JP2010253587A - 多自由度マニピュレータおよび多自由度マニピュレータの制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マニピュレータ先端部に保持されるワークの質量の変動に影響されることなく、多自由度マニピュレータの滑らかで高精度な動作を実現する。
【解決手段】複数のリンク１７ａ、リンク１８ａ、可動アーム１１ｂを、複数の第１関節モータ１７、第２関節モータ１８、第３関節モータ１９によって駆動することにより、ワーク１０を保持するマニピュレータ先端部１１ａの３次元空間での大きな自由度の動きを実現する多自由度マニピュレータ１１において、マニピュレータ先端部１１ａの内部に流体タンク２１を設け、ワーク１０の質量の変動に応じて流体タンク２１に貯留される流体２０の量を変化させることで、ワーク１０の質量の変動に影響されることなく、常に一定の負荷がマニピュレータ先端部１１ａに作用するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多自由度マニピュレータおよび多自由度マニピュレータの制御プログラムに関する。

たとえば、産業用ロボット等に代表されるように、複数のリンクを関節で接続し、関節に設けられたモータ等によってリンクを屈曲させることにより、たとえば人間の腕のような複雑な動きを実現する多自由度マニピュレータが広く用いられている。

ところで、このような、多自由度マニピュレータでは、先端に把持されるワークの質量が、動作精度に影響するため、精度を維持するためには、ワークの質量の変動に応じてモータの制御パラメータを変更する等の煩雑な制御系の調整が必要となる。

そこで、このような制御系の内部的な煩雑な調整を必要とすることなく、ワークの質量の変動の影響を外的に補完して打ち消す技術として、特許文献１に開示された技術が知られている。

すなわち、この特許文献１では、複数の駆動アームおよびアームを略四辺形の平行リンクをなすように可動に接続し、水平に延長された上辺のアームの先端部に設けられた作業装置にワークを保持させる構成の工業用ロボットにおいて、重心を挟んで作業装置（ワーク）と反対側の駆動アームの内部にシリンダ室を設け、作業装置側の負荷に基づいて、このシリンダ室の内部のオイルの貯留量を変化させることで、重心の回りの総合的なバスラインを保とうとする技術が開示されている。

この特許文献１の技術は、アームの先端の作業装置に与えられた負荷の変化に応じて、ロボット全体の総合的なバランスを保とうとする構成であるが、単に重心の回りの負荷をバランスさせるだけでは、多自由度マニピュレータのようにマニピュレータ先端部の質量の変動に敏感な機構においては、水平、鉛直、斜め方向の負荷変動においては動作が乱れ、滑らかで高精度な動作を実現することが困難になる、という技術的課題があった。

また、多自由度マニピュレータは、動きの自由度が大きいため、構成部材全体の重心位置も大きく変化し、上述の特許文献１の技術を適用すること自体が困難になることも予想される。

実公平０５−００８０６８号公報

本発明の目的は、多自由度マニピュレータにおいて、マニピュレータ先端部に保持されるワークの質量の変動に影響されることなく、滑らかで高精度な動作を実現することが可能な技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、ワークが把持されるマニピュレータ先端部に配置され、流体が貯留される流体貯留手段と、
前記ワークの質量による前記マニピュレータ先端部の負荷の変動を打ち消すように前記流体貯留手段に前記流体を給排する制御手段と、
を備えた多自由度マニピュレータを提供する。

本発明の第２の観点は、ワークが把持されるマニピュレータ先端部に、流体が貯留される流体貯留手段を配置し、前記ワークの質量による前記マニピュレータ先端部の負荷の変動を打ち消すように前記流体貯留手段に前記流体を給排する多自由度マニピュレータの制御方法を提供する。

本発明の第３の観点は、ワークが把持されるマニピュレータ先端部に、流体が貯留される流体貯留手段を配置した構成の多自由度マニピュレータの制御プログラムであって、
前記ワークの質量を決定する第１ステップと、
前記ワークの前記質量による前記マニピュレータ先端部の負荷の変動を打ち消すように、前記流体貯留手段に対する前記流体の給排を制御する第２ステップと、
をコンピュータに実行させる多自由度マニピュレータの制御プログラムを提供する。

本発明によれば、多自由度マニピュレータにおいて、マニピュレータ先端部に保持されるワークの質量の変動に影響されることなく、滑らかで高精度な動作を実現することが可能な技術を提供することができる。

本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータの制御方法を実施する多自由度マニピュレータの構成の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部を拡大して例示した断面図である。 本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータにおける制御系の構成例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータにおける制御系で用いられるデータテーブルの構成例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータの制御動作の一例を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である多自由度マニピュレータの制御方法を実施する多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の変形例を示す多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態である多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。

本実施の形態では、一態様として、ワークをマニピュレータ先端部に把持する多自由度マニピュレータにおいて、ワークを認識および識別する認識識別手段と、前記認識識別手段によりワークの質量を決定する手段と、マニピュレータ先端に配置された流体を貯留するタンクに流体を供給および排出する手段と、を設け、質量の異なる個々のワークの把持時にマニピュレータ先端部に作用する負荷が一定となるように、あるいは当該負荷の変動が可能な限り小さくなるように、タンクに対する流体の供給および排出を行う。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である多自由度マニピュレータの制御方法を実施する多自由度マニピュレータの構成の一例を示す概念図である。
図２は、本実施の形態の多自由度マニピュレータの一部を拡大して例示した断面図である。

なお、本実施の形態では、図１において、底面（設置面）に対して左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に垂直な方向(奥行き方向)をＹ方向として説明する。また、一例として、Ｚ方向は鉛直方向、Ｘ−Ｙ平面は水平面とする。

（構成）
本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１は、水平な設置場所に据えつけられる設置台１２と、この設置台１２に載置された第３関節モータ１９を備えている。
第３関節モータ１９には、Ｚ方向に中空のパイプ等からなるリンク１８ａの下端が接続され、このリンク１８ａはＺ方向の回りに第３関節モータ１９によって旋回される。

このリンク１８ａの上端には第２関節モータ１８を介してパイプ等からなるリンク１７ａの下端が接続されている。第２関節モータ１８は、リンク１８ａとリンク１７ａを含む鉛直平面内でリンク１７ａを屈曲させる動作を行う。

リンク１７ａの上端には、第１関節モータ１７を介してマニピュレータ先端部１１ａを構成する可動アーム１１ｂが接続されている。
第１関節モータ１７は、リンク１７ａとマニピュレータ先端部１１ａ（可動アーム１１ｂ）を含む鉛直平面内でマニピュレータ先端部１１ａを屈曲させる動作を行う。

そして、第３関節モータ１９、第２関節モータ１８、第１関節モータ１７の駆動動作を組み合わせることで、マニピュレータ先端部１１ａを３次元空間内で任意の位置および姿勢に制御することができる。

マニピュレータ先端部１１ａを構成する可動アーム１１ｂの先端には、たとえば、把持爪等の作業ユニット１６が固定されており、ワーク１０を把持する動作が可能になっている。
すなわち、本実施の形態では、作業ユニット１６に把持されるワーク１０の質量が負荷としてマニピュレータ先端部１１ａに作用する。

図１に例示されるように、本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１においては、マニピュレータ先端部１１ａの可動アーム１１ｂの内部には、たとえば、剛性の大きな部材で構成された流体タンク２１（流体貯留手段）が設けられている。

この流体タンク２１は、中空なリンク１７ａおよびリンク１８ａの内部を引き回されるチューブ配管１５を介して、設置台１２の外部に設けられた外部供給タンク１４に接続されている。

外部供給タンク１４には流体２０が貯留されており、この外部供給タンク１４におけるチューブ配管１５の接続部には、流体給排ポンプ１４ａが設けられている。

この流体給排ポンプ１４ａは、外部供給タンク１４に貯留されている流体２０を、所望の質量分だけ精密にチューブ配管１５を通じて流体タンク２１に与圧して供給したり、逆に、流体タンク２１の内部に貯留されている流体２０を、チューブ配管１５を通じて、所望の質量分だけ精密に外部供給タンク１４の側に吸い出して排出させる動作を行うことが可能になっている。

すなわち、流体給排ポンプ１４ａによる流体２０の給排動作によって、マニピュレータ先端部１１ａに設けられた流体タンク２１に貯留される流体２０の質量（貯留流体質量ＭＬ）を外部から精密に制御可能になっている。

また、マニピュレータ先端部１１ａにおける作業ユニット１６の接続部には、作業ユニット１６に保持されたワーク１０の種別を認識するワーク認識機構１３（ワーク認識手段）が設置されている。

このワーク認識機構１３としては、例えば、ワーク１０に添付された図示しないＩＣタグから情報の読み出しを行うＩＣタグ認識機構や、ワーク１０の外観形状、ワーク１０に記載された文字やバーコード等を撮影するカメラなどが考えられる。

上述の本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１の全体は、コンピュータ等からなる制御装置３０（制御手段）で制御される。
図３は、本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１における制御系の構成例を示す概念図である。

制御装置３０には、上述の作業ユニット１６、第１関節モータ１７、第２関節モータ１８、第３関節モータ１９、流体給排ポンプ１４ａ、ワーク認識機構１３が接続され、当該制御装置３０によって制御される。

制御装置３０は、制御プログラム３１を実行することによって後述のような本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１の制御動作を実現する。
また、本実施の形態の制御装置３０には、標準質量Ｍ０およびデータテーブル４０が記憶されている。
図４は、本実施の形態のデータテーブル４０の構成例を示す概念図である。

本実施の形態のデータテーブル４０には、ワーク識別情報４１とワーク質量４２が対応付けられて格納されている。
ワーク識別情報４１は、個々のワーク１０の種別を示すユニークな番号や特徴情報等の情報が設定される。このワーク識別情報４１は、ワーク認識機構１３によって特定される情報である。

なお、たとえば、ワーク質量ＭＷの異なる複数のワーク１０の多自由度マニピュレータ１１による取り扱い順序が決まっており、当該順序の情報でワーク質量ＭＷを特定できる場合や、把持前のワーク１０の配列位置によってワーク質量ＭＷを特定できる場合には、ワーク認識機構１３は必ずしも必要ない。

その場合には、ワーク識別情報４１として、上述の順序や配列位置座標の情報を格納しておくことにより、ソフトウェア的に個々のワーク１０のワーク質量ＭＷの特定を実現できる。
ワーク質量４２は、ワーク識別情報４１によって特定されるワーク１０について予め計測された質量（ワーク質量ＭＷ）が格納されている。

本実施の形態の場合、標準質量Ｍ０は、マニピュレータ先端部１１ａに保持されるワーク１０の想定質量であり、マニピュレータ先端部１１ａを変位させるための第１関節モータ１７、第２関節モータ１８、第３関節モータ１９の各々のゲイン等の制御パラメータ等は、マニピュレータ先端部１１ａの負荷（この場合、マニピュレータ先端部１１ａに保持されるワーク１０の質量）が標準質量Ｍ０の場合に合わせて最適化されている。

一方、個々のワーク１０の質量であるワーク質量ＭＷは、個々のワーク１０の種別に応じて様々であり、そのままでは、各種のワーク１０のワーク質量ＭＷが標準質量Ｍ０から変化し、多自由度マニピュレータ１１の最適化された制御条件からはずれる。

そこで、本実施の形態では、制御装置３０（制御プログラム３１）は、作業ユニット１６に保持されたワーク１０の種別をワーク認識機構１３によって認識する。

そして、制御装置３０は、ワーク１０の認識結果によってデータテーブル４０のワーク識別情報４１をサーチして該当するエントリを見出し、対応するワーク質量４２に設定されている値を、当該ワーク１０のワーク質量ＭＷとして用い、標準質量Ｍ０とワーク質量ＭＷの差に相当する貯留流体質量ＭＬ（＝Ｍ０−ＭＷ）の流体２０が、マニピュレータ先端部１１ａの流体タンク２１に残るように、流体２０を流体タンク２１に供給（または排出）することで、ワーク質量ＭＷの変動に関係なく、マニピュレータ先端部１１ａに作用する負荷としての標準質量Ｍ０を一定または、ほぼ一定に維持する制御を行う。

すなわち、本実施の形態の制御装置３０は、マニピュレータ先端部１１ａに負荷として作用するワーク１０のワーク質量ＭＷの変動（増加または減少）を打ち消すように流体タンク２１に流体２０を給排して、流体タンク２１内に貯留される流体２０の貯留流体質量ＭＬを減少または増加させる。そして、マニピュレータ先端部１１ａに負荷として作用する標準質量Ｍ０を一定に保つ制御を行う。

（作用）
以下、本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１の作用の一例を説明する。

まず、本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１において、制御装置３０は、ワーク１０を保持しない状態でのマニピュレータ先端部１１ａの負荷が標準質量Ｍ０となるように、外部供給タンク１４から流体タンク２１に貯留流体質量ＭＬ（＝標準質量Ｍ０）の流体２０を供給しておく。

その後、多自由度マニピュレータ１１において、ワーク１０が作業ユニット１６にセットされると、制御装置３０は、ワーク認識機構１３によりワーク１０の品種を識別し、あらかじめデータテーブル４０に記憶されているワーク１０の質量情報（ワーク質量ＭＷ）を読み出す。

そして、制御装置３０は、このワーク質量ＭＷをもとにマニピュレータ先端部１１ａにおける加減すべき負荷量が決定され、その負荷量分に相当する貯留流体質量ＭＬ（＝Ｍ０−ＭＷ）の流体２０がマニピュレータ先端部１１ａに設置された流体タンク２１に残るように、余分な流体２０を流体タンク２１から外部供給タンク１４に排出させる。

これによりマニピュレータ先端部１１ａに作用する負荷が、多自由度マニピュレータ１１の制御が最適化されている標準質量Ｍ０（＝ワーク質量ＭＷ＋貯留流体質量ＭＬ）に一定に保たれる。

この結果、マニピュレータ先端部１１ａに保持されるワーク１０のワーク質量ＭＷのばらつき等に起因するマニピュレータ先端部１１ａの変位の制御動作のムラを軽減して、多自由度マニピュレータ１１による滑らかで高精度なワーク１０の取り扱い動作を実現できる。

図５のフローチャートを参照して、本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１における上述の制御装置３０（制御プログラム３１）の制御動作の一例を説明する。

まず、マニピュレータ先端部１１ａの初期化動作として、ワーク１０を保持していない状態のマニピュレータ先端部１１ａの流体タンク２１に対して、標準質量Ｍ０に相当する量の貯留流体質量ＭＬの流体２０を供給し、マニピュレータ先端部１１ａに作用する負荷が標準質量Ｍ０となるようにする（ステップＳ１０１）。

これにより、ワーク１０を保持していない空の状態でも、マニピュレータ先端部１１ａは、たとえば、標準質量Ｍ０に相当する負荷の制御に最適化されている制御系によって滑らかに高精度に駆動される。

そして、制御装置３０は、多自由度マニピュレータ１１（作業ユニット１６）にワーク１０がセット（把持）されたか否かをワーク認識機構１３で監視する（ステップＳ１０２）。

そして、ワーク認識機構１３によってワーク１０が認識されると、ワーク認識機構１３によって認識された当該ワーク１０の識別情報を読み取ることで取得する（ステップＳ１０３）。

次に、制御装置３０は、読み取られた識別情報によってデータテーブル４０のワーク識別情報４１を探索し、該当するワーク識別情報４１に対応したワーク質量４２に格納されているワーク質量ＭＷの値を読み出す（ステップＳ１０４）（第１ステップ）。

そして、マニピュレータ先端部１１ａの負荷として流体タンク２１に残すべき流体２０の貯留流体質量ＭＬ（＝Ｍ０−ＭＷ）を演算する（ステップＳ１０４）。

次に、制御装置３０は、流体給排ポンプ１４ａを制御して、ステップＳ１０４で得られた貯留流体質量ＭＬ分の流体２０が流体タンク２１に残存するように、流体２０を給排する（ステップＳ１０５）（第２ステップ）。

これにより、ワーク質量ＭＷのワーク１０を保持したマニピュレータ先端部１１ａの負荷は、多自由度マニピュレータ１１の制御系が最適化されている標準質量Ｍ０（＝ワーク質量ＭＷ＋貯留流体質量ＭＬ）となる。

この状態で、制御装置３０は、多自由度マニピュレータ１１によるワーク１０の移動等の取り扱い動作を開始させる（ステップＳ１０６）。

このとき、マニピュレータ先端部１１ａに作用する負荷は、ワーク１０のワーク質量ＭＷの大小に関係なく、マニピュレータ先端部１１ａに設けられた流体タンク２１の貯留流体質量ＭＬによってほぼ標準質量Ｍ０となるように調整されるので、多自由度マニピュレータ１１によるワーク１０の滑らかで高精度な取り扱い動作を実現できる。

制御装置３０は、予め定められた位置および予め定められた姿勢になったか否かを判断、つまり、必要な取り扱い動作が完了するまで、ステップＳ１０６の取り扱い動作を継続し（ステップＳ１０７）、完了したら、ワーク１０をマニピュレータ先端部１１ａの作業ユニット１６から解放して（ステップＳ１０８）、上述のステップ１００の処理に戻る。

（効果）
本実施の形態の多自由度マニピュレータ１１によれば、ワーク１０の把持前に予めデータテーブル４０に記憶されたワーク質量４２（ワーク質量ＭＷ）によるマニピュレータ先端部１１ａの負荷変動に応じて、流体タンク２１に貯留される流体２０の貯留流体質量ＭＬを調整することにより、マニピュレータ先端部１１ａに作用する負荷を、ワーク１０のワーク質量ＭＷの変動に関係なく、制御系が最適化されている標準質量Ｍ０に一定となるように調整することができる。

この結果、多自由度のマニピュレータの動作のムラを軽減して、マニピュレータ先端部１１ａによる多様な質量のワーク１０の取り扱いを滑らかに高精度に行うことができる。

すなわち、マニピュレータ先端部１１ａに保持されるワーク１０の質量の変動に影響されることなく、多自由度マニピュレータ１１の滑らかで高精度な動作を実現することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の他の実施の形態である多自由度マニピュレータの制御方法を実施する多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。
なお、本実施の形態２では、上述の実施の形態１の構成と共通する部分については、共通の符号を付して図示および説明を省略する。

上述の実施の形態１の多自由度マニピュレータ１１では、流体タンク２１が剛性で変形しにくいため、内部に貯留される流体２０の量が変化すると流体タンク２１内に空間が生じ、マニピュレータ先端部１１ａの変位に伴って流体２０が動揺する。

このようなマニピュレータ先端部１１ａに設けられた流体タンク２１における流体２０の動揺は、重心位置の変化が伴ってしまうがゆえ、マニピュレータ先端部１１ａの制御精度等に好ましくない影響を与えることが予想される。

そこで、本実施の形態２の多自由度マニピュレータ１１−２では、流体２０の給排に応じて空間を生じることなく膨張または収縮する軟性体流体タンク２３（流体貯留手段）を用いる例を示す。

（構成）
図６に例示されるように、本実施の形態２の多自由度マニピュレータ１１−２のマニピュレータ先端部１１ａには、たとえば、伸縮して容積が増減するように弾性変形するゴムや樹脂等の軟性体で構成された軟性体流体タンク２３と、ワーク認識機構１３とが設置されている。

また、マニピュレータ先端部１１ａのワーク把持時の負荷変動に応じた流体２０を軟性体流体タンク２３に給排できるように軟性体流体タンク２３と外部供給タンク１４とがチューブ配管１５により接続されている。

また、軟性体流体タンク２３の内部空間は、流体２０によって完全に置換されており、軟性体流体タンク２３に対する流体２０の給排によって軟性体流体タンク２３の内部に気泡等が混在することが防止されている。

（作用）
上述の実施の形態１の場合と同様に、ワーク１０が本実施の形態２の多自由度マニピュレータ１１−２にセットされると、ワーク認識機構１３により品種が識別され、あらかじめ記憶されていたワーク１０のワーク質量ＭＷの情報が読み出される。

このワーク質量ＭＷの情報をもとにマニピュレータ先端部１１ａの負荷量が決定され、その負荷量分の貯留流体質量ＭＬの流体が軟性体流体タンク２３に残存するように、マニピュレータ先端部１１ａに設置された軟性体流体タンク２３から流体２０を排出する。

このとき、本実施の形態２の場合には、軟性体流体タンク２３は流体２０の排出量の変化に追従して伸縮するため、軟性体流体タンク２３の内部に気泡等の空間が生じることが防止される。

この結果、軟性体流体タンク２３に残存する貯留流体質量ＭＬの流体２０は、多自由度マニピュレータ１１−２の動作によってマニピュレータ先端部１１ａの姿勢が変化しても動揺することがなく、流体２０の動揺（暴れ）が確実に抑制される。

これにより、たとえばマニピュレータ先端部１１ａの重心がブレることなく、負荷が標準質量Ｍ０（＝貯留流体質量ＭＬ＋ワーク質量ＭＷ）に一定に保たれ、多自由度マニピュレータ１１−２の動作のムラの軽減や、精度低下を防止することができる。

（効果）
本実施の形態２の多自由度マニピュレータ１１−２によれば、上述の実施の形態１の多自由度マニピュレータ１１と同様の効果が得られるとともに、さらに、流体タンクとして軟性体からなる軟性体流体タンク２３を用いることにより、軟性体流体タンク２３に貯留された流体２０の動揺等に起因するマニピュレータ先端部１１ａの重心ブレを確実に抑制して、多自由度マニピュレータ１１−２の動作のムラの軽減や、制御精度の低下を防止し、滑らかで高精度な制御を実現することができる。

また、軟性体流体タンク２３の柔軟性および設置空間の大きさが許す範囲で、軟性体流体タンク２３の容積の上限に制限がなくなり、軟性体流体タンク２３に貯留される流体２０の貯留流体質量ＭＬによる標準質量Ｍ０の制御範囲が広くなる、という利点もある。また、膨張する軟性体流体タンク２３は、可動アーム１１ｂの内部の内周形状に沿って変形するので、可動アーム１１ｂの内部空間を軟性体流体タンク２３の容積として有効に利用できる。

図７は、本実施の形態２の変形例を示す多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。
この図７の変形例の多自由度マニピュレータ１１−３では、軟性体流体タンク２３の代わりに、シリンダ形タンク２２（流体貯留手段）を用いて同様の効果を実現する例を示す。

すなわち、この多自由度マニピュレータ１１−３では、マニピュレータ先端部１１ａの可動アーム１１ｂの内部に、シリンダ形タンク２２を設けている。

このシリンダ形タンク２２は、両端が閉止された筒形のシリンダ２２ａと、このシリンダ２２ａの内部を、流体室２２ｂおよびバネ室２２ｃに仕切るように配置された遊動ピストン２２ｄを備えている。
そして、バネ室２２ｃには、遊動ピストン２２ｄを、流体室２２ｂの容積を減少させる方向に常時押圧する与圧バネ２２ｅが配置されている。

また、バネ室２２ｃの側のシリンダ２２ａの端面には図示しない通気孔が設けられ、遊動ピストン２２ｄの変位が与圧バネ２２ｅの付勢力のみによって行われるようになっている。

一方、シリンダ２２ａの流体室２２ｂの側の閉止された端面には、チューブ配管１５が接続され、外部供給タンク１４との間で流体２０の給排が行われるようになっている。
この場合、遊動ピストン２２ｄが与圧バネ２２ｅによって流体室２２ｂの容積を減少させる方向に常時付勢されている。

これにより、流体室２２ｂに対して流体２０の給排が行われる場合、遊動ピストン２２ｄは、当該給排による流体室２２ｂの内部の流体２０の容積変化に追随して変位し、流体室２２ｂに空間が生じることが防止される。

この結果、軟性体流体タンク２３の場合と同様に、シリンダ形タンク２２に残存する流体２０の動揺を確実に防止して、軟性体流体タンク２３の場合と同様の効果を実現できる。

（実施の形態３）
図８は、本発明のさらに他の実施の形態である多自由度マニピュレータの制御方法を実施する多自由度マニピュレータのマニピュレータ先端部の構成例を示す断面図である。

この実施の形態３では、マニピュレータ先端部１１ａの可動アーム１１ｂに対して、ゴム等の軟性体からなる円環形状の円形チューブ形タンク２４（流体貯留手段）を装着した点が、上述の実施の形態１と異なり、他は同様である。

この軟性体からなる円形チューブ形タンク２４は円環内径が可動アーム１１ｂの外径よりも小さく設定されており、当該円環内径を拡張変形させて緊張状態で可動アーム１１ｂに脱落しないように圧入されて装着されている。

これにより、円形チューブ形タンク２４が空の状態でも、マニピュレータ先端部１１ａに変位等に伴って、円形チューブ形タンク２４がマニピュレータ先端部１１ａから脱落することはない。

そして、この円形チューブ形タンク２４の内部の密閉された中空部２４ａに外部からチューブ配管１５を接続して、外部供給タンク１４との間で流体２０の給排を行わせる。

これにより、可動アーム１１ｂに緊張状態に装着されている円形チューブ形タンク２４は、中空部２４ａに対する流体２０の給排に追随して膨張収縮し、上述の実施の形態２の軟性体流体タンク２３の場合と同様の効果を実現できる。

さらに、この実施の形態３の場合には、円形チューブ形タンク２４は、既存の様々な形状のマニピュレータ先端部１１ａ（可動アーム１１ｂ）を有する多自由度マニピュレータに対して、いわゆる後付けで容易に実装できる利点がある。

すなわち、本実施の形態３の円形チューブ形タンク２４、チューブ配管１５、および外部供給タンク１４等の構成を、既存の多自由度マニピュレータ１１−４に外部から任意の部位に装着するとともに、制御プログラムを上述の実施の形態１の制御プログラム３１に変更するだけで、多自由度マニピュレータ自体に大きな改造等を必要とすることなく、簡便かつ低コストにて、上述の実施の形態１〜２の効果を既存の多自由度マニピュレータに対して容易に実現できる。

以上説明したように、本発明の各実施の形態によれば、ワーク１０の把持前に、データテーブル４０に予め記憶されたワーク質量４２の情報により、マニピュレータ先端部１１ａへ作用する負荷の変動を算出し、マニピュレータ先端部１１ａの負荷を、予め想定されている所定の標準質量Ｍ０に一定調整することができ、たとえば、第１関節モータ１７、第２関節モータ１８、第３関節モータ１９等のモータのゲイン調整等の煩雑な操作を必要とすることなく、多自由度マニピュレータの安定した動作を実現することができる。

これにより、マニピュレータ先端部に保持されるワークの質量等の負荷の変動に影響されることなく、多自由度マニピュレータの滑らかで高精度な動作を実現することができる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、マニピュレータ先端部に保持されるワークの質量を実測するロードセル等の質量測定機構をマニピュレータ先端部に設け、この質量測定機構にて実測されたワーク質量ＭＷと標準質量Ｍ０との差分を補うように、マニピュレータ先端部に設けられた流体タンクに対する流体の供給および排出を制御してもよい。

［付記１］
流体を貯蔵するタンクが配置されたマニピュレータにおいて、前記マニピュレータ先端部にはワークを認識および識別する認識識別手段を設け、前記認識識別手段により各ワーク質量によるマニピュレータの負荷量を決定し、前記貯蔵タンク内の流体を供給・排出することを特徴とする多自由度マニピュレータ。

１０ ワーク
１１ 多自由度マニピュレータ
１１−２ 多自由度マニピュレータ
１１−３ 多自由度マニピュレータ
１１−４ 多自由度マニピュレータ
１１ａ マニピュレータ先端部
１１ｂ 可動アーム
１２ 設置台
１３ ワーク認識機構
１４ 外部供給タンク
１４ａ 流体給排ポンプ
１５ チューブ配管
１６ 作業ユニット
１７ 第１関節モータ
１７ａ リンク
１８ 第２関節モータ
１８ａ リンク
１９ 第３関節モータ
２０ 流体
２１ 流体タンク
２２ シリンダ形タンク
２２ａ シリンダ
２２ｂ 流体室
２２ｃ バネ室
２２ｄ 遊動ピストン
２２ｅ 与圧バネ
２３ 軟性体流体タンク
２４ 円形チューブ形タンク
２４ａ 中空部
３０ 制御装置
３１ 制御プログラム
４０ データテーブル
４１ ワーク識別情報
４２ ワーク質量
Ｍ０ 標準質量
ＭＬ 貯留流体質量
ＭＷ ワーク質量

Claims (5)

1. ワークが把持されるマニピュレータ先端部に配置され、流体が貯留される流体貯留手段と、
   前記ワークの質量による前記マニピュレータ先端部の負荷の変動を打ち消すように前記流体貯留手段に前記流体を給排する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする多自由度マニピュレータ。
2. 前記制御手段は、前記ワークの前記質量と前記流体貯留手段内の前記流体の質量の和が一定となるように、前記ワークの前記質量の前記変動に応じて前記流体貯留手段に前記流体を給排することを特徴とする請求項１記載の多自由度マニピュレータ。
3. さらに、前記マニピュレータ先端部に把持されるワークを認識するワーク認識手段を備え、
   前記制御手段は、前記ワーク認識手段によって認識された前記ワークの種別に基づいて決定された当該ワークの前記質量と、前記流体貯留手段内の前記流体の質量の和が一定となるように、前記流体貯留手段に前記流体を給排することを特徴とする請求項１記載の多自由度マニピュレータ。
4. 前記流体貯留手段は、前記流体の給排に応じて伸縮する軟性体からなることを特徴とする請求項１記載の多自由度マニピュレータ。
5. ワークが把持されるマニピュレータ先端部に、流体が貯留される流体貯留手段を配置した構成の多自由度マニピュレータの制御プログラムであって、
   前記ワークの質量を決定する第１ステップと、
   前記ワークの前記質量による前記マニピュレータ先端部の負荷の変動を打ち消すように、前記流体貯留手段に対する前記流体の給排を制御する第２ステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする多自由度マニピュレータの制御プログラム。

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