CN116997445A - 计算用于控制机器人的位置和姿势的参数的控制装置 - Google Patents

Abstract

控制装置具备：力觉传感器；以及参数计算部，其计算在进行力控制时使第一工件移动的移动方向和工件前端点的位置。作业者通过机器人来使第一工件的工件前端点与第二工件的角部接触。力觉传感器在将第一工件沿着推压方向进行推压的期间中检测力。参数计算部基于与多个推压方向对应地由力觉传感器检测出的力，来计算移动方向和工件前端点的位置。

Description

计算用于控制机器人的位置和姿势的参数的控制装置

技术领域

本发明涉及一种计算用于控制机器人的位置和姿势的参数的控制装置。

背景技术

机器人装置具备机器人和安装于机器人的作业工具，机器人能够一边变更位置和姿势一边进行规定的作业。以往已知一种安装用于把持工件的手部作为作业工具来将工件配置到规定的位置的机器人装置。作为精密地调整工件的位置和姿势的作业，已知有将一个工件向另一工件嵌合的控制。或者，已知有使一个工件接触另一工件的规定的位置的控制。例如，已知有进行将工件向被固定于作业台的构件的孔部等中插入的作业的机器人装置(例如日本特开平4-256526号公报)。

在进行这样的作业的情况下，机器人的控制装置一边使一个工件向另一工件移动一边对机器人的位置和姿势进行修正。在以往的技术中，已知在机器人安装力觉传感器来实施柔顺控制等力控制的技术。在力控制中，能够以使由力觉传感器检测出的预先决定的方向上的力处于判定范围内的方式对机器人的位置和姿势进行修正(例如日本特开2008-307634号公报和日本特开2017-127932号公报)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-256526号公报

专利文献2：日本特开2008-307634号公报

专利文献3：日本特开2017-127932号公报

发明内容

发明要解决的问题

在力控制中，能够基于安装于机器人的力觉传感器的输出，来调整由机器人把持着的工件的位置和姿势。在实施该控制的情况下，需要设定用于通过机器人来移动工件的控制点。作为力控制的控制点，能够设定为工件的前端点或作业工具的前端点。另外，需要预先设定移动方向(向量)来作为为了进行嵌合或推压而使工件移动的方向。

包含这样的控制点和移动方向的参数能够通过原点位于作业工具的工具坐标系和由作业者设定的用户坐标系中的至少一个坐标系来指定。一般而言，能够将坐标系的原点设定于控制点，将坐标系的一个坐标轴的方向设定为移动方向。而且，能够基于坐标系的原点的位置和移动方向来控制机器人。

工具坐标系和用户坐标系能够驱动实际的机器人来进行设定。可是，对于不熟知机器人的操作的作业者而言，存在难以设定坐标系的问题。例如，在针对被固定于作业台的工件设定用户坐标系的情况下，作业者使用针对机器人设定的基准坐标系，在空间中决定三个点的位置并设定与X轴及Y轴平行的向量。并且，作业者通过指定原点的位置，来设定包含X轴、Y轴以及Z轴的用户坐标系。

像这样，在坐标系的设定中存在许多过程，对于未习惯机器人的操作的作业者而言，存在设定坐标系的作业困难的问题。尤其是在通过坐标轴的方向来指定三维空间中的方向的情况下，存在难以进行机器人的操作的问题。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式是计算用于在通过机器人使第一工件向第二工件移动时进行力控制的参数的控制装置。控制装置具备力检测器，在通过机器人使第一工件接触到具有角部的接触构件时，该力检测器检测施加于第一工件和接触构件中的一方的力。控制装置具备参数计算部，该参数计算部计算在进行力控制时使第一工件相对于第二工件移动的移动方向和作为力控制的控制点的工件前端点的位置。力检测器在通过机器人使第一工件的工件前端点接触到接触构件的角部并将第一工件沿着预先决定的推压方向进行推压的期间中检测力。参数计算部获取在将第一工件沿多个推压方向推压于接触构件时与各个推压方向对应地由力检测器检测出的力，并基于与多个推压方向对应的力来计算第一工件的移动方向和第一工件的工件前端点的位置。

本公开的其它方式是计算用于在通过机器人使第二工件向第一工件移动时进行力控制的参数的控制装置。控制装置具备力检测器，在通过机器人使具有角部的接触构件接触到第一工件时，该力检测器检测施加于第一工件和接触构件中的一方的力。控制装置具备参数计算部，该参数计算部计算在进行力控制时使第二工件相对于第一工件移动的移动方向和作为力控制的控制点的工件前端点的位置。力检测器在通过机器人使接触构件的角部接触到第一工件的工件前端点并将接触构件沿着预先决定的推压方向进行推压的期间中检测力。参数计算部获取在将接触构件沿多个推压方向推压于第一工件时与各个推压方向对应地由力检测器检测出的力，并基于与多个推压方向对应的力来计算第二工件的移动方向和第一工件的工件前端点的位置。

发明的效果

根据本公开的方式，能够提供一种通过容易的机器人的操作来计算用于进行机器人的力控制的参数的控制装置。

附图说明

图1是实施方式中的第一机器人装置的概要图。

图2是实施方式中的第一机器人装置的框图。

图3是将第一工件向第二工件嵌合时的放大立体图。

图4是使第一工件的端面接触第二工件的角部时的第一机器人装置的概要图。

图5是使第一工件接触第二工件的角部时的放大立体图。

图6是对计算工件前端点的位置和移动方向的方法进行说明的第一概要图。

图7是对计算工件前端点的位置和移动方向的方法进行说明的第二概要图。

图8是说明在参数设定过程中所生成的工件前端点和移动方向的第一机器人装置的概要图。

图9是显示于示教操作板的显示部的机器人和工件的图像。

图10是实施方式中的第二机器人装置的概要图。

图11是使第二工件的角部接触第一工件的端面时的第二机器人装置的概要图。

图12是使第二工件的角部接触第一工件的端面时的放大立体图。

图13是说明在参数设定过程中所生成的工件前端点和移动方向的第二机器人装置的概要图。

图14是实施方式中的第三机器人装置的概要图。

图15是使第一工件的端面与第二工件的角部接触时的第三机器人装置的概要图。

图16是说明在参数设定过程中所生成的工件前端点和移动方向的第三机器人装置的概要图。

图17是实施方式中的第四机器人装置的概要图。

图18是使第一工件的端面接触第二工件的角部时的第四机器人装置的概要图。

图19是说明在参数设定过程中所生成的工件前端点和移动方向的第四机器人装置的概要图。

具体实施方式

参照图1至图19来对实施方式中的控制装置进行说明。本实施方式的控制装置计算用于在通过机器人使一个工件向另一工件移动时进行力控制的参数。图1是本实施方式中的第一机器人装置的概要图。第一机器人装置5具备作为作业工具的手部2和用于移动手部2的机器人1。

本实施方式的机器人1是包括多个关节部18的多关节机器人。机器人1包括能够移动的多个构成构件。机器人1的构成构件形成为绕各自的驱动轴旋转。机器人1包括基座部14和相对于基座部14旋转的回转基座13。机器人1包括上部臂11和下部臂12。下部臂12以能够转动的方式被支承于回转基座13。上部臂11以能够转动的方式被支承于下部臂12。机器人1包括以能够转动的方式被支承于上部臂11的手腕部15。手部2被固定于手腕部15的法兰16。另外，上部臂11和法兰16绕其它驱动轴旋转。

本实施方式的机器人具有六个驱动轴，但不限于该方式。能够采用通过任意的机构来变更位置和姿势的机器人。另外，本实施方式的作业工具是具有两个爪部的手部，但不限于该方式。作业工具能够采用能够把持工件的任意的装置。

针对本实施方式的机器人装置5设定有基准坐标系81。在图1所示的例子中，基准坐标系81的原点被配置于机器人1的基座部14。基准坐标系81也称为世界坐标系。基准坐标系81是原点的位置固定并且坐标轴的朝向固定的坐标系。即使机器人1的位置和姿势发生变化，基准坐标系81的位置和姿势也不会发生变化。本实施方式的坐标系具有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴作为坐标轴。另外，坐标系具有绕X轴的W轴、绕Y轴的P轴以及绕Z轴的R轴。

针对机器人装置5设定有工具坐标系，该工具坐标系具有被设定于作业工具的任意的位置的原点。在本实施方式中，工具坐标系的原点被设定于工具前端点，该工具前端点是手部2的两个爪部的前端之间的中间点。工具坐标系是位置和姿势随作业工具一同变化的坐标系。机器人1的位置例如与工具坐标系的原点的位置对应。另外，机器人1的姿势与工具坐标系相对于基准坐标系81的朝向对应。

针对机器人装置5设定有原点位于手腕部15的法兰16的法兰坐标系83。法兰坐标系83是随法兰16一同移动和旋转的坐标系。法兰坐标系83例如设定为原点配置于法兰16的表面且Z轴与法兰16的旋转轴重叠。

在图2中示出本实施方式中的机器人装置的框图。参照图1和图2，机器人1包括使机器人1的位置和姿势变化的机器人驱动装置。机器人驱动装置包括用于驱动臂和手腕部等构成构件的机器人驱动马达22。在本实施方式中，与各个驱动轴对应地配置有多个机器人驱动马达22。

机器人装置5具备用于驱动手部2的手部驱动装置。手部驱动装置包括用于驱动手部2的爪部的手部驱动马达21。通过手部驱动马达21进行驱动来使手部2的爪部打开和闭合。此外，手部也可以形成为通过空气压等来进行驱动。

机器人装置5具备对机器人1和手部2进行控制的控制装置4。控制装置4包括进行控制的控制装置主体40和用于作业者对控制装置主体40进行操作的示教操作板37。控制装置主体40包括运算处理装置(计算机)，该运算处理装置具有作为处理器的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)。运算处理装置具有经由总线而与CPU连接的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。

示教操作板37经由通信装置而与控制装置主体40连接。示教操作板37包括用于输入与机器人1和手部2有关的信息的输入部38。输入部38由键盘和拨盘(dial)等输入构件构成。示教操作板37包括显示与机器人1和手部2有关的信息的显示部39。显示部39能够由液晶显示面板或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示面板等任意的显示面板构成。

向控制装置4输入为了使机器人1和手部2动作而预先制作的动作程序46。或者，能够通过作业者操作示教操作板37驱动机器人1来设定机器人1的示教点。控制装置4能够基于示教点来生成机器人1和手部2的动作程序46。动作程序46被存储于存储部42。

控制装置主体40包括对机器人1和手部2的动作进行控制的动作控制部43。动作控制部43基于动作程序46来向机器人驱动部45送出用于驱动机器人1的动作指令。机器人驱动部45包括对机器人驱动马达22进行驱动的电路。机器人驱动部45基于动作指令来向机器人驱动马达22供给电力。另外，动作控制部43基于动作程序46来向手部驱动部44送出用于驱动手部2的动作指令。手部驱动部44包括驱动手部驱动马达21的电路。手部驱动部44基于动作指令来向手部驱动马达21供给电力。

控制装置主体40包括存储与对机器人1和手部2的控制有关的信息的存储部42。存储部42能够进行信息的存储，能够由非暂态的存储介质构成。例如，存储部42能够由易失性存储器、非易失性存储器、磁存储介质或光存储介质等存储介质构成。

动作控制部43与按照动作程序46进行驱动的处理器相当。动作控制部43形成为能够读取存储部42中存储的信息。处理器读入动作程序46并实施动作程序46所决定的控制，由此作为动作控制部43发挥功能。机器人1包括用于检测机器人1的位置和姿势的状态检测器。

本实施方式中的状态检测器包括安装于各个驱动轴的机器人驱动马达22的用于检测旋转位置的位置检测器19。位置检测器19能够通过对机器人驱动马达22的输出轴的旋转角进行检测的编码器构成。在本实施方式中，基于多个位置检测器19的输出来检测机器人1的位置和姿势。

第一机器人装置5的控制装置4包括安装于机器人1的作为力检测器的力觉传感器24。本实施方式的力觉传感器24是六轴的传感器。在第一机器人装置5中，力觉传感器24配置于法兰16与手部2之间。力觉传感器24检测作用于工件71的力和力矩。作为力觉传感器24，能够采用包括应变传感器在内的传感器或静电电容式的传感器等任意的力觉传感器。

由本实施方式中的力觉传感器24检测出的力包括传感器坐标系中的相互正交的三个轴的方向上的力和绕三个轴的力。更具体地说，力觉传感器24检测正交三轴(X轴、Y轴以及Z轴)方向上的力和作为绕三个轴的轴(W轴、P轴以及R轴)方向上的力的力矩(Mx、My、Mz)。

本实施方式中的第一机器人装置5实施使第一工件71向第二工件72嵌合的控制。机器人装置5通过机器人1来使第一工件71向第二工件72移动。然后，如箭头91所示那样将第一工件71插入第二工件72的凹部72a。

在图3中示出本实施方式中的第一工件和第二工件的放大立体图。本实施方式的第一工件71具有圆柱的形状。第一工件71的端面为圆形。第二工件72具有长方体的形状。第二工件72被固定于作业台75。第二工件72具有形成于表面的凹部72a。凹部72a形成为圆柱状。凹部72a具有与第一工件71的形状对应的形状，以供第一工件71嵌合。

控制装置4实施如箭头91所示那样使圆柱状的工件71向工件72的凹部72a嵌合的控制。此时，在工件71的中心轴71a与凹部72a的中心轴72aa成为一条直线状的情况下，工件71被顺利地插入到工件72的凹部72a。然而，有时中心轴72aa的位置或姿势会偏离中心轴71a。

参照图2和图3，控制装置4在将工件71向凹部72a嵌合时，基于力觉传感器24的输出来实施力控制。在本实施方式中，将基于由力检测器检测出的力来调整机器人的位置和姿势的控制称为力控制。在力控制中，利用在工件相接触时所产生的力。控制装置4能够基于由力觉传感器24检测出的力来实施使与工件的移动方向正交的方向上的速度变化的控制以及使工件的朝向变化的控制。控制装置4例如能够基于由力觉传感器24检测出的力来实施柔顺控制或阻抗控制等。

在实施这样的力控制时，需要作为力控制的基准的控制点和用于通过机器人使工件移动的移动方向(向量)。控制点能够配置于通过机器人来移动的工件以及与该工件进行接触的其它工件中的任一方的任意的位置。在第一机器人装置5中，将作为控制点的工件前端点65设定于第一工件71的端面。在本实施方式中，工件前端点65配置于第一工件71的端面上的平面形状的圆的中心。另外，在将工件71向凹部72a嵌合时，将箭头66所示的方向设定为机器人1所支承的工件71的移动方向。

参照图3，在理想情况下，如果施加于控制点的力只有与移动方向相反的方向的力且绕控制点的力矩为零，则工件71被顺利地插入凹部72a。在力控制中，例如能够以使施加于控制点的与移动方向平行的方向以外的力以及绕控制点的力矩小于规定的判定值的方式控制机器人的位置和姿势。通过实施力控制，能够一边对第一工件71相对于凹部72a的位置和姿势进行修正一边进行嵌合的作业。

控制装置4包括计算用于实施力控制的参数的参数计算部51。参数计算部51包括计算在进行力控制时使第一工件71相对于第二工件72移动的移动方向的移动方向计算部52。参数计算部51包括计算配置于第一工件71的端面的工件前端点的位置的位置计算部53。参数计算部51包括用于控制显示于示教操作板37的显示部39的图像的显示控制部54。

在动作程序46中包括用于计算用于实施力控制的参数的计算程序。参数计算部51与按照该计算程序驱动的处理器相当。处理器通过实施计算程序所决定的控制来作为参数计算部51发挥功能。并且，移动方向计算部52、位置计算部53以及显示控制部54的各个单元与按照计算程序驱动的处理器相当。处理器通过实施计算程序所决定的控制来作为各个单元发挥功能。

在本实施方式中，将计算用于实施力控制的参数的控制称为参数设定过程。在第一机器人装置5的参数设定过程中，计算作为控制点的工件前端点65的位置。另外，计算箭头66所示的用于使第一工件71相对于第二工件72移动的移动方向(向量)。

在图4中示出对参数设定过程中的机器人的操作进行说明的第一机器人装置的概要图。在图5中示出第一工件与第二工件接触的部分的放大立体图。参照图4和图5，作业者通过对示教操作板37进行操作来手动地变更机器人1的位置和姿势。

作业者变更机器人1的位置和姿势以使工件71的端面71b接触工件72的角部72b。在本例中，作为用于与第一工件71进行接触的接触构件，使用了第二工件72。接触构件是具有能够与第一工件71进行接触的由较尖的前端构成的角部的构件。

作业者变更机器人1的位置和姿势，来使工件71的端面71b中的进行实际的嵌合作业时的工件前端点接触工件72的角部72b。工件71与工件72之间的接触点为工件前端点65。在本实施方式中，多次实施将第一工件71向第二工件72进行推压的控制。此时，变更将第一工件71向第二工件72进行推压的方向。在本实施方式中，将一个构件向另一构件进行推压的方向称为推压方向。推压方向能够由作业者预先决定。

参数计算部51获取在将第一工件71沿多个推压方向推压于第二工件72时与各个推压方向对应地由力觉传感器24检测出的力。参数计算部51基于与多个推压方向对应的力，来计算第一工件的移动方向和第一工件的工件前端点的位置。

在第一次的将第一工件71进行推压的控制中，作业者以将第一工件71沿箭头92所示的预先决定的推压方向进行推压的方式驱动机器人1。在本例中，箭头92与进行实际的嵌合作业时使第一工件71移动的方向(移动方向)相当。作业者以使手部2沿与圆柱状的工件71的中心轴大致平行的方向移动的方式驱动机器人1。在以使第一工件71按压第二工件72的方式驱动机器人1的期间中，力觉传感器24检测施加于工件71的力。在力觉传感器24中设定有用于检测施加于传感器的力的传感器坐标系82。

在第二次的将第一工件71进行推压的控制中，作业者将第一工件71沿箭头93所示的预先决定的推压方向进行推压。以将第一工件71沿与第一次将第一工件71进行推压的方向不同的方向向第二工件72进行推压的方式驱动机器人1。在以使第一工件71按压第二工件72的方式驱动机器人1的期间中，力觉传感器24检测施加于工件71的力。

在图6中示出对计算工件的推压方向和接触点的位置的方法进行说明的第一概要图。在本例中，通过与手部对应的把持构件9来把持第一工件71。在把持构件9安装有力觉传感器24。传感器坐标系的原点82a被设定于力觉传感器24。图6示出将第一工件71沿第一次的推压方向进行推压的状态。通过驱动机器人，来沿箭头92所示的方向将第一工件71向第二工件72按压。力觉传感器24检测传感器坐标系中的X轴、Y轴及Z轴的方向上的力、以及W轴、P轴及R轴的方向上的力矩。

在第一次的将第一工件71进行推压的控制中，将第一工件沿箭头92所示的方向进行推压。移动方向计算部52检测将第一工件71针对第二工件72进行推压的方向。移动方向计算部52获取由力觉传感器24输出的各正交轴(X轴、Y轴以及Z轴)的力的分量。移动方向计算部52根据各正交轴的力的分量来计算箭头92所示的工件71的推压方向。

力觉传感器24检测如箭头96所示那样绕正交轴的各轴(W轴、P轴以及R轴)的力矩(Mx、My、Mz)。位置计算部53基于各轴的力矩，来计算如箭头97所示那样从传感器坐标系82的原点82a起到与工件的推压方向平行的线最近的邻近点67的位置向量。位置计算部53计算与箭头92所示的工件71的推压方向平行且通过邻近点67的作用线85。作为接触点的工件前端点65存在于作用线85上。像这样，作为工件前端点65所存在的范围，能够计算通过邻近点67的作用线85。

在图7中示出对计算工件的推压方向和接触点的位置的方法进行说明的第二概要图。在第二次的将工件进行推压的控制中，将第一工件71的推压方向设定为与第一次的将工件进行推压的控制中的推压方向不同的方向。即，沿着不同的方向将第一工件71向第二工件按压。在此，将第一工件71沿箭头93所示的方向进行推压。移动方向计算部52根据各正交轴的力的分量来计算箭头93所示的工件71的推压方向。位置计算部53计算通过邻近点67且与工件71的推压方向平行的作用线86。工件前端点65存在于作用线86上。

接着，位置计算部53计算同第一个推压方向对应的作用线85与同第二个推压方向对应的作用线86的交点。位置计算部53将该交点设定为工件前端点65。位置计算部53计算交点的位置来作为工件前端点65的位置。像这样，位置计算部53能够计算多条作用线的交点来作为工件前端点。

另外，移动方向计算部52能够将多次将工件进行推压的控制中的所检测出的一个推压方向设定为实施力控制时的移动方向。在本例中，移动方向计算部52将第一次的推压的控制中的箭头92所示的方向设定为移动方向。作业者能够从在多次的推压的控制中所计算出的多个推压方向中选定设定为移动方向的推压方向。

并且，在本实施方式中，实施了将工件沿两个推压方向进行推压的控制，但不限于该方式。也可以实施将工件沿三个以上的推压方向进行推压的控制。在该情况下，优选为以使将一个工件向另一工件进行推压的方向互不相同的方式驱动机器人。位置计算部获取与各个推压方向对应地由检测器检测出的力。位置计算部计算与多个推压方向对应的多条作用线。位置计算部能够计算多条作用线的交点作为接触点。通过增加工件的推压方向的数量，来提高计算接触点的精度。

此外，在计算出多条作用线时，存在由于测定误差等而多条作用线彼此不相交于一点的情况。在将工件从两个推压方向进行推压的情况下，也可以计算将两条作用线最接近的点彼此连结的线段的中点来作为接触点。另外，在将工件从三个以上的推压方向进行推压的情况下，存在多条作用线中的至少一条作用线与其它作用线不相交的情况。在该情况下，位置计算部能够基于距多条作用线的距离来计算工件前端点的位置。位置计算部能够计算距多条作用线的距离小的点来作为接触点。例如，位置计算部能够计算距多条作用线的距离的总和或方差最小的点来作为接触点。

在图8中示出机器人装置的概要图，该概要图示出针对第一工件设定的工件前端点和工件的移动方向。在第一机器人装置5中，箭头66所示的移动方向和工件前端点65随第一工件71一同移动。移动方向和工件前端点的位置能够以传感器坐标系82的坐标值进行计算。具体地说，移动方向计算部52能够以传感器坐标系82来计算箭头66所示的移动方向。另外，位置计算部53能够以传感器坐标系82来计算工件前端点65的位置。

传感器坐标系82相对于针对机器人1的法兰16设定的法兰坐标系83的相对的位置和姿势是预先决定的。参数计算部51被校准为能够将传感器坐标系82的坐标值转换为法兰坐标系83的坐标值。参数计算部51将以传感器坐标系82表现的移动方向和工件前端点的位置转换为以法兰坐标系83表现的移动方向和工件前端点的位置。

参数计算部51能够将以法兰坐标系83表现的移动方向和工件前端点的位置作为力控制的参数(设定值)设定于动作程序46中。或者，显示控制部54能够将计算出的移动方向和工件前端点的位置显示于显示部39。作业者能够观看显示部39的显示来在动作程序46中设定工件前端点的位置和移动方向。

接着，作业者指定开始进行将工件71嵌合的作业时的相对于工件72而言的工件71的位置和姿势。作业者对示教操作板37进行操作，来如图1和图3所示那样变更机器人1的位置和姿势以将工件71配置到凹部72a的正上方。变更工件71的位置和姿势以将凹部72a的中心轴72aa与工件71的中心轴71a配置成大致直线状。此时的机器人1的位置和姿势为开始进行将第一工件71向第二工件72嵌合时的控制的初始的机器人的位置和姿势。

参数计算部51将初始的机器人的位置和姿势设定于动作程序46中。或者，显示控制部54能够将初始的机器人的位置和姿势显示于显示部39，并由作业者设定到动作程序46中。

参照图1和图3，在实际的嵌合作业中，动作控制部43基于动作程序46来控制机器人1的位置和姿势，以使工件71成为初始的位置和姿势。接着，动作控制部43开始进行力控制。动作控制部43使工件71向箭头66所示的移动方向移动。当第一工件71接触到第二工件72时，由力觉传感器24检测力。

动作控制部43能够将由力觉传感器24检测出的力转换为作用于工件前端点65的力。而且，能够控制机器人的位置和姿势以使作用于工件前端点65的力处于规定的判定范围内。像这样，能够基于箭头66所示的移动方向和工件前端点65的位置来实施力控制。

在以往的技术中，需要设定用于决定工件前端点的位置和将工件嵌合的方向的坐标系。例如，在将其它工件向被固定于作业台的工件的凹部嵌合的情况下，需要针对工件的凹部设定用户坐标系。与此相对，在本实施方式的参数设定过程中，无需针对工件设定坐标系就能够容易地设定用于实施力控制的参数。尤其是，在本实施方式中，不需要在三维空间中设定坐标系。因此，即使是不熟知机器人的操作的作业者，也能够容易地设定力控制的参数。

在上述的实施方式中，作为与第一工件71进行接触的接触构件，使用了第二工件72，但不限于该方式。能够采用包括具有顶点的角部的任意的构件来作为接触构件。例如，也可以是，将具有角部的治具固定于作业台，使第一工件的端面接触治具的角部。

在上述的实施方式中，通过示教操作板对机器人进行操作来使第一工件接触第二工件，但不限于该方式。作业者能够实施手动地变更机器人的位置和姿势的任意的控制。例如能够在机器人的基座部配置力觉传感器来进行与直接教学(direct teaching)同样的机器人的操作。作业者能够通过直接推拉机器人的构成构件来变更机器人的位置和姿势。

参照图2，本实施方式中的显示控制部54能够在正在实施使第一工件71的端面71b接触第二工件72的角部72b的操作时，以能够知晓将第一工件71进行推压的力的朝向的方式显示图像。

图9示出显示于显示部的图像。在图像61中，放大了第一工件与第二工件接触的部分。参照图2和图9，在本实施方式中，在存储部42中存储有机器人装置5、第一工件71以及第二工件72的三维形状数据58。显示控制部54基于三维形状数据58来制作各个构件的模型。

实际的机器人装置的位置和工件的位置是预先输入的。显示控制部54根据实际的机器人装置的位置和工件的位置来将模型配置于虚拟空间。显示控制部54生成从规定的方向观察时的工件的模型的图像。另外，显示控制部54基于位置检测器19的输出来获取机器人1的位置和姿势。显示控制部54基于机器人1的位置和姿势来生成机器人装置的模型的图像。

在图像61中显示有第一工件的模型71M、第二工件的模型72M。另外，显示有机器人装置的模型中的手部的模型2M、力觉传感器的模型24M、手腕部的模型15M以及上部臂的模型11M。

显示控制部54从移动方向计算部52获取工件71的推压方向。显示控制部54将表示推压方向的箭头显示于图像。在此，显示控制部54以从第二工件的模型72M的角部起延伸的方式显示工件71所按压的方向的箭头99M。

像这样，在以将第一工件71和第二工件72中的一个工件向另一个工件进行推压的方式驱动机器人的期间中，显示控制部54获取由移动方向计算部52计算出的工件的推压方向，并以叠加于机器人1的图像的方式进行显示。此外，通过实施第二次以后的将工件进行推压的控制，位置计算部53能够计算接触点的位置。因此，显示控制部54也可以从位置计算部53获取接触点的位置，并以叠加于机器人1的图像的方式显示接触点。

作业者能够通过显示于显示部39的图像61来确认第一工件71针对第二工件72的推压方向。作业者能够判断工件的推压方向是否合适。例如，在将第一工件进行推压的方向设定为第一工件的移动方向的情况下，作业者能够判断推压方向是否合适。而且，作业者能够一边观看图像61一边变更机器人1的位置和姿势。

作业者有时难以视觉确认到实际的工件所接触的部分。或者，有时工件较小而难以确认正在推压的工件的姿势。在这种情况下，作业者也能够一边观看显示于显示部的图像一边调整一个工件对另一个工件进行按压的方向。

此外，显示控制部54能够将与工件的推压方向和接触点的位置有关的任意的信息显示于显示部。例如，也可以通过预先决定的坐标系的坐标值来显示移动方向或接触点的位置。例如也可以通过基准坐标系中的W轴、P轴以及R轴的坐标值来显示工件的推压方向。

在图10中示出本实施方式中的第二机器人装置的概要图。在第二机器人装置6中，第一工件71被固定于作业台75。第二工件72被手部2把持并通过第二机器人装置6进行移动。第二机器人装置6如箭头91所示那样移动工件72，来实施将工件71向工件72的凹部72a的内部嵌合的作业。

在第二机器人装置6中，也与第一机器人装置5同样地实施以使施加于第一工件71的前端的规定的方向上的力变小的方式对机器人1的位置和姿势进行控制的力控制。尤其是，以使施加于工件71的前端的与移动方向平行的方向以外的方向上的力以及施加于工件71的前端的力矩接近于零的方式控制机器人1的位置和姿势。在参数设定过程中，为了实施力控制，将工件前端点设定于第一工件71的端面71b。另外，设定使第二工件72相对于第一工件71移动的移动方向。

在图11中示出使第二工件的角部接触第一工件时的第二机器人装置的概要图。在图12中示出第二工件与第一工件接触的部分的放大立体图。参照图11和图12，作业者通过手动操作驱动机器人装置来实施将作为接触构件的第二工件72向第一工件71进行推压的控制。作业者使第二工件72的角部72b接触工件71的端面71b。此时，作业者使角部72b接触实际的嵌合作业中的工件前端点。

参数计算部51获取在将第二工件72沿多个推压方向推压于第一工件71时与各个推压方向对应地由力觉传感器24检测出的力。参数计算部51基于与多个推压方向对应的力，来计算第二工件72的移动方向和第一工件71的工件前端点的位置。

在第一次的将第二工件72进行推压的控制中，以将第二工件72沿箭头94所示的预先决定的推压方向进行推压的方式驱动机器人1。在此，在实际的嵌合作业中，以将第二工件72沿着移动的方向(移动方向)向第一工件71进行推压的方式驱动机器人1。变更机器人1的位置和姿势，以将第二工件72沿与第一工件71的中心轴延伸的方向平行的方向进行推压。在将第二工件72推压于第一工件71的期间中，力觉传感器24检测施加于第二工件72的力。

另外，在第二次的将第二工件72进行推压的控制中，以将第二工件72沿箭头95所示的预先决定的推压方向进行推压的方式驱动机器人1。第二次的推压方向采用与第一次的推压方向不同的方向。在将第二工件72推压于第一工件71的期间中，力觉传感器24检测施加于第二工件72的力。

在图13中示出机器人装置的概要图，该概要图说明通过将第二工件的角部推压于第一工件的端面而设定的参数。参照图2、图12以及图13，参数计算部51的移动方向计算部52能够基于传感器坐标系中的正交轴方向上的力来计算推压方向。移动方向计算部52将基于力觉传感器24的输出而计算出的一个推压方向设定为箭头66所示的移动方向。

另外，参数计算部51的位置计算部53基于推压方向和绕传感器坐标系中的正交轴的力矩来计算作用线。位置计算部53基于力觉传感器24的输出，来计算与多个推压方向对应的多条作用线。然后，位置计算部53能够基于多条作用线来计算工件71的工件前端点65的位置。

参数计算部51在第二工件72接触到第一工件71时，以传感器坐标系82来计算移动方向和工件前端点的位置。接着，参数计算部51基于第二工件72接触到第一工件71时的机器人的位置和姿势，将以传感器坐标系82表现的工件前端点65的位置和移动方向转换为以基准坐标系81表现的工件前端点65的位置和移动方向。

而且，在第二机器人装置6中，参数计算部51将工件前端点65的位置和移动方向以基准坐标系81设定于动作程序46中。或者，能够由作业者将显示于显示部39的工件前端点65的位置和移动方向设定于动作程序46中。像这样，在将第二工件72向被固定于作业台的第一工件71嵌合时，能够针对被固定于作业台的第一工件71设定工件前端点65和移动方向。

接着，作业者设定实施用于将工件72向工件71嵌合的控制时的初始的第二工件72的位置和姿势。作业者通过手动地操作机器人1，来如图10所示那样将工件72的凹部72a配置于工件71的正上方。作业者调整机器人的位置和姿势，以使工件71的中心轴71a与凹部72a的中心轴72aa大致一致。参数计算部51或作业者将此时的机器人的位置和姿势作为开始进行用于将工件嵌合的控制的初始的机器人的位置和姿势设定于动作程序46中。

在实际将第二工件72向第一工件71嵌合的控制中，能够实施与第一机器人装置同样的力控制。在以成为初始的位置和姿势的方式驱动机器人1之后，动作控制部43开始力控制。动作控制部43驱动机器人1以向移动方向移动第二工件。由力觉传感器24检测出的力(X轴、Y轴及Z轴方向上的力、以及W轴、P轴及R轴方向上的力矩)基于机器人的位置和姿势而被转换为作用于工件前端点65的力。动作控制部43控制机器人的位置和姿势，以使施加于工件前端点65的规定的方向上的力处于预先决定的判定范围内。像这样，控制装置4能够基于工件前端点65和箭头66所示的移动方向来实施力控制。

在第二机器人装置中，参数计算部51的显示控制部54也能够将正在以将第二工件72向第一工件71进行推压的方式驱动机器人1时的图像显示于显示部39。显示控制部54获取由移动方向计算部52计算出的移动方向，并将移动方向叠加地显示于机器人1的图像。另外，显示控制部54也可以将由位置计算部53计算出的工件前端点65显示在图像中。

在上述的实施方式中，采用第二工件作为与第一工件进行接触的接触构件，但不限于该方式。作为接触构件，能够采用具有前端的包括角部的任意的构件。例如，也可以通过机器人装置来移动包括角部的治具。

第二机器人装置的其它的结构、作用以及效果与第一机器人装置是同样的，因此在此不重复说明。

在图14中示出本实施方式中的第三机器人装置的概要图。在第三机器人装置7中，配置有力觉传感器24的位置与第一机器人装置5不同。力觉传感器24被配置于支承在作业台75上的第二工件72与作业台75的表面之间。力觉传感器24借助支承构件26而被固定于作业台75。第二工件72借助力觉传感器24和支承构件26而被固定于作业台75。在第三机器人装置7中，也能够实施与第一机器人装置5的参数设定过程同样的控制。

在图15中示出正在将第一工件向第二工件进行推压时的第三机器人装置的概要图。与第一机器人装置5同样，作业者使第一工件71的工件前端点接触第二工件72的角部72b。在第一次的将第一工件71进行推压的控制中，如箭头92所示那样将第一工件71向第二工件72进行推压。在此，沿与在实际的嵌合作业中使第一工件71移动的移动方向平行的方向将第一工件71推压于第二工件。力觉传感器24检测施加于第二工件72的力。

接着，在第二次的将第一工件71进行推压的控制中，如箭头93所示那样将第一工件71向第二工件72进行推压。箭头93所示的推压方向是与箭头92所示的推压方向不同的方向。力觉传感器24检测施加于第二工件72的力。

移动方向计算部52基于由力觉传感器24检测出的力(X轴、Y轴以及Z轴方向上的力)，来计算作用于第二工件72的推压方向。作用于第二工件72的推压方向与将第一工件71向第二工件72进行推压的方向相当。移动方向计算部52将箭头92所示的推压方向设定为移动方向。

位置计算部53基于推压方向和由力觉传感器24检测出的力(W轴、P轴以及R轴的方向上的力矩)，来计算工件前端点的位置。位置计算部53计算基于多个推压方向的多条作用线，并基于多条作用线来计算工件前端点的位置。参数计算部51以传感器坐标系82来计算移动方向和接触点的位置。参数计算部51获取第一工件71的工件前端点接触到第二工件的角部时的机器人1的位置和姿势。

参数计算部51基于机器人1的位置和姿势，来将以传感器坐标系82表现的移动方向和工件前端点的位置转换为以法兰坐标系83表现的移动方向和工件前端点的位置。参数计算部51或作业者能够将以法兰坐标系83表现的移动方向和工具前端点的位置作为力控制的参数设定于动作程序46中。

在图16中示出第三机器人装置的立体图，该立体图说明由参数计算部计算出的工件前端点和工件的移动方向。与第一机器人装置5同样，针对手部2所把持的第一工件71设定工件前端点65和箭头66所示的移动方向。工件前端点65和移动方向随第一工件71一同移动。

动作控制部43能够在实施将第一工件71向凹部72a嵌合的作业时，基于机器人1的位置和姿势来将由力觉传感器24检测出的力转换为作用于工件前端点65的力。而且，在第三机器人装置7中，也能够实施与第一机器人装置5同样的力控制。即，能够在实施将第一工件71向凹部72a嵌合的作业时，基于工件前端点65和箭头66所示的移动方向来实施力控制。

在第三机器人装置中，也可以代替第二工件而将具有角部的任意的治具作为接触构件并固定于作业台。在该情况下，也能够实施将第一工件向治具的角部进行推压的控制。

在第三机器人装置7中，将接触构件固定于作业台，通过机器人来移动第一工件，但不限于该方式。也可以与第二机器人装置6同样地将第一工件固定于作业台，通过机器人来移动接触构件。例如，也可以将第一工件经由力觉传感器固定于作业台，通过机器人装置把持第二工件并进行移动。在该情况下，力觉传感器24检测施加于第一工件的力。另外，与第二机器人装置6同样，能够针对被固定于作业台的第一工件设定工件前端点和移动方向(参照图12)。在参数设定过程中，能够基于被固定于作业台的力觉传感器的输出，来设定工件前端点的位置和移动方向。

第三机器人装置的其它的结构、作用以及效果与第一机器人装置及第二机器人装置是同样的，因此在此不重复说明。

在图17中示出本实施方式中的第四机器人装置的概要图。在第四机器人装置8中，代替被固定于机器人1或作业台75的力觉传感器24而配置有作为力检测器的转矩传感器25。多个转矩传感器25被配置于机器人1的多个关节部18的驱动轴。在本实施方式中，在所有的六个驱动轴配置有转矩传感器25。各个转矩传感器25检测绕关节部18的驱动轴的转矩。

参照图2，在第四机器人装置8中，代替第一机器人装置5的力觉传感器24而配置有转矩传感器25。转矩传感器25的输出被发送到参数计算部51。参数计算部51基于从各个转矩传感器25输出的力(绕驱动轴的转矩)，来计算第一工件71中的工件前端点的位置和第一工件71的移动方向。

在图18中示出使第一工件接触到第二工件的角部时的机器人装置的概要图。与第一机器人装置5同样地，作业者使第一工件71的工件前端点接触第二工件72的角部。在第一次的将第一工件71进行推压的控制中，以如箭头92所示那样将第一工件71向第二工件72进行推压的方式驱动机器人1。箭头92所示的推压方向与实际的嵌合作业中的第一工件71的移动方向对应。

转矩传感器25检测绕各个驱动轴的转矩。移动方向计算部52能够基于多个转矩传感器25的输出，来计算箭头92所示的第一工件71的推压方向。移动方向计算部52能够利用力的平衡或虚拟工作的原理来计算推压方向。箭头92与作为工件前端点的接触点所在的作用线相当。移动方向计算部52能够将箭头92所示的第一工件71的推压方向设定为移动方向。

在第四机器人装置8中，在将工件沿一个方向进行推压的控制中，能够获取推压方向，但无法计算工件前端点的位置(工件之间接触的接触点的位置)。在第四机器人装置8中，为了确定配置在推压方向的直线上的接触点的位置，从其它方向将工件71推压于工件72来计算工件前端点的位置。

在此，在维持了机器人1的位置和姿势的状态下，实施将第一工件71从与第一次的推压方向不同的方向进行推压的控制。在第二次的将第一工件71进行推压的控制中，以在箭头93所示的方向上将第一工件71向第二工件72的角部72b进行推压的方式驱动机器人1。移动方向计算部52基于多个转矩传感器25的输出，来计算箭头93所示的第一工件71的推压方向。箭头93与接触点所在的作用线相当。

位置计算部53计算将工件71进行了推压的两个推压方向的交点来作为第一工件71与第二工件72接触的接触点。即，位置计算部53计算箭头92与箭头93的交点的位置来作为工件前端点65的位置。像这样，能够通过实施从两个以上的方向将第一工件向角部进行推压的控制，来计算推压的方向的向量的交点作为工件前端点的位置。

在图19中示出第四机器人装置的概要图，该概要图说明为了进行力控制而生成的参数。第四机器人装置8的参数计算部51以法兰坐标系来计算工件前端点65的位置和箭头66所示的移动方向。在将工件进行嵌合的控制中，动作控制部43基于多个转矩传感器25的输出，来计算作用于工件前端点65的力。动作控制部43能够基于工件前端点65的位置和移动方向来实施力控制。

在第四机器人装置8中，机器人1支承第一工件71，并将第一工件71向第二工件72的凹部72a插入，但不限于该方式。也可以与第二机器人装置6同样地将第一工件71固定于作业台75并由第四机器人装置8移动第二工件72。在该情况下，针对第一工件设定工件前端点和移动方向。为了计算移动方向和工件前端点的位置，作业者通过机器人移动第二工件72等接触构件，来使接触构件的角部接触第一工件71的工件前端点。参数计算部51能够基于转矩传感器25的输出来计算工件前端点的位置和移动方向。

第四机器人装置的其它的结构、作用以及效果与第一机器人装置至第三机器人装置是同样的，因此在此不重复说明。

在上述的实施方式中，在计算工件前端点的位置时，不变更一个工件的姿势而改变向另一工件推压的方向地进行了测定，但不限于该方式。在第二次以后的推压的控制中，变更将一个工件针对另一工件进行推压的相对的方向即可。例如，在将第一工件向第二工件进行推压的情况下，能够在第二次的将第一工件进行推压的控制中变更第一工件相对于第二工件的姿势。而且，能够在基准坐标系中实施将第一工件沿与第一次的推压方向相同的方向向第二工件进行推压的控制。在该情况下，也能够基于与推压方向对应的作用线来计算工件前端点的位置。

在上述的实施方式中，示出了将圆柱状的工件进行嵌合的控制，但能够针对任意的形状的工件应用本实施方式的控制。另外，在本实施方式中，示出了将一个工件向另一工件嵌合的控制，但不限于该方式。本实施方式的控制装置能够应用于工件之间的表面对准或孔的搜索等将一个工件向另一工件移动的任意的作业。尤其能够将本实施方式的控制应用于由于在机器人移动工件时工件与其它物体接触而进行力控制的作业。另外，作为进行嵌合的作业，不限于向凹部或孔部插入工件的作业，例如包括一边调整齿轮的齿的相位一边将齿轮配置于规定的位置的作业。

上述的实施方式能够适当地进行组合。在上述的各个图中，对相同或相等的部分标注相同的附图标记。此外，上述的实施方式是例示而不是对发明进行限定。另外，在实施方式中包括权利要求书所示的实施方式的变更。

附图标记说明

1：机器人；2：手部；4：控制装置；9：把持构件；15：手腕部；16：法兰；18：关节部；24：力觉传感器；25：转矩传感器；37：示教操作板；39：显示部；40：控制装置主体；43：动作控制部；51：参数计算部；52：移动方向计算部；53：位置计算部；54：显示控制部；61：图像；65：工件前端点；66：箭头；71、72：工件；71b：端面；72b：角部；75：作业台；81：基准坐标系；82：传感器坐标系；83：法兰坐标系；85、86：作用线；99M：箭头。

Claims (10)

1.一种控制装置，其计算用于在通过机器人使第一工件向第二工件移动时进行力控制的参数，所述控制装置具备：

力检测器，在通过所述机器人使第一工件接触到具有角部的接触构件时，所述力检测器检测施加于第一工件和接触构件中的一方的力；以及

参数计算部，其计算在进行力控制时使第一工件相对于第二工件移动的移动方向和作为力控制的控制点的工件前端点的位置，

其中，所述力检测器在通过所述机器人使第一工件的工件前端点接触到接触构件的角部并将第一工件沿着预先决定的推压方向进行推压的期间中检测力，

所述参数计算部获取在将第一工件沿多个推压方向推压于接触构件时与各个推压方向对应地由所述力检测器检测出的力，并基于与多个推压方向对应的力来计算第一工件的移动方向和第一工件的工件前端点的位置。

2.一种控制装置，其计算用于在通过机器人使第二工件向第一工件移动时进行力控制的参数，所述控制装置具备：

力检测器，在通过所述机器人使具有角部的接触构件接触到第一工件时，所述力检测器检测施加于第一工件和接触构件中的一方的力；以及

参数计算部，其计算在进行力控制时使第二工件相对于第一工件移动的移动方向和作为力控制的控制点的工件前端点的位置，

其中，所述力检测器在通过所述机器人使接触构件的角部接触到第一工件的工件前端点并将接触构件沿着预先决定的推压方向进行推压的期间中检测力，

所述参数计算部获取在将接触构件沿多个推压方向推压于第一工件时与各个推压方向对应地由所述力检测器检测出的力，并基于与多个推压方向对应的力来计算第二工件的移动方向和第一工件的工件前端点的位置。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，

所述力检测器包括安装于所述机器人或用于支承工件的作业台的六轴力觉传感器。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制装置，其中，

所述机器人包括具有法兰的手腕部，

所述力检测器配置在法兰与作业工具之间。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的控制装置，其中，

所述力检测器配置在被支承于作业台的工件与作业台的表面之间。

6.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，

所述机器人是具有多个驱动轴的多关节机器人，

所述力检测器包括配置于各个驱动轴的转矩传感器。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的控制装置，还具备：

显示部，其显示所述机器人的图像；以及

显示控制部，其用于控制显示于显示部的图像，

其中，所述显示控制部获取在以将第一工件和接触构件中的一个构件向另一构件进行推压的方式驱动所述机器人的期间中由所述参数计算部计算出的推压方向，并将推压方向以叠加于所述机器人的图像的方式进行显示。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的控制装置，其中，

所述参数计算部基于与各个推压方向对应地由检测器检测出的力，来计算工件前端点所在的作用线，并计算多条作用线的交点来作为工件前端点。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的控制装置，其中，

所述参数计算部基于与各个推压方向对应地由检测器检测出的力，来计算工件前端点所在的作用线，在多条作用线中的至少一条作用线与其它作用线不相交的情况下，基于距多条作用线的距离来计算工件前端点的位置。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的控制装置，其中，

还具备动作控制部，所述动作控制部对所述机器人的动作进行控制，

所述动作控制部基于由所述参数计算部计算出的工件前端点的位置和移动方向，来实施用于使由所述机器人支承的工件向被固定于作业台的工件嵌合的控制。