CN103118842A - 机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序 - Google Patents

Abstract

一种机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序，该机器人具有多关节机器人手臂(5)、配设于多关节机器人手臂(5)且获得外力的外力获得部(3)、根据外力获得部(3)获得的外力使多关节机器人手臂(5)作为假想的弹簧质量阻尼系统进行动作的阻抗控制部(49)，阻抗控制部(49)具有：对作业区域的各地点的阻抗参数进行定义的阻抗地图存储部(48)、和对应于多关节机器人手臂(5)的当前手尖位置或者当前手尖速度使阻抗地图存储部(48)的阻抗参数的分布发生变化的阻抗地图可变部(50)。

Description

机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序

技术领域

本发明涉及在工场内、或家庭内、或护理现场等进行能力辅助等的作业支援的机器人手臂的机器人等的与人协作的机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序。

背景技术

近年来，在工场等与人协调动作进行能力辅助等的作业支援的人协调型的机器人受到关注。这样的人协调型的机器人通过人的操作进行动作，所以即便没有高度的自律功能，也可以进行实用性的作业。另外，由于是在人的控制下进行动作，所以安全性高，将来不仅限于工场内，期待在家庭内的生活支援或护理方面也能应用。

人协调型的机器人，主要通过使用阻抗控制而可以对应于人施加给机器人的力进行动作，其操作性由惯性、粘性和刚性的阻抗参数来决定。例如，在将粘性较低设定的情况下，机器人以较轻的力进行动作，所以容易移动，相反稳定性低，对于定位等精密的动作成为不适合的特性。另一方面，在将粘性较高设定的情况下，阻力增大而难以移动，相反，稳定性增高，对于定位等精密的动作成为合适特性。如此，在某一个固定的阻抗参数中，例如无法兼顾移动的容易性和定位的容易性。

对于这样的课题，以往技术公开了通过对应于作业阶段使阻抗参数发生变化来获得合适的操作性的作业辅助装置(专利文献1)。

另外，作为其他的以往技术，公开有如下的能力辅助装置：根据物体所在的区域划分、物体的位置、规定的标量场、或规定的矢量场来决定辅助力，对规定的矢量场进行动态变更(专利文献2)。

【以往技术文献】

【专利文献1】日本专利第3504507号公報

【专利文献2】日本特开2003-081599号公報

发明内容

【发明所要解决的技术问题】

但是，在上述专利文献1的以往技术中，需要对作业阶段进行判断，在无法准确判断时，有可能不能设成合适的阻抗参数。另外，在作业内容改变时，需要重新找到判断规则，在各种作业中应用是不容易的。

另外，在上述专利文献2的以往技术中，公开有对矢量场进行动态变更，但具体而言，仅公开了判定是否通过收敛状态判定单元进行定位，在位势方面设定极小点，仅能在定位动作的操作性提高方面发挥效果。另外，仅仅是设定了极小点，难以实现进一步的操作性的提高。

本发明的目的在于，解决上述以往的控制装置的课题，提供一种通过简洁的算法稳定地设定成最佳的阻抗参数并可以使作业的操作性提高的机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序。

【用于解决技术问题的技术手段】

为了实现上述目的，本发明如下构成。

根据本发明的第一方式，提供一种机器人，其特征在于，具有：

多关节机器人手臂；

配设于上述多关节机器人手臂且获得外力的外力获得部；

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布是将伴随上述多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，其根据由上述外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

根据本发明的第九方式，提供一种机器人的控制装置，其特征在于，具有：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于上述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

根据本发明的第十方式，提供一种机器人的控制方法，其特征在于，

由在多关节机器人手臂配设的外力获得部获得外力，

将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图存储于阻抗地图存储部，所述阻抗参数的基准分布将伴随上述多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性在内的阻抗参数建立对应，

通过阻抗地图可变部，对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图的上述阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的位置之前或之后的位置的阻抗参数的分布发生变化，

根据由上述外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，利用阻抗控制部对上述多关节机器人手臂进行阻抗控制。

根据本发明的第十一方式，提供一种机器人的控制程序，其用于使计算机作为下述部分发挥功能：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于上述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

【发明效果】

根据本发明的机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序，通过具有阻抗地图可变部，根据机器人手臂的手尖的当前的位置对阻抗地图进行更新，因此可以通过简洁的算法，稳定地设定成最佳的阻抗参数。

附图说明

本发明的这些和其他的目的和特征，由有关附图的实施方式所相关的下面的记载加以明确。在该附图中，

图1是表示本发明的第一实施方式的机器人的全体构成的图，

图2是表示本发明的第一实施方式中机器人的阻抗控制单元的构成的框图，

图3是对本发明的第一实施方式中利用机器人的与人的协调传送作业进行说明的图，

图4是对本发明的第一实施方式中协调传送作业的详细过程进行说明的图，

图5是对本发明的第一实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图6A是对本发明的第一实施方式中利用阻抗可变单元的粘性D的分布的更新方法进行说明的图，

图6B是对本发明的第一实施方式中利用阻抗可变单元的粘性D的分布的更新方法进行说明的图，

图7是表示本发明的第一实施方式中上述机器人的阻抗控制单元的全体动作步骤的流程图，

图8是对本发明的第一实施方式中利用阻抗可变单元的粘性D的分布的其他更新方法进行说明的图，

图9A是对本发明的第二实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图9B是对本发明的第二实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图9C是对本发明的第二实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图9D是对本发明的第二实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图10A是对本发明的第三实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图10B是对本发明的第三实施方式的阻抗地图进行说明的图，

图11是对本发明的第一实施方式的阻抗参数的具体数值进行说明的图，

图12A是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₁的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12B是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₂的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12C是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₃的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12D是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₄的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12E是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₅的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12F是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₆的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图12G是对本发明的第一实施方式中机器人的手部的作业区域的y＝y₇的x方向的粘性D的分布进行说明的图，

图13是对本发明的第一实施方式和第二实施方式的组合中利用阻抗可变单元的粘性D的分布的更新方法进行说明的图，

图14A是对本发明的第四实施方式中利用阻抗可变单元的惯性M的分布的更新方法进行说明的图，

图14B是对本发明的第四实施方式中利用阻抗可变单元的惯性M的分布的更新方法进行说明的图。

具体实施方式

以下根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种实施方式进行说明。

根据本发明的第一方式，提供一种机器人，其特征在于，具有：

多关节机器人手臂；

配设于上述多关节机器人手臂且获得外力的外力获得部；

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随上述多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，其根据由上述外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

根据本发明的第二方式，在第一方式中记载的机器人的基础上，其还具有：对上述多关节机器人手臂的上述手尖的位置的信息进行微分而求出速度的速度获得部，

上述阻抗地图可变部，对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息和由上述速度获得部获得的速度，相对于上述阻抗地图的阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置的阻抗参数的分布发生变化。

根据本发明的第三方式，在第一方式中记载的机器人的基础上，上述阻抗地图可变部，使上述多关节机器人手臂的上述手尖通过的位置的上述阻抗参数的粘性，按照与上述多关节机器人手臂的上述手尖通过之前相比在上述手尖通过之后升高的方式使其发生变化。

根据本发明的第四方式，在第三方式中记载的机器人的基础上，上述阻抗地图可变部，使上述多关节机器人手臂的上述手尖通过的位置的粘性在上述多关节机器人手臂的上述手尖通过上述位置之后升高之后，在上述多关节机器人手臂的上述手尖离开上述位置一定距离时，使上述位置的粘性低于上述升高的粘性的值。

根据本发明的第五方式，在第一方式中记载的机器人的基础上，在上述阻抗地图存储部中存储的上述阻抗地图，具有：用于移动上述多关节机器人手臂的上述手尖的低粘性的第一区域、用于对上述多关节机器人手臂的上述手尖进行定位的、粘性比上述第一区域高的第二区域、和进而配置成包围上述第二区域的周边且粘性比上述第二区域高的第三区域，

上述阻抗地图可变部，在上述多关节机器人手臂的上述手尖进入上述第二区域之后，按照上述第三区域所包围的上述第二区域的面积小于上述手尖进入上述第二区域之前的面积的方式发生变化。

根据本发明的第六方式，在第五方式中记载的机器人的基础上，上述阻抗地图可变部，在上述多关节机器人手臂的上述手尖进入上述第二区域之后，使上述第二区域的粘性的值向低于上述手尖进入上述第二区域之前的粘性的值的方向变化。

根据本发明的第七方式，在第一方式中记载的机器人的基础上，在上述阻抗地图存储部中存储的上述阻抗地图，具有：用于移动上述多关节机器人手臂的上述手尖的低粘性的第一区域、和用于对上述手尖进行定位的、粘性高于上述第一区域的粘性的第二区域，并且，在上述第二区域和上述第一区域之间设定用于对上述手尖进行定位的、粘性高于第一区域的粘性且为第二区域的粘性以下的第四区域，

上述阻抗地图可变部，在上述手尖进入上述第四区域之后，按照使上述第四区域的粘性高于上述第二区域的粘性的方式变化。

根据本发明的第八方式，在第七方式中记载的机器人的基础上，还具有：对上述多关节机器人手臂的上述手尖的位置的信息进行微分而求出速度的速度获得部，

上述阻抗地图可变部，对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息、和上述多关节机器人手臂的上述手尖进入上述第四区域的速度且由上述速度获得部获得的速度，来设定上述第四区域的粘性的高度。

根据本发明的第九方式，提供一种机器人的控制装置，其中，具有：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于上述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

根据本发明的第十方式，提供一种机器人的控制方法，其中，

由在多关节机器人手臂配设的外力获得部获得外力，

将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图存储于阻抗地图存储部，所述阻抗参数的基准分布是将伴随上述多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性的阻抗参数建立对应，

通过阻抗地图可变部，对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图的上述阻抗参数的基准分布使在进行上述多关节机器人手臂的动作的位置之前或之后的位置的阻抗参数的分布发生变化，

根据由上述外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，利用阻抗控制部对上述多关节机器人手臂进行阻抗控制。

根据本发明的第十一方式，提供一种机器人的控制程序，其用于使计算机作为下述部分发挥功能：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性、以及刚性的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于上述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

以下根据附图对本发明涉及的实施方式附图进行详细说明。

(第一实施方式)

图1示出本发明的第一实施方式的机器人1的构成。机器人1具有：多关节机器人手臂5、和对多关节机器人手臂5的动作进行控制的控制装置2。

控制装置2在硬件上由通常的个人电脑构成。此外，控制装置2中除了阻抗控制单元(阻抗控制部)4的输入输出IF19以外的部分，由软件以由个人电脑执行的控制程序17的形式来实现。

输入输出IF19，由与个人电脑的PCI总线等的扩展槽连接的、D/A板20、A/D板21、计数板22构成。

通过执行用于对机器人1的多关节机器人手臂5的动作进行控制的控制程序17，控制装置2发挥功能。

由作为机器人手臂5的各关节11、12(12a、12b)、13、14、15的关节角度传感器的一例的各编码器42输出的关节角度信息，通过计数板22分别取入到控制装置2。控制装置2根据取入的关节角度信息，分别算出各关节11、12、13、14、15的旋转动作的控制指令值。算出的各控制指令值，通过D/A板20被提供给马达驱动器18，按照从马达驱动器18发送的各控制指令值，对机器人手臂5的各关节11、12、13、14、15各自的马达41进行驱动。

机器人手臂5是5自由度的多联杆操作器，具有用于握持物体的手部(多关节机器人手臂5的手尖的一例)6、前臂联杆8、肘块16、一对上臂联杆9a、9b、第一关节支柱24、和基台部10。

前臂联杆8在顶端连接安装有手部6的手腕部7，并连接成手腕部7可绕第四关节14的关节轴旋转。

在肘块16的一端连接有前臂联杆8的基端，并连接成所述基端可绕第三关节13的关节轴旋转。

一对上臂联杆9a、9b，由它们的各一端分别与肘块16的另一端连接且可以绕第二关节中的2个关节12c、12d的关节轴旋转的平行联杆构造构成。

关于第一关节支柱24，通过基台部10和支承构件124位于上下方向，且支承成可绕第一关节11的关节轴旋转。在第一关节支柱24的上端邻近部分别连接有上臂联杆9a、9b的各另一端，且连接成所述上臂联杆9a、9b的各另一端可绕第二关节中2个关节12a、12b的关节轴旋转。详细而言，第一关节支柱24的下端在基台部10被支承成可绕第一关节11的关节轴旋转，第一关节支柱24的上端，在从竖立设置于基台部10的支承构件124的支承部124b的上端伸出的支承构件124的上端支承部124c，被支承成可绕第一关节11的关节轴旋转。

通过绕第二关节12a、12b、12c、12d的关节轴的旋转，第三关节13的关节轴相对于第一关节11的关节轴始终保持平行，肘块16进行绕第二关节12a以及第二关节12b的旋转运动。

通过如此构成，机器人手臂5可绕共计5个轴旋转，构成上述5自由度的多联杆操作器。

关于手腕部7，大括弧(])形状的第一托架部7a和由倒T字形的上部与一对L字形的下部构成的第二托架部7b相互组合而构成手部6。即，第一托架部7a的上端中央部与前臂联杆8的顶端连结并连结成可绕第四关节14的关节轴旋转。在第一托架部7a的两端部的内侧连结有第二托架部7b的倒T字形的上部的两端部，且连结成所述两端部可绕第五关节15的关节轴旋转。第二托架部7b的倒T字形的上部的中央部，如后所述安装有操作把手40。在第一托架部7a和第二托架部7b，在倒T字形的上部的上端和两端部邻近部和一对L字形的下部的下端的合计5处分别具有可与薄型电视等的面板等的物体卡合的卡合部7c。该结果，例如，可以由第一托架部7a、倒T字形的上部的上端的卡合部7c和两端部邻近部的卡合部7c，对薄型电视等的面板等的矩形板状的物体的上端缘和两侧缘进行支承，由第二托架部7b、一对L字形的下部的下端的卡合部7c对薄型电视等的面板等的矩形板状的物体的下端缘进行支承，能够由手部6稳定地握持薄型电视等的面板等的矩形板状的物体。由此，手部6相互正交，且具有沿着上下方向配置的第四关节14和沿着与上下方向正交的横方向配置的第五关节15的2个旋转轴，相对于基台部10，使手部6的相对的姿势(朝向)发生变化，可以使用手部6握持的物体的相对姿势(朝向)发生变化。

在构成各轴的旋转部分的各关节11、12a、13、14、15，具有：在各关节11、12a、13、14、15的一个构件设置的旋转驱动装置(在本第一实施方式为马达41)、和对马达41的旋转轴的旋转相位角(即关节角)进行检测的编码器42。此外，马达41的旋转轴与关节的另一个构件连结，而使上述旋转轴正反旋转，由此可以使另一个构件相对于一个构件绕各关节轴旋转。旋转驱动装置被后述的马达驱动器18驱动控制。在本第一实施方式中，作为旋转驱动装置的一例的马达41和编码器42，配设于机器人手臂5的各关节11、12a、13、14、15的内部。

图1的参照符号35是相对于基台部10相对位置关系被固定的绝对坐标系，参照符号36是相对于手部6相对位置关系被固定的手尖坐标系。把从绝对坐标系35看到的手尖坐标系36的原点位置O_e(x、y、z)定义为机器人手臂5的手尖位置，在将从绝对坐标系35看到的手尖坐标系36的姿势用侧摆角和俯仰角表现出来的定义为机器人手臂5的手部6的手尖姿势，把手部6的手尖位置以及姿势矢量定义为

在对机器人手臂5的手部6的手尖位置以及姿势进行控制的情况下，使手尖位置以及姿势矢量r与目标手尖位置以及姿势矢量r_d随动。

操作把手40和手部6借助作为外力获得单元(外力获得部或外力获得装置)的一例发挥功能的力传感器3被连接并由中央部被力传感器3固定的H型支承体40b加以固定的一对沿着上下方向的棒状抓握部40a构成，人39直接抓握操作把手40的一对抓握部40a施加力，由此可以对机器人5进行操作。在操作把手40和机器人手臂5之间配设有力传感器3，人39操作时的力可以由力传感器3加以检测。接着，使用图2，对阻抗控制单元4进行详细说明。在图2中，参照符号5是图1所示的机器人手臂。从机器人手臂5输出由各关节的关节轴的编码器42测量的关节角的当前值(关节角度矢量)q＝[q₁，q₂，q₃，q₄，q₅]^T，通过计数板22取入到阻抗控制单元4。其中，q₁、q₂、q₃、q₄、q₅分别是第一关节11、第二关节12a、第三关节13、第四关节14、第五关节15的关节角度。

另外，从机器人手臂5的力传感器3输出由力传感器3测量得到的外力(测量值)F_S＝[f_x，f_y，f_z，n_x，n_y，n_z]^T，通过A/D板21取入到阻抗控制单元4。在这里，f_x、f_y、f_z是手尖坐标系36的相互正交的3个方向(x轴、y轴、z轴方向)的不同方向的力的成分。

另外，n_x、n_y、n_z是绕手尖坐标系36的相互正交的3个方向的旋转力矩。

目标轨道生成单元(目标轨道生成部)23，输出用于实现成为目标的机器人手臂5的动作的手尖位置以及姿势目标矢量r_d。成为目标的机器人手臂5的动作，根据目的作业事先提供以各自的时间(t＝0、t＝t₁、t＝t₂、…)计的每个点的位置(r_d0、r_d1、r_d2、…)作为时间序列数据。目标轨道生成单元23使用多项式插值，对各点间的轨道进行插值，生成手尖位置以及姿势目标矢量r_d。

阻抗地图存储部48，将机器人手臂5的作业区域内的三维位置中的阻抗参数M、D以及K(惯性M、粘性D以及刚性K)的基准分布(变更或更新前的成为基准的分布或初期状态的分布)作为阻抗地图的数据库，加以存储、保存。

阻抗地图可变单元(阻抗地图可变部)50，根据来自正运动学计算单元26的机器人手臂5的手尖(手部)6的当前位置，对阻抗地图存储部48的阻抗参数的基准分布进行变更。

阻抗计算单元(阻抗计算部)25，是发挥使机器人手臂5实现机器人手臂5的机械阻抗的值向机械阻抗设定值的控制的功能的部分。阻抗计算单元25，在机器人手臂5以沿着目标轨道生成单元23生成的目标轨道的方式通过位置控制来单独进行动作的情况下，输出0。另一方面，在机器人手臂5和人协同作业的情况下，阻抗计算单元25，从在阻抗地图存储部48中设定的阻抗参数M、D以及K(惯性M、粘性D、以及刚性K)、和向后述的力变换单元(力变换部)30输入的外力

利用以下的式(1)计算出用于使机器人手臂5实现机械阻抗的手尖位置以及姿势目标矫正输出Δr_d，并输出。手尖位置以及姿势目标矫正输出Δr_d，通过第一运算部51与由目标轨道生成单元23输出的手尖位置以及姿势目标r_d加和，生成手尖位置以及姿势矫正目标矢量r_dm。其中，

n_θ是绕侧滚轴(roll轴)、偏转轴(yaw轴)的旋转力矩。

Δr_d＝(s²M+sD+K)^-1F

.....(1)

其中，分别是下述式(2)、(3)、(4)。

$M=\left[\begin{array}{ccccc}M& 0& 0& 0& 0\\ 0& M& 0& 0& 0\\ 0& 0& M& 0& 0\\ 0& 0& 0& M& 0\\ 0& 0& 0& 0& M\end{array}\right]......\left(2\right)$

$D=\left[\begin{array}{ccccc}D& 0& 0& 0& 0\\ 0& D& 0& 0& 0\\ 0& 0& D& 0& 0\\ 0& 0& 0& D& 0\\ 0& 0& 0& 0& D\end{array}\right]......\left(3\right)$

$K=\left[\begin{array}{ccccc}K& 0& 0& 0& 0\\ 0& K& 0& 0& 0\\ 0& 0& K& 0& 0\\ 0& 0& 0& K& 0\\ 0& 0& 0& 0& K\end{array}\right]......\left(4\right)$

s是拉普拉斯算符。

从机器人手臂5的各关节轴的编码器42输出的作为各关节角的当前值q的关节角度矢量q，借助计数板22向正运动学计算单元(正运动学计算部)26输入。在正运动学计算单元26，进行从机器人手臂5的关节角度矢量q向手尖位置以及姿势矢量r变换的几何学计算。

第二运算部52，求出由正运动学计算单元26计算的手尖位置以及姿势矢量r、和由第一运算部51生成的手尖位置以及姿势矫正目标矢量r_dm的误差r_e，将求出的误差r_e向位置误差补偿单元(位置误差补偿部)27输出。

位置误差补偿单元27，根据由第二运算部52求出的误差r_e，求出位置误差补偿输出u_rp，将求出的位置误差补偿输出u_rp向近似逆运动学计算单元(近似逆运动学计算部)28输出。

近似逆运动学计算单元28，使用下述近似式进行逆运动学的近似计算。

u_out＝J_r(q)^-1u_in

其中，J_r(q)是满足下述式的关系的雅可比矩阵，

$\stackrel{\·}{r}=J_r\left(q\right)\stackrel{\·}{q}$

u_in是向近似逆运动学计算单元28的输入，u_out是来自近似逆运动学计算单元28输入。在这里，可以认为近似为下述式，

$q_e\≅\stackrel{\·}{q},$ $r_e\≅\stackrel{\·}{r}$

代入到雅可比矩阵的下述定义式时，

$\stackrel{\·}{r}=J_r\left(q\right)\stackrel{\·}{q}$

可知下述式成立。

$q_e\≅J_r{\left(q\right)}^{-1}{r}_e$

即，用近似逆运动学计算单元28对J_r(q)^-1进行乘法运算，由此成为有关手尖位置以及姿势的误差值向有关关节角度的误差值的变换。因此，对手尖位置以及姿势误差r_e施加了增益等得到的数值即位置误差补偿输出u_re向近似逆运动学计算单元28输入时，作为近似逆运动学计算单元28的输出，用于对关节角度误差q_e进行补偿的关节角度误差补偿输出u_qe被从近似逆运动学计算单元28输出。

关节角度误差补偿输出u_qe，作为电压指令值从近似逆运动学计算单元28借助D/A板20被提供给马达驱动器18，由马达驱动器18对各马达41进行驱动，各关节轴被正反旋转驱动，机器人手臂5进行动作。

关于如上所述构成的阻抗控制单元4的基本构成，对动作的基本原理进行说明。

动作的基本是基于位置误差补偿单元27的手尖位置以及姿势误差r_e的反馈控制(位置控制)，由图2的虚线包围的部分成为控制系统29。作为位置误差补偿单元27，例如，如果使用PID补偿器，控制发挥作用以使手尖位置以及姿势误差r_e收敛为0，可以实现成为目标的机器人手臂5的阻抗控制动作。

在进行阻抗控制的情况下，对于上述说明的位置控制系统29，通过阻抗计算单元25，用第一运算部51使手尖位置以及姿势目标矫正输出Δr_d与目标轨道生成单元23输出的手尖位置以及姿势目标r_d加和，进行手尖位置以及姿势的目标值的矫正。为此，在上述的位置控制系统29中，手尖位置以及姿势的目标值从原本的数值稍微错开，结果实现了机械阻抗。以上的图2的用点划线包围的部分，是被称为位置控制基础的阻抗控制系统49的构成，通过该阻抗控制系49，实现惯性M、粘性D以及刚性K的机械阻抗。阻抗控制单元4，作为控制单元(控制部)(或动作控制单元、或动作控制部)的一例发挥功能。

如果利用以上的阻抗控制，图3所示的人39和机器人1对物体38的协调传送之类的协同作业成为可能。人39移动物体38，用两手对一对操作把手40的棒状抓握部40a施加力时，力通过操作把手40向机器人1的机器人手臂5传递。传递到上述机器人手臂5的力，通过机器人手臂5的力传感器3，作为外力F_s被检测出。向阻抗控制单元4的成为输入的外力F_s，由于要考虑操作把手40的重力且要考虑手尖坐标系36的原点O_e和力传感器3的测定面53的位置不同，所以在力变换单元30中，基于由力传感器3检测出的外力F_s，利用式(5)进行计算，使用通过该计算算出的外力F。

$F=\left(\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0\end{array}\right)(\left(\begin{array}{cc}R_e^0& 0\\ 0& R_e^0\end{array}\right)\left(\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& l_{\mathrm{se}}& 0& 1& 0\\ 0& l_{\mathrm{se}}& 0& 0& 0& 1\end{array}\right)F_s-\mathrm{mg}\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\\ 0\\ l_{\mathrm{sh}}\cos \mathrm{\θ}\\ 0\end{array}\right))\end{array}.....\left(5\right)$

其中，m是操作把手40的质量，g是重力加速度，⁰R_e是从手尖坐标系36向绝对坐标系35变换姿势的旋转矩阵，l_se是从手尖坐标系36的原点O_e到力传感器3的测定面53的距离，l_sh是从操作把手40的重心到力传感器3的测定面53的距离。只要将由式(5)计算出的外力F作为输入而进行阻抗控制，则机器人手臂5沿着人39施加的力的方向进行动作，所以协调传送得到实现。需要说明的是，操作把手40的质量m、以及重力加速度g，预先存储在力变换单元30中。

本发明的第一实施方式的机器人1的控制装置2的特征在于，除了以上的基本的阻抗控制单元4的构成之外，还在于具有阻抗地图存储部48以及阻抗地图可变单元50，以下，关于其详细内容，以进行图4所示的作业的情况为例进行说明。在这里，作为物体38的一例，使用薄型电视46。

图4中的作业内容，如下所示。

首先，用手部6握持图4右侧的第一作业基台31上卧倒放置的薄型电视46上提，绕y轴在θ方向旋转90°(参照箭头A)，成为在上下方向竖立的状态。

随后，用手部6从第一作业基台31的上方位置向第二作业基台32的上方水平移动薄型电视46(参照箭头B)，将用手部6握持的薄型电视46与在第二作业基台32配设的支架33对位。

随后，使利用手部6握持的薄型电视46下降，向在薄型电视46的底面配设的一对插入口47，插入第二作业基台32的支架33的一对突起33a(参照箭头C)。以上是前面提到的作业。

为了使图4的作业时的操作性良好，在作业开始前的初期状态，阻抗地图存储部48，例如将图5以及图12A～图12G所示的粘性D的分布作为基准分布加以设定。关于粘性D以外的参数，例如，惯性M为5kg，刚性k为0N/m的恒定值，在阻抗地图存储部48中作为基准分布加以设定。图5表示手部6的作业区域的x＝x₁的y方向的粘性D的分布表，图12A～图12G表示y＝y₁～y₇的各自的x方向的粘性D的分布表。如图5以及图12A～图12G所示，粘性D的分布成为关于x方向以及y方向的二维分布。需要说明的是，在x方向以及y方向决定的粘性D在z方向上维持原状地持续恒定。机器人手臂5的手尖位置O_e(手尖坐标系36的原点)位于图示的位置y_e(参照图5)时，粘性D的值成为箭头D所示的值。作为一例，将图5所示的位置(x₁，y₁)～(x₁，y₇)、以及图12C所示的位置(x₁，y₃)～(x₄，y₃)中的阻抗参数的值示于图11。

在第一作业基台31的作业区域34设成粘性D低的值(例如，10Ns/m)，在手部6的移动区域43的第二作业基台32的跟前，粘性D上升，在第二作业基台32的作业区域37设成粘性D高的值(例如，60Ns/m)。另外，作为作业区域34、37的外侧的区域的外侧区域44、45的粘性D，被设定更高的值(例如，最大100Ns/m)。在这里，作为外侧区域44、45的粘性D、与作业区域37等的粘性D之差，列举了(100Ns/m)/(60Ns/m)＝约1.7倍的例子，这仅仅是一个例子，可以通过机器人手臂的性能、控制系统的性能来改变。需要说明的是，如果以所谓人作为操作感而感到舒适的范围的观点加以考虑，可以采用上述1.7倍。

在粘性D低的区域，人39可以以较轻的力容易地移动机器人手臂5。另一方面，在粘性D高的区域，就人39而言，阻力增加而机器人手臂5的移动变难，但取而代之的是机器人手臂5的动作的稳定性提高，可以赋予所谓可以高精度地进行定位作业的操作性。

因此，根据图5所示的粘性D的初期分布(基准分布)，以较轻的力从第一作业基台31朝向第二作业基台32的移动成为可能，粘性D随着接近第二作业基台32而上升，由此阻力增加，辅助机器人手臂5减速。另外，到达第二作业基台32的上方时，是粘性D高的状态，定位操作变得容易，能够容易地进行向支架33的插入作业。进而，在外侧区域44、45，粘性D更高，因此相对于移动的阻力更大，在外侧区域44，可防止人39错误地向与从第一作业基台31到第二作业基台32的方向相反的方向反向行走，或者，在外侧区域45，可以防止越过支架33的位置过度行走。

即，在想以较轻的力移动的区域，降低粘性D。在机器人手臂5的动作的稳定性提高、想以高精度进行定位作业的区域，与上述想以较轻的力移动的区域相比，升高粘性D即可。另外，在想要避开机器人手臂5的手部6的移动的区域，与上述高粘性D的值相比，进而数倍升高粘性D即可。

除了以上的基本的操作性之外，阻抗地图可变单元50使阻抗地图存储部48的粘性D的分布发生变化，由此可以实现进一步的操作性提高。

从正运动学计算单元26向阻抗地图可变单元50输入机器人手臂5的当前的手尖位置以及姿势矢量r。如图6A所示，阻抗地图可变单元50，根据被输入的当前的手尖位置以及姿势矢量r，随着O_e(手尖坐标系36的原点)所示的机器人手臂5的手尖位置如箭头V进行移动，使向着粘性D高的区域相连的粘性的壁54，如箭头W所示以与机器人手臂5的手尖位置随动的方式发生变化(自虚线的位置等如箭头W所示向左方移动)。由此，机器人手臂5的手尖借助移动而通过的位置，随着粘性的壁54的通过而粘性D升高，因此机器人手臂5的手尖难以在与箭头V相反的方向上活动，可以防止人39的误操作。在这里，作为粘性D高的区域、例如用于带来作为壁54的相反方向的移动困难的效果的粘性的例子，可以举出100Ns/m。在该数值的粘性的情况下，实际上人在使机器人手臂5活动时会感到很重，人39会有不容易使其活动的操作感。与此相对，在粘性D低的区域的粘性为10Ns/m的情况下，人就可以仅用轻轻地活动机器人手臂5，人39会有容易使其活动的操作感。

另外，阻抗地图可变单元50，根据被输入的当前的手尖位置以及姿势矢量r，在机器人手臂5的手部6到达第二作业基台32的上方，将用机器人手臂5的手部6握持的薄型电视46相对于支架33进行定位时，如图6B所示，按照形成以支架33的中心为中心的粘性D的低谷55的方式使粘性D发生变化。如此，通过粘性D的低谷55，机器人手臂5的手尖位置相对于支架33的中心难以在进退方向大幅度移动，在支架33邻近区域受到约束，作为手尖的手部6的定位动作变得容易。在这里，作为低谷55、即用于带来对手尖位置进行约束的效果的粘性的例子，可以举出60Ns/m左右。在该数值的粘性的情况下，仅用指尖进行机器人手臂5的移动操作时，阻力大而难以进行，不过是如果人牢固地把持机器人的臂进行操作则能够使机器人手臂5移动的水平。

图7是对利用以上述的原理为基础的控制程序进行阻抗控制时的动作步骤进行说明的流程图。

步骤S1中，由各编码器42测量的关节角度数据(关节角度矢量q)被取入到控制装置2。

步骤S2中，机器人手臂5的运动学计算所需的雅可比矩阵J_r等的计算，通过近似逆运动学计算单元28来进行。

步骤S3中，通过正运动学计算单元26从机器人手臂5的关节角度数据(关节角度矢量q)来计算机器人手臂5的当前的手尖位置以及姿势矢量r(正运动学计算单元26中的处理)。

步骤S4中，当前的手尖位置以及姿势矢量r，从正运动学计算单元26被取入到阻抗地图可变单元50，阻抗地图存储部48的粘性D的分布被更新。

步骤S5中，作为力传感器3的测量值的外力F_s被取入到力变换单元30，根据外力F_s和式(5)，由力变换单元30对外力F进行计算。其结果，作为力传感器3的测量值的外力F_s被力变换单元30变换成外力F。

步骤S6中，通过阻抗计算单元25，从来自阻抗地图存储部48的阻抗参数M、D、以及K、来自各编码器42的关节角度数据(关节角度矢量q)、和在力变换单元30中被变换的外力F，计算出手尖位置以及姿势目标矫正输出Δr_d(阻抗计算单元25中的处理)。

步骤S7中，通过第一运算部51对来自目标轨道生成单元23的手尖位置以及姿势目标矢量r_d和来自阻抗计算单元25的手尖位置以及姿势目标矫正输出Δr_d之和进行计算。通过第二运算部52对作为由第一运算部51进行计算而求出的手尖位置以及姿势矫正目标矢量r_dm、和来自正运动学计算单元26的当前的手尖位置以及姿势矢量r之差的手尖位置以及姿势的误差r_e进行计算。向误差补偿单元27输入由第二运算部52加以计算而求出的手尖位置以及姿势的误差r_e，在位置误差补偿单元27中求出位置误差补偿输出u_re(位置误差补偿单元27中的处理)。作为位置误差补偿单元27的具体例，考虑PID补偿器。通过适当调节作为常数的对角矩阵的比例、微分、积分的3个增益，控制发挥作用以使位置误差收敛为0。

步骤S8中，利用近似逆运动学计算单元28对步骤S2中计算出的雅可比矩阵J_r的逆矩阵进行乘法运算，利用近似逆运动学计算单元28，将来自位置误差补偿单元27的位置误差补偿输出u_re，从与手尖位置以及姿势的误差有关的值变换成作为与关节角度的误差有关的值的关节角度误差补偿输出u_qe(近似逆运动学计算单元28中的处理)。

步骤S9中，关节角度误差补偿输出u_qe，从近似逆运动学计算单元28通过D/A板20被提供给马达驱动器18，利用马达驱动器18，使流过各马达41的电流量发生变化，由此发生机器人手臂5的各关节的关节轴的旋转运动。

以上的步骤S1～步骤S9，作为控制的计算环路被反复执行，由此实现机器人手臂5的动作的控制。需要说明的是，步骤S2～步骤S5的动作的顺序可以是平行处理，也可以不按该顺序进行。

综上，根据本第一实施方式，具有如下所示的阻抗地图可变单元50，该阻抗地图可变单元50根据机器人手臂5的手尖(手部)6的当前的位置的信息，相对于阻抗地图的阻抗参数的基准分布，使进行机器人手臂5的动作的手尖的位置之前或之后的位置的阻抗参数的分布发生变化。由此，根据机器人手臂5的手部6的位置、即当前的手尖位置，利用阻抗地图可变单元50使阻抗地图存储部48的阻抗参数M、D以及K的分布发生变化，由此可以使向着粘性D高的区域相连的粘性的壁54，按照与机器人手臂5的手尖位置随动的方式发生变化。由此，利用机器人手臂5的手尖的移动而通过的位置，其粘性D升高，所以难以返回，发挥防止人39的误操作的效果，可以成为不会弄错作业过程的安全的机器人。

另外，相对于支架33进行用手部6握持的薄型电视46的定位时，利用阻抗地图可变单元50，根据当前的手尖位置，在支架33的附近形成粘性的低谷，由此机器人手臂5的手尖位置被约束在支架33的邻近区域，与单纯粘性D较高的情况相比，进一步发挥所谓定位动作变容易的效果。

综上，不仅发挥针对定位动作的效果，而且也发挥防止返回的效果，也有所谓可以同时实现有关操作性的多个效果的优点。

需要说明的是，在本第一实施方式中，如图6A所示，利用阻抗地图可变单元50，可以升高机器人手臂5的手尖借助移动而通过的位置的粘性D。但是，作为第一实施方式的变形例，如图8中粘性D的高山56所示，在利用阻抗地图可变单元50升高了粘性D之后再次降低粘性D的更新方法也是可能的。在利用阻抗地图可变单元50再次降低粘性D的情况下，可以恢复到升高粘性D之前的粘性D，也可以与升高粘性D后的值相比有某种程度的降低。此时，通过粘性D的高山56，相对于箭头V所示的返回动作会有阻力感。为此，除了同样发挥防止误操作的效果之外，克服阻力进而有意继续返回动作时，越过粘性D的高山56到达箭头D2那样的粘性D低的区域，动作再次变轻快，返回动作也变得容易。如此，根据图8所示的方法，在有意进行返回动作的情况下，也可以返回，可以柔软地进行重新作业等动作次序，可以增加作业的柔软性。需要说明的是，粘性越低操作越轻快，过于轻快时，控制变得不稳定，会有振动。为此，作为一例，可以将10Ns/m作为可以实际使用的粘性的下限值。

(第二实施方式)

本发明的第二实施方式的机器人1的基本构成，与图1以及图2所示的第一实施方式的情况相同，所以省略对通用部分的说明，以下仅对相异的部分进行详细说明。

本第二实施方式中，阻抗地图存储部48的初期状态、即在阻抗地图存储部48中存储的阻抗参数M、D以及K(惯性M、粘性D、以及刚性K)的基准分布(变更或更新前的成为基准的分布或初期状态的分布)的阻抗地图，如图9A以及图9B所示，由用于移动机器人手臂5的手尖的粘性低的第一区域101、用于对机器人手臂5的手尖进行定位的且粘性比第一区域101的粘性高的第二区域102、进而用于按照包围用于定位的粘性高的第二区域102的周边的方式进行定位且粘性比第一区域101以及第二区域的粘性高的第三区域103构成，在第二作业基台32的支架33的邻近区域设定粘性D的低谷55。即，由于是作业的开始位置，所以设定第一区域101，在第二作业基台32的周围设定第三区域103，在第二区域102设定以第二作业基台32的支架33的中心为中心的粘性D的低谷55。由此，如果在y方向的位置进行观察，设定成第三区域103的高山的山顶位于移动区域43和第二作业基台区域37的边界附近，在第二作业基台区域37设有第二区域102。另外，外侧区域45也设有第三区域103。严格来说，在图9A中，在第一区域101和第三区域103之间有过渡区域，在第三区域103和第二区域102之间也有过渡区域。如此配置过渡区域的理由在于，如果阻抗参数分级变化，在越过各级的边界部时，控制急剧变化，人会有冲击感，当条件差时，控制系统变得不稳定，也会振动，配置过渡区域可以防止这些。另一方面，在不设置过渡区域而使第三区域103与第一区域101相邻，第二区域102与第三区域103相邻的情况下，为了防止上述不良情形，在各区域的周缘部，数值逐渐变化顺畅地相连也可。

开始与第一实施方式相同的薄型电视46的作业，机器人手臂5的手尖进行移动，握持有薄型电视46的手部6到达支架33的邻近区域、即第二区域102的粘性D的低谷55的位置时，如图9C以及图9D，阻抗地图可变单元50，朝向缩窄粘性D的低谷55的宽度的方向(换言之，俯视下为使作为粘性D的低谷55的第二区域102的面积减小的方向)(参照箭头W1)且朝向加深粘性D的低谷55的深度的方向(参照箭头W2)对阻抗地图存储部48的参数加以逐渐更新。关于朝向缩窄粘性D的低谷55的宽度的方向进行更新的比例、以及朝向加深粘性D的低谷55的深度的方向进行更新的比例，可以分别预先在阻抗地图可变单元50中设定。

根据基于以上的阻抗地图可变单元50的阻抗地图存储部48的更新方法，利用阻抗地图可变单元50缩窄粘性D的低谷55的宽度并加深深度，机器人手臂5的手尖位置被约束向粘性D的谷底，同时提高引导的效果，向支架33的定位可以更容易且精度良好地进行。

(第三实施方式)

本发明的第三实施方式的机器人1的基本构成，与图1以及图2所示的第一实施方式的情况相同，所以省略对通用部分的说明，以下仅对相异的部分进行详细说明。

在本第三实施方式中，阻抗地图存储部48的初期状态，如图10A所示，在第二作业基台32的支架33的邻近区域粘性D被较高设定的粘性的第二壁54A形成为第四区域104。更详细而言，阻抗地图存储部48的初期状态、即在阻抗地图存储部48中存储的阻抗参数M、D以及K(惯性M、粘性D、以及刚性K)的基准分布(变更或更新前的成为基准的分布或初期状态的分布)的阻抗地图，具有：用于移动机器人手臂5的手部6的粘性低的第一区域101、和用于对手部6进行定位且粘性比第一区域101的粘性高的第二区域102。此外，进而，在第二区域102和第一区域101之间，设有用于对手部6进行定位且粘性比第一区域101的粘性高并为第二区域102的粘性以下(作为一例，图10A中为与第二区域102的粘性相同的粘性)的第四区域104。该第四区域104，在手部6进入第四区域104时，利用阻抗地图可变部50，将第四区域104的粘性设定成可以变更为大于初期状态。严格来说，图10A中，在第一区域101和第四区域104之间有过渡区域。如此配置过渡区域的理由在于，如果阻抗参数分级变化，在越过边界部时，控制急剧变化，人会有冲击感，当条件差时，控制系统变得不稳定，也会振动，配置过渡区域可以防止这些。另一方面，在不设置过渡区域而使第四区域104与第一区域101相邻的情况下，为了防止上述不良情形，在各区域的周缘部，数值逐渐变化顺畅地相连即可。

阻抗地图可变部50，在手部6进入第四区域104之后，使第四区域104的粘性按照高于第二区域102的粘性的方式发生变化，容易对手部6进行定位。

即，开始与上述第一实施方式相同的作业，机器人手臂5的手尖进行移动，到达粘性D的第二壁54A时(进入第四区域104时)，如图10B所示，阻抗地图可变单元50根据下述数式(6)，使粘性D的第二壁54A的高度(即对应于第四区域104的粘性的大小)与机器人手臂5的手尖的移动速度成比例地升高，以便与到达前的粘性相比，升高第四区域104的粘性(参照箭头W)，从而对阻抗地图存储部48的参数进行更新。

$D=K_D\stackrel{\·}{y}....\left(6\right)$

其中，K_D是比例常数，下数是y方向的手尖的移动速度。

$\stackrel{\·}{y}$

该手尖的移动速度，可以利用速度获得部60对机器人手臂5的手尖的位置的信息进行微分而求出速度。速度获得部60配置于阻抗控制单元4内(参照图2)。从正运动学计算单元26向速度获得部60输入机器人手臂5的当前的手尖位置以及姿势矢量r，向阻抗地图可变单元50输入由速度获得部60求出的速度。

根据本第三实施方式的基于阻抗地图可变单元50的阻抗地图存储部48的更新方法，利用阻抗地图可变单元50，根据机器人手臂5的手尖的当前的位置的信息和由速度获得部60获得的速度，使粘性D的第二壁54A的高度(第四区域104的粘性)与机器人手臂5的手尖的移动速度成比例地升高，由此使机器人手臂5的手尖的速度适当减速，向支架33的定位变得更容易。

(第四实施方式)

本发明的第四实施方式的机器人1的基本构成，与图1以及图2所示的第一实施方式的情况相同，所以省略对通用部分的说明，以下仅对相异的部分进行详细说明。

第四实施方式的作业内容是如下的动作：进行第一实施方式的图4所示的作业，向手部6握持的薄型电视46的插入口47插入第二作业基台32的支架33插入之后，解放手部6，手部6再次回到第一作业基台31的上方的动作。

第四实施方式中，利用阻抗地图可变单元50，不仅使粘性D发生变化，也使惯性M发生变化。阻抗地图存储部48的初期状态，如图14A所示，在支架33的邻近区域(第二作业基台区域37以及第二作业基台区域37的外侧区域45)，惯性M被设定得较高，例如为20kg，在其他区域被设定得较低，例如为5kg。在这里，关于惯性M，依赖于人感受如何来设定其绝对值。惯性的值与质量相当。例如，在将惯性的值设为5kg的情况下，成为人活动5kg的重量的物的感觉，人39会有所谓容易该物活动的操作感。但是，在将惯性的值设为100kg的情况下，对于人来说难以活动100kg的重量的物，人39会有所谓难以操作的操作感。

根据图14A所示的惯性M的初期分布(基准分布)，从第一作业基台31向第二作业基台32移动时(参照图4的箭头A、B)，惯性M的值小，以较小的力使机器人手臂5进行动作。为此，操作感变得轻快，机器人手臂5的移动变得容易。另外，在向第二作业基台32的支架33进行定位时，由于惯性M增大，机器人手臂5的动作稳定，定位作业变得容易。

第四实施方式中，薄型电视46向支架33的插入作业结束时(该结束可以根据机器人手臂5的手尖位置信息来判断)，如图14B所示，利用阻抗地图可变单元50，使支架33的邻近区域的惯性M从例如20kg下降到例如5kg(参照向下的箭头)。由此，能够以较小的力进行从第二作业基台32向第一作业基台31返回的动作，操作性改善。

综上，从第一实施方式至第四实施方式对本发明进行了说明，但根据本发明，可以利用阻抗地图可变单元50，根据机器人手臂5的当前的手尖位置，对阻抗地图存储部48的阻抗地图进行更新，不需要作业阶段的判断算法之类的复杂处理，另外，由于较少有判断错误，所以可以利用简洁的算法稳定地设定成最佳的阻抗参数，可以使作业的操作性提高。

另外，在用于图4所示的物体的搬运或插入作业以外的其他作业的情况下，可以通过改变阻抗地图存储部48的参数的分布(基准分布)和阻抗地图可变单元50的阻抗地图存储部48的更新方法来应对，相对于以必须研究位置、速度以及加速度等大量参数的作业阶段为基础的方法，更容易应用于其他作业。

另外，根据本发明，不仅仅是简单地设置粘性的极小点(粘性的低谷55)，还通过动态地活动粘性的壁54、54A，由此对于返回动作使阻力增大，由此也可以得到防止误操作等的定位动作的操作性提高以外的效果。

进而，不仅仅是简单地设置粘性的极小点(粘性的低谷55)，还可以根据机器人手臂5的手尖的当前位置使粘性的极小点(粘性的低谷55)的宽度或深度等特性发生变化，所以可以实现定位动作的进一步的操作性提高。

需要说明的是，在上述第一以及第二实施方式中，分别单独地进行说明，但也可以组合第一实施方式和第二实施方式。例如，在图6B的状态之后，如图13所示，也可以利用阻抗地图可变单元50，可以向缩窄粘性D的低谷55的宽度的方向(参照箭头W1)且向加深粘性D的低谷55的深度的方向(参照箭头W2)使粘性D的分布发生变化。

需要说明的是，根据本发明第一～第四实施方式进行了说明，本发明当然不限于上述的第一～第四实施方式。以下之类的情况也含于本发明中。

具体而言，上述各控制装置是由微处理器、ROM、RAM、硬盘组件、显示组件、键盘、鼠标等构成的计算机系统。在上述RAM或者硬盘组件中存储有计算机程序。上述微处理器通过按照上述计算机程序进行动作，各装置实现其功能。在这里，计算机程序为了实现规定的功能，表示对计算机的指令的命令代码由多个组合构成。

例如，通过由CPU等的程序执行部读出在硬盘或半导体存储器等记录介质中记录的软件程序，加以执行，由此可以实现各构成要件。需要说明的是，实现上述实施方式的控制装置的软件，是以下之类的程序。也就是说，该程序用于使计算机作为下述部分发挥功能：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的上述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与上述各个位置的包括惯性、粘性以及刚性的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于上述多关节机器人手臂的上述手尖的当前的位置的信息，相对于上述阻抗地图中上述阻抗参数的基准分布，使在进行上述多关节机器人手臂的动作的上述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于上述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过上述阻抗地图可变部发生了变化的上述阻抗参数的分布，对上述多关节机器人手臂阻抗进行控制。

另外，该程序可以从服务器等下载而执行，也可以通过读取规定的记录介质(例如，CD-ROM等光盘、磁盘、或半导体存储器等)中记录的程序而执行。

另外，执行该程序的计算机，可以是单个，也可以是多个。即，可以进行集中处理，或可以进行分散处理。

另外，通过适当组合上述各种实施方式或变形例中的任意实施方式或变形例，可以发挥各自的效果。

【工业上的可利用性】

本发明的机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序，可以通过简洁的算法更稳定地设定成最佳的阻抗参数，使作业的操作性提高，有效用作在工场或家庭内、或护理现场等进行能力辅助等作业支援的机器人等与人协作的机器人、机器人的控制装置、控制方法以及控制程序。

本发明参照附图对实施方式进行了充分记述，但对于熟悉该技术的人来说，自然会进行各种变形或修正。这样的变形或修正只要未超出技术方案限定的本发明的范围就应被理解为被本发明所包含。

Claims (11)

1.一种机器人，其中，具有：

多关节机器人手臂；

配设于所述多关节机器人手臂且获得外力的外力获得部；

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随所述多关节机器人手臂的动作而移动的所述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与所述各个位置的包括惯性、粘性以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息，相对于所述阻抗地图中所述阻抗参数的基准分布，使在进行所述多关节机器人手臂的动作的所述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，其根据由所述外力获得部获得的外力以及通过所述阻抗地图可变部发生了变化的所述阻抗参数的分布，对所述多关节机器人手臂的阻抗进行控制。

2.如权利要求1所述的机器人，其中，

还具有：对所述多关节机器人手臂的所述手尖的位置的信息进行微分而求出速度的速度获得部，

所述阻抗地图可变部，对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息和由所述速度获得部获得的速度，相对于所述阻抗地图的阻抗参数的基准分布使在进行所述多关节机器人手臂的动作的所述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化。

3.如权利要求1所述的机器人，其中，

所述阻抗地图可变部，使所述多关节机器人手臂的所述手尖通过的位置的所述阻抗参数的粘性，按照与所述多关节机器人手臂的所述手尖通过之前相比在所述手尖通过之后升高的方式发生变化。

4.如权利要求3所述的机器人，其中，

所述阻抗地图可变部，使所述多关节机器人手臂的所述手尖通过了的位置的粘性，在所述多关节机器人手臂的所述手尖通过所述位置之后升高之后，在所述多关节机器人手臂的所述手尖离开所述位置一定距离时使所述位置的粘性低于所述升高的粘性的值。

5.如权利要求1所述的机器人，其中，

在所述阻抗地图存储部中存储的所述阻抗地图，具有：用于移动所述多关节机器人手臂的所述手尖的低粘性的第一区域、用于对所述多关节机器人手臂的所述手尖进行定位的粘性比所述第一区域高的第二区域、和进而配置成包围所述第二区域的周边且粘性比所述第二区域高的第三区域，

所述阻抗地图可变部，在所述多关节机器人手臂的所述手尖进入所述第二区域之后，按照使所述第三区域所包围的所述第二区域的面积小于所述手尖进入所述第二区域之前的面积的方式发生变化。

6.如权利要求5所述的机器人，其中，

所述阻抗地图可变部，在所述多关节机器人手臂的所述手尖进入所述第二区域之后，使所述第二区域的粘性的值向比所述手尖进入所述第二区域之前的粘性的值低的方向变化。

7.如权利要求1所述的机器人，其中，

在所述阻抗地图存储部中存储的所述阻抗地图，具有：用于移动所述多关节机器人手臂的所述手尖的低粘性的第一区域、和用于对所述手尖进行定位的粘性高于所述第一区域的粘性的第二区域，并且，在所述第二区域和所述第一区域之间设定用于对所述手尖进行定位的粘性高于第一区域的粘性且为第二区域的粘性以下的第四区域，

所述阻抗地图可变部，在所述手尖进入所述第四区域之后，按照使所述第四区域的粘性高于所述第二区域的粘性的方式变化。

8.如权利要求7所述的机器人，其中，

还具有：对所述多关节机器人手臂的所述手尖的位置的信息进行微分而求出速度的速度获得部，

所述阻抗地图可变部，对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息、和由所述速度获得部获得的在所述多关节机器人手臂的所述手尖进入所述第四区域的速度，来设定所述第四区域的粘性的高度。

9.一种机器人的控制装置，其中，具有：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的所述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与所述各个位置的包括惯性、粘性以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息，相对于所述阻抗地图中所述阻抗参数的基准分布，使在进行所述多关节机器人手臂的动作的所述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于所述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过所述阻抗地图可变部发生了变化的所述阻抗参数的分布，对所述多关节机器人手臂的阻抗进行控制。

10.一种机器人的控制方法，其中，

由在多关节机器人手臂配设的外力获得部获得外力，

将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图存储于阻抗地图存储部，所述阻抗参数的基准分布将伴随所述多关节机器人手臂的动作而移动的所述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与所述各个位置的包括惯性、粘性以及刚性在内的阻抗参数建立对应，

通过阻抗地图可变部，对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息，相对于所述阻抗地图的所述阻抗参数的基准分布，使在进行所述多关节机器人手臂的动作的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化，

根据由所述外力获得部获得的外力以及通过所述阻抗地图可变部发生了变化的所述阻抗参数的分布，利用阻抗控制部对所述多关节机器人手臂的阻抗进行控制。

11.一种机器人的控制程序，其用于使计算机作为下述部分发挥功能：

阻抗地图存储部，其将阻抗参数的基准分布作为阻抗地图加以存储，所述阻抗参数的基准分布将伴随多关节机器人手臂的动作而移动的所述多关节机器人手臂的手尖的各个位置、与所述各个位置的包括惯性、粘性以及刚性在内的阻抗参数建立对应；

阻抗地图可变部，其对应于所述多关节机器人手臂的所述手尖的当前的位置的信息，相对于所述阻抗地图中所述阻抗参数的基准分布，使在进行所述多关节机器人手臂的动作的所述手尖的位置之前或之后的位置处的阻抗参数的分布发生变化；和

阻抗控制部，根据由配设于所述多关节机器人手臂的外力获得部获得的外力以及通过所述阻抗地图可变部发生了变化的所述阻抗参数的分布，对所述多关节机器人手臂的阻抗进行控制。

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