CN104972469B - 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，其包括：将与作用的力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定操作轴的旋转移动方向的操作轴设定部；求出相对于操作轴假想地作用的第一假想力，并将其设为第一操作力的第一操作力取得部；以及基于根据第一操作力决定的操作力而输出使由操作轴设定部设定的操作轴移动的操作指令的操作指令部。操作指令部基于第一操作力和由操作轴设定部设定的移动方向，来求出操作轴的目标移动方向以及目标移动速度而使操作轴移动。

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包括至少一个旋转轴的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，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，从而提高操作性。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。

发明内容

本发明是鉴于这样的事情而完成的，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，也期望进一步提高这样的机器人控制装置的操作性。

为了实现上述的目的，根据第一方案，提供一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；第一操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的并进成分构成的力作为第一前端部作用力时，以上述第一前端部作用力为基础，来求出在与上述操作轴的旋转中心线正交的平面上存在且绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第一假想力，并将上述第一假想力设为第一操作力；以及操作指令部，其基于根据上述第一操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，上述操作指令部基于上述第一操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向，来求出上述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。

根据第二方案，提供一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；第二操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的力矩成分构成的力作为第二前端部作用力时，以上述第二前端部作用力为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第二假想力，并将上述第二假想力设为第二操作力；以及操作指令部，其基于根据上述第二操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，上述操作指令部基于上述第二操作力和由上述操作轴设定部设定的上述移动方向，来求出上述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。

根据第三方案，提供一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；第一操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的并进成分构成的力作为第一前端部作用力时，以上述第一前端部作用力为基础，来求出在与上述操作轴的旋转中心线正交的平面上存在且绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第一假想力，并将上述第一假想力设为第一操作力；第二操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的力矩成分构成的力作为第二前端部作用力时，以上述第二前端部作用力为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第二假想力，并将上述第二假想力设为第二操作力；以及操作指令部，其基于根据上述第一操作力以及上述第二操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，上述操作指令部基于上述第一操作力、上述第二操作力以及由上述操作轴设定部设定的上述移动方向，来求出上述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。

根据第四方案，在第一方案或者第三方案中，上述操作指令部构成为，在求出上述操作轴的目标移动方向以及目标移动速度时，求出绕上述操作轴的旋转中心线的、上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度，以上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度为基础，来求出上述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。

根据第五方案，在第二方案或者第三方案中，上述操作指令部构成为，在求出上述操作轴的目标移动方向以及目标移动速度时，求出绕上述操作轴的旋转中心线的、上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度，并以上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度为基础，来求出上述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。

根据第六方案，在第一方案、第三方案以及第四方案的任一个方案中，上述第一操作力取得部构成为，以上述第一前端部作用力为基础，来求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

根据第七方案，在第一方案、第三方案以及第四方案的任一个方案中，上述第一操作力取得部构成为，以上述第一前端部作用力为基础，来求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，并基于将上述位置矢量的大小设为规定的值后的位置矢量，来对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

根据第八方案，在第一方案、第三方案以及第四方案的任一个方案中，上述第一操作力取得部构成为，以上述第一前端部作用力作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

根据第九方案，在第一方案、第三方案以及第四方案的任一个方案中，上述第一操作力取得部构成为，以上述第一前端部作用力作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，并基于将上述位置矢量的大小设为规定的值后的位置矢量，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

根据第十方案，在第一方案、第三方案以及第四方案的任一个方案中，上述第一操作力取得部构成为，以上述第一前端部作用力为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，以上述求出的由力的并进成分构成的力的方向、和上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，来求出上述第一操作力的方向，并以上述求出的由力的并进成分构成的力的大小、或者上述第一前端部作用力的大小为基础，来求出上述第一操作力的大小。

根据第十一方案，在第二方案、第三方案以及第五方案的任一个方案中，上述第二操作力取得部构成为，根据上述第二前端部作用力来对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第二操作力的方向和大小。

根据第十二方案，在第七方案或者第九方案中，随着从上述操作轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而减小上述规定的值。

根据第十三方案，在第八方案中，随着从上述操作轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而向上述规定方向与上述位置矢量所成的角度变小的方向变更上述规定方向。

根据第十四方案，在第一方案至第十三方案的任一个方案中，上述操作指令部通过以力控制增益为基础的力控制，来求出上述操作轴的移动速度，并随着从上述轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而减小上述力控制增益。

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一个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一个实施方式的机器人控制装置的结构的图。

图3是表示本发明的一个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4是表示在机器人的前端部作用有力Fs的情况的图。

图5是用于说明对针对图4所示的一个操作轴的操作力进行计算的方法的图。

图6是表示力Fp的计算方法的一个例子的图。

图7是表示力Fp的计算方法的其它例子的图。

图8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9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10是表示使力Fp的方向旋转的方法的一个例子的图。

图11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12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。

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、或者绕机器人的轴的旋转中心线施加的力而言，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，从而使机器人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，来执行后述的各种功能。

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由至少包括一个旋转轴的轴构成。

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、并且是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、并且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。作为工具坐标系的原点，将并进移动的点、并且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，若是包括一个以上的旋转轴、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设定在机器人50的前端部58的测量力的点具有原点的坐标系。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作为作用于机器人50的前端部5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的力进行测量即可，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或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实施方式的机器人控制装置10的结构的图。如图2所示，机器人控制装置10具备上述的测力部21、第一操作力取得部22、第二操作力取得部23、操作指令部24、操作轴设定部25以及存储部26。

操作轴设定部25将构成机器人50的至少一个旋转轴中与力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向。操作轴的设定、与力的方向对应地决定的操作轴的旋转移动方向基于在机器人控制装置10的存储部26储存的设定来设定。

并且，也可以与和机器人控制装置10连接的输入装置(未图示)所进行的输入对应地，变更操作轴、或变更与力的方向对应地决定的操作轴的旋转移动方向。并且，也可以与机器人50的轴的位置、作用于机器人50的前端部58的力等的移动操作的状况对应地，变更作为操作轴的轴、或变更与力的方向对应地决定的操作轴的旋转移动方向。

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、操纵装置、或者把持的工件等物体因重力或惯性力(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或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。

将测力部21测量出的作用于机器人50的前端部58的、由力的并进方向的成分构成的力设为第一前端部作用力。并且，将测力部21测量出的作用于机器人50的前端部58的、由力的力矩成分构成的力设为第二前端部作用力。

第一操作力取得部22以由测力部21测量出的力为基础，取得后述的操作指令部24在每个控制周期生成机器人50的轴的位置的操作指令时所使用的操作力。

此时，第一操作力取得部22以测力部21测量出的第一前端部作用力为基础，求出在与操作轴的旋转中心线正交的平面上存在且绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力所作用的位置矢量为基础，求出对上述操作轴假想地作用的第一假想力。而且，第一操作力取得部22以第一假想力为第一操作力来取得第一操作力。

第二操作力取得部23以测力部21测量出的力为基础，取得后述的操作指令部24在每个控制周期生成机器人50的轴的位置的操作指令时所使用的操作力。

此时，第二操作力取得部23以第二前端部作用力为基础，求出对操作轴假想地作用的第二假想力。而且，第二操作力取得部23以第二假想力为第二操作力来取得第二操作力。

此时，第二操作力取得部23优选根据上述第二前端部作用力，来计算绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分，而求出上述第二操作力的方向和大小。

第一操作力取得部22以及第二操作力取得部23分别取得的第一以及第二操作力如下求出。

以测力部21测量出的作用于机器人50的前端部58的实际的力为基础，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，计算对应移动的轴假想地作用的力亦即假想力来作为操作力。

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上对作用于机器人50的前端部58的并进方向的力进行射影后，相对于轴以朝向正负中哪一个旋转方向为基础，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测量出的并进方向的力的大小、或者上述射影的力的大小、或者上述射影的力的与旋转中心线至射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，计算力矩，并求出操作力，以提高操作性。

另外，也可以相对于应移动的轴，与绕轴的旋转中心线作用的力的力矩的正负为基础，决定使轴移动操作力的方向，并且以测力部21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、正负的符号等决定是正向还是反向的方向即可。

另外，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。

操作指令部24以基于作用于机器人50的前端部58的力而使机器人50移动的方式，并以操作轴设定部25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、以及第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部23计算出的操作力(第一操作力以及/或者第二操作力)为基础，求出操作轴的目标移动方向、目标移动速度，并在每个控制周期输出使操作轴移动的操作指令。当基于操作力生成操作指令时，也可以通过力控制增益来决定针对操作力的移动速度。另外，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、第一操作力取得部22或第二操作力取得部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等各种计算所需要的参数以及计算结果等。

另外，机器人控制装置10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来计算机器人50的各轴的位置、前端部的位置以及/或者姿势、速度、加速度的计算部等，但对此未图示。

并且，机器人控制装置10具备接受并处理如下输入数据的输入部，该数据为，能够输入各种设定的输入装置与机器人控制装置10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10转送的数据等，但对此未图示。

接下来，参照图3，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10所进行的处理的过程的一个例子进行说明。图3是表示机器人控制装置10所进行的处理的过程的一个例子的流程图。以下，参照图3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10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，需要注意是是本发明不限定于该具体例。

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S1)。

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S2)。

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，由第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部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(第一操作力以及/或者第二操作力)进行计算(步骤S3)。

接下来，操作指令部24以第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部23计算出的操作力、操作轴设定部25的设定为基础，生成使操作轴的位置移动的操作指令并输出(步骤S4)。

进一步对使操作轴的位置移动的处理的实施例进行说明。

步骤S2中，操作轴设定部25设定应移动的操作轴，并将与力的方向对应地决定的操作轴的移动方向假定设定为与力的方向相同的方向。

这样的情况下，详细地对步骤S3中的由第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部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S4中的由操作指令部生成移动的操作指令的方法进行说明。此外，也可以根据操作轴的轴不同的情况、或者移动操作的状况，使用不同的计算方法。

图4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。

以下，第一操作力取得部22取得第一操作力的处理相当于以力Fs的力的并进方向的成分F(Fx、Fy、Fz)为基础而计算操作力的处理。并且，第二操作力取得部23取得第二操作力的处理相当于以力Fs的力的力矩成分M(Mx、My、Mz)为基础而计算操作力的处理。

由第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部23，以力Fs为基础而求出第一操作力以及/或者第二操作力。这些第一操作力以及第二操作力分别作为操作力而使用。或者，也可以以第一操作力以及第二操作力为基础计算操作力。这样的情况下，也能够对第一操作力以及第二操作力分别乘以规定的系数或者其它系数。

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轴的力的力矩作为操作力。

并且，操作力也可以如下求出。

图5是对以图4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的操作力的方法进行说明的图。

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后的、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来计算力Fp。

此处，使用图6，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，所以部进行这样的动作。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平行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，并且将相对于该射影的矢量而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。

并且，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。

并且，参照图7，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7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的大小平滑地变化。

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设为新的力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，能够防止使操作轴向意外的方向移动。

当位置矢量Pv的大小为规定的值以上时，根据位置矢量Pv和力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的大小等为基础来调整该系数。

在欲排出测力部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M1设为操作力。

并且，即使力Fp的大小相同，计算的力的力矩M11的大小也因位置矢量Pv的大小而变化。因此，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8对用于处理该问题的方法进行说明。

图8是用于说明以如上所述的测力部21测量出的力Fs为基础来计算针对操作轴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和力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的变动或急剧的变化等，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来求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同大小的力，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的情况。

另外，图8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性地改变规定的值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，而缩小规定的值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缩小规定的值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来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5的上述的说明相同，也可以计算而使用力的力矩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，来将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的大小等为基础来调整该系数。

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计算力Fp的方向而变化了的问题。参照图9对用于处理该问题的方法进行说明。

图9是用于说明以如上所述的测力部21测量出的力Fs为基础来计算针对操作轴31的操作力的其它的方法的图。图9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。

首先，如上所述，以力Fs的并进方向的成分的力F为基础，来计算平面C上的由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的方向的变动而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来求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同大小的力，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的情况。

另外，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10，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10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旋转的力Fn2设为力Fn。并且，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。

另外，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地性向规定方向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来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，以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。

并且，与参照图5的上述的说明相同，也可以计算而使用力的力矩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的大小在规定的值以上时，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，来将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的大小等为基础来调整该系数。

另外，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、和在力的力矩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11对该计算方法的实施的一个例子进行说明。

图11与图5、图8、图9、图10等相同，是说明以测力部21测量出的力Fs为基础来计算针对操作轴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来求出操作轴的移动速度的情况下，即使作用相同大小的力，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的情况。

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，来求出操作力的方向。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，来求出操作力的大小。

参照图12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12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。

并且，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。

并且，也可以计算而使用以测力部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分别乘以系数来改变大小，从而将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的大小等为基础来调整该系数。

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。

操作指令部24基于如上所述地求出的操作力和由操作轴设定部25设定的与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以操作力的符号和操作轴设定部25设定的与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，来决定操作轴的目标移动方向(旋转轴的情况下为旋转方向)，并以操作力的大小为基础来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的最短距离对应地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地变化，优选使移动的速度顺畅地变化。

由此，能够根据机器人50的前端部58的位置来变更针对操作力的响应性，并能够在空间的每个区域内调整机器人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而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，从而能够提高操作性。

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，操作指令部24基于如上所述地求出的操作力、和由操作轴设定部25设定的与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，来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，当计算操作力时，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计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。

并且，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，操作指令部24以操作轴设定部25的设定和第一操作力取得部22以及/或者第二操作力取得部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。

这样，当对机器人的前端部作用力时，通过与力对应地使机器人的轴移动，能够使机器人容易向任意姿势移动。换言之，通过对机器人的前端部作用力而使机器人移动，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。

另外，当对机器人的前端部作用力而使机器人的轴的位置移动时，即使机器人的前端部的位置变动，并且即使对机器人的前端部作用的力的方向变动，也能够更加稳定地、并且更加安全地、并且容易地使之移动，从而提高操作性。

发明的效果如下。

本发明中，当对机器人的前端部作用力时，通过使机器人的轴与力对应地移动，能够使机器人容易向任意姿势移动。并且，当对机器人的前端部作用力而使机器人的轴的位置移动时，即使机器人的前端部的位置变动，并且即使对机器人的前端部作用的力的方向变动，也能够更加稳定地、并且更加安全地、并且容易地使之移动，从而提高操作性。

以上，对本发明的各种的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 (15)

1.一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；

操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；

第一操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的并进成分构成的力作为第一前端部作用力时，

以上述第一前端部作用力为基础，来求出在与上述操作轴的旋转中心线正交的平面上存在且绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，

并以上述求出的由力的并进成分构成的力以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，

来求出相对于上述操作轴假想地作用的第一假想力，并将上述第一假想力设为第一操作力；以及

操作指令部，其基于根据上述第一操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，

上述操作指令部基于上述第一操作力和由上述操作轴设定部设定的上述旋转移动方向，来求出上述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。

2.一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；

操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；

第二操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的力矩成分构成的力作为第二前端部作用力时，

以上述第二前端部作用力为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第二假想力，并将上述第二假想力设为第二操作力；以及

操作指令部，其基于根据上述第二操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，

上述操作指令部基于上述第二操作力和由上述操作轴设定部设定的上述旋转移动方向，来求出上述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。

3.一种机器人控制装置，是基于对由包括至少一个旋转轴的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；

操作轴设定部，其将上述至少一个旋转轴中与上述力对应地旋转移动的轴设定为操作轴，并且设定与上述力的方向对应地决定的上述操作轴的旋转移动方向；

第一操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的并进成分构成的力作为第一前端部作用力时，

以上述第一前端部作用力为基础，来求出在与上述操作轴的旋转中心线正交的平面上存在且绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，

并以上述求出的由力的并进成分构成的力以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，

来求出相对于上述操作轴假想地作用的第一假想力，并将上述第一假想力设为第一操作力；

第二操作力取得部，其构成为，在将上述测力部测量出的由力的力矩成分构成的力作为第二前端部作用力时，

以上述第二前端部作用力为基础，来求出相对于上述操作轴假想地作用的第二假想力，并将上述第二假想力设为第二操作力；以及

操作指令部，其基于根据上述第一操作力以及上述第二操作力决定的操作力，而输出使由上述操作轴设定部设定的上述操作轴移动的操作指令，

上述操作指令部基于上述第一操作力、上述第二操作力以及由上述操作轴设定部设定的上述旋转移动方向，来求出上述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。

4.根据权利要求1或3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，

在求出上述操作轴的目标移动方向以及目标移动速度时，

求出绕上述操作轴的旋转中心线的、上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度，

并以上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度为基础，来求出上述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。

5.根据权利要求2或3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，

在求出上述操作轴的目标移动方向以及目标移动速度时，

求出绕上述操作轴的旋转中心线的、上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度，

并以上述机器人的前端部的目标移动方向以及目标切线速度为基础，来求出上述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。

6.根据权利要求1或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第一操作力取得部构成为，

以上述第一前端部作用力为基础，来求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，

以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

7.根据权利要求1或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第一操作力取得部构成为，

以上述第一前端部作用力为基础，来求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，

以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，并基于将上述位置矢量的大小设为规定的值后的位置矢量，来对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

8.根据权利要求1或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第一操作力取得部构成为，

以上述第一前端部作用力作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，

以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

9.根据权利要求1或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第一操作力取得部构成为，

以上述第一前端部作用力作用的方向和向规定方向的方向的旋转操作为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，

以上述求出的由力的并进成分构成的力、以及上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，并基于将上述位置矢量的大小设为规定的值后的位置矢量，对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第一操作力的方向和大小。

10.根据权利要求1或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第一操作力取得部构成为，

以上述第一前端部作用力为基础，求出绕上述操作轴的旋转中心线作用的由力的并进成分构成的力，并且，

以上述求出的由力的并进成分构成的力的方向、和上述求出的由力的并进成分构成的力作用的位置矢量为基础，来求出上述第一操作力的方向，

并以上述求出的由力的并进成分构成的力的大小、或者上述第一前端部作用力的大小为基础，来求出上述第一操作力的大小。

11.根据权利要求2或3所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述第二操作力取得部构成为，

根据上述第二前端部作用力来对绕上述操作轴的旋转中心线作用的力的力矩成分进行计算，从而求出上述第二操作力的方向和大小。

12.根据权利要求7所述的机器人控制装置，其特征在于，

随着从上述操作轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而减小上述规定的值。

13.根据权利要求9所述的机器人控制装置，其特征在于，

随着从上述操作轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而减小上述规定的值。

14.根据权利要求8所述的机器人控制装置，其特征在于，

随着从上述操作轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而向上述规定方向与上述位置矢量所成的角度变小的方向变更上述规定方向。

15.根据权利要求1至3任一项中所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述操作指令部通过以力控制增益为基础的力控制，

来求出上述操作轴的移动速度，

并随着从上述轴的旋转中心线至上述机器人的前端部的最短距离变大，而减小上述力控制增益。