CN110509255B - 控制装置及机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供控制装置及机器人系统，能够容易地选择示教的多种模式。控制装置在机器人的示教中，通过第一控制模式和第二控制模式控制可动部，第一控制模式根据力检测部所检测的力使可动部连续移动，第二控制模式根据力检测部所检测的力使可动部按预先设定的移动量移动。控制部根据力检测部所检测的力的时间变化和力的大小来选择第一控制模式或第二控制模式。

Description

控制装置及机器人系统
技术领域
本发明涉及一种机器人的控制装置及机器人系统。
背景技术
已知有直接示教模式，即，作为简单地进行机器人的示教作业的模式，示教者直接保持机器人的手指来操作机器人的手指位置。在直接示教模式中，虽然能够连续地大幅度移动机器人，但是仅通过连续地移动很难进行细微的位置确定。所以，本申请的申请人公开的专利文献1中记载了利用根据外力使机器人向预定方向移动预定量的模式来进行细微的位置确定的技术方案。
专利文献1：日本特开2017-164876号公报
发明内容
但是，在上述现有技术中，在切换模式时需要通过示教器来进行切换的指示，所以存在费时费力的问题。
根据本发明的一个实施方式，提供一种控制具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部的机器人的控制装置。该控制装置具备控制部，所述控制部在所述机器人的示教中通过第一控制模式和第二控制模式控制所述可动部，第一控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部连续移动，第二控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部按预先设定的移动量移动。所述控制部根据所述力检测部所检测的力的时间变化和所述力的大小中的一方或双方来选择所述第一控制模式或所述第二控制模式。
附图说明
图1是机器人系统的一例的立体图。
图2是示出具有多个处理器的控制装置的一例的示意图。
图3是示出具有多个处理器的控制装置的另一个示例的示意图。
图4是机器人和控制装置的功能框图。
图5是示出第二控制模式中平移力和移动量的关系的说明图。
图6是示出第二控制模式中旋转力和旋转量的关系的说明图。
图7是机器人系统的另一个示例的立体图。
图8是机器人系统的又一个示例的立体图。
图9是示出第一实施方式中力的变化的一例的图表。
图10是第一实施方式中示教处理的流程图。
图11是示出第二实施方式中力的变化的示例的图表。
图12是示出第三实施方式中力的变化的示例的图表。
图13是第四实施方式中控制模式选择部的功能框图。
图14是第四实施方式中示教处理的流程图。
图15是示出第四实施方式中第一控制模式和第二控制模式的选择示例的时序图。
图16是第五实施方式中控制模式选择部的功能框图。
图17是第五实施方式中力数据记录处理的流程图。
图18是第五实施方式中控制模式判定处理的流程图。
图19是示出第五实施方式中第一控制模式和第二控制模式的选择示例的时序图。
图20是示出阈值的设定界面的一例的说明图。
图21是示出阈值的设定界面的另一个示例的说明图。
附图标记说明
100…机器人；110…基座；120…臂；130…末端执行器；150…把手；170…致动器；190…力检测部；200…控制装置；210…处理器；212…可动部控制部；214…控制模式选择部；216…输入受理部；220…主存储器；230…非易失性存储器；232…程序命令；234…示教数据；240…显示控制部；250…显示部；260…I/O接口；271、272…比较器；273…平移力计数器；274…旋转力计数器；275…模式判定部；276…计数器；277…存储部；300…示教装置；400…个人计算机；500…云服务。
具体实施方式
A.第一实施方式
图1是示出机器人系统的一例的立体图。该机器人系统具备机器人100、控制装置200以及示教装置300。控制装置200经由电缆或无线与机器人100及示教装置300以能够通信的方式相连接。
机器人100具备基座110和臂120。臂120的前端设置有力检测部190，力检测部190的前端侧安装有末端执行器130。末端执行器130能够使用任何种类的末端执行器。图1的示例中，为了方便图示，将末端执行器130绘成了简单的形状。臂120具备多个关节。臂120的前端附近的位置能够被设定为工具中心点(TCP)。TCP是被用作末端执行器130的位置基准的位置，可设定于任何位置。本说明书中，臂120和末端执行器130合起来称作“可动部”。
控制装置200具有处理器210、主存储器220、非易失性存储器230、显示控制部240、显示部250以及I/O接口260。这些各部经由总线相连接。处理器210例如为微型处理器或处理器电路。控制装置200经由I/O接口260连接于机器人100和示教装置300。另外，控制装置200也可以收纳于机器人100的内部。
另外，控制装置200的结构能够采用图1所示的结构以外的各种结构。例如，可以从图1的控制装置200中删除处理器210和主存储器220，然后将处理器210和主存储器220设置于与该控制装置200以能够通信的方式相连接的其他装置。这种情况下，该其他装置和控制装置200组合起来的装置整体发挥作为机器人100的控制装置的功能。另一个实施方式中，控制装置200可以具有两个以上的处理器210。又一个实施方式中，控制装置200可以通过以能够通信的方式相互连接的多个装置来实现。这些各种实施方式中，控制装置200构成为具备一个以上处理器210的装置或装置组。
图2是示出机器人的控制装置由多个处理器构成的一例的示意图。该示例中，除机器人100及其控制装置200以外，还绘有个人计算机400、410，以及通过LAN等的网络环境所提供的云服务500。个人计算机400、410分别包含处理器和存储器。此外，云服务500中也能够利用处理器和存储器。利用这些多个处理器的一部分或全部能够实现机器人100的控制装置。
图3是示出机器人的控制装置由多个处理器构成的另一个示例的示意图。该示例中，机器人100的控制装置200存储于机器人100中这一点与图2不同。该示例中，也能够利用多个处理器的一部分或全部实现机器人100的控制装置。
示教装置300在编写用于机器人100的作业的控制程序(示教数据)时被利用。示教装置300也称作“示教器”。也能够用安装了示教处理的应用程序的个人计算机来代替示教器。示教处理时，控制装置200和示教装置300发挥“控制装置”的功能。另外，也可以不用示教装置300，仅用控制装置200来进行示教处理。
力检测部190是测量施加于末端执行器130的外力的六轴的力觉传感器。力检测部190，具有在作为固有的坐标系的传感器坐标系∑f中互相正交的三个检测轴X、Y、Z，并检测平行于各个检测轴的力的大小和各个检测轴旋转的扭矩(力的力矩)的大小。平行于各个检测轴的力称作“平移力”。此外，各个检测轴旋转的扭矩称作“旋转力”。本说明书中，用语“力”用作包含平移力和旋转力的两种意思。
力检测部190不需要一定是检测六轴的力的传感器，也可以使用检测较少方向的力的传感器。此外，除了在臂120的前端设置力检测部190以外，也可以在臂120的任何一个以上的关节设置作为力检测部的力传感器。另外，“力检测部”只要具有检测力的功能即可。即，“力检测部”可以是像力觉传感器这种直接检测力的装置，或者也可以是IMU(InertialMeasurement Unit：惯性测量装置)、从臂120的致动器的电流值来检测力的装置等间接地求得力的装置。此外，“力检测部”可以外装于机器人100，也可以内置于机器人100。
图4是示出机器人100和控制装置200的功能的框图。机器人100除上述力检测部190以外，还具有用于驱动多个关节的多个致动器170。控制装置200的处理器210通过执行预先存储于非易失性存储器230的程序命令232来实现可动部控制器212、控制模式选择部214及输入受理部216的功能。可动部控制器212通过控制致动器170使臂120移动。控制模式选择部214根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择后述的第一控制模式或第二控制模式。第一控制模式及第二控制模式中的臂120的控制由可动部控制部212执行。执行可动部控制器212和控制模式选择部214的功能的处理器210相当于“控制部”。通过示教处理编写的示教数据234存储于非易失性存储器230。另外，也可以通过硬件电路来实现可动部控制部212和控制模式选择部214，以及输入受理部216的功能的一部分或全部。
示教处理中，能够利用包含以下说明的第一控制模式和第二控制模式的多个控制模式。
<第一控制模式>
第一控制模式是根据力检测部190所检测的力连续使臂120移动的模式。该第一控制模式就是所谓的被称作直接示教的模式，用户在保持末端执行器130的状态下施加力时，臂120则会根据该力平稳地移动。此时，控制装置200执行作为力控制的一种的柔顺控制来使臂120移动。第一控制模式的移动被称作“连续移动”。直接示教中所使用的柔顺控制是基于预先确定的力控制参数(运动方程式的质量M、粘性系数D、以及弹性系数K)使臂移动的控制。
<第二控制模式>
第二控制模式是根据力检测部190所检测的力使臂120按预先确定的移动量移动的模式。该第二控制模式中，由于用户轻敲、轻拉、轻扭末端执行器130而检测到预先确定的阈值以上的力时，臂120只移动预定的移动量。该移动量，对于平移力例如设定为0.1mm至1mm的微小的平移量(平移移动量)，对于旋转力例如设定为0.1度至3度的微小的旋转角(旋转移动量)。如此一来，就能够微调末端执行器130或TCP的位置。第二控制模式的移动被称作“定量移动”。
第一实施方式中，根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择第一控制模式和第二控制模式中的其中一个。另外，示教处理中机器人100的用户称作“示教者”。
图5是示出第二控制模式中平移力和移动量的关系的说明图。该示例中，用户对末端执行器130朝Y轴方向施加微小的平移力Fy，包含臂120和末端执行器130的可动部根据该平移力Fy朝Y轴方向按预先确定的微小移动量△L移动。
图6是示出第二控制模式中旋转力和移动量的关系的说明图。该示例中，用户对末端执行器130围绕X轴施加微小的旋转力Mx，包含臂120和末端执行器130的可动部根据该旋转力Mx沿围绕X轴的旋转方向按预先确定的微小旋转量△R旋转。旋转量△R包含于广义的“移动量”。另外，第二控制模式中的旋转例如优选以TCP为中心的旋转。
第二控制模式中，在同时检测到阈值以上的多个平移力或多个旋转力的情况下，对于该移动方法存在以下选项。控制装置200优选构成为在示教处理的设定界面中用户能够选择采用两个选项A1、A2中任一个。关于选项B1、B2的选择及选项C1、C2的选择也是同样的。
<同时检测到多个方向的平移力时的移动方法的选项>
·A1：在检测到平移力的多个方向上分别只移动预定的移动量△L。
·A2：在检测到平移力的多个方向中，仅在力的峰值最大的方向上只移动预定的移动量△L。
<同时检测到多个围绕轴的旋转力时的移动方法选项>
·B1：围绕检测到旋转力的多个轴分别只旋转预定的旋转量△R。
·B2：在检测到旋转力的多个轴中，仅围绕力的峰值最大的轴旋转预定的旋转量△R。
<同时检测到平移力和旋转力时的移动方法的选项>
·C1：不进行对应于平移力的移动，而围绕检测到旋转力的轴旋转预定的旋转量△R旋转。
·C2：在检测到平移力的方向上移动预定的移动量△L的同时围绕检测到旋转力的轴旋转预定的旋转量△R。
另外，如图6所示当扭动末端执行器130时，平移力与旋转力一同被检测到的情况较多。因此，在同时检测到旋转力和平移力的情况下，用户有可能并不想要进行平移方向的移动。上述选项C1就是考虑这种情况的不进行对应于平移力的移动的选项。
图7示出了机器人系统的另一个示例。该示例中，末端执行器130具有比图1小且细的形状。在这种末端执行器130的尺寸小的情况下，很难将用于选择第一控制模式或第二控制模式的力施加于末端执行器130。所以，该示例中，力检测部190安装有把手150，通过将力施加于该把手150，能够边选择第一控制模式或第二控制模式边执行示教处理。另外，为了准确检测施加于把手150的力，把手150优选设置于力检测部190的前端侧。
图8示出了机器人系统的又一个示例。该示例中，机器人100的基座110的下方设置有力检测部190。该结构中，在向臂120的中间部位施加力的情况下，也能够通过第一控制模式或第二控制模式控制臂120。如能够从该示例所理解到的这样，能够根据施加于机器人100的可动部中比力检测部190更靠前端侧的任何部位的力，来执行通过第一控制模式或第二控制模式的控制。
图9是示出力检测部190所检测的力F的变化的一例的图表。该示例中，检测到峰值力阈值Fth以上的两个平移力F1、F2。第一平移力F1为力阈值Fth以上的持续时间在持续时间阈值Tth以上。在检测到这样的平移力F1的情况下，选择第一控制模式，沿平移力F1的方向执行末端执行器130的连续移动。即，末端执行器130在被用户-把持的状态下沿用户施加力的方向平稳地移动。第二平移力F2示出了力阈值Fth以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值的脉冲状的变化。这种脉冲状的平移力F2例如由用户轻敲(敲击)末端执行器130而产生。在检测到这种脉冲状的平移力F2的情况下，选择第二控制模式，沿平移力F2的方向按预定的移动量△L执行末端执行器130的移动。关于旋转力也是同样地执行控制模式的选择和移动，所以省略对旋转力的说明。在以下说明的另一个示例中也是同样的。
如能够从图9所理解到的一样，第一实施方式中，控制模式选择部214根据力检测部190所检测的力F的时间变化来选择第一控制模式或第二控制模式。更具体来说，是根据力F的大小为力阈值Fth以上的时间长度来选择第一控制模式或第二控制模式。因此，根据用户施加于机器人100的可动部的力的时间变化能够容易地切换控制模式。另外，图9中，未检测到力的状态下的控制模式可以设定为第一控制模式和第二控制模式中的任一个，此外，也可以设定为其他的控制模式。无论在哪种情况，因未检测到力所以不执行第一控制模式中的连续移动和不执行第二控制模式中的定量移动这一点都是相同的。
图10是第一实施方式中示教处理的流程图。该示教处理为通过示教装置300将机器人100设定为示教模式的状态下，通过控制装置200的可动部控制部212和控制模式选择部214执行。
步骤S111中，在力检测部190检测到力之前待机，当检测到力时进入步骤S112。步骤S112中，控制模式选择部214执行控制模式的判定和选择。具体来说，如图9所说明的这样，根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择第一控制模式或第二控制模式。步骤S112中选择了第一控制模式的情况下进入步骤S113，可动部控制部212执行根据第一控制模式的连续移动。持续第一控制模式，直到在下一个步骤S114中判定根据第一控制模式的连续移动已结束之后进入步骤S116。另外，例如，如图9所示，第一控制模式在力未达到力阈值Fth时可以判定结束。但是，用于结束判定的力阈值可以使用与用于选择控制模式的力阈值Fth不同的值。在步骤S112中选择了第二控制模式的情况下，进入步骤S115，可动部控制部212执行了根据第二控制模式的定量移动后，进入步骤S116。另外，步骤S111中在检测到的力未超过力阈值Fth的情况下，步骤S112中第一控制模式和第二控制模式都不选择而进入步骤S116。步骤S116中判定示教处理是否已结束，未结束的情况下返回步骤S111。另外，例如，用户能够用示教装置300进行示教处理的结束指示。
如上，第一实施方式中，根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择第一控制模式或第二控制模式。更具体来说，是根据力F的大小为力阈值Fth以上的时间长度来选择第一控制模式或第二控制模式。因此，用户能够根据施加于机器人100的可动部的力的时间变化容易地切换控制模式。
另外，上述第一实施方式中，在力F的大小为力阈值Fth以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值Tth的情况下选择第二控制模式，在持续时间为持续时间阈值Tth以上的情况下选择第一控制模式，但也可以通过除此之外的方法来选择第一控制模式和第二控制模式中的一个。例如，能够用力F的时间变化相关的以下特征量中的任一个来选择第一控制模式或第二控制模式。
<关于力的时间变化的特征量示例>
(a)力为力阈值以上的时间长度。
(b)力的时间变化的频率，尤其是力的时间变化的频谱的峰值频率。
(c)力的微分值，尤其是力的微分值的峰值的大小。
(d)力的时间变化与预先设定的力变化图案的图案匹配的一致度。
上述第一实施方式中，可以考虑使用上述特征量(a)。如此，能够利用力F的时间变化相关的预先确定的特征量来选择第一控制模式或第二控制模式。这种情况下，预先设定适合于该特征量的阈值。
B.第二实施方式
图11是示出第二实施方式中力检测部190所检测的力的变化的示例的图表。第二实施方式只有控制模式的判定方法与第一实施方式不同，装置构成和处理流程都与第一实施方式相同。
图11的第一平移力F1和第二平移力F2与第一实施方式的图9所示的相同。图11中，力阈值使用与图9所示的力阈值Fth相等的第一值V1和比第一值V1大的第二值V2。与上述第一实施方式是同样的，第一平移力F1和第二平移力F2的峰值都为第一值V1(＝Fth)以上，根据其持续时间的不同来选择第一模式和第二模式中的一个并执行。第三平移力F3也与第二平移力F2同样，为第一值V1(＝Fth)以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值Tth，所以选择第二控制模式并执行。但是，第二平移力F2的峰值为第一值V1以上且小于第二值V2，第三平移力F3的峰值为第二值V2以上。这种情况下，根据第二平移力F2所执行的第二控制模式中，按预定的移动量△L1执行末端执行器130的移动。此外，根据第三平移力F3所执行的第二控制模式中，沿平移力F3的方向按预定的移动量△L2执行末端执行器130的移动。对应于第三平移力F3的移动量△L2设定为比对应于第二平移力F2的移动量△L1大的值。例如，第一移动量△L1设定为0.1mm，第二移动量△L2设定为1mm。
如图11，如果关于第二控制模式设定多个阈值V1、V2，然后按对应于力F的峰值是否大于其中任一个阈值的不同移动量△L1、△L2执行移动，那么用户就能够容易地区别使用较粗的微调整和较细的微调整。
另外，图11的示例中，在力F第一值V1(＝Fth)以上的持续时间在持续时间阈值Tth以上的情况下选择第一控制模式，反而，也可以在力F为第二值V2以上的持续时间在持续时间阈值Tth以上的情况下选择第一控制模式。
如上，第二实施方式中，根据力F的时间变化和力F的大小双方面来选择第一控制模式或第二控制模式，所以用户能够容易地切换控制模式。
C.第三实施方式
图12是示出第三实施方式中力检测部190所检测的力的变化的示例的图表。第三实施方式也是只有控制模式的判定方法与第一实施方式不同，装置构成和处理流程与第一实施方式相同。
图12的示例中，力阈值使用第一值V1和第二值V2。这些值V1、V2可以使用与图11所示的值不同的值。第三实施方式中，力F的大小在每一定的周期Pd判定，不使用第一实施方式中使用的持续时间阈值Tth。在各个周期Pd的起始点力F为第一值V1以上时，选择第二控制模式按预定的移动量△L执行定量移动。此外，在各个周期Pd的起始点力F为第二值V2以上时，选择第一控制模式执行连续移动。例如，当施加第一平移力F1时，从成为第一值V1以上的时间点开始通过第二控制模式执行两次定量移动，之后，从达到第二值V2以上的时间点开始通过第一控制模式执行连续移动。另一方面，当施加第二平移力F2时，在成为第一值V1以上的时间点通过第二控制模式执行一次定量移动。
如上，第三实施方式中，根据力F的大小选择第一控制模式或第二控制模式。如此一来，用户能够根据施加于机器人100的可动部的力的大小容易地切换控制模式。
D.第四实施方式
图13是第四实施方式中控制模式选择部214的功能框图。第四实施方式的机器人系统的整体构成与第一实施方式相同，控制模式选择部214的结构和示教处理的处理流程与第一实施方式不同。
控制模式选择部214具有两个比较器271、272、平移力计数器273、旋转力计数器274、以及模式判定部275。力检测部190所检测的平移力F被输入到第一比较器271与力阈值Fth进行比较。该力阈值Fth与图9所示的力阈值Fth相同。表示第一比较器271的比较结果的二进制判定值Fb被输入到平移力计数器273，然后对判定值Fb的值为1的次数进行计数。另一方面，力检测部190所检测的旋转力M被输入到第二比较器272与力阈值Mth进行比较。表示第二比较器272的比较结果的二进制判定值Mb被输入到旋转力计数器274，然后对判定值Mb的值为1的次数进行计数。平移力计数器273的计数值Fc和旋转力计数器274的计数值Mc被输入到模式判定部275。模式判定部275执行根据判定值Fb、Mb和计数值Fc、Mc来选择第一控制模式和第二控制模式中的一个的判定。
图14是第四实施方式中示教处理的流程图。图15是其时序图。如图15所示，比较器271、272的比较在每预定的周期Pb执行，表示这些比较结果的判定值Fb、Mb也在每周期Pb进行计数然后生成计数值Fc、Mc。
图14的步骤S211中，模式判定部275判定计数值Fc、Mc中的至少一方是否为预先设定的阈值以上。该阈值是用于判定是否是第一控制模式的阈值。在图15的示例中，阈值设定为5。在计数值Fc、Mc中的至少一方为阈值以上的情况下，进入步骤S221，执行通过第一控制模式的连续移动。第一控制模式持续直到步骤S222中比较器271、272的判定值Fb、Mb变为零为止。图15的示例中，时刻t6～t7中执行通过第一控制模式的连续移动。当第一控制模式结束时，步骤S223中计数器273、274被归零然后进入步骤S215。
步骤S211中，计数值Fc、Mc双方均小于阈值的情况下，进入步骤S212，判定是否检测到旋转力。该判定是判定旋转力的比较器272的判定值Mb是否为1。在检测到旋转力的情况下，进入步骤S231，选择第二控制模式同时根据所检测到的旋转力执行定量旋转。图15的示例中，时刻t3及时刻t8中，执行通过第二控制模式的定量旋转。定量旋转执行一次之后进入步骤S232，计数器274的计数值Mc加1之后进入步骤S215。
步骤S212中，在未检测到旋转力的情况下，进入步骤S213，判定是否检测到平移力。该判定是判定平移力的比较器271的判定值Fb是否为1的。在检测到平移力的情况下，进入步骤S241，选择第二控制模式同时根据所检测到的平移力执行定量平移。图15的示例中，时刻t1、t2、t4及时刻t5～t6期间执行通过第二控制模式的定量平移。定量平移执行一次之后进入步骤S242，计数器273的计数值Fc加1之后进入步骤S215。
步骤S213中，在未检测到平移力的情况下，进入步骤S214，计数器273、274的计数值Fc、Mc归零之后进入步骤S215。步骤S215中，判定示教处理是否结束，未结束的情况下返回步骤S211。
图15的示例中，时刻t3及时刻t8中检测到平移力和旋转力双方，据此执行第二控制模式的定量旋转。即，该示例中，作为同时检测到平移力和旋转力时的移动方法，采用了不进行对应于平移力的移动，而仅围绕检测到旋转力的轴旋转预定的旋转量进行旋转的方法。该移动方法相当于第一实施方式中所说明的选项C1。代替地，也可以使用选项C2。
此外，图15的示例中，时刻t5～t6之间连续地检测到平移力F，在平移力计数器273的计数值Fc达到阈值(＝5)之前执行四次通过第二控制模式的定量移动，在计数值Fc达到阈值的时刻t6以后执行通过第一控制模式的连续移动。计数值Fc达到阈值之前的时间与图9所示的持续时间阈值Tth相等。即，第四实施方式中也与第一实施方式同样，在力F的大小为力阈值Fth以上的持续时间小于持续时间阈值的情况下选择第二控制模式，在持续时间为持续时间阈值以上的情况下选择第一控制模式。但是，如图9中所说明的这样，第一实施方式中，从力F的大小为力阈值Fth以上开始到经过持续时间阈值Tth为止的期间不执行通过第二控制模式的定量移动。另一方面，如图15所示，第四实施方式中，从力F的大小为力阈值Fth以上开始到经过持续时间阈值为止的期间(即，计数值达到阈值之前的期间)执行通过第二控制模式的定量移动。无论哪种情况，根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择第一控制模式或第二控制模式这一点都是相同的。因此，用户能够根据施加于机器人100的可动部的力的时间变化容易地切换控制模式。
E.第五实施方式
图16是第五实施方式中控制模式选择部214的功能框图。第五实施方式的机器人系统的整体构成与第一实施方式及第四实施方式相同，控制模式选择部214的结构和示教处理的处理流程与第一实施方式及第四实施方式不同。
控制模式选择部214具有：两个比较器271、272、模式判定部275、计数器276、以及存储部277。第五实施方式的控制模式选择部214具有从图13所示的第四实施方式的控制模式选择部214省略计数器273、274，然后追加计数器276和存储部277的结构。比较器271、272使用正的阈值+Fth、+Mth和负的阈值－Fth、－Mth双方作为阈值生成三个值(－1,0，+1)的判定值Fb、Mb这一点也与第四实施方式不同。另外，平移力的正的力阈值+Fth的意思是正方向(例如+X方向)的力阈值，负的力阈值－Fth的意思是反方向(例如－X方向)的力阈值。正和负的力阈值±Fth用于判定平移力F的方向。这种情况下，通过比较力F与力阈值±Fth的绝对值来判定是否为“力的大小为力阈值以上”。旋转力M也是同样的。
两个比较器271、272的三个值的判定值Fb、Mb输入到模式判定部275。模式判定部275将两个判定值Fb、Mb记录到存储器277，参照记录到存储部277的判定值Fb、Mb的历史执行选择第一控制模式和第二控制模式的其中一个的判定。计数器276用于确定模式判定部275的处理周期。
图17是第五实施方式中力数据记录处理的流程图。该处理通过模式判定部275执行。步骤S311中，计数器276的计数值CNT设定为不为零的初始值。步骤S312中，判定计数值CNT是否为零，如果不为零则进入步骤S313，计数值CNT减1然后返回步骤S312。步骤S312中，当计数值CNT达到零时，进入步骤S314。步骤S314中，比较器271、272从力检测部190获取力F、M，然后分别与力阈值±Fth、±Mth比较。步骤S315中，模式判定部275将比较器271、272的判定值Fb、Mb记录到存储部277，然后返回步骤S311。如此，图17的处理中，相当于计数值CNT的初始值的每一定的周期反复执行步骤S314、S315的处理。
图18是第五实施方式中控制模式判定处理的流程图，图19是其时序图。该处理也通过模式判定部275执行。图18的处理也与图17的处理同样，相当于计数值CNT的初始值的每一定的周期执行，但省略关于计数值CNT的处理的图示。图19中，绘有力F、判定值Fb、第一控制模式及第二控制模式的执行状态。图19的黑点表示绘制每个一定周期Pd的值的点。周期Pd例如设定在10ms～30ms范围内。另外，省略旋转力的图示。
模式判定部275在图18的步骤S321中从存储部277读出判定值Fb、Mb的历史，然后在步骤S322中执行控制模式的判定和选择。例如，在平移力的判定值Fb持续为+1或－1的持续时间为持续时间阈值Tth以上的情况下，选择第一控制模式然后进入步骤S323，执行连续移动。步骤S324中第一控制模式持续到判定值Fb为零为止。另一方面，在步骤S322中，在判定值Fb持续为+1或－1的持续时间为小于持续时间阈值Tth且为最小时间阈值Tmin以上的情况下，选择第二控制模式然后进入步骤S325，执行定量移动。此外，在步骤S322中，在判定值Fb持续为+1或－1的持续时间为小于最小时间阈值Tmin的情况下，第一控制模式和第二控制模式两个都不选择，而进入步骤S326。对于旋转力这些处理也是同样的。在步骤S326中，判定示教处理是否已结束，在未结束的情况下返回步骤S321。
图19的示例中，在时刻t11～t12期间判定值Fb持续为－1。在时刻t12其持续时间达到了最小时间阈值Tmin，所以选择第二控制模式，执行定量移动。此外，在时刻t13～t14期间也是同样的，判定值Fb持续为+1。在时刻t14其持续时间达到了最小时间阈值Tmin，所以选择第二控制模式，执行定量移动。但是，时刻t12中的定量移动和时刻t14中的定量移动的力F的方向相反，所以定量移动也是向相反方向进行。从时刻t14起经过了一个周期Pd的时刻t15，判定值Fb持续为+1的持续时间达到了持续时间阈值Tth，所以选择第一控制模式，开始连续移动直到时刻t16。
如此，第五实施方式中也是根据力检测部190所检测的力的时间变化来选择第一控制模式或第二控制模式。因此，用户能够根据施加于机器人100的可动部的力的时间变化容易地切换控制模式。
图20是示出第五实施方式中所使用的阈值的设定界面的一例的说明图。该示例中，示出了用于设定图16的比较器271、272中使用的力阈值Fth、Mth的第一窗口W1，和用于设定图19所示的最小时间阈值Tmin的第二窗口W2的示例。两个窗口W1、W2中分别显示有多个选项。多个选项包含“灵敏设定”“标准设定”以及“迟钝设定”三个。当用户从各个窗口W1、W2中的多个选项中选择一个时，输入受理部216受理该输入，然后据此分别设定显示于桌面T1、T2的阈值。
第一桌面T1中分别设定有关于六轴方向的力阈值。“灵敏设定”中，平移力的阈值Fx、Fx、Fz设定为1.5N，旋转力的阈值Mx、My、Mz设定为0.7N·m。“标准设定”中，平移力的阈值Fx、Fx、Fz设定为5.0N，旋转力的阈值Mx、My、Mz设定为1.5N·m。“迟钝设定”中，平移力的阈值Fx、Fx、Fz设定为8.0N，旋转力的阈值Mx、My、Mz设定为2.2N·m。另外，针对平移力的力阈值优选设定在0.5N以上10N以下的范围。此外，针对旋转力的力阈值优选设定在0.05N·m以上3N·m以下的范围。在上述另一个实施方式中这些优选范围也是同样的。
第二桌面T2中分别设定有针对六轴方向的力的最小时间阈值Tmin。“灵敏设定”中，针对六轴方向的力的最小时间阈值TFx、TFx、TFz、TMx、TMy、TMz均设定为100ms。“标准设定”中，针对六轴方向的力的最小时间阈值均设定为150ms。“迟钝设定”中，针对六轴方向的力的最小时间阈值均设定为400ms。另外，最小时间阈值Tmin优选设定在50ms以上500ms以下的范围。
如此，如果使用包含多个选项的设定界面的窗口W1、W2受理用户的设定输入，则用户能够简单地进行阈值的设定。另外，图19中使用的持续时间阈值Tth也可以与最小时间阈值Tmin同样设定。不需要一定将桌面T1、T2显示于显示部，可以与窗口W1、W2一起显示于显示部。
图21是示出第五实施方式中所使用的阈值的设定界面的另一个示例的说明图。该示例中，示出了用于设定图16的比较器271、272中使用的阈值Fth、Mth的第一窗口W1a，和用于设定图19所示的最小时间阈值Tmin的第二窗口W2a的另外一个示例。两个窗口W1a、W2a分别包含用于输入或显示数值的区域FL和用于选择数值的滑动条SB。用户使用滑动条SB设定值时，该值显示于区域FL。另一方面，用户在区域FL中直接输入值时，该值反映于滑动条SB。图21的示例中，能够分别单独对六个轴设定力阈值和最小时间阈值，所以与图20的示例相比具有能够设定更加适合的值的优点。另一方面，图20的示例与图21的示例相比具有容易设定的优点。
图20及图21所示的界面也可以是用于输入或设定上述各种实施方式中使用的各种参数的界面。例如，示教处理的设定界面中，优选用户能够任意设定第二控制模式中的移动量。如此，作为用于选择和执行第一控制模式或第二控制模式的参数，包含力阈值的参数的输入是从用户处受理，则能够使用用户偏好的参数选择或执行控制模式。
如上，第五实施方式中也是根据力的大小为力阈值以上的时间长度来选择第一控制模式或第二控制模式。因此，用户能够根据施加于机器人100的可动部的力的时间变化容易地切换控制模式。此外，第五实施方式中，特别是在力的大小为力阈值以上的持续时间达到最小时间阈值Tmin之前不选择第二控制模式，在持续时间达到最小时间阈值Tmin之后再选择第二控制模式。如此一来，由于在产生振荡等的不稳定的力时不选择第二控制模式，所以具有能够正确执行通过第二控制模式的控制的优点。
F.其他实施方式
本发明不仅限于上述实施方式，在不脱离其发明宗旨的范围内可以通过各种方式来实现。例如，本发明也可以通过以下方式(aspect)来实现。为了解决本发明的技术问题中的一部分或全部，或者为了达到本发明的效果中的一部分或全部，可以适当替换、组合对应于以下记载的各种方式中的技术特征的上述实施方式中的技术特征。此外，如果该技术特征没有被说明为是本说明中的必须的内容，则可以适当删除。
(1)根据本发明的第一方式，提供一种控制机器人的控制装置，所述机器人具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部，所述控制装置具备控制部，所述控制部在所述机器人的示教中通过第一控制模式和第二控制模式控制所述可动部，所述第一控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部连续移动，所述第二控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部按预先设定的移动量移动。所述控制部根据所述力检测部所检测的力的时间变化和所述力的大小中的一方或双方来选择所述第一控制模式或第二控制模式。
根据该控制装置，能够根据力检测部所检测的力的时间变化和力的大小中的一方或双方而容易地切换控制模式。
(2)上述控制装置中，所述控制部也可以是根据所述力的大小为力阈值以上的时间长度来选择所述第一控制模式或所述第二控制模式的结构。
根据该控制装置，用户能够根据施加于可动部的力的时间变化而容易地切换控制模式。
(3)上述控制装置中，所述控制部也可以是在所述力的大小为所述力阈值以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值的情况下，选择所述第二控制模式，在所述持续时间为所述持续时间阈值以上的情况下，选择所述第一控制模式的结构。
根据该控制装置，用户能够根据施加于可动部的力的时间变化而容易地切换控制模式。
(4)上述控制装置中，所述控制部也可以是在所述力的大小为所述力阈值以上的持续时间达到最小时间阈值之前不选择所述第二控制模式，在所述持续时间达到所述最小时间阈值之后选择所述第二控制模式。
根据该控制装置，由于在发生振荡等的不稳定的力时不选择第二控制模式，所以能够正确执行通过第二控制模式的控制。
(5)上述控制装置中，所述最小时间阈值可以设定为50ms以上且500ms以下的范围。
根据该控制装置，由于在产生振荡等的不稳定的力时不选择第二控制模式，所以能够正确执行通过第二控制模式的控制。
(6)上述控制装置也可以是：所述力阈值包含第一值和比所述第一值大的第二值；在所述第二控制模式中，所述控制部在所述力的大小为所述第一值以上且小于第二值的情况下，使所述可动部按第一移动量移动，在所述力的大小为所述第二值以上的情况下，使所述可动部按比第一移动量大的第二移动量移动。
根据该控制装置，第二控制模式中，用户能够根据施加于可动部的力的大小切换可动部的移动量。
(7)上述控制装置也可以是具备从用户处受理所述力阈值的输入的输入受理部的结构。
根据该控制装置，从用户处受理包含力阈值的参数的输入，所以能够使用用户偏好的参数选择或执行控制模式。
(8)上述控制装置中，所述控制部也可以是在所述力的大小为第一值以上且小于第二值的情况下选择所述第二控制模式，在所述力的大小为所述第二值以上的情况下选择所述第一控制模式的结构。
根据该控制装置，用户能够根据施加于可动部的力的大小容易地切换控制模式。
(9)根据本发明的第二实施方式，提供一种具备机器人和上述任一种控制装置的机器人系统，该机器人具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部。
根据该机器人系统，能够根据力检测部所检测的力的时间变化和力的大小中的一方或双方容易地切换控制模式。
本发明还能够通过上述以外的各种方式来实现。例如，能够通过具备机器人和机器人控制装置的机器人系统、用于实现机器人控制装置的功能的计算机程序、记录该计算机程序的非暂时性记录介质(non-transitory storage medium)等方式来实现。

Claims (8)

1.一种控制装置，其特征在于，
用于控制机器人，所述机器人具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部，
所述控制装置具备控制部，所述控制部在所述机器人的示教中通过第一控制模式和第二控制模式控制所述可动部，所述第一控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部连续移动，所述第二控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部按预先设定的移动量移动，
所述控制部根据所述力检测部所检测的力的时间变化和所述力的大小来选择所述第一控制模式或第二控制模式，
所述控制部根据所述力的大小为力阈值以上的时间长度来选择所述第一控制模式或所述第二控制模式，
所述控制部在所述力的大小为所述力阈值以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值的情况下，选择所述第二控制模式，在所述持续时间为所述持续时间阈值以上的情况下，选择所述第一控制模式。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述控制部在所述力的大小为所述力阈值以上的持续时间达到最小时间阈值之前不选择所述第二控制模式，在所述持续时间达到所述最小时间阈值之后选择所述第二控制模式。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
所述最小时间阈值设定在50ms以上且500ms以下的范围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述力阈值包含第一值和比所述第一值大的第二值；
在所述第二控制模式中，所述控制部在所述力的大小为所述第一值以上且小于所述第二值的情况下，使所述可动部按第一移动量移动，在所述力的大小为所述第二值以上的情况下，使所述可动部按比第一移动量大的第二移动量移动。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置具备输入受理部，所述输入受理部受理来自用户的所述力阈值的输入。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述控制部在所述力的大小为第一值以上且小于第二值的情况下选择所述第二控制模式，在所述力的大小为所述第二值以上的情况下选择所述第一控制模式。
7.一种控制装置，其特征在于，
用于控制机器人，所述机器人具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部；
所述控制装置具备控制部，所述控制部在所述机器人的示教中通过第一控制模式和第二控制模式控制所述可动部，所述第一控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部连续移动，所述第二控制模式根据所述力检测部所检测的力使所述可动部按预先设定的移动量移动；
所述控制部根据所述力检测部所检测的力的时间变化和所述力的大小中的一方来选择所述第一控制模式或第二控制模式，
所述控制部根据所述力的大小为力阈值以上的时间长度来选择所述第一控制模式或所述第二控制模式，
所述控制部在所述力的大小为所述力阈值以上的持续时间大于零且小于持续时间阈值的情况下，选择所述第二控制模式，在所述持续时间为所述持续时间阈值以上的情况下，选择所述第一控制模式。
8.一种机器人系统，其特征在于，具备：
机器人，具备可动部和检测施加于所述可动部的力的力检测部；以及
控制装置，权利要求1至7中任一项所述的控制装置。
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