CN113492400A

CN113492400A - 机器人的控制方法及机器人系统

Info

Publication number: CN113492400A
Application number: CN202110281885.7A
Authority: CN
Inventors: 安达大稀; 竹内馨; 木下敬文
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2041-03-16
Also published as: JP2021146431A; CN113492400B; US20210291365A1

Abstract

机器人的控制方法及机器人系统。提供一种能够简单地进行直接示教中的作业的机器人的控制方法。在机器人的控制方法中，该机器人具备机械手及力检测器，所述力检测器在相互正交的三个检测轴上检测作用于机械手的外力，通过力检测器检测外力的方向，基于外力的方向，限制与外力对应的设定于机械手的工具中心点的运动的自由度。

Description

机器人的控制方法及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人的控制方法及机器人系统。

背景技术

以往，如专利文献1所示，已知有在操作者对机器人直接施加力来进行示教的直接示教中，切换使机器人平移移动或旋转移动的移动方法的设定的技术。

专利文献1：日本特开2012-157946号公报

然而，在专利文献1所公开的直接示教中，为了切换移动方法的设定，需要对开关那样的操作部进行操作，因此存在作业变得繁杂的问题。

发明内容

一方面是机器人的控制方法，所述机器人具备机械手和力检测器，所述力检测器在相互正交的三个检测轴上检测作用于所述机械手的外力，所述机器人的控制方法包括：通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为一自由度。

另一方面是机器人的控制方法，所述机器人具备机械手和力检测器，所述力检测器通过相互正交的三个检测轴来检测作用于所述机械手的外力，所述机器人的控制方法包括：通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为二自由度。

另一方面是一种机器人系统，具备：机器人，具备机械手和力检测器，所述力检测器在相互正交的三个检测轴上检测作用于所述机械手的外力；以及控制装置，通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为一自由度。

另一方面是一种机器人系统，具备：机器人，具备机械手和力检测器，所述力检测器通过相互正交的三个检测轴来检测作用于所述机械手的外力；以及控制装置，通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为二自由度。

附图说明

图1是说明机器人系统的概略构成的立体图。

图2是说明检测力的装置的一个例子的图。

图3是说明控制装置的一个例子的框图。

图4是说明控制装置的功能框图。

图5是说明使用向量来判断一自由度限制的一个例子的图。

图6是说明使用力分量的比例来判断一自由度限制的一个例子的图。

图7是说明使用向量来判断二自由度限制的一个例子的图。

图8是说明使用力分量的比例来判断二自由度限制的一个例子的图。

图9是确定动作限制方向的流程图。

图10是确定动作限制方向的流程图。

图11是说明机器人系统的其他实施方式的概略构成的立体图。

图12是在其他实施方式中确定动作限制方向的流程图。

图13是在其他实施方式中确定动作限制方向的流程图。

附图标记说明：

1、2：机器人，10、22：机械手，11、21：基座，20：末端执行器，30、300：力检测器，40：控制装置，41：力控制部，42：位置控制部，43：指令统合部，45：示教装置，100、101：机器人系统。

具体实施方式

下面，在参照附图的同时对实施方式进行说明。在附图中，相同或类似的要素分别被赋予相同或类似的符号，并省略重复的说明。

如图1所示，本实施方式所涉及的机器人系统100例如具有机器人1、控制装置40及示教装置45。机器人1具备：机械手10、支承机械手10的基座11、末端执行器20及力检测器30。作为机器人1例如可以采用能够通过示教装置45的示教进行各种作业的通用机器人。

机械手10例如是通过具有多个相互连结的连杆及关节而以多自由度运动的机械臂。在图1所示的例子中，机械手10是具备六个关节J1～J6的六轴臂。在图1所示的例子中，关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭转关节。末端执行器20例如是螺丝刀、夹爪、研磨机等工具。末端执行器20例如进行螺钉拧紧、把持、加工等各种作业。末端执行器20在机械手10的前端部经由机械接口安装于关节J6。机械手10通过由控制装置40驱动来确定末端执行器20的位置及姿势。

机械手10例如在前端附近的规定位置设定作为末端执行器20的位置的基准的工具中心点(TCP)。TCP能够任意设定，例如设定在关节J6的旋转轴上。在使用夹爪作为末端执行器20的情况下，能够将夹爪的中心设定为TCP。另外，在本实施方式中，机械手10具有六自由度，但为示例。机械手10是能够以三自由度以上实现TCP的运动的机器人即可，而可以具有任意的关节机构。基座11对机械手10的第一连杆即最接近基座11的一个连杆进行定位。

力检测器30例如是经由末端执行器20在相互正交的三个检测轴中检测作用于机械手10的外力的力觉传感器。更详细地说，力检测器30在作为固有的三维正交坐标系的力检测器坐标系中，测量作用于TCP的三个检测轴的力及绕三个检测轴的转矩。在图1所示的例子中，力检测器30安装于机械手10的前端，但是也可以安装于机器人1的其他部位。

如图2所示，作为一个例子，力检测器30具有：壳体31；基板容纳部件31e，与壳体31连接；连接部件31d，与基板容纳部件31e连接；以及一个以上传感器设备32，容纳在壳体31内。壳体31例如由作为上表面的圆形的第一安装面31a、作为底面的圆形的第二安装面31b及联结上表面和底面的圆筒状的侧壁部31c而形成圆柱形。它们也可以为一体型的结构。例如，第二安装面31b安装在机械手10的前端，末端执行器20安装在第一安装面31a。力觉传感器的形状不作限定，也可以是长方体、其他方柱。

第一安装面31a、第二安装面31b、侧壁部31c及连接部件31d的构成材料没有特别限定，例如可列举：铝、不锈钢等金属材料、陶瓷等。此外，它们可以全部由相同或同种材料构成，也可以由相互不同的材料构成。

传感器设备32通过一个或多个元件来检测分别沿着x轴、y轴及z轴的三个检测轴的方向的平移力分量、及绕三个检测轴的力的力矩(转矩)。传感器设备32例如是石英压电方式。通过采用石英压电方式，从而实现在高灵敏度、宽动态范围、高刚性等方面具有优异特性的力检测器30。

图1所示的xyz坐标系是相对于配置机器人1的地面设定的世界坐标系。世界坐标系是由沿水平面相互正交的x轴及y轴以及将铅直向上作为正方向的z轴所规定的三维的正交坐标系。z轴中的负方向与重力方向大致一致。由Rx表示绕x轴的旋转角，由Ry表示绕y轴的旋转角，由Rz表示绕z轴的旋转角。能够通过x、y、z轴的坐标来表现三维空间中的任意位置，能够通过旋转角Rx、Ry、Rz表现三维空间中的任意姿势。能够在世界坐标系中定义末端执行器20、机械手10、基座11等的位置及姿势。下面，“位置”有时是指姿态即位置及姿势。同样地，下面，“力”有时是指负荷即力及转矩。控制装置40通过驱动机械手10来控制世界坐标系中的TCP的位置。

控制装置40例如通过力检测器30检测作用于机械手10的外力的方向，而基于外力的方向将与外力对应的TCP的运动限制为一自由度。例如，在沿着世界坐标系的x轴的外力由人作用于TCP的情况下，控制装置40控制机械手10，以使TCP仅沿着世界坐标系的x轴运动。

控制装置40也可以基于外力的方向，将与外力对应的TCP的运动限制为二自由度。例如，在沿着与世界坐标系的x轴及y轴平行的xy平面的外力由人作用于TCP的情况下，控制装置40控制机械手10以使TCP沿xy平面运动。或者，控制装置40也可以控制机械手10，不使TCP的位置变化而仅使姿势变化。

如图3所示，控制装置40具备构成计算机系统的处理器40a及存储器40b。控制装置40例如能够由通用计算机构成。处理器40a通过执行与控制程序对应的指令来控制机器人1。处理器40a例如具有中央运算处理装置(CPU)等处理电路。存储器40b存储机器人1的控制所需的程序、各种数据等，是能够由计算机读取的存储介质。存储器40b例如是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。控制装置40的构成要素的一部分或全部可以配置在机器人1的箱体的内侧。

如图1所示，控制装置40经由通信链路分别与机器人1及示教装置45进行通信。通信链路可以是有线、无线中的任一种，也可以是有线及无线的组合。控制装置40能够控制末端执行器20。例如，在末端执行器20是夹爪的情况下，控制装置40能够通过驱动末端执行器20进行物体的把持。此外，控制装置40基于力检测器30获取的值，获取施加于TCP的力。

控制装置40也可以由多个处理器构成。即，在图3所示的例子中，控制装置40能够与经由网络450与控制装置40连接的个人计算机(PC)400、410和作为服务服务器的云500一起构成控制机器人1的控制装置。PC400具备处理器400a及存储器400b，PC410具备处理器410a及存储器410b。云500具备处理器500a及存储器500b。控制装置40可以利用处理器400a、410a、500a及存储器400b、410b、500b等其他装置的硬件资源，来实现控制机器人1的控制装置。

示教装置45是经由控制装置40对机器人1示教程序的计算机。示教装置45可以是示教器等专用计算机，也可以是安装有用于示教机器人1的程序的通用计算机。示教装置45可以具备与控制装置40分开的箱体，也可以与控制装置40共享硬件资源。

如图4所示，机械手10的关节J1～J6分别具备作为执行器的电动机M1～M6和作为角度传感器的编码器E1～E6。电动机M1～M6分别由控制装置40的控制来驱动，分别使关节J1～J6旋转。编码器E1～E6检测电动机M1～M6的旋转角并输出到控制装置40。

如图4所示，控制装置40具有力控制部41、位置控制部42和指令统合部43作为逻辑结构。力控制部41、位置控制部42及指令统合部43通过控制装置40执行预先安装的控制程序来实现。力控制部41、位置控制部42及指令统合部43可以分别由多个处理电路构成，也可以由互为一体的处理电路构成。

控制装置40具有第一变换部U1，该第一变换部U1基于预先存储的对应关系，在电动机M1～M6的各旋转角的组合与世界坐标系中的TCP的位置之间进行双向变换。例如，第一变换部U1将世界坐标系中的位置S变换为电动机M1～M6的各旋转角Da。位置S能够表示规定世界坐标系的六轴(x、y、z、Rx、Ry、Rz)中的位置及姿势。控制装置40输出到电动机M1～M6的控制信号例如是进行了脉宽调制(PWM)的信号。

控制装置40具有第二变换部U2，该第二变换部U2基于表示世界坐标系中的每个TCP的位置S的传感器坐标系的姿势的对应关系，将由力检测器30检测到的信号变换为世界坐标系中的力f_Sp。第二变换部U2可以根据力f_Sp的力分量和从TCP到力检测器30的距离，计算出力f_Sp的转矩分量。

力控制部41具有目标力计算部41a、力检测部41b、动作限制确定部41c及力控制校正量计算部41d作为逻辑结构。力控制部41具有用于将作用于TCP的外力f_S控制成规定的目标力f_St的功能。具体地说，力控制部41按照动作限制命令L1，计算对目标位置进行校正以使外力f_S成为目标力f_St的力控制校正量ΔS并输出到指令统合部43。

目标力计算部41a例如根据示教装置45的示教并基于控制装置40所存储的命令C1，计算目标力f_St。目标力计算部41a在进行直接示教的情况下，计算用于执行仿形控制的目标力f_St，该仿形控制为了操作者把持安装于机械手10的前端的末端执行器20并对末端执行器20施加力而使施加于机械手10的TCP的力为0。

力检测部41b通过力检测器30在相互正交的三个检测轴检测作用于TCP的外力f_S。详细地说，力检测部41b通过对经由第二变换部U2从力检测器30获取的力f_Sp实施除去起因于重力的分量的重力补偿，从而检测没有重力的影响的作用于TCP的外力f_S。力检测部41b的三个检测轴能够经由第二变换部U2与力检测器30的三个检测轴相互变换。即，能够相互同样地处理作用于以力检测器30的检测轴为基准的TCP的外力f_S和作用于以力检测部41b的检测轴为基准的TCP的外力f_S。力检测部41b能够指定世界坐标系、工具坐标系、局部坐标系等任意的坐标系作为力检测器30的检测轴。

动作限制确定部41c基于由力检测部41b检测到的外力f_S的方向，限制与机械手10的前端的外力f_S对应的运动的自由度。在本实施方式中，机械手10的前端严格上是指TCP。动作限制确定部41c在外力f_S满足第一条件的情况下，生成将与外力f_S对应的TCP的运动限制为一自由度的动作限制命令L1。第一条件是用于判定与外力f_S对应的TCP的运动是一自由度的条件。

例如，如图5所示，第一条件是外力f_S的方向向量与力检测器30的三个检测轴中的具有最大外力f_S的分量的检测轴所成的角小于第一值θ_th。下面，假设根据示教装置45的示教并通过控制装置40所存储的命令C2，作为运动的基准的坐标系指定世界坐标系的情况。在图5所示的例子中，世界坐标系中的具有最大外力f_S的分量的检测轴是x轴，x轴的单位向量是向量v1。在外力f_s与x轴所成的角比第一值θ_th小的情况下，动作限制确定部41c将与外力f_S对应的TCP的运动方向限制为世界坐标系的仅x轴方向。第一值θ_th例如能够使用示教装置45设定为从0[deg]到180[deg]的任意值。作为由命令C2指定的坐标系能够采用工具坐标系、局部坐标系。

或者如图6所示，作为第一条件也可以采用力检测器30的三个检测轴中的外力f_S的各分量大小中的最大值大于第二大值与第一常数k₁的积的条件。在这种情况下，不需要使用向量的计算。动作限制确定部41c基于三个检测轴中的外力f_S的各分量的大小的分布，能够限制与外力f_S对应的TCP的运动的自由度。在图6所示的例子中，外力f_S的各分量中的最大值是x₁[N]、第二大值是y₁[N]。在这种情况下，在外力f_S满足(x₁/y₁)>k₁的情况下，动作限制确定部41c将与外力f_S对应的TCP的运动方向限制为x轴方向。

此外，在满足第二条件的情况下，动作限制确定部41c能够生成将与外力f_S对应的TCP的运动限制为二自由度的动作限制命令L1。第二条件是用于判定与外力f_S对应的TCP的运动是二自由度的条件。

例如，如图7所示，第二条件是外力f_S的方向向量和力检测器30的三个检测轴中的具有最大外力f_S的分量的检测轴的单位向量的外积与三个检测轴中的具有最小外力f_S的分量的检测轴的单位向量所成的角小于第二值θ_th。在图7所示的例子中，世界坐标系中的具有最大外力f_S的分量的检测轴是x轴，x轴的单位向量是向量v1。同样，具有最小外力f_S的分量的检测轴是z轴，z轴的单位向量是向量v2。外力f_S的方向向量和向量v1的外积是向量v3时，在向量v3与向量v2所成的角比第二值θ_th小的情况下，动作限制确定部41c将与外力f_S对应的TCP的运动方向限制为沿着世界坐标系的xy平面的方向。第二值θ_th例如能够使用示教装置45设定为从0[deg]到180[deg]的任意值。第二值θ_th可以是与第一值θ_th相同的值，也可以是不同的值。

或者如图8所示，作为第二条件也可以采用如下条件：力检测器30的三个检测轴中的外力f_S的各分量大小中的最大值小于第二大值与第二常数k₂的积，且第二大值大于最小值与第三常数k₃的积。在这种情况下，不需要使用向量的计算。在图8所示的例子中，外力f_S的各分量中的最大值是x₂[N]，第二大值是y₂[N]，最小值是z₂[N]。在这种情况下，在外力f_S同时满足(x₂/y₂)<k₂、(y₂/z₂)>k₃的情况下，动作限制确定部41c将与外力f_S对应的TCP的运动方向限制为沿着xy平面的方向。

作为通过动作限制命令L1限制为一自由度的TCP的其他运动可以列举沿着y、z的各轴的方向的平移运动、绕x、y、z的各轴的旋转运动的任一种运动。此外，作为通过动作限制命令L1限制为二自由度的TCP的其他运动可以列举沿着yz平面的运动、沿着xz平面的运动。此外，作为由动作限制命令L1限制的TCP的运动具有仅姿势变化的运动、使位置及姿势自由自在地变化的运动等。通过命令C2与动作限制命令L1的组合来变更TCP的运动的限制。

动作限制确定部41c在力检测部41b检测到的外力f_S超过规定的阈值的情况下生成动作限制命令L1并进行输出。动作限制确定部41c继续输出同样的动作限制命令L1，直到外力f_S成为阈值以下为止。

力控制校正量计算部41d根据目标力f_St、外力f_S及动作限制命令L1，计算对目标位置S_t进行校正以使外力f_S成为目标力f_St的力控制校正量ΔS。力控制校正量ΔS是指在TCP受到机械阻抗的情况下，为了消除目标力f_St与外力f_S的力偏差Δf_S，TCP应从位置S移动的量。力控制校正量计算部41d例如通过由电动机M1～M6实现假想的机械阻抗的主动阻抗控制，计算出力控制校正量ΔS。例如，在通过动作限制命令L1而TCP的运动被限制为沿着世界坐标系的x轴的方向的情况下，ΔS的x轴分量以外的值为0。

位置控制部42计算世界坐标系中的TCP的目标位置S_t。在机器人系统100中进行直接示教的情况下，位置控制部42将TCP的当前位置直接计算为目标位置S_t。此外，位置控制部42例如能够使用由示教装置45生成的控制程序、检测对象物的位置的传感器的输出等来计算TCP的目标位置S_t。

指令统合部43具有反馈控制部43a及力控制校正量加法部43b作为逻辑结构。指令统合部43统合作为由位置控制部42计算出的控制指令的目标位置S_t和作为由力控制部41计算出的控制指令的力控制校正量ΔS。指令统合部43将操作量输出到机器人1，以达成与统合的控制指令对应的目标值。

力控制校正量加法部43b将力控制校正量ΔS与目标位置S_t相加。力控制校正量加法部43b计算应用于机械手10的电动机M1～M6的指令位置S_tt。指令位置S_tt是指世界坐标系中的最终的TCP的目标值。第一变换部U1将世界坐标系中的指令位置S_tt变换为作为电动机M1～M6的各旋转角的目标值的目标角D_t。

反馈控制部43a将电动机M1～M6的实际的旋转角D_a作为控制量，进行控制成目标角D_t的反馈控制。反馈控制部43a从编码器E1～E6的输出获取旋转角D_a。反馈控制部43a根据控制量D_a、目标角D_t来计算操作量D_c并控制电动机M1～M6。

参照图9及图10的流程图，作为机器人系统100中的机器人1的控制方法说明控制装置40的处理的一个例子。

首先，在步骤S41中，控制装置40例如通过从示教装置45输入开始直接示教的命令，转移至直接示教模式，开始直接示教。控制装置40也可以从示教装置45以外输入开始直接示教的命令。控制装置40例如可以通过按下安装于机器人1的开关，输入开始直接示教的命令。

在步骤S42中，动作限制确定部41c获取在力检测部41b中检测出的外力f_S及外力f_S的转矩作为外力信息。即，外力信息包含力检测部41b的三个检测轴的力及绕三个检测轴的转矩。

在步骤S43中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S的转矩的大小是否比规定的阈值大。动作限制确定部41c在转矩的大小比阈值大的情况下使处理前进至步骤S44，在转矩的大小为阈值以下的情况下使处理前进至步骤S52。

在步骤S44中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S的各分量的转矩的大小中的最大值是否比第二大值的常数倍大。动作限制确定部41c在比常数倍大的情况下使处理前进至步骤S45，在常数倍以下的情况下使处理前进至步骤S47。

在步骤S45中，动作限制确定部41c生成动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d，该动作限制命令L1将TCP的运动限制为绕在步骤S42中获取的外力f_S的各分量的转矩的大小中的具有最大值的检测轴。例如，在外力f_S的各转矩中的绕x轴的转矩比第二大的转矩的常数倍大的情况下，动作限制确定部41c将TCP的运动限制为仅绕x轴的一自由度。

在步骤S46中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S45中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S45的处理。

在步骤S47中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S是否为规定的阈值以上。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下使处理前进至步骤S48，在外力f_S比阈值小的情况下使处理前进至步骤S50。

在步骤S48中，动作限制确定部41c生成许可TCP的六自由度的运动的动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d。即，在这种情况下，动作限制确定部41c不限制与外力f_S对应的TCP的运动。

在步骤S49中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b中检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S48中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S48的处理。

在步骤S50中，动作限制确定部41c生成将TCP的运动限制为仅姿势的三自由度的动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d。即，动作限制确定部41c许可TCP的绕三个检测轴的姿势变化的运动，禁止三个检测轴中的位置变化的运动。

在步骤S51中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b中检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S50中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S50的处理。

在步骤S52中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S是否为规定的阈值以上。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下前进至步骤S53的处理，在外力f_S比阈值小的情况下使处理返回到步骤S42。

在步骤S53中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S是否满足第一条件。动作限制确定部41c在外力f_S满足第一条件的情况下使处理前进至步骤S54，在外力f_S不满足第一条件的情况下使处理前进至步骤S56。第一条件是用于判定是否将与外力f_S对应的TCP的运动限制为一自由度的条件。

在步骤S54中，动作限制确定部41c生成动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d，该动作限制命令L1将与外力f_S对应的TCP的运动限制为绕具有最大外力f_S的分量的检测轴的一自由度。动作限制确定部41c在外力f_S为x轴方向的力的情况下，生成将TCP的运动限制为x轴方向的一自由度的动作限制命令L1。

在步骤S55中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b中检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S54中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S54的处理。

在步骤S56中，动作限制确定部41c判定在步骤S42中获取的外力f_S是否满足第二条件。动作限制确定部41c在外力f_S满足第二条件的情况下使处理前进至步骤S57，在外力f_S不满足第二条件的情况下使处理前进至步骤S59。第二条件是用于判定是否将与外力f_S对应的TCP的运动限制为二自由度的条件。

在步骤S57中，动作限制确定部41c生成动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d，该动作限制命令L1将与外力f_S对应的TCP的运动限制为沿着由具有最大外力f_S的分量的检测轴及具有第二大的外力f_S的分量的检测轴定义的平面的二自由度。动作限制确定部41c在外力f_S是沿着xy平面的方向的力的情况下，生成将TCP的运动限制为xy平面的二自由度的动作限制命令L1。

在步骤S58中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b中检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S57中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S57的处理。

在步骤S59中，生成将TCP的运动限制为仅位置的三自由度的动作限制命令L1并输出到力控制校正量计算部41d。即，动作限制确定部41c许可TCP的三个检测轴中的位置变化的运动，禁止姿势绕三个检测轴变化的运动。

在步骤S60中，动作限制确定部41c判定在力检测部41b中检测出的外力f_S是否比规定的阈值小。动作限制确定部41c在外力f_S比阈值小的情况下，作为作用于机器人1的外力f_S降低，停止在步骤S59中生成的动作限制命令L1的输出，使处理前进至步骤S61。动作限制确定部41c在外力f_S为阈值以上的情况下，反复进行步骤S59的处理。

在步骤S61中，动作限制确定部41c例如根据操作者对示教装置45的操作，判定是否结束直接示教。动作限制确定部41c在结束直接示教的情况下使处理前进至步骤S62，在不结束直接示教的情况下使处理返回到步骤S42。此时，停止动作限制命令L1的输出，TCP不动作。即，由控制装置40仅执行对TCP的位置控制。

在步骤S62中，控制装置40例如通过从示教装置45输入结束直接示教的命令，结束直接示教模式，直接示教结束。另外，在图9及图10所示的一系列的处理中使用的多个常数可以任意设定。因此，常数可以设定为相互相同的值，也可以设定为相互不同的值。多个阈值也同样。

如上所述，根据机器人系统100，在操作者进行直接示教的情况下，基于作用于末端执行器20的外力f_S，由动作限制确定部41c自动生成动作限制命令L1。由此，例如不需要使用示教装置45的设定TCP的运动的限制的操作者的操作，缩短直接示教所需的时间。在现有的直接示教中，操作者必须选择由示教装置的GUI等限制的自由度，才能生成例如将TCP限制在xy平面上移动接着沿x轴移动的程序。相对于此，根据机器人系统100，通过变更施加于末端执行器20的外力f_S，自动限制TCP的运动的自由度。由此，根据机器人系统100，能够使直接示教中的作业变得简单。

如上所述，对实施方式进行了说明，但是本发明并不被这些公开所限定。各部分的构成可以置换为具有相同功能的任意构成，此外，也可以在本发明的技术范围内，省略或追加各实施方式中的任意构成。由此，本领域技术人员根据这些公开而能够明确各种代替的实施方式。

例如，机器人1不限于具备作为六轴臂的一个机械手10的机器人。机器人1所具备的机械手及末端执行器的数量、机械手的自由度等能够任意变更。例如，机器人1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。同样地，力检测器30的位置不限于机械手10的前端。

例如，如图11所示，其他实施方式的机器人系统101具备机器人2、控制装置40和示教装置45。机器人2是具备基座21、机械手22、末端执行器20及力检测器300的水平多关节机器人。在图11所示的例子中，力检测器300例如具有长方体形状并安装于基座21的下部。

机械手22是具有第一连杆221及第二连杆222的臂。机械手22具有分别具有沿着世界坐标系的z轴的轴的四个关节J1～J4。三个关节J1、J2、J4分别是旋转关节，关节J3是直进关节。即，相当于机械手22的前端的TCP具有四自由度。机器人2与机器人1的力检测器30同样，在机械手22的前端还可以具备检测作用于机械手22的外力f_S的力检测器。机器人系统101的功能模块的构成与从图4的框图去除了关节J5、J6的构成大致相同，因此省略重复的说明。

根据图12及图13的流程图，作为机器人系统101中的机器人2的控制方法对控制装置40的处理的一个例子进行说明。但是，图12及图13的流程图中的步骤S71～S76、S77、S78、S79、S80～S89按照该顺序相当于图9及图10的流程图中的步骤S41～S46、S52、S48、S49、S53～S62。即，图12及图13的流程图是从图9及图10的流程图中去除了步骤S47、S50、S51的流程图。因此，省略图12及图13的流程图的各步骤的详细说明。

例如，在步骤S74中，动作限制确定部41c判定在步骤S72中获取的外力f_S的各分量的转矩的大小中的最大值是否比第二大值的常数倍大。作用于TCP的外力f_S的转矩可以认为主要是世界坐标系中的绕z轴的转矩。因此，在步骤S75中生成的动作限制命令L1成为将TCP限制为绕z轴的一自由度的命令。另一方面，在步骤S78中，动作限制确定部41c许可TCP的四自由度的运动，不限制与外力f_S对应的TCP的运动。

在机器人2仅具有力检测器300作为力觉传感器的情况下，难以检测外力f_S的转矩，因此可以主要执行图13的步骤S80～S87的处理。步骤S80、S83中的第一条件及第二条件也与上述实施方式相同。例如，在机器人系统101中，在操作者对末端执行器20施加了沿着世界坐标系的x轴的外力f_S的情况下，TCP的运动被限制为沿着世界坐标系的x轴的一自由度。即，TCP根据外力f_S沿世界坐标系中的x轴进行平移运动。

此外，当然包括将上述各构成相互加以应用的构成等本发明没有记载在上文的各种实施方式。本发明的技术范围根据上述说明而仅由妥当的权利要求的范围所涉及的发明特定事项来确定。

Claims

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人具备机械手和力检测器，所述力检测器在相互正交的三个检测轴上检测作用于所述机械手的外力，所述机器人的控制方法包括：

通过所述力检测器检测所述外力的方向，

基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为一自由度。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述外力的方向向量与所述三个检测轴中的具有最大的所述外力的分量的检测轴所成的角小于第一值时，将所述工具中心点的运动限制为一自由度。

3.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述三个检测轴上的所述外力的各分量的大小中的最大值大于第二大值与第一常数的积时，将所述工具中心点的运动限制为一自由度。

4.一种机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人具备机械手和力检测器，所述力检测器通过相互正交的三个检测轴来检测作用于所述机械手的外力，所述机器人的控制方法包括：

通过所述力检测器检测所述外力的方向，

基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为二自由度。

5.根据权利要求4所述的机器人的控制方法，其特征在于，包括：

在所述外力的方向向量和所述三个检测轴中的具有最大的所述外力的分量的检测轴的单位向量的外积与所述三个检测轴中的具有最小的所述外力的分量的检测轴所成的角小于第二值时，将所述工具中心点的运动限制为二自由度。

6.根据权利要求4所述的机器人的控制方法，其特征在于，包括：

在所述三个检测轴上的所述外力的各分量的大小中的最大值小于第二大值与第二常数的积，且第二大值大于最小值与第三常数的积时，将所述工具中心点的运动限制为二自由度。

7.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人，具备机械手和力检测器，所述力检测器在相互正交的三个检测轴上检测作用于所述机械手的外力；以及

控制装置，通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为一自由度。

8.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人，具备机械手和力检测器，所述力检测器通过相互正交的三个检测轴检测作用于所述机械手的外力；以及

控制装置，通过所述力检测器检测所述外力的方向，基于所述外力的方向，将与所述外力对应的设定于所述机械手的工具中心点的运动限制为二自由度。