CN104972466B - 控制与作用的力对应地移动的机器人的机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人控制装置。机器人控制装置的操作指令部具有：第一控制模式，该模式中，当由奇异姿势附近判定部判定为机器人处于奇异姿势的附近时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于第一力计算部计算出的上述操作力使机器人的前端部的位置以及/或者姿势移动；第二控制模式，该模式中，当由奇异姿势附近判定部判定为机器人处于奇异姿势的附近时，输入如下操作指令，该操作指令为，基于第二力计算部计算出的操作力和由操作轴设定部设定的移动方向来使由操作轴设定部设定的操作轴的位置移动。

Description

控制与作用的力对应地移动的机器人的机器人控制装置

技术领域

本发明涉及控制与作用于机器人的力对应地移动的机器人的机器人控制装置。并且本发明特别涉及基于对由多个轴构成的机器人作用的力来使上述机器人移动的机器人系统的机器人控制装置。

背景技术

作为通过对机器人作用力来使机器人移动的机器人的操作方法、使机器人移动来示教位置的方法，公知有直接教学。这样的情况下，在欲使机器人移动的方向上作用力来直接引导机器人，由此，能够使机器人向正交坐标系上的所希望的位置以及/或者姿势移动。

日本特开昭56-85106号公报中公开了如下方法，即，当对安装于机器人的手臂的前端的力检测器的手动操作部进行操作后，以由力检测器产生的信号为基础，使机器人的手臂的前端部的位置以及姿势移动。

日本特开平6-250728号公报所公开的直接教学装置中，由设于机器人的力传感器检测人为地施加的力，并使用该力的信号来使机器人的位置以及姿势移动，此时仅向笛卡尔坐标系上的特定方向使机器人臂移动。

日本特开平11-239988号公报中公开了如下直接教学的奇异点避免方法，当在直接教学中移动时，使机器人的前端部因奇异点而无法实现的速度成分随着接近奇异点而通过预先决定的修正式衰减。此处，奇异点是机器人成为奇异姿势的状态。

奇异姿势是指，成为无法将机器人的前端部正交坐标系上的位置以及/或者姿势唯一地逆变换为各轴的位置的状态的姿势，并且成为无法使机器人的前端部正交坐标系上的位置以及/或者姿势向某方向移动的状态的姿势，并且成为表示机器人的前端部的速度与关节速度的关系的雅可比矩阵不是满秩的状态的姿势。这样的奇异姿势的附近的位置以及/或者姿势中，难以改变正交坐标系上的位置以及/或者姿势，或者存在以过大的速度动作的轴，或者当控制位置时容易变得不稳定。因此，有在直接教学中操作者处于危险的情况。与此相对，以往技术中，提出了在直接教学中使减速停止的方法、以回避奇异姿势的方式错开轨迹的方法等。

日本特开昭56-85106号公报中，与力对应地使正交坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势移动。因此，专利文献1中，无法在奇异姿势的附近使机器人的前端部移动。并且，日本特开昭56-85106号公报中，无法在直接教学中使所希望的各轴的位置移动。

日本特开平6-250728号公报所记载的装置中，当通过直接教学使机器人移动时，将该移动方向限制为特定方向，而提高操作性。特定方向是指与笛卡尔坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势相关的方向。因此，日本特开平6-250728号公报中，未提出在直接教学中向各轴的控制切换、仅使某所希望的轴动作等限制应被驱动的轴等。

日本特开平11-239988号公报中，通过使在奇异点无法实现的速度成分为零，来以不在奇异点通过的方式改变轨迹。因此，日本特开平11-239988号公报中，在直接教学中，使轨迹向与对机器人作用力的方向不同的方向错开，从而有机器人向操作者的不希望的位置移动的可能性。并且，在某作业中，要求机器人向奇异姿势的附近移动。然而，在这样的情况下，日本特开平11-239988号公报中也无法使机器人向奇异姿势以及其附近移动。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供如下机器人控制装置，即，通过对机器人的前端部作用力使机器人移动，从而当使正交坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势移动时，能够使机器人的前端部向移动困难的位置、或者不能移动的位置移动。并且，期望当对机器人的前端部作用力使正交坐标系上的位置以及/或者姿势移动时，不使用特别的输入装置等、并且不进行移动方法的切换的输入作业等地切换机器人的移动方法。另外，也期望在直接教学中，在奇异姿势的附近，也能够使机器人稳定地移动。

为了实现上述的目的，根据第一方案，提供如下机器人控制装置，其是基于对由多个轴构成的机器人作用的力来使上述机器人移动的机器人系统的机器人控制装置，其特征在于，具备：测力部，其对作用于上述机器人的前端部的力进行测量；第一力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方的移动操作的操作力进行计算；第二力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力进行计算；操作指令部，其基于上述测力部测量出的力来输出使上述机器人移动的操作指令；奇异姿势附近判定部，其进行上述机器人是否处于奇异姿势的附近的判定；以及操作轴设定部，其根据由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人处于奇异姿势的附近时的各轴的当前位置，将包括成为处于上述奇异姿势的附近的要因的轴、或者在上述奇异姿势的附近通过的轴的一个或多个规定的轴设定为与力对应地移动的操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的上述操作轴的移动方向，上述操作指令部具有：第一控制模式，该模式中，当由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人未处于奇异姿势的附近时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第一力计算部计算出的上述操作力而使上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方移动；以及第二控制模式，该模式中，当由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人处于奇异姿势的附近时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第二力计算部计算出的上述操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向而使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴的位置移动。

根据第二方案，提供如下机器人控制装置，其是基于对由多个轴构成的机器人作用的力来使上述机器人移动的机器人系统的机器人控制装置，其特征在于，具备：测力部，其对作用于上述机器人的前端部的力进行测量；第一力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方的移动操作的操作力进行计算；第二力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力进行计算；操作指令部，其基于上述测力部测量出的力来输出使上述机器人移动的操作指令；轴位置状态判定部，其进行一个或多个规定的轴的位置是否处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的判定；以及操作轴设定部，其根据由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴处于上述状态的位置时的上述机器人的各轴的当前位置，将包括成为处于上述状态的位置的要因的轴、或者在上述状态的位置通过的轴的一个或多个规定的轴设定为与力对应地移动的操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的上述操作轴的移动方向，上述操作指令部具有：第一控制模式，该模式中，当由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴未处于上述状态的位置时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第一力计算部计算出的上述操作力而使上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方移动；以及第二控制模式，该模式中，当由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴处于上述状态的位置时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第二力计算部计算出的上述操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向而使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴的位置移动。

根据第三方案，在第一方案或者第二方案中，上述操作轴设定部构成为，以成为上述第二控制模式之前或者成为上述第二控制模式时的、施加于上述操作轴的力的方向和上述操作轴的移动方向为基础，对与施加于上述操作轴的力的方向对应地决定的移动方向进行设定。

根据第四方案，在第一方案至第三方案的任一方案中，上述操作指令部构成为，在上述第二控制模式中，使上述一个或多个操作轴中的向与施加于轴的力的方向相反的方向移动的操作轴的原点的位置，向包括与上述机器人的前端部的位置因上述操作轴的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动，或者向包括施加于上述操作轴的力的方向的成分的方向移动。

根据第五方案，在第一方案至第四方案中的任一方案中，上述操作指令部构成为，在上述第一控制模式和上述第二控制模式这两个控制模式中，当从一个控制模式向另一个控制模式切换时，在使全部的轴减速停止、或者在使全部的轴的速度比规定阈值小之后进行切换。

根据第六方案，在第一方案至第五方案中的任一方案中，上述操作指令部构成为，在上述第一控制模式和上述第二控制模式这两个控制模式中，当从上述第一控制模式向上述第二控制模式切换时，使除了以上述第二控制模式动作的轴以外的轴减速停止。

根据第七方案，在第一方案至第六方案中的任一方案中，具备显示输出部，该显示输出部进行是上述第一控制模式和上述第二控制模式中的哪一个控制模式的显示输出，并且，在上述第二控制模式时，进行上述操作轴设定部设定的上述操作轴、和与施加于该操作轴的力的方向对应地决定的移动方向的显示输出。

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征、优点以及其它目的、特征以及优点将会变得更加清楚。

附图说明

图1是表示具备由本发明的第一实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的简要结构的图。

图2是功能性表示本发明的第一实施方式的机器人控制装置的结构的图。

图3是表示第一奇异姿势的图。

图4是表示第二奇异姿势的图。

图5是表示第三奇异姿势的图。

图6是表示本发明的第一实施方式的机器人控制装置所进行的处理的过程的流程图。

图7是表示本发明的第一实施方式的机器人控制装置所进行的处理的过程的其它流程图。

图8是表示本发明的第一实施方式的机器人控制装置所进行的处理的过程的其它流程图。

图9是表示在机器人的前端部作用有力Fs的情况的图。

图10是用于说明对针对图9所示的一个操作轴的操作力进行计算的方法的图。

图11是表示力Fp的计算方法的一个例子的图。

图12是表示力Fp的计算方法的其它例子的图。

图13是用于说明对针对操作轴的操作力进行计算的方法的图。

图14是用于说明对针对操作轴的操作力进行计算的其它方法的图。

图15是表示使力Fp的方向旋转的方法的一个例子的图。

图16是用于说明对针对操作轴的操作力进行计算的其它方法的图。

图17是用于说明对针对操作轴的操作力进行计算的其它方法的图。

图18是功能性表示本发明的第二实施方式的机器人控制装置的结构的图。

图19是表示本发明的第二实施方式的机器人控制装置所进行的处理的过程的流程图。

图20是表示具备由本发明的其它实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的、显示输出部所输出的显示装置的安装位置的一个例子的图。

图21是表示具备由本发明的其它实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的、显示输出部所输出的显示装置的安装位置的其它例子的图。

图22A是机器人的局部放大图。

图22B是机器人的局部放大图。

图22C是机器人的局部放大图。

图22D是机器人的局部放大图。

图23A是机器人的其它的局部放大图。

图23B是机器人的其它的局部放大图。

图23C是机器人的其它的局部放大图。

图23D是机器人的其它的局部放大图。

图24A是机器人的其它的局部放大图。

图24B是机器人的其它的局部放大图。

图24C是机器人的其它的局部放大图。

图24D是机器人的其它的局部放大图。

图25是机器人的局部放大图。

图26A是机器人的其它的局部放大图。

图26B是机器人的其它的局部放大图。

图26C是机器人的其它的局部放大图。

图26D是机器人的其它的局部放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下的附图中对相同的部件使用相同的符号。为了容易理解，而适当地变更这些附图的比例尺。

以下，只要没有特别说明，力包括力的并进方向成分以及力的力矩成分。并且，位置以及/或者姿势表示位置或姿势、或者位置及姿势。

并且，以下，轴是对构成机器人的连杆和连杆进行连接的关节部分，是改变连杆与连杆之间的位置关系、角度关系的部分。通过改变轴的位置(旋转轴的情况下的位置是角度)，能够改变连杆与连杆的位置关系，其结果能够改变机器人的前端部的位置以及/或者姿势。此外，也可以在与成为轴的部分不同的位置，配置用于使轴的位置移动的促动器。

并且，对于绕机器人的轴的旋转中心线作用的力、绕机器人的轴的旋转中心线施加的力、或者对在操作轴是旋转轴的情况下的操作轴施加的力而言，在机器人的轴是旋转轴的情况下，当以使坐标系的一个轴与机器人的轴的旋转中心线一致的方式相对于机器人的轴设定坐标系时，在该坐标系上，是指在与机器人的轴的旋转中心线正交的平面、并且原点是机器人的轴的旋转中心线与该平面的交点的平面中存在的并进方向的力、或者绕机器人的轴的旋转中心线作用的力的力矩。

另外，本发明中，力控制增益是指，在与作用的力对应地使机器人移动的力控制中，以作用的力的大小为基础，求出每个控制周期的、正交坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势、或机器人的各轴的位置等的移动量的系数。

图1是表示具备由本发明的一个实施方式的机器人控制装置10控制的机器人50的机器人系统11的结构例的简图。机器人系统11具备机器人控制装置10、和由机器人控制装置10控制每个控制周期的各轴的位置的机器人50。

机器人系统11中，当操作者60对机器人50的前端部58作用力后，机器人控制装置10基于测力部测量出的作用于机器人50的前端部58的力、设定的数据、机器人50的位置数据等，来对使机器人50的各轴移动的促动器进行控制。由此，改变构成机器人50的轴的位置，并使机器人50移动。

机器人控制装置10具有包括运算处理装置、ROM、RAM等的硬件结构，而执行后述的各种功能。

图1所示的机器人50由六个轴构成。对于这六个轴而言，从机器人50的台座59侧依次将第一轴设为J1轴51，将第二轴设为J2轴52，将第三轴设为J3轴53，将第四轴设为J4轴54，将第五轴设为J5轴55，并将第六轴设为J6轴56。

如图1的右方所示，J1轴51、J4轴54以及J6轴56构成为连接轴和轴的、绕连杆旋转的旋转轴R1。并且，J2轴52、J3轴53以及J5轴55构成为连接轴和轴的、绕与连杆正交的方向旋转的旋转轴R2。

此外，图1是用于表示机器人50的轴的结构的简单的说明图。并且，当将轴的原点设为在各轴设定的坐标系的原点、并且连接连杆和连杆的点时，轴的原点的位置表示为在空间设定的坐标系上的位置。此外，以下，将在空间设定的坐标系设为基准坐标系。J1轴51和J2轴52的轴的原点处于相同的位置，J3轴53和J4轴54的原点处于相同的位置，J5轴55和J6轴56的原点处于相同的位置。

本实施例中，在说明使轴的位置相对于作为旋转轴的轴移动的情况下，轴的位置表示旋转轴的角度，使轴的位置移动表示使旋转轴旋转而改变位置。并且，在说明轴的原点的位置的情况下，表示为相对于空间设定的坐标系上的、在各轴设定的坐标系的原点的位置。并且，对于相对于空间设定的坐标系而言，是用于在相对于空间固定的正交坐标系上表示机器人50的前端部58、用于将前端部58安装于机器人50的凸缘部57、或者在各轴设定的坐标系等的位置以及/或者姿势的坐标系。

并且，为了表示相对于空间设定的基准坐标系上的、机器人50的位置以及/或者姿势，将相对于机器人50设定的坐标系设为工具坐标系。将工具坐标系的原点、且是并进移动的点、或者旋转移动时的中心点设为控制点。将与基准坐标系平行的坐标系、且在控制点设定的坐标系设为控制坐标系。此外，若控制点的位置是相对于机器人50设定的位置，则也可以是任意的位置。

本实施例中，机器人50的六个轴均是旋转轴，但机器人50也可以包括直动轴。并且，机器人50是六轴结构的垂直多关节型机器人。然而，若是能够控制各轴的位置、并且能够控制正交位置的机器人，则也可以是具有其它形态的任意的公知机器人。

机器人50的前端部58是安装于机器人50的凸缘部57上的物体所存在的部分。在机器人50的前端部58安装有六轴的力传感器，但对此未图示。机器人控制装置10以在每规定时间检测到的力传感器的输出为基础，通过后述的测力部21来对操作者60作用于机器人50的前端部58的力进行测量。

测力部21在机器人50的前端部58的测量力的点设定具有原点的坐标系。而且，测力部21测量该坐标系上的力的并进方向的成分F以及力的力矩成分M来作为作用于机器人50的前端部58的力。以下，将该坐标系设为力测量坐标系，并将坐标系的原点设为力测量点。此时，将在机器人50的前端部58设定的坐标系的X轴、Y轴、Z轴的力的并进方向成分分别表示为Fx、Fy、Fz，并且将绕X轴、Y轴、Z轴检测的力的力矩成分分别表示为Mx、My、Mz。

此处，力测量点也可以是操作者作用力的作用点、或者在力传感器设定的传感器坐标系的原点、传感器坐标系的轴上的点等。

本实施例中，测量力的六个成分，但也可以仅测量力的并进方向成分F、或者力的力矩成分M。并且，力传感器的安装位置只要能够对作用于机器人50的前端部58的力进行测量，也可以是任意的位置。并且，对作用于机器人50的前端部58的力进行测量的测量部也可以使用三轴的力传感器来代替六轴的力传感器。

并且，测力部21也可以以使构成机器人50的轴移动的促动器是马达的情况下的电流值、或者轴的指令位置与实际的轴的位置之间的偏差、或者安装于各轴的扭矩传感器的输出等为基础，对作用于机器人50的前端部58的力进行推断。

此外，在机器人50的前端部58，安装有用于进行加工工件、或搬运工件等的作业的工具、用于进行与力对应的移动操作的操纵装置等。

也可以相对于安装于机器人50上的力传感器安装工具、操纵装置。或者也可以相对于安装于机器人50上的工具安装力传感器，并在其前端侧安装操纵装置。

当对机器人50的前端部58作用力时，也可以不使用操纵装置，而对安装于力传感器的工具作用力。或者也可以对安装于力传感器的操纵装置作用力。

在操作者对安装于力传感器的工具、操纵装置作用力而使机器人50移动的情况下，测力部21相对于力传感器所检测到的力，根据需要对安装于力传感器的工具或操纵装置、或者把持的工件等物体因重力、惯性力(包括哥式力、陀螺效应)等而产生的影响进行补偿。由此，测力部21能够对操作者作用于机器人50的前端部58的实质的力进行测量。

当在安装于机器人50的前端部58的工具上安装组合有力传感器和操纵装置的装置的情况下，安装于力传感器的物体因重力、惯性力而对力传感器产生的影响变小。因此，该情况下，求出实质的力的情况下的误差也变小。

并且，也可以使用磁铁、弹簧等将组合有力传感器和操纵装置的装置安装于工具。该情况下，能够简单地装卸这样的装置。并且，也能够仅在作用力而使机器人50移动的情况下安装这样的装置。由此，能够在不需要教学操作时拆下装置、或根据需要而将这样的装置用于其它机器人系统。

图2是功能性表示本发明的第一实施方式的机器人控制装置10a的结构的图。如图所示，机器人控制装置10a具备后述的测力部21、第一力计算部22、第二力计算部23、操作指令部24、操作轴设定部25、存储部26、奇异姿势附近判定部27以及显示输出部71。

测力部21对操作者60作用于机器人50的前端部58的实质的力进行测量。如上所述，测力部21根据需要对安装于机器人50的前端部58的工具或操纵装置、或者把持的工件等物体因重力、惯性力(包括哥式力、陀螺效应)等而产生的影响进行补偿。

安装于力传感器的物体所产生的重力、惯性力的影响的补偿如下所述通过公知的方法来进行。相对于安装于力传感器的物体，在操作者作用力之前，预先计算该物体的质量、重心。而且，参照计算出的质量以及重心、机器人的移动动作，并且使用公知的方法例如日本专利第4267027号公开的方法来进行计算。

第一力计算部22以由测力部21测量出的、作用于机器人50的前端部58的包括力的并进方向的成分以及/或者力的力矩成分的力为基础，对用于使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动的操作力进行计算。

第一力计算部22例如如下计算操作力。通过将测力部21所测量出的力变换为控制坐标系上的力，来计算操作力。此时，也可以根据需要，考虑操作中的机器人的移动方向、移动速度等来调整操作力的方向、大小。由此，提高与力对应地移动时的操作性。

第二力计算部23以由测力部21测量出的、作用于机器人50的前端部58的包括力的并进方向的成分以及/或者力的力矩成分的力为基础，对用于使机器人50的各轴的位置移动的操作力进行计算。

第二力计算部23例如在如本实施例那样移动的轴是旋转轴的情况下，如下计算操作力。

以测力部21所测量出的、作用于机器人50的前端部58的实际的力为基础而计算操作力。或者，以作用于机器人50的前端部58的力为基础，相对于应移动的轴，计算假想地作用的力亦即假想力作为操作力。

具体而言，如下进行计算。

相对于应移动的轴，当在与轴的旋转中心线正交的平面投影作用于机器人50的前端部58的并进方向的力后，当相对于轴以朝向正负中的某个旋转方向为基础，换言之以绕轴的旋转中心线作用的并进方向的力的朝向为基础，决定使轴移动的操作力的方向。而且，测力部21所测量出的并进方向的力的大小、或者上述投影的力的大小、或者上述投影的力的与从旋转中心线至投影的力的作用点的位置矢量正交的成分的大小为基础，来求出操作力的大小。

并且，也可以以测力部21所测量出的作用于机器人50的前端部58的力为基础，相对于应移动的轴计算绕旋转中心线的力的力矩，而求出操作力。

并且，也可以以测力部21所测量出的作用于机器人50的前端部58的力为基础，相对于应移动的轴计算绕旋转中心线的力的力矩，此时适当地研究力的矢量、位置矢量的计算方法，而以提高操作性的方式计算力矩，来求出操作力。

并且，也可以相对于应移动的轴，以绕轴的旋转中心线作用的力的力矩的正负为基础，决定使轴移动的操作力的方向，并且以测力部21所测量出的力的大小为基础，求出与操作对应的适当的操作力的大小。

此外，操作力的方向是能够决定应移动的轴的移动方向那样的方向、正负的符号等决定正向或反向即可。

并且，为了提高与力对应地使轴移动时的机器人的操作性，优选根据需要而考虑操作中的机器人的移动方向、移动速度等来调整操作力。

本实施例中，表示了被操作的轴是旋转轴的情况，但在被操作的轴是直动轴的情况下，计算轴向的力的并进方向的成分。

奇异姿势附近判定部27进行机器人50是否处于奇异姿势的附近的判定。存在几个判定是否处于奇异姿势的附近的方法。首先，有以表示机器人50的前端部58的速度与关节速度的关系的雅可比矩阵为基础的方法。当机器人50的当前的各轴的位置的雅可比矩阵不是满秩时、雅可比矩阵的行列式的值是比规定阈值小的值时，能够判定机器人50的姿势处于奇异姿势附近。由此，能够判定机器人50的当前的各轴的位置是否处于奇异姿势。

通过上述判定方法，在判定为机器人50处于奇异姿势的附近的情况下，使用后述的方法，奇异姿势附近判定部27以机器人50的当前的各轴的位置为基础进一步详细地对奇异姿势的附近的状态进行判定。而且，后述的操作轴设定部25对处于奇异姿势的附近的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴进行设定。

并且，通过机器人的各轴的位置是否满足规定的位置关系的条件，也能够判定机器人的当前的各轴的位置是否处于奇异姿势的附近。通过该方法，进行机器人是否处于奇异姿势的附近的判定，并且判定奇异姿势属于后述的哪种分类。而且，后述的操作轴设定部25也可以对成为处于奇异姿势的附近的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴进行设定。以下说明该方法。

奇异姿势能够分类为几个状态。此时，因机器人50的各轴的位置，也有属于多个分类的情况。判定奇异姿势处于哪种奇异姿势的状态，并以该结果为基础，后述的操作轴设定部25设定应被操作的轴。

通过以下方法来判定机器人50是否是奇异姿势、并且奇异姿势是属于哪种分类的奇异姿势。即，对于按照每个奇异姿势的状态、也就是说按照每个奇异姿势的分类成为表示处于该奇异姿势的附近的要因的一个或者多个轴而言，每个轴的位置通过是否满足从按照每个上述轴设定的规定的位置开始是否在阈值以内这样的规定的位置关系的条件来判定。或者，根据多个轴的位置关系，基准坐标系上的某轴的原点的位置通过判定是否满足规定的位置关系的条件来判定。

此时，也可以以扩大判定为处于奇异姿势的附近的区域的方式来增大奇异姿势附近判定部27所使用的阈值。该情况下，能够更加安全地、较早地检测到后述的第一控制模式的动作变得不稳定的情况，从而向第二控制模式切换。为了检测到在第一控制模式变得不稳定的奇异姿势的附近存在机器人，也可以如上所述地使用雅可比矩阵的行列式等。在这种情况下，也通过适当地设定阈值，从而能够早期地检测到第一控制模式的动作变得不稳定。

第二控制模式中，即使机器人在奇异姿势的附近，因该位置而动作变得不稳定的情况也较少。因此，当机器人50处于奇异姿势的附近时，通过向第二控制模式切换，能够使与力对应的机器人50的移动操作更加稳定，从而能够更加安全地进行操作。但是，若过大地扩大判定为奇异姿势的附近的区域，则第一控制模式中移动的区域变窄。因此，优选预先使判定为奇异姿势的附近的区域为适当的范围。

接下来，对奇异姿势的分类进行说明。另外，对在后述的操作轴设定部25设定操作轴时考虑的成为处于奇异姿势的附近的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴进行说明。

本实施例中，奇异姿势分类为图3所示的第一奇异姿势、图4所示的第二奇异姿势、以及图5所示的第三奇异姿势这三种。

图3所示的第一奇异姿势中，在机器人50的J1轴51的旋转中心线上存在J5轴55的原点。机器人50处于第一奇异姿势的附近能够通过是否满足如下规定的位置关系的条件来判定，即、在设定于空间的基准坐标系上、且在J1轴的旋转中心线上或其附近是否存在依次变换J1轴至J5轴后得到的J5轴的原点的位置。该情况下，成为处于第一奇异姿势的附近的要因的轴、在第一奇异姿势的附近通过的轴是J2轴52或者J3轴53。

图4所示的第二奇异姿势中，机器人50的J2轴52的原点、J3轴53的原点、以及J5轴55的原点存在于直线上。机器人50处于第二奇异姿势的附近能够通过J2轴52与J3轴53的角度的位置是否满足规定的位置关系的条件来判定。具体而言，能够通过是否满足如下规定的位置关系的条件来判定，即、J2轴52的原点、J3轴53的原点以及J5轴55的原点是否是存在于直线上及其附近的位置关系。该情况下，成为处于第二奇异姿势的附近的要因的轴、在第二奇异姿势的附近通过的轴是J3轴53。

图5所示的第三奇异姿势中，机器人50的J3轴53的原点、J5轴55的原点、以及凸缘部57的原点存在于直线上。机器人50处于第三奇异姿势的附近能够通过J5轴55的角度的位置是否满足规定的位置关系的条件来判定。具体而言，能够通过是否满足如下规定的位置关系的条件来判定，即，J3轴53的原点、J5轴55的原点以及凸缘部57的原点是否是存在于直线上及其附近的位置关系。该情况下，成为处于第三奇异姿势的附近的要因的轴、在第三奇异姿势的附近通过的轴是J5轴55。

这样，以机器人的当前的各轴的位置为基础，判定是否处于奇异姿势附近、并且是属于哪种分类的奇异姿势。而且，能够确定成为奇异姿势的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴。

当判定为机器人50处于奇异姿势的附近时，操作轴设定部25以机器人50的当前的各轴的位置为基础，将包括成为机器人50处于奇异姿势的附近的要因的轴、或者在奇异姿势的附近通过的轴的规定的轴设定作为与力对应地移动的操作轴。并且，设定与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向。

此时，对于与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向而言，基于预先设定的值，或者基于成为奇异姿势的附近时的操作轴的移动方向和施加于操作轴的力的方向来设定。

当从多个轴选择轴来设定操作轴时，以由机器人50处于奇异姿势的附近时的当前的各轴的位置决定的奇异姿势的分类为基础，决定成为奇异姿势的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴。而且，与奇异姿势的分类对应，将包括上述的轴的规定的轴设为操作轴。在机器人50的姿势适用多种奇异姿势的情况下，基于规定的优先顺序，而以优先顺序较高的奇异姿势的分类为基础来进行操作轴的设定。而且，该成为奇异姿势的要因的轴或者该在奇异姿势的附近通过的轴包括在操作轴内。

此时，对于除成为机器人50处于奇异姿势的附近的要因的轴、或者在奇异姿势的附近通过的轴以外的轴而言，以此时的机器人50的各轴的位置为基础而将规定的轴选择为操作轴。

在图3所示的第一奇异姿势的情况下，成为处于奇异姿势的附近的要因的轴、或者在奇异姿势的附近通过的轴是J2轴52或者J3轴53。将J2轴52或者J3轴53中任一个轴设定为应与力对应地移动的操作轴，并使之移动。由此，相对于机器人50能够在第一奇异姿势的附近通过。

将机器人50的J2轴52以及J3轴53这两个轴的旋转中心线设为平行并且朝向相同的方向。此时，在将J2轴52以及J3轴53这两个轴作为操作轴而使之移动的情况下，通过使这些轴绕旋转中心线向相同的旋转方向移动，从而与使任一个轴移动的情况相比，能够更加迅速地在第一奇异姿势的附近通过。并且，在这种情况下，即使在使J2轴52以及J3轴53这两个轴绕旋转中心线向不同的旋转方向移动的情况下，若使它们分别以适当的速度移动，则也能够在第一奇异姿势的附近通过。与上述相关地，在多个各轴的移动操作中，在多个轴的旋转中心线平行的情况下，也可以通过使上述多个轴向相同的方向旋转移动来更加迅速地向某方向移动。

在奇异姿势的附近，当使各轴移动时，也可以将具有与J2轴52或者J3轴53的旋转中心线正交的旋转中心线的轴作为操作轴而使之能够移动。此时，能够与J2轴52以及J3轴53相独立地使该轴移动。

并且，当将J2轴52或者J3轴53设为操作轴时，因作用于机器人50的前端部58的力的方向，而有存在与J2轴52或者J3轴53相独立地移动、或与J2轴52或者J3轴53同时移动的轴的情况。优选是与J2轴52或者J3轴53相独立地移动的轴，但即使在因作用于机器人50的前端部58的力的方向而同时移动的情况下，当不存在其动作所引起的妨碍时，也可以将该轴设为操作轴。此时，相对于该轴，也可以预先将操作力计算为较小，或者缩小操作力和以力控制增益为基础而移动的情况下的力控制增益的值。

此处，在处于第一奇异姿势的附近的情况下，将J2轴52以及J3轴53、J1轴51设为应该与力对应地移动轴的位置的操作轴。对于与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向而言，J2轴52以及J3轴53这两个轴是与力的方向相同的方向。

由此，若对机器人50的前端部58作用力，使J2轴52以及J3轴53这两个轴的位置如上述那样绕旋转中心线向相同的方向移动，则能够迅速地在第一奇异姿势附近通过。

另外，在将绕操作轴的旋转中心线施加的力作为操作力而使轴移动的情况下，当使J1轴51移动时，也可以将作用于机器人50的前端部58的力的方向设为与J2轴52以及J3轴53的旋转中心线平行的方向、或接近平行的方向。该情况下，能够缩小J2轴52以及J3轴53的移动量，并且能够使J1轴51移动。

并且，在将绕操作轴的旋转中心线施加的力作为操作力而使轴移动的情况下，当使J2轴52以及J3轴53移动时，也可以将操作力作用的方向设为与J1轴51的旋转中心线平行的方向、或接近平行的方向。该情况下，能够缩小J1轴51的移动量。并且，为了不使所希望的轴以外的轴移动，也可以以作用于机器人50的前端部58的力的方向为基础，通过与规定方向的比较等，来求出操作力的方向。

并且，当在多个轴中选定作为操作轴的轴时，在机器人处于第一奇异姿势的附近的情况下，也可以将J2轴52或者J3轴53、所希望的轴设为操作轴。

在将J2轴52以及J3轴53这两个轴设为操作轴而使之移动的情况下，由于使两个轴移动，所以因操作轴设定部25的设定、或者作用于机器人50的前端部58的力的方向、或者机器人50的前端部58的位置，而有在奇异姿势的附近通过需要花费时间的情况。这样的情况下，也可以以经过时间、轴的移动量为基础，将J2轴52以及J3轴53中的一方的轴不设为操作轴，而不使该轴移动、或变更与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向。

此外，当将J2轴52以及J3轴53这两个轴作为操作轴而使之移动时，因力的作用方向而有这些操作轴向相互不同的方向移动的情况。因此，当求出使操作轴移动的操作力时，优选求出操作力作用的方向以使两个轴向相同的方向移动。

在图4所示的第二奇异姿势的情况下，成为处于奇异姿势的附近的要因的轴、或者在奇异姿势的附近通过的轴是J3轴53。将J3轴53设定为应该与力对应地移动的操作轴，并使之移动。由此，能够使机器人50在第二奇异姿势的附近通过。

并且，在将J2轴52以及J3轴53这两个轴设为操作轴并使之移动的情况下，当两个轴的旋转中心线平行并且朝向相同的方向的情况下，使这些轴绕旋转中心线向不同的旋转方向移动。由此，通过J3轴53的移动而能够在第二奇异姿势的附近通过，并且通过使J2轴52向相反方向移动，能够缩小基准坐标系上的J5轴55的原点的位置、机器人50的前端部58的位置的移动量。由此，能够提高机器人的操作性。

在奇异姿势的附近，当使各轴移动时，也可以将具有与J2轴52或者J3轴53的旋转中心线正交的旋转中心线的轴设为操作轴并使之能够移动。此时，能够与J2轴52以及J3轴53相独立地使该轴移动。

并且，当将J2轴52或者J3轴53设为操作轴时，因作用于机器人50的前端部58的力的方向，而有存在与J2轴52或者J3轴53相独立地移动、或与J2轴52或者J3轴53同时移动的轴的情况。优选是与J2轴52或者J3轴53相独立地移动的轴，但即使在因作用于机器人50的前端部58的力的方向而同时移动的情况下，当不存在其动作所引起的妨碍时，也可以将该轴设为操作轴。此时，相对于该轴，也可以预先将操作力计算为较小，或者缩小操作力和以力控制增益为基础而移动的情况下的力控制增益的值。

此处，在处于第二奇异姿势的附近的情况下，将J2轴52以及J3轴53、J1轴51设为应该与力对应地移动位置的操作轴。对于与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向而言，J2轴52是与力的方向相反方向，J3轴53是与力的方向相同的方向。并且，对于与J2轴的力的方向对应地决定的移动方向的设定而言，当使J3轴53移动时，也可以适当地变更设定以便向与J3轴53的移动方向相反的方向移动。

并且，在将绕操作轴的旋转中心线施加的力作为操作力而使轴移动的情况下，当使J1轴51移动时，也可以将作用于机器人50的前端部58的力的方向设为与J2轴52以及J3轴53的旋转中心线平行的方向、或接近平行的方向。该情况下，能够缩小J2轴52以及J3轴53的移动量，并且能够使J1轴51移动。

另外，在将绕操作轴的旋转中心线施加的力作为操作力而使轴移动的情况下，当使J2轴52以及J3轴53移动时，也可以将操作力作用的方向设为与J1轴51的旋转中心线平行的方向、或接近平行的方向。该情况下，能够缩小J1轴51的移动量。并且，为了不使所希望的轴以外的轴移动，也可以以作用于机器人50的前端部58的力的方向为基础，通过与规定方向比较等，来求出操作力的方向。并且，当在多个轴中选定作为操作轴的轴时，在处于第一奇异姿势的附近的情况下，也可以将J3轴53和所希望的轴设为操作轴。

在图5所示的第三奇异姿势的情况下，成为处于奇异姿势的附近的要因的轴、或者在奇异姿势的附近通过的轴是J5轴55。将J5轴55设定为应该与力对应地移动的操作轴，并使之移动。由此，能够使机器人50在第三奇异姿势的附近通过。

当将J5轴55设为操作轴时，因作用于机器人50的前端部58的力的方向，而有存在与J5轴55相独立地移动、或与J5轴55同时移动的轴的情况。优选是与J5轴55相独立地移动的轴，但即使在因作用于机器人50的前端部58的力的方向而同时移动的情况下，当不存在其动作所引起的妨碍的情况下，也可以将该轴设为操作轴。此时，相对于该轴，也可以预先将操作力计算为较小，或者缩小操作力和以力控制增益为基础而移动的情况下的力控制增益的值。

此处，在处于第三奇异姿势的附近的情况下，将J4轴54以及J5轴55设为应该与力对应地移动位置的操作轴。对于与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向而言，J4轴54是与力的方向相同的方向。

对于与J5轴55的力的方向对应地决定的操作轴的移动方向而言，以成为奇异姿势的附近之前或者成为奇异姿势的附近后的、J5轴55的移动方向和施加于J5轴的力的方向为基础而设定。或者，当在成为奇异姿势的附近之前进行正交坐标系上的移动操作时，在该移动操作是并进方向的操作的情况下，操作轴的移动方向是与力的方向相反的方向。在该移动操作是旋转方向的操作的情况下，操作轴的移动方向是与力的方向相同的方向。由此，能够使成为奇异姿势的附近之前的、正交坐标系上的移动操作和与力的方向对应地决定的操作轴的移动的方向相同，从而能够使操作性良好。

并且，当在多个轴中选定作为操作轴的轴时，在机器人50处于第三奇异姿势的附近的情况下，也可以将J5轴55和所希望的轴设为操作轴。

对于图2所示的操作指令部24而言，以基于作用于机器人50的前端部58的力使机器人50移动的方式，以测力部21所测量出的力为基础，使用第一力计算部22或者第二力计算部23所计算出的操作力，来输出使机器人50移动的操作指令。

操作指令部24具有用于使机器人50移动的第一控制模式和第二控制模式。在由奇异姿势附近判定部27判定为机器人50未处于奇异姿势的附近的情况下，操作指令部24设定为第一控制模式，并基于第一控制模式使机器人50移动。而且，在由奇异姿势附近判定部27判定为机器人50处于奇异姿势的附近的情况下，设定为第二控制模式，并基于第二控制模式使机器人50移动。

在第一控制模式中，操作指令部24以第一力计算部22计算出的操作力为基础，使工具坐标系并进移动、并且使之以控制点为旋转中心点而旋转移动，从而求出正交坐标系上的机器人50的前端部58的移动方向、移动速度。而且，操作指令部24在每个控制周期输出用于使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动的操作指令。此时，正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的指令变换为各轴的位置的指令并输出。并且，此时，也可以根据力控制增益来决定针对操作力的移动速度。并且，若与移动操作时的状况对应地降低针对操作力的响应性、或加速、或减速，则优选根据需要来调整移动速度。

在第二控制模式中，操作指令部24以操作轴设定部25所设定的操作轴、与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向、以及操作轴的第二力计算部23计算出的操作力为基础，来求出操作轴的移动方向、移动速度。而且，在每个控制周期输出用于使操作轴移动的操作指令。当基于操作力生成操作指令时，也可以根据力控制增益来决定针对操作力的移动速度。并且，若与操作时的状况对应地降低针对操作力的响应性、或加速、或减速，则优选根据需要来调整移动速度。

在存储部26存储测力部21测量力所需要的参数、第一力计算部22或第二力计算部23计算操作力所需要的参数、操作轴设定部25设定操作轴所需要的参数或设定的结果、奇异姿势附近判定部27或者轴位置状态判定部28进行判定所需要的参数或判定结果等各种计算所需要参数以及计算结果等。

显示输出部71输出显示控制模式是第一控制模式和第二控制模式中哪一个控制模式。并且，当控制模式是第二控制模式时，显示输出部71显示输出由操作轴设定部25设定的操作轴、与操作轴的力的方向对应地决定的移动方向等。

另外，机器人控制装置10a具备以来自安装于机器人50的各轴的编码器等位置检测装置的信息为基础而计算机器人50的各轴的位置、机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势、速度、加速度的计算部等，但对此未图示。

另外，机器人控制装置10a具备接受并处理输入数据的输入部，该输入数据是能够输入各种设定的输入装置与机器人控制装置10a连接而转送的数据、由其它的控制装置或计算机输入的设定通过网络而向机器人控制装置10a转送的数据等，但对此未图示。

接下来，参照图6、图7、图8，对操作者60在机器人50的前端部58作用力而使机器人50移动时的、本发明的第一实施方式的机器人控制装置10a所进行的处理的过程的一个例子进行说明。图6、图7、图8是表示机器人控制装置10a所进行的处理的过程的一个例子的流程图。以下，参照图6、图7、图8的流程图以及相关的附图，对在机器人50的前端部58作用力而使机器人50移动时的、机器人控制装置10a的执行处理进行说明。

此外，此处说明的一系列的处理是一个例子，需要注意的是本发明不限定于该具体例。

图6是表示设定控制模式的处理的一个例子的图。若开始使机器人50移动的处理，则由奇异姿势附近判定部27进行机器人50是否处于奇异姿势的附近的判定(步骤S1)。由该奇异姿势附近判定部27判定是进行每个控制周期的正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的控制(第一控制模式)、还是进行每个控制周期的所希望的各轴的位置的控制(第二控制模式)。

当由奇异姿势附近判定部27判定为机器人50未处于奇异姿势的附近时，将控制模式设为第一控制模式(步骤S2)。另外，当由奇异姿势附近判定部27判定为机器人50处于奇异姿势的附近时，将控制模式设为第二控制模式(步骤S3)。

这样，使用奇异姿势附近判定部27，能够以机器人50的轴的位置为基础而切换进行正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式、和进行各轴的位置的移动的第二控制模式，并且能够对操作各轴的情况下的轴进行指定。因此，当对机器人50的前端部58作用力而使之移动时，不使用另外准备的输入装置进行输入作业，就能够切换控制模式。

另外，能够一边进行在机器人50的前端部58作用力这样的操作，一边使正交坐标上的位置以及/或者姿势移动，或使所希望的各轴移动。例如，当对机器人50的前端部58作用力而使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动时，一边对机器人50的前端部58作用力一边使所希望的各轴移动，而在以正交坐标系上的通常的移动中不会移动的位置通过，并从某位置到达通常不能移动的位置。之后，能够再次进行正交坐标系上的移动等。

由此，操作者不需要另外准备切换设定的教学装置，也不需要进行用于切换设定的输入操作。因此，能够抑制机器人系统的成本，并在移动操作中，容易向正交坐标系上的任意位置、姿势、或者任意的轴的位置移动，并且能够更加顺畅地连续且舒适地进行。

另外，本发明中能够在正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动操作不能进行或困难、或者移动操作变得不稳定的奇异姿势的附近通过，并且能够容易地进行这样的状态下的移动操作。另外，正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动操作容易变得不稳定，通过早期地检测奇异姿势的附近而使所希望的各轴移动，也能够使机器人50稳定且安全地移动。

接下来，与控制模式对应地变更使机器人50移动的操作指令。图7是表示控制模式为第一控制模式时的处理的一个例子的图。以下，对控制模式为第一控制模式时的处理进行说明。

首先，由测力部21对作用于机器人50的前端部58的力进行测量(步骤S11)。接下来，以测力部21所测量出的作用于机器人50的前端部58的力为基础，由第一力计算部22对用于使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动的操作力进行计算(步骤S12)。

接下来，操作指令部24以第一力计算部22计算出的操作力为基础，生成用于使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动的操作指令并输出(步骤S13)。

图8是表示控制模式为第二控制模式时的处理的一个例子的图。以下，对控制模式为第二控制模式时的处理进行说明。首先，由测力部21对操作者60作用于机器人50的前端部58的力进行测量(步骤S21)。接下来，操作轴设定部25设定与力对应地移动的操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向(步骤S22)。

接下来，以测力部21测量出的作用于机器人50的前端部58的力为基础，由第二力计算部23对用于使操作轴设定部25设定的操作轴的位置移动的操作力进行计算(步骤S23)。接下来，操作指令部24以第二力计算部23计算出的操作力、操作轴设定部25的设定为基础，生成用于使操作轴的位置移动的操作指令并输出(步骤S24)。

以下，进一步对控制模式为第二控制模式的情况下的、使各轴的位置移动的处理的实施例进行说明。步骤S22中，操作轴设定部25以各轴的当前位置为基础将J2轴52、J3轴53、J1轴51设定为操作轴。而且，操作轴设定部25将J2轴52以及J3轴53的、与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向设定为与力的方向相同的方向。

这样的情况下，对步骤S23中的由第二力计算部23计算用于使操作轴的位置移动的操作力的方法、并且步骤S24中由操作指令部24生成移动的操作指令的方法进行详细说明。

对当机器人50处于图9所示的第一奇异姿势的附近时、第二力计算部23计算针对操作轴的操作力的方法进行说明。此外，与在操作轴中轴不同的情况、并且移动操作的状况对应，计算方法也可以使用不同的方法。

图9是表示由测力部21测量出在机器人50的前端部58作用有力Fs的情况的图。力Fs包括力的并进方向的成分F以及力的力矩成分M，是由力的并进方向的成分Fx、Fy、Fz以及力的力矩成分Mx、My、Mz构成的力。

当相对于操作轴设定坐标系时，以操作轴的旋转中心线与坐标系的Z轴一致的方式设定坐标系。也可以将测力部21测量出的力Fs坐标变换为在该操作轴设定的坐标系上的力，而将计算的力的绕Z轴的力的力矩设为操作力。

并且，也可以如下求出操作力。

图10是用于说明以图9所示的某操作轴31和测力部21测量出的力Fs为基础而计算针对操作轴31的操作力的方法的图。

以表示操作轴31的基准坐标系上的位置的点P1成为坐标系的原点的方式，并且以Z轴Az与操作轴31的旋转中心线一致的方式，并且以X轴Ax以及Y轴Ay所成的平面成为与操作轴31的旋转中心线正交的平面的方式，相对于操作轴31设定由点P1、X轴Ax、Y轴Ay、Z轴Az轴构成的坐标系。平面C是在设定于操作轴31的坐标系中X轴Ax以及Y轴Ay所成的平面，是X-Y平面。并且，平面C也可以是与操作轴31的旋转中心线正交的平面。该情况下，点P1成为该平面与旋转中心线的交点。并且，点P2是测量作用于机器人50的前端部58的力时的力测量坐标系的原点亦即力测量点投影于平面C的点。

此处，将测力部21测量出的力Fs的力矩成分的力M(Mx、My、Mz)坐标变换为平面C上的力的力矩后的力的力矩设为力的力矩M21。或者，也可以将变换为设定于操作轴31的坐标系上的力的力矩时的、绕Z轴Az的力的力矩设为力的力矩M21。

位置矢量Pv是平面C中从点P1至点P2的位置矢量。此时的位置矢量Pv的大小成为操作轴31的旋转中心线与力测量点之间的最短距离。

力Fp是以测力部21测量出的力Fs的并进方向的成分的力F(Fx、Fy、Fz)为基础而在平面C上作为绕操作轴31的旋转中心线作用的力而求出的并进方向的力。也可以将并进方向的成分的力F投影于平面C而得到的并进方向的力设为力Fp。并且，当以力Fs的并进方向的成分的力F为基础求出力Fp时，也可以以力Fs的并进方向的成分的力F作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础而计算力Fp。

此处，使用图11，对用于使根据力F求出的力Fp的大小因力Fs的并进方向的成分的力F的方向的变动而变动的情况减少的、力Fp的计算方法的一个例子进行说明。以使在设定于操作轴31的坐标系上、在力测量点P3作用的力F在力测量点P3的Z轴Az方向的值为0的平面C上的点P2中作用的方式，将平行移动的力设为力Fsp。当力Fsp与平面C所成的角度比规定阈值小时，通过使力Fsp以点P2为旋转中心点向平面C而沿最短路线的方向旋转而成为平面C上的力，来求出力Fp。

此外，在力Fsp与平面C所成的角度较大、且力Fsp的方向接近与平面C正交的方向的情况下，由于上述的方法中不适当地增大了力，所以不进行这样的动作。当力Fsp与平面C所成的角度为规定阈值以上时，将力Fs的并进方向的成分的力F或者力Fsp投影于平面C而求出力Fp、或者将力Fp的大小设为0而不作用力Fs的并进方向的成分的力F的操作力。

另外，当力Fs的并进方向的成分的力F与平行于平面C的面所成的角度比规定阈值小时，也可以将力F投影于平面C，并且将相对于该投影的矢量而以使矢量的大小成为力F的大小的方式对矢量进行伸缩调整而求出的矢量作为力Fp。

另外，当力Fs的并进方向的成分的力F与平行于平面C的面所成的角度为规定阈值以上时，也可以将力F投影于平面C而求出力Fp，或者也可以将力Fp的大小设为0而不作用力Fs的并进方向的成分的力F的操作力。

如上所述，通过以力Fs的并进方向的成分的力F作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，来求出平面C上的力Fp，从而与仅将力F投影于平面C上的情况相比，能够减少力F的方向的变动所引起的力Fp的大小的变动，能够调整力Fp的大小。

另外，参照图12，对用于使根据力F求出的力Fp的大小因力Fs的并进方向的成分的力F的方向的变动而变动的情况减少的、力Fp的其它的计算方法的一个例子进行说明。

图12所示的平面表示包括将力Fs的并进方向的成分的力F投影于平面C时的矢量的、并且与平面C正交的、并且包括轴Az2的平面。此处，轴Az2是与Z轴Az平行的轴。以使在设定于操作轴31的坐标系上、在力测量点P3作用的力F在力测量点P3的Z轴Az方向的值为0的平面C上的点P2作用的方式，将平行移动的力设为力Fsp。比较该力Fsp与平面C所成的角度、和由规定的角度依次决定的规定的范围Rp1、Rp2、Rp3，而求出力Fsp的方向存在于规定的范围的哪个范围。以力Fsp的方向存在的范围为基础，求出每个规定的范围内设定的规定的角度，而求出相对于平面C形成该角度的方向。换言之，求出与力的方向对应地决定的代表的方向。而且，以使力的方向成为该求出的方向的方式，使力Fsp以点P2为旋转中心点旋转。将像这样求出的力投影于平面C而计算的矢量设为力Fp。

例如，在力Fsp的方向在范围Rp1内的情况下，将使力Fsp旋转而移动的方向设为与平面C所成的角度为0度的方向。在力Fsp的方向在范围Rp3内的情况下，力Fsp的方向接近与平面C正交的方向。这样的情况下，将使力Fsp旋转而移动的方向设为与平面C正交的方向，或者将力Fp的大小设为0而不作用力Fs的并进方向的成分的力F的操作力。

根据这样规定的范围，当切换力Fsp的方向时，为了不使操作力较大地变化，优选使力Fsp的方向、或者投影力Fsp而求出的力Fp的大小顺利地变化。

相对于像这样求出的平面C上的力Fp，也可以进一步将以后述的向规定方向的方向的旋转操作、平行移动操作、变更力的Fp的大小的操作等为基础而求出的力Fn作为新的力Fp。

而且，以由平面C上的力Fp与位置矢量Pv的外积运算而求出的力的力矩M11、并且力的力矩M21为基础，来求出操作力。

当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，将上述力的力矩M21设为操作力。这具有如下的效果。点P2在点P1的附近，因点P2的误差而有点P2处于与实际不同的位置、或者位置变动的情况、力的力矩的符号相反的情况。在这样的情况下，在针对操作力的力控制增益的值较大的情况、或者力的力矩M11和力的力矩M21分别乘以系数而相加来计算力的力矩的情况、并且乘以力的力矩M11的系数较大的情况下，能够防止操作轴向意外的方向移动等。

当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，根据位置矢量Pv与力Fp的外积运算来计算力的力矩，并将计算出的力的力矩M11设为操作力。或者，将上述计算出的力的力矩M11和上述力的力矩M21相加后得到的力的力矩设为操作力。另外，也可以通过在力的力矩M11和力的力矩M21分别乘以系数来改变大小，而将分别调整了影响力后的值相加。此时，也可以以位置矢量Pv的大小、力Fp的大小等为基础而调整该系数。

在欲排除测力部21测量出的力Fs的力的力矩成分的力M的影响的情况、欲仅以力Fs的并进方向的力移动的情况下，优选不考虑力的力矩M21而仅将力的力矩M11设为操作力。

并且，即使力Fp的大小相同，因位置矢量Pv的大小，而计算的力的力矩M11的大小也变化。因此，与力的力矩M21不同，力的力矩M11的大小因机器人50的前端部58的位置的移动而变化，从而操作力变动。

因此，在位置矢量Pv的大小为规定阈值以上、力Fp的大小比规定阈值小的情况下，有优选仅将力的力矩M21设为操作力的情况。以上的对于力的力矩M21的说明是考虑力的力矩M21的情况，其它也相同。

在如上述地计算力的力矩的情况下，即使力Fp的大小相同，也有计算的力的力矩M11的大小因位置矢量Pv的大小而变化的问题。参照图13对用于处理该问题的方法进行说明。

图13是用于说明以如上所述的测力部21测量出的力Fs为基础、第二力计算部23计算针对操作轴31的操作力的其它的方法的图。直线Lw存在于平面C上，是包括点P1以及点P2的直线。以由平面C上的并进方向的力构成的力Fp作用的位置矢量Pv为基础，对将位置矢量Pv的大小伸缩调整至规定的值Cpn后的位置矢量Pn进行计算。以使力Fp在成为该位置矢量Pn的端点的位置P4作用的方式，将平行移动的力设为力Fn。

根据像这样求出的位置矢量Pn与力Fn的外积运算，来计算力的力矩，并将计算出的力的力矩M12设为操作力。

这样，当求出力的力矩时，通过伸缩调整位置矢量，能够减少点P2的位置的变动所引起的力的力矩的变动，并能够防止操作力的细微变动或急剧的变化等，从而能够使机器人50稳定地移动，从而能够提高操作性。

并且，在以操作力和力控制增益为基础而求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同的大小的力，也能够防止因机器人50的前端部58的位置而操作轴的移动速度意外地变化。

另外，图13中，用于使位置矢量Pv的大小为规定的大小的规定的值Cpn也可以以位置矢量Pv的大小为基础而变更。具体而言，相对于位置矢量Pv的大小，在每个规定的范围内阶段地改变规定的值Cpn。此时，当阶段性地切换时，为了不使操作力较大地变化，优选使规定的值Cpn的值顺畅地变化、或者使计算的力的力矩M12顺畅地变化。

如上所述，由于在每个规定的范围内阶段性地改变规定的值Cpn，所以能够防止力的力矩因规定的范围内的细微的位置的变动而变动。由此，即使在力Fn的大小相同的情况下，也能够与位置矢量Pv的大小对应地改变力的力矩M12。并且，能够减少操作力的变动，能够使机器人50更加稳定且安全地移动，从而能够提高操作性。

或者，也可以随着位置矢量Pv的大小变大，而变小规定的值Cpn。此时，随着位置矢量Pv的大小变大，而相对于位置矢量Pv的大小，在每个规定的范围内阶段性地或者随着规定的函数而阶段性地变小规定的值Cpn。此时，当阶段性地切换规定的值Cpn时，为了不使操作力较大地变化，优选使规定的值Cpn的值顺畅地变化。

这样，通过随着位置矢量Pv的大小变大而缩小规定的值Cpn，从而即使力Fn是相同的大小，也能够缩小力的力矩M12的大小，而缩小操作力。由此，在以操作力和力控制增益为基础而求出操作轴的移动速度的情况下，即使力Fp是相同的大小，当机器人50的前端部58位于远离操作轴的位置时，也能够缩小操作轴的移动速度。通过在缩小了该移动速度、即轴的旋转速度的状态下使机器人50的前端部58移动，从而操作者能够更加安全地使机器人50移动。

另外，与参照图10的上述的说明相同，也可以计算并使用力的力矩M21。也就是说，当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，将力的力矩M21设为操作力。并且，当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，将力的力矩M12、或者力的力矩M12和力的力矩M21相加后的力的力矩设为操作力。并且，也可以通过对力的力矩M12和力的力矩M21分别乘以系数而改变大小，来相加调整了各自的影响力后的值。此时，也可以以位置矢量Pv的大小、力Fp的大小等为基础而调整该系数。

另外，在如上所述地计算力的力矩的情况下，即使力Fp的大小相同，也有计算的力的力矩的大小因力Fp的方向而变化了的问题。参照图14对用于处理该问题的方法进行说明。

图14是用于说明以如上所述的测力部21测量出的力Fs为基础、第二力计算部23计算针对操作轴31的操作力的其它的方法的图。图14中，以力Fs的并进方向的成分的力F作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，来求出由绕操作轴31的旋转中心线作用的并进方向的力构成的力。

首先，如上所述，以力Fs的并进方向的成分的力F为基础，来计算由平面C上的并进方向的力构成的力Fp。以计算出的力Fp的方向为基础，来求出力Fp和直线Lw所成的角度。比较该计算出的角度和规定的角度的范围Rp。当判定为力Fp的方向在规定的角度的范围Rp以内时，以使力Fp的方向成为作为代表的方向的规定方向Dn(未图示)的方式，使力Fp以点P2为旋转中心点旋转，由此计算力Fn。该力Fn的方向优选为与位置矢量Pv正交的方向。根据像这样求出的位置矢量Pn与力Fn的外积运算，来计算力的力矩，并将计算出的力的力矩M13设为操作力。

这样，当求出力的力矩时，通过使绕操作轴31的旋转中心线作用的力Fp的方向成为与方向对应地决定的代表的方向，来减少因力Fp的方向的变动引起的力的力矩的变动，从而能够防止操作力的变动、急剧的变化等。因此，能够使机器人50稳定地移动，从而能够提高操作性。

并且，在以操作力和力控制增益为基础而求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同的大小的力，也能够防止因力Fp的方向而操作轴的移动速度意外地变化。

并且，也可以与力Fp的方向对应地变更在使力Fp的方向旋转时使用的规定方向Dn。参照图15对与力Fp的方向对应地变更规定方向Dn而使力Fp的方向旋转的方法的一个例子进行说明。

如图15所示，作为规定的角度的范围，如范围Rp1、Rp2、Rp3那样设定依次不同的范围。以力Fp和直线Lw所成的角度为基础，判定力Fp的方向在上述角度的范围Rp1、Rp2、Rp3的哪个范围内。基于在每个范围预先设定的规定方向Dn，使力Fp的方向以点P2为旋转中心点地旋转。

例如当力Fp的方向在范围Rp1内时，将使力Fp向规定方向Dn旋转后的力Fn1设为力Fn。当力Fp的方向在范围Rp2内时，将使力Fp向其它的规定方向Dn旋转后的力Fn2设为力Fn。另外，当力Fp在范围Rp3内时，将使力Fp进一步向其它的规定方向Dn旋转后的力Fn3设为力Fn。当像这样在每个范围内阶段性地切换规定方向Dn时，为了不使操作力较大地变化，优选使力Fp的方向顺畅地变化，或者使计算的力的力矩M13顺畅地变化。

这样，通过以力Fp的方向为基础，在每个规定的范围内阶段性地改变在使力Fp的方向旋转时使用的规定方向Dn，能够尽量考虑力Fp的方向地改变力的力矩M13。另外，该情况下，能够防止力Fp的方向在规定的范围内时的力Fp的方向的变动所引起的力的力矩M13的细微的变动。由此，能够减少操作力的变动，使机器人50更加稳定、安全地移动，从而能够提高操作性。

并且，也可以随着位置矢量Pv的大小变大，而向规定方向Dn和位置矢量Pv所成的角度变小的方向变更规定方向Dn。此时，随着位置矢量Pv的大小变大，而相对于位置矢量Pv的大小，在每个规定的范围内阶段性地或者随着规定的函数而阶段性地向规定方向Dn和位置矢量Pv所成的角度变小的方向变更规定方向Dn。

当在每个范围内阶段性地切换规定方向Dn时，为了不使操作力较大地变化，优选使力Fp的方向顺畅地变化，或者使计算的力的力矩M13顺畅地变化。

这样，通过随着位置矢量Pv的大小变大，而向规定方向Dn和位置矢量Pv所成的角度变小的方向变更规定方向Dn，从而即使力Fn是相同的大小，也能够缩小力的力矩M13的大小，而缩小操作力。

由此，在以操作力和力控制增益为基础而求出操作轴的移动速度的情况下，即使力Fp是相同的大小，当机器人50的前端部58位于远离操作轴的位置时，也能够缩小操作轴的移动速度。通过在缩小了该移动速度、即轴的旋转速度的状态下使机器人50的前端部58移动，从而操作者能够更加安全地使机器人50移动。

另外，与参照图10的上述的说明相同，也可以计算并使用力的力矩M21。也就是说，当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，将力的力矩M21设为操作力。并且，当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，将力的力矩M13、或者力的力矩M13和力的力矩M21相加后的力的力矩设为操作力。另外，也可以通过对力的力矩M13和力的力矩M21分别乘以系数而改变大小，来相加调整了各自的影响力后的值。此时，也可以以位置矢量Pv的大小、力Fp的大小等为基础而调整该系数。

并且，也可以以在上述的力的力矩M12的计算时进行的平面C上的力Fp作用的位置矢量的伸缩调整的操作、和力的力矩M12的计算时进行的力Fs的并进方向的成分的力F的方向以及向规定方向的旋转操作为基础，来计算力的力矩。

参照图16对该计算方法的实施的一个例子进行说明。

图16与图10、图13、图14、图15等相同，是说明以测力部21测量出的力Fs为基础、第二力计算部23计算针对操作轴31的操作力的方法的图。

与上述相同，点P1是表示操作轴31的基准坐标系上的位置的原点。平面C是以使原点处于点P1且Z轴Az与操作轴31的旋转中心线一致、且X轴Ax以及Y轴Ay的所成的平面成为与操作轴31的旋转中心线正交的平面的方式，设定于操作轴31的坐标系的X轴Ax以及Y轴Ay所成的平面，成为X-Y平面。点P2是对作用于机器人50的前端部58的力进行测量时的力测量坐标系的原点的、将力测量点投影于平面C的点。位置矢量Pv在平面C中是从点P1向点P2的位置矢量。力Fp是以力Fs的并进方向的成分的力F为基础而如上所述地作为在平面C上绕操作轴31的旋转中心线作用的力而求出的并进方向的力。Lw是存在于平面C上且包括点P1以及点P2的直线。

此时，以由并进方向的力构成的力Fp作用的位置矢量Pv为基础，来计算使位置矢量Pv的大小伸缩调整至规定的值Cpn后的位置矢量Pn。以使由并进方向的力构成的力Fp作用的点移动至作为该位置矢量Pn的端点的位置P4的方式，将平行移动力Fp后的力设为力Fnp。

以在平面C上平行移动而求出的力Fnp的方向为基础，来计算力Fnp和直线Lw所成的角度。比较该计算出的角度和根据规定的角度而给予的规定的角度的范围Rp。当判定为力Fp的方向在规定的角度的范围Rp以内时，对使力Fp的方向向规定方向旋转后的力Fn进行计算。

根据像这样求出的位置矢量Pn与力Fn的外积运算，来计算力的力矩，并将计算出的力的力矩M14设为操作力。但是，当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，与上述相同，将力的力矩M21设为操作力。

这样，将绕操作轴31的旋转中心线作用的力Fp的方向设为与方向对应地决定的代表的方向，并且将力作用的位置矢量设为规定的大小。由此，当求出力的力矩时，能够减少点P2的位置的变动所引起的、并且力Fp的方向的变动所引起的力的力矩的变动，从而能够防止操作力的细微的变动、急剧的变化等。因此，能够使机器人50稳定地移动，从而能够提高操作性。

并且，在以操作力和力控制增益为基础而求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同的大小的力，也能够防止操作轴的移动速度因力Fp的方向而意外地变化。

并且，力Fp的方向的变更、将力Fp作用的位置矢量的大小设为规定的值的方法的其它的实施例、考虑力的力矩M22的方法等与上述相同。这样，能够提高对机器人50作用力而使之移动时的操作性，并且能够更加安全。

作为操作力的计算方法，对其它的实施例进行说明。

以测力部21测量出的力Fs的并进方向的成分的力F为基础，来求出绕操作轴31的旋转中心线作用的由并进方向的力构成的力Fp，并以由上述并进方向的力构成的力Fp的方向为基础，求出操作力的方向。或者，也可以以测力部21测量出的力Fs的并进方向的成分的力F的大小、或绕操作轴31的旋转中心线作用的力Fp的大小为基础，求出操作力的大小。

参照图17进一步对该实施例进行说明。

与上述的实施例相同，点P1是表示操作轴31的基准坐标系上的位置的原点。平面C是以使原点处于点P1且Z轴Az与操作轴31的旋转中心线一致、且X轴Ax以及Y轴Ay所成的平面成为与操作轴31的旋转中心线正交的平面的方式，设定于操作轴31的坐标系的X轴Ax以及Y轴Ay所成的平面，成为X-Y平面。点P2是对作用于机器人50的前端部58的力进行测量时的力测量坐标系的原点的、将力测量点投影于平面C的点。位置矢量Pv在平面C中是从点P1向点P2的位置矢量。力Fp是以力Fs的并进方向的成分的力F为基础而如上所述地作为在平面C上绕操作轴31的旋转中心线作用的力而求出的并进方向的力。Lw是存在于平面C上且包括点P1以及点P2的直线。

当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，操作力不起作用。而且，当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，如下所述。

首先，以力Fp为基础，如以下那样求出相对于操作轴31假想地作用的假想力。求出力Fp的矢量和位置矢量Pv的内积等，而通过力Fp的方向是与直线Lw正交的正方向(+Rq的方向)、还是与直线Lw正交的负方向(－Rq的方向)，来求出假想力的方向，并决定假想力的符号。在图17所示的情况下，求出力Fp的方向是与直线Lw正交的+方向(+Rq的方向)。因此，以该方向为基础，将假想力的方向设为正方向，并使假想力的符号为正。

另外，以力Fp的大小为基础，或者将力Fs的并进方向的成分的力F的大小设为假想力的大小。或者，也可以将力Fp的与位置矢量Pv正交的成分的大小设为假想力的大小。将像这样求出的假想力Fk设为操作力。

另外，也可以计算并使用以测力部21测量出的力Fs的力矩成分的力M为基础而求出的上述力的力矩M21。当位置矢量Pv的大小比规定的值小时，将力的力矩M21设为操作力。

另外，当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，将对上述假想力Fk乘以规定的值后的值、或者对上述假想力Fk乘以规定的值后的值和力的力矩M21相加后的力的力矩设为操作力。另外，也可以通过对上述假想力Fk乘以规定的值后的值和力的力矩M21分别乘以系数而改变大小，从而使调整了各自的影响力后的值相加。此时，也可以以位置矢量Pv的大小、力Fp的大小等为基础而调整该系数。

与上述的说明相同，在欲排除测力部21测量出的力Fs的力矩成分的力M的影响的情况、欲仅使力Fs的并进方向的力移动的情况下，优选不考虑力的力矩M21，而是将以假想力Fk为基础的力设为操作力。

当控制模式为第二控制模式时，操作指令部24基于如上所述地求出的操作力和与由操作轴设定部25设定的力的方向对应地决定的移动方向来使操作轴移动。此时，操作指令部24以操作力的符号和与操作轴设定部25设定的力的方向对应地决定的、此处为与操作力的符号对应地决定的操作轴的移动方向为基础，决定操作轴的目标移动方向(旋转轴的情况、旋转方向)，并以操作力的大小为基础而计算操作轴的目标移动速度。

此时，优选通过进行对操作力的大小乘以决定针对力的移动的响应性的力控制增益后的力控制，来计算操作轴的目标移动速度。并且，也可以与从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离对应，来变更上述力控制增益。

此时，以从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离为基础，在每个规定的范围内阶段性地、或者根据规定的函数而阶段性地、或者根据规定的函数而连续地变更力控制增益。此外，当阶段性地切换力控制增益时，为了不使机器人50的移动速度急剧且较大变化，优选使移动的速度顺畅地变化。

由此，能够通过机器人50的前端部58的位置，变更针对操作力的响应性，并能够在每个空间的区域内调整机器人50的移动速度。

此处，在从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离较大的情况和较小的情况下，考虑相对于相同的操作力，使操作轴的速度以相同的角速度移动。在最短距离较大的情况下，与最短距离较小的情况相比，机器人50的前端部58的并进方向的速度变快。

而且，在机器人50的前端部58的位置离操作轴较远的情况下，与机器人50的前端部58的位置离操作轴较近的情况相比，针对相同的操作力的操作轴的角速度慢的一方安全且容易操作。因此，也可以随着从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离变大，而缩小力控制增益。

由此，即使在操作力的大小相同的情况下，随着机器人50的前端部58的位置远离操作轴，能够减小机器人50的前端部58的速度。其结果，能够提高安全性，并且能够提高操作性。

并且，在与操作力的大小对应地改变操作轴的目标移动速度的情况下，即使操作力的大小相同，随着机器人50的前端部58远离操作轴，机器人50的前端部58的切线速度也变大。

因此，当控制模式为第二控制模式时，操作指令部24基于如上所述地求出的操作力和与由操作轴设定部25设定的力的方向对应地决定的移动方向来使操作轴移动，此时基于操作力来求出绕操作轴的旋转中心线的机器人50的前端部58的目标移动方向以及目标切线速度。而且，操作指令部24也可以以机器人50的前端部58的目标移动方向以及目标切线速度为基础，求出操作轴的目标移动方向以及目标移动速度，并使上述操作轴移动。

由此，在操作力的大小相同的情况下，能够与机器人50的前端部58的位置无关地使机器人50的前端部58的切线速度相同。该情况下，随着机器人50的前端部58远离操作轴，即使操作力的大小相同，操作轴的旋转速度也变小。

并且，为了得到这样的效果，在以操作力的大小为基础而计算操作轴的目标移动速度的情况下，如上所述，也可以随着从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离变大，而缩小力控制增益。并且，为了得到上述的效果，在计算操作力时，也可以以从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离进行除法运算而使之变小来求出。

另外，在基于操作力而求出绕操作轴的旋转中心线的机器人50的前端部58的移动方向以及切线速度后，当求出操作轴的目标移动方向以及目标移动速度时，也可以通过对操作力的大小乘以决定针对力的移动的响应性的力控制增益后的力控制，来计算机器人50的前端部58的目标切线速度。此时，也可以与从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离对应地变更力控制增益的值。

这样的情况下，以从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离为基础，在每个规定的范围内阶段性地、或者随着规定的函数而阶段性地、或者随着规定的函数而连续地变更力控制增益。此外，当阶段性地切换力控制增益时，为了不使机器人50的移动速度急剧且较大地变化，优选使移动的速度顺畅地变化。

另外，上述的情况下，也可以随着从操作轴的旋转中心线至机器人50的前端部58的最短距离变大，而缩小力控制增益。由此，随着机器人50的前端部58的位置远离操作轴的旋转中心线，能够减小绕操作轴的旋转中心线的机器人50的前端部58的切线速度，从而能够更加安全地操作机器人50。

如上所述，当控制模式为第二控制模式时，操作指令部24以操作轴设定部25的设定和第二力计算部23计算的操作力为基础，来输出使作为操作轴的机器人50的所希望的轴移动的指令。

在实现本发明的第一实施方式的机器人控制装置10的机器人控制装置10a中，当对机器人50的前端部58作用力而使机器人50移动时，在使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动时，使机器人50的各轴的位置在奇异姿势的附近移动。另外，使用奇异姿势附近判定部27判定并切换进行每个控制周期的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的控制、或者进行每个控制周期的机器人50的所希望的各轴的位置的控制。因此，本发明中，具有以下的效果。

在机器人50处于奇异姿势的附近的情况下，存在如下状态，即、在通常的正交坐标系上的动作中无法移动的状态、正交坐标系上的控制性能恶化的状态、或者无法控制的状态。本发明中，通过检测这样的状态，并与操作力对应地切换为控制各轴的位置的动作，从而能够使机器人在奇异姿势的附近稳定地通过。

而且，与作用于机器人50的前端部58的力对应，能够使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势向使其移动的操作中无法移动的各轴的位置移动。

并且，在奇异姿势的附近，对于规定的轴、所希望的轴，能够进行各轴的移动操作，并且通过将适当的轴选定为操作的轴，能够使各轴的移动操作更加简单。

另外，奇异姿势的附近也是决定机器人50的轴的位置的形态变化的场所。因此，通过在奇异姿势的附近使各轴移动，能够在正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动中无法移动的位置通过，而能够向其它的形态移动。此外，此处所说的机器人的“形态”是指，当机器人的前端部处于某位置以及姿势时，轴的位置不唯一地决定，是决定轴的位置处于哪种轴的状态的形态。而且，当对机器人50的前端部58作用力而在正交坐标系上使机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动时，暂时向奇异姿势的附近移动而使各轴移动，从而能够进行其它的形态的正交坐标系上的移动操作。

并且，在奇异姿势的附近或其跟前，即使仅使正交坐标系上的位置稍微移动，也有旋转轴意外地较大地旋转的情况。此时，在奇异姿势的附近向各轴的移动操作切换，从而能够使意外地移动的各轴处于原先的所希望的位置。

通过与对机器人50的前端部58作用力这样的相同的操作，来切换正交坐标系上的移动操作和使各轴移动的移动操作。由此，容易使机器人50的姿势向更加任意的姿势移动。

并且，通过将包括成为处于奇异姿势的附近的要因的轴或者在奇异姿势的附近通过的轴的轴设为操作轴，操作轴设定部25从进行各轴的控制的控制模式向进行正交坐标系上的控制的控制模式的切换变得容易。

而且，本发明中，利用奇异姿势的附近的状态，来切换控制模式。因此，容易明白用于切换进行正交坐标系上的控制的控制模式和移动各轴的位置的控制模式的、机器人50的各轴的位置的状态以及时机，从而控制模式的切换的操作变得容易。

图18是功能性表示本发明的第二实施方式的机器人控制装置10b的结构的图。如图所示，机器人控制装置10b具备测力部21、第一力计算部22、第二力计算部23、操作指令部24、操作轴设定部25、存储部26と、轴位置状态判定部28以及显示输出部71。

机器人控制装置10b使用轴位置状态判定部28来代替机器人控制装置10a的奇异姿势附近判定部27，形成为对控制机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的第一控制模式和控制机器人50的轴的位置的第二控制模式进行切换。

并且，操作轴设定部25和操作指令部24构成为使用轴位置状态判定部28来代替奇异姿势附近判定部27。机器人控制装置10b的结构以及作用中，作为本发明的第一实施方式的机器人控制装置10，省略与关联图2地对机器人控制装置10a说明的实施方式重复的内容的说明。

轴位置状态判定部28进行机器人50的多个轴中一个或多个规定的轴的位置是否处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的判定。例如，对于机器人50的一个或者多个轴而言，判定每个轴的位置是否满足如下的规定的位置关系的条件，即，从每个上述轴设定的规定的位置开始是否在阈值以内。或者，根据多个轴的位置关系，判定基准坐标系上的某轴的原点的位置是否满足规定的位置关系的条件。也可以通过使用这样的轴位置状态判定部28来作为奇异姿势附近判定部27，根据轴位置的状态判定来进行是否处于奇异姿势的附近的判定。

该情况的实施例与作为奇异姿势附近判定部27的实施例而表示的相同。也就是说，对于奇异姿势的状态而言，在每个分类中，进行各轴的位置是否满足如下规定的位置关系的条件的判定，即，从设定于每个上述轴的规定的位置开始是否在阈值以内。或者，根据多个轴的位置关系，判定基准坐标系上的某轴的原点的位置是否满足规定的位置关系的条件，而进行机器人50的轴的位置是否处于规定的状态的判定。

即使在机器人50的规定的轴的位置未处于奇异姿势的附近的状态的情况下，当控制机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势时，轴位置状态判定部28也可以判定是否处于通常不使机器人50的前端部58的位置移动的状态、或者是否处于向这样的状态移动的频度较少的状态。

轴位置状态判定部28对处于这样的状态的轴的位置进行检测。此时，如后文所述，操作指令部24在机器人50的移动操作中能够容易切换控制机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的上述第一控制模式、和控制机器人50的轴的位置的上述第二控制模式。

当由轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，操作轴设定部25以机器人50的当前的各轴的位置为基础，将包括成为处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的要因的轴、或者在满足规定的位置关系的条件的状态的位置通过的轴的一个或多个规定的轴设定为与力对应地移动的操作轴。并且，设定与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向。

此时，与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向基于预先设定的值、或者基于成为奇异姿势的附近时的操作轴的移动方向和施加于操作轴的力的方向来设定。

当从多个轴内选择轴而设定操作轴时，在一个或多个规定的轴的位置成为处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的要因的轴，或者在通过该状态的位置的轴以外的轴中，以此时的机器人50的各轴的位置为基础，将规定的轴选择为操作轴。

操作指令部24以基于作用于机器人50的前端部58的力使机器人50移动的方式，以测力部21测量出的力为基础，使用第一力计算部22或者第二力计算部23计算出的操作力，而输出使机器人50移动的操作指令。

操作指令部24具有使机器人50移动的第一控制模式和第二控制模式作为使机器人50移动的控制模式。当由轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置未处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，操作指令部24将使机器人50移动的控制模式设定为第一控制模式。而且，当由轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，操作指令部24将使机器人50移动的控制模式设定为第二控制模式。而且，基于设定的控制模式，使机器人50移动。

接下来，参照图19，对操作者60在机器人50的前端部58作用力而使机器人50移动时的、本发明的第二实施方式的机器人控制装置10b所进行的处理的过程的一个例子进行说明。图19是表示机器人控制装置10b所进行的处理的过程的一个例子的流程图。

以下，参照图19的流程图以及相关的附图，对在机器人50的前端部58作用力而使机器人50移动时的、机器人控制装置10b所进行的控制模式的切换的执行处理进行说明，并且参照图8的流程图以及相关的附图，对控制模式是第二控制模式时的机器人控制装置10b所进行的执行处理进行说明。

此外，此处说明的一系列的处理是一个例子，需要注意的是本发明不限定于该具体例。图19是表示设定控制模式的处理的一个例子的图。

若开始使机器人50移动的处理，则由轴位置状态判定部28进行一个或多个规定的轴的位置是否处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的判定(步骤SA1)。而且，使用该轴位置状态判定部28，判定进行每个控制周期的正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的控制、或者进行每个控制周期的所希望的各轴的位置的控制。

当由轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置未处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，将控制模式设为第一控制模式(步骤SA2)。

当由轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，将控制模式设为第二控制模式(步骤SA3)。

接下来，与控制模式对应地变更使机器人50移动的操作指令。该方法与如上所述地参照图7说明的控制模式是第一控制模式的处理及参照图8说明的控制模是第二控制模式的处理相同。

这样，使用轴位置状态判定部28，以机器人50的轴的位置为基础，能够切换进行正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式、和进行机器人50的各轴的位置的移动的第二控制模式，并且能够指定操作各轴的情况下的轴。因此，当对机器人50的前端部58作用力而使之移动时，不使用另外准备的输入装置进行输入作业，就能够切换控制模式。

另外，能够一边进行在机器人50的前端部58作用力这样的操作，一边使正交坐标上的位置以及/或者姿势移动，或使所希望的各轴移动。例如，当对机器人50的前端部58作用力而使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动时，一边对机器人50的前端部58作用力一边使所希望的各轴移动，而在以正交坐标系上的通常的移动中不会移动的位置通过、并且从某位置到达通常不能移动的位置。之后，能够再次进行正交坐标系上的移动等。

由此，操作者不需要另外准备切换设定的教学装置，也不需要进行用于切换设定的输入操作。因此，能够抑制机器人系统的成本，并在移动操作中，容易向正交坐标系上的任意位置、姿势、或者任意的轴的位置移动，并且能够更加顺畅地连续且舒适地进行。

进一步对控制模式是第二控制模式的情况下的使各轴的位置移动的处理的实施例进行说明。对如下方法进行说明，即，当轴位置状态判定部28判定为一个或多个规定的轴的位置处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置时，在图8的步骤S22中，操作轴设定部25以各轴的当前位置为基础，设定操作轴以及与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向。而且，进一步说明相同的情况下图8的步骤S23中由第二力计算部23计算用于使操作轴移动的操作力的方法、以及步骤S24中由操作指令部24生成移动的操作指令的方法。

首先，由轴位置状态判定部28，将规定的轴设为J5轴55，并判定J5轴55的位置是否在规定的阈值以内。该规定的阈值是通常不使机器人50的前端部58的位置以及/或者姿势移动的值。例如，图1中，机器人50的前端部58、凸缘部57是在连接J4轴54和J5轴55的连杆上通常接近至不移动的位置的状态的位置、或者J3轴53的原点、J5轴55的原点以及凸缘部57的原点在直线上以及在其附近存在的状态(此处，将该位置设为J5轴55的位置为0度)的位置。此处，判定J5轴55从0度开始是否在阈值以内，当在上述阈值以内时，处于满足规定的位置关系的条件的状态。

当J5轴55从0度开始在阈值以内的满足规定的位置关系的条件的状态时，操作轴设定部25如下设定操作轴。以包括成为处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的要因的轴、或者在满足规定的位置关系的条件的状态的位置通过的轴亦即J5轴55的方式，从多个轴中选定轴，而设定操作轴。

并且，以各轴的当前位置为基础，也选定成为处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的要因的轴、或者在满足规定的位置关系的条件的状态的位置通过的轴以外的轴，作为设定为操作轴的轴。此处，与J4轴54的位置对应地也将J5轴55以外的轴设定为操作轴。

这因如下而引起。在以绕J5轴55的旋转中心线作用的并进方向的力为基础而求出操作力的情况下，当作用于机器人50的前端部58的并进方向的力的方向是与J5轴55的旋转中心线平行的方向时，操作力几乎不起作用。

因此，当作用接近与J5轴55的旋转中心线正交的方向的并进方向的力时，使J5轴55移动。而且，在并进方向的力的方向是除此以外的方向的情况下，使不同的轴移动。

若J4轴54的位置变化，则J5轴55的旋转中心线与J1轴51轴的旋转中心线所成的角度、与J2轴52的旋转中心线所成的角度、与J3轴53的旋转中心线所成的角度变化。为了与该状态对应，从J1轴51、J2轴52以及J3轴53中，切换作为操作轴而设定的轴，而利用J4轴54的位置来判定哪个轴是操作轴。

当J4轴54的位置是J5轴55的旋转中心线与J1轴51的旋转中心线所成的角度从90度开始在阈值以内的位置的情况下，作为J5轴55以外的操作轴而将J1轴51设为操作轴。

当J4轴54的位置为J5轴55的旋转中心线与J2轴52的旋转中心线所成的角度是从90度在阈值以内的位置的情况下，作为J5轴55以外的操作轴而将J2轴52设为操作轴。在J4轴54的位置为J5轴55的旋转中心线与J3轴53的旋转中心线所成的角度是从与上述的J2轴52的情况相反的方向的90度开始在阈值以内的位置的情况下，作为J5轴55以外的操作轴而将J3轴53设为操作轴。

在J4轴54的位置是不满足上述条件的位置的情况下，作为J5轴55以外的操作轴而将J4轴54设为操作轴。由此，能够使J4轴54的位置向上述的将J1轴51、J2轴52以及J3轴53设为操作轴的位置移动。

此外，该情况下，在作用力的位置处于J4轴54的旋转中心线上的情况下，使操作力作为力的力矩而移动。在作用力的位置未处于J4轴54的旋转中心线上的情况下，将操作力作为并进方向的力、力的力矩双方而使之移动。

并且，在上述的情况下，当在J5轴55的旋转中心线与J1轴51的旋转中心线所成的角度从与上述的情况相反的90度开始在阈值以内的位置存在J4轴54的情况下，作为J5轴55以外的操作轴，也可以将其它的轴例如J4轴54设为操作轴。

这样，当满足规定的位置关系的条件的状态时，将包括成为处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的要因的轴、或者在满足规定的位置关系的条件的状态的位置通过的轴的多个轴设定为操作轴。此外，也可以将这样的方法用于机器人控制装置10a的实施方法。

如上所述，选定操作轴，与操作轴的力的方向对应地决定的移动方向在该情况下，对于任一个轴，都是与力的方向相同的方向。步骤23中，相对于上述操作轴设定部25设定的操作轴而第二力计算部23计算操作力的方法与上述机器人控制装置10a的情况的方法相同。

步骤24中，操作指令部24基于第二力计算部23计算出的操作力和与操作轴设定部25设定的力的方向对应地决定的移动方向，与上述机器人控制装置10a的情况的方法相同地生成使操作轴设定部25设定的操作轴的位置移动的操作指令。

本发明的第三实施方式中，机器人控制装置10的操作轴设定部25还优选以在从进行正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式开始、成为进行各轴的位置的移动的第二控制模式之前或者成为第二控制模式时的、对作为操作轴的轴施加的力的方向和作为上述操作轴的轴的移动方向为基础，来设定与对上述操作轴施加的力的方向对应地决定的移动方向。

在不考虑从第一控制模式进入第二控制模式前的移动动作的情况下，不仅存在操作上的不协调感、压迫感、困难，而且还有如下情况，即，因机器人50的前端部58的直坐标系上的移动操作而在第二控制模式时的位置与第一控制模式时的位置的边界的部分，通过重复切换与控制模式相关的状态，从而成为不稳定的动作。

对于第一控制模式的某操作轴而言，考虑从对该操作轴施加的力的方向与机器人50的移动方向是相反方向的状态向第二控制模式切换的情况。此时，当从第一控制模式向第二控制模式切换后，若使力的方向与移动方向的关系和之前的状态相同，则正当在第二控制模式中移动时，有返回第一控制模式的可能性。

为了处理该情况，当从第一控制模式向第二控制模式切换时，也可以以向第二控制模式切换时或其之前的、移动动作、作为操作轴的轴的移动方向、对作为操作轴的轴作用的力的方向为基础，来设定与操作轴的力的方向对应地决定的移动方向。由此，没有从第一控制模式的状态向第二控制模式的状态过渡而通过时的操作上的不协调感、压迫感、困难，从而能够使机器人继续移动。

图1所示的结构的机器人中，当使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置并进移动时，在J3轴53的原点、J5轴55的原点、凸缘部57的原点处于在直线上以及其附近存在的状态的情况下，有成为上述的状况的情况。

此时，以成为上述的状态前或者处于上述的状态的附近后的、J5轴55的移动方向和施加于J5轴55的力的方向为基础，设定与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向。

或者，在成为上述的状态前，当进行正交坐标系上的机器人50的前端部58的移动操作时，在移动操作是并进方向的情况下，操作轴的移动方向是与力的方向相反的方向。另外，在移动操作是旋转方向的操作的情况下，操作轴的移动方向也可以是与力的方向相同的方向。由此，能够使在成为上述的状态的附近前进行的正交坐标系上的移动操作和与力的方向对应的操作轴的移动方向相同，从而能够使操作性良好。

这样，通过考虑规定的状态、进入奇异姿势的附近前的移动动作，在向上述的状态的过渡、通过中，不会给予操作上的不协调感、压迫感、困难，从而能够顺利地进行移动操作。

本发明的第四实施方式中，机器人控制装置10的操作指令部24还优选为在第二控制模式中，使一个或多个操作轴中向与施加于轴的力的方向相反的方向移动的操作轴的原点的位置向包括与机器人50的前端部58的位置因上述操作轴的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动，或者向包括施加于上述操作轴的力的方向的成分的方向移动。

对这样的移动操作的一个实施例进行说明。图1所示的结构的机器人50中，当使正交坐标系上的机器人50的前端部58的位置并进移动时，当J3轴53的原点、J5轴55的原点、凸缘部57的原点成为在直线上以及其附近存在的规定的状态的位置的情况下，将控制模式向第二控制模式切换，将操作轴设为J5轴55，并使操作轴向与施加于操作轴的力的方向相反的方向移动。

此时，若仅使J5轴55的轴移动，则在机器人50的前端部58，作用力的部分向与作用力的方向相反的方向移动。因此，操作者能够感到操作上的不协调感、压迫感、困难。为了减少上述情况，当使J5轴55移动时，同时将J1轴51、J2轴52、J3轴53设为操作轴而使它们移动。此时，通过使J1轴51、J2轴52、J3轴53移动，来使J5轴55的原点的位置向包括与机器人50的前端部58因J5轴55的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动。或者通过使J1轴51、J2轴52、J3轴53移动，来使J5轴55的原点的位置向包括施加于J5轴55的力的方向的成分的方向移动。由此，使J5轴55的原点的位置向作用力的方向移动，从而能够缩小机器人50的前端部58向与作用力的方向相反的方向移动的移动量。并且，能够使机器人50的前端部58向接近作用力的方向的方向移动。

但是，在作为向与施加于轴的力的方向相反的方向移动的操作轴的J5轴55的原点的位置的移动量较大的情况下，即使使作为操作轴的J5轴55的各轴的位置移动，随着J5轴55的原点的移动，隔着J5轴55部分的连杆所成的角度的变化量变小，在J3轴53的原点、J5轴55的原点、凸缘部57的原点在直线上以及其附近存在的规定的状态的位置通过且拔出需要花费时间。因情况，也有在上述规定的状态的位置无法通过且拔出的情况。为了不陷入这样的状况，使作为向与施加于轴的力的方向相反的方向移动的操作轴的J5轴55的原点的位置移动的移动量成为因J5轴55的轴的旋转移动动作而机器人50的前端部58的位置移动的量、并且对该移动量乘以规定的系数后左右。或者，优选是对因J5轴55的动作而机器人50的前端部58的位置移动的移动量乘以规定的系数后的移动量。

另外，对如下其它的实施例进行说明，即，在第二控制模式中，能够减少操作轴向与作用力的方向相反的方向移动所引起的操作上的不协调感、压迫感、困难。J2轴52以及J3轴53这两个轴的旋转中心线平行并且朝向相同的方向。此时，当将J2轴52设为向与作用的力的方向相反的方向移动的操作轴时，也可以将J3轴53设为向与力的方向相同的方向移动的操作轴而动作。通过使J3轴53与J2轴52同时移动，能够使向与作用的力的方向相反的方向移动的J2轴52的原点的位置向包括与机器人50的前端部58的位置因J2轴52的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动，或者向包括施加于J2轴52的力的方向的成分的方向移动。或者，当将J3轴53设为向与作用的力的方向相反的方向移动的操作轴时，也可以使J2轴52作为向与力的方向相同的方向移动的操作轴而动作。通过使J2轴52与J3轴53同时移动，能够使向与作用的力的方向相反的方向移动的J3轴53的原点的位置向包括与机器人50的前端部58的位置因J3轴53的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动，或者向包括施加于J3轴53的力的方向的成分的方向移动。由此，能够缩小使机器人50的前端部58向与力的方向相反的方向移动的量，或者能够使机器人50的前端部58向与力的方向相同的方向移动。因此，能够减少操作上的不协调感、压迫感、困难。以上，如上所述，第二控制模式中，能够提高使操作轴移动时的操作性。

另外，图22A至图22D是机器人50的局部放大图。这些附图中，表示操作者60沿箭头方向对机器人50的前端部58作用力F1而使机器人50移动的情况。此时，机器人50的前端部58顺时针方向地绕J5轴55旋转移动。以下叙述移动动作的详细。

图22A中表示了如下情况，即，在与作用的力对应地进行正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式中，使机器人50的前端部58绕J5轴55旋转移动。此时，由于绕J5轴55旋转移动，所以仅J5轴55移动。通过这样的旋转移动，如图22B所示，连杆82(连接J3轴53以及J4轴54和J5轴55的连杆)以及连杆83(从J5轴55以及J6轴56连接到凸缘部57的连杆)以成为直线的方式相互接近。

本发明中，图22B所示的状态中，当连杆82以及连杆83以成为直线的方式接近时，进行从第一控制模式向第二控制模式的切换。该理由是因为，在本发明的机器人中，在J5轴55的上述部分接近直线的情况下，机器人50处于奇异姿势附近，而无法执行第一控制模式的移动

在第二控制模式时或者在其之前，以被操作的轴的第二力计算部23计算出的力和各轴的移动方向为基础，操作轴设定部25设定第二控制模式时的与力的方向对应地决定的移动方向。从图22A可知，该情况下，J5轴55的移动方向是与绕J5轴55的力的力矩的朝向相同的朝向。

而且，如图22C所示，当连杆82以及连杆83存在于直线上以及其附近时，保持第二控制模式不变。接下来，如图22D所示，进行旋转移动，若连杆82以及连杆83不成为直线，则从第二控制模式向第一控制模式切换。

这样在从图22A至图22D所示的情况下，当操作者60对机器人50的前端部58作用力F1使之移动时，从第一控制模式向第二控制模式切换，并再次返回第一控制模式。该动作期间，力F1的方向与J5轴55的旋转移动方向是相同的方向。换言之，由于在施加力F1的方向上使J5轴55移动，所以能够顺利地通过第二控制模式的状态。

此外，图23A至图23D中表示了如下情况，即，操作者60沿箭头方向对机器人50的前端部58作用力F2，而使之向逆时针方向绕J5轴55旋转移动。该情况下，图23A中以第一控制模式移动，图23B以及图23C中以第二控制模式移动，图23D中以第一控制模式移动。这样的情况下，可知能得到与图22A至图22D所示的情况相同的效果。

另外，图24A至图24D是机器人50的局部放大图。这些附图中表示操作者60沿箭头方向对机器人50的前端部58作用力F3而使机器人50移动的情况。此时，机器人50的前端部58向逆时针方向绕J5轴55旋转移动。以下说明移动动作的详细内容。

图24A中，表示了以与作用的力对应地进行正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式使机器人50的前端部58向下方并进移动的情况。此时，与图22A所示的状况不同，由于使机器人50的前端部58向下方并进移动，所以不仅J5轴55，机器人50的J2轴52、J3轴53等其它的轴也移动。这由保持机器人50的前端部58的姿势而引起。因此，与图22A所示的状况不同，J5轴55向逆时针方向绕J5轴55移动。通过这样的并进移动，如图24B所示，连杆82以及连杆83以成为直线的方式相互接近。

本发明中，在图24B中表示的状态下，当连杆82以及连杆83以成为直线的方式接近时，进行从第一控制模式向第二控制模式的切换。其理由与上述相同。

在第二控制模式时或者在其之前，以被操作的轴的第二力计算部23计算出的力和各轴的移动方向为基础，操作轴设定部25设定第二控制模式时的与力的方向对应地决定的移动方向。从图24B可知，该情况下，J5轴55的移动方向与绕J5轴55的力的力矩的朝向反向。

而且，如图24C所示，当连杆82以及连杆83存在于直线上以及其附近时，保持第二控制模式不变。接下来，如图24D所示，进行J5轴55的旋转移动，若连杆82以及连杆83不成为直线，则从第二控制模式向第一控制模式切换。

这样在从图24A至图24D所示的情况下，当操作者60对机器人50的前端部58作用力F3而使之移动时，从第一控制模式向第二控制模式切换，并再次返回第一控制模式。该动作期间，由于J5轴55的旋转移动方向相同而继续，所以能够顺利地通过第二控制模式的状态。此外，在从第一控制模式向第二控制模式切换的图24B中，作为与力的方向对应地决定的移动方向，将力F3的方向与J5轴55的旋转移动方向设定为相同的方向并使之移动，该情况下，第一控制模式与第二控制模式在其边界部分重复切换，从而以第二控制模式无法良好地移动。

并且，上述的动作期间，在第一控制模式以及第二控制模式中，由于J5轴55的旋转移动方向是相同的方向并继续，所以顺利地通过第二控制模式的状态，并移动至其它的第一控制模式的状态。

并且，图24A所示的第一控制模式的移动中，当向下方施加力而进行正交坐标系上的并进移动时，由于机器人50的前端部58向与力的方向相同的下方移动，所以操作者60不会感到不协调感。当向下方移动时，从图24A的状态开始，连杆82以及连杆83以成为直线的方式接近。此时，力F3的方向和J5轴55移动的方向相互相反。

而且，图24B、图24C所示的第二控制模式的移动中，J5轴55向与力F3的方向相反的方向移动，而通过第二控制模式的状态。然而，此时，若仅使J5轴55移动，则机器人50的前端部58向与施加力的方向相反的方向移动，从而操作者60有感到由机器人50的前端部58压回、抬起那样的不协调感、难以操作。

为了减少该不协调感、难以操作，优选使用J1轴51、J2轴52、J3轴53，在图24B、图24C所示的第二控制模式的移动中，使J5轴55的原点的位置向下方移动。此时，机器人50的前端部58的位置移动的方向由J5轴55所引起的机器人50的前端部58的移动量和J5轴55的原点的位置的移动量决定。并且，J5轴55的原点的位置由J1轴51、J2轴52、J3轴53的移动决定。以通过J5轴55的旋转移动来尽量减少机器人50的前端部58的位置向与力的方向相反的方向移动的移动量的方式，使J1轴51、J2轴52、J3轴53移动。由此，减少操作者60由机器人50压回的感觉。此外，本实施例所示的机器人50中，J5轴55的原点的位置由J1轴51、J2轴52、J3轴53的位置决定。因此，通过使J1轴51、J2轴52、J3轴53作为操作轴而如上所述地移动，能够使J5轴55的原点的位置向所希望的方向移动。并且，机器人50所示的轴结构中，若仅使J1轴51、J2轴52、J3轴53移动，则由此J5轴55的原点移动，且机器人50的前端部58也向相同的方向并进移动。

这样，期望从图24B、图24C所示的第二控制模式的状态向图24D所示的状态移动，并向第一控制模式切换。此时，如图25所示，通过将J1轴51、J2轴52、J3轴53设为操作轴并使之移动，从而若J5轴55的原点的位置、机器人50的前端部58的位置向下方移动的移动量较大，则与J5轴55连接的连杆82的姿势变化。该情况下，J5轴55向图示的移动方向移动，但隔着J5轴55的连杆82和连杆83所成的角度的变化量较小。因此，隔着J5轴55的连杆82和连杆83所成的角度的关系成为图24D所示的状态需要花费时间，也会产生达不到这样的状态的情况。因此，优选通过使除向与力的方向相反的方向移动的操作轴以外的轴移动，而将J5轴55的原点的位置、机器人50的前端部58的位置向下方移动的移动量抑制在规定的值以内。

此外，图26A至图26D中表示了如下情况，即，操作者60沿箭头方向对机器人50的前端部58作用力F4，而在第一控制模式以及第二控制模式中，使J5轴55的旋转移动方向顺时针方向地绕J5轴55而向相同的方向旋转移动。该情况下，在图26A所示的状态下以第一控制模式移动，图26B以及图26C中以第二控制模式移动，图26D中以第一控制模式移动。这样的情况下，可知能得到与图24A至图24D所示的情况相同的效果。

本发明的第五实施方式中，机器人控制装置10的操作指令部24还优选为，在第一控制模式和第二控制模式这两个控制模式中，当从一个控制模式向另一个控制模式切换时，在使全部的轴减速停止或者使速度比规定阈值小之后进行切换。

由此，在构成机器人50的全部的轴减速至安全速度或者使全部的轴减速停止后，切换控制模式。因此，操作者容易明白控制模式的切换的时机，并且能够更加安全地进行与力对应的操作。

本发明的第六实施方式中，机器人控制装置10的操作指令部24还优选为，在第一控制模式和第二控制模式这两个控制模式中，当从第一控制模式向第二控制模式切换时，使以第二控制模式动作的轴以外的轴减速停止。

由此，当将控制模式从第一控制模式向第二控制模式切换时，仅使另一个不动作的轴减速停止，而使由另一个控制模式操作的轴继续移动。因此，能够继续进行移动操作、能够一边保持安全性一边迅速地向目的的位置移动，从而能够提高操作性。

本发明的第七实施方式中，机器人控制装置10还优选具备显示输出部71，该显示输出部71进行是第一控制模式和第二控制模式中的哪一个控制模式的显示输出，并且在第二控制模式时，进行操作轴设定部25设定的操作轴和与施加于该操作轴的力的方向对应地决定的移动方向的显示输出。

如图20所示，在具备由本发明的其它的实施方式的机器人控制装置10控制的机器人50的机器人系统11中，优选以机器人控制装置10的显示输出部71的显示输出为基础，显示输出与机器人50的移动操作相关的各种状态的显示装置70与机器人控制装置10连接。

并且，为了当进行各种状态的确认时，操作者60也可以不保持显示装置70，显示装置70也可以在机器人50上的适当的位置、例如如图21所示地在机器人50的前端部58、并且在连接构成机器人50的轴间的连杆上等作为显示器、显示灯等而安装。另外，该显示装置70也可以是兼作输入装置的装置，也可以是输入各种设定的装置、并且也可以是能够进行机器人50的移动操作、停止的操作输入的装置。

图2、图18所示的显示输出部71显示是否是与力对应地使机器人50移动的状态、或者是否是通过教学装置等移动的状态、或者是否是能够使机器人50移动的状态。在是能够与力对应地使机器人50移动的状态的显示中，优选显示测力部21是否是能够正确地测量力的状态、并且为了由测力部21对操作者作用于机器人50的前端部58的实质的力进行测量而是否正确地取得了例如安装于力传感器的物体的质量或重心等必要的信息、并且使机器人50的轴移动的促动器是否能够动作等。

另外，当能够与力对应地使机器人50移动的状态时，并且当与力对应地使机器人50移动时，显示装置70输出显示控制模式是第一控制模式和第二控制模式中哪一个控制模式。并且，当控制模式是第二控制模式时，也显示由操作轴设定部25设定的操作轴、以及与操作轴的力的方向对应地决定的移动方向。

此时，在图2所示的机器人控制装置10a的结构例中，显示输出部71还显示输出是奇异姿势的情况、奇异姿势的分类、成为处于奇异姿势的附近的要因的轴、在上述奇异姿势的附近通过的轴等。

并且，在图18所示的机器人控制装置10b的结构例中，显示输出部71还显示输出规定的轴的位置是满足规定的位置关系的条件的状态的情况、满足哪一个规定的位置关系的条件的状态、成为处于上述状态的位置的要因的轴、在上述状态的位置通过的轴等。由此，能够提高操作性。

发明的效果如下。

根据第一方案，以机器人的当前的轴的位置为基础而选定应被操作的轴，并能够使所希望的轴、在机器人的奇异姿势通过的轴与作用于机器人的前端部的力对应地移动。

并且，以机器人的轴的位置为基础，能够切换进行正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式、和进行各轴的位置的移动的第二控制模式，还能够指定操作各轴的情况下的轴。因此，当对机器人的前端部作用力使之移动时，不使用另外准备的输入装置进行输入作业，就能够切换控制模式。

并且，能够一边进行对机器人的前端部作用力的操作，一边使正交坐标上的位置以及/或者姿势移动或使所希望的各轴移动。例如，当对机器人的前端部作用力使正交坐标系上的机器人的位置以及/或者姿势移动时，一边对机器人的前端部作用力一边使所希望的各轴移动，而在正交坐标系上的通常的移动中无法移动的位置通过，从某位置到达通常无法移动的位置。之后，能够再次进行正交坐标系上的移动。

由此，不需要另外准备操作者切换设定的教学装置、或进行用于切换设定的输入操作。因此，能够抑制机器人系统的成本，并在移动操作中，能够容易向正交坐标系上的任意的位置或姿势、并且任意的轴的位置移动，并且能够更加顺畅地连续且舒适地进行这样的移动操作。

并且，能够在正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动操作不能进行或困难的、或者移动操作变得不稳定的奇异姿势的附近通过，并且能够容易地进行这样的状态下的移动操作。另外，正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动操作容易变得不稳定，早期地检测奇异姿势的附近而使所希望的各轴移动，也能够使机器人稳定且安全地移动。

并且，在通常的正交坐标系上的位置以及/或者姿势的移动操作中，利用不使之移动的位置、奇异姿势的附近等状态，而在移动操作中切换移动的控制模式，从而容易明白控制模式的切换。

另外，在使用奇异姿势的附近作为控制模式的切换的位置的情况下，奇异姿势附近也是决定机器人的轴的位置的形态变化的场所。因此，由此能够使机器人向其它的形态移动。此处所说的机器人的“形态”是指，当机器人的前端部是某位置以及姿势时，轴的位置不唯一地决定，是决定轴的位置处于哪种轴的状态的形态。也就是说，当对机器人的前端部作用力而在正交坐标系上移动时，暂时向奇异姿势的附近移动，对机器人的前端部作用力使各轴移动，而在正交坐标系上的移动操作中在无法移动的位置通过，通过向其它的形态移动，能够进行其它的形态下的正交坐标系上的移动操作。

另外，在奇异姿势附近或其近前，即使仅使正交坐标系上的位置稍微移动，也有旋转轴意外地较大地旋转的情况。此时，在奇异姿势附近切换到各轴的力控制，从而能够使意外地移动的各轴成为原先的所希望的位置。

并且，当对前端部作用力使机器人在正交坐标系上移动时，通过有意地将各轴变化为在通常的正交坐标系上的动作中不会移动的位置，从而以对前端部作用力那样的相同的操作，能够与作用于前端部的力对应地使各轴移动。由此，容易使机器人的姿势向任意的姿势移动。

第二方案中，使用轴位置状态判定部，能够以机器人的轴的位置为基础来切换进行正交坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势的移动的第一控制模式、和进行机器人的各轴的位置的移动的第二控制模式，并且能够指定操作各轴的情况下的轴。因此，当对机器人的前端部作用力使之移动时，不使用另外准备的输入装置进行输入作业，就能够切换控制模式。

并且，能够一边进行对机器人的前端部作用力的操作，一边使正交坐标上的位置以及/或者姿势移动或使所希望的各轴移动。例如，当对机器人的前端部作用力使正交坐标系上的机器人的前端部的位置以及/或者姿势移动时，一边对机器人的前端部作用力一边使所希望的各轴移动，而在正交坐标系上的通常的移动中不会移动的位置通过，从某位置到达通常无法移动的位置。之后，能够再次进行正交坐标系上的移动。

由此，不需要另外准备操作者切换设定的教学装置、或进行用于切换设定的输入操作。因此，能够抑制机器人系统的成本，并在移动操作中，能够容易向正交坐标系上的任意的位置或姿势、并且向任意的轴的位置移动，并且能够更加顺畅地连续且舒适地进行这样的移动操作。

并且，当对前端部作用力使机器人在正交坐标系上移动时，通过有意地将各轴变化为在通常的正交坐标系上的动作中不会移动的位置，从而以对前端部作用力那样的相同的操作，能够与作用于前端部的力对应地使各轴移动。由此，容易使机器人的姿势向任意的姿势移动。

第三方案中，操作者能够继续进行有意的动作，并且能够继续进行没有不协调感的操作。

另外，当与力对应地使各轴的位置移动时，在使操作轴向与施加于操作轴的力的方向相反的方向移动的情况下，操作者使操作轴向与作用力的方向相反的方向移动，从而也有感到操作上的不协调感、压迫感、困难的情况。第四方案中，能够减少操作者在作用力时感到的操作上的不协调感、压迫感、困难，从而能够提高操作性。

第五方案中，当相互切换第一控制模式和第二控制模式时，能够安全地进行切换。

第六方案中，当从第一控制模式向第二控制模式切换时，能够进一步继续进行移动操作。

第七方案中，能够更加简单地进行移动操作。

以上，对本发明的各种实施方式以及变形例进行了说明，但通过其它的实施方式以及变形例也能够起到本发明的期待的作用效果，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。特别是，在不脱离本发明的范围的情况下，能够削除或置换上述的实施方式以及变形例的结构要素，并能够进一步追加公知的部件。另外，通过任意地组合本说明书中明示地或者暗示地公开的多个实施方式的特征也能够实施本发明，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。即，在本发明的技术的思想的范围内考虑的其它形态也包括在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种机器人控制装置，是基于对由多个轴构成的机器人作用的力来使上述机器人移动的机器人系统的机器人控制装置，其特征在于，具备：

测力部，其对作用于上述机器人的前端部的力进行测量；

第一力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方的移动操作的操作力进行计算；

第二力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力进行计算；

操作指令部，其基于上述测力部测量出的力来输出使上述机器人移动的操作指令；

奇异姿势附近判定部，其进行上述机器人是否处于奇异姿势的附近的判定；以及

操作轴设定部，其根据由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人处于奇异姿势的附近时的各轴的当前位置，将包括成为处于上述奇异姿势的附近的要因的轴、或者在上述奇异姿势的附近通过的轴的一个或多个规定的轴设定为与力对应地移动的操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的上述操作轴的移动方向，

上述操作指令部具有：

第一控制模式，该模式中，当由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人未处于奇异姿势的附近时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第一力计算部计算出的上述操作力而使上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方移动；以及

第二控制模式，该模式中，当由上述奇异姿势附近判定部判定为上述机器人处于奇异姿势的附近时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第二力计算部计算出的上述操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向而使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴的位置移动。

2.一种机器人控制装置，是基于对由多个轴构成的机器人作用的力来使上述机器人移动的机器人系统的机器人控制装置，其特征在于，具备：

测力部，其对作用于上述机器人的前端部的力进行测量；

第一力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方的移动操作的操作力进行计算；

第二力计算部，其以上述测力部测量出的力为基础，对进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力进行计算；

操作指令部，其基于上述测力部测量出的力来输出使上述机器人移动的操作指令；

轴位置状态判定部，其进行一个或多个规定的轴的位置是否处于满足规定的位置关系的条件的状态的位置的判定；以及

操作轴设定部，其根据由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴处于上述状态的位置时的上述机器人的各轴的当前位置，将包括成为处于上述状态的位置的要因的轴、或者在上述状态的位置通过的轴的一个或多个规定的轴设定为与力对应地移动的操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的上述操作轴的移动方向，

上述操作指令部具有：

第一控制模式，该模式中，当由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴未处于上述状态的位置时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第一力计算部计算出的上述操作力而使上述机器人的前端部的位置以及姿势中的至少一方移动；以及

第二控制模式，该模式中，当由上述轴位置状态判定部判定为上述规定的轴处于上述状态的位置时，输出如下操作指令，该操作指令为，基于上述第二力计算部计算出的上述操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向而使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴的位置移动。

3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述操作轴设定部构成为，

以成为上述第二控制模式之前或者成为上述第二控制模式时的、施加于上述操作轴的力的方向和上述操作轴的移动方向为基础，

对与施加于上述操作轴的力的方向对应地决定的移动方向进行设定。

4.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述操作指令部构成为，

在上述第二控制模式中，

使上述一个或多个操作轴中的、向与施加于轴的力的方向相反的方向移动的操作轴的原点位置，向包括与上述机器人的前端部的位置因上述操作轴的动作而移动的方向相反的方向的成分的方向移动，或者向包括施加于上述操作轴的力的方向的成分的方向移动。

5.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述操作指令部构成为，

在上述第一控制模式和上述第二控制模式这两个控制模式中，当从一个控制模式向另一个控制模式切换时，

在使全部的轴减速停止、或者在使全部的轴的速度比规定阈值小之后进行切换。

6.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述操作指令部构成为，

在上述第一控制模式和上述第二控制模式这两个控制模式中，当从上述第一控制模式向上述第二控制模式切换时，使除了以上述第二控制模式动作的轴以外的轴减速停止。

7.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

具备显示输出部，该显示输出部进行是上述第一控制模式和上述第二控制模式中的哪一个控制模式的显示输出，并且，

在上述第二控制模式时，进行上述操作轴设定部设定的上述操作轴、和与施加于该操作轴的力的方向对应地决定的移动方向的显示输出。