CN109922931A - 机器人控制装置、机器人、机器人系统及机器人控制方法 - Google Patents

机器人控制装置、机器人、机器人系统及机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

提供一种对移动的对象物进行作业的机器人。机器人控制装置构成为：在机器人的末端执行器向对象物的移动方向的移动中，基于所述机器人具备的力检测部的输出，进行使力作用于所述对象物的力控制，从而使所述机器人进行通过所述末端执行器对所述对象物的作业。

Description

机器人控制装置、机器人、机器人系统及机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制装置、机器人、机器人系统以及机器人控制方法。
背景技术
以往，已知有通过机器人来拾取由输送装置输送的对象物(工件)的技术。例如，在专利文献1中公开了如下技术：在输送装置上的区域定义两个坐标系，根据对象物的位置来选择任一个坐标系，使用所选择的坐标系来对机器人输出动作指示，由此抑制输送机的挠曲、鼓起、倾斜的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-174171号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述的现有技术中，无法通过机器人来对由输送装置输送的对象物、由机器人把持并搬运的对象物等移动的对象物进行作业。即，难以对移动的对象物进行螺丝拧紧、研磨等各种作业。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述问题中的至少一个，本发明的机器人控制装置，其特征在于，在机器人的末端执行器向对象物的移动方向的移动中，基于机器人具备的力检测部的输出，进行使力作用于对象物的力控制，从而使机器人进行通过末端执行器对对象物的作业。
即，在末端执行器向对象物的移动方向的移动中，进行使力作用于对象物的力控制，使机器人进行基于末端执行器的作业。因此，在末端执行器配合对象物的移动而在该对象物的移动方向上移动的状况下，能够利用该力进行作业。根据以上的结构，即使对象物一边移动，也能够进行基于力控制的作业。
在上述机器人控制装置中，也可以采用如下的结构：在末端执行器追随于对象物的移动的过程中，判定是否能够开始作业，在判定为能够开始的情况下开始作业。根据该结构，在准备完成之前不开始作业，能够降低作业失败发生的可能性。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：在使机器人进行作业时，通过对设想为对象物已静止时的目标位置、表示对象物的移动量的第一位置校正量和通过力控制而算出的第二位置校正量相加来求出控制目标位置，执行利用控制目标位置的反馈控制。根据该结构，能够容易地执行边追随于对象物的移动边进行基于力控制的作业时的反馈控制。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：取得由第二位置校正量的历史记录决定的代表校正量，在使末端执行器追随于新的对象物的情况下，将代表校正量相加到关于新的对象物的第一位置校正量中。根据该结构，关于新的对象物的控制成为简易的控制。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构，即包括：位置控制部，求出目标位置及第一位置校正量；力控制部，求出第二位置校正量；以及指令综合部，通过对目标位置、第一位置校正量以及第二位置校正量相加来求出控制目标位置，执行利用控制目标位置的反馈控制。根据该结构，能够容易地执行边追随于对象物的移动边进行基于力控制的作业时的反馈控制。
或者，在上述机器人控制装置中，也可以构成为：具备处理器，该处理器构成为执行计算机可执行的命令来控制机器人，处理器求出目标位置、第一位置校正量以及第二位置校正量，通过对目标位置、第一位置校正量以及第二位置校正量相加求出控制目标位置，执行利用控制目标位置的反馈控制。通过该结构，也能够容易地执行边追随于对象物的移动边进行基于力控制的作业时的反馈控制。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：使末端执行器追随于对象物而使末端执行器在与对象物的移动方向平行的方向上移动，为了使机器人进行力控制，使末端执行器在与对象物的移动方向垂直的方向上移动。根据该结构，能够实施伴随向与对象物的移动方向垂直的方向的移动的作业。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：进行通过末端执行器具备的螺丝刀对对象物进行螺丝拧紧的作业。根据该结构，能够通过机器人来对移动的对象物进行螺丝拧紧作业。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：进行通过末端执行器具备的把持部把持的嵌合物与形成于对象物的嵌合部嵌合的作业。根据该结构，能够通过机器人来对移动的对象物进行嵌合作业。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：进行通过末端执行器具备的研磨工具研磨对象物的作业。根据该结构，能够通过机器人来对移动的对象物进行研磨作业。
在上述机器人控制装置中，也可以是如下的结构：进行通过末端执行器具备的去毛刺工具除去对象物的毛刺的作业。根据该结构，能够通过机器人来对移动的对象物进行去毛刺作业。
附图说明
图1是机器人系统的立体图。
图2是示出具有多个处理器的控制装置的一个例子的概念图。
图3是示出具有多个处理器的控制装置的其他例子的概念图。
图4是机器人控制装置的功能框图。
图5是示出GUI的图。
图6是示出命令的例子的图。
图7是螺丝拧紧处理的流程图。
图8是示意性示出螺丝孔H与TCP的关系的图。
图9是机器人控制装置的功能框图。
图10是机器人系统的立体图。
图11是机器人系统的立体图。
图12是机器人系统的立体图。
图13是嵌合处理的流程图。
图14是机器人系统的立体图。
图15是研磨处理的流程图。
图16是机器人系统的立体图。
图17是去毛刺处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图按以下的顺序对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在各图中对于对应的构成要素标以相同的符号，并省略重复的说明。
(1)机器人系统的结构：
(2)螺丝拧紧处理：
(3)其他实施方式：
(1).机器人系统的结构：
图1是示出由本发明的一实施方式所涉及的机器人控制装置控制的机器人以及对象物(工件)的输送路径的立体图。如图1所示，作为本发明的一实施例的机器人系统具备：机器人1、末端执行器20、机器人控制装置40以及示教装置45(示教盒)。机器人控制装置40通过电缆以能够通信的方式与机器人1连接。需要说明的是，机器人控制装置40的构成要素也可以配设于机器人1。机器人控制装置40与示教装置45通过电缆或者以能够进行无线通信的方式连接。示教装置45既可以是专用的计算机，也可以是安装有用于示教机器人1的程序的通用的计算机。并且，机器人控制装置40和示教装置45既可以如图1所示那样具备不同的壳体，也可以构成为一体。
作为机器人控制装置40的结构，能够采用除图1中示出的结构以外的各种结构。例如，也可以是，将处理器和主存储器从图1的控制装置40中删除，并将处理器和主存储器设置于以能够与该控制装置40通信的方式连接的其他装置。在该情况下，将该其他装置和控制装置40合并后的整个装置作为机器人1的控制装置而发挥作用。在其他实施方式中，控制装置40也可以具有两个以上的处理器。在又一其他实施方式中，控制装置40可以通过以能够彼此通信的方式连接的多个装置来实现。在这些各种实施方式中，控制装置40构成作为具备一个以上的处理器的装置或装置组，该一个以上的处理器构成为执行计算机可执行的命令来控制机器人1。
图2是示出机器人控制装置由多个处理器构成的一个例子的概念图。在该例中，除了机器人1及其控制装置40以外，还描画有个人计算机400、410和经由LAN等网络环境而提供的云服务500。个人计算机400、410分别包括有处理器和存储器。另外，在云服务500中也能够利用处理器和存储器。能够利用这些多个处理器的一部分或全部来实现机器人1的控制装置。
图3是示出机器人控制装置由多个处理器构成的其他例子的概念图。在该例中，机器人1的控制装置40容纳于机器人1中，这一点与图2不同。在该例中，也能够利用多个处理器的一部分或全部来实现机器人1的控制装置。
图1的机器人1是将各种末端执行器20安装于臂10来使用的单臂机器人。臂10具备六个关节J1～J6。关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭转关节。在关节J6安装有用于对对象物(工件)进行把持、加工等作业的各种末端执行器20。将臂部10的末端的规定位置表示为工具中心点(TCP)。TCP是作为末端执行器20的位置的基准而使用的位置，能够任意地设定。例如，能够将关节J6的旋转轴上的位置设定为TCP。另外，在使用螺丝刀作为末端执行器20的情况下，能够将螺丝刀的末端设定为TCP。需要说明的是，在本实施例中，以六轴机器人为例，但只要是能够在进行力控制的方向和输送装置的输送方向上移动的机器人即可，可以使用任意的关节机构。
机器人1通过驱动六轴的臂10，能够在可动范围内将末端执行器20配置于任意的位置，将其设为任意的姿势(角度)。在末端执行器20具备有力觉传感器P和螺丝刀21。力觉传感器P是对作用于末端执行器20的三轴的力和绕该三轴作用的转矩进行测量的传感器。力觉传感器P检测与在作为固有坐标系的传感器坐标系中相互正交的三个检测轴平行的力的大小和绕该三个检测轴的转矩的大小。需要说明的是，也可以在关节J6以外的关节J1～J5中的任意一个以上具备作为力检测器的力觉传感器。此外，作为力的检测单元的力检测部只要能够检测进行控制的方向的力、转矩即可，可以使用像力觉传感器那样直接检测力和转矩的单元、或者检测机器人的关节的转矩并间接地求出的单元等。另外，也可以只检测控制力的方向的力、转矩。
将规定设置有机器人1的空间的坐标系称为机器人坐标系时，机器人坐标系是由在水平面上相互正交的x轴和y轴、以及以铅垂向上为正方向的z轴规定的三维正交坐标系(参照图1)。z轴的负方向大致与重力方向一致。另外，用Rx表示绕x轴的旋转角，用Ry表示绕y轴的旋转角，用Rz表示绕z轴的旋转角。能够通过x、y、z方向的位置来表现三维空间中的任意的位置，能够通过Rx、Ry以及Rz方向的旋转角来表现三维空间中的任意的姿势。以下，在标记为位置的情况下，也能够意味着姿势。另外，在标记为力的情况下，也能够意味着转矩。机器人控制装置40通过驱动臂10来控制在机器人坐标系下TCP的位置。
如图4所示，机器人1是能够通过进行示教而进行各种作业的通用机器人，具备作为致动器的电动机M1～M6、作为位置传感器的编码器E1～E6。控制臂10意味着控制电动机M1～M6。电动机M1～M6和编码器E1～E6与关节J1～J6中的每一个对应而具备，编码器E1～E6检测电动机M1～M6的旋转角度。
机器人控制装置40存储有电动机M1～M6的旋转角度的组合与TCP在机器人坐标系下的位置的对应关系U1。另外，机器人控制装置40针对机器人1所进行的作业的每个工序，基于命令而存储目标位置St和目标力fSt中的至少任一个。该命令通过既定的控制语言来描述。将TCP的目标位置St和TCP的目标力fSt作为自变量(参数)的指令按机器人1所进行的作业的每个工序设定。
在此，S字符表示规定机器人坐标系的轴的方向(x、y、z、Rx、Ry、Rz)中的任意一个方向。另外，S也表示S方向的位置。例如在S＝x的情况下，将在机器人坐标系下设定的目标位置的x方向分量标记为St＝xt，将目标力的x方向分量标记为fSt＝fxt。目标力是应作用于TCP的力，在该力应作用于TCP时，力觉传感器P应检测的力能够利用坐标系的对应关系、TCP与力觉传感器P的位置关系来确定。在本实施方式中，目标位置St和目标力fSt由机器人坐标系定义。
机器人控制装置40取得电动机M1～M6的旋转角度Da，并基于对应关系U1而将该旋转角度Da转换成TCP在机器人坐标系下的位置S(x、y、z、Rx、Ry、Rz)。另外，机器人控制装置40基于TCP的位置S和力觉传感器P的检测值及位置而将实际作用于力觉传感器P的力转换为作用于TCP的作用力fS后在机器人坐标系中确定。
具体而言，作用于力觉传感器P的力由以与TCP不同的点为原点的传感器坐标系定义。机器人控制装置40针对TCP在机器人坐标系下的每个位置S而存储有规定了力觉传感器P在传感器坐标系下的检测轴的方向的对应关系U2。因此，机器人控制装置40能够基于TCP在机器人坐标系下的位置S、对应关系U2和力觉传感器P的检测值而确定在机器人坐标系下作用于TCP的作用力fS。另外，作用于机器人的转矩能够根据作用力fS和从工具接触点(末端执行器20与对象物W的接触点)到力觉传感器P为止的距离来算出，被确定作为未图示的fS转矩分量。
在本实施方式中，以如下情况为例进行说明：进行用于进行螺丝拧紧作业的示教，进行该螺丝拧紧作业，其中，该螺丝拧紧作业通过螺丝刀21来将螺丝插入到形成于对象物W的螺丝孔H。
在本实施方式中，对象物W由输送装置50输送。即，输送装置50具有与由图1所示的xyz坐标系规定的x-y平面平行的输送面。输送装置50具备输送辊50a、50b，能够通过使这些输送辊50a、50b旋转来使输送面在y轴方向上移动。因此，输送装置50能够在y轴方向上输送放置于输送面上的对象物W。需要说明的是，图1所示的xyz坐标系预先对机器人1固定地定义。因此，在该xyz坐标系中，能够定义对象物W的位置、机器人1的位置(臂10、螺丝刀21的位置)以及它们的姿势。
在输送装置50的输送辊50a安装有未图示的传感器，该传感器输出与输送辊50a的旋转量相应的信号。在输送装置50中，输送面随着输送辊50a、50b的旋转而不会打滑地移动，因此传感器的输出表示输送装置50的输送量(被输送的对象物W的移动量)。
在输送装置50的上方(z轴正方向)，摄像机30由未图示的支承部支承。摄像机30以z轴负方向侧的虚线所示的范围包含于视野的方式支承于支承部。在本实施方式中，由摄像机30拍摄的图像的位置与输送装置50的输送面上的位置已建立对应。因此，在对象物W存在于摄像机30的视野内的情况下，能够基于摄像机30的输出图像中的对象物W的像的位置来确定对象物W的x-y坐标。
在机器人1上连接有机器人控制装置40，通过该机器人控制装置40的控制，能够控制臂10以及螺丝刀21、输送装置50以及摄像机30的驱动。机器人控制装置40通过由具备CPU、RAM、ROM等的计算机执行机器人控制程序来实现。计算机的形态可以是任意的形态，例如，能够由可移动型的计算机等构成。
输送装置50与机器人控制装置40连接，机器人控制装置40能够向输送辊50a、50b输出控制信号，控制输送辊50a、50b的驱动开始以及结束。另外，机器人控制装置40能够基于输送装置50所具备的传感器的输出来取得被输送装置50输送的对象物W的移动量。
摄像机30与机器人控制装置40连接，当通过摄像机30来拍摄对象物W时，对机器人控制装置40输出拍摄到的图像。螺丝刀21能够通过使吸附于刀头的螺丝旋转来将螺丝插入到螺丝孔中。机器人控制装置40能够输出针对螺丝刀21的控制信号，使其进行螺丝的吸附以及螺丝的旋转。
并且，机器人控制装置40通过向机器人1所具备的电动机M1～M6(图4)输出控制信号，能够使机器人1所具备的臂10移动到可动范围内的任意位置，并在可动范围内使其成为任意的姿势。因此，能够在可动范围内使末端执行器20移动到任意的位置，使其成为任意的姿势，能够使螺丝刀21的末端在可动范围内移动到任意的位置，并在可动范围内使其成为任意的姿势。因此，机器人控制装置40能够通过使螺丝刀21的末端移动至未图示的螺丝供给装置并使螺丝吸附于刀头来拾取螺丝。并且，机器人控制装置40控制机器人1来使末端执行器20移动，以使螺丝位于对象物W的螺丝孔的上空。然后，机器人控制装置40使螺丝刀21的末端接近螺丝孔，并使已吸附于刀头的螺丝旋转，由此来进行螺丝拧紧作业。
在本实施方式中，机器人控制装置40能够为了进行这样的作业而执行力控制以及位置控制。力控制是将作用于机器人1(包括与机器人1联动的末端执行器20等部位)的力设为所希望的力的控制，在本实施方式中是将作用于TCP的力设为目标力的控制。即，机器人控制装置40能够基于力觉传感器P检测出的当前的力来确定作用于与机器人1联动的TCP的力。因此，机器人控制装置40能够基于力觉传感器P的检测值来控制臂10的各关节，以使作用于该TCP的力成为目标力。
臂的控制量可以通过各种方法来决定，例如，能够采用通过阻抗控制来决定控制量的结构等。总之，在基于力觉传感器P检测出的力来确定的对TCP的作用力不是目标力的情况下，机器人控制装置40控制臂10的各关节使得作用于TCP的力接近于目标力，使末端执行器20移动。通过重复该处理，进行将作用于TCP的力设为目标力的控制。当然，机器人控制装置40也可以控制臂10，以使从力觉传感器P中输出的转矩成为目标转矩。
位置控制是使机器人1(包括与机器人1联动的末端执行器20等部位)移动到预定的位置的控制。即，通过示教或轨道计算等来确定与机器人1联动的特定部位的目标位置以及目标姿势，机器人控制装置40控制臂10的各关节以成为该目标位置以及目标姿势，使末端执行器20移动。当然，在该控制中，也可以通过PID(Proportional-Integral-Derivative，比例积分微分)控制等反馈控制来取得电动机的控制量。
如上所述，机器人控制装置40通过力控制以及位置控制来驱动机器人1，但在本实施方式中，由于成为作业对象的对象物W通过输送装置50来移动，因此机器人控制装置40具备用于对移动中的对象物W进行作业的结构。
图4是示出机器人控制装置40为了对移动中的对象物W进行作业而具备的结构的一例的框图。当在机器人控制装置40中执行机器人控制程序时，机器人控制装置40作为位置控制部41、力控制部42、指令综合部43而发挥作用。位置控制部41、力控制部42和指令综合部43也可以构成为硬件电路。
位置控制部41具有根据由预先创建的命令所指定的目标位置来控制机器人1的末端执行器20的位置的功能。位置控制部41还具有使机器人1的末端执行器20追随于移动的对象物W而移动的功能。移动的对象物W的位置可以通过各种方法来取得，但在本实施方式中，基于由摄像机30拍摄到的图像而取得对象物W在进行了拍摄的时刻上的位置(x-y坐标)，基于输送装置50所具备的传感器而取得对象物W的移动量，基于对对象物W进行了拍摄的时刻以后的对象物W的移动量来确定对象物W在任意时刻上的位置。
为了进行这样的对象物W的位置确定和追随，在本实施方式中，位置控制部41还执行对象物位置取得部41a、目标位置取得部41b、位置控制指令取得部41c、跟踪校正量取得部41d的各功能。对象物位置取得部41a是基于摄像机30的输出图像而取得视野内的对象物W(详细而言为对象物W上的螺丝孔)的位置(x-y坐标)的功能。
目标位置取得部41b是在螺丝拧紧作业中取得将螺丝刀21已设为所希望的位置(包括姿势)时的TCP的位置作为目标位置St的功能。目标位置St由通过使用了示教装置45的示教而生成的命令来指定。在本实施方式中，例如，将从螺丝孔向z轴正方向偏移了规定量的位置作为即将开始作业前的目标位置来进行示教，将从此处向z轴负方向前进了螺丝拧紧量(螺丝通过螺丝拧紧而前进的距离)的位置作为作业开始后的目标位置来进行示教。在本实施方式中，通过该示教来指定的目标位置是以对象物W为基准的相对位置，而不是机器人坐标系的位置。但是，也可以将目标位置示教为机器人坐标系的位置。若进行示教，则就生成表示示教内容的命令，并存储于机器人控制装置40。
例如，向对象物W的螺丝孔插入螺丝的作业开始前的TCP的目标位置是为了将螺丝的末端配置于距螺丝孔既定距离(例如5mm)上方而应该配置TCP的位置。命令表示距对象物W的螺丝孔既定距离上方的位置是螺丝的末端的位置。在该情况下，目标位置取得部41b取得对象物位置取得部41a已取得的螺丝孔的位置(x-y坐标)，取得在从z轴的原点朝向上方设有相当于对象物W的高度以及上述既定距离的偏移的位置处配置螺丝这样的TCP的位置作为目标位置St。该TCP的目标位置St是用机器人坐标系表现的位置。
位置控制指令取得部41c取得用于使TCP移动到由目标位置取得部41b已取得的目标位置St的控制指令。在本实施方式中，通过每隔微小时间重复进行位置控制(以及后述的力控制)来使TCP移动到目标位置St。
当使TCP移动到作业开始前的目标位置时，位置控制指令取得部41c将从由摄像机30拍摄对象物W的拍摄时刻到向目标位置的移动完成的移动完成时刻为止的时间间隔分割成每个微小时间。然后，位置控制指令取得部41c将如下的位置确定为每个微小时间的目标位置Stc：该位置是使由摄像机30拍摄对象物W的拍摄时刻上的TCP的位置在直至移动完成时刻为止的期间内移动到目标位置St时的各时刻上的TCP的位置。其结果是，当将微小时间设为ΔT、将拍摄时刻设为T、将向目标位置St的移动完成时刻设为Tf时，就确定TCP在T、T+ΔT、T+2ΔT....Tf-ΔT、Tf各时刻上的目标位置Stc。位置控制指令取得部41c在各时刻依次输出下一时刻的目标位置Stc。例如，在拍摄时刻T，输出时刻T+ΔT上的目标位置Stc，在时刻T+ΔT，输出时刻T+2ΔT上的目标位置Stc。
这里输出的每个微小时间的目标位置Stc是设想为对象物W已静止的情况下的位置指令。即，对象物位置取得部41a取得对象物W(的螺丝孔)在由摄像机30拍摄了对象物W的时刻上的位置，目标位置取得部41b基于对象物W在该时刻上的位置而取得目标位置Stc。另一方面，在实际的作业中，对象物W由输送装置50输送，因此以输送装置50的输送速度向y轴正方向移动。因此，跟踪校正量取得部41d取得来自输送装置50所具备的传感器的输出，取得每个微小时间ΔT的基于输送装置50的对象物W的移动量。
具体而言，跟踪校正量取得部41d与当位置控制指令取得部41c输出目标位置Stc时所设想的时刻(上述的下一个时刻)同步地推断对象物在该时刻上的移动量。例如，如果当前的时刻是时刻T+2ΔT，则位置控制指令取得部41c输出时刻T+3ΔT上的目标位置Stc，跟踪校正量取得部41d将对象物W在时刻T+3ΔT上的移动量作为校正量Stm而输出。时刻T+2ΔT上的移动量例如能够通过如下方式来取得：根据从拍摄时刻T到当前时刻T+2ΔT为止的对象物W的移动量来推断微小时间ΔT中的移动量，将该移动量加到从拍摄时刻T至当前时刻T+2ΔT为止的对象物W的移动量等。指令综合部43对目标位置Stc和校正量Stm进行相加而生成移动目标位置Stt。该移动目标位置Stt相当于位置控制中的控制目标值。
力控制部42将作用于TCP的力控制为目标力。力控制部42具备力控制指令取得部42a，通过示教装置45的操作而基于机器人控制装置40所存储的命令来取得目标力fSt。即，该命令表示在作业中需要力控制的各工序中的目标力fSt，力控制指令取得部42a取得所指定的工序中的目标力fSt。例如，在作业中需要以既定的力将安装于螺丝刀21的末端的螺丝按压于对象物W的情况下，基于该力来确定应作用于TCP的目标力fSt。并且，在需要将作用于安装在螺丝刀21的末端的螺丝与对象物W之间的力设为0的控制(避免碰撞或仿形控制)的情况下，由于该力为0，因此应作用于TCP的力成为目标力fSt。在本例所涉及的螺丝拧紧作业的情况下，力控制部42执行仿形控制(包括对象物的移动方向的平面内的力为0的控制)，该仿形控制以固定的力向z轴负方向按压螺丝，并使作用于螺丝的x轴以及y轴方向的力成为0。
在本实施方式中，力控制部42对作用力fS进行重力补偿。所谓重力补偿是指从作用力fS中除去因重力引起的力和转矩的成分。进行了重力补偿的作用力fS能够视为作用于力觉传感器P的除重力以外的力。
当确定作用于力觉传感器P的除重力以外的作用力fS和应作用于TCP的目标力fSt时，力控制部42通过阻抗控制来取得位置校正量ΔS。本实施例的阻抗控制是通过电动机M1～M6来实现虚拟机械阻抗的主动阻抗控制。力控制部42在末端执行器20受到来自对象物W的力的接触状态的工序中应用这样的阻抗控制。在阻抗控制中，基于将目标力代入后述的运动方程式而取得的位置校正量ΔS来导出电动机M1～M6的旋转角度。机器人控制装置40控制电动机M1～M6的信号是经过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调制后的信号。
机器人控制装置40在末端执行器20未受到来自对象物W的力的非接触状态的工序中，以从移动目标位置Stt通过线性运算导出的旋转角度来控制电动机M1～M6。
指令综合部43具有通过位置控制模式、力控制模式和位置/力控制模式中的任一个或其组合来控制机器人1的功能。例如，在图1所示的螺丝拧紧作业中，在x轴k方向和y轴方向上进行使目标力为零这样的“仿形动作”，因此使用力控制模式。另外，关于z轴方向，由于边以不是零的目标力按压螺丝刀21边将螺丝插入到螺丝孔中，因此使用位置/力控制模式。并且，关于绕各轴的旋转方向Rx、Ry、Rz，由于不进行仿形也不进行按压，因此使用位置控制模式。
(1)力控制模式：基于运动方程式而从目标力导出旋转角度来控制电动机M1～M6的模式。
力控制模式是一种如下的控制：当各时刻的目标位置Stc在作业中不经时变化时执行关于目标力fSt的反馈控制。例如，在螺丝拧紧作业或后述的嵌合作业中，若目标位置Stc处于作业结束位置，则在其后的作业中目标位置Stc不会经时变化，因此以力控制模式执行作业。本实施方式的控制装置40即使在力控制模式下也能够进行使用了与对象物W的基于输送的移动量对应的校正量Stm的位置反馈。
(2)位置控制模式：以从目标位置通过线性运算导出的旋转角度来控制电动机M1～M6的模式。
位置控制模式是在不需要在作业中控制力的情况下执行针对目标位置Stc的反馈控制的控制。换言之，位置控制模式是基于力控制的位置校正量ΔS始终为零的模式。本实施方式的控制装置40即使在位置控制模式下也能够进行使用了与对象物W的基于输送的移动量对应的校正量Stm的位置反馈。
(3)位置/力控制模式：将从目标位置通过线性运算导出的旋转角度和将目标力代入到运动方程式而导出的旋转角度通过线性组合来整合，以整合后的旋转角度控制电动机M1～M6的模式。
位置/力控制模式是如下的控制：当各时刻的目标位置Stc在作业中经时变化时，执行关于经时变化的目标位置Stc和与目标力fSt对应的位置校正量ΔS的反馈控制。例如，在后述的研磨作业或去毛刺作业中当相对于对象物W的作业位置经时变化的情况(研磨位置、去毛刺位置不是一点而具有长度或面积的情况)下，以位置/力控制模式执行作业。本实施方式的控制装置40即使在位置/力控制模式下也能够进行使用了与对象物W的基于输送的移动量对应的校正量Stm的位置反馈。
这些模式既能够基于力觉传感器P或者编码器E1～E6的检测值来自主地切换，也能够根据命令来进行切换。在力控制模式或位置/力控制模式中，机器人控制装置40能够驱动臂10，使得TCP在目标位置处成为目标姿势且作用于TCP的力成为目标力(目标的力和目标的力矩)。
更具体而言，力控制部42通过将目标力fSt和作用力fS代入到阻抗控制的运动方程式来确定力来源校正量ΔS。力来源校正量ΔS是指，在TCP受到了机械阻抗的情况下，为了消除目标力fSt与作用力fS的力偏差ΔfS(t)，TCP应该移动的位置S的大小。下述的(1)式是阻抗控制的运动方程式。
数1
(1)式的左边由将虚拟惯性参数m与TCP的位置S的二阶微分值相乘而得的第一项、将虚拟粘性参数d与TCP的位置S的微分值相乘而得的第二项、以及将虚拟弹性参数k与TCP的位置S相乘而得的第三项构成。(1)式的右边由从目标力fSt中减去实际的作用力fS而得的力偏差ΔfS(t)构成。(1)式中的微分是指基于时间的微分。在机器人1所进行的作业的工序中，也有时设定固定值作为目标力fSt，还有时设定时间的函数作为目标力fSt。
虚拟惯性参数m是指TCP虚拟具有的质量，虚拟粘性参数d是指TCP虚拟承受的粘性阻力，虚拟弹性参数k是指TCP虚拟承受的弹性力的弹簧常数。各参数m、d、k既可以按每个方向设定为不同的值，也可以不论方向如何均设定为共通的值。
当获得力来源校正量ΔS时，指令综合部43基于对应关系U1而将规定机器人坐标系的各轴的方向的动作位置转换为各电动机M1～M6的作为目标的旋转角度的目标角度Dt。然后，指令综合部43通过从目标角度Dt减去电动机M1～M6的作为现实的旋转角度的编码器E1～E6的输出(旋转角度Da)，来算出驱动位置偏差De(＝Dt-Da)。然后，指令综合部43求出驱动速度偏差，该驱动速度偏差是将位置控制增益Kp乘以驱动位置偏差De而得的值与作为现实的旋转角度Da的时间微分值的驱动速度之差，并将速度控制增益Kv乘以该驱动速度偏差，由此导出控制量Dc。
需要说明的是，位置控制增益Kp以及速度控制增益Kv可以不仅包含与比例成分有关的控制增益，而且包含与微分成分、积分成分有关的控制增益。针对电动机Ml～Μ6的各个，分别确定控制量Dc。通过以上说明的结构，指令综合部43能够根据目标力fSt而以力控制模式或位置/力控制模式控制臂10。指令综合部43通过将力来源校正量ΔS相加到每个微小时间的移动目标位置Stt来确定动作位置(Stt+ΔS)。
如上所述，指令综合部43不论在位置控制模式、力控制模式和位置/力控制模式中的哪一个模式下，都能够基于跟踪校正量取得部41d所输出的校正量Stm来控制机器人1。其结果，机器人1的末端执行器20向由校正量Stm指定的方向(在本例中是作为对象物W的移动方向的y轴正方向)移动。例如，在螺丝拧紧作业的开始前，执行基于位置控制模式的控制，末端执行器20所具备的螺丝刀21移动至定义于对象物W的螺丝孔的上方的目标位置(由命令指定的目标位置)为止。并且，当开始螺丝拧紧作业时，通过三个控制模式的组合来执行控制。具体而言，在x轴方向和y轴方向上进行使目标力为零这样的“仿形动作”，因此使用力控制模式。另外，关于z轴方向，由于边以不是零的目标力按压螺丝刀21边将螺丝插入到螺丝孔中，因此使用位置/力控制模式。并且，关于绕各轴的旋转方向Rx、Ry、Rz，由于不进行仿形也不进行按压，因此使用位置控制模式。此时，也进行基于跟踪的校正量Stm的位置校正，因此螺丝刀21追随于对象物W向y轴正方向的移动而移动下去(对象物W与螺丝刀21的向y轴正方向的相对移动速度实质上为0)。
根据本实施方式所涉及的力控制，按如下方式控制机器人1：在安装于螺丝刀21的螺丝已接触对象物W的情况下，即使向z轴负方向以固定的力按压螺丝而对象物W的螺丝孔与螺丝已接触，也不会在x轴和y轴方向上作用有力。因此，在开始该力控制时，机器人控制装置40对螺丝刀21输出控制信号，使螺丝刀21旋转。需要说明的是，当将螺丝以固定的力向z轴负方向按压于对象物W时，向对象物W作用有z轴负方向的力。该力是与作为对象物的移动方向的y轴正方向不同的方向。因此，在本实施方式中，在末端执行器20向作为对象物的移动方向的y轴正方向的移动中，朝向与该移动方向不同的z轴负方向的力作用于对象物W。
机器人控制装置40向对象物W的不考虑由输送产生的移动量时的目标位置Stc加上表示由输送产生的移动量的校正量Stm来求出移动目标位置Stt，由此使末端执行器20追随于对象物W。并且，当螺丝拧紧作业开始时，机器人控制装置40将目标位置St的z轴方向的坐标修正为螺丝拧紧完成时的TCP的坐标。在该情况下，机器人控制装置40通过位置控制指令取得部41c的功能来取得使机器人1不仅移动至y轴方向的目标位置还使其移动至z轴方向的目标位置的控制指令，通过指令综合部43来控制机器人1，使其也移动至z轴方向的目标位置。因此，通过在螺丝刀21旋转的同时在z轴负方向上作用有固定的力的状态下使TCP朝着z轴方向的目标位置移动而进行螺丝拧紧作业。当TCP到达z轴方向的目标位置时，结束对一个螺丝孔的螺丝拧紧作业。像这样，在螺丝拧紧作业中，针对各方向而通过三个控制模式中的任一个来执行控制。
上述的目标位置Stc相当于“设想为对象物已静止时的目标位置”，校正量Stm相当于“表示对象物的移动量的第一位置校正量”，力来源校正量ΔS相当于“通过力控制而算出的第二位置校正量”，移动目标位置Stt相当于“对目标位置、第一位置校正量和第二位置校正量进行相加而得的控制目标位置”。
在以上的控制中，为了使末端执行器20追随于对象物W而移动，机器人控制装置40使该末端执行器20在与对象物W的移动方向平行的方向(y轴方向)上移动。并且，为了将作用于TCP的力控制为目标力，使该末端执行器20在与对象物W的移动方向垂直的方向(z轴方向)上移动。根据该结构，能够实施伴随向与对象物W的移动方向垂直的方向的移动的作业。
根据以上的结构，能够一边以追随于对象物W的方式使末端执行器20移动，一边将作用于TCP的力控制为目标力，从而使机器人进行基于末端执行器20的作业。因此，在因基于末端执行器20的作业而发生了末端执行器20与对象物W接触等相互作用的情况下，作用于TCP的力成为目标力。由于该目标力是对对象物W进行作业所需的力，因此根据以上的结构，即使对象物一边移动，也能够在不妨碍对象物的移动的情况下进行螺丝拧紧作业。因此，不使输送装置暂时停止或者不使对象物从输送装置退避即可进行螺丝拧紧作业。另外，也不需要用于退避的作业空间。
并且，在本实施方式中，除了进行位置控制之外还进行力控制，因此能够吸收各种误差因素而实施作业。例如，在由输送装置50的传感器检测的对象物W的移动量上可能包含误差。另外，在从输送装置50的输送面的抖动或摄像机30的拍摄图像确定的对象物W的位置上也可能包含误差。并且，在对多个对象物W进行作业的情况下，在个别的对象物W上可能产生对设计的误差(螺丝孔的大小、形状的变动等)。并且，螺丝刀21等工具也可能发生磨损等变化。
因此，仅通过位置控制来使机器人1追随于螺丝孔的移动，难以对多个对象物的各个恰当地连续完成螺丝拧紧作业。但是，根据力控制，能够吸收这些误差。例如，即使TCP的位置与目标位置的关系偏离了理想关系，当螺丝接近螺丝孔时，x轴方向以及y轴方向的力也被控制为0，因此机器人按如下方式移动：即使存在误差，在螺丝对螺丝孔的插入上也没有妨碍(x轴方向以及y轴方向的力也为0)。因此，能够一边吸收各种误差一边进行螺丝拧紧作业。
此外，利用者能够通过本实施方式中的示教装置45来示教各作业工序的目标位置以及目标力，并基于该指示而生成上述的命令。该示教装置45的示教可以以各种方式进行，例如，既可以通过利用者用手移动机器人1来示教目标位置，也可以通过由示教装置45指定机器人坐标系下的坐标来示教目标位置。
图5示出了示教装置45的GUI的一个例子。目标力fSt能够以各种方式示教，也可以是，能够示教目标力fSt并示教阻抗控制的参数m、d、k。例如，也可以构成为能够利用图5所示的GUI进行示教。即，示教装置45能够在未图示的显示器上显示图5所示的GUI，能够通过未图示的输入装置来接收利用了GUI的输入。该GUI例如在TCP被移动到利用了基于目标力fSt的力控制的作业的开始位置、配置有实际的对象物W的状态下显示。如图5所示，该GUI包括输入窗N1～N3、滑动条Bh、显示窗Q1、Q2、曲线图G1、G2和按钮B1、B2。
在该GUI中，示教装置45能够通过输入窗N1、N2来接收力的方向(目标力fSt的方向)和力的大小(目标力fSt的大小)。即，示教装置45在输入窗N1中接收规定机器人坐标系的任一个轴的方向的输入。另外，示教装置45在输入窗N2中接收任意数值的输入作为力的大小。
并且，在GUI中，示教装置45能够通过已输入至输入窗N3的数值来接收虚拟弹性参数k。当接收到虚拟弹性参数k时，示教装置45以曲线图G2显示与虚拟弹性参数k对应的存储波形V。曲线图G2的横轴表示时刻，曲线图G2的纵轴表示作用力。存储波形V是作用力的时间响应波形，预先按每个虚拟弹性参数k存储于示教装置45的存储介质中。存储波形V是向在输入窗N2接收到的大小的力收敛下去的波形。存储波形V是在一般的条件下对臂10进行了控制使得在输入窗N2接收到的大小的力作用于TCP时基于力觉传感器P而取得了实际作用于TCP的力的情况下的时间响应波。当虚拟弹性参数k不同时，存储波形V的形状(斜率)非常不同，因此按每个虚拟弹性参数k来存储存储波形V。
并且，在GUI中，示教装置45根据滑动条Bh上的滑块H1的操作而接收虚拟粘性参数d和虚拟惯性参数m。在图5的GUI中，作为用于接收虚拟惯性参数m和虚拟粘性参数d的结构，设置有滑动条Bh和能够在该滑动条Bh上滑动的滑块H1。示教装置45接收使滑块H1在滑动条Bh上滑动的操作。需要说明的是，在滑动条Bh上显示有：滑块H1越向右方向移动则成为越重视稳定性的设定，滑块H1越向左方向移动则成为越重视响应性的设定。
然后，示教装置45取得滑块H1在滑动条Bh上的滑动位置，接收与该滑动位置对应的虚拟惯性参数m和虚拟粘性参数d。具体而言，示教装置45接收虚拟惯性参数m和虚拟粘性参数d的设定，使得虚拟惯性参数m与虚拟粘性参数d之比固定(例如m：d＝1：1000)。另外，示教装置45将与滑块H1的滑动位置对应的虚拟惯性参数m和虚拟粘性参数d显示于显示窗Q1、Q2。
并且，示教装置45根据按钮B1的操作而以当前的设定值控制臂10。即，示教装置45对机器人控制装置40指令输出在GUI所设定的目标力fSt和阻抗控制的参数m、d、k，并根据这些设定值来控制臂10。在该情况下，力觉传感器P的检测值被发送至示教装置45，示教装置45基于检测值而将作用于TCP的力的检测波形VL显示于曲线图G1。利用者通过比较存储波形V和检测波形VL，能够执行设定目标力fSt以及阻抗控制的参数m、d、k的操作。
当按以上方式设定各工序中的目标位置、目标力以及阻抗控制的参数m、d、k时，示教装置45在机器人控制装置40生成用将目标位置、目标力和阻抗控制的参数m、d、k作为自变量的命令描述的机器人控制程序。当该机器人控制程序被加载到机器人控制装置40时，机器人控制装置40能够执行基于所指定的参数的控制。
机器人控制程序通过预定的程序语言来描述，通过翻译程序经由中间语言而转换为机器语言程序。机器人控制装置40的CPU以时钟周期执行机器语言程序。翻译程序既可以由示教装置45执行，也可以由机器人控制装置40执行。机器人控制程序的命令由主体和自变量构成。在命令中包括使臂10或末端执行器20动作的动作控制指令、读出编码器或传感器的检测值的监视命令、设定各种变量的设定命令等。需要说明的是，在本说明书中，命令的执行与翻译了该命令的机器语言程序的执行同义。
在图6示出动作控制命令(主体)的一个例子。如图6所示，动作控制命令包括能够以力控制模式使臂10动作的力控制对应命令和不能以力控制模式使臂10动作的位置控制命令。力控制对应命令能够通过自变量来指定力控制模式的开启。在未通过该自变量指定力控制模式的开启的情况下，以位置控制模式执行该力控制对应命令，在通过该自变量而指定力控制模式的开启的情况下，以力控制模式执行该力控制对应指令。另外，力控制对应命令能够在力控制模式下执行，位置控制命令不能在力控制模式下执行。执行基于翻译程序的句法结构错误检查以在力控制模式下不执行位置控制命令。
并且，力控制对应命令能够通过自变量来指定力控制模式的继续。当在以力控制模式执行的力控制对应命令中通过该自变量指定了力控制模式的继续时，继续力控制模式，当未通过该自变量来指定力控制模式的继续时，在该力控制对应命令的执行完成之前，力控制模式结束。即，即使以力控制模式执行力控制对应命令，只要没有通过自变量来明确地指定，力控制模式也与该力控制对应指令相应地自主结束，力控制模式不会继续到该力控制对应命令的执行结束后。另外，在图6中，“CP”是能够指定移动方向的命令的分类，“PTP”是能够指定目标位置的命令的分类，“CP+PTP”是能够指定移动方向和目标位置的命令的分类。
(2)螺丝拧紧处理：
图7是螺纹拧紧处理的流程图。螺丝拧紧处理通过位置控制部41、力控制部42、指令综合部43根据由上述的命令描述的机器人控制程序而执行的处理、和位置控制部41根据摄像机30以及输送装置50的动作而执行的处理来实现。在本实施方式中，螺丝拧紧处理在开始了由输送装置50进行的对象物W的输送的情况下执行。当开始螺丝拧紧处理而成为能够在摄像机30的视场中拍摄对象物W的状态时，摄像机30输出对象物W的拍摄图像。于是，机器人控制装置40通过对象物位置取得部41a的处理来取得摄像机的拍摄图像(步骤S100)。
接着，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能而根据对象物W的图像确定螺丝孔的位置(步骤S105)。即，机器人控制装置40基于在步骤S100中所取得的图像的特征量、模式匹配处理结果、对象物W上的设计信息(螺丝孔的设计位置信息)等而确定螺丝孔的位置(x-y坐标)。
接着，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能并基于在步骤S105中已确定的螺丝孔的位置以及命令来取得目标位置S t(步骤S110)。即，输送装置50的输送面的z轴方向的位置已被预先确定，对象物W的高度(z轴方向的尺寸)也已被预先确定。因此，在步骤S105中，当螺丝孔的x-y坐标被确定时，也确定了螺丝孔的xyz坐标。作为对螺丝孔的作业的开始位置而被示教的位置由于通过命令而描述为从螺丝孔向z轴正方向偏移而得的位置，因此机器人控制装置40将如下的位置确定为目标位置St：该位置是用于相对于螺丝孔的xyz坐标将螺丝配置于向z轴正方向偏移而得的位置的TCP的位置。
接着，机器人控制装置40通过位置控制指令取得部41c的功能来取得每个微小时间ΔT的目标位置Stc(步骤S115)。即，将从由摄像机30进行的对象物W的拍摄时刻直至向由命令指定的目标位置St的移动完成的移动完成时刻为止的时间间隔分割成每个微小时间。然后，位置控制指令取得部41c确定使由摄像机30拍摄对象物W的拍摄时刻上的TCP的位置在直至移动完成时刻为止的期间内移动到由命令已指定的目标位置St时的各时刻上的TCP的目标位置Stc。即，位置控制指令取得部41c基于每个工序的最终的目标位置St而取得用于使TCP依次接近该最终的目标位置St的每个微小时间的目标位置Stc。
图8是示意性示出螺丝孔H与TCP的关系的图。在图8中，示出了摄像机30的拍摄时刻T上的螺丝孔H0在时刻T+ΔT、T+2ΔT、T+3ΔT移动了H1、H2的情况的例子。另外，拍摄时刻T上的TCP的位置为TPC0。在该例子中，为了简单，示出在例示的工序中的TCP的最终的目标位置St与螺丝孔H的x-y坐标一致的例子。即，说明如下这样的例子：当TCP到达最终的目标位置St时，在图8所示的x-y平面上重叠于螺丝孔H。
在该例子中，机器人控制装置40将从拍摄时刻T直至TCP到达螺丝孔H0的移动完成时刻Tf为止的期间分割成每个微小时间ΔT，确定各时刻上的目标位置。在图8中，取得T+ΔT、T+2ΔT、T+3ΔT…Tf-ΔT、Tf上的目標位置P1、P2、P3…Pf-1、Pf。在各时刻，位置控制指令取得部41c输出下一个时刻的目标位置Stc。例如，在时刻T+2ΔT，位置控制指令取得部41c将时刻T+3ΔT的目标位置P3作为目标位置Stc来输出。
接着，机器人控制装置40通过跟踪校正量取得部41d的功能来取得目标位置的校正量Stm(步骤S120)。机器人控制装置40按每个ΔT期间重复进行步骤S120～S130的处理时，在步骤S120中，取得摄像机30的拍摄时刻T以后到当前为止的移动量，基于该移动量来推断对象物W从当前到微小时间ΔT的期间内的移动量，并将其作为目标位置的校正量Stm而取得。例如，如果当前的时刻是图8所示的时刻T+2ΔT，则跟踪校正量取得部41d取得对象物W在时刻T+3ΔT上的移动量作为校正量Stm。
在此，对象物W在时刻T+3ΔT上的移动量是拍摄时刻T以后的移动量(图8所示的L)。因此，跟踪校正量取得部41d根据对象物W从拍摄时刻T到当前时刻T+2ΔT为止的移动量(L1+L2)推断下一个微小时间ΔT中的移动量L3，将该移动量L3相加到对象物W从拍摄时刻T到当前时刻T+2ΔT为止的移动量(L1+L2)等而取得移动量L。各时刻上的移动量L成为在各时刻从跟踪校正量取得部41d中输出的校正量Stm。
接着，机器人控制装置40以当前的控制目标控制机器人1(步骤S125)。控制目标中包含位置控制的移动目标位置Stt和力控制的目标力fSt，在未设定力控制的目标力fSt的情况下，机器人控制装置40以位置控制模式并用当前时刻上的参数来使TCP移动。即，位置控制指令取得部41c基于在步骤S115中已取得的每个微小时间ΔT的目标位置来输出TCP在当前时刻的下一时刻上的目标位置Stc。另外，跟踪校正量取得部41d输出在步骤S120中已取得的当前时刻上的TCP的位置的校正量Stm。
然后，机器人控制装置40通过指令综合部43的功能并根据将该位置Stc与校正量Stm结合而得到的移动目标位置Stt来控制机器人1，使得TCP移动到当前时刻的移动目标位置Stt。其结果，成为机器人1(螺丝刀21)追随于对象物W的基于输送装置50的输送而移动的状态。在图8中，将每个微小时间的目标位置P1、P2、P3用校正量L1、(L1+L2)、(L1+L2+L3)校正后的结果即TCP移动的位置表示为位置P’1、P’2、P’3。这样，根据本实施方式，在将TCP朝向作为每个工序的最终目标位置的螺丝孔H0上空的位置控制和追随于输送装置50的输送的位置控制结合的状态下进行位置控制。
在设定了力控制的目标力fSt的情况下，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能来取得力觉传感器P的输出，确定当前作用于TCP的作用力fS。然后，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能而取得控制指令(力来源校正量ΔS)，该控制指令用于比较作用力fS和目标力fSt，并在两者不同的情况下使机器人1移动以使作用力fS成为目标力fSt。机器人控制装置40通过指令综合部43的功能而将位置控制的控制指令(移动目标位置Stt)和力控制的控制指令(力来源校正量ΔS)这双方综合并输出至机器人1。其结果，在机器人1追随于由输送装置50进行的对象物W的移动的状态下进行伴随力控制的螺丝拧紧作业。
接着，机器人控制装置40通过指令综合部43的功能而判定是否能够开始螺丝拧紧作业(步骤S130)。即，伴随力控制的作业(工序)能够在末端执行器20相对于对象物W已成为既定的关系(位置以及姿势)的状态下开始。因此，在本实施方式中，构成为：在机器人1正在追随于对象物W的移动而移动的过程中判定是否实现了该既定的关系，在判定为已实现的情况下开始作业。在本实施方式中，在作业开始前，以位置控制模式执行控制，在作业开始后以力控制模式执行控制。
可以基于各种指标来进行是否能够开始作业的判定。例如，能够采用由传感器检测用于判定作业是否能够开始的信息的结构。传感器可以是各种结构，既可以是检测各种波长的电磁波的摄像机、距离传感器，也可以是力觉传感器P。摄像机或距离传感器可以安装于任意的位置，例如，能够采用以作业开始前的对象物W包含于检测范围内的方式对末端执行器20、螺丝刀21安装摄像机或距离传感器的结构。
在利用力觉传感器P的情况下，例如可列举出如下的结构：在使螺丝刀21等工具已接近于对象物W时未检测出预定外的力而检测出预定范围内的力的情况下判定为机器人控制装置40能够开始作业。另外，既可以在各种传感器的输出已稳定化的情况下判定为能够开始作业，也可以在向作业开始前的工序的最终的目标位置(例如若是螺丝孔则为螺丝孔的上空)到达后经过了规定时间的情况下判定为能够开始作业。根据该结构，在准备完成之前不会开始作业，能够降低发生作业失败的可能性。
在步骤S130中未判定为能够开始螺丝拧紧作业的情况下，机器人控制装置40重复步骤S120以后的处理。即，重复步骤S120以后的处理，直至机器人1追随于对象物W而移动，在TCP存在于螺丝孔的上方的能够开始作业的位置的状态下稳定地追随为止。
在步骤S130中判定为能够开始螺丝拧紧作业的情况下，机器人控制装置40判定作业是否已结束(步骤S135)。作业的结束能够通过各种判定要素进行判定，例如，能够采用如下的结构：在螺丝向螺丝孔的插入完成了的情况、机器人1到达了z轴方向的目标位置的情况、通过螺丝刀21以适当的转矩进行了螺丝拧紧的情况下判定为作业已结束。在步骤S135中判定为螺丝拧紧作业已结束的情况下，机器人控制装置40结束螺丝拧紧处理。
另一方面，在步骤S135中未判定为螺丝拧紧作业已结束的情况下，机器人控制装置40判定是否已设定目标力fSt(步骤S140)。在步骤S140中判定为已设定目标力fSt的情况下，机器人控制装置40重复步骤S120以后的处理。
另一方面，在步骤S140中未判定为已设定目标力fSt的情况下，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能来设定对螺丝作用在z轴负方向上为固定值、在xy轴方向上为0的力那样的目标力fSt(步骤S145)。即，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能来将为了使在z轴负方向上为固定值、在xy轴方向上为0的力作用于螺丝而应作用于TCP的力设定为目标力fSt。其结果，力控制部42成为能够输出基于阻抗控制而确定的力来源校正量ΔS的状态。因此，若在该状态下执行步骤S125，则就进行将作用于TCP的力设为目标力fSt的力控制。
接着，机器人控制装置40将z轴方向的目标位置修正为作业结束位置，驱动螺丝刀21(步骤S150)。即，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能而基于命令来确定螺丝拧紧结束时的位置，将z轴方向的目标位置修正为该位置。y轴方向的目标位置在步骤S120中按照与对象物W的移动量相应的校正量Stm而被经时地修正，因此在步骤S150的修正后的步骤S125中，螺丝刀21在y轴方向上追随于对象物W。并且，在步骤S150中，机器人控制装置40通过指令综合部43的功能来对螺丝刀21输出控制信号，使螺丝刀21旋转。
当在执行了步骤S150之后重复步骤S120～S140时，机器人控制装置40在步骤S125中通过指令综合部43来使机器人1在y轴方向上移动的同时也在z轴方向上移动(在该过程中螺丝刀21一直旋转)。然后，在螺丝刀21的末端的螺丝能够接触于螺丝孔的状态下，进行控制，使得在z轴负方向上作用有固定的力而在x轴、y轴方向上力为0。因此，螺丝不会受到对象物W的移动的妨碍而插入到螺丝孔中。
(3)其它实施方式
以上的实施方式是用于实施本发明的一个例子，除此以外也能够采用各种实施方式。例如，既可以省略上述的实施方式的一部分的结构，也可以改变或省略处理的顺序。并且，在上述的实施方式中，虽然对TCP设定了目标位置St、目标力fSt，但也可以对其他位置例如关于力觉传感器P的传感器坐标系的原点或螺丝的末端等设定目标位置、目标力。
并且，也可以基于由摄像机拍摄到的多个图像(例如动态图像)而取得对象物W的位置、移动方向、移动速度。并且，基于输送装置的输送路径也可以不是直线状。在该情况下，对象物的位置、沿着输送路径的对象物的移动速度由传感器等补足。并且，也可以是对存在于对象物的多个螺丝孔进行螺丝拧紧的作业的结构。在该情况下，在针对一个螺丝孔的螺丝拧紧作业结束后，进行针对其他螺丝孔的螺丝拧紧，因此进行用于补足其他螺丝孔的当前位置的处理。例如，既可以在步骤S105中确定了多个螺丝孔之后继续补足各螺丝孔的当前位置，也可以根据设计信息等确定从一个螺丝孔的当前位置来观察而存在其他螺丝孔的位置并由此确定其他螺丝孔的当前位置。
机器人只要能够通过力控制进行动作即可，只要能够利用任意形式的可动部实施关于对象物的作业即可。末端执行器是在关于对象物的作业中利用的部位，可以安装任意的工具。对象物只要是成为机器人的作业对象的物体即可，既可以是由末端执行器把持的物体，也可以是由末端执行器所具备的工具处理的物体，各种物体能够成为对象物。
图10及图11是示出对象物的例子的图，在这些图中，与图1同样的结构用同样的符号来示出。图10表示对象物W1为打印机的例子，机器人1进行用于将壳体的外框安装于对象物W1的主体的螺丝拧紧作业。即，机器人控制装置40确定由摄像机30拍摄到的对象物W1的螺丝孔H。另外，机器人控制装置40控制机器人1，使末端执行器20(螺丝刀21)追随于随着由输送装置50进行的输送而产生的该螺丝孔H的移动。然后，机器人控制装置40通过伴有力控制的控制来使机器人1进行螺丝拧紧作业。其结果，能够不妨碍对象物的移动而进行作业。
图11示出对象物W2为车辆的例子，机器人100通过螺丝刀21来对作为对象物W2的车辆的车身所具备的螺丝孔(未图示)进行螺丝拧紧作业。需要说明的是，在图11所示的例子中，输送装置52能够将制造中的车辆载置于输送台52a并向y轴负方向输送。另外，摄像机32如虚线所示具有朝向y-z平面的视场，能够对由输送装置52输送的车辆进行拍摄。另外，机器人100设置于车辆制造工厂内的顶棚或梁、墙壁等。
在这样的结构中，机器人控制装置40确定由摄像机30拍摄到的对象物W2的螺丝孔。另外，机器人控制装置40控制机器人100，使末端执行器20(螺丝刀21)追随于随着输送装置50的输送而产生的该螺丝孔H的移动。然后，机器人控制装置40通过伴有力控制的控制来使机器人100进行螺丝拧紧作业。其结果，能够不妨碍对象物的移动而进行作业。需要说明的是，在图11中，省略了机器人控制装置40与输送装置500的连接线。如以上那样，对象物能够设想各种作业对象。
机器人的可动部只要构成为相对于机器人的设置位置相对地移动、姿势变化即可，其自由度(可动轴的数量等)是任意的。机器人的形式可以是各种形式，也可以是正交机器人、水平多关节机器人、垂直多关节机器人、双臂机器人等。当然，轴的数量或臂的数量、末端执行器的形式等能够采用各种形式。
作用于机器人的目标力只要是在通过力控制来驱动该机器人时作用于机器人的目标力即可，例如，在将由力觉传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器等力检测部检测的力(或者根据该力而计算出的力)控制为特定的力时，该力成为目标力。
通过力控制来使其作用于对象物的力能够设为任意方向的力，特别优选设为与对象物的移动方向不同的方向的力。例如，若对象物向y轴正方向移动，则包含朝向y轴负方向的力在内的、与y轴正方向不同的方向的各种力能够成为通过力控制应使其作用于对象物的力。无论哪种情况，只要该力作用于对象物由此通过力控制来进行针对对象物的作业即可。将通过力控制来使其作用于对象物的力设为与对象物的移动方向不同的方向的力的方式在能够更准确地执行力控制这一点上是优选的。
图9是示出机器人控制装置40的其他结构例的功能框图。在此，为了将针对对象物的基于力控制的控制结果利用于下次以后的对象物的控制，在力控制部42内追加有跟踪偏移取得部42b。在进行了用于使作用于机器人的力成为目标力的力控制的情况下，跟踪偏移取得部42b取得作为该力控制所需的移动量的力来源校正量ΔS，根据过去的力控制中的力来源校正量ΔS的历史记录来决定代表校正量ΔSr。代表校正量ΔSr被供给至跟踪校正量取得部41d。在使末端执行器20追随于新的对象物的情况下，跟踪校正量取得部41d将代表校正量ΔSr相加到如通常那样已确定的对象物W的移动量中来求出位置校正量Stm。需要说明的是，跟踪偏移取得部42b也可以设置于位置控制部41内。
利用代表过去的力控制中的力来源校正量ΔS的代表校正量ΔSr的理由如下。将作用于机器人的力设为目标力的力控制在当前的力与目标力不同的情况下通过使末端执行器20移动来使当前的力接近目标力。并且，在对相同的形状和大小的对象物执行多次相同的作业的情况下，能够再现基于该力控制的力来源校正量ΔS。因此，如果在进行使末端执行器20追随于对象物的位置控制而不是力控制时的对象物的移动量上加上相当于在力控制中能够再现的力来源校正量ΔS的代表校正量ΔSr，则就能够通过位置控制来实现力控制中所需的校正。因此，关于新的对象物的控制成为简易的控制，能够使作业的周期时间缩短。另外，力控制的代表校正量ΔSr可以通过各种方法来确定，例如，也可以是多次力控制中的力来源校正量ΔS的统计值(例如平均值或中位数)。作为统计值的其他例子，在基于力控制的力来源校正量ΔS的方差或标准偏差收敛于规定的范围内的情况下，能够采用相当于该力来源校正量ΔS的分布的峰值的力来源校正量ΔS(即，最频值)。
并且，用于上述的图4、图9所示的控制的结构是一个例子，也可以采用其他结构。例如，也可以是如下的结构：当由目标位置取得部41b取得目标位置St时，以基于由输送装置50产生的对象物W的移动的校正量来校正目标位置。并且，也可以是如下的结构：在由指令综合部43取得电动机M1～M6的控制量时校正控制量以追随于由输送装置50产生的对象物W的移动。
并且，在实施方式中能够实施的作业并不限定于螺丝拧紧，能够实施其他各种作业。以下，作为其他实施方式，依次说明进行下面的三个作业的方式。
(a)嵌合作业：
将由末端执行器所具备的把持部把持的嵌合物与形成于对象物的嵌合部嵌合的作业。
(b)研磨作业：
通过末端执行器所具备的研磨工具来研磨对象物的作业。
(c)去毛刺作业：
通过末端执行器所具备的去毛刺工具来除去对象物的毛刺的作业。
图12示出了进行嵌合作业的机器人系统，示出了在图1所示的机器人1的末端执行器20安装有夹爪210的结构。在图12所示的结构中，夹爪210以外的结构与图1所示的机器人1同样。
在末端执行器20上安装有夹爪210的情况下，能够对由输送装置50输送的对象物进行利用了由夹爪210紧抓的物体的作业。在图12所示的例子中，在对象物W3的上表面(由摄像机30拍摄的面)形成有嵌合孔H3，机器人1进行使由夹爪210把持的嵌合物We嵌合于嵌合孔H3的作业。
图13是示出进行图12所示的嵌合作业的嵌合处理的例子的流程图。在开始了由输送装置50进行的对象物W3的输送的情况下执行嵌合处理。图13的流程图除了步骤S205、S210、S250以外均与图7的流程图大致相同。图13的处理能够通过将图7的处理中的“螺丝拧紧作业”更换为“嵌合作业”并将“螺丝孔”更换为“嵌合孔”、将“螺丝刀21”更换为“夹爪210”来理解，因此以下主要对步骤S250的内容进行说明。
在图13的步骤S145中，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能来将为了使在z轴负方向上为固定值、在x轴y轴方向上为0的力作用于嵌合物We而应作用于TCP的力设定为目标力fSt。
接着，机器人控制装置40将z轴方向的目标位置修正为作业结束位置(步骤S250)。即，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能而基于命令来确定嵌合完成时的位置，将z轴方向的目标位置修正为该位置。由于y轴方向的目标位置通过步骤S120而被经时地修正，因此在步骤S250的修正后的步骤S125中以在y轴方向上夹爪210追随于对象物W3、在z轴方向上夹爪210向嵌合孔的方向下降的方式设定目标位置。
当在执行了步骤S250之后重复步骤S120～S140时，机器人控制装置40在步骤S125中通过指令综合部43来使机器人1在y轴方向上移动的同时也在z轴方向上移动。然后，在嵌合物We能够接触于嵌合孔H3的状态下，进行控制，使得在z轴负方向上作用有固定的力，在x轴、y轴方向上力为0。因此，嵌合物We被插入而不会被对象物W3的移动妨碍。
图14示出了进行研磨作业的机器人系统，示出了在图1所示的机器人1的末端执行器20安装有研磨机211的结构。在图14所示的结构中，研磨机211以外的结构与图1所示的机器人1同样。
在末端执行器20上安装有研磨机211的情况下，能够通过研磨机211来对由输送装置50输送的对象物进行研磨作业。在图14所示的例子中，机器人1进行用研磨机211研磨作为长方体的对象物W4的棱H4(由摄像机30拍摄的棱)的作业。
图15是示出进行图14所示的研磨作业的研磨处理的例子的流程图。在开始了由输送装置50进行的对象物W4的输送的情况下执行研磨处理。图15的流程图除了步骤S305、S310、S345、S350以外均与图7的流程图大致相同。图15的处理能够通过将图7的处理中的“螺丝拧紧作业”更换为“研磨作业”并将“螺丝孔”更换为“棱”、将“螺丝刀21”更换为“研磨机211”来理解，因此以下主要对步骤S345、S350的内容进行说明。
在图15的步骤S140中，在未判定为已设定目标力的情况下，机器人控制装置40通过力控制指令取得部42a的功能来设定对研磨机211的砂轮作用在x轴、y轴以及z轴的负方向上固定的力那样的目标力(步骤S345)。即，设定应作用于TCP的目标力fSt，使得在研磨机211中沿x轴负方向作用有固定的力并边以y轴负方向的力和z轴负方向的力的合力将研磨机211的砂轮向对象物W4方向按压边进行研磨。
其结果，力控制部42成为能够输出基于阻抗控制而确定的校正量ΔS的状态。因此，若在该状态下执行步骤S125，则就进行将作用于TCP的力设为目标力fSt的力控制。通过该力控制，研磨机211能够沿着对象物W4的棱H4而顺畅地移动且在将砂轮已按压于研磨对象的状态下进行研磨。
接着，机器人控制装置40将x轴方向的目标位置修正为作业结束位置，驱动研磨机211(步骤S350)。即，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能而基于命令来确定研磨完成时的位置，将x轴方向的目标位置修正为该位置。y轴方向的目标位置在步骤S120中以与对象物W4的移动量对应的校正量Stm而被经时地修正，因此在步骤S350的修正后的步骤S125中，以在y轴方向上研磨机211追随于对象物W4、在x轴方向上研磨机211向棱的方向移动的方式设定目标位置。并且，在步骤S350中，机器人控制装置40通过指令综合部43的功能来对研磨机211输出控制信号，使研磨机211的旋转开始。
当在执行了步骤S350之后重复步骤S120～S140时，机器人控制装置40在步骤S125中通过指令综合部43来使机器人1向y轴方向移动的同时也向x轴负方向移动。而且，在研磨机211的砂轮能够接触于棱H4的状态下进行控制，使得在x轴负方向上作用有固定的力，并以y轴负方向的力与z轴负方向的力的合力将砂轮按压于棱H4。因此，能够对移动中的对象物W4在不妨碍移动的情况下进行研磨。
图16示出了进行去毛刺作业的机器人系统，示出了在图1所示的机器人1的末端执行器20安装有去毛刺工具212的结构。在图16所示的结构中，去毛刺工具212以外的结构与图1所示的机器人1同样。
在末端执行器20上安装有去毛刺工具212的情况下，能够通过去毛刺工具212来对由输送装置50输送的对象物进行去毛刺作业。在图16所示的例子中，机器人1进行用去毛刺工具212对作为长方体的对象物W5的棱H5(由摄像机30拍摄的棱)去毛刺的作业。
图17是示出进行图16所示的去毛刺作业的去毛刺处理的例子的流程图。在开始了由输送装置50进行的对象物W5的输送的情况下执行去毛刺处理。图17的流程图除了步骤S450以外均与图15的流程图大致相同。图17的处理能够通过将图15的处理中的“研磨作业”更换为“去毛刺作业”并将“研磨机211”更换为“去毛刺工具212”来理解，因此以下主要对步骤S450的内容进行说明。
当在步骤S345中对去毛刺工具212的去毛刺部设定在x轴、y轴以及z轴的负方向上作用固定的力那样的目标力时，机器人控制装置40将x轴方向的目标位置修正为作业结束位置，驱动去毛刺工具212(步骤S450)。即，机器人控制装置40通过目标位置取得部41b的功能而基于命令来确定去毛刺完成时的位置，并将x轴方向上的目标位置修正为该位置。y轴方向的目标位置在步骤S120中以与对象物W4的移动量对应的校正量Stm而被经时地修正，因此在步骤S450的修正后的步骤S125中按如下方式设定目标位置：在y轴方向上去毛刺工具212追随于对象物W4，在x轴方向上去毛刺工具212向棱的方向移动。并且，在步骤S450中，机器人控制装置40通过指令综合部43的功能来对去毛刺工具212输出控制信号，使去毛刺工具212的旋转开始。
当在执行了步骤S450之后重复步骤S120～S140时，机器人控制装置40在步骤S125中通过指令综合部43来使机器人1向y轴方向移动的同时也向x轴负方向移动。然后，在去毛刺工具212的去毛刺部能够接触棱H4的状态下进行控制，使得在x轴负方向上作用有固定的力，并以y轴负方向的力与z轴负方向的力的合力将去毛刺部按压于棱H5。因此，能够对移动中的对象物W5在不妨碍移动的情况下进行去毛刺。
符号说明
1机器人、10臂、20末端执行器、21螺丝刀、30、32摄像机、40机器人控制装置、41位置控制部、41a对象物位置取得部、41b目标位置取得部、41c位置控制指令取得部、41d跟踪校正量取得部、42力控制部、42a力控制指令取得部、42b跟踪偏移取得部、43指令综合部、45示教装置、50输送装置、50a、50b输送辊、52输送装置、52a输送台、100机器人、210夹爪、211研磨机、212去毛刺工具、400个人计算机、500云服务。

Claims (14)

1.一种机器人控制装置，其特征在于，
在机器人的末端执行器向对象物的移动方向的移动中，基于所述机器人具备的力检测部的输出，进行使力作用于所述对象物的力控制，从而使所述机器人进行通过所述末端执行器对所述对象物的作业。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
在所述末端执行器追随于所述对象物的移动的过程中，判定是否能够开始所述作业，
在判定为能够开始的情况下使所述作业开始。
3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
在使所述机器人进行所述作业时，通过对设想为所述对象物已静止时的目标位置、表示所述对象物的移动量的第一位置校正量和通过所述力控制算出的第二位置校正量相加来求出控制目标位置，执行利用所述控制目标位置的反馈控制。
4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，
取得由所述第二位置校正量的历史记录决定的代表校正量，在使所述末端执行器追随于新的对象物的情况下，将所述代表校正量相加到关于所述新的对象物的所述第一位置校正量中。
5.根据权利要求3或4所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述机器人控制装置具备：
位置控制部，求出所述目标位置及所述第一位置校正量；
力控制部，求出所述第二位置校正量；以及
指令综合部，通过对所述目标位置、所述第一位置校正量和所述第二位置校正量相加来求出所述控制目标位置，执行利用所述控制目标位置的反馈控制。
6.根据权利要求3或4所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述机器人控制装置构成为：
具备处理器，所述处理器构成为执行计算机可执行的命令来控制所述机器人，
所述处理器求出所述目标位置、所述第一位置校正量和所述第二位置校正量，通过对所述目标位置、所述第一位置校正量以及所述第二位置校正量相加求出所述控制目标位置，执行利用所述控制目标位置的反馈控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
使所述末端执行器追随于所述对象物而使所述末端执行器在与所述移动方向平行的方向上移动，
为了使所述机器人进行力控制，使所述末端执行器在与所述移动方向垂直的方向上移动。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
进行通过所述末端执行器具备的螺丝刀对所述对象物进行螺丝拧紧的所述作业。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
进行通过所述末端执行器具备的把持部把持的嵌合物与形成于所述对象物的嵌合部嵌合的所述作业。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
进行通过所述末端执行器具备的研磨工具研磨所述对象物的所述作业。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
进行通过所述末端执行器具备的去毛刺工具除去所述对象物的毛刺的所述作业。
12.一种机器人，其特征在于，通过权利要求1至11中任一项所述的机器人控制装置控制。
13.一种机器人系统，其特征在于，具备：权利要求1至11中任一项所述的机器人控制装置和通过所述机器人控制装置控制的所述机器人。
14.一种机器人控制方法，其特征在于，
在机器人的末端执行器向对象物的移动方向的移动中，基于所述机器人具备的力检测部的输出，进行使力作用于所述对象物的力控制，从而使所述机器人进行通过所述末端执行器对所述对象物的作业。
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