JP2003159683A - 双腕ロボット及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】２つのロボットアームを協調動作させて同じ対
象物を保持して移動させる双腕ロボットについて、双腕
ロボットの協調動作時に発生する相対誤差の影響をスレ
ーブロボットによる対象物の保持部で吸収し、協調動作
をより高速に、容易に実行できる双腕ロボットの対象物
保持機構および双腕ロボットによる対象物の位置・姿勢
の制御方法を提供する。 【解決手段】一方のロボット１をマスターロボットと
し、他方のロボット１をスレーブロボットとして、双腕
を協調させて同じ対象物を保持して移動させるための双
腕協調動作を行う双腕ロボットを前提として、マスター
ロボットは対象物の一端をしっかりと保持する把持手段
を備えていて、対象物の位置・姿勢を制御し、スレーブ
ロボットは対象物の一端を重力方向に対してのみ支持し
て重力による影響を補償する支持手段を備え、マスター
ロボットにより位置・姿勢が制御される対象物の他端を
補助的に保持すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】２本のアームを有する双腕ロボッ
トにおいて、協調動作または同期動作により共同作業を
行うロボット及びその制御方法、すなわち、単一の対象
物を双腕で把持し、移動、組立作業をする双腕ロボット
の制御方法及び制御装置に関するものであり、双腕の協
調動作の誤差による影響を簡便な方法で解消し、双腕の
協調動作を高速、高精度で行うことができるものであ
る。

【０００２】

【従来技術】一般にロボットによる対象物の把持、移
動、組立等を行うに当たり、対象物がローラ等長寸であ
ったり、その把持可能な部分が限られていたり、あるい
は重量が大きい物である場合は同じ対称物を双腕で把持
し、移動させて組立を行う方法が有効である。しかし、
実際に２本のアームを高速度、高精度で協調制御するこ
とは容易なことではない。従来、２本のロボットアーム
を協調動作させるには、各アームはそれぞれの教示プロ
グラムに従って独立に制御されており、時間間隔毎に両
アームの整列を取ることを繰り返しながら２本のロボッ
トアームの動きを同期させている。互いの同期をとって
２本のアームの動作を開始し、各ロボットの動作距離か
ら計算した各ロボットの動作速度で同一物品を移動さ
せ、また、移送経路上で互いの距離が所定範囲内である
ような各ロボットの経由点を設定することで複数のロボ
ットを協調動作させるものが特許第２５５４９６８号明
細書に記載されている。

【０００３】他方、特開平７−２０９１５号公報に記載
されているものは、マスターロボットに教示点データを
教示し、当該教示点データに基づいて補間計算によりマ
スターロボットが順次移動すべき通過点を決定するもの
であり、当該通過点データをスレーブロボットに送信
し、送信されたマスターロボットの通過点のデータと予
め定められたマスターロボットとスレーブロボットとの
相対的な位置・姿勢関係を表すデータに基づいてスレー
ブロボットが次に移動すべき点を決定し、マスターロボ
ットとスレーブロボットをそれぞれ次に移動すべき点に
同期的に移動させるようにしている。このマスターロボ
ットからスレーブロボットへのデータの送信とマスター
ロボットとスレーブロボットの次の点への移動とを繰り
返すことにより双腕の同期を取って双腕を協調して動作
させている。

【０００４】

【従来技術の問題点】従来の各アームをそれぞれの教示
プログラムに従って独立に制御し、目標軌跡上に時間間
隔ごとの両アームの整列をとるための教示点を設け、時
間間隔毎に両アームの整列を取ることを繰り返す形で２
本のアームの動きを同期させる制御方法においては、各
整列時点では２本のアームの協調制御関係は良好である
が、時間の経過とともに両アームの関係にずれが生じ、
相対位置、相対姿勢に誤差が発生し、このために対象物
を操作できないばかりでなく、対象物を破壊してしまう
危険性も生じる。このような両ロボットアームの相対位
置、相対姿勢の誤差を極力抑制するには、両アームの整
列を取る間隔を短くする必要があるが、大量の経由点を
設けることは動作速度を低下させ、その上、教示点が増
加するので教示作業が煩雑になるという問題がある。

【０００５】上記の特許第２５５４９６８号公報のもの
では同期を取って動作を開始し、各ロボットの動作距離
から計算した各ロボットの動作速度で同一物品を移動さ
せ、また移送経路上に互いの距離が所定範囲内であるよ
うな各ロボットの経由点を設けることで複数のロボット
を協調動作させている。しかし、厳密には距離に比例し
た動作速度で動作させてもその加減速時には両アーム間
の相対位置誤差が発生する。また高速化を図る場合、各
軸モータを最大速度で回転させる自由軌跡制御において
は動作速度の設定は困難である。

【０００６】また他方、特開平７−２０９１５号公報の
ものでは、マスターロボットの移動開始位置及び目標位
置を教示し、この教示データから随時補間計算により通
過点を算出し、マスターロボットを制御すると同時に、
算出した通過点データをスレーブロボットに随時送信
し、マスターロボットの通過点データと予め定められた
マスターロボットとスレーブロボットとの相対的な位置
・姿勢関係を表すデータとからスレーブロボットの通過
点を算出しスレーブロボットを制御することで、煩雑な
教示作業を行うことなく双腕の協調制御を行っている。
この方法によるとスレーブロボットの移動先が逐次補間
点単位でマスターロボットの移動に応じて決定され、か
つ同期的に移動され、また通過点が補間計算により算出
されるので教示する必要がなく、煩雑な教示作業を回避
することができ、マスターロボットの移動開始位置及び
目標位置を教示するだけで両アーム間に動作ずれのない
十分な精度で双腕協調を行うことができるとしている。
しかしながら、この方法では双腕動作中に随時通過点デ
ータを送信する必要があり、通信による遅れが発生す
る。これは組立等の位置精度が必要とされるような場
合、把持精度も要求され、このような場合には通信の遅
れによる両アーム間の相対位置誤差は無視できないもの
となる。また高速化を図る場合には通信による時間の遅
れによって発生する両アーム間の相対位置誤差はより大
きなものとなり、高速化が難しい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題を解消することを目的とし、双腕ロボットの協
調動作時に発生する相対誤差の影響をスレーブロボット
による対象物の保持部で吸収し、協調動作をより高速
に、容易に実行できるように、双腕ロボットの対象物保
持機構および双腕ロボットによる対象物の位置・姿勢の
制御方法を工夫することをその課題とするものである。

【０００８】各請求項に係る発明毎に課題を整理すれば
次のとおりである。 １．請求項１、請求項３及び請求項４に係る発明の課題 双腕ロボットの協調制御時に発生する両アームの相対誤
差の影響を吸収して、協調動作を行う双腕ロボットを提
供すること。 ２．請求項２及び請求項５に係る発明の課題 複雑な経路を移動する場合等、対象物の位置・姿勢を制
御するマスターロボットを変更する必要が発生する場合
にも対応可能な双腕ロボットを提供すること。 ３．請求項６、請求項８及び請求項９に係る発明の課題 双腕ロボットの協調制御時に発生する両アームの相対誤
差の影響を吸収して、協調動作を行う双腕ロボット制御
方法を提供すること。 ４．請求項７及び請求項１０に係る発明の課題 複雑な経路を移動する場合等、対象物の位置・姿勢を制
御するマスターロボットを変更する必要が発生じる場合
にも対応可能な双腕ロボットを提供すること。

【０００９】

【課題解決のために講じた手段】

【解決手段１】（請求項１に対応）上記課題解決のため
に講じた手段１は、一方のロボットをマスターロボット
とし、他方のロボットをスレーブロボットとして、双腕
を協調させて同じ対象物を保持して移動させるための双
腕協調動作を行う双腕ロボットを前提として、次の
（イ）及び（ロ）によって構成されるものである。 （イ）マスターロボットは対象物の一端をしっかりと保
持する把持手段を備えていて、対象物の位置・姿勢を制
御すること、（ロ）スレーブロボットは対象物の一端を
重力方向に対してのみ支持して重力による影響を補償す
る支持手段を備え、マスターロボットにより位置・姿勢
が制御される対象物の他端を補助的に保持すること。

【作用】マスターロボットの保持部で一端をしっかりと
保持されて、当該マスターロボットによってその位置・
姿勢（方向、角度など）を制御される対象物の他端がス
レーブロボットの支持手段によって重力方向に対しての
み補助的に保持されて、その他の方向に対しては自由度
が与えられるので、マスターロボットとスレーブロボッ
トとの協調動作に微小な誤差があっても、この誤差は上
記自由度によって吸収される。したがって、マスターロ
ボットのリードにしたがって高精度で、かつ高速、容易
に対象物を移動させることができる。

【００１０】

【解決手段２】（請求項２に対応）解決手段２は、解決
手段１について、対象物の一端をしっかりと保持し、対
象物の位置・姿勢を制御するマスターロボットと、マス
ターロボットにより位置・姿勢が制御される対象物の他
端を補助的に保持するスレーブロボットとを交互に切替
可能にしたことである。

【作用】マスターロボットでリードし、スレーブロボッ
トで対象物の自由端を自由状態で支持して対象物を移動
させるについて、対象物の移動動作に応じてマスターロ
ボットとスレーブロボットを適宜交互に切り換えること
によって、位置や角度を正確に制御する部分が順次変化
し、あるいは複雑な経路にそって対象物を移動させる場
合の対象物の移動を、正確かつ容易に行うことができ
る。

【００１１】

【解決手段３】（請求項３に対応）解決手段３は、解決
手段１又は解決手段２について、ロボットアーム先端に
取り付けられたハンドの指先端部分に、指先端部を折り
曲げる機構を設けたことである。

【作用】ハンドの指先端部分を折り曲げることでスレー
ブロボットの保持手段とし、伸張させることでマスター
ロボットの保持手段にすることができるので、両保持手
段間の転換が迅速、容易に行われ、また、折り曲げるこ
とで対象物の他端を自由状態に支持することができる。
したがって、スレーブロボットの保持手段の構成が極め
て単純であり、指先端部分を折り曲げ角度の調整によっ
て対象物の他端の位置に対する支持位置の調整がなされ
るので、当該支持位置の調整制御が簡単、容易になされ
る。

【００１２】

【解決手段４】（請求項４に対応）解決手段４は、解決
手段３について、上記のハンドの指先端部分を折り曲げ
る機構が、トルクを検出する手段を備え、該指先端部の
折り曲げ角度を任意の角度に設定する駆動機構であるこ
とである。

【００１３】

【解決手段５】（請求項５に対応）解決手段５は、解決
手段１又は解決手段２について、ロボットアーム先端に
取り付けられたハンドの各指位置を検出する手段と、検
出位置を記憶する手段とを備え、対象物の一端を補助的
に保持するスレーブロボットの状態をしっかりと保持す
るマスターロボットの状態に切り換える点におけるハン
ドの指の教示された目標位置と、検出された現在位置と
のずれ量を演算する手段と、予め教示された目標位置に
上記ずれ量をオフセット量として加算する手段とを設け
たことである。

【作用】マスターロボットへの切り替え時に、ハンドの
各指位置を検出し、当該検出位置とマスターロボットに
切り替わった状態での指の目標位置とのずれを補償する
ように制御されるから、対象物の位置をそのままにした
状態で、マスターロボットを交替させて後、交替したマ
スターロボットをリード役にして次の動作にスムーズに
移行させることができる。

【００１４】

【解決手段６】（請求項６に対応）解決手段６は、一方
のロボットをマスターロボットとし、他方のロボットを
スレーブロボットとして、双腕を協調して同じ対象物を
保持して移動させるための双腕協調動作を行う双腕ロボ
ットの制御方法を前提として、対象物の一端をしっかり
と保持するマスターロボットの保持手段によって対象物
の位置・姿勢を制御し、スレーブロボットの保持手段に
よって対象物の他端を重力方向にのみ支持して水平方向
及び垂直方向への自由度を与え、スレーブロボットの上
記保持手段を制御して対象物に対する重力による影響を
補償して、当該対象物の他端を補助的に保持させること
である。

【００１５】

【解決手段７】（請求項７に対応）解決手段７は、請求
項５の双腕ロボットの制御方法について、対象物の一端
をしっかりと保持して対象物の位置・姿勢を制御するマ
スターロボットの状態と、マスターロボットにより制御
される対象物の他端を補助的に保持するスレーブロボッ
トの状態とを交互に切替えて、両ロボットを協調動作さ
せて対象物を移動させることである。

【００１６】

【解決手段８】（請求項８に対応）解決手段８は、請求
項６の双腕ロボットの制御方法について、ロボットアー
ム先端に取り付けられたハンドの指先端部分に設けた指
先端部を折り曲げる機構によって指先端部の折り曲げ角
度を任意の角度に制御して、対象物の自由端を上記指先
端部で補助的に保持させることである。

【００１７】

【解決手段９】（請求項９に対応）解決手段９は、請求
項７の双腕ロボットの制御方法について、ロボットアー
ム先端に取り付けられたハンドの折り曲げられた指先端
部分のトルクを検出する手段と、対象物に接触して重力
を補償した状態の初期トルクを記憶する手段とによっ
て、上記トルクが所定範囲内か判断し、上記トルクが所
定範囲内にない場合はハンドの指先端部分の折り曲げ角
度を調節することである。

【作用】指先先端部にかかる負荷の大きさを指先端部分
の回転駆動機構の駆動トルクとして検出し、この駆動ト
ルクを設定値の範囲内に調整することによって、対象物
の自由端の垂直方向位置に対する指による支持位置が調
整される。したがって、対象物の自由端の垂直方向位置
の如何に関わらず、スレーブロボットのアーム先端部分
で、所定の支持力によって対象物の自由端を垂直方向に
のみ支持させることができる。

【００１８】

【解決手段１０】（請求項１０に対応）解決手段１０
は、請求項６の双腕ロボットの制御方法について、ロボ
ットアーム先端に取り付けられたハンドの各指位置を検
出手段によって検出してこれを記憶手段に記憶し、上記
対象物の他端を補助的に保持するスレーブロボットの状
態と対象物の一端をしっかりと保持するマスターロボッ
トの状態とを交互に切り替える点におけるハンドの指の
教示された目標位置と、検出された現在位置とのずれ量
を演算手段で演算し、予め教示された目標位置に上記ず
れ量をオフセット量として加算して、対象物の他端に対
する補助的保持を制御することである。

【００１９】

【実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照して説
明する。作業台３上の棒状の対象物４の両端を双腕ロボ
ットで把持して取り扱う例を図１に示している。この例
ではロボットアームＡ，Ｂを個々のロボット１に設けて
いるが、ロボットの基本機構は問題でないから、１台の
ロボットに２本のアームＡ，Ｂを備えた形態にすること
もできる。ここではロボットアームＡをマスターロボッ
ト、ロボットアームＢをスレーブロボットとしており、
ロボットアームＡ先端に取り付けられたハンドの指２に
より対象物４を把持する。指２，２はいわゆる平行チャ
ックを構成するもので、内蔵されたモータによって指
２，２が平行移動されて互いに接近してその間に対象物
４を挟んで保持（挟持）するものである。また、指２の
先端に爪部材２１が回動自在に設けられていて、回動機
構２２によって回動駆動される。回動機構２２はハンド
に内蔵されたモータにより爪部材２１が指２の方向に延
長した状態（図２（ａ））から対象物へ向う方向、すな
わち内側に折れた方向に回動して対象物に接触する状態
（図２（ｂ））になるように制御される。マスターロボ
ットアームＡは予め教示されたところに従って作動して
その腕を所定の位置に移動させ、そのハンドの指２，２
を互いに接近させて対象物４の一端を正確に挟持する。
また、他方、スレーブロボットＢは予め教示されたとこ
ろに従って作動してその腕を所定の位置に移動させ、指
２，２を互いに近付ける。この場合、指２，２は対象物
４に対して予定の間隔だけ離間した位置で停止する（図
２（ａ））。その後、爪部材２１を内側に回動させて、
その先端で対象物４の他端を下方から支えさせる。

【００２０】以上のようにして、マスターロボットＡの
指２，２で対象物の一端をしっかりと挟持し、スレーブ
ロボットＢの爪部材２１，２１で対象物の他端を重力方
向（垂直方向）にのみ支えて、対象物の重力による影響
を補償し、かつ対象物の他端を水平方向には拘束しな
い。すなわち、対象物４の他端を、マスターロボットの
指２，２によって、規定された位置・姿勢に影響を与え
ない状態で下方から軽く支えている。上記のように両腕
によって対象物を保持した状態で、教示点（マスターロ
ボット及びスレーブロボットに予め教示した制御ポイン
ト）に基づき、ロボットアームにより対象物４を移動さ
せる。すなわち、マスターロボットは保持した対象物
を、上記教示点を基礎制御データとし、補間制御を行っ
て、対象物の位置・姿勢を制御して目標位置へ移動させ
る。他方、スレーブロボットは、教示点を基礎データと
し、補間制御を行って、アーム先端部及びハンドの位置
・姿勢を制御して、下方から支えた対象物を目標位置へ
移動させる。同じ対象物４を双腕で保持して、高速で移
動させる場合、双腕ロボットを極めて高精度で協調制御
しても、動作遅れや誤差等により微小に双腕の相対位
置、姿勢に誤差を生じる。しかし、スレーブロボットＢ
は重力方向（垂直方向）においてのみ対象物を支えてい
て、水平方向には無拘束であるから、このスレーブロボ
ットによる無拘束支持によってこの双腕間の微小な相対
位置や姿勢の誤差の影響が吸収される。

【００２１】スレーブロボットＢにおける対象物４のず
れとハンド指部の関係を図３を参照して説明する。図３
（ａ）は初期支持状態、図３（ｂ）は対象物が右方向に
ずれた場合の支持状態、図３（ｃ）は対象物が左方向に
ずれた場合の支持状態、図３（ｄ）は対象物が上方向に
ずれた場合の支持状態、図３（ｅ）は対象物が左下方向
にずれた場合の支持状態を示している。左右の指の爪部
材２１，２１を内側に折り込んで水平にして対象物４の
他端下面を支えている（図３（ａ））。ハンド指部先端
の爪部材２１はハンド内部に内蔵されたモータにより左
右独立に制御され、対象物の位置に応じてそれぞれ独立
に任意の角度位置で停止する。爪部材制御用モータには
それぞれ電流検出部が設けられ（図示略）、モータ電流
を検出することで各爪部材の駆動トルクを検出する。各
爪部材２１にかかる垂直負荷が所定の範囲になるよう
に、その駆動モータの電流を制御する。例えば、対象物
４の他端の位置が左方の指２の方にずれている場合は、
左方の指２の爪部材２１の先端が若干下げられ、右方の
指の爪部材２１の先端が若干上げられる（図３
（ｂ））。また、反対に、対象物４の他端の位置が右方
の指２の方にずれている場合は、右方の指２の爪部材２
１の先端が若干下げられ、左方の指の爪部材２１の先端
が若干上げられる（図３（ｃ））。さらに、対象物４の
他端の位置が上方にずれている場合は、左右の爪部材２
１，２１の先端が等しく上げられる（図３（ｄ））。さ
らに、対象物４の他端が左下方にずれている場合は、左
方の指の爪部材の先端が若干下げられ、右方の爪部材の
先端が大きく下げられる（図３（ｅ））。

【００２２】以上のようにして、マスターロボットアー
ムによる保持位置、保持方向の重力による影響をスレー
ブロボットアームで補償しつつ、両腕で対象物を保持
し、そのままで対象物を所定位置へ移動させることにな
る。この移動を複雑な経路で行う場合の、両腕による対
象物の移動制御の一例を図４を参照して説明する。この
例は、対象物の一方の端を組立部品の穴の奥まで挿入
し、もう一方の端の位置を合わせ戻すような経路で両端
を組立部品の穴に挿入させる動作である。まず対象物４
の一方の端４１を組立部材５１の穴に奥まで挿入し（図
４（ａ））、次に対象物４のもう一方の端４２を組立部
材５２の穴の位置へ移動し（図４（ｂ））、次に対象物
の端４２を組立部材５２の穴に挿入する（図４
（ｃ））。この場合、対象物４の一端４１を組立部材５
１の穴に挿入する動作では対象物の一端４１の位置・姿
勢を正確に操作する必要があり、対象物の一端４１をし
っかりと保持しているロボットアームＡをマスターロボ
ットとして、教示点に基づいて対象物を移動させる。そ
して次の動作、すなわち、対象物４の他方の端４２を組
立部材５２の穴の位置へ移動して当該穴に挿入する動作
では、対象物の他端４２の位置・姿勢を正確に操作する
必要がある。そこで、切り替えるポイントとなる教示点
に到達して後、制御装置でロボットアームＡをスレーブ
ロボットに切り替えて制御し、ロボットアームＢをマス
ターロボットに切り替えて制御して、対称物４を次の教
示点へ移動させる。上記制御装置はロボットアームそれ
ぞれについて独立していてもよいが、共通の制御装置を
用いることもできる。両ロボットアームの制御装置が個
々に独立している場合は、通常マスターロボットとなる
側の制御装置からもう一方の制御装置にロボット制御モ
ードを送信する。この場合、別途、共通のホストとなる
上位制御装置を設け、当該ホストから各制御装置にロボ
ット制御モードを送信するようにすることもできる。制
御モードを受信した制御装置はロボットアーム先端部に
取り付けられたハンドの指２，２及び爪部材２１の制御
モードを設定する。ハンドの指２，２及び爪部材２１の
制御装置が独立している場合には直接該制御装置に制御
モードを送信するようにすることもできる。また共通の
制御装置の場合は制御装置内部でそれぞれ制御モードを
設定する。

【００２３】マスターロボット制御モードを受信した指
制御部は教示点に従って指位置・姿勢を制御して、指
２，２によって対象物の一端をしっかりと挟持する。こ
の場合、爪部材２１は指に対して同方向に延びていても
良く、あるいはハンド指初期位置において、教示点に基
づき、もしくは爪部材２１を駆動するモータ電流を検出
することでトルクを検出し、所定のトルク値になるよう
に爪部材２１を制御して、対象物に爪部材２１，２１を
接触させた状態を保持させてもよい。この状態でマスタ
ーロボットアームを教示点に基づいて制御することによ
り、対象物の位置・姿勢を制御する。スレーブロボット
制御モードを受信した指制御部は教示点に基づいて指位
置・姿勢を制御し、指初期位置へ移動させる。この時、
該指２，２は対象物近傍にあり、対象物に接触していな
い。このハンド指初期位置において、教示点に基づき、
もしくは爪部材２１を駆動するモータ電流を検出するこ
とでトルクを検出し、所定のトルク値になるように爪部
材２１を制御することによって、対象物４に爪部材２１
を接触させ、爪部材初期位置へ移動させ、重力方向を支
えた支持状態にする。

【００２４】次いで、目標位置へ移動中のスレーブロボ
ット制御モードの動作について説明する。対象物の位置
・姿勢を制御するマスターロボットの動作に協調するよ
うにスレーブロボットを動作させるが、上記のように双
腕の相対位置・姿勢の誤差が生じることが避けられな
い。双腕の相対誤差はマスターロボットによって位置・
姿勢を制御される対象物とスレーブロボットの保持部と
のずれとなる。図３に示すように対象物のずれに対して
爪部材２１の回動角度を変化させてこれに対応させる。
爪部材２１は駆動モータの電流を検出することでトルク
を検出し、トルクが所定の範囲内になるように駆動モー
タの電流を制御する。爪部材制御フローは図５に示すと
おりである。すなわち、スレーブロボット制御モードの
ハンド指２及び爪部材２１の初期位置において上記制御
装置に設けられた記憶手段によって左右の爪部材２１，
２１のそれぞれの初期トルクを記憶する（Ｓ２）。教示
点に基づいて初期位置に移動した場合は、爪部材の初期
トルクを検出し、これを記憶する。予め求め記憶されて
いる所定のトルク値になるように爪部材２１を制御して
初期位置を得る場合は、所定のトルク値を初期トルクと
する。そしてロボットアームが移動を開始する（Ｓ
３）。次にロボットが目標位置に到達して停止したかを
判断し（Ｓ４）、目標位置に到達したことが確認されと
き終了する。これはサンプリングの度に確認してもよい
し、別途割り込み信号を対応させてもよい。移動中は爪
部材駆動モータの駆動電流を検出することで駆動トルク
を検出する（Ｓ５）。検出トルクと正常トルク上限閾値
１とを比較し（Ｓ６）、検出トルクが正常トルク上限閾
値１以上であるならば現在の爪部材角度と爪部材限界角
度３とを比較する（Ｓ７）。爪部材限界角度は、対象物
が落下しない範囲を予め求めて設定する。爪部材限界角
度を超えていなければ爪部材２１を下方向に移動させ
（Ｓ８）、爪部材限界角度を超える場合は上位装置へエ
ラー信号を送信する。また検出トルクが正常トルク上限
閾値１未満であるならば正常トルク下限閾値２と比較す
る（Ｓ９）。なお、正常トルク下限閾値２は接触個所が
偏っても対象物を持ち上げない範囲を予め求めて設定す
る。検出トルクが正常トルク下限閾値２以上であるなら
ば爪部材角度は変更しない。また検出トルクが正常トル
ク下限閾値２未満であるならばその爪部材２１を上方向
に移動させる。

【００２５】この実施例における対象物４はローラ等の
長尺物であり、その重量はそれほど大きいものではな
い。また両端を保持することからスレーブロボットの爪
部材２１にかかる重力はさらに小さくなる。それに比較
して双腕の相対誤差により発生したずれによりかかる力
は、マスターロボットにより発生する力であるから大き
いものとなる。したがって、図３（ｂ）（ｃ）の場合の
ように一方側の爪部材２１にかかる重力が大きくなるよ
うな、左右の爪部材２１にかかる重力の割合が変化する
ことによる当該爪部材のトルク値の変化に比べて、図３
（ｅ）のように双腕の相対誤差により発生したずれによ
ってかかる力による爪部材２１のトルク値の変化は大き
い。したがって、予め求められた初期トルク値と予め求
められた重力によりかかるトルクとから正常トルク上限
閾値１を予め求めてこれを設定するか、または初期位置
にて得られた初期トルクと予め求められた重力によりか
かるトルクとから正常トルク上限閾値１を算出してこれ
を設定する。

【００２６】次いで、ロボット制御モード切替時のハン
ド指及び爪部材について説明する。予め設定されたロボ
ット制御モード切り替えポイントとなる教示点で、ロボ
ット制御モード切替信号を受信し、またはロボット制御
モード切替命令を受ける。スレーブロボット制御モード
が設定されていたハンドの指を対象物の方に移動させ、
次いで、上記の爪部材の制御と同様に指駆動モータの駆
動電流値から駆動トルクを検出し、教示点において予め
設定された所定のトルク値になるように駆動電流が制御
される。この時、爪部材２１は同様に駆動トルク値が所
定の範囲内になるように角度を制御して対象物をしっか
りと挟持させる。これによって、マスターロボット制御
モードになる。他方、マスターロボット制御モードが設
定されていたハンド指を対象物から離れる方向に所定量
移動させ、上記の初期位置移動時と同様にその爪部材２
１を対象物４の方へ回動させて、対象物４を下側から支
持させる。これによってスレーブロボット制御モードと
なる。ロボット制御モードが切り替わり、各ハンドがロ
ボット制御モードにあわせて対象物を保持した状態で、
エンコーダ等の位置検出手段によって、スレーブロボッ
ト制御モードが設定されていたハンドの指２及び爪部材
２１のそのときの位置・角度を検出する。制御装置に記
憶されている教示点におけるスレーブロボット制御モー
ドが設定されていたハンドの指２および爪部材２１の目
標位置、目標角度と検出した位置、角度とを、制御装置
のＣＰＵで比較演算し、その誤差を算出する。この誤差
をオフセット量として、制御装置に記憶された次の動作
におけるマスターロボット制御モードの教示点、目標位
置に加算して教示点、目標位置を修正する。この修正さ
れた教示点、目標位置に基づいてマスターロボットを制
御して、保持した対象物の位置・姿勢を制御する。

【００２７】

【発明の効果】この発明の効果を発明毎に整理すれば次
のとおりである。 （１）請求項１及び請求項６の効果 一方のアームをマスターロボットとし、他方のアームを
スレーブロボットとして、双腕を協調して同じ対象物を
把持して移動させるための双腕協調動作を行う双腕ロボ
ットにおいて、マスターロボットは対象物の一端をしっ
かりと保持する保持手段を備えていて、保持した対象物
の位置・姿勢を制御し、スレーブロボットは重力による
影響を補償する保持手段を備えていて、これによって、
マスターロボットにより制御される対象物の一端を補助
的に下方から支持していて、当該支持は水平方向及び垂
直方向への自由度を有する。したがって、双腕ロボット
の協調制御時に生じる両アーム間の相対誤差が対象物に
与える影響をスレーブロボットの支持部の上記自由度で
吸収することができ、対象物に過負荷を与えることなし
に高速で協調動作させることができる。

【００２８】(２）請求項２及び請求項７の発明の効果 対象物の一端をしっかりと保持して対象物の位置・姿勢
を制御するマスターロボットと、マスターロボットによ
り制御される対象物の他端を補助的に下方から支えるス
レーブロボットとを交互に切り替え可能にしているの
で、複雑な経路の移動や組立動作等において、対象物の
正確な位置・姿勢の制御が要求される部分が順次変化す
る場合は、対象物の一端を保持してその正確な位置・姿
勢を制御するマスターロボットを交互に切り替えること
ができ、これによって複雑な経路や組立動作に応じて、
容易、正確に対象物の動きを制御することができる。

【００２９】（３）請求項３の発明の効果 ロボットアーム先端に取り付けられたハンドの指先端部
分に、指先端部分を折り曲げる機構を備えているので、
対象物を側面から拘束することなしに重力方向にのみ補
助的に支持し、対象物の重力によるその位置・姿勢への
影響を補償することができ、これによって、双腕ロボッ
トの協調制御時に生じる両アームの相対誤差が対象物の
位置・姿勢に与える影響をスレーブロボットの保持部で
吸収することができる。

【００３０】（４）請求項４の発明の効果 指先端部を折り曲げる機構はその駆動トルクを検出する
手段を備え、指先端部の折り曲げ角度を任意の角度に設
定できるので、双腕協調動作時に生じる両アームの相対
誤差による、スレーブロボットのハンド指及び指先端部
と対象物の関係の変化に、適切に対応することができ
る。

【００３１】（５）請求項５及び請求項１０の発明の効
果 ロボットアームの先端に取り付けられたハンドの各指位
置を検出する手段と当該検出位置を記憶する手段とを備
え、対象物の一端（自由端）を補助的に支持するスレー
ブロボットを上記マスターロボットに切り替える点にお
けるハンドの指の教示された目標位置と、検出された位
置とのずれ量を演算する手段と、予め教示された目標位
置に上記ずれ量をオフセット量として加算する手段とを
備えているので、複雑な経路の移動や組立動作等対象物
の正確な位置・姿勢が要求される部分が順次変化する場
合も、上記切り替え点で生じているスレーブロボット把
持部と対象物とのずれ量を検出し、対象物をしっかりと
保持するモードにスレーブロボットの保持を切り替えて
スレーブロボットを上記マスターロボットに変更するこ
とができ、次の動作の教示点または目標位置も修正し、
変更後の動作をずれ量の影響なしに行うことができる。

【００３２】（６）請求項８の発明の効果 ロボットアーム先端に取り付けられたハンドの指先部分
に、指先端部を折り曲げる機構を備えて指先端部分の折
り曲げ角度を任意の角度に制御するので、対象物の側面
に当接することなしに重力方向にのみ対象物を支えるこ
とにより、対象物の一端に平方向及び垂直方向の自由度
を与えて、対象物の重力による影響を補償することがで
きる。したがって、双腕ロボットの協調制御時に生じる
両アームの相対誤差が対象物に与える影響をスレーブロ
ボットの保持部で吸収でき、かつスレーブロボットのハ
ンド指及び指先端部分と対象物の位置・角度関係のずれ
に適切に対応することができる。

【００３３】（７）請求項９の発明の効果 ロボットアーム先端に取り付けられたハンドの折り曲げ
られた指先端部分のトルクを検出する手段と、対象物に
接触して重力を補償した状態の初期トルクを記憶する手
段とを備え、上記トルクが所定範囲を超える場合はハン
ドの指先端部分の折り曲げ角度を調節して上記所定範囲
に制御するので、双腕ロボットの協調動作時に生じる両
アームの相対誤差によるスレーブロボットのハンド指及
び指先端部分と対象物の位置・角度関係のずれに適切に
対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、実施例の正面図である。

【図２】（ａ）は、実施例のスレーブロボットの指によ
る保持機構の拡大側面図、（ｂ）は対象物を保持した状
態の拡大側面図である。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は、実施例のスレーブロボット
の指による保持機構の動作状態を示す拡大側面図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施例による対象物の操作
例の要部拡大図である。

【図５】は、ロボットアームの爪部材の回動制御のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１：ロボット Ａ，Ｂ：ロボットアーム ２：指 ３：作業台 ４：棒状の対象物 ２１：爪部材 ２２：回動機構 ４１：対象物の一端 ４２：対象物の他端 ５１，５２：組立部材

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方のロボットをマスターロボットとし、
   他方のロボットをスレーブロボットとして、双腕を協調
   させて同じ対象物を保持して移動させるための双腕協調
   動作を行う双腕ロボットであって、 マスターロボットは対象物の一端をしっかりと保持する
   把持手段を備えていて、対象物の位置・姿勢を制御し、 スレーブロボットは対象物の一端を重力方向に対しての
   み支持して重力による影響を補償する支持手段を備え、
   マスターロボットにより位置・姿勢を制御される対象物
   の他端を補助的に保持することを特徴とする双腕ロボッ
   ト。
2. 【請求項２】対象物の一端をしっかりと保持し、対象物
   の位置・姿勢を制御するマスターロボットと、マスター
   ロボットにより位置、角度が制御される対象物の他端を
   補助的に保持するスレーブロボットとを交互に切替可能
   にしたことを特徴とする請求項１の双腕ロボット。
3. 【請求項３】ロボットアーム先端に取り付けられたハン
   ドの指先端部分に、指先端部を折り曲げる機構を設けて
   いることを特徴とする請求項１又は請求項２の双腕ロボ
   ット。
4. 【請求項４】上記のハンドの指先端部を折り曲げる機構
   が、トルクを検出する手段を備え、該指先端部分の折り
   曲げ角度を任意の角度に設定する駆動機構であることを
   特徴とする請求項３の双腕ロボット。
5. 【請求項５】ロボットアーム先端に取り付けられたハン
   ドの各指位置を検出する手段と、検出位置を記憶する手
   段とを備え、 対象物の一端を補助的に保持するスレーブロボットの状
   態をしっかりと保持するマスターロボットの状態に切り
   替える点におけるハンドの指の教示された目標位置と、
   検出された現在位置とのずれ量を演算する手段と、予め
   教示された目標位置に上記ずれ量をオフセット量として
   加算する手段とを備えていることを特徴とする請求項１
   又は請求項２の双腕ロボット。
6. 【請求項６】一方のロボットをマスターロボットとし、
   他方のロボットをスレーブロボットとして、双腕を協調
   して同じ対象物を保持して移動させるための双腕協調動
   作を行う双腕ロボットの制御方法であって、 対象物の一端をしっかりと保持するマスターロボットの
   保持手段によって対象物の位置・姿勢を制御し、スレー
   ブロボットの保持手段によって対象物の他端を重力方向
   にのみ支持して水平方向及び垂直方向への自由度を与
   え、スレーブロボットの上記保持手段を制御して対象物
   に対する重力による影響を補償して、当該対象物の他端
   を補助的に保持させることを特徴とする双腕ロボットの
   制御方法。
7. 【請求項７】対象物の一端をしっかりと保持して対象物
   の位置・姿勢を制御するマスターロボットの状態と、マ
   スターロボットにより制御される対象物の他端を補助的
   に保持するスレーブロボットの状態とを交互に切替え
   て、両ロボットを協調動作させて対象物を移動させるこ
   とを特徴とする請求項５の双腕ロボットの制御方法。
8. 【請求項８】ロボットアーム先端に取り付けられたハン
   ドの指先端部分に設けた指先端部を折り曲げる機構によ
   って指先端部の折り曲げ角度を任意の角度に制御して、
   対象物の自由端を上記指先端部分で補助的に保持させる
   ことを特徴とする請求項６の双腕ロボットの制御方法。
9. 【請求項９】ロボットアーム先端に取り付けられたハン
   ドの折り曲げられた指先端部分のトルクを検出する手段
   と、対象物に接触して重力を補償した状態の初期トルク
   を記憶する手段とによって、上記トルクが所定範囲内か
   判断し、上記トルクが所定範囲内でない場合はハンドの
   指先端部の折り曲げ角度を調節することを特徴とする請
   求項７記載の双腕ロボットの制御方法。
10. 【請求項１０】ロボットアーム先端に取り付けられたハ
    ンドの各指位置を検出手段によって検出してこれを記憶
    手段に記憶し、上記対象物の他端を補助的に保持するス
    レーブロボットの状態と対象物の一端をしっかりと保持
    するマスターロボットの状態とを交互に切り替える点に
    おけるハンドの指の教示された目標位置と、検出された
    現在位置とのずれ量を演算手段で演算し、予め教示され
    た目標位置に上記ずれ量をオフセット量として加算し
    て、対象物の他端に対する上記補助的保持を制御するこ
    とを特徴とする請求項６の双腕ロボットの制御方法。