合は、昇降機構８００は、例えば、駆動源としてのモーター（図示せず）と、モーターの回転角度を検出する位置センサー（図示せず）等を備える。また、昇降機構８００は、前記モーターの回転速度を減じる減速機（図示せず）を有していてもよい。
また、胴体２２０は、関節機構３１０を介して、ベース２１０（昇降機構８００）に対して回動軸Ｏ１まわりに回動可能に連結されている。回動軸Ｏ１は、鉛直方向に延在している。関節機構３１０の構成としては、胴体２２０をベース２１０（昇降機構８００）に対して回動軸Ｏ１まわりに回動させることができれば、特に限定されないが、本実施形態では、図４に示すように、駆動源としてのモーター３１１と、モーター３１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター３１１の回転角度を検出する位置センサー３１２とを有している。前記モーター３１１および後述する各モーターとしては、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いることができる。前記減速機および後述する各減速機としては、例えば、遊星ギア型の減速機、ハーモニックドライブ（「ハーモニックドライブ」は登録商標）等を用いることができる。前記位置センサー３１２および後述する各位置センサーとしては、例えば、エンコーダー、ロータリーエンコーダー、レゾルバー、ポテンショメーター等を用いることができる。
−多関節アーム−
図１および図２に示すように、多関節アーム２３０は、関節機構４１０を介して胴体２２０に連結されている第１肩部（第１アーム）２３１と、関節機構４２０を介して第１肩部２３１に連結されている第２肩部（第２アーム）２３２と、捻り機構４３０を介して第２肩部２３２の先端に連結されている上腕部（第３アーム）２３３と、関節機構４４０を介して上腕部２３３の先端に連結されている第１前腕部（第４アーム）２３４と、捻り機構４５０を介して第１前腕部２３４の先端に連結されている第２前腕部（第５アーム）２３５と、関節機構４６０を介して第２前腕部２３５の先端に連結されている手首部（第６アーム）２３６と、捻り機構４７０を介して手首部２３６の先端に連結されている連結部（第７アーム）２３７とを有している。また、連結部２３７にはハンド部２３８が設けられており、ハンド部２３８には、図３に示すように、ロボット１に実行させる作業に応じたエンドエフェクター６１０が力覚センサー７４０を介して着脱可能に装着される。
また、図２に示すように、関節機構４１０は、第１肩部２３１を胴体２２０に対して回動軸Ｏ１と直交する回動軸Ｏ２まわりに回動させる。また、関節機構４２０は、第２肩部２３２を第１肩部２３１に対して回動軸Ｏ２に直交する回動軸Ｏ３まわりに回動させる。また、捻り機構４３０は、上腕部２３３を第２肩部２３２に対して回動軸Ｏ３に直交する回動軸Ｏ４まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構４４０は、第１前腕部２３４を上腕部２３３に対して回動軸Ｏ４に直交する回動軸Ｏ５まわりに回動させる。また、捻り機構４５０は、第２前腕部２３５を第１前腕部２３４に対して回動軸Ｏ５に直交する回動軸Ｏ６まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構４６０は、手首部２３６を第２前腕部２３５に対して回動軸Ｏ６に直交する回動軸Ｏ７まわりに回動させる。また、捻り機構４７０は、連結部２３７を手首部２３６に対して回動軸Ｏ７に直交する回動軸Ｏ８まわりに回動させる（捻る）。このような多関節アーム２３０によれば、比較的簡単な構成によって、人間の腕部と同様に、関節（肩、肘、手首）の曲げ伸ばし、上腕および前腕の捻りを実現することができる。
関節機構４１０、関節機構４２０、捻り機構４３０、関節機構４４０、捻り機構４５０、関節機構４６０および捻り機構４７０の構成としては、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、前述した関節機構３１０と同様の構成となっている。すなわち、図４に示すように、関節機構４１０は、駆動源としてのモーター４１１と、モーター４１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４１１の回転角度を検出する位置センサー４１２とを有している。また、関節機構４２０は、駆動源としてのモーター４２１と、モーター４２１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４２１の回転角度を検出する位置センサー４２２とを有している。また、捻り機構４３０は、駆動源としてのモーター４３１と、モーター４３１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４３１の回転角度を検出する位置センサー４３２とを有している。また、関節機構４４０は、駆動源としてのモーター４４１と、モーター４４１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４４１の回転角度を検出する位置センサー４４２とを有している。また、捻り機構４５０は、駆動源としてのモーター４５１と、モーター４５１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４５１の回転角度を検出する位置センサー４５２とを有している。また、関節機構４６０は、駆動源としてのモーター４６１と、モーター４６１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４６１の回転角度を検出する位置センサー４６２とを有している。また、捻り機構４７０は、駆動源としてのモーター４７１と、モーター４７１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター４７１の回転角度を検出する位置センサー４７２とを有している。
多関節アーム２４０は、前述の多関節アーム２３０と同様の構成である。すなわち、図１に示すように、多関節アーム２４０は、関節機構５１０を介して胴体２２０に連結されている第１肩部（第１アーム）２４１と、関節機構５２０を介して第１肩部２４１に連結されている第２肩部（第２アーム）２４２と、捻り機構５３０を介して第２肩部２４２の先端に連結されている上腕部（第３アーム）２４３と、関節機構５４０を介して上腕部２４３の先端に連結されている第１前腕部（第４アーム）２４４と、捻り機構５５０を介して第１前腕部２４４の先端に連結されている第２前腕部（第５アーム）２４５と、関節機構５６０を介して第２前腕部２４５の先端に連結されている手首部（第６アーム）２４６と、捻り機構５７０を介して手首部２４６の先端に連結されている連結部（第７アーム）２４７とを有している。また、連結部２４７にはハンド部２４８が設けられており、ハンド部２４８には、図３に示すように、ロボット１に実行させる作業に応じたエンドエフェクター６２０が力覚センサー７５０を介して着脱可能に装着される。
また、図２に示すように、関節機構５１０は、第１肩部２４１を胴体２２０に対して回動軸Ｏ１に直交する回動軸Ｏ２’まわりに回動させる。また、関節機構５２０は、第２肩部２４２を第１肩部２４１に対して回動軸Ｏ２’に直交する回動軸Ｏ３’まわりに回動させる。また、捻り機構５３０は、上腕部２４３を第２肩部２４２に対して回動軸Ｏ３’に直交する回動軸Ｏ４’まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構５４０は、第１前腕部２４４を上腕部２４３に対して回動軸Ｏ４’に直交する回動軸Ｏ５’まわりに回動させる。また、捻り機構５５０は、第２前腕部２４５を第１前腕部２４４に対して回動軸Ｏ５’に直交する回動軸Ｏ６’まわりに回動させる（捻る）。また、関節機構５６０は、手首部２４６を第２前腕部２４５に対して回動軸Ｏ６’に直交する回動軸Ｏ７’まわりに回動させる。また、捻り機構５７０は、連結部２４７を手首部２４６に対して回動軸Ｏ７’に直交する回動軸Ｏ８’まわりに回動させる（捻る）。このような多関節アーム２４０によれば、比較的簡単な構成によって、人間の腕部と同様に、関節（肩、肘、手首）の曲げ伸ばし、上腕および前腕の捻りを実現することができる。
関節機構５１０、関節機構５２０、捻り機構５３０、関節機構５４０、捻り機構５５０、関節機構５６０および捻り機構５７０の構成としては、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、前述した関節機構３１０と同様の構成となっている。すなわち、図４に示すように、関節機構５１０は、駆動源としてのモーター５１１と、モーター５１１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５１１の回転角度を検出する位置センサー５１２とを有している。また、関節機構５２０は、駆動源としてのモーター５２１と、モーター５２１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５２１の回転角度を検出する位置センサー５２２とを有している。また、捻り機構５３０は、駆動源としてのモーター５３１と、モーター５３１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５３１の回転角度を検出する位置センサー５３２とを有している。また、関節機構５４０は、駆動源としてのモーター５４１と、モーター５４１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５４１の回転角度を検出する位置センサー５４２とを有している。また、捻り機構５５０は、駆動源としてのモーター５５１と、モーター５５１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５５１の回転角度を検出する位置センサー５５２とを有している。また、関節機構５６０は、駆動源としてのモーター５６１と、モーター５６１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５６１の回転角度を検出する位置センサー５６２とを有している。また、捻り機構５７０は、駆動源としてのモーター５７１と、モーター５７１の回転速度を減じる減速機（図示せず）と、モーター５７１の回転角度を検出する位置センサー５７２とを有している。
−エンドエフェクター−
多関節アーム２３０、２４０の先端に取り付けられるエンドエフェクター６１０、６２０は、例えば、対象物を把持する機能を有している。エンドエフェクター６１０、６２０の構成は実行させる作業によって異なるが、例えば、図３に示すように、エンドエフェクター６１０は、４本の指６１１、６１２、６１３および６１４を有する構成とすることができ、エンドエフェクター６２０は、４本の指６２１、６２２、６２３および６２４を有する構成とすることができる。このような構成のエンドエフェクター６１０では、指６１１〜６１４のうちの所定の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができ、同様に、エンドエフェクター６２０では、指６２１〜６２４のうちの所定の離間距離を調整することにより、対象物を把持することができる。
また、エンドエフェクター６２０は、その先端方向から見て、４本の指６２１、６２２、６２３、６２４の中央部に、押圧部６２５を有している。この押圧部６２５は、図３中の二点鎖線で示すように、先端方向に移動して、指６２１、６２２、６２３、６２４よりも先端側に突出した突出位置に移動することが可能である。また、押圧部６２５は、基端方向に移動して、図３中に示す基本位置に戻ることが可能である。また、エンドエフェクター６１０も前記エンドエフェクター６２０と同様に押圧部６１５を有している。
なお、エンドエフェクター６１０、６２０の指の数は、４本に限らず、例えば、２本、３本、または、５本以上でもよい。
また、エンドエフェクター６１０、６２０としては、前記指６１１、６１２、６１３および６１４を備える構成のエンドエフェクターに限らず、例えば、物体を吸着して把持（吸着把持）する構成や、磁石や治具等によって物体を把持することが可能な他の構成のエンドエフェクターであってもよい。
また、ロボット１は、多関節アーム２３０に設けられ、力を検出する第２力検出部の１例である力覚センサー７４０と、多関節アーム２４０に設けられ、力を検出する第１力検出部の１例である力覚センサー７５０とを備えている。
エンドエフェクター６１０とハンド部２３８との間に配置される力覚センサー７４０と、エンドエフェクター６２０とハンド部２４８との間に配置される力覚センサー７５０は、エンドエフェクター６１０、６２０に加えられる力を検出する機能、すなわち、エンドエフェクター６１０、６２０が把持した対象物を介して受ける反力等の力を検出する機能を有している。なお、前記力には、モーメントも含まれる。
この力覚センサー７４０、７５０の検出結果、すなわち、力覚センサー７４０、７５０から出力される信号は、制御装置９００に入力され、制御装置９００は、力覚センサー７４０、７５０の検出結果に基づいて所定の制御を行う。力覚センサー７４０、７５０の検出結果を制御装置９００にフィードバックすることにより、ロボット１は、より精密に作業を実行することができる。
また、力覚センサー７４０、７５０としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、例えば、互いに直交する３軸の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する６軸力センサー等が挙げられる。
（制御装置）
まず制御装置９００の概要について説明する。
制御装置９００は、第１力検出部の１例である力覚センサー７５０が設けられた第１ロボットアームの１例である多関節アーム２４０と、第２力検出部の１例である力覚センサー７４０が設けられた第２ロボットアームの１例である多関節アーム２３０とを制御する。
すなわち、制御装置９００の制御部９０は、多関節アーム２４０（第１ロボットアーム）と多関節アーム２３０（第２ロボットアーム）とを有するロボット１を制御する。
そして、制御装置９００は、力覚センサー７５０により目標力を検出するまで多関節アーム２４０を移動させ、前記多関節アーム２４０を移動させている移動期間である期間Ｔのうちの少なくとも一部の期間において、力覚センサー７４０の出力に基づいて、多関節アーム２３０に対してインピーダンス制御を行う制御部９０を備えている。なお、制御装置９００の特徴を簡単に言えば、多関節アーム２３０の制御方法と多関節アーム２４０の制御方法とで、異なる制御方法（例えば、前者がインピーダンス制御、後者がフォーストリガー制御）を採用していることである。
このような構成とすることにより、多関節アーム２４０と多関節アーム２３０とを協調または同期させて行う作業を迅速、かつ適確に行うことができる。また、多関節アーム２４０および多関節アーム２３０の教示を容易かつ迅速に行うことができる。
また、本実形態では、制御部９０は、前記期間Ｔの全期間において、インピーダンス制御を行う。
これにより、多関節アーム２４０と多関節アーム２３０とを協調または同期させて行う作業をより適確に行うことができる。以下、具体的に説明する。
制御装置９００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリーが内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。
この制御装置９００は、胴体２２０、多関節アーム２３０、２４０、エンドエフェクター６１０、６２０をそれぞれ独立して動作（作動）させることができる。言い換えると、制御装置９００は、モータードライバー等を介して、各関節機構３１０、４１０、４２０、４４０、４６０、５１０、５２０、５４０、５６０、各捻り機構４３０、４５０、４７０、５３０、５５０、５７０が備える各モーター３１１、４１１〜４７１、５１１〜５７１や、エンドエフェクター６１０、６２０が備える図示しない各モーターを独立して制御することができる。この場合、制御装置９００は、力覚センサー７４０、７５０、位置センサー３１２、４１２〜４７２、５１２〜５７２や、エンドエフェクター６１０、６２０に設けられた図示しない位置センサー等の各検出部により検出を行い、その検出結果（出力）に基づいて、各モーター３１１、４１１〜４７１、５１１〜５７１や、エンドエフェクター６１０、６２０の各モーターの駆動（例えば角速度や回動角度等）を制御する。この制御プログラムは、制御装置９００の記憶部９２１に予め記憶されている。
具体的な構成としては、図４に示すように、制御装置９００は、制御部９０と、記憶部９２１等を備えている。
制御部９０は、例えば、ＣＰＵ等で構成され、ロボット１の各部を制御する。この制御部９０は、モーター３１１の駆動を制御する第１駆動源制御部９０１と、モーター４１１の駆動を制御する第２駆動源制御部９０２と、モーター４２１の駆動を制御する第３駆動源制御部９０３と、モーター４３１の駆動を制御する第４駆動源制御部９０４と、モーター４４１の駆動を制御する第５駆動源制御部９０５と、モーター４５１の駆動を制御する第６駆動源制御部９０６と、モーター４６１の駆動を制御する第７駆動源制御部９０７と、モーター４７１の駆動を制御する第８駆動源制御部９０８と、モーター５１１の駆動を制御する第９駆動源制御部９０９と、モーター５２１の駆動を制御する第１０駆動源制御部９１０と、モーター５３１の駆動を制御する第１１駆動源制御部９１１と、モーター５４１の駆動を制御する第１２駆動源制御部９１２と、モーター５５１の駆動を制御する第１３駆動源制御部９１３と、モーター５６１の駆動を制御する第１４駆動源制御部９１４と、モーター５７１の駆動を制御する第１５駆動源制御部９１５等を備えている。
また、記憶部９２１は、例えば、メモリー等で構成され、制御装置９００が各制御（処理）を行うためのプログラム、データ、各検出部の検出結果等の各情報を記憶する。
次に、図５〜図１０に基づいて、ロボット１が行う作業およびその作業において制御装置９００が行う制御について説明する。
本実施形態では、作業の１例として、多関節アーム２３０の先端部に設けられたエンドエフェクター６１０で対象物６（第１対象物）を把持し、その対象物６に対して真空包装を行う真空包装作業（真空封止作業）を例に挙げ、装置の１例として真空包装装置７（真空封止装置）を例に挙げて説明する。この場合、対象物６は、軟質の容器である袋６１（パック）と、その袋６１に収納された製品６２とで構成されたカートリッジである。また、対象物６に対して真空包装を行う前は、袋６１の一端側は、開放している。
また、真空包装装置７は、ノズル７１と、操作部材である板７２と、脱気を開始させる脱気ボタン７３と、袋６１を挟み、封止する１対の封止部材７４、７５とを備えている。ノズル７１は、真空包装装置７の前方に突出した位置と、内部に収納された位置とに移動可能になっており、真空包装装置７は、内蔵されたポンプを駆動し、このノズル７１により空気を吸引する。また、板７２は、真空包装装置７の前方に突出し、上下方向に移動可能になっている。また、１対の封止部材７４、７５のうちの下方に位置する封止部材７４は、板７２とともに移動し、上方に位置する封止部材７５は、板７２の動作に連動して移動する。なお、この真空包装装置７は、１対の封止部材７４、７５で、袋６１を挟み、熱融着により袋６１を封止するようになっている。
制御装置９００は、真空包装作業において、各位置センサー、力覚センサー７４０、７５０の出力、すなわち、各位置センサー、力覚センサー７４０、７５０の検出結果に基づいて、ロボット１の動作を位置制御、力制御等で制御する。
位置制御（ＰＣ）とは、ロボット１が把持した所定の対象物、本実施形態では対象物６の位置や姿勢に関する情報に基づいて、対象物６を目標の位置に目標の姿勢になるように移動させるロボット１の動作の制御である。前記対象物６に代えて、多関節アーム２３０、２４０の先端部や、エンドエフェクター６１０、６２０でもよい。また、対象物６の位置や姿勢に関する情報は、各位置センサーの出力、すなわち、各位置センサーの検出結果に基づいて、求めることが可能である。なお、図面には、位置制御を「ＰＣ」と記載する。
また、力制御とは、力覚センサー７４０、７５０の出力、すなわち、力覚センサー７４０、７５０の検出結果に基づいて、対象物６の位置や姿勢を変更したり、また、対象物６を押したり、引っ張ったりするロボット１の動作の制御である。力制御には、例えば、インピーダンス制御（ＦＣ）と、フォーストリガー制御（ＦＴ）とが含まれている。なお、図面には、インピーダンス制御を「ＦＣ」と記載し、フォーストリガー制御を「ＦＴ」と記載する。
まず、フォーストリガー制御について、第１ロボットアームの１例である多関節アーム２４０に対してフォーストリガー制御を行う場合を例に挙げて説明する。
フォーストリガー制御では、力覚センサー７５０により検出を行い、その力覚センサー７５０により所定の力を検出するまで多関節アーム２４０を移動（姿勢の変更も含む）、すなわち、動作させる。なお、本実施形態では、フォーストリガー制御を行って多関節アーム２４０を移動させる際は、位置制御も併用する。
次に、インピーダンス制御について、第２ロボットアームの１例である多関節アーム２３０に対してインピーダンス制御を行う場合を例に挙げて説明する。
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、多関節アーム２３０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力覚センサー７４０により検出される所定方向の力を可能な限り目標値（０も含む）に維持するように多関節アーム２３０（ロボット１）の動作を制御する。これにより、例えば、多関節アーム２３０に対してインピーダンス制御を行うと、多関節アーム２３０は、その先端部やエンドエフェクター６１０が所定の対象物に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。
また、より詳しく説明すると、ロボット１のインピーダンス制御のモデルは、例えば、下記（１）式に示す運動方程式で表すことができる。
ｆ（ｔ）＝ｍｘ’’＋ｃｘ’＋ｋｘ ・・・（１）
前記（１）式において、ｍは、質量（慣性）、ｃは、粘性係数、ｋは、弾性（剛性）係数、ｆ（ｔ）は、力、ｘは、目標位置からの変位（位置）である。また、ｘの１次微分、すなわち、ｘ’は、速度に対応し、ｘの２次微分、すなわち、ｘ’’は、加速度に対応する。なお、以下では、ｍ、ｃおよびｋをそれぞれ単に、「パラメーター」とも言う。
インピーダンス制御では、前記（１）式の特性を多関節アーム２３０の先端部に持たせるための制御系を構成する。すなわち、前記（１）式で表される仮想質量、仮想粘性係数、仮想弾性係数を、あたかも多関節アーム２３０の先端部が持っているかのように制御を行う。
また、前記（１）式におけるパラメーターｍ、ｃおよびｋは、それぞれ、特に限定されず、諸条件に基づいて適宜設定される。すなわち、パラメーターｍ、ｃおよびｋは、それぞれ、ロボット１が行う作業に応じて都合のよい値に設定される。
このような制御装置９００の制御部９０は、多関節アーム２４０と多関節アーム２３０とを制御し、多関節アーム２４０と多関節アーム２３０とを協調動作させることにより、包装作業、特に、真空包装作業を行う。これにより、包装作業（真空包装作業）を迅速、かつ適確に行うことができる。
また、制御部９０は、多関節アーム２４０を移動させる制御を行って多関節アーム２４０で装置の１例である真空包装装置７を操作し、多関節アーム２３０（正確には、多関節アーム２３０に装着されたエンドエフェクター６１０）に対象物６を把持させた状態でインピーダンス制御を行う。これにより、真空包装作業を迅速、かつ適確に行うことができる。
以下、具体的に、ロボット１が行う真空包装作業およびその真空包装作業において制御装置９００が行う制御について説明する。
まず、図６に示すように、制御装置９００の制御により（以下の説明では、この文言は省略する）、ロボット１は、エンドエフェクター６１０により対象物６を把持する。そして、図７に示すように、多関節アーム２３０により、対象物６を真空包装装置７の１対の封止部材７４、７５の正面に移動させる。この対象物６を真空包装装置７の正面に移動させる動作は、位置制御で制御される。
次に、図８に示すように、多関節アーム２３０により、対象物６の袋６１を真空包装装置７のノズル７１の先端部に引っ掛け、袋６１を張る（ステップＳ１０１）。この場合、ノズル７１の先端部が袋６１に挿入された状態で、袋６１が張るように、袋６１を水平方向に移動させる。これにより、袋６１にノズル７１が挿入され易くなる。この袋６１をノズル７１に引っ掛け、袋６１を張る動作は、フォーストリガー制御および位置制御で制御される。フォーストリガー制御では、力覚センサー７５０により予め設定された所定の力が検出されると、多関節アーム２３０の動作を停止する。そして、多関節アーム２３０は、次の動作に移行する。
次に、図９に示すように、多関節アーム２３０により、袋６１にノズル７１を所定位置まで挿入する（ステップＳ１０２）。この袋６１にノズル７１を挿入する動作は、位置制御で制御される。
なお、真空包装装置７には、マーカー（図示せず）が設けられており、ロボット１（制御装置９００）は、ステレオカメラ２５０によりそのマーカーを撮像し、そのステレオカメラ２５０の出力、すなわち、撮像データに基づいて、位置制御を行い、前記ノズル７１を所定位置まで挿入する。
また、エンドエフェクター６２０においては、次の動作の準備として、押圧部６２５を指６２１、６２２、６２３、６２４よりも先端側に突出した突出位置に移動させる。
次に、図１０に示すように、多関節アーム２４０により、真空包装装置７の板７２を下方に押し込み、下方に移動させる（ステップＳ１０３）。この板７２を下方に押し込む動作は、フォーストリガー制御および位置制御で制御される。フォーストリガー制御では、力覚センサー７５０により予め設定された所定の力（目標力）が検出されると、多関節アーム２４０の動作を停止する。そして、多関節アーム２４０は、次の動作に移行する。
真空包装装置７では、板７２が下方に移動すると、板７２とともに封止部材７４が下方に移動する。また、封止部材７５は、封止部材７４の移動量よりも大きい移動量、下方に移動し、これにより、封止部材７４と封止部材７５とで袋６１が挟み込まれる。これにより袋６１は、閉じられる。また、この際、対象物６は、封止部材７４、７５から力を受け、前後、上下等に移動する。
また、ステップＳ１０３では、多関節アーム２３０を対象物６（封止部材７４、７５）の動きに倣わせる（ステップＳ１０３）。この多関節アーム２３０を袋６１の動きに倣わせる動作は、インピーダンス制御で制御され、位置制御は行わない。これにより、前記動作を容易、かつ適確に行うことができる。なお、本実施形態では、前記インピーダンス制御は、ステップＳ１０３において、多関節アーム２４０の移動を開始してから終了するまで、すなわち、多関節アーム２４０を移動させている期間Ｔ１の全期間において行うが、これに限らず、例えば、期間Ｔ１のうちの一部の期間において行ってもよい。
次に、図１１に示すように、多関節アーム２４０により、真空包装装置７の脱気ボタン７３を押す（ステップＳ１０４）。これにより、ノズル７１により袋６１内の空気が吸引され、袋６１内が減圧される。この脱気ボタン７３を押す動作は、フォーストリガー制御および位置制御で制御される。フォーストリガー制御では、力覚センサー７５０により予め設定された所定の力が検出されると、多関節アーム２４０の動作を停止する。そして、多関節アーム２４０は、次の動作に移行する。
真空包装装置７では、袋６１内の圧力を検出し、袋６１内の圧力が予め設定された所定値になると（袋６１内の脱気が完了すると）、ノズル７１は、真空包装装置７の内部に移動する。すなわち、ノズル７１は、袋６１内から袋６１の外部に移動する。
次に、図１２に示すように、多関節アーム２４０により、板７２を下方に押し込み、下方に移動させる（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５では、前記ステップＳ１０３よりもさらに下方に板７２を移動させる。この板７２を下方に押し込む動作は、フォーストリガー制御および位置制御で制御される。フォーストリガー制御では、力覚センサー７５０により予め設定された所定の力（目標力）が検出されると、多関節アーム２４０の動作を停止する。そして、多関節アーム２４０は、次の動作に移行する。
真空包装装置７では、板７２が下方に移動すると、板７２とともに封止部材７４が下方に移動する。また、封止部材７５は、封止部材７４の移動量よりも大きい移動量、下方に移動し、これにより、封止部材７４と封止部材７５とで袋６１が挟み込まれる。また、この際、対象物６は、封止部材７４、７５から力を受け、前後、上下等に移動する。また、板７２が前記ステップＳ１０３よりもさらに下方に移動すると、封止部材７４、７５の袋６１を封止する部分が加熱され、袋６１は、その熱で融着され、封止される。
また、ステップＳ１０５では、多関節アーム２３０を対象物６（封止部材７４、７５）の動きに倣わせる（ステップＳ１０５）。この多関節アーム２３０を袋６１の動きに倣わせる動作は、インピーダンス制御で制御され、位置制御は行わない。これにより、前記動作を容易、かつ適確に行うことができる。なお、本実施形態では、前記インピーダンス制御は、ステップＳ１０５において、多関節アーム２４０の移動を開始してから終了するまで、すなわち、多関節アーム２４０を移動させている期間Ｔ２の全期間において行うが、これに限らず、例えば、期間Ｔ２のうちの一部の期間において行ってもよい。
以上で、対象物６の真空包装が完了する。
以上説明したように、このロボットシステム１０によれば、真空包装作業を容易、迅速、かつ適確に行うことができる。また、２つの多関節アームをいずれも位置制御により動作させるロボットの場合に比べて、ロボット１の教示を容易かつ迅速に行うことができる。
また、ロボット１が使用するためのロボット専用の真空包装装置を別途用意する必要がなく、人間が使用する通常の真空包装装置７を用いることができるので、利便性が高い。
以上、本発明の制御装置、ロボットおよびロボットシステムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前記実施形態では、ロボットが行う作業として、真空包装作業（包装作業）を例に挙げ、ロボットが操作する装置として、真空包装装置（包装装置）を例に挙げて説明したが、本発明では、これに限定されない。すなわち、ロボットが行う作業としては、例えば、第１ロボットアームと第２ロボットアームとを協調または同期させて行う各作業が挙げられる。また、ロボットが操作する装置としては、例えば、前記各作業に用いられる各装置が挙げられる。なお、真空包装作業の他の作業の具体例としては、例えば、挿入部を有する第２対象物の前記挿入部に第１対象物を挿入する挿入作業、プレス作業（プレス加工）等が挙げられる。また、「挿入」とは、嵌合（嵌入）、螺合（螺入）、接合および連結等を含む広い概念で用いられる。したがって、挿入部の構成によっては、「挿入」を「接合」、「連結」等と読み換えることができる。
また、前記実施形態では、移動可能なロボットについて説明したが、本発明では、これに限定されず、ロボットは、例えば、所定の部分に固定されていてもよい。具体例としては、ロボットは、例えば、ボルト等によって、設置スペースの床、天井、壁、作業台、地上等に固定されていてもよい。
また、本発明では、ロボットは、セル内に配置されていてもよい。
また、前記実施形態では、ロボットの回動軸の数は１５であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回動軸の数は、１４以下でもよく、また、１６以上でもよい。
また、前記実施形態では、ロボットのロボットアーム（多関節アーム）の数は、２つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットのロボットアームの数は、３つ以上でもよい。また、１つのロボットアームを備えたロボットを複数、例えば、２つ設けてもよい。また、２以上（例えば、２つ）のロボットアームを備えたロボットを複数、例えば、２つ設けてもよい。
また、本発明では、ロボットは、他の形式のロボットであってもよい。具体例としては、例えば、脚部を有する脚式歩行（走行）ロボット、スカラーロボット等の水平多関節ロボット等が挙げられる。
１…ロボット、１０…ロボットシステム、２１０…ベース、２１１…ハンドル、２１３…バンパー、２１３ａ…当接部、２１３ｂ…固定部、２１４…非常停止ボタン、２２０…胴体、２３０…多関節アーム、２３１…第１肩部、２３２…第２肩部、２３３…上腕部、２３４…第１前腕部、２３５…第２前腕部、２３６…手首部、２３７…連結部、２３８…ハンド部、２４０…多関節アーム、２４１…第１肩部、２４２…第２肩部、２４３…上腕部、２４４…第１前腕部、２４５…第２前腕部、２４６…手首部、２４７…連結部、２４８…ハンド部、２５０…ステレオカメラ、２６０…信号灯、２７０…モニター、３１０…関節機構、３１１…モーター、３１２…位置センサー、４１０…関節機構、４１１…モーター、４１２…位置センサー、４２０…関節機構、４２１…モーター、４２２…位置センサー、４３０…捻り機構、４３１…モーター、４３２…位置センサー、４４０…関節機構、４４１…モーター、４４２…位置センサー、４５０…捻り機構、４５１…モーター、４５２…位置センサー、４６０…関節機構、４６１…モーター、４６２…位置センサー、４７０…捻り機構、４７１…モーター、４７２…位置センサー、５１０…関節機構、５１１…モーター、５１２…位置センサー、５２０…関節機構、５２１…モーター、５２２…位置センサー、５３０…捻り機構、５３１…モーター、５３２…位置センサー、５４０…関節機構、５４１…モーター、５４２…位置センサー、５５０…捻り機構、５５１…モーター、５５２…位置センサー、５６０…関節機構、５６１…モーター、５６２…位置センサー、５７０…捻り機構、５７１…モーター、５７２…位置センサー、６１０…エンドエフェクター、６１１、６１２、６１３、６１４…指、６１５、６２５…押圧部、６２０…エンドエフェクター、６２１、６２２、６２３、６２４…指、７４０…力覚センサー、７５０…力覚センサー、８００…昇降機構、９００…制御装置、９０…制御部、９０１…第１駆動源制御部、９０２…第２駆動源制御部、９０３…第３駆動源制御部、９０４…第４駆動源制御部、９０５…第５駆動源制御部、９０６…第６駆動源制御部、９０７…第７駆動源制御部、９０８…第８駆動源制御部、９０９…第９駆動源制御部、９１０…第１０駆動源制御部、９１１…第１１駆動源制御部、９１２…第１２駆動源制御部、９１３…第１３駆動源制御部、９１４…第１４駆動源制御部、９１５…第１５駆動源制御部、９２１…記憶部、Ｏ１、Ｏ２、Ｏ２’、Ｏ３、Ｏ３’、Ｏ４、Ｏ４’、Ｏ５、Ｏ５’、Ｏ６、Ｏ６’、Ｏ７、Ｏ７’、Ｏ８、Ｏ８’…回動軸、６…対象物、６１…袋、６２…製品、７…真空包装装置、７１…ノズル、７２…板、７３…脱気ボタン、７４…封止部材、７５…封止部材、Ｓ１０１〜Ｓ１０５…ステップ

Claims (7)

  1. 第１力検出部が設けられた第１ロボットアームと、第２力検出部が設けられた第２ロボットアームと、を制御する制御装置であって、
    前記第１力検出部により目標力を検出するまで前記第１ロボットアームを移動させ、前記第１ロボットアームを移動させている移動期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第２力検出部の出力に基づいて、前記第２ロボットアームに対してインピーダンス制御を行う制御部を備えることを特徴とする制御装置。
  2. 前記制御部は、前記移動期間の全期間において、前記インピーダンス制御を行う請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記制御部は、前記第１ロボットアームを移動させる制御を行って前記第１ロボットアームで装置を操作し、前記第２ロボットアームに対象物を把持させた状態で前記インピーダンス制御を行う請求項１または２に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームとを有するロボットを制御する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームとを協調動作させることにより、真空包装作業を行う請求項１ないし４のいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 第１力検出部が設けられた第１ロボットアームと、第２力検出部が設けられた第２ロボットアームと、を備え、
    請求項１ないし５のいずれか１項に記載の制御装置により制御されることを特徴とするロボット。
  7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の制御装置と、
    前記制御装置により制御され、前記第１力検出部が設けられた前記第１ロボットアームおよび前記第２力検出部が設けられた前記第２ロボットアームと、を備えることを特徴とするロボットシステム。
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