TWI883313B - 算出作用在機器人裝置或工件上之外力的容許值的計算裝置及機器人的控制裝置 - Google Patents

Abstract

控制裝置具備處理部，前述處理部算出容許外力對機器人、工件或手部作用之容許值。預先決定了可對機器人的構成構件施加之負載的容許值。處理部根據機器人的位置及姿勢、外力所作用的作用點的位置、機器人的構成構件的負載的容許值，來算出在外力所作用的作用方向上之外力的容許值。

Description

算出作用在機器人裝置或工件上之外力的容許值的計算裝置及機器人的控制裝置

發明領域

本發明是關於一種算出作用在機器人裝置或工件上之外力的容許值的計算裝置及機器人的控制裝置。

發明背景

於以往技術中已知一種機器人裝置，其將握持工件的手部安裝於機器人，藉由機器人的位置及姿勢變化來將工件搬送到預定的位置。作為在移動工件時精密地調整工件的位置及姿勢的作業，已知一種使1個工件接觸或嵌合於其他工件的作業。

已知於機器人安裝力感測器，用以讓機器人裝置精密地調整工件的位置及姿勢。可根據1個工件接觸到其他工件時從力感測器輸出的力，來調整機器人的位置及姿勢。例如已知為了使一工件的表面與另一工件的表面成為吻合的狀態，而根據作用在雙方的工件彼此之力，來驅動機器人(例如日本特開2017-19039號公報)。 先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2017-19039號公報

發明概要 發明欲解決之課題

藉由在機器人安裝力感測器，可檢測作用在設定於機器人裝置或工件上之作用點的外力。作業者可將藉由驅動機器人而作用在作用點之預定的方向上之外力的目標值，設定於動作程式。機器人的控制裝置能以作用在作用點之外力會成為目標值的方式，來驅動機器人。

當外力作用在機器人裝置或工件上時，負載會施加於臂、馬達及感測器等構成機器人的構成構件。例如彎曲的力施加於構成構件，或於旋動軸施加有扭矩(torque)。當施加於各個構成構件的負載超過負載的容許值時，構成構件恐破損，或機器人恐無法正常地驅動。因此，宜控制機器人，以使施加於各個構成構件的負載成為容許值以下。

於以往的技術中，可將作用在作用點之外力的目標值設定較低，以使機器人裝置不發生異常。例如針對各個構成構件，算出可使外力作用在作用點之大小。可將於機器人的各種位置及姿勢中，可作用在作用點之外力中之最小的值，決定為外力的容許值。然後，外力的目標值可設定為外力的容許值以下之值。如此，以作用在作用點之外力成為最小的條件(最差的條件)，來設定外力的容許值。

此類外力的容許值的範圍記載於例如操作手冊。然後，作業者從容許值的範圍中設定目標值。因此，於預定的機器人的位置及姿勢，即使是能使較大的外力作用在作用點的情況，卻仍藉由較小的外力的目標值來驅動機器人。結果，有時機器人裝置的作業時間會變長。

或，機器人的控制裝置於作用在作用點之外力超過容許值的狀態下，實施不驅動機器人的控制。例如控制裝置是在成為超過外力的容許值之機器人的驅動狀態時，進行發出警告並停止機器人的控制。然而，於此控制中，需要機器人裝置停止後用以恢復的作業。結果，有週程時間(cycle time)變長，生產性變差的問題。 用以解決課題之手段

本揭示的態樣的計算裝置具備處理部，前述處理部算出容許外力對機器人、工件或作業工具作用之容許值。預先決定了可對機器人的構成構件施加之負載的容許值。處理部根據機器人的位置及姿勢、外力所作用的作用點的位置、機器人的構成構件的負載的容許值，來算出在外力所作用的作用方向上之外力的容許值。

本揭示的態樣之機器人的控制裝置具備前述計算裝置、及控制機器人的動作的動作控制部。 發明效果

若依據本揭示的態樣，可提供一種算出作用在機器人裝置或工件上之外力的容許值的計算裝置及機器人的控制裝置。

用以實施發明之形態

參考圖1至圖9，來說明實施形態的計算裝置及具備計算裝置的機器人的控制裝置。本實施形態的計算裝置算出對機器人裝置或機器人裝置所握持的工件施加的外力的容許值。

圖1是本實施形態的機器人裝置的概略圖。機器人裝置5具備作為作業工具的手部2、及移動手部2的機器人1。本實施形態的機器人1是包含複數個關節部18a、18b、18c之多關節機器人。機器人1包含可移動的複數個構成構件。機器人1的構成構件形成為繞著各個驅動軸旋轉。

本實施形態的機器人1包含基座部14、及相對於基座部14旋轉的迴旋基座13。機器人1包含上部臂11及下部臂12。下部臂12可旋動地支撐於迴旋基座13。上部臂11可旋動地支撐於下部臂12。機器人1包含可旋動地支撐於上部臂11的腕部15。於腕部15的凸緣16，固定有手部2。進而，上部臂11或凸緣16繞著預定的驅動軸旋轉。

本實施形態的機器人具有6個驅動軸，但不限於此形態。可採用藉由任意的機構來變更位置及姿勢的機器人。又，本實施形態的作業工具是具有2個爪部的手部，但不限於此形態。作業工具可採用與機器人裝置所進行的作業相應之任意裝置。

於本實施形態的機器人裝置5，設定有基準座標系統76。基準座標系統76亦稱為世界座標系統。基準座標系統76是原點的位置固定，且座標軸的朝向固定的座標系統。又，於機器人裝置5設定有工具座標系統，前述工具座標系統具有設定在作業工具的任意位置的原點。於本實施形態，工具座標系統的原點設定在手部2的2個爪部的前端彼此之中間點即工具前端點。工具座標系統是位置及姿勢與作業工具一同變化的座標系統。機器人1的位置對應於基準座標系統76中之工具座標系統的原點的位置。又，機器人1的姿勢對應於工具座標系統相對於基準座標系統76的朝向。

於圖2，表示本實施形態的機器人裝置的方塊圖。參考圖1及圖2，機器人1包含使機器人1的位置及姿勢變化的機器人驅動裝置。機器人驅動裝置包含機器人驅動馬達22，前述機器人驅動馬達22驅動臂及腕部等構成構件。於本實施形態，複數個機器人驅動馬達22對應於各個驅動軸而配置。

機器人裝置5具備驅動手部2的手部驅動裝置。手部驅動裝置包含驅動手部2的爪部的手部驅動馬達21。手部驅動馬達21進行驅動來打開或閉合手部2的爪部。再者，手部亦可形成為藉由氣壓等來驅動。

機器人裝置5具備控制機器人1及手部2的控制裝置4。控制裝置4包含：控制裝置主體40；及教示操作盤37，其用以供作業者操作控制裝置主體40。控制裝置主體40包含具有作為處理器的CPU(Central Processing Unit(中央處理單元))的運算處理裝置(電腦)。運算處理裝置具有透過匯流排連接於CPU的RAM(Random Access Memory(隨機存取記憶體))及ROM(Read Only Memory(唯讀記憶體))等。

教示操作盤37透過通訊裝置而連接於控制裝置主體40。教示操作盤37包含輸入部38，前述輸入部38輸入關於機器人1及手部2的資訊。輸入部38是由鍵盤及撥號盤等輸入構件所構成。教示操作盤37包含顯示部39，前述顯示部39顯示關於機器人1及手部2的資訊。顯示部39可藉由液晶顯示面板或有機EL(Electro Luminescence(電致發光))顯示面板等任意的顯示面板來構成。再者，教示操作盤具備觸控方式的顯示面板時，顯示面板是作為輸入部及顯示部而發揮功能。

於控制裝置4輸入有動作程式46，前述動作程式46是為了進行機器人1及手部2的動作而預先製作。或，作業者可操作教示操作盤37來驅動機器人1，藉此設定機器人1的教示點。控制裝置4可根據教示點來生成動作程式46。

控制裝置主體40包含動作控制部43，前述動作控制部43控制機器人1及手部2的動作。動作控制部43將用以驅動機器人1的動作指令，送出至機器人驅動部45。機器人驅動部45包含驅動機器人驅動馬達22的電路。機器人驅動部45根據動作指令，來對機器人驅動馬達22供給電力。又，動作控制部43將驅動手部2的動作指令送出至手部驅動部44。手部驅動部44包含驅動手部驅動馬達21的電路。手部驅動部44根據動作指令，來對手部驅動馬達21供給電力。

控制裝置主體40包含記憶部42，前述記憶部42記憶關於機器人1及手部2的控制的資訊。記憶部42可藉由能記憶資訊的非暫時性記憶媒體來構成。例如記憶部42可藉由揮發性記憶體、非揮發性記憶體、磁性記憶媒體或光記憶媒體等記憶媒體來構成。動作程式46記憶於記憶部42。

動作控制部43相當於按照動作程式46來進行驅動的處理器。處理器形成為可讀取記憶於記憶部42的資訊。處理器讀入動作程式46，實施決定於動作程式46的機器人1及手部2的控制，藉此作為動作控制部43而發揮功能。又，處理器根據教示操作盤37的輸入部38的操作來驅動機器人1及手部2，藉此作為動作控制部43而發揮功能。

機器人1包含用以檢測機器人1的位置及姿勢的狀態檢測器。本實施形態的狀態檢測器包含位置檢測器19，前述位置檢測器19檢測安裝於各個驅動軸的機器人驅動馬達22的旋轉位置。位置檢測器19可藉由編碼器來構成，前述編碼器檢測機器人驅動馬達22的輸出軸的旋轉角。於本實施形態，根據複數個位置檢測器19的輸出，來檢測機器人1的位置及姿勢。

控制裝置4包含安裝於機器人1之作為力檢測器的力覺感測器24。本實施形態的力覺感測器24是6軸的感測器。於本實施形態的機器人裝置5，力覺感測器24配置於凸緣16與手部2之間。力覺感測器24檢測作用在工件71上之力及包含力矩的外力。力覺感測器24可採用包含應變感測器的感測器、或電容式感測器等任意的力覺感測器。

於本實施形態的力覺感測器24，設定有用以檢測作用在感測器上之力的感測器座標系統。藉由力覺感測器24所檢測的力包含：感測器座標系統中相互呈正交的3軸方向的力及繞著3軸的力。更具體而言，力覺感測器24檢測正交3軸(X軸、Y軸及Z軸)方向的力、及作為繞著3軸的軸(W軸、P軸及R軸)方向的力之力矩(Mx,My,Mz)。

於圖3，表示本實施形態的第1工件及第2工件的放大立體圖。參考圖1及圖3，機器人裝置5實施使第1工件71嵌合於第2工件72的控制。機器人裝置5是藉由機器人1驅動，來將第1工件71朝向第2工件72移動。然後，如箭頭91所示，將第1工件71插入於第2工件72的凹部72a。

本實施形態的第1工件71具有圓柱形狀。第1工件71的端面為平面狀。第2工件72具有長方體形狀。第2工件72固定於作業台75。第2工件72的凹部72a形成為圓柱狀。凹部72a具有對應於第1工件71的形狀之形狀，以供第1工件71嵌合。

控制裝置4實施使圓柱狀的工件71，嵌合於工件72的凹部72a的控制。此時，當工件71的中心軸71a與凹部72a的中心軸72aa成為同一線上時，工件71會順利地插入於工件72的凹部72a。然而，中心軸71a的位置或姿勢有時會相對於中心軸72aa偏離。

參考圖2及圖3，控制裝置4在將工件71嵌合於凹部72a時，根據力覺感測器24的輸出來實施力控制。於本實施形態，將根據藉由力檢測器所檢測的力，來調整機器人的位置及姿勢的控制稱為力控制。於力控制中，利用工件接觸時所產生的力。

控制裝置4可根據藉由作為力檢測器的力覺感測器24所檢測的力，來實施如下控制：使與工件的移動方向呈正交的方向的速度變化，及使工件的朝向變化。控制裝置4例如可根據藉由力覺感測器24所檢測的力，來實施順應性(compliance)控制或阻抗控制等。

在實施此類力控制時，需要作為力控制的基準之控制點、及為了藉由機器人移動工件的移動方向(向量)。控制點相當於外力對機器人裝置5或工件71作用的作用點。於本實施形態的機器人裝置5，於第1工件71的端面預先決定了工件前端點73來作為控制點。工件前端點73是於第1工件71的端面配置在平面形狀的圓的中心。又，在將工件71嵌合於凹部72a時，預先設定箭頭74所示之方向，來作為機器人1所支撐的工件71的移動方向。力覺感測器24檢測作用在作用點之外力。

本實施形態的機器人裝置5具備算出外力的容許值的計算裝置。於本實施形態，控制裝置4的控制裝置主體40是作為計算裝置而發揮功能。控制裝置主體40包含進行運算處理的處理部51。處理部51包含容許力算出部54，前述容許力算出部54算出容許外力對於機器人、工件或作業工具作用之容許值。處理部51包含可動範圍算出部55，前述可動範圍算出部55算出在機器人1的位置及姿勢變化時，現在的外力的目標值會成為容許值以下之作用點的位置的區域。處理部51包含模型生成部56，前述模型生成部56根據機器人裝置及工件的三維形狀資料58，來生成機器人裝置的模型及工件的模型。處理部51包含顯示控制部57，前述顯示控制部57控制要顯示於教示操作盤37的顯示部39的圖像。

於動作程式46包含用以實施關於外力的容許值的計算，或生成機器人裝置的構成構件的模型之程式。處理部51相當於按照動作程式46來進行驅動的處理器。處理器實施決定於動作程式46的控制，藉此作為處理部51而發揮功能。進而，容許力算出部54、可動範圍算出部55、模型生成部56及顯示控制部57各個單元相當於按照動作程式46來進行驅動的處理器。處理器實施決定於程式46的控制，藉此作為各個單元而發揮功能。

動作控制部43根據動作程式46來實施力控制。動作控制部43取得力覺感測器24的輸出。動作控制部43根據力覺感測器24的輸出，來算出在作為作用點的工件前端點73之預先決定的作用方向的外力。例如動作控制部43設定箭頭74所示之移動方向的軸、及與移動方向呈正交的軸。動作控制部43算出施加於這些軸的方向的力及繞著軸的力矩，作為作用在工件前端點73的外力。

動作控制部43可控制機器人1的動作，以使作用在工件前端點73之外力成為預先決定的目標值。例如往箭頭74所示之移動方向移動工件71，當工件71接觸工件72時，動作控制部43控制機器人1的位置及姿勢，以使作用在與箭頭74所示之移動方向相反方向的力成為目標值。換言之，動作控制部43控制機器人1的位置及姿勢，以使往箭頭74所示之方向推壓工件71的力成為目標值。此外，動作控制部43亦控制機器人1，以使與箭頭74所示之方向呈垂直的軸的方向之力、及繞著這些軸的力矩成為預先決定的目標值。

如此，動作控制部43可實施力控制，前述力控制是控制機器人的動作，以使在預定的作用方向上，作用在作用點之外力成為目標值。藉由實施力控制，可一面修正第1工件71相對於凹部72a的位置及姿勢，一面進行嵌合的作業。此類外力的目標值在動作程式46是作為用以實施力控制的參數來設定。

於本實施形態的機器人裝置5，在實施嵌合作業時，第1工件71接觸作為其他物體的第2工件72。然後，根據作用在工件71上之外力，來調整工件71的位置及姿勢。

於工件71接觸工件72的期間中，負載會對機器人1的構成構件及手部2施加。例如於上部臂11、下部臂12、迴旋基座13及腕部15等各個構成構件，作為負載施加有拉伸力、壓縮力、彎曲力矩及扭轉力矩等。又，於配置在各個關節部18a、18b、18c之機器人驅動馬達22及減速機等構成構件，作為負載施加有繞著旋轉軸的扭矩。又，在關節部18a、18b、18c配置有扭矩感測器作為構成構件時，於扭矩感測器，作為負載施加有扭矩。

預先決定了可施加於機器人1的構成構件之負載的容許值。當構成構件的負載超過容許值時，於各個構成構件恐發生異常。例如構成構件破損，或不會正常發揮功能。結果，機器人裝置恐不會正常地動作。

機器人宜以施加於構成構件的負載成為容許值以下的方式驅動。尤其宜以作用在各個構成構件的負載不超過物性容許值或機械性容許值的方式驅動機器人。作用在臂等構成構件的扭轉力矩、彎曲力矩、壓縮力或拉伸力等之容許值，相當於物性容許值。作用在軸承及減速機等藉由複數個零件所構成的構成構件之扭矩或壓縮力等之容許值，相當於機械性容許值。又，作用在各個構成構件上之負載，宜將安全地驅動機器人的功能亦考慮在內。機器人接觸到其他物體時使機器人停止時之容許值，相當於安全功能上的容許值。

實施由機器人裝置5所握持的第1工件71對第2工件72推壓的動作時，宜進行控制以使施加於各個構成構件的負載成為容許值以下。於各個構成構件，發生與將第1工件71推壓到第2工件時之力相應的負載。當作用在藉由機器人裝置5將第1工件71推壓到第2工件72時之作用點之外力越大，施加於構成構件的負載越大。因此，宜將外力的目標值設定為適當的值，以使作用在工件前端點73之力不會變得過大。

於圖4，表示使機器人成為第1位置及姿勢時之機器人裝置的概略圖。於圖5，表示使機器人成為第2位置及姿勢時之機器人裝置的概略圖。參考圖4及圖5，於各個圖記載有第1工件71所接觸的接觸面89。接觸面89相當於第1工件71所推壓的物體的表面。於此，機器人1沿著箭頭74所示之移動方向，藉由一定的力，將第1工件71朝向接觸面89推壓。亦即，於第1位置及姿勢與第2位置及姿勢，作用在工件前端點73之外力為同一外力。

於此，施加於配置在關節部18a之扭矩感測器等構成構件的扭矩，是取決於作用在工件前端點73的外力、及從工件前端點73到關節部18a的驅動軸的距離。從在第2位置及姿勢的關節部18a的驅動軸到工件前端點73的距離，比從在第1位置及姿勢的關節部18a的驅動軸到工件前端點73的距離長。因此，關於施加於配置在關節部18a之構成構件的扭矩，在第2位置及姿勢的扭矩比在第1位置及姿勢的扭矩大。又，關於作用在下部臂12之彎曲力矩等，在第2位置及姿勢的彎曲力矩亦比在第1位置及姿勢的彎曲力矩大。

如此，即使作用在作用點之外力為相同大小，作用在機器人裝置的構成構件之負載仍會因應機器人的位置及姿勢而變化。於此之例，在工件前端點73的位置距離關節部18a的驅動軸最遠的機器人的位置及姿勢，施加於配置在關節部18a的構成構件的扭矩最大。

於以往的技術中，就各種機器人的位置及姿勢決定一定的外力的容許值，以使作用在機器人裝置的構成構件的負載成為容許值以下。例如設定有外力的容許值，以使得在如圖5所示，上部臂11及下部臂12大幅伸展的狀態時，施加於關節部18a的扭矩會成為容許值以下。因此，設定有較小的外力的容許值。又，由於根據外力的容許值來決定外力的目標值，因此外力的目標值也採用小的值。例如雖於圖4所示之第1位置及姿勢，可使較大的外力作用在工件前端點73，但卻藉由根據圖5所示之第2位置及姿勢所設定之較小的外力的目標值，來驅動機器人。結果，有時機器人裝置的作業時間會變長。

參考圖2，本實施形態的控制裝置4因應機器人裝置被驅動的狀態，來算出外力的容許值。處理部51的容許力算出部54根據機器人的位置及姿勢，來算出可施加於作用點的外力的容許值。進而，容許力算出部54根據外力所作用的作用點的位置及機器人的構成構件的負載的容許值，來算出在外力所作用的作用方向上之外力的容許值。於本實施形態，在實施力控制時，算出作用在工件前端點73之外力的容許值。

作業者可於教示作業時取得外力的容許值。作業者以手動操作機器人1，使第1工件71接觸第2工件72的表面。於本實施形態，作業者操作教示操作盤37來變更機器人的位置及姿勢，以使第1工件71接觸第2工件72。

容許力算出部54根據位置檢測器19的輸出，來檢測機器人的位置及姿勢。容許力算出部54取得工件前端點73的位置來作為外力所作用的作用點。工件前端點73是與第1工件71及手部2一同移動。

機器人裝置5被校正為當機器人的位置及姿勢決定時，可算出工件前端點73的位置。例如藉由工具座標系統的座標值，預先決定了工件前端點73的位置。或，可設定在機器人1的凸緣16具有原點且與凸緣16一同移動的凸緣座標系統。工件前端點73的位置可藉由凸緣座標系統來預先決定。容許力算出部54根據工具座標系統或凸緣座標系統中之工件前端點73的位置、及機器人1的位置及姿勢，來算出基準座標系統76中之工具前端點73的位置。又，容許力算出部54根據力覺感測器24的輸出，來檢測外力所作用的作用方向。或，外力的作用方向亦可採用預先決定的方向。

接著，當作用在工件前端點73的外力的大小及外力的作用方向決定時，可算出施加於機器人1的各個構成構件的負載。各個構成構件的形狀、尺寸及重量等計算負載所需之常數預先記憶於記憶部42。臂等各個構成構件的位置及姿勢可根據機器人1的位置及姿勢來算出。各個關節部18a、18b、18c的位置可根據機器人1的位置及姿勢來算出。

容許力算出部54可根據預先決定的外力及外力的作用方向，來算出在上部臂11及下部臂12等構成構件之拉伸力、壓縮力、彎曲力矩及扭轉力矩等負載。又，容許力算出部54可算出施加於配置在各個關節部18a、18b、18c的構成構件的扭矩。各個負載的算出方法記憶於預先決定的記憶部42。容許力算出部54可根據各個構成構件的位置及姿勢，來算出施加於構成構件的負載。

容許力算出部54一面使在預先決定的作用方向上施加於工件前端點73的外力，從較小的初始值逐漸增加，一面算出施加於構成構件的負載。例如容許力算出部54使在箭頭74所示之移動方向上施加於工件前端點73的外力，從零以預先決定的增加量逐漸增加。算出施加於機器人裝置的各個構成構件的負載。然後，容許力算出部54檢測到複數個構成構件中之至少一個構成構件的負載超過負載的容許值。容許力算出部54可根據此時的外力，來決定所有構成構件的負載會成為容許值內之外力的容許值。例如容許力算出部54可將使施加於工件前端點73的外力逐漸增加時，所有構成構件的負載會成為容許值內之外力的最大值，決定為外力的容許值。

如此，可因應作用點的位置、外力所作用的作用方向及機器人的位置及姿勢，來算出作用在作用點之外力的容許值。外力的容許值的算出方向不限於上述形態。可藉由任意的方法，來算出使所有構成構件的負載不會超過容許值之外力的容許值。

例如容許力算出部54取得分別可施加於每個構成構件的負載的容許值。容許力算出部54根據機器人的位置及姿勢，從構成構件的負載的容許值，來算出可使外力在工具前端點73上往作用方向作用的容許值。容許力算出部54對於所有構成構件的負載的容許值，算出在工件前端點73的外力的容許值。容許力算出部54可於對於所有構成構件的負載的容許值之外力的容許值中，將最小的外力的容許值採用為可施加於工件前端點73的外力的容許值。

顯示控制部57將藉由容許力算出部54所算出的外力的容許值，顯示於教示操作盤37的顯示部39。作業者可觀看外力的容許值，來決定實施力控制時之外力的目標值。外力的目標值可設定為外力的容許值以下。例如作業者可採用稍微小於外力的容許值之值作為外力的目標值。作業者可將外力的目標值設定於動作程式。

藉由本實施形態的處理部51所算出的外力的容許值，是根據機器人的位置及姿勢、各個構成構件的負載的容許值、外力所作用的作用點的位置及外力的作用方向。因此，可因應機器人的狀態，來設定機器人裝置可施加於工件之外力的目標值。尤其可設定因應機器人的位置及姿勢之外力的目標值。因此，可避免概括機器人所有的位置及姿勢而較小地設定外力的目標值。或，可避免外力的目標值過大，而使機器人裝置自動地停止。

例如在如圖4所示之機器人的特定的位置及姿勢，可較以往的技術設定更大的外力的目標值，或可較以往的技術藉由更大的外力的容許值來驅動機器人。因此，可謀求縮短機器人裝置的作業時間。於本實施形態之嵌合工件的作業中，可加大將第1工件71推壓到第2工件72的力，可較以往的技術以更短時間實施嵌合工件的作業。

本實施形態的動作控制部43可控制機器人的動作，以使作用在作用點之外力的大小成為外力的容許值以下。例如本實施形態的動作控制部43可控制機器人1的動作，以使作用在工件前端點73的外力成為外力的目標值。或，作用在作用點之外力的容許值亦可設定於動作程式。動作控制部是於驅動機器人的期間中，根據力覺感測器的輸出來算出作用在作用點之外力。當作用在作用點之外力接近容許值時，動作控制部可控制機器人的動作速度或機器人的位置及姿勢等機器人的驅動狀態，以使作用在作用點之力變小。

於圖6，表示顯示於本實施形態的教示操作盤的顯示部的第1圖像。參考圖2及圖6，構成機器人裝置的構成構件及工件的三維形狀資料58是預先製作的。三維形狀資料58可利用例如從CAD(Computer Aided Design(電腦輔助設計))裝置輸出的資料。三維形狀資料58記憶於記憶部42。又，預先決定並設定有實際的第1工件71及第2工件72相對於機器人裝置5的位置。

模型生成部56根據機器人裝置的三維形狀資料及工件的三維形狀資料，來生成機器人裝置及工件等之三維的模型。模型生成部56根據位置檢測器19的輸出，來取得機器人1的位置及姿勢。生成對應於機器人的位置及姿勢的三維的模型。模型生成部56因應實際的機器人裝置的位置及工件的位置而於虛擬空間配置模型。

顯示控制部57將藉由模型生成部56所生成的模型的圖像，顯示於顯示部39。顯示控制部57生成從預定的方向觀看時之模型的圖像。於第1圖像81，顯示有機器人的模型1M、力覺感測器的模型24M、手部的模型2M、第1工件的模型71M及第2工件的模型72M。當作業者藉由教示操作盤等變更機器人的位置及姿勢時，圖像81中之機器人的模型1M的位置及姿勢亦變化。

另外，本實施形態的顯示控制部57可將藉由容許力算出部54所算出的外力的容許值，重疊於機器人1的圖像而顯示。於圖像81，顯示有工件前端點的模型73M、及外力的作用方向的箭頭74M。然後，於箭頭74M的旁邊，顯示有可施加於作為作用點的工件前端點之外力的容許值「MAX：50N」。亦即顯示：於現在的機器人的位置及姿勢，外力的容許值為50N。若機器人的位置及姿勢變化，外力的容許值亦變化。

作業者可觀看圖像81來決定進行力控制時之外力的目標值。例如作業者可將與外力的容許值相同的值，作為目標值而設定於動作程式46。或，處理部51亦可根據藉由容許力算出部54所算出的外力的容許值，自動地將外力的目標值設定於動作程式46。作為外力的目標值，可設定外力的容許值以下之值。

又，於動作程式有時設定有外力的容許值。此情況下，作業者可將藉由容許值算出部54所算出的外力的容許值設定於動作程式。或，處理部51亦可將藉由容許力算出部54所算出的外力的容許值，自動地設定於動作程式。

於圖像81，顯示部39是於表示外力的作用方向的箭頭旁邊，以數字表示外力的容許值，但不限於此形態。顯示部亦可藉由箭頭的長度來表示外力的容許值的大小。例如顯示部亦可顯示為外力的容許值越大，箭頭變得越長。

於圖7，表示顯示於教示操作盤的顯示部的第2圖像。於第2圖像82，顯示有機器人的模型1M、力覺感測器的模型24M、手部的模型2M及第1工件的模型71M。參考圖2及圖7，可動範圍算出部55算出在機器人1的位置及姿勢變化時，現在的外力的目標值會成為外力的容許值以下之作用點的位置的區域87M。換言之，可動範圍算出部55藉由預先決定的外力的目標值，來算出可使機器人的位置及姿勢變化的區域87M。區域87M是作用點可移動的範圍。顯示控制部57將此區域87M重疊於機器人的圖像而顯示。

於此之例，是在從機器人1的設置面到作用點之高度固定的平面內，表示可移動作用點的區域87M。再者，作用點可移動的區域亦可在三維的區域內搜尋而顯示。

可動範圍算出部55取得現在的作用點的位置。例如可動範圍算出部55藉由基準座標系統76取得現在的作用點的位置。於此，作為作用點可移動的範圍，是檢討距離設置面的高度為固定的平面。可動範圍算出部55使作為作用點的工件前端點的位置，在平面內每隔預先決定的方向及預先決定的距離移動。然後，容許力算出部55就各個作用點的位置，算出外力的容許值。

當外力的容許值為現在設定的外力的目標值以上時，可動範圍算出部55判定作用點可移動到該位置。另，當外力的容許值小於現在設定的外力的目標值時，可動範圍算出部55判定作用點不可移動到該位置。

可動範圍算出部55實施一點一點地移動作用點的位置的控制。可動範圍算出部55可算出外力的容許值會成為外力的目標值以上之作用點的位置的區域。顯示控制部57可從可動範圍算出部55，取得可移動作用點的位置而顯示區域87M。作業者可藉由圖像82來確認可移動作用點的範圍。作業者可容易地掌握現在可採用之外力的目標值的範圍。如此，作業者可一面藉由教示操作盤37，以手動來驅動機器人裝置5，一面設定進行力控制時之外力的目標值。

接著，本實施形態的控制裝置4形成為可於進行力控制時，根據機器人的位置及姿勢，來自動地設定或變更外力的目標值。參考圖2，處理部51的容許力算出部54在實施力控制的期間中，根據位置檢測器19的輸出來取得機器人的位置及姿勢。容許力算出部54根據現在的機器人的位置及姿勢，來算出現在的外力的容許值。容許力算出部54可每隔預先決定的間隔算出外力的容許值。或，亦可於進行力控制時，以機器人的一個位置及姿勢來算出外力的容許值。

處理部51根據外力的容許值，來算出進行力控制時之外力的目標值。例如處理部51可將外力的容許值設定為外力的目標值。或，處理部51亦可對外力的容許值乘以小於1之預先決定的常數，藉此設定外力的目標值。處理部51將根據外力的容許值所設定的外力的目標值，送出至動作控制部43。動作控制部43可根據取得之外力的目標值，實施使第1工件接觸其他物體的力控制。藉由進行此控制，可於機器人裝置實施預定的作業的期間中，因應機器人的位置及姿勢來設定或變更外力的目標值。由於可藉由最佳的外力的目標值來實施作業，因此可謀求縮短作業時間。

另外，作業者將外力的目標值設定於動作程式等時，有時外力的目標值超過外力的容許值。此情況下，處理部51可實施發生用以通知作業者的警告的控制。例如在操作教示操作盤37，於動作程式設定外力的目標值時，容許力算出部54算出外力的容許值。然後，在作業者所輸入的外力的目標值超過外力的容許值時，處理部51可於顯示部顯示警告。或，處理部51能以警報等來通知作業者。作業者可避免設定過大的外力的目標值。

又，動作控制部43可在驅動機器人1的期間中，當外力的目標值超過外力的容許值時，實施使機器人1停止的控制。例如有時外力的目標值預先決定於動作程式46。此情況下，在機器人驅動的期間中，容許力算出部54算出外力的容許值。然後，當外力的目標值超過外力的容許值時，動作控制部43可實施停止機器人1的控制。

於圖8，表示本實施形態的模擬裝置的方塊圖。本實施形態的計算裝置可配置於模擬裝置。模擬裝置6將機器人的三維的模型、作業工具的三維的模型及工件的三維的模型配置在同一虛擬空間。本實施形態的模擬裝置6實施前述機器人裝置5的動作的模擬。

本實施形態的模擬裝置6是藉由包含作為處理器的CPU的運算處理裝置(電腦)來構成。模擬裝置6具備記憶部63，前述記憶部63記憶關於機器人裝置5的模擬的任意資訊。記憶部63可藉由能記憶資訊的非暫時性記憶媒體來構成。例如記憶部63可藉由揮發性記憶體、非揮發性記憶體、磁性記憶媒體或光記憶媒體等記憶媒體來構成。用以實施機器人裝置的模擬的程式記憶於記憶部63。

模擬裝置6包含輸入部61，前述輸入部61輸入關於機器人裝置5的模擬的資訊。輸入部61是由鍵盤、滑鼠及撥號盤等操作構件所構成。模擬裝置6包含顯示部62，前述顯示部62顯示關於機器人裝置5的模擬的資訊。顯示部62可藉由液晶顯示面板或有機EL顯示面板等任意的顯示面板來構成。再者，模擬裝置具備觸控面板方式的顯示面板時，顯示面板是作為輸入部及顯示部而發揮功能。

模擬裝置6是作為算出作用在作用點之外力的容許值的計算裝置而發揮功能。模擬裝置6包含處理部64，前述處理部64是為了機器人裝置5的模擬而進行運算處理。與本實施形態的機器人的控制裝置4的處理部51同樣，處理部64包含：模型生成部56，其根據三維形狀資料58來生成模型；容許力算出部54，其算出外力的容許值；及可動範圍算出部55，其藉由預先決定的外力的目標值，來算出可驅動機器人的範圍(參考圖2)。又，與本實施形態的控制裝置4同樣，構成機器人裝置的構成構件及工件的三維形狀資料58輸入於模擬裝置6(參考圖2)。三維形狀資料58記憶於記憶部63。

處理部64包含模擬執行部65，前述模擬執行部65實施機器人裝置5的動作的模擬。模擬執行部65具有移動機器人裝置的模型的功能。或，模擬執行部65根據預先製作的動作程式46，來實施機器人裝置5的動作的模擬。處理部64包含顯示控制部66，前述顯示控制部66根據模擬執行部65的輸出，來控制要顯示於顯示部62的圖像。

處理部64相當於按照用以實施模擬的程式來進行驅動的處理器。處理器讀入模擬的程式，實施決定於程式的控制，藉此作為處理部64而發揮功能。又，處理部64所包含的模型生成部56、模擬執行部65、容許力算出部54、可動範圍算出部55及顯示控制部66各個單元相當於按照模擬的程式來進行驅動的處理器。處理器實施決定於程式的控制，藉此作為各個單元而發揮功能。

於圖9，表示顯示於模擬裝置的顯示部的圖像之例。模擬裝置6的顯示部62顯示與機器人的控制裝置4的顯示部39同樣之三維的模型的圖像。設置機器人的位置及配置工件的位置，可由作業者以輸入部61輸入設計值。又，工件相對於機器人的位置可由作業者預先設定。於圖像83，顯示有機器人的模型1M、力覺感測器的模型24M、手部的模型2M、第1工件的模型71M及第2工件的模型72M。

模擬執行部65因應作業者所進行的輸入部61的操作，來算出現在的機器人1的位置及姿勢。或，模擬執行部65根據動作程式46，來算出在預定的時刻之機器人的位置及姿勢。模型生成部根據機器人的位置及姿勢來生成機器人的模型1M。顯示控制部66按照模擬執行部65的輸出及藉由模型生成部56所生成的三維的模型，於顯示部62顯示模型的圖像。

於模擬裝置6，可一面實施機器人裝置5的動作的模擬，一面算出外力的容許值。作用點的位置是預先決定，可由作業者指定。作用在作用點之外力的作用方向，可預先決定複數個方向而實施模擬。容許力算出部54可根據機器人的位置及姿勢，來算出作用在作用點之外力的容許值。又，與控制裝置4同樣，模擬裝置6的顯示部62可顯示藉由容許力算出部54所算出的外力的容許值，或顯示藉由可動範圍算出部55所算出的作用點的位置的區域(參考圖6及圖7)。

於模擬裝置，可不使用實際的機器人裝置而實施模擬。因此，可在離線生成動作程式時，算出外力的容許值或算出作用點可移動的範圍。又，可利用在具備機器人裝置的系統的設計。例如可檢討配置機器人裝置及架台等周邊裝置的位置。

本實施形態的顯示部是配置於教示操作盤的顯示面板，或配置於模擬裝置的顯示面板。顯示部亦可藉由例如平板終端的顯示面板來構成。或，顯示部亦可藉由配置於個人電腦的顯示面板來構成。進而，顯示部亦可配置於生成擴增實境的圖像的電腦。作為擴增實境的圖像，例如可於藉由平板終端所拍攝的機器人裝置的圖像，顯示外力的容許值。或，可將現在的外力的目標值會成為外力的容許值以下之作用點的位置的區域，重疊於實際拍攝到的機器人裝置的圖像而顯示。

本實施形態的模擬裝置的處理部，是藉由與機器人的控制裝置互為獨立的運算處理裝置來構成，但不限於此形態。機器人的控制裝置亦可具有模擬裝置的功能。亦即，控制裝置的運算處理裝置的處理器亦可具有模擬裝置的處理部的功能。進而，在教示操作盤包含具有處理器的運算處理裝置的情況下，教示操作盤亦可具有模擬裝置的功能。亦即，教示操作盤的處理器亦可作為模擬裝置的處理部而發揮功能。

於本實施形態，外力所作用的作用點設定於工件，但不限於此形態，作用點可設定於機器人或作業工具的任意位置。此情況下，計算裝置可算出在作用點上往作用方向作用之外力的容許值。

又，於本實施形態，6軸的力覺感測器作為力檢測器而配置於腕部，但不限於此形態。力檢測器可採用能檢測作用在作用點之外力的任意的感測器。例如亦可取代安裝於機器人的腕部的力覺感測器，而於機器人的關節部配置扭矩感測器。複數個扭矩感測器配置於機器人的複數個關節部的驅動軸。各個扭矩感測器檢測繞著關節部的驅動軸的扭矩。或，力覺感測器亦可配置於機器人的基座部。

於上述實施形態，表示了嵌合圓柱狀的工件的控制，但可對任意形狀的工件適用本實施形態的控制。又，於本實施形態，例示了將一個工件嵌合於其他工件的控制，但不限於此形態。本實施形態的控制裝置及模擬裝置可適用於進行一個工件接觸其他物體的作業之機器人裝置。又，進行嵌合的作業不限於將工件插入於凹部或孔部的作業。包含例如一面使齒輪的輪齒的相位配合，一面將齒輪配置於預定的位置的作業。

於上述各個控制中，可在功能及作用未變更的範圍內，適當地變更步驟的順序。上述實施形態可適當地組合。於上述各圖，對同一或相等的部分附上同一符號。再者，上述實施形態為例示，並不限定發明。又，實施形態中包含申請專利範圍所示之實施形態的變更。

1:機器人 1M,2M,24M,71M,72M,73M,87M:模型 2:手部 4:控制裝置 5:機器人裝置 6:模擬裝置 11:上部臂 12:下部臂 13:迴旋基座 14:基座部 15:腕部 16:凸緣 18a,18b,18c:關節部 19:位置檢測器 21:手部驅動馬達 22:機器人驅動馬達 24:力覺感測器 37:教示操作盤 38,61:輸入部 39,62:顯示部 40:控制裝置主體 42,63:記憶部 43:動作控制部 44:手部驅動部 45:機器人驅動部 46:動作程式 51,64:處理部 54:容許力算出部 55:可動範圍算出部 56:模型生成部 57,66:顯示控制部 58:三維形狀資料 65:模擬執行部 71,72:工件 71a,72aa:中心軸 72a:凹部 73:工件前端點 74,91:箭頭 75:作業台 76:基準座標系統 81,82,83:圖像 74M:箭頭 87M:區域 89:接觸面 CAD:電腦輔助設計 CPU:中央處理單元 EL:電致發光 RAM:隨機存取記憶體 ROM:唯讀記憶體 X,Y,Z:軸

圖1是實施形態的機器人裝置的概略圖。 圖2是實施形態的機器人裝置的方塊圖。 圖3是將第1工件嵌合於第2工件時之工件的放大立體圖。 圖4是使機器人成為第1位置及姿勢時之機器人裝置的概略圖。 圖5是使機器人成為第2位置及姿勢時之機器人裝置的概略圖。 圖6是顯示於教示操作盤的顯示部的第1圖像。 圖7是顯示於教示操作盤的顯示部的第2圖像。 圖8是實施形態的模擬裝置的方塊圖。 圖9是顯示於模擬裝置的顯示部的圖像。

1:機器人

2:手部

4:控制裝置

5:機器人裝置

19:位置檢測器

21:手部驅動馬達

22:機器人驅動馬達

24:力覺感測器

37:教示操作盤

38:輸入部

39:顯示部

40:控制裝置主體

42:記憶部

43:動作控制部

44:手部驅動部

45:機器人驅動部

46:動作程式

51:處理部

54:容許力算出部

55:可動範圍算出部

56:模型生成部

57:顯示控制部

58:三維形狀資料

Claims (9)

1. 一種計算裝置，其具備處理部，前述處理部算出容許外力對機器人、工件或作業工具作用之容許值； 預先決定了可對機器人的構成構件施加之負載的容許值， 前述處理部根據機器人的位置及姿勢、外力所作用的作用點的位置、機器人的構成構件的負載的容許值，來算出在外力所作用的作用方向上之外力的容許值。
2. 如請求項1之計算裝置，其具備顯示機器人的圖像的顯示部， 前述顯示部將藉由前述處理部所算出的外力的容許值，重疊於機器人的圖像而顯示。
3. 如請求項1之計算裝置，其具備顯示機器人的圖像的顯示部， 預先決定了在作用點上往預先決定的前述作用方向作用的外力的目標值， 前述處理部算出在機器人的位置及姿勢變化時，現在的目標值會成為外力的容許值以下之作用點的位置的區域， 前述顯示部將現在的目標值會成為外力的容許值以下之作用點的位置的區域，重疊於機器人的圖像而顯示。
4. 如請求項2或3之計算裝置，其中前述顯示部配置於：平板終端、個人電腦、以手動操作機器人的動作的教示操作盤、或生成擴增實境的圖像的電腦之任一者。
5. 一種機器人的控制裝置，其具備： 如請求項1之計算裝置；及 動作控制部，其控制機器人的動作。
6. 如請求項5之機器人的控制裝置，其具備檢測作用在作用點之外力的力檢測器， 前述動作控制部控制機器人的動作，以使作用在作用點之外力成為容許值以下。
7. 如請求項5之機器人的控制裝置，其具備檢測作用在作用點之外力的力檢測器， 前述動作控制部控制機器人的動作，以使在作用點上往預先決定之作用方向作用的外力，成為預先決定之目標值， 前述處理部算出在前述作用方向上之外力的容許值。
8. 如請求項7之機器人的控制裝置，其中在作業者設定外力的目標值時，當外力的目標值超過外力的容許值時，發生用以通知作業者的警告。
9. 如請求項5至8中任一項之機器人的控制裝置，其中前述動作控制部是在驅動機器人的期間中，當外力的目標值超過外力的容許值時，使機器人停止。

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