CN110549329B - 控制装置及机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种控制装置及机器人系统，在机器人的示教中，使机器人的手指的朝向精确地与期望的朝向一致。控制装置具备：控制部，执行机器人的控制；以及受理部，从用户受理针对非可动部的对象设定的不与可动部一起移动或旋转的对象坐标系。控制部具有：第一控制模式，通过力检测部检测到力的期间，根据所检测到的力大小使可动部移动及旋转；以及第二控制模式，在与可动部一起移动和旋转的移动坐标系的预先设定的第一轴与所述对象坐标系的预先设定的第二轴之间的相对角度小于角度阈值时，使可动部旋转以使相对角度的大小接近0。

Description

控制装置及机器人系统

技术领域

本发明涉及对进行力控制的机器人的示教。

背景技术

在专利文献1的机器人中，用户在机器人的手指上施加外力，使机器人的手指移动和旋转来对机器人进行示教。在这种技术中，例如，对机器人示教将第二对象物插入设置于第一对象物的具有预定深度的孔的作业时，期望使保持第二对象物的机器人的手指方向与第一对象物的孔的深度方向精确一致。

专利文献1：日本特开平11-231925号公报

但是，在对机器人的示教中，难以使机器人的手指方向与期望的方向精确一致。

发明内容

根据本发明的一实施方式，提供一种控制装置，用于控制机器人，该机器人具备：可动部；以及力检测部，用于检测施加于所述可动部的力。该控制装置具备：控制部，执行所述机器人的控制；以及受理部，从用户受理针对对象设定的对象坐标系。所述控制部具有：第一控制模式，根据通过所述力检测部检测到的力，使所述可动部移动和旋转；以及第二控制模式，当在基于所述第一控制模式的控制下，针对所述可动部设定的移动坐标系的预先设定的第一轴与所述对象坐标系的预先设定的第二轴之间的相对角度为小于角度阈值时，使所述可动部旋转以在预先设定的条件下使所述相对角度的大小接近0。

另外，本发明提供一种机器人系统，其具备：上述的控制装置；以及通过上述的控制装置控制的机器人。

附图说明

图1是示出本实施方式所涉及的机器人系统1的硬件结构的图。

图2是机器人控制装置25的框图。

图3是示出借助示教装置50对机器人系统1示教控制点的位置时的动作模式的流程图。

图4是示出第一控制模式M01中的处理内容的流程图。

图5是示出装置坐标系MC、工件坐标系WC、机器人坐标系RC和移动坐标系HC的图。

图6是示出装置坐标系MC、工件坐标系WC、机器人坐标系RC和移动坐标系HC的图。

图7是示出图4的步骤S140中，判定移动坐标系HC的zh轴和工件坐标系WC的zw轴之间的相对角度θho是否小于角度阈值Ath时的处理内容的概念图。

图8是示出第四实施方式中，步骤S140的判定结果为是时，代替步骤S150执行的处理的流程图。

图9是示出由多个处理器构成机器人的控制装置的一个例子的概念图。

图10是示出由多个处理器构成机器人的控制装置的其他例子的概念图。

附图标记说明

1…机器人系统；20…机器人；21…力检测部；25…机器人控制装置；30…动作控制装置；30a…CPU；30b…RAM；30c…ROM；50…示教装置；50a…CPU；50b…RAM；50c…ROM；53…受理部；54…动作控制部；57…输入装置；58…输出装置；400、410…个人计算机；500…云服务；Am…臂；Arm…从原点om到距离阈值Lthm以内的范围；Arw…从原点ow到距离阈值Lthw以内的范围；Ath…角度阈值；Bs…支承台；Cw…以zw轴为中心轴且中心轴和侧面所呈的角的大小为Ath的圆锥；EE…末端执行器；HC…移动坐标系；Im…装置坐标系信息；Iw…工件坐标系信息；J1～J6…关节；L1～L6…连杆；Lthm、Lthw…距离阈值；M01…第一控制模式；M02…第二控制模式；M03…第三控制模式；MC…装置坐标系；PM…处理装置；RC…机器人坐标系；RX…绕X轴的角度位置；RY…绕Y轴的角度位置；RZ…绕Z轴的角度位置；WC…工件坐标系；WK…工件；X…机器人坐标系RC的x轴；Y…机器人坐标系RC的y轴；Z…机器人坐标系RC的z轴；oh…移动坐标系的原点；om…装置坐标系的原点；ow…工件坐标系的原点；xm…装置坐标系MC的x轴；ym…装置坐标系MC的y轴；zm…装置坐标系MC的z轴；xh…移动坐标系HC的x轴；yh…移动坐标系HC的y轴；zh…移动坐标系HC的z轴；xw…工件坐标系WC的x轴；yw…工件坐标系WC的y轴；zw…工件坐标系WC的z轴。

具体实施方式

A.第一实施方式

(1)机器人系统的结构

图1是示出本实施方式所涉及的机器人系统1的硬件结构的图。机器人系统1与处理装置PM协同工作，对工件WK进行预定处理。机器人系统1具有机器人20和机器人控制装置25。机器人控制装置25控制机器人20。机器人控制装置25由动作控制装置30和示教装置50构成。

机器人20是具有臂Am和用于支承臂Am的支承台Bs的单臂机器人。臂Am是6轴垂直多关节型臂。臂Am具有6个关节J1～J6和作为6个臂部件的连杆L1～连杆L6。关节J2、关节J3、关节J5是弯曲关节，关节J1、关节J4、关节J6是扭转关节。

支承台Bs和连杆L1经由关节J1连接。连杆L1和连杆L2经由关节J2连接。连杆L2和连杆L3经由关节J3连接。连杆L3和连杆L4经由关节J4连接。连杆L4和连杆L5经由关节J5连接。连杆L5、连杆L6、力检测部21及末端执行器EE经由关节J6连接。力检测部21安装于连杆L6。

在臂Am前端，经由力检测部21安装有末端执行器EE。末端执行器EE是用于把持机器人20所处理的作为对象的工件WK的装置。末端执行器EE的位置由TCP(Tool CenterPoint，工具中心点)规定。本实施方式中，TCP在关节J6的旋转轴上。动作控制装置30通过驱动臂Am来控制机器人坐标系RC上作为控制点的TCP的位置。

力检测部21是能够检测从外部施加的力的大小的6轴力传感器。力检测部21检测彼此正交的3个检测轴线上的力的大小以及绕这3个检测轴线的扭矩的大小。

本实施方式中，以支承台Bs的位置为基准，将用于规定设置有机器人20的空间的坐标系表示为机器人坐标系RC。机器人坐标系RC是由水平面上彼此正交的X轴、Y轴以及以铅垂朝向上方为正方向的Z轴所规定的三维正交坐标系。本说明书中，简单称作“X轴”时，是表示机器人坐标系RC中的X轴。简单称作“Y轴”时，是表示机器人坐标系RC中的Y轴。简单称作“Z轴”时，是表示机器人坐标系RC中的Z轴。机器人坐标系RC上的任意位置能够通过X轴方向的位置DX、Y轴方向的位置DY、Z轴方向的位置DZ来确定。

本实施方式中，绕X轴旋转的角度位置由RX表示。绕Y轴旋转的角度位置由RY表示。绕Z轴旋转的角度位置由RZ表示。机器人坐标系RC上的任意姿态可通过绕X绕的角度位置RX、绕Y轴的角度位置RY、绕Z轴的角度位置RZ来表达。

本说明书中，当表述为“位置”时，除了狭义上的位置之外还指姿态。当表述为“力”时，除了三维空间中由方向和大小所规定的狭义上的力之外还指作用在各角度位置RX、角度位置RY、角度位置RZ的旋转方向上的扭矩。

臂Am、力检测部21和末端执行器EE通过电缆与机器人控制装置25的动作控制装置30通信连接。

图2是机器人控制装置25的框图。机器人控制装置25由动作控制装置30和示教装置50构成。动作控制装置30在基于用户的示教操作而设置的目标位置上控制机器人20的臂Am以实现目标力。动作控制装置30具有作为处理器的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)30A、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)30b和ROM(Read-Only Memory，只读存储器)30C。动作控制装置30安装有对机器人20进行控制的控制程序。在动作控制装置30中，这些硬件资源与控制程序协同工作。

示教装置50对动作控制装置30示教目标位置St和目标力fst。示教装置50具有CPU50a、RAM50b、ROM50c等。示教装置50中安装有用于对动作控制装置30示教目标位置St和目标力fst的示教程序。在示教装置50中，这些硬件资源与示教程序协同工作。

如图1所示，示教装置50还包括输入装置57和输出装置58。输入装置57例如是鼠标、键盘、触屏等，用于受理来自用户的示教。例如，输出装置58是显示器和扬声器等，向用户输出各种信息。

(2)机器人系统的动作模式：

图3是示出借助示教装置50在机器人系统1示教控制点的位置时的动作模式的流程图。本实施方式中，控制点为TCP。

首先，示教装置50利用第一控制模式M01使机器人20动作，对机器人系统1示教控制点的位置。第一控制模式M01是通过力检测部21进行力检测的期间，根据所检测到的力的大小来使末端执行器EE移动及旋转的控制模式。在第一控制模式M01中，进行所谓的“直接示教”。在第一控制模式M01中，用户手动移动末端执行器EE，将末端执行器EE以期望角度布置到三维空间内的期望位置。只是，在第一控制模式M01中，用户并无法严格地以期望位置和期望角度来布置末端执行器EE。

在利用第一控制模式M01使机器人20动作期间，在满足一定条件时，示教装置50利用第二控制模式M02使机器人20动作。第二控制模式M02是进行所谓“自动对准”的控制模式。根据第二控制模式M02，与第一控制模式M01相比，用户能够以更接近期望角度的角度来布置末端执行器EE。关于第二控制模式M02中的控制内容，将在下文进行说明。在通过第二控制模式M02来调整末端执行器EE的角度后，用户还能够手动移动来调整末端执行器EE的位置。

在通过第一控制模式M01及第二控制模式M02末端执行器EE大致以用户的期望位置和期望角度被布置后，示教装置50利用第三控制模式M03使机器人20动作。第三控制模式M03是在通过力检测部21进行力检测时，不按力检测时间而根据所检测到的力的方向，使末端执行器EE向预先设定的朝向移动或旋转预先设定的量的控制模式。第三控制模式M03中，进行所谓的“触碰”。

在第三控制模式M03中，当所检测到的力是使末端执行器EE向某一方向移动的力时，在X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向、Z轴正方向、Z轴负方向中，确定与所检测到的力的方向最接近的方向。然后，使末端执行器EE以预先设定的量朝向所确定的方向移动。例如，移动量可以设为0.1mm。

在第三控制模式M03中，当所检测到的力是使末端执行器EE向某一方向旋转的旋转力时，在以X轴为中心的正转方向、以X轴为中心的反转方向、以Y轴为中心的正转方向、以Y轴为中心的反转方向、以Z轴为中心的正转方向、以Z轴为中心的反转方向中，确定与所检测到的旋转力的方向最接近的旋转方向。然后，使末端执行器EE以预先设定的旋转角度朝向所确定的旋转方向旋转。例如，旋转角度可以设为0.5度。

第三控制模式中，与第一控制模式M01相比，用户能够以与期望角度更接近的位置和角度来布置末端执行器EE。此外，在第三控制模式M03的控制下，不进行向第二控制模式M02的迁移。

图4是示出第一控制模式M01中的处理内容的流程图。步骤S110中，在执行第一控制模式M01之前，首先借助输入装置57和机器人20在示教装置50中输入坐标系。

图5和图6是示出装置坐标系MC、工件坐标系WC、机器人坐标系RC和移动坐标系HC的图。装置坐标系MC是针对处理装置PM设定的坐标系。工件坐标系WC是针对工件WK设定的坐标系。机器人坐标系RC是针对机器人20的支承台Bs设定的坐标系。移动坐标系HC是针对末端执行器EE设定且与末端执行器EE一起移动和旋转的坐标系。

用于规定机器人坐标系RC的彼此正交的3个轴是X轴、Y轴及Z轴。用于规定装置坐标系MC的彼此正交的3个轴用xm轴、ym轴及zm轴来表示。用于规定工件坐标系WC的彼此正交的3个轴用xw轴、yw轴及zw轴来表示。用于规定移动坐标系HC的彼此正交的3个轴用xh轴、yh轴及zh轴来表示。装置坐标系MC的原点用om来表示。工件坐标系WC的原点用ow来表示。移动坐标系HC的原点用oh来表示。本实施方式中，移动坐标系HC的原点oh等同于TCP。

本实施方式中，在图4的步骤S110中，将针对处理装置PM设定的装置坐标系MC和针对工件WK设定的工件坐标系WC输入至示教装置50。装置坐标系MC和工件坐标系WC可以总称为“对象坐标系”。

用户能够直接或借助输入装置57来改变示教装置50内预先准备的坐标系数据，从而对坐标系进行设置。例如，在将机器人系统1与装置坐标系MC一起设置于工厂时，针对处理装置PM设定的装置坐标系MC的信息能够预先作为装置坐标系信息Im而存储在RAM50b内。装置坐标系信息Im如图2所示。

同样地，在示教装置50中，当机器人系统1应执行的操作被指定时，针对工件WK设定的工件坐标系WC的信息能够预先作为工件坐标系信息Iw而存储在RAM50b内。工件坐标系信息Iw如图2所示。

能够借助机器人20的臂Am对坐标系进行设置。例如，在图1所示工件WK所具有的平面中的3个点依序布置末端执行器EE的前端，并将这3个点在三维空间内的位置教给示教装置50。示教装置50的CPU50a在由3个点规定的平面中确定垂直且彼此反向的2个方向。用户借助输入装置57，将这2个朝向中的1个朝向指定为zw轴+方向。之后，用户例如借助输入装置57输入xw轴的方向，另外，借助输入装置57来指定左手坐标系或者右手坐标系。本实施方式中，装置坐标系MC、工件坐标系WC、机器人坐标系RC以及移动坐标系HC都是右手坐标系。之后，用户借助输入装置57来确定原点ow的位置。

能够通过以上处理将工件坐标系WC输入至示教装置50。通过同样的方法能够将装置坐标系MC输入至示教装置50。将实现步骤S110的功能的示教装置50的CPU50a的功能部作为受理部在图2中示出。

图4的步骤S120中，用户手动移动末端执行器EE来以期望角度将末端执行器EE布置到三维空间内的期望位置。将实现步骤S120的功能的示教装置50的CPU50a的功能部作为动作控制部54在图2中示出。

在步骤S130中，示教装置50判定是否满足预先设定的条件。本实施方式中，预先设定的条件为：(i)移动坐标系HC的原点oh即TCP位于从装置坐标系MC的原点om到距离阈值Lthm以内的位置，或者(ii)移动坐标系HC的原点oh即TCP位于从工件坐标系WC的原点ow到距离阈值Lthw以内的位置。图5及图6中，原点om到距离阈值Lthm以内的范围用Arm表示。原点ow到距离阈值Lthw以内的范围用Arw表示。

距离阈值Lthm、Lthw能够通过用户借助输入装置57来彼此独立设置。通过作为这样的方式，与距离阈值是固定值的方式不同，用户能够按期望设置第二控制模式M02的执行条件。本实施方式中，距离阈值Lthm、Lthw的值优选为0～50mm。

图4的步骤S130中，如果满足预定条件，处理进入步骤S140。如果不满足预定条件，处理返回步骤S120。

由于设有步骤S130，当在基于第一控制模式M01的控制下，在移动坐标系HC的原点oh与工件坐标系WC的原点ow之间的距离大于距离阈值Lthm时，不执行基于第二控制模式M02的控制。另外，当在基于第一控制模式M01的控制下，在移动坐标系HC的原点oh与工件坐标系WC的原点ow之间的距离大于距离阈值Lthm时，不执行基于第二控制模式M02的控制。

其结果，末端执行器EE位于远离工件WK和处理装置PM的位置，在需要精确指定末端执行器EE相对于工件WK和处理装置PM的姿态的可能性较低时，能够使机器人20执行不依赖于第二控制模式M02的控制。另一方面，在末端执行器EE位于靠近工件WK和处理装置PM的位置而需要精确指定末端执行器EE相对于工件WK和处理装置PM的姿态的可能性较高时，能够使机器人20经由步骤S140执行第二控制模式M02下的控制。

步骤S140中，示教装置50判定装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho是否小于角度阈值Ath。此外，装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴所呈的角θ在90度以上时，在步骤S140的处理中，将(180-θ)的角度设为装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴的相对角度θho。zm轴或zw轴与zh轴所呈的角θ小于90度时，在步骤S140的处理中，将θ设为zm轴或zw轴与zh轴之间的相对角度θho。

角度阈值Ath可预先通过用户通过输入装置57来设置。通过作为这样的方式，与角度阈值是固定值的方式不同，用户能够设置期望的第二控制模式M02的执行条件。

本实施方式中，角度阈值Ath是45度。在角度阈值Ath被设置为大于45度的方式中，即使相对角度θho小于角度阈值Ath，移动坐标系HC的zh轴的方向也可能比例如工件坐标系WC的zw轴更接近xw轴或yw轴。当移动坐标系HC的zh轴的方向是那样的方向时，用户可能不希望移动坐标系HC的zh轴的方向与工件坐标系WC的zw轴平行。然而，本实施方式中，角度阈值Ath是45度。因此，与角度阈值大于45度的情况相比，可降低在用户不希望时执行第二控制模式M02的可能性。

在步骤S140中，当相对角度θho小于角度阈值Ath时，处理返回步骤S120。通过进行这样的处理，在能够推测用户没有要将末端执行器EE的朝向与工件WK的朝向一致时，能够不进行步骤S150的处理。

在步骤S140中，在相对角度θho小于角度阈值Ath时，处理进入步骤S150。

在步骤S150中，示教装置50不依赖力检测部21检测到的力来控制末端执行器EE的姿态，以使与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho小于角度阈值Ath的装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴平行。

在机器人的示教中，使机器人的手指朝向与期望朝向精确一致并不容易。此外，对于那些对机器人的示教不熟练的人来说，根据物体的朝向来设置与机器人的手指一起移动的坐标系的方向并不容易。但是，通过进行步骤S150的处理，用户可以容易地使末端执行器EE的朝向与期望的朝向一致。例如，通过将工件坐标系WC的zw轴指定为末端执行器EE保持工件WK时的朝向，在末端执行器EE保持工件WK的操作示教中，用户可以容易地使末端执行器EE的朝向与期望的朝向一致。此外，例如，通过将装置坐标系MC的zm轴指定为将被末端执行器EE保持的工件WK搬入处理装置PM内时的朝向，在末端执行器EE将工件WK搬入处理装置PM内的操作示教中，用户可以容易地使末端执行器EE的朝向与期望的朝向一致。

在步骤S150中执行的控制基于第二控制模式M02的控制。在步骤S120～S140、S160中执行的控制是基于第一控制模式M01的控制。实现步骤S150的功能的示教装置50的CPU50a的功能部是动作控制部54。

步骤S160中，示教装置50判定是否经由输入装置57输入有结束第一动作模式的指示。在步骤S160中，如果判定为输入有结束第一动作模式的指示时，结束处理。如果判定为未输入结束第一动作模式的指示时，处理返回步骤S120。之后，用户可以调整末端执行器EE的位置及姿态，例如，使末端执行器EE沿着工件坐标系WC的zh轴移动或者围绕zh轴旋转。

(3)关于移动坐标系的轴和对象坐标系的轴所呈的角与角度阈值的大小判定：

图7是示出图4的步骤S140中，判定移动坐标系HC的zh轴和工件坐标系WC的zw轴之间的相对角度θho是否小于角度阈值Ath时的处理内容的概念图。确定以工件坐标系WC的zw轴为中心轴且中心轴和侧面所呈的角即中心轴和母线的夹角大小为Ath的圆锥Cw。在不使圆锥Cw旋转的情况下将其移动至圆锥Cw的顶点与移动坐标系HC的原点oh重合的位置。此时，在由圆锥Cw的侧面所围成的范围内存在移动坐标系HC的zh轴时，移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴之间的相对角度θhw小于角度阈值Ath，另一方面，如果在由圆锥Cw的侧面所围成的范围内不存在移动坐标系HC的zh轴时，移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴的相对角度θhw大于角度阈值Ath。

可以采用以下处理方式作为步骤S140的更具体的处理。在机器人坐标系RC中，定义zh轴方向的单位向量Vzh和zw轴方向的单位向量Vzw。可以通过以下式(1)求得移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴之间的相对角度θhw。

式1

θhw＝arccos(Vzh·Vzw)……(1)

如果相对角度θhw小于Ath，则图4的步骤S140的判定结果为是。移动坐标系HC的zh轴与装置坐标系MC的zm轴之间的相对角度θhm也可通过同样的处理求得。本说明书中，移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴之间的相对角度θhw以及移动坐标系HC的zh轴与装置坐标系MC的zm轴之间的相对角度θhm总称为相对角度θho。

本实施方式中的末端执行器EE还被称为“可动部”。工件WK及处理装置PM还被称为“对象”。动作控制部54还被称为“控制部”。移动坐标系HC的zh轴还被称为“第一轴”。装置坐标系MC的zm轴及工件坐标系WC的zw轴还被称为“第二轴”。

B.第二实施方式：

在第二实施方式中，图4的步骤S130中判定的条件的内容与第一实施方式不同。第二实施方式的其他方面与第一实施方式相同。

在第一实施方式中，步骤S130中的判定条件为：(i)移动坐标系HC的原点oh位于从装置坐标系MC的原点om到距离阈值Lthm以内的位置，或者(ii)移动坐标系HC的原点oh即TCP位于从工件坐标系WC的原点ow到距离阈值Lthw以内的位置。另一方面，第二实施方式中，步骤S130中的判定条件还包括：(iii)预先通过输入装置57将执行第二控制模式M02的指示输入至示教装置50。用于受理执行第二控制模式M02的指示的示教装置50的CPU50a的功能部是受理部53。

第二实施方式中，当满足条件(i)及条件(iii)或者满足条件(ii)及条件(iii)时，图4的步骤S130的判定结果成为是。即当未输入执行第二控制模式M02的指示时，步骤S150的处理即第二控制模式M02不被执行。

根据第二实施方式，用户能够通过在不期望时不向示教装置50输入执行第二控制模式M02的指示，而不使示教装置50执行基于第二控制模式M02的控制。

C.第三实施方式：

在第三实施方式中，在图4的步骤S110中输入的坐标系与第一实施方式不同。第三实施方式的其他方面与第一实施方式相同。

第一实施方式中，步骤S110中输入的坐标系是针对处理装置PM设定的装置坐标系MC和针对工件WK设定的工件坐标系WC。另一方面，第三实施方式中，步骤S110中，还对末端执行器EE进行设置，输入有与末端执行器EE一起移动及旋转的移动坐标系HC。

例如，移动坐标系HC以连杆L6的延伸方向为zh轴，以相对zh轴正交的2个轴为xh轴、yh轴。例如，用户可通过以下处理，将移动坐标系HC输入示教装置50。用户通过输入装置57输入xh轴的朝向，另外，通过输入装置57指定左手坐标系或右手坐标系。之后，用户通过输入装置57指定原点oh的位置。通过以上处理，可以将移动坐标系HC输入示教装置50。实现这种功能的示教装置50的CPU50a的功能部是受理部53。

根据第三实施方式，根据按照机器人20进行的操作内容和机器人20进行的操作来更换末端执行器EE的结构，用户能够设置移动坐标系HC。

D.第四实施方式：

上述实施方式中，在图4的步骤S150中，进行以下处理。即，示教装置50不依赖力检测部21检测到的力控制末端执行器EE的姿态，以使与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho小于角度阈值Ath的装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴平行。然而，当力检测部21检测到在预先设定的力阈值以上大小的力或大于预先设定的扭矩阈值以上大小的扭矩时，能够控制机器人20进行与未检测到这样的力时不同的移动。第四实施方式关于步骤S150的处理与第一实施方式不同。第四实施方式的其他方面与第一实施方式相同。

图8是示出第四实施方式中，步骤S140的判定结果为Yes时，代替步骤S150执行的处理的流程图。步骤S152中，示教装置50控制末端执行器EE的姿态，以使与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho小于角度阈值Ath的装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴成为平行。此时，示教装置50控制机器人20的臂Am，以使力检测部21检测的力及扭矩均同时为0。即，执行目标力为0且目标扭矩为0的力控制。这样的控制的结果，将所完成的末端执行器EE的动作成为“模仿动作”。

在步骤S152的处理中，如果机器人20的末端执行器EE不接触其他结构，则通过力检测部21检测到的力及扭矩均为0。然而，在步骤S152中，为使装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴平行，控制末端执行器EE的姿态时，在末端执行器EE接触了其他结构的情况下，力检测部21检测力和扭矩。在这种情况下，示教装置50向臂Am的每个电机下达与迄今为止驱动的臂Am的每个电机的旋转命令不同的命令，以使力检测部21检测的力及扭矩均为0，并且控制末端执行器EE的姿态。

步骤S158中，示教装置50判定通过力检测部21检测的力及扭矩均为0，并且与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho小于角度阈值Ath的装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴是否成为平行。前者的判断是对是否实现目标力0及目标扭矩0进行的判断。关于后者的判断，更具体的是，示教装置50判定装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho的大小是否为预先设定的终止阈值角度Athe以下(0＜Athe＜Ath)。将终止阈值角度Athe设置得足够小，使得装置坐标系MC的zm轴或工作坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴被认为在示教作业中是平行的。

当达成目标力为0及目标扭矩为0，并且相对角度θho在终止阈值角度Athe以下时，处理进入图4的步骤S160。否则，处理返回步骤S152。

根据这样的方式，能够控制末端执行器EE的姿态，以使装置坐标系MC的zm轴或工作坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴成为平行，在图1中所示的处理设备PM和工件WK以及用户与末端执行器EE接触时，不会造成处理设备PM和工件WK损坏或者用户受伤。另外，为了确保安全，与在接触其他结构时机器人20停止的控制方式相比，可以有效地执行对机器人20的示教。

此外，当示教机器人将第二工件插入设置于第一工件的具有预定深度的孔中时，如果执行本实施方式的控制，能够获得如下优点。即，使力检测部21检测到的力和扭矩设置为0并且控制末端执行器EE的姿态的结果，能够使末端执行器EE自动地采取能顺利地将第二对象物插入设置于第一对象物的孔的位置和姿态。因此，能够容易地对机器人20示教将第二工件插入第一工件上所设孔中的操作。

E.第五实施方式：

(1)图9是示出由多个处理器构成机器人的控制装置的一个例子的概念图。在该示例中，除了机器人20及其动作控制装置30之外，还描述了个人计算机400、410以及与通过LAN等网络环境提供的云服务500。个人计算机400、410分别包括处理器和存储器。另外，在云服务500中，还可以利用处理器和存储器。处理器执行计算机可执行的命令。通过使用这些多个处理器中的一部分或全部，能够实现包括动作控制装置30和示教装置50的机器人控制装置25。另外，还能够通过利用这些多个存储器的一部分或全部来实现用于存储各种信息的存储单元。

(2)图10是示出由多个处理器构成机器人的控制装置的其他例子的概念图。在该示例中，与图9的不同之处在于机器人20的动作控制装置30被存储在机器人20中。同样在该示例中，通过利用多个处理器中的一部分或全部，能够实现包括动作控制装置30和示教装置50的机器人控制装置25。另外，还能够通过利用多个存储器的一部分或全部来实现用于存储各种信息的存储单元。

F.其他实施方式：

F1.其他实施方式1：

(1)上述实施方式中，可以将同时检测平移的三轴向的力分量和绕旋转的三轴的力矩分量的6个分量的6轴力传感器安装在臂Am的前端作为力检测部21。然而，力检测部也可以作为例如检测彼此正交的3个检测轴线上的力的大小的3轴传感器。此外，力检测部还可以通过正交的3轴的陀螺仪和3向加速度计，作为检测正交的3轴的角度或角速度以及加速度的惯性测量装置(IMU：Inertial Measurement Unit)。另外，力检测部可以由设置在关节中的扭矩传感器构成。此外，力检测部可以构成为测量设置在关节中的电动机的电流并且根据其电流值来计算扭矩的装置。

力检测部可以设置于除了臂Am的前端之外的机器人的其他部分，例如支承台Bs和连杆L1之间。此外，还可以通过布置在机器人的各个关节的电机的扭矩来计算TCP中的3个轴向上的力和围绕3个轴的扭矩来实现力检测部的功能。

(2)上述实施方式中，针对工件WK和处理装置PM设定对象坐标系。然而，对象坐标系还可以作为相对于包含在放置工件WK的工作台或用于输送工件WK的带式输送机等输送方式的一点被固定的方式。此外，本说明书中，当“相对于A固定对象坐标系”时，对象坐标系的相对位置和相对姿态只需要相对于A固定即可。并且，“相对于A固定对象坐标系”并不一定意味着对象坐标系的原点位于A的表面或内部。即，对象坐标系的也可以在远离A的位置上。

(3)上述实施方式中，与工件WK平面垂直的方向被设为作为对象坐标系的工件坐标系WC的zw轴。但是，对象坐标系的轴也可以以其他标准来设置。例如，重力方向的上侧可以作为对象坐标系的z轴。

(4)上述实施方式中，在关于相对角度的步骤S140的判定之前，在步骤S130中判定其他条件。然而，也可以在关于相对角度的判定之后判定其他条件。也可以在关于相对角度的步骤S140的判定之前或之后进行其他条件的判定。

例如，步骤S130的处理可以在步骤S140之后进行，而不是在步骤S140之前进行。此外，可以在关于相对角度的步骤S140的判定之后进行是否经由输入装置57向示教装置50输入有执行第二控制模式M02的指示的处理。这样的方式中，能够作为在未输入执行第二控制模式M02的指示时处理返回步骤S120，在输入有执行第二控制模式M02的指示时处理进入步骤S150的方式。

(5)上述实施方式中，当装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴所呈的角θ在90度以上时，在步骤S140的处理中，(180-θ)的角度被设为装置坐标系MC的zm轴或工件坐标系WC的zw轴与移动坐标系HC的zh轴之间的相对角度θho。然而，即使不进行这样的处理，也可将移动坐标系的第一轴与对象坐标系的第二轴所呈的角直接作为二者的相对角度，进行步骤S140的处理。

(6)上述实施方式中，在图4的步骤S150中，控制末端执行器EE的姿态，以使移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴或装置坐标系MC的zm轴平行。但是，在用于规定移动坐标系的3个轴中，作为与其他轴匹配的对象的第一轴可以设为xh轴或yh轴。此外，在用于规定对象坐标系的3个轴中，能够作为使移动坐标系的第一轴与其匹配的第二轴可以设为其他的轴，例如xm轴、ym轴、xw轴、ym轴等。

(7)上述实施方式中，在图4的步骤S150中，控制末端执行器EE的姿态，以使移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴或装置坐标系MC的zm轴平行。然而，为了使移动坐标系HC的zh轴与工件坐标系WC的zw轴或装置坐标系MC的zm轴严格平行，可动部可以不控制末端执行器EE的姿态。即，为了使移动坐标系的第一轴与对象坐标系的第二轴的相对角度大小接近0，即，为了使相对角度更小，只要控制可动部的姿态即可。

F2.他的实施方式2：

(1)上述第一实施方式中，在步骤S110中输入的坐标系是针对处理装置PM设定的装置坐标系MC和针对工件WK设定的工件坐标系WC。并且，第三实施方式中，输入针对末端执行器EE设定的移动坐标系HC。然而，这些坐标系中的一个或多个可以不被输入到包括教学装置50的机器人控制器25。但是，优选装置坐标系MC和工件坐标系WC等对象坐标系中的至少一个被输入至作为控制装置的机器人控制装置25。

(2)另外，还可以作为从用户受理移动坐标系的轴和对象坐标系的轴，以使移动坐标系的轴和对象坐标系的轴成为彼此平行的方式来控制末端执行器EE的方式。在这种方式中，例如，用户能够从移动坐标系HC的xh轴、yh轴及zh轴中选择任意轴，作为与对象坐标系平行布置的轴，并输入控制装置。另外，例如，用户还能够从装置坐标系MC的xm轴、ym轴、zm轴以及工件坐标系WC的xw轴、yw轴、zw轴中选择任意轴，作为与移动坐标系HC的轴平行布置的另一方的轴，并输入控制装置。但是，还可以作为预先设定2个轴中的1个或2个，以使其彼此平行的方式来控制末端执行器EE，而不从用户输入的方式。

F3.其他实施方式3：

上述实施方式中，角度阈值Ath是45度。然而，角度阈值还可以是15度或30度等小于45度的值或者还可以是45度以上的值。但是，优选的是，角度阈值Ath小于30度，更有选的是小于15度。

F4.其他实施方式4：

上述实施方式中，角度阈值Ath由用户通过输入装置57指定。但是，角度阈值可以是固定値。另外，还能够根据处理装置和工件等不同对象设置角度阈值Ath。此外，在由用户指定角度阈值Ath的方式中，还可以作为预先设定角度阈值Ath的上限的方式。在这种方式中，优选为角度阈值Ath的上限在45度以下。

F5.其他实施方式5：

在第一实施方式中，步骤S130中的判定的条件为：(i)移动坐标系HC的原点oh位于从装置坐标系MC的原点om到距离阈值Lthm以内的位置，或者(ii)移动坐标系HC的原点oh即TCP位于从工件坐标系WC的原点ow到距离阈值Lthw以内的位置。而且，在第二实施方式中，在步骤S130中判定的条件还为(iii)预先通过输入装置57将执行第二控制模式M02的指示输入至示教装置50。

但是，确定是否允许执行第二控制模式的条件还可以包括其他条件。例如，确定是否允许执行第二控制模式的条件能够包括移动坐标系的原点位于从工件WK的外缘开始预先设定的距离范围内或移动坐标系的原点位于从处理装置PM的外缘开始预先设定的距离范围内。另外，能够代替移动坐标系的原点，将末端执行器的前端的位置作为上述各条件的判断标准。另外，还可以作为不包括上述任一下位条件的方式。

另一方面，还存在当对象坐标系的第二轴与移动坐标系的第一轴之间的相对角度小于角度阈值时，始终进行基于第二控制模式的控制。即，条件始终满足预定条件。

F6.其他实施方式6：

上述实施方式中，距离阈值Lthw、Lthm由用户通过输入装置57指定。然而，距离阈值还可以是根据对象物而确定的固定值。另外，还可以是不依赖于对象物的1个固定值。在这些方式中，距离阈值优选为0～40mm，更优选为0～30mm。

F7.其他实施方式7：

在第一实施方式中，在步骤S130中判定的条件为：(i)移动坐标系HC的原点oh位于从装置坐标系MC的原点om到距离阈值Lthm以内的位置，或者(ii)移动坐标系HC的原点oh即TCP位于从工件坐标系WC的原点ow到距离阈值Lthw以内的位置。而且，在第二实施方式中，在步骤S130中判定的条件还为(iii)预先通过输入装置57将执行第二控制模式M02的指示输入至示教装置50。

然而，还可以作为这些下位条件中的1个以上不包含在步骤S130的判定条件中的方式。但是，优选为上述各条件中至少有1个包含在是否允许执行第二控制模式的判定条件中。

另外，还可以作为当满足预先设定的条件时，自动执行第二控制模式M02的方式，而不从用户受理是否执行第二控制模式M02的指示。

F8.其他实施方式8：

(1)在上述实施方式中，在执行完基于第一控制模式M01的控制之后，执行基于第三控制模式M03的控制。然而，也可以作为不执行基于第三控制模式M03的控制的方式。在这种方式中，通过执行基于第二控制模式M02的控制，能够使作为可动部的末端执行器的朝向与期望方向一致。但是，优选的是，为了反映工件、处理装置和机器人实际的形状、尺寸、配置的来自设计值的偏差并进行适当控制，执行基于第三控制模式M03的控制。

(2)在上述实施方式中，在第三控制模式M03中预先设定的移动量是0.1mm，预先设定的旋转角度是0.5度。然而，第三控制模式M03中预先设定的移动量还可以是0.05mm、0.3mm、0.5mm等。但是，优选的是，第三控制模式M03中预先设定的移动量小于1mm。另外，第三控制模式M03中预先设定的旋转角度还可以是0.2度、1度、2度等。但是，优选的是，第三控制模式M03中预先设定的旋转角度小于1度。

G.其他方式：

本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内，可以通过各种方式实现。例如，本发明能够通过以下方式(aspect)实现。为了解决本发明的一些或全部问题，或者为了达到本发明的一些或全部效果，对与以下所述各种方式的技术特征相对应的上述实施方式的技术特征，可以适当替换或者组合。另外，这些技术特征在本说明书中如果不是必须说明的内容，还可以适当删除。

(1)根据本发明的一实施方式，提供一种控制装置，用于控制机器人，该机器人具备：可动部；以及力检测部，用于检测施加于所述可动部的力。该控制装置具备：控制部，执行所述机器人的控制；以及受理部，从用户受理针对对象设定的对象坐标系。所述控制部具有：第一控制模式，根据通过所述力检测部检测到的力，使所述可动部移动和旋转；以及第二控制模式，在基于所述第一控制模式的控制中，针对所述可动部设定的移动坐标系的预先设定的第一轴与所述对象坐标系的预先设定的第二轴之间的相对角度为小于角度阈值时，使所述可动部旋转以在预先设定的条件下使所述相对角度的大小接近0。

根据这样的方式，用户能够通过将对象坐标系的第二轴设定为期望朝向，在第二控制模式中容易地使机器人的可动部的朝向与期望的朝向一致。

(2)在上述方式中，还可以作为以下方式，所述受理部从所述用户受理所述第一轴和第二轴。根据这样的方式，用户能够根据使机器人进行的操作内容和可动部的结构来设置第一轴及第二轴。

(3)上述方式中，还可以作为以下方式，所述角度阈值大于0度且小于45度。根据这样的方式，与角度阈值大于45度的方式相比，能够在用户不期望时降低执行第二控制模式的可能性。

(4)上述方式中，还可以作为以下方式，所述受理部从用户处受理所述角度阈值。根据这样的方式，与角度阈值是固定値的方式相比，用户能够按期望设置执行第二控制模式的条件。

(5)上述方式中，还可以作为以下方式，所述条件包括在基于所述第一控制模式的控制下，所述移动坐标系的原点与所述对象坐标系的原点之间的距离是否大于距离阈值。

根据这样的方式，通过在操作对象物上或者操作对象物内设定对象坐标系的原点，能够在机器人的可动部远离对象物时，使控制部不执行基于第二控制模式的控制。

其结果，在机器人的可动部位于远离对象物的位置，并且需要精确指定可动部相对于对象物的姿态的可能性较低时，能够使机器人执行不基于第二控制模式的控制。另一方面，在机器人的可动部位于接近对象物的位置，并且需要准确指定可动部相对于对象物的姿态的可能性较高时，能够使机器人执行基于第二控制模式的控制。

(6)上述方式中，还可以作为以下方式，所述受理部从用户受理所述距离阈值。根据这样的方式，与距离阈值是固定值的方式相比，用户能够按期望设定执行第二控制模式的条件。

(7)上述方式中，还可以作为以下方式，所述受理部从用户受理是否执行第二控制模式的指示，所述条件包括是否对所述受理部输入有执行所述第二控制模式的指示。根据这样的方式，用户在不期望时，不向受理部输入执行第二控制模式的指示，以使控制部不执行基于第二控制模式的控制。

(8)上述方式中，还可以作为以下方式，所述控制部具有第三控制模式，所述第三控制模式为，在通过所述力检测部到力时，根据所检测到的所述力的朝向，使所述可动部向预先设定的方向移动或旋转预先设定的量，在基于所述第三控制模式的控制下不进行所述第二控制模式。根据这样的方式，用户在对机器人的示教中，可以根据目的选择性地使用第二控制模式和第三控制模式。

(9)根据本发明的其他方式，提供一种机器人系统，该机器人系统具备上述方式中的任一项所述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。

除此之外，本发明还可以通过其他方式实现。例如，机器人和机器人控制方法以及实现这一控制方法的计算机程序以及记录这一计算机程序的临时存储媒介等。

并非上述本发明的各个实施方式的所有多个构成元素都是必不可少的，且为了解决部分或全部上述问题，或者，为了实现本说明书所述的部分或全部效果，关于所述多个构成要素的一些构成要素，可以适当地改变、删除，或者替换成其他新的构成要素，或者删除一部分限定内容。此外，为了解决部分或全部上述问题，或者，为了实现本说明书所述的部分或全部效果，可以将部分或全部上述本发明的一方式所包含的技术特征与部分或全部上述本发明的其他方式所包含的技术特征合并，作为本发明的一个独立方式。

Claims (9)

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；以及力检测部，用于检测从外部施加于所述可动部的力，

所述控制装置具备：

控制部，执行所述机器人的控制；以及

受理部，从用户受理针对对象设定的对象坐标系，

所述控制部具有：

作为直接示教模式的第一控制模式，用户手动移动所述可动部，根据通过所述力检测部检测到的力，使所述可动部移动和旋转；以及

在满足预先设定条件时，作为自动对准模式的第二控制模式，在针对所述可动部设定的移动坐标系的预先设定的第一轴与所述对象坐标系的预先设定的第二轴之间的相对角度小于角度阈值时，使所述可动部旋转以使所述相对角度的大小接近0，

所述预先设定条件为：所述移动坐标系的原点即工具中心点位于从装置坐标系的原点到第一距离阈值以内的位置，或者所述移动坐标系的原点即工具中心点位于从工件坐标系的原点到第二距离阈值以内的位置。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述受理部从所述用户受理所述第一轴和所述第二轴。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述角度阈值大于0度且小于45度。

4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述受理部从用户受理所述角度阈值。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述第二控制模式为，当在基于所述第一控制模式的控制下，所述移动坐标系的原点与所述对象坐标系的原点之间的距离小于距离阈值时，使所述可动部旋转以使所述相对角度的大小接近0。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，

所述受理部从用户受理所述距离阈值。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述受理部从用户受理是否执行所述第二控制模式的指示，

所述第二控制模式在包含是否对所述受理部输入有执行所述第二控制模式的指示的条件下执行。

8.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制部具有第三控制模式，所述第三控制模式为，在通过所述力检测部检测到力时，根据所检测到的所述力的朝向，使所述可动部向预先设定的朝向移动或旋转预先设定的量，

在基于所述第三控制模式的控制下不进行所述第二控制模式。

9. 一种机器人系统，其特征在于，具备：

权利要求1至8中任一项所述的控制装置；以及

通过所述控制装置控制的机器人。

Images