CN106003018A - 机器人、机器人控制装置以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人、机器人控制装置以及机器人系统，是在按照现实的空间的方向中使机器人的动作具有各向异性的技术。本发明的机器人是具备力检测器、以及使标记与拍摄部的位置关系变化的驱动部的机器人，上述驱动部被控制为在基于在多个上述位置关系中上述拍摄部拍摄上述标记而得到的图像进行了确定坐标关系的校正处理的情况下，基于上述坐标关系与上述力检测器的检测值而具有各向异性，上述坐标关系是以上述标记的位置为基准的基准坐标系与成为上述驱动部的控制的基准的机器人坐标系的对应关系。

Description

机器人、机器人控制装置以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人、机器人控制装置以及机器人系统。

背景技术

以往，在机器人臂的控制中，已知有通过仅在引导由操作者进行的机器人臂的移动动作的方向增大增益，来使机器人臂仅在引导移动动作的方向容易移动的技术(参照专利文献1)。由此，能够引导为操作者使机器人臂向引导移动动作的方向以外的方向移动。

专利文献1：日本特开2013-111684号公报

然而，存在在实际空间内操作者识别的方向、在实际空间内使工件移动的方向与通过增大增益来使机器人臂容易移动的方向偏移的情况。例如，存在机器人臂被控制为不限于应使机器人臂在水平方向移动的情况，机器人臂容易在从水平方向偏移的方向上移动的问题。

发明内容

本发明是为解决这些问题制作而成的，目的在于提供一种能够在按照现实的空间的方向中使机器人的动作具有各向异性的技术。

用于实现上述目的的机器人是具备力检测器、以及使标记与拍摄部的位置关系变化的驱动部的机器人，上述驱动部被控制为：在基于在多个上述位置关系中上述拍摄部拍摄上述标记而得到的图像，进行了确定坐标关系的校正处理的情况下，基于上述坐标关系和上述力检测器的检测值而具有各向异性，上述坐标关系是以上述标记的位置为基准的基准坐标系、与成为上述驱动部的控制的基准的机器人坐标系的对应关系。

在以上的构成中，由于预先确定出基准坐标系与机器人坐标系之间的坐标关系，并以基于该坐标关系具有各向异性的方式控制驱动部，所以能够在按照标记存在的现实的空间的方向使机器人的动作具有各向异性。在此，所谓使标记与拍摄部的位置关系变化可以是固定拍摄部的位置、姿势而通过驱动部使标记的位置、姿势变化，也可以是固定标记的位置、姿势而通过驱动部使拍摄部的位置、姿势变化。

应予说明，技术方案所述记载的各部件的功能构成能够通过由构成本身确定功能的硬件资源、通过程序确定功能的硬件资源、或者它们的组合来实现。另外，这些各部件的功能并不局限于分别通过物理上相互独立的硬件资源来实现。

附图说明

图1是机器人系统的示意图。

图2是机器人系统的框图。

图3是机器人系统的框图。

图4是示教处理的流程图。

图5是表示GUI的图。

图6A是校正处理的流程图，图6B是校正处理的示意图。

图7是其它的实施方式所涉及的基准坐标系的示意图。

图8是表示其它的实施方式所涉及的GUI的图。

具体实施方式

以下，参照附图按照以下的顺序对本发明的实施方式进行说明。应予说明，在各图中对对应的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。(1)第一实施方式：

(1-1)关于臂的控制：

(1-1-1)进行了校正处理的情况：

(1-1-2)未进行校正处理的情况：

(1-2)关于示教处理：

(1-3)关于校正处理：

(2)其它实施方式：

(1)第一实施方式：

如图1所示，作为本发明的第一实施例的机器人系统具备机器人1、拍摄单元2、示教终端3(示教盒)、以及控制终端4(控制器)。示教终端3和控制终端4构成本发明的机器人控制装置。控制终端4构成本发明的控制部。示教终端3和控制终端4分别可以是专用的计算机，也可以是安装了用于机器人1的程序的通用的计算机。并且，示教终端3和控制终端4可以是各自独立的计算机，也可以是单个计算机。

机器人1是具备一个臂A的单臂机器人，臂A具备6个关节，分别为关节J1、J2、J3、J4、J5、J6。通过关节J1、J2、J3、J4、J5、J6来连结6个臂构件A1～A6。关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭转关节。在关节J6安装用于对工件进行把持、加工等的末端执行器。将前端的关节J6的旋转轴表示为前端旋转轴T。将关节J6的前端侧的前端旋转轴T上的规定位置表示为工具中心点(TCP)，TCP的位置为各种末端执行器的位置的基准。另外，在关节J6具备力传感器FS。力传感器FS是6轴的力检测器。力传感器FS检测在固有的坐标系即传感器坐标系中相互正交的三个检测轴上的力的大小、以及绕该三个检测轴的转矩的大小。设定传感器坐标系与TCP的位置关系已知。

在图1中，作为末端执行器，用于进行下述的校正处理的拍摄单元2被安装于关节J6的前端。将规定设置机器人1的现实的空间的坐标系表示为基准坐标系。基准坐标系是由在水平上相互正交的X轴和Y轴、以及将铅垂朝上作为正方向的Z轴规定的三维的正交坐标系。另外，以RX表示绕X轴的旋转角，以RY表示绕Y轴的旋转角，以RZ表示绕Z轴的旋转角。能够通过X、Y、Z方向的位置表现三维空间中的任意的位置，能够通过RX、RY、RZ方向的旋转角表现三维空间中的任意的姿势(旋转方向)。以下，设定在表记为位置的情况下，也可能指姿势。另外，在表记为力的情况下，也可能指在RX、RY、RZ方向上作用的转矩。

控制终端4在基准坐标系或者机器人坐标系中控制TCP的位置。在此，所谓机器人坐标系是取决于机器人1的设置状态的正交坐标系，在本实施方式中，理想上与基准坐标系一致。即，规定机器人坐标系的轴的方向(X_R、Y_R、Z_R、RX_R、RY_R、RZ_R)理想上与规定基准坐标系的轴的方向(X、Y、Z、RX、RY、RZ)一致。

然而，根据机器人1的设置状态，机器人坐标系相对于基准坐标系可能产生偏移。例如，将机器人坐标系定义为臂A的最根基侧的臂构件A1的长度方向与机器人坐标系的Z_R方向一致。在该情况下，若以臂构件A1的长度方向为铅垂(Z轴)方向的方式设置机器人1，则机器人坐标系的Z_R方向与基准坐标系的Z方向一致，但如图1所示那样，在臂构件A1的长度方向从铅垂方向偏移的情况下，机器人坐标系的Z_R方向与基准坐标系的Z方向不一致。在这样的情况下，例如，即使向机器人1发出指令，使工件向机器人坐标系的Z_R方向移动，现实上，工件也向从铅垂方向偏移的方向移动。另外，由于构成臂A的构件的逐年劣化等，也可能在机器人坐标系与基准坐标系之间产生偏移。另外，在本实施方式中，设定机器人1在现实的空间中的形成水平面的操作台WT上处理工件。

拍摄单元2具备作为拍摄部的照相机C。应予说明，拍摄单元2除了可以是照相机C以外，还可以是兼具把持、加工工件的机构的末端执行器。照相机C是以光轴L为中心具有规定的视场角的面图像传感器。能够基于照相机C拍摄的图像(以下表记为校正图像)确定出映于校正图像的被拍摄体和照相机C的三维的位置关系。拍摄单元2作为照相机C可以具备立体照相机，也可以具备距离传感器。

(1-1)关于臂的控制：

(1-1-1)进行了校正处理的情况：

图2是机器人系统的框图。控制终端4控制臂A，使预先通过示教终端3设定的目标位置和目标力在TCP中实现。在进行了校正处理的情况下，目标位置和目标力被在基准坐标系中设定。在此，所谓目标力是力传感器FS应检测的力。在此，将实现目标位置与目标力的双方的臂A的控制表记为力控制。在进行了校正处理的情况下，S的文字表示规定基准坐标系的轴的方向(X、Y、Z、RX、RY、RZ)中的任意一个的方向。例如，在S＝X的情况下，在基准坐标系中设定的目标位置在X方向成分被表记为S_t＝X_t，目标力在X方向成分被表记为f_St＝f_Xt。另外，S也表示S方向的位置。

机器人1除了具备在图1中图示的构成之外，还具备作为驱动部的马达M1～M6和编码器E1～E6。所谓控制臂A是指控制马达M1～M6。马达M1～M6和编码器E1～E6分别与关节J1～J6对应地来具备，编码器E1～E6检测马达M1～M6的驱动位置。控制终端4能够与机器人1以及示教终端3通信。控制终端4记录马达M1～M6的驱动位置的组合与机器人坐标系中的TCP的位置的对应关系即变换关系U。另外，控制终端4按照机器人1进行的操作的各工序记录目标位置S_t和目标力f_St。目标位置S_t和目标力f_St在下述的示教处理中被设定。

控制终端4若获取马达M1～M6的驱动位置，则将该驱动位置通过变换关系U变换为机器人坐标系中的TCP的现实的位置(X_R、Y_R、Z_R、RX_R、RY_R、RZ_R)。并且，控制终端4将机器人坐标系中的TCP的现实的位置通过坐标关系V变换为基准坐标系中的TCP的现实的位置S(X、Y、Z、RX、RY、RZ)。

所谓坐标关系V是表示机器人坐标系与基准坐标系的对应关系的表格或者函数，是通过下述的校正处理确定出的对应关系。因此，仅在进行了校正处理的情况下，能够得到基准坐标系中的TCP的现实的位置S。所谓进行了校正处理的情况是指在控制终端4中记录有坐标关系V的情况，但也可以是在控制终端4中记录有有效的坐标关系V的情况。所谓有效的坐标关系V例如可以是通过从当前在规定期间以内的校正处理制作而成的坐标关系V，也可以是通过最后进行了机器人1的部件交换后的校正处理制作成的坐标关系V，还可以是通过最后移动机器人1的设置位置后的校正处理制作而成的坐标关系V。

控制终端4基于基准坐标系中的TCP的现实的位置S和力传感器FS的检测值在基准坐标系中确定出作用于力传感器FS的现实的力f。应予说明，力传感器FS虽然在独自的传感器坐标系中检测检测值，但由于传感器坐标系(三个检测轴的方向)和TCP的相对位置关系被作为已知的数据记录，所以控制终端4能够在机器人坐标系中确定出现实的力f。并且，控制终端4能够基于坐标关系V在基准坐标系中确定出现实的力f。控制终端4针对现实的力f进行重力补偿。所谓重力补偿是从现实的力f去除重力成分。能够将进行了重力补偿的基准坐标系中的现实的力f视作作用于工件的重力以外的力。

控制终端4通过将通过下述的示教处理设定的目标力f_St和现实的力f代入阻抗控制的运动方程式，来确定出力由来修正量ΔS。(1)式是阻抗控制的运动方程式。由于在进行了校正处理的情况下，目标力f_St和现实的力f被在基准坐标系中被规定，所以阻抗控制在基准坐标系中进行。

[式1]

$m\mathrm{\Δ}\stackrel{\·\·}{S}\left(t\right)+d\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{S}\left(t\right)+kAS\left(t\right)={\mathrm{\Δf}}_S\left(t\right)\mathrm{...}\left(1\right)$

(1)式的左边由将TCP的现实的位置S的2阶微分值乘以惯性系数m而得的第一项、将TCP的现实的位置S的微分值乘以粘性系数d而得的第二项、以及将TCP的现实的位置S乘以弹性系数k而得的第三项构成。(1)式的右边由从目标力f_St减去现实的力f而得的偏差Δf_S(t)构成。(1)式中的微分是指时间的微分。在机器人1进行的工序中，既有作为目标力f_St设定恒定值的情况，也有作为目标力f_St设定通过取决于时间的函数导出的值的情况。

所谓阻抗控制是通过马达M1～M6实现虚拟的机械阻抗的控制。惯性系数m是指TCP虚拟地具有的质量，粘性系数d是指TCP虚拟地受到的粘性阻力，弹性系数k是TCP虚拟地受到的弹力的弹簧常量。各系数m、d、k可以被设定为按照各方向不同的值，也可以被设定为不拘泥于方向而共用的值。所谓力由来修正量ΔS是指在TCP受到了机械阻抗的情况下，为了消除与目标力f_St的力偏差Δf_S(t)，TCP应移动的位置S的大小。控制终端4将通过下述的示教处理设定的基准坐标系中的目标位置S_t加上力由来修正量ΔS，从而确定出考虑了阻抗控制的修正目标位置(S_t+ΔS)。

然后，控制终端4基于坐标关系V将基准坐标系中的各方向的修正目标位置(S_t+ΔS)变换为机器人坐标系中的各方向的修正目标位置(S_t+ΔS)。并且，控制终端4基于对应关系U将机器人坐标系中的各方向的修正目标位置(S_t+ΔS)变换为各马达M1～M6的目标的驱动位置即目标驱动位置D_t。然后，控制终端4通过从目标驱动位置Dt减去马达M1～M6的现实的驱动位置D_a，算出驱动位置偏差D_e(＝D_t-D_a)。然后，控制终端4通过将使驱动位置偏差D_e乘以位置控制增益K_p而得的值与现实的驱动位置D_a的时间微分值即驱动速度的差的驱动速度偏差乘以速度控制增益K_v而得的值相加，来确定出控制量D_c。应予说明，位置控制增益K_p以及速度控制增益K_v也可以不仅包括比例成分，还包括微分成分、积分成分所涉及的控制增益。控制量D_c针对马达M1～M6分别被确定。

通过以上说明的构成，在进行了校正处理的情况下，控制终端4能够基于基准坐标系中的目标位置S_t和目标力f_St来控制臂A。即，在进行了校正处理的情况下，以规定基准坐标系的轴的方向(X、Y、Z、RX、RY、RZ)为基准进行阻抗控制。因此，通过阻抗控制实现的机械阻抗特性(弹性、粘性、惯性)也指规定基准坐标系的轴的方向的特性。

(1-1-2)未进行校正处理的情况：

图3是机器人系统的框图。在图3中示出未进行校正处理的情况的机器人系统，在控制终端4中未记录坐标关系V。在未进行校正处理的情况下，目标位置S_t和目标力f_St在机器人坐标系中被设定。在未进行校正处理的情况下，S文字表示规定机器人坐标系的轴的方向(X_R、Y_R、Z_R、RX_R、RY_R、RZ_R)中的任意一个的方向。例如，在S＝X_R的情况下，在机器人坐标系中设定的目标位置的X_R方向成分被表记为S_t＝X_Rt，目标力的X方向成分被表记为f_St＝f_XRt。

在该情况下，控制终端4不将机器人坐标系总的TCP的现实的位置S通过坐标关系V变换为基准坐标系中的TCP的现实的位置S，而基于机器人坐标系中的TCP的现实的位置S进行力控制。由于在未进行校正处理的情况下，目标力f_St和现实的力f被在机器人坐标系中规定，所以阻抗控制在机器人坐标系中被进行。即，在未进行校正处理的情况下，以规定机器人坐标系的轴的方向(X_R、Y_R、Z_R、RX_R、RY_R、RZ_R)为基准进行阻抗控制。因此，通过阻抗控制实现的虚拟的机械阻抗特性(弹性、粘性、惯性)也指规定机器人坐标系的轴的方向中的特性。

(1-2)关于示教处理：

在示教终端3安装有用于进行机器人1的各种设定的示教程序。示教终端3具备处理器、RAM、ROM，这些硬件资源与示教程序配合。由此，如图2、图3所示那样，示教终端3作为功能构成具备示教部33、校正部34以及UI(User Interface：用户接口)部35。虽未图示，但示教终端3具备受理来自用户的指示的输入装置(鼠标、键盘、触摸面板等)、向用户输出各种信息的输出装置(显示器、扬声器等)。以下，按照流程图的顺序对各功能构成进行说明。UI部35构成本发明的用户接口部。

图4是示教处理的流程图。首先，校正部34将臂A控制至校正开始位置(步骤S100)。所谓将臂A控制至校正开始位置是指控制臂A，使TCP成为预先决定的校正开始位置。校正开始位置可以是任意的位置，例如可以是TCP能够移动的空间内的中央的位置。

接下来，UI部35显示GUI(Graphic User Interface：图形用户接口)(步骤S110)。即，UI部35通过将表示GUI的图像数据输出给显示器，使该显示器显示GUI。然后，UI部35通过监视针对输入装置的操作人员的操作，来在GUI中受理校正开始指示。

图5是表示GUI的例子的图。在GUI设置有记载有“校正开始”的校正开始指示按钮B1、以及记载有“示教”的示教指示按钮B2。另外，在GUI设置有用于对基准坐标系中的各方向(X、Y、Z、RX、RY、RZ)指定是否限制TCP的复选框CH、用于指定示教的位置的名称的下拉表D、以及表示“对于指定限制条件需要校正”的通知的消息部H。

若显示GUI，则UI部35判断GUI中的按钮操作是校正开始指示和示教指示的哪一个(步骤S120)。即，UI部35判断校正开始指示按钮B1和直接示教开始按钮B3的哪一个被操作。在校正开始指示按钮B1被操作的情况下，校正部34执行下述的校正处理(步骤S130)。若进行校正处理，则规定了基准坐标系和机器人坐标系的对应关系的坐标关系V被记录于控制终端4，该控制终端4能够在机器人坐标系中进行力控制。然后，若结束校正处理，则UI部35允许限制条件的受理(步骤S140)。所谓允许限制条件的受理是指允许针对复选框CH勾选的操作。UI部35仅于不进行校正处理，通过灰掉等不对复选框CH进行勾选。

另一方面，在步骤S120操作直接示教开始按钮B3的情况下，示教部33判断是否进行了校正处理(步骤S145)。即，示教部33判断控制终端4能否进行基准坐标系下的力控制。在判断为进行了校正处理的情况下(步骤S145：是)，示教部33在限制状态下允许臂A的移动(步骤S150)。在步骤S150，所谓允许臂A的移动是指模仿操作人员持臂A的前端使该前端移动来使臂A移动。

具体而言，示教部33向控制终端4发出指令，进行以下这样的力控制。在本实施方式中，控制终端4将阻抗控制的(1)式的弹性系数k设定为0，并且作为TCP的目标位置S_t持续赋予恒定的位置。即，在通过使弹性系数k为0而不产生与位置S的变化量成比例的弹力(欲停留在原位置的力)的条件下进行阻抗控制，并且仅以力由来修正量ΔS允许臂的移动。

另外，在步骤S150允许臂A的移动的情况下，控制终端4在全部的方向中将目标力f_St设定为0。由此，对于操作人员使其作用于臂A的前端的力f_S方向，根据(1)式导出与该力f_S相应的大小的力由来修正量ΔS。根据与该力由来修正量ΔS相等的驱动位置偏差D_e导出马达M1～M6的控制量D_c。其结果，能够模仿操作人员使臂A的前端移动来使臂A移动。其中，在(1)式中加入机械阻抗，(1)式的系数m、d、k越大，根据力f_S导出的力由来修正量ΔS的大小越小。即，(1)式的系数m、d、k越大，越难模仿操作人员使臂A的前端移动而使臂A移动。另外，由于进行校正处理，所以在步骤S150中，如图2所示那样，控制终端4在基准坐标系中进行步骤S150的臂A的力控制即可。

接下来，对步骤S150的限制状态进行说明。控制终端4仅在进行了校正处理的情况下进行臂A的控制，以实现限制状态。所谓限制状态是以在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A的状态。

具体而言，控制终端4以与基准坐标系中的第一方向相比，能够通过作为驱动部的臂A移动的作为移动点的TCP的移动容易程度在基准坐标系的第二方向增大的方式，基于坐标关系V进行关节J1～J6的控制。更加具体而言，控制终端4以与基准坐标系中的第一方向相比，关节J1～J6实现的机械阻抗在基准坐标系中的第二方向增大的方式，基于坐标关系V进行关节J1～J6的控制。即，控制终端4通过调整臂A的机械阻抗，能够与第一方向相比，使基准坐标系中的TCP的移动容易程度在第二方向增大。

如图2所示那样，在进行了校正处理的情况下，对于规定基准坐标系的各轴的方向，进行使用了满足上述的(1)式的力由来修正量ΔS的力控制，但控制终端4设定为与第二方向的粘性系数d相比，第1方向的粘性系数d增大。换句话说，设定为TCP在第1方向受到的粘性阻力与TCP在第二方向受到的粘性阻力相比增大。若比较根据操作人员施加至臂A的前端的力f_S通过(1)式导出的力由来修正量ΔS，则与第二方向的力由来修正量ΔS相比，第1方向的力由来修正量ΔS减小。因此，与第二方向相比，在第1方向模仿操作人员使臂A的前端移动，臂A难以移动。因此，通过使第1方向的粘性系数d增大，能够在第1方向实质地限制TCP的移动。也可以代替粘性系数d，或者与粘性系数d一起，使(1)式的其他的系数m、k的至少一方的大小在第一方向和第二方向不同。当然，弹性系数k也可以不为0。另外，控制终端4也可以通过对于第1方向使(1)式的阻抗控制无效(视为力由来修正量ΔS＝0)，对于第1方向将力传感器FS的检测值视为0，来在第1方向实质不允许TCP的移动。并且，控制终端4也可以使TCP能够移动的速度、加速度的上限值在第一方向和第二方向不同。

在此，第一方向是在复选框CH中进行了勾选的基准坐标系的方向，第二方向是在复选框CH中未进行勾选的基准坐标系的方向。在进行校正处理且未进行针对复选框CH的勾选的状态下操作直接示教开始按钮B3的情况下，基准坐标系的全部的方向为第二方向，在步骤S150，在全部的方向上TCP均匀地模仿操作人员的手变得容易移动。即，虽然进行了校正处理，但未在复选框CH的任意的方向进行勾选的情况下，实质上不进行在基准坐标系具有各向异性这样的臂A的控制，模仿操作人员使臂A的前端移动，臂A的容易移动程度在全部的方向均匀。

在图5的例子中，与作为第一方向的Z方向相比，作为第二方向的X方向和Y方向被指定TCP变得容易移动这样的限制条件。在此，X方向和Y方向为与Z方向正交的单一平面上的两个方向。由此，能够不使Z方向的位置变化，容易进行用于在与Z方向正交的水平面上使TCP(工件)移动的示教操作。另外，在图5的例子中，与作为第一方向的RX方向和RY方向相比，作为第二方向的RZ方向被指定TCP变得容易移动(旋转)这样的限制条件。由此，能够不使TCP在RX方向和RY方向旋转，能够容易地进行用于TCP在RZ方向旋转的示教操作。例如，能够容易地进行用于通过末端执行器使螺丝旋转的示教操作等。

另外，第二方向是沿基准坐标系中的单一轴的方向，第一方向也可以是在上述基准坐标系中与单一轴正交的平面上的两个方向。例如，与作为第一方向的X方向和Y方向相比，作为第二方向的Z方向被指定TCP变得容易移动这样的限制条件。由此，能够容易进行用于使TCP沿一条直线移动的示教操作。如上述那样，若进行校正处理，则能够在基准坐标系中正确地实现限制状态，操作人员能够使TCP容易地移动至希望的位置。换句话说，能够在严格地限制了铅垂方向和水平方向(与操作台WT平行的方向)的位置的状态下，操作人员示教TCP的位置。

在此，UI部35在示教操作(步骤S150)时，通过复选框CH受理是否以在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A的指定。并且，可以说UI部35在进行了校正处理的情况下，在示教操作时，通过复选框CH允许以在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A的主旨的指定。UI部35将为了在示教操作(步骤S150)时以在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A，将需要进行校正处理的情况通过消息部H通知给操作人员。

在步骤S150中，在操作人员使臂A移动并使TCP移动至希望的位置后，若操作直接示教结束按钮B4，则力控制结束。然后，若操作示教指示按钮B2，则示教部33获取基准坐标系中的TCP的位置(步骤S160)。即，示教部33从机器人1获取成为操作人员的希望的位置的当前的TCP的位置。控制终端4通过变换关系U将马达M1～M6的驱动位置变换为机器人坐标系中的TCP的现实的位置，并且，通过坐标关系V将机器人坐标系中的TCP的现实的位置变换为基准坐标系中的TCP的现实的位置S，并交接给示教部33。

接下来，示教部33在基准坐标系设定TCP的目标位置S_t(步骤S170)。即，示教部33作为与在示教指示按钮B2被操作时通过下拉表D选择出的名称(在图5中为P1)对应的目标位置S_t，将在步骤S160获取的基准坐标系中的TCP的现实的位置设定于示教终端3的控制终端4。

接下来，示教部33在基准坐标系设定TCP的目标力f_St(步骤S180)。即，示教部33例如将在GUI上操作人员指定的大小和方向的力设定为与操作示教指示按钮B2时通过下拉表D选择出的名称对应的目标位置S_t中的目标力f_St。在不进行力控制的情况下也可以省略步骤S180的处理。此外，通过利用下拉表D切换名称并反复地进行步骤S150～S180的处理，能够设定多个目标位置S_t。

另一方面，在未判断为进行了校正处理的情况下(步骤S145：否)，示教部33允许臂A的移动(步骤S155)。即，示教部33不实现限制状态，模仿操作人员使臂A的前端移动而使臂A移动。在未进行校正处理的情况下，不能够进行基于坐标关系V的坐标系的变换，所以如图3所示那样，控制终端4在机器人坐标系中进行臂A的力控制即可。即，与步骤S150相同，控制终端4不以TCP成为目标位置S_t的方式控制臂A，并且将目标力f_St设为0进行阻抗控制。在步骤S155的阻抗控制中，在机器人坐标系的全部的方向中，将系数k、d、m设定为相同的值。由此，能够在全部的方向均匀地允许由操作人员进行的臂A的移动。

在未进行校正处理的情况下，实质上禁止以具有各向异性的方式控制臂A，模仿操作人员使臂A的前端移动，臂A移动的容易移动程度在全部的方向均匀。在未进行校正处理的情况下，由于坐标关系V未被记录于控制终端4，不能够以最初在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A。即，若在未进行校正处理的情况下以具有各向异性的方式控制臂A，则虽然不在基准坐标系而在机器人坐标系中以具有各向异性的方式控制臂A，但以在机器人坐标系中具有各向异性的方式控制臂A被禁止。

步骤S165、S175、S185的处理与步骤S160、S170、S180的处理几乎相同。但是，在步骤S165、S175、S185的处理中不进行校正处理，控制终端4不能够使用坐标关系V，所以在机器人坐标系中设定目标位置S_t和目标力fS_t。像这样，即使不进行校正处理，操作人员能够使臂A自由地移动并使TCP移动至所希望的位置来进行示教操作。

(1-3)关于校正处理：

图6是校正处理的流程图。如上所述那样，校正处理是确定出基准坐标系与机器人坐标系的对应关系，并将该对应关系制作为坐标关系V的处理。另外，校正处理是示教终端3的校正部34执行的处理。如图1所示那样，校正处理在操作台WT上载置校正板5的状态下来进行。在校正板5上配置有多个标记MK。校正板5被配置在水平的操作台WT上，标记MK被配置在水平面上。标记MK被配置在正交格子的格子点上，在图1中，标记MK在横向排列的方向构成基准坐标系的X方向，标记MK在纵向上排列的方向构成基准坐标系的Y方向。并且，与配置有标记MK的水平面正交的铅垂方向构成基准坐标系的Z方向。如上述那样，规定基准坐标系的轴的方向以标记MK的位置为基准来设定。当然，基准坐标系中的标记MK的位置已知。

首先，校正部34使照相机C移动来拍摄多个校正图像(步骤S131)。接下来，校正部34基于机器人坐标中的TCP的位置和校正图像确定出TCP与照相机C的位置关系(步骤S132)。应予说明，照相机C的光学式样作为已知的信息被记录于示教终端3。校正部34基于在基准坐标系中已知的标记MK的位置、拍摄图像中的标记MK的像的位置、拍摄拍摄图像时的焦距、以及照相机C的光学式样，按照各拍摄图像确定出基准坐标系中的照相机C的基准位置(例如光轴L和透镜表面交叉的位置)。

图6B是说明步骤S131中的照相机C的移动的示意图。例如，在步骤S131中，在仅使前端的关节J6旋转来使拍摄单元2绕前端旋转轴T旋转并且拍摄了多个拍摄图像的情况下，照相机C的基准位置的轨迹O1构成以前端旋转轴T为中心轴的圆锥剖面的轮郭。因此，校正部34通过确定出该圆锥的中心轴，能够在基准坐标系中确定出前端旋转轴T的位置和方向。并且，在步骤S131中，在固定TCP的位置(不包括姿势)，并使TCP绕前端旋转轴T的正交轴旋转并拍摄了多个拍摄图像的情况下，照相机C的基准位置的轨迹O2构成的圆弧的中心角的位置和TCP存在于与前端旋转轴T正交的单一平面上。因此，校正部34通过确定出该中心角的所处的前端旋转轴T的正交平面，能够在基准坐标系中确定出前端旋转轴T上的TCP的位置。若能够在基准坐标系中确定出TCP的位置和照相机C的基准位置，则校正部34能够确定出TCP的位置与照相机C的基准位置的对应关系。但是，TCP与照相机C的位置关系也可以未必未知，TCP与照相机C的位置关系也可以已知。在该情况下，能够省略步骤S131、132。

接下来，校正部34以在机器人坐标系中设定的多个TCP的位置拍摄校正图像(步骤S134)。即，以机器人1成为在机器人坐标系中设定的多个TCP的位置的方式控制臂A，并且，校正部34获取在TCP的各位置，照相机C拍摄的校正图像。在步骤S134设定的多个TCP的位置例如可以是在机器人坐标系中均衡地分布的格子点上的位置。

接下来，校正部34基于校正图像确定出基准坐标系中的TCP的位置(步骤S135)。即，校正部34基于在基准坐标系中已知的标记MK的位置、拍摄图像中的标记MK的像的位置、拍摄拍摄图像时的焦距、以及照相机C的光学式样在基准坐标系中确定出照相机C的基准位置，并且基于在步骤S132确定出的TCP与照相机C的基准位置的位置关系确定出基准坐标系中的TCP的位置。

接下来，校正部34将机器人坐标中的TCP的位置与基准坐标系中的TCP的位置的对应关系确定为坐标关系V(步骤S136)。即，校正部34获取多个在步骤S134拍摄拍摄图像时移动的机器人坐标系中的TCP的位置、与基于该拍摄图像得到的基准坐标系中的TCP的位置的对应关系，并且，确定出表示该多个对应关系的坐标关系V。坐标关系V可以是规定了机器人坐标系中的TCP的位置与基准坐标系中的TCP的位置的多个对应关系(坐标彼此)的表格，也可以是能够将机器人坐标系中的TCP的位置与基准坐标系中的TCP的位置相互变换的函数。在坐标关系V为规定了多个坐标彼此的表格的情况下，控制终端4通过插值运算将机器人坐标系中的TCP的位置与基准坐标系中的TCP的位置相互变换即可。在坐标关系V为函数的情况下，该函数可以是线性函数(旋转矩阵)，也可以是非线性函数。最后，校正部34将坐标关系V设定于机器人1(步骤S137)。由此，坐标关系V被记录于控制终端4，控制终端4能够使用坐标关系V。应予说明，校正方法并不局限于图6A的方法。也可以同时进行从步骤S131至步骤S136内的多个步骤，移动次数、拍摄的定时也可以与图6A不同。另外，校正处理中的照相机C与标记MK的相对移动的方式也不局限于图6B的方式。

在以上说明的实施方式中，由于预先确定出基准坐标系与机器人坐标系之间的坐标关系V，并基于该坐标关系V以在基准坐标系中具有各向异性的方式控制臂A，所以能够在按照标记MK存在的现实的空间的方向使机器人的动作具有各向异性。在本实施方式中，操作人员能够在相对于标记MK存在的操作台WT铅垂的方向和水平的方向上正确地具有各向异性的状态下进行示教操作。即，通过在从相对于操作台WT的方向铅垂的方向与水平的方向偏移的方向具有各向异性，能够防止操作人员感到不协调。

(2)其他的实施方式

在上述实施方式中，作为拍摄部的照相机C具备于被安装于机器人1的拍摄单元2，但照相机C也可以是机器人1的构成部件。在该情况下，TCP与照相机C的位置的位置关系也可以作为已知的信息来准备。另外，拍摄部构成为与标记MK的位置关系能够变化即可，也可以未必通过臂A来移动。例如，也可以以能够拍摄操作台WT的方式固定拍摄部，还可以为臂A使标记MK在该操作台WT上移动。校正部34将臂A使标记MK移动时的机器人坐标系中的TCP的位置、与基于拍摄部拍摄的校正图像确定出的基准坐标系中的TCP的位置的对应关系确定为坐标关系V即可。

图7是其他的实施方式所涉及的基准坐标系的示意图。在本实施方式中，在操作台WT上放置有被嵌合构件Q，在被嵌合构件Q的嵌合面Q1的几乎中央形成有嵌合孔G。嵌合孔G是相对于嵌合面Q1垂直的圆柱状的孔。在该嵌合面Q1的嵌合孔G的周围(规定距离以内)配置有多个标记MK。规定距离例如可以基于照相机C的光学式样来设定，例如越是畸变像差较大的照相机C，越将规定距离设定得较小。

基准坐标系是由标记MK在嵌合面Q1上水平排列的方向的α方向、与α方向的轴正交的嵌合面Q1上的方向的β方向、与嵌合面Q1正交的γ方向规定的正交坐标系。另一方面，机器人坐标系与第一实施方式相同。在第一实施方式中，正交坐标系与机器人坐标系是类似的坐标系，但正交坐标系与机器人坐标系也可以未必类似。在这样的基准坐标系中，也能够通过进行与第一实施方式相同的校正处理，来确定出作为正交坐标系与机器人坐标系的对应关系的坐标关系V。另外，由于在嵌合孔G的周围(规定距离以内)配置有多个标记MK，所以能够确定出能够高精度地进行嵌合孔G的周围的正交坐标系与机器人坐标系之间的坐标变换的坐标关系V。

在本实施方式中，控制终端4在向嵌合孔G嵌合对象物时，在臂A的控制中在基准坐标系中的嵌合方向(γ方向)、该嵌合方向以外的方向(α方向，β方向)具有各向异性。在阻抗控制的(1)式中，控制终端4设定为与作为第二方向的α方向、β方向的弹性系数k相比，作为第一方向的γ方向的弹性系数k增大。另外，在机器人1安装有把持作为对象物的工件的末端执行器，成为被末端执行器把持的工件被嵌合至嵌合孔G的TCP的位置被设定为目标位置S_t。目标位置S_t通过上述的示教操作来设定。

如上述那样，在具有各向异性的状态下，若以TCP的位置接近目标位置St的方式进行力控制，则在α方向、β方向上工件容易模仿嵌合孔G的壁面移动，能够在γ方向上可靠地使工件嵌合至嵌合孔G的最深部。由于对于规定基准坐标系的各轴的方向，能够使用阻抗控制的(1)式，所以控制终端4能够容易地实现基准坐标系中的各向异性。

图8是表示本实施方式所涉及的GUI的图。在本实施方式中，也进行与上述实施方式相同的示教处理。但是，在GUI的复选框CH中追加有将在基准坐标系中具有各向异性的方向以标记MK的位置为基准通知给操作人员的记载。在本实施方式中，由于以嵌合面Q1的方向为基准设定有基准坐标系，所以操作人员在现实的空间内不易识别α方向、β方向、γ方向。但是，由于α方向、β方向、γ方向被以标记MK的位置为基准来通知，所以能够基于在现实的空间内识别出的标记MK的位置容易地识别出能够实现怎样的各向异性。

另外，本发明也能够应用于6轴以外的垂直多关节机器人，还能够应用于臂的旋转轴全部平行的SCARA机器人。另外，力传感器FS也可以不必被设置于臂A的前端，力检测器也可以不必是力传感器FS。例如，作为力检测器，也可以按照各关节J1～J6具备对作用于该关节J1～J6的转矩进行检测的转矩传感器。另外，也可以代替转矩传感器来基于马达M1～M6的负载检测转矩。另外，机器人坐标系与基准坐标系中的至少一方也可以是正交坐标系以外的坐标系。例如，基准坐标系也可以是圆筒坐标系。另外，控制终端4也可以不必执行用于臂A的控制的处理，控制终端4的处理也可以通过示教终端3来实现。

附图标记说明：

1…机器人，2…拍摄单元，3…示教终端，5…校正板，4…控制终端，33…示教部，34…校正部，35…UI部，A…臂，A1～A6…臂构件，B1…校正开始指示按钮，B2…示教指示按钮，C…照相机，CH…复选框，D…下拉表，WT…操作台，E1～E6…编码器，f_S…力，FS…力传感器，FS_t…目标力，G…嵌合孔，H…消息部，J1～J6…关节，K_p…比例增益，K_v…微分增益，L…光轴，MK…标记，k…弹性系数，m…惯性系数，d…粘性系数，M1～M6…马达，T…前端旋转轴，U…变换关系，V…坐标关系。

Claims (15)

1.一种机器人，其特征在于，

是具备力检测器以及使标记与拍摄部的位置关系变化的驱动部的机器人，

上述驱动部被控制为：在基于在多个上述位置关系中上述拍摄部拍摄上述标记而得到的图像，进行了确定坐标关系的校正处理的情况下，基于上述坐标关系和上述力检测器的检测值而具有各向异性，上述坐标关系是以上述标记的位置为基准的基准坐标系与成为上述驱动部的控制的基准的机器人坐标系的对应关系。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

具备上述拍摄部。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的机器人，其特征在于，

上述驱动部被控制为：在进行了上述校正处理的情况下，与上述基准坐标系中的第一方向相比，能够利用上述驱动部移动的移动点的容易移动程度在上述基准坐标系中的第二方向中增大。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的机器人，其特征在于，

上述驱动部被控制为：与上述基准坐标系中的第一方向相比，上述驱动部实现的机械阻抗在上述基准坐标系中的第二方向增大。

5.根据权利要求3或者4所述的机器人，其特征在于，

上述第二方向是上述基准坐标系中的单一平面上的两个方向，上述第一方向是在上述基准坐标系中与上述单一平面正交的方向。

6.根据权利要求3或者4所述的机器人，其特征在于，

上述第二方向是沿上述基准坐标系中的单一轴的方向，上述第一方向是在上述基准坐标系中与上述单一轴正交的平面上的两个方向。

7.根据权利要求3或者4所述的机器人，其特征在于，

上述第一方向和上述第二方向的至少一方是上述基准坐标系中的绕规定方向的轴的旋转方向。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的机器人，其特征在于，

上述驱动部被控制为：在操作人员使机器人移动来示教机器人的动作的示教操作时具有各向异性。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的机器人，其特征在于，

上述驱动部被控制为：在向嵌合孔嵌合对象物时，在上述基准坐标系中的嵌合方向与该嵌合方向以外的方向具有各向异性。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，

上述标记被配置在距上述嵌合孔在规定距离以内的多个位置。

11.一种机器人控制装置，其特征在于，

是控制具备力检测器、以及使标记与拍摄部的位置关系变化的驱动部的机器人的机器人控制装置，该机器人控制装置具备：

校正部，其基于在多个上述位置关系中上述拍摄部拍摄上述标记而得到的图像，进行确定坐标关系的校正处理，上述坐标关系是以上述标记的位置为基准的基准坐标系与成为上述驱动部的控制的基准的机器人坐标系的对应关系；以及

控制部，其以在进行了上述校正处理的情况下，基于上述坐标关系和上述力检测器的检测值而具有各向异性的方式控制上述驱动部。

12.根据权利要求11所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述机器人具备用户接口部，该用户接口部以在操作人员使机器人移动来示教机器人的动作的示教操作时，具有各向异性的方式控制上述驱动部，

受理是否以在上述示教操作时具有各向异性的方式控制上述驱动部的指定，

在进行了上述校正处理的情况下，允许以在上述示教操作时具有各向异性的方式控制上述驱动部的主旨的指定。

13.根据权利要求12所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述用户接口部为了以在上述示教操作时具有各向异性的方式控制上述驱动部，将需要进行上述校正处理的这一情况通知给上述操作人员。

14.根据权利要求12或者13所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述用户接口部将具有各向异性的方向以上述标记的位置为基准通知给上述操作人员。

15.一种机器人系统，其特征是在于，具备：

机器人，其具备力检测器和驱动部；

拍摄部，其与标记的位置关系通过上述驱动部驱动而变化；

校正部，其基于在多个上述位置关系中上述拍摄部拍摄上述标记而得到的图像，进行确定坐标关系的校正处理，上述坐标关系是以上述标记的位置为基准的基准坐标系与成为上述驱动部的控制的基准的机器人坐标系的对应关系；以及

控制部，其以基于上述坐标关系和上述力检测器的检测值而具有各向异性的方式控制上述驱动部。