JP2014155994A - ロボットおよびロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実に把持物の挿入部を挿入対象物の挿入箇所に挿入することができるロボットおよびロボット制御装置を提供すること。
【解決手段】本発明のロボットは、アーム連結体と、挿入対象物の挿入箇所に挿入する挿入部を有する把持物を把持し、前記把持物を把持する方向に対して垂直な把持軸を有するハンドと、前記ハンドが把持した前記把持物を介して受ける反力を検出する力覚センサーとを有するロボット本体と、前記ロボット本体の作動を制御するロボット制御装置とを備える。前記ロボット制御装置は、第１の走査を、前記挿入部の押し当て方向と前記把持軸とのなす角度θを変更して行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記角度θを設定する角度設定部と、第２の走査を行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記挿入箇所の位置を特定する位置特定部と、前記挿入部を前記挿入箇所に挿入する挿入動作制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットおよびロボット制御装置に関するものである。

従来、基台と、基台に対して回動自在に連結されたアームと、アームを回動させるモーターとを備えるロボットが知られている。ロボットの最も先端側のアームには、エンドエフェクタとして、例えば、ハンド（マニピュレーター）が装着される。そして、ロボットは、例えば、ハンドで把持物を把持し、その把持物を挿入対象物に設けられた穴に挿入する作業等を行う。

特許文献１に記載されたロボットでは、ハンドにより把持物を把持して挿入対象物に押し当て、その状態で把持物を挿入対象物上を移動させ、挿入対象物に設けられた穴を探索し、把持物の全部または一部をその穴に挿入する。また、前記把持物を移動させて穴を探索する際は、把持物の進行方向の端部を持ち上げ、把持物を挿入対象物に対して予め設定された傾斜角で傾斜させる。これにより、把持物を傾斜させずに移動させる場合に比べて、挿入対象物に対する把持物の接触面積が小さくなり、容易に穴を探索することができる。

特開２０１０−１３７２９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のロボットでは、把持物を挿入対象物に押し当てつつ移動させることで穴を探索し、把持物が穴に引っ掛かることで穴の位置を特定するので、穴の位置を正確に特定することができないという問題がある。すなわち、把持物の軸と穴の軸とを合わせることが困難であり、把持物を確実に穴に挿入することができない。
また、特許文献１に記載のロボットでは、把持物の傾斜角として、常に、予め制御装置内に記憶されている値を用いる。特許文献１に記載の把持物の形状は円柱状であるが、把持物の形状は円柱状だけではなく、円錐台状、円錐状等もあり、常に、予め設定されている傾斜角で把持物を傾斜させると、逆に、挿入対象物に対する把持物の接触面積が大きくなり、穴を探索し難くなる場合がある。すなわち、挿入対象物に対する把持物の接触部位の角度は鋭角のほうが好ましいが、円柱状の把持物に好ましい傾斜角を同様に円錐台の把持物に適用すると、鋭角とならないことがある。
本発明の目的は、確実に把持物の挿入部を挿入対象物の挿入箇所に挿入することができるロボットおよびロボット制御装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
（適用例１）
本発明に係わるロボットは、複数のアームを回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含むロボット本体と、前記ロボット本体の作動を制御するロボット制御装置と、を備え、前記ロボット制御装置は、前記ハンドが把持した前記把持物の挿入部を押し当て面に押し当てつつ前記把持物を前記押し当て面に沿って移動させる第１の走査を、前記挿入部の押し当て方向と、前記把持物を把持する方向に対して垂直な把持軸と、のなす角度θを変更して行い、前記第１の走査の際、前記力覚センサーにより反力の検出を行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記角度θを設定する角度設定部と、前記挿入部の押し当て方向と前記把持軸とのなす角度θを前記角度設定部により設定された値に設定した状態で、前記ハンドが把持した前記把持物の前記挿入部を挿入対象物に押し当てつつ前記把持物を前記挿入対象物に沿って移動させる第２の走査を行い、前記第２の走査の際、前記力覚センサーにより反力の検出を行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記挿入箇所の位置を特定する位置特定部と、前記把持物の前記挿入部を前記挿入箇所に挿入する挿入動作制御部と、を備えることを特徴とする。

これにより、把持物と挿入対象物との接触面積が小さくなるように角度θを設定することができ、把持物の挿入部は挿入箇所の段差を捕らえることができる。これによって、挿入対象物の挿入箇所の位置を特定する際、把持物の挿入部が挿入箇所で受ける反力が効率的に変化して検出能力が向上する。また、力覚センサーの検出結果に基づいて挿入箇所の位置を特定するので、確実に挿入箇所の位置を特定することができ、確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。
さらに、種々の形状の把持物に対して、適正な角度θを設定することができ、これにより、連続して形状が異なる把持物を把持しても、挿入箇所の位置を常に安定して検出することができる。

（適用例２）
本発明に係わるロボットでは、前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力に基づいて前記角度θを設定するよう構成されていることが好ましい。
種々の形状の把持物に対して、適正な角度θを設定することができ、これにより、連続して形状が異なる把持物を把持しても、挿入箇所の位置を常に安定して検出することができる。

（適用例３）
本発明に係わるロボットでは、前記角度設定部は、前記第１の走査中に、前記角度θを徐々に増加または徐々に減少させるよう構成されていることが好ましい。
走査中に、角度θを徐々に増加または徐々に減少させることにより、予め一定の角度を設定してそれぞれ複数回走査するよりも短時間で最適な角度θを決定することができる。

（適用例４）
本発明に係わるロボットでは、前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力が一定のときの前記角度θの値に前記角度θを設定するか、または前記摩擦力が徐々に増加または徐々に減少するときの前記角度θの値の範囲内に前記角度θを設定するよう構成されていることが好ましい。
摩擦力が一定または徐々に増加または徐々に減少するときに角度θを設定すれば、把持物と挿入対象物との接触面積を小さくすることができる。

（適用例５）
本発明に係わるロボットでは、前記角度設定部は、前記角度θを変更して前記第１の走査を複数回行い、前記各回の前記第１の走査中は、それぞれ、前記角度θを一定にするよう構成されていることが好ましい。
複数回の走査によって、検出値のノイズまたは異常値を除外することができる。

（適用例６）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの前記挿入対象物からの反力を求め、前記挿入対象物からの反力に基づいて前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されていることが好ましい。
挿入部の形状および大きさ等に影響されにくい位置特定ができ、これにより、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例７）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が減少したときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されていることが好ましい。
例えば挿入箇所が穴等の場合では、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例８）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が閾値よりも小さいときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されていることが好ましい。
閾値との比較によって、位置の認定を安定して行うことができる。これにより、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例９）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部は、前記第２の走査の位置を変更して前記第２の走査を複数回行って、前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されていることが好ましい。
複数回の走査によって得られた情報を二次元的解析を行うことにより、一層精度の高い位置の特定ができる。これにより、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例１０）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部は、前記第２の走査の位置を変更して前記第２の走査を複数回行って、前記挿入対象物からの反力が最小のときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されていることが好ましい。
複数回の走査によって得られた情報を二次元的解析を行うことにより、一層精度の高い位置の特定ができ、例えば挿入箇所が穴等の場合では、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例１１）
本発明に係わるロボットでは、前記押し当て面は、前記挿入対象物または前記ロボット本体の稼働範囲に設置された構造物に設けられたものであることが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、角度θを設定することができる。
（適用例１２）
本発明に係わるロボットでは、前記位置特定部が特定する前記挿入箇所の位置は、前記挿入対象物の表面に形成された開口の中心であることが好ましい。
これにより、より確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。

（適用例１３）
本発明に係わるロボットでは、前記ロボット制御装置は、前記第２の走査を行う走査領域を前記第２の走査の前に設定する走査領域設定部を有することが好ましい。
これにより、より容易に、角度θを設定することができる。
（適用例１４）
本発明に係わるロボットでは、前記ハンドと、前記把持物と、前記挿入対象物とを含む領域を撮像し、撮像データを得る撮像装置を有し、
前記走査領域設定部は、前記画像データに基づいて前記走査領域を設定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より容易に、角度θを設定することができる。

（適用例１５）
本発明に係わるロボットでは、前記角度θを変更する際は、前記把持物が軸回りに回動して傾倒し、
角度設定部は、前記第１の走査において、前記把持物を前記軸方向に移動させるよう構成されていることが好ましい。
これにより、第２の走査において把持物を前記軸方向に移動させる場合、第１の走査における把持物の移動方向が前記第２の走査のときと同一となり、これによって、適正な角度θを設定することができる。

（適用例１６）
本発明に係わるロボットでは、前記角度θを変更する際は、前記把持物が軸回りに回動して傾倒し、
位置特定部は、前記第２の走査において、前記把持物を前記軸方向に移動させるよう構成されていることが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例１７）
本発明に係わるロボット制御装置は、複数のアームを回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含むロボット本体の作動を制御するロボット制御装置であって、前記ハンドが把持した前記把持物の挿入部を押し当て面に押し当てつつ前記把持物を前記押し当て面に沿って移動させる第１の走査を、前記挿入部の押し当て方向と、前記把持物を把持する方向に対して垂直な把持軸と、のなす角度θを変更して行い、前記第１の走査の際、前記力覚センサーにより、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を検出し、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記角度θを設定する角度設定部と、前記角度θを前記角度設定部により設定された値に設定した状態で、前記ハンドが把持した前記把持物の前記挿入部を挿入対象物に押し当てつつ前記把持物を前記挿入対象物に沿って移動させる第２の走査を行い、前記第２の走査の際、前記力覚センサーにより、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの反力を検出し、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記挿入箇所の位置を特定する位置特定部と、前記把持物の前記挿入部を前記挿入箇所に挿入する挿入動作制御部と、を備えることを特徴とする。

これにより、把持物と挿入対象物との接触面積が小さくなるように角度θを設定することができ、これによって、挿入対象物の挿入箇所の位置を特定する際、把持物の挿入部が挿入箇所にかかる確率が向上し、また、力覚センサーの検出結果に基づいて挿入箇所の位置を特定するので、確実に挿入箇所の位置を特定することができ、確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。
また、種々の形状の把持物に対して、適正な角度θを設定することができ、これにより、確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。

（適用例１８）
本発明に係わるロボット制御装置は、前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力に基づいて前記角度θを設定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、角度θを設定することができる。

（適用例１９）
本発明に係わるロボット制御装置は、前記位置特定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの前記挿入対象物からの反力を求め、前記挿入対象物からの反力に基づいて前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例２０）
本発明に係わるロボット制御装置は、前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が減少したときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、挿入箇所の位置を特定することができる。

（適用例２１）
本発明に係わるロボットは、複数のアームが回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含み、前記把持物を押し当て面へ押し当てる傾斜角度を変えながら移動させ、前記力覚センサーによる摩擦力の検出によって、前記把持物の押し当てられる部分が鋭角となる押し当て角度を探索し、前記傾斜角度を前記押し当て角度に設定して、前記把持物の挿入部を挿入する挿入対象物の挿入箇所の位置を探索し、前記挿入部を前記挿入箇所に挿入することを特徴とする。

これにより、把持物と挿入対象物との接触面積が小さくなるように押し当て角度を設定することができ、把持物の挿入部は挿入箇所の段差を捕らえることができる。これによって、挿入対象物の挿入箇所の位置を特定する際、把持物の挿入部が挿入箇所で受ける反力が効率的に変化して検出能力が向上する。また、力覚センサーの検出結果に基づいて挿入箇所の位置を特定するので、確実に挿入箇所の位置を特定することができ、確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。
さらに、種々の形状の把持物に対して、適正な押し当て角度を設定することができ、これにより、連続して形状が異なる把持物を把持しても、挿入箇所の位置を常に安定して検出することができる。

本発明のロボットの第１実施形態を正面側から見た斜視図である。 図１に示すロボットを背面側から見た斜視図である。 図１に示すロボットの概略図である。 図１に示すロボットの主要部のブロック図である。 図１に示すロボットのロボット制御装置の主要部のブロック図である。 図１に示すロボットのハンドを示す側面図である。 図１に示すロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの動作を説明するための図である。 図１に示すロボットの動作を説明するための図である。 ハンドによる把持物の他の把持の方法を示す図である。 把持物の他の形状を示す図である。

以下、本発明のロボットおよびロボット制御装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のロボットの第１実施形態を正面側から見た斜視図である。図２は、図１に示すロボットを背面側から見た斜視図である。図３は、図１に示すロボットの概略図である。図４は、図１に示すロボットの主要部のブロック図である。図５は、図１に示すロボットのロボット制御装置の主要部のブロック図である。図６は、図１に示すロボットのハンドを示す側面図である。図７〜図１０は、それぞれ、図１に示すロボットの動作を説明するための図である。

なお、以下では、説明の都合上、図１〜図３中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１〜図３中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。また、図１では、リストの先端面の構成を示すため、カバー部材の図示を省略し、図２も図１に合わせた。
図１〜図３に示すロボット（産業用ロボット）１は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができ、ロボット本体１０と、ロボット本体１０の作動を制御するロボットロボット制御装置２０（図４、図５参照）と、撮像装置として第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２とを有している。ロボット本体１０と、ロボット制御装置２０と、第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２とは、それぞれ、電気的に接続されている。また、ロボット制御装置２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）等で構成することができる。なお、ロボット制御装置２０については、後で詳述する。

ロボット本体１０は、基台１１と、４本のアーム（リンク）１２、１３、１４、１５と、リスト（リンク）１６と、６つの駆動源４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６とを備えている。アーム１２、１３、１４、１５、リスト１６により、アーム連結体が構成される。このロボット本体１０は、基台１１と、アーム１２、１３、１４、１５と、リスト１６とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節（６軸）ロボット（ロボット本体）である。垂直多関節ロボットでは、基台１１と、アーム１２〜１５と、リスト１６とを総称して「アーム」と言うこともでき、アーム１２を「第１アーム」、アーム１３を「第２アーム」、アーム１４を「第３アーム」、アーム１５を「第４アーム」、リスト１６を「第５アーム、第６アーム」と分けて言うことができる。なお、リスト１６は、第５アームと、第６アームとを有していてもよい。リスト１６にはエンドエフェクタ等を取り付けることができる。

図３に示すように、アーム１２〜１５、リスト１６は、それぞれ、基台１１に対し独立して変位可能に支持されている。このアーム１２〜１５、リスト１６の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、アーム１２〜１４の長さが、他のアーム１５およびリスト１６よりも長く設定されている。なお、例えば、第３アーム１４の長さを第１アーム１２および第２アーム１３の長さよりも短くしてもよい。

基台１１と第１アーム１２とは、関節（ジョイント）１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回転軸Ｏ１を回転中心とし、その第１回転軸Ｏ１回りに回動自在となっている。第１回転軸Ｏ１は、基台１１の設置面である床１０１の上面の法線と一致している。この第１回転軸Ｏ１回りの回動は、第１駆動源４０１の駆動によりなされる。また、第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０１Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０１を介してロボット制御装置２０により制御される。第１駆動源４０１はモーター４０１Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０１Ｍからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。

第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節（ジョイント）１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回転軸Ｏ２を軸中心として回動自在となっている。第２回転軸Ｏ２は、第１回転軸Ｏ１と直交している。この第２回転軸Ｏ２回りの回動は、第２駆動源４０２の駆動によりなされる。また、第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０２Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０２を介してロボット制御装置２０により制御される。第２駆動源４０２はモーター４０２Ｍの他に設けた減速機（図示せず）によってモーター４０２Ｍからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第２回転軸Ｏ２は、第１回転軸Ｏ１に直交する軸と平行であってもよい。

第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節（ジョイント）１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な回転軸Ｏ３を回転中心とし、その第３回転軸Ｏ３回りに回動可能となっている。第３回転軸Ｏ３は、第２回転軸Ｏ２と平行である。この第３回転軸Ｏ３回りの回動は、第３駆動源４０３の駆動によりなされる。また、第３駆動源４０３は、モーター４０３Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０３Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０３を介してロボット制御装置２０により制御される。第３駆動源４０３はモーター４０３Ｍの他に減速機（図示せず）も設けてモーター４０３Ｍからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。

第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節（ジョイント）１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４（基台１１）に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回転軸Ｏ４を回転中心とし、その第４回転軸Ｏ４回りに回動自在となっている。第４回転軸Ｏ４は、第３回転軸Ｏ３と直交している。この第４回転軸Ｏ４回りの回動は、第４駆動源４０４の駆動によりなされる。また、第４駆動源４０４は、モーター４０４Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０４Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０４を介してロボット制御装置２０により制御される。第４駆動源４０４はモーター４０４Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０４Ｍからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第４回転軸Ｏ４は、第３回転軸Ｏ３に直交する軸と平行であってもよい。

第４アーム１５とリスト１６とは、関節（ジョイント）１７５を介して連結されている。そして、リスト１６は、第４アーム１５に対して水平方向（ｙ軸方向）と平行な第５回転軸Ｏ５を回転中心とし、その第５回転軸Ｏ５回りに回動自在となっている。第５回転軸Ｏ５は、第４回転軸Ｏ４と直交している。この第５回転軸Ｏ５回りの回動は、第５駆動源４０５の駆動によりなされる。また、第５駆動源４０５は、モーター４０５Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０５Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０５を介してロボット制御装置２０により制御される。第５駆動源４０５はモーター４０５Ｍとともに設けた減速機（図示せず）によってモーター４０５Ｍからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、リスト１６は、関節（ジョイント）１７６を介して、第５回転軸Ｏ５と垂直な第６回転軸Ｏ６を回転中心とし、その第６回転軸Ｏ６回りにも回動自在となっている。回転軸Ｏ６は、回転軸Ｏ５と直交している。この第６回転軸Ｏ６回りの回動は、第６駆動源４０６駆動によりなされる。また、第６駆動源４０６の駆動は、モーター４０６Ｍとケーブル（図示せず）によって駆動され、このモーター４０６Ｍは電気的に接続されたモータードライバー３０６を介してロボット制御装置２０により制御される。第６駆動源４０６はモーター４０６Ｍの他に減速機（図示せず）も設けてモーター４０６Ｍからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第５回転軸Ｏ５は、第４回転軸Ｏ４に直交する軸と平行であってもよく、また、第６回転軸Ｏ６は、第５回転軸Ｏ５に直交する軸と平行であってもよい。

駆動源４０１〜４０６には、それぞれのモーターまたは減速機に、第１角度センサー４１１、第２角度センサー４１２、第３角度センサー４１３、第４角度センサー４１４、第５角度センサー４１５、第６角度センサー４１６が設けられている。これらの角度センサーとして、エンコーダ、ロータリーエンコーダ等が用いることができる。これらの角度センサー４１１〜４１６により、それぞれ、駆動源４０１〜４０６のモーターあるいは減速機の回転軸の回転角度を検出する。この駆動源４０１〜４０６のモーターとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ＡＣサーボモーター、ＤＣサーボモーター等のサーボモーターを用いるのが好ましい。また、前記各ケーブルは、それぞれ、ロボット本体１０を挿通していてもよい。
ロボット本体１０は、ロボット制御装置２０と電気的に接続されている。すなわち、駆動源４０１〜４０６、角度センサー４１１〜４１６は、それぞれ、ロボット制御装置２０と電気的に接続されている。

そして、ロボット制御装置２０は、アーム１２〜１５、リスト１６をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー３０１〜３０６を介して、駆動源４０１〜４０６をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、ロボット制御装置２０は、角度センサー４１１〜４１６により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源４０１〜４０６の駆動、例えば、角加速度、角速度、回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、ロボット制御装置２０に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。

図１、図２に示すように、基台１１は、ロボット１が垂直多関節ロボットの場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、設置スペースの床１０１に固定される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、図１、図２に示す本実施形態では、複数本のボルト１１１による固定方法を用いている。なお、基台１１の設置スペースでの固定箇所としては、床の他に、設置スペースの壁や天井とすることもできる。

基台１１は、中空の基台本体（ハウジング）１１２を有している。基台本体１１２は、円筒状をなす円筒状部１１３と、当該円筒状部１１３の外周部に一体的に形成された、箱状をなす箱状部１１４とに分けることができる。そして、このような基台本体１１２には、例えば、モーター４０１Ｍやモータードライバー３０１〜３０６が収納されている。
アーム１２〜１５は、それぞれ、中空のアーム本体２と、駆動機構３と、封止手段４とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第１アーム１２が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「アーム本体２ａ」、「駆動機構３ａ」、「封止手段４ａ」と言い、第２アーム１３が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「アーム本体２ｂ」、「駆動機構３ｂ」、「封止手段４ｂ」と言い、第３アーム１４が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「アーム本体２ｃ」、「駆動機構３ｃ」、「封止手段４ｃ」と言い、第４アーム１５が有するアーム本体２、駆動機構３、封止手段４をそれぞれ「アーム本体２ｄ」、「駆動機構３ｄ」、「封止手段４ｄ」と言うことがある。

また、関節１７１〜１７６は、それぞれ、回動支持機構（図示せず）を有している。この回動支持機構は、互いに連結された２本のアームのうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された基台１１と第１アーム１２のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された第４アーム１５と第５リスト１６のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構である。互いに連結された第４アーム１５とリスト１６とを一例とした場合、回動支持機構は、リスト１６を第４アーム１５に対し回動させることができる。また、各回動支持機構は、それぞれ、対応するモーターの回転速度を所定の減速比で減速して、その駆動力を対応するアーム、リスト１６のリスト本体１６１、支持リング１６２に伝達する減速機（図示せず）を有している。

第１アーム１２は、基台１１の上端部（先端部）に水平方向に対し傾斜した姿勢で連結されている。この第１アーム１２では、駆動機構３ａがモーター４０２Ｍを有しており、アーム本体２ａ内に収納している。また、アーム本体２ａ内は、封止手段４ａにより気密封止されている。
第２アーム１３は、第１アーム１２の先端部に連結されている。この第２アーム１３では、駆動機構３ｂがモーター４０３Ｍを有しており、アーム本体２ｂ内に収納している。また、アーム本体２ａ内は、封止手段４ｂにより気密封止されている。

第３アーム１４は、第２アーム１３の先端部に連結されている。この第３アーム１４では、駆動機構３ｃがモーター４０４Ｍを有しており、アーム本体２ｃ内に収納している。また、アーム本体２ｃ内は、封止手段４ｃにより気密封止されている。
第４アーム１５は、第３アーム１４の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。このアーム１５では、駆動機構３ｄがモーター４０５Ｍ、４０６Ｍを有しており、アーム本体２ｄ内に収納している。また、アーム本体２ｄ内は、封止手段４ｄにより気密封止されている。

第４アーム１５の先端部（基台１１と反対側の端部）には、リスト１６が連結されている。このリスト１６には、その先端部（第４アーム１５と反対側の端部）に、エンドエフェクタとして、本実施形態では、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するハンド（マニピュレーター）９（図６参照）が着脱自在に装着される。ハンド９としては、特に限定されないが、本実施形態では、ハンド９は、２本の指部（フィンガー）１７、１８と、指部（フィンガー）１７、１８を駆動する２つの駆動源（図示せず）とを有している。各駆動源の作動は、ロボット制御装置２０により制御される。

このハンド９は、把持物（ワーク）４１を把持する方向（図６中の矢印Ａの方向）に対して垂直な把持軸９１を有している。そして、このロボット１は、ロボット制御装置２０により、ロボット本体１０（アーム１２〜１５、リスト１６等）、第１電子カメラ７１、第２電子カメラ７２の作動を制御することにより、ハンド９で把持物４１（図８参照）を把持し、把持物４１を搬送し、その把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５１（図８参照）に設けられた挿入箇所である穴５２に挿入する動作を行う。なお、ハンド９の指部の本数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。

なお、把持物４１の形状、挿入対象物５１の穴５２の形状は、それぞれ、特に限定されないが、本実施形態では、代表的に、把持物４１、挿入対象物５１の穴５２の形状をそれぞれ円筒状とした場合を図示して説明する。
また、挿入対象物５１に形成された穴５２には、貫通穴と、貫通していない穴、すなわち、有底の穴（凹部）とが含まれるが、本実施形態では、代表的に、有底の穴を図示して説明を行う。また、把持物４１は、その穴５２に挿入部４１２のみが挿入されてもよく、また、把持物４１全体が挿入されてもよい。また、穴が貫通穴の場合は、把持物４１は、その貫通穴を通過してしまってもよい。また、挿入対象物５１に設けられた挿入箇所は、穴に限定されるものでもない。

リスト１６は、円筒状をなすリスト本体（第６アーム）１６１と、リスト本体１６１と別体で構成され、当該リスト本体１６１の基端部に設けられ、リング状をなす支持リング（第５アーム）１６２とを有している。
リスト本体１６１の先端面１６３は、平坦な面となっており、その先端面１６３および後述するカバー部材１９（図６参照）は、ハンド９等が装着される装着部となる。また、リスト本体１６１は、関節１７６を介して、第４アーム１５の駆動機構３ｄに連結されており、当該駆動機構３ｄのモーター４０６Ｍの駆動により、回転軸Ｏ６回りに回動する。

支持リング１６２は、関節１７５を介して、第４アーム１５の駆動機構３ｄに連結されており、当該駆動機構３ｄのモーター４０５Ｍの駆動により、リスト本体１６１ごと回転軸Ｏ５回りに回動する。
また、図６に示すように、ロボット１のロボット本体１０は、リスト１６の先端部に設けられた力覚センサー８１を有している。なお、力覚センサー８１は、前記の位置に限らず、例えば、ハンド９の基端部等に設けられていてもよい。

力覚センサー８１は、ハンド９が把持した把持物４１を介して受ける反力等の力やモーメントを検出するものである。この力覚センサー８１としては、特に限定されず、各種のものを用いることができるが、その１例としては、例えば、互いに直交する３軸の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する６軸力センサー等が挙げられる。なお、以下では、力とモーメントとを含めて力と言う。

力覚センサー８１の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、力覚センサー８１は、平面視で、すなわち図６中の左側から見て、円形をなしている。
この力覚センサー８１の検出結果、すなわち、力覚センサー８１から出力される信号は、ロボット制御装置２０に入力され、ロボット制御装置２０は、力覚センサー８１の検出結果に基づいて所定の制御を行う。
また、リスト１６の先端部には、円筒状をなすカバー部材１９が形成されている。リスト１６の先端部にハンド９が装着されると、カバー部材１９と、リスト１６と、ハンド９とで、収納空間が形成される。この収納空間には、力覚センサー８１が収納されている。

第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２は、それぞれ、撮像素子を有し、ロボット１のロボット本体１０が作業する領域、すなわち、可動範囲を撮像することができるようになっている。第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２により撮像し、得られた撮像データは、それぞれ、ロボット制御装置２０に入力され、ロボット制御装置２０は、前記画像データに基づいて、各部の位置を求める等の所定の処理を行う。

また、第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２は、それぞれ、ロボット本体１０から所定距離離間した位置に設置されている。これにより、ロボット本体１０が作動しても第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２は、常に、一定の位置にあり、容易に、各部の位置を求めることができる。
次に、図１、図２、図４、図５を参照し、ロボット制御装置２０の構成について説明する。

ロボット制御装置２０は、ロボット本体１０全体、すなわち、第１駆動源４０１、第２駆動源４０２、第３駆動源４０３、第４駆動源４０４、第５駆動源４０５、第６駆動源４０６、リスト１６に装着されたハンド９の駆動源、第１電子カメラ７１、第２電子カメラ７２等の作動をそれぞれ制御する装置である。
図１、図２、図４に示すように、ロボット制御装置２０は、第１駆動源４０１の作動を制御する第１駆動源制御部２０１と、第２駆動源４０２の作動を制御する第２駆動源制御部２０２と、第３駆動源４０３の作動を制御する第３駆動源制御部２０３と、第４駆動源４０４の作動を制御する第４駆動源制御部２０４と、第５駆動源４０５の作動を制御する第５駆動源制御部２０５と、第６駆動源４０６の作動を制御する第６駆動源制御部２０６とを有している。

ここで、ロボット制御装置２０は、ロボット１が行う処理の内容に基づいてリスト１６の先端部の目標位置、すなわち、リスト１６に装着されたハンド９の目標位置を求め、その目標位置にハンド９を移動させるための軌道を生成する。そして、ロボット制御装置２０は、その生成した軌道に沿ってハンド９（リスト１６）が移動するように、各駆動源４０１〜４０６の回転角度を所定の制御周期ごとに測定し、この測定結果に基づいて演算した値をそれぞれ各駆動源４０１〜４０６の位置指令Ｐｃとして駆動源制御部２０１〜２０６に出力する。なお、前記および以下では、「値が入力、出力」等と表記しているが、これは、「その値に対応する信号が入力、出力」の意味である。

第１駆動源制御部２０１には、第１駆動源４０１の位置指令Ｐｃの他、第１角度センサー４１１から検出信号が入力される。第１駆動源制御部２０１は、第１角度センサー４１１の検出信号から算出される第１駆動源４０１の回転角度（位置フィードバック値Ｐｆｂ）が位置指令Ｐｃになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωｆｂが後述する角速度指令ωｃになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第１駆動源４０１を駆動する。

すなわち、第１駆動源制御部２０１の第１減算器（図示せず）には、位置指令Ｐｃが入力され、また、後述する位置フィードバック値Ｐｆｂが入力される。第１駆動源制御部２０１では、第１角度センサー４１１から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第１駆動源４０１の回転角度が位置フィードバック値Ｐｆｂとして第１減算器に出力される。第１減算器は、これら位置指令Ｐｃと位置フィードバック値Ｐｆｂとの偏差（第１駆動源４０１の回転角度の目標値から位置フィードバック値Ｐｆｂを減算した値）を出力する。

また、第１駆動源制御部２０１は、第１減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第１駆動源４０１の角速度の目標値を演算する。そして、その第１駆動源４０１の角速度の目標値（指令値）を示す信号を角速度指令（第１角速度指令）ωｃとして第２減算器（図示せず）に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御（Ｐ制御）がなされるが、これに限定されるものではない。

また、第１駆動源制御部２０１は、第１角度センサー４１１から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第１駆動源４０１の角速度が算出され、その角速度が角速度フィードバック値ωｆｂとして第２減算器に出力される。
第２減算器には、角速度指令ωｃが入力され、また、角速度フィードバック値ωｆｂが入力される。第２減算器は、これら角速度指令ωｃと角速度フィードバック値ωｆｂとの偏差（第１駆動源４０１の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωｆｂを減算した値）を出力する。

また、第１駆動源制御部２０１は、第２減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第１駆動源４０１の角加速度（トルク）の目標値を演算する。そして第１駆動源制御部２０１は、その第１駆動源４０１の角加速度の目標値（指令値）を示す信号を角加速度指令（トルク指令）として生成する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、ＰＩ制御がなされるが、これに限定されるものではない。

第１駆動源制御部２０１は、その角加速度指令に基づいて、第１駆動源４０１の駆動信号（駆動電流）を生成し、モータードライバー３０１を介してモーター４０１Ｍに供給する。
このようにして、第１駆動源４０１の角加速度、すなわち、トルクがその目標値と可及的に等しくなり、かつ、位置フィードバック値Ｐｆｂが位置指令Ｐｃと可及的に等しくなるとともに、角速度フィードバック値ωｆｂが角速度指令ωｃと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第１駆動源４０１の駆動電流が制御される。

なお、第２駆動源制御部２０２〜第６駆動源制御部２０６については、それぞれ、前記第１駆動源制御部２０１と同様であるので、その説明は省略する。
また、図５に示すように、ロボット制御装置２０は、角度設定部２１と、位置特定部２２と、挿入動作制御部２３とを有している。ロボット制御装置２０は、第１電子カメラ７１、第２電子カメラ７２により撮像して得られた画像データ、力覚センサー８１の検出結果等に基づいて、ロボット１（ロボット本体１０）の作動を制御する。
前述したように、ロボット１は、ロボット制御装置２０により、ロボット本体１０（アーム１２〜１５、リスト１６等）、第１電子カメラ７１、第２電子カメラ７２の作動を制御することにより、ハンド９で把持物４１を把持し、把持物４１を搬送し、その把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５１に形成された穴５２に挿入する動作を行う。

ロボット１が把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５１の穴５２に挿入する際は、ロボット制御装置２０は、後述する第１の操作に先立って、まず、第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２により、ハンド９と、把持物４１と、挿入対象物５１とを含む領域を撮像し、その挿入対象物５１の表面の押し当て面の領域を第１走査領域として設定する。または、例えば、ＣＡＤデータ等の予め作成された画像データに基づいて、この第１走査領域を設定してもよい。また、前記第１走査領域として設定する押し当て面は、挿入対象物５１の表面に限らず、例えば、ロボット本体１０の稼働範囲に設置された構造物に設けられたもの、例えば、作業台の表面等であってもよい。

図７に示すように、ロボット制御装置２０の角度設定部２１は、ハンド９により把持物４１を把持し、その記把持物４１の挿入部４１２を前記押し当て面に押し当てつつ把持物４１を押し当て面に沿って移動させる第１の走査を行う。挿入部４１２を押し当てる方向、すなわち、挿入部４１２の押圧方向は、鉛直方向であることが好ましい。また、第１の走査は、挿入部４１２の押し当て方向と把持軸９１とのなす角度θを変更して行なう。この角度θの変更は、把持物４１の姿勢を変更することで行う。そして、第１の走査の際、力覚センサー８１によりハンド９が把持した把持物４１を介して受ける反力の検出を行い、力覚センサー８１の検出結果に基づいて後述する第１の操作の際の角度θを設定する。

なお、角度θを変更することで、把持物４１の複数の姿勢のうちには、必ず、把持物４１の中心軸４１１が押し当て面に対して所定角度傾斜した状態が含まれることとなり、その傾斜角度も複数となる。把持物４１の中心軸４１１が押し当て面に対して傾斜している場合は、傾斜していない場合と比べて、把持物４１の挿入部４１２と押し当て面との接触面積が小さくなり、後述する第２走査を行って挿入対象物５１の穴５２の位置を特定する際、把持物４１の挿入部４１２が穴５２を通過する確率が向上する。なお、挿入部４１２と押し当て面との接触面積が小さいほど、挿入部４１２と押し当て面との間の摩察力が小さい。

また、第１の走査において、把持物４１を移動させる方向は、特に限定されないが、以下のようにすることが好ましい。
まず、第１の走査において、角度θを変更する際は、把持物４１が所定の軸回りに回動して傾倒する。第１の走査では、把持物４１は、その軸方向（図７中の紙面に対して垂直な方向）に移動させることが好ましい。後述する第２の走査では、後述するように、把持物４１を前記軸方向に移動させることが好ましいが、第２の走査において把持物４１を前記軸方向に移動させる場合、第１の走査における把持物４１の移動方向が前記第２の走査のときと同一となり、これによって、より適正な角度θを設定することができる。すなわち、第１の走査において、把持物４１の姿勢に対してその把持物４１を移動させる方向は、第２の走査において、把持物４１の姿勢に対してその把持物４１を移動させる方向と同一であることが好ましい。

ここで、角度設定部２１は、力覚センサー８１の検出結果に基づいて、挿入部４１２と押し当て面との間の摩察力を求め、その摩擦力に基づいて角度θを設定する。
この角度θの設定においては、第１の走査中に角度θを徐々に増加または徐々に減少させる第１の方法と、角度θを変更して第１の走査を複数回行い、各回の第１の走査中は、それぞれ、角度θを一定にする第２の方法とがあり、そのうちのいずれか一方で行う。

第１の方法では、角度設定部２１は、第１の走査中に角度θを徐々に増加または徐々に減少させ、力覚センサー８１の検出結果に基づいて、挿入部４１２と押し当て面との間の摩察力を求め、その摩擦力が一定のときの角度θの値に角度θを設定する。または、角度設定部２１は、前記摩擦力が徐々に増加または徐々に減少するときの角度θの値の範囲内に角度θを設定する。

すなわち、角度θを徐々に増加または徐々に減少させたとき、摩擦力が徐々に増加または徐々に減少する場合には、その摩擦力が徐々に増加または徐々に減少するときの角度θの値の範囲内に角度θを設定する。この場合、例えば、角度θは、摩擦力が最小のときの値に設定することが好ましい。この摩擦力が最小のときの角度θは、把持物４１の挿入部４１２と押し当て面との接触面積が最小のときの角度θであり、前記接触面積を小さくすることにより、後述する第２走査を行って挿入対象物５１の穴５２の位置を特定する際、把持物４１の挿入部４１２が穴５２にかかる確率が向上する。

また、角度θを徐々に増加または徐々に減少させたとき、摩擦力が変化しない場合には、その摩擦力が一定のときのいずれかの角度θの値に角度θを設定する。その理由は、例えば、把持物４１の挿入部４１２の押し当て面と接触する部位が丸みを帯びている場合は、角度θを変更しても摩擦力が変化しない場合があるので、このような場合は、摩擦力が一定のときのいずれかの角度θの値に角度θを設定する。

ここで、角度θを変更する範囲は、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、その角度θを変更する範囲の下限値は、０°以上、４５°未満であることが好ましく、１０°以上、３０°以下であることがより好ましい。また、角度θを変更する範囲の上限値は、４５°以上、９０°未満であることが好ましく、６０°以上、８０°以下であることがより好ましい。

また、第２の方法では、角度設定部２１は、角度θを変更して第１の走査を複数回行う。各回の第１の走査中は、それぞれ、角度θを一定にする。そして、各第１の走査の際、それぞれ、力覚センサー８１の検出結果に基づいて、挿入部４１２と押し当て面との間の摩察力を求める。各第１の走査における摩擦力は、例えば、平均値とする。なお、平均値以外でもよいことは、言うまでもない。

そして、前記複数回の第１の走査のうち、摩擦力が最大のときの角度θを除き、他の角度θのいずれかの値に角度θを設定する。または、例えば、補間処理等を行って、実際には第１の走査を行っていない角度θの値に角度θを設定してもよい。
なお、前記第１の方法と同様に、角度θは、摩擦力が最小のときの値に設定することが好ましく、また、角度θを変更する範囲の上限値および下限値の好適範囲は、それぞれ、前記第１の方法で述べた値と同様である。

次に、ロボット制御装置２０は、後述する第２の操作に先立って、第１電子カメラ７１および第２電子カメラ７２により、ハンド９と、把持物４１と、挿入対象物５１とを含む領域を撮像し、ハンド９と、挿入対象物５１の穴５２とのおおよその位置関係を把握し、その穴５２の近傍の領域を穴５２の探索領域である第２走査領域（走査領域）として設定する。または、例えば、ＣＡＤデータ等の予め作成された画像データに基づいて、この第２走査領域を設定してもよい。

図８に示すように、ロボット制御装置２０の位置特定部２２は、ハンド９により把持物４１を把持し、挿入部４１２の押し当て方向と把持軸９１とのなす角度θを前記角度設定部２１により設定された値に設定する。そして、この状態で、ハンド９が把持した把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５２の表面に押し当てつつ把持物４１を挿入対象物５２の表面に沿って移動させる第２の走査を行う。挿入部４１２を押し当てる方向、すなわち、挿入部４１２の押圧方向は、鉛直方向であることが好ましい。そして、第２の走査の際、力覚センサー８１により前記反力の検出を行い、力覚センサー８１の検出結果に基づいて穴５２の位置を特定する。この位置特定部２２が特定する穴５２の位置は、その穴５２により挿入対象物５２の表面に形成された開口５３の中心である。これにより、容易かつ確実に、把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５１の穴５２に挿入することができる。

また、第２の走査において、把持物４１の移動を移動させる方向は、特に限定されないが、以下のようにすることが好ましい。
まず、前述したように、第１の走査において、角度θを変更する際は、把持物４１が所定の軸回りに回動して傾倒する。第２の走査では、把持物４１は、その軸方向（図８中の紙面に対して垂直な方向）に移動させることが好ましい。これにより、第２の走査において、把持物４１の挿入部４１２が穴５２にかかったとき、その穴５２の外周部により挿入部４１２が振られてしまうことを防止することができ、予定のラインに沿って挿入部４１２を移動させることができる。

ここで、位置特定部２２は、力覚センサー８１の検出結果に基づいて、挿入部４１２を挿入対象物５１に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力を求め、その挿入対象物５１からの反力に基づいて穴５２の位置を特定する。
この穴５２の位置の特定においては、挿入対象物５１からの反力が減少したときの位置を穴５２の位置と認定する。なお、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力は、挿入対象物５１の穴５２の位置では、穴５２のない位置に比べて小さくなる。また、前記反力は、挿入部４１２の位置が穴５２の中心軸に近いほど、すなわち、穴５２により挿入対象物５２の表面に形成された開口５３の中心に近いほど小さくなる。位置特定部２２は、この関係を用いて、穴５２の位置、すなわち、穴５２により挿入対象物５２の表面に形成された開口５３の中心の位置を特定する。以下、１例を挙げ、具体的に説明する。

まず、簡単に説明すると、位置特定部２２は、第２の走査を位置を変更して複数回行って、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力が最小のときの位置を穴５２の位置、すなわち、穴５２により挿入対象物５２の表面に形成された開口５３の中心の位置と認定する。
以下では、１例として、第２の走査を位置を変更して５回行った場合について説明する。なお、第２の走査の回数は、５回に限定されず、２〜４回、または６回以上でもよく、通常は、多数回行うことが好ましい。第２の走査を多数回行うことで、精度を向上させることができる。

図９（ａ）に示すように、第２の走査を位置を変更して５回行う。図９（ａ）には、挿入対象物５２上の異なる５本のラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５に沿って、それぞれ、第２の走査を行った場合が示されている。また、穴５２により挿入対象物５２の表面に形成された開口５３の中心の位置を特定する原理を説明し易くするため、図９（ａ）には、互いに直交するｘ軸およびｙ軸を想定し、各ラインＬ１〜Ｌ５は、それぞれ、ｘ軸に平行で、等間隔に配置されていることとする。そして、ラインＬ１は、穴５２の一方の端部において、ぎりぎり穴５２にかからない位置を通り、ラインＬ５は、穴５２の他方の端部において、ぎりぎり穴５２にかからない位置を通るようになっている。また、ラインＬ３は、穴５２の開口５３の中心を通り、ラインＬ２は、穴５２の前記一方の端部と穴５２の開口５３の中心との間を通り、ラインＬ４は、穴５２の前記他方の端部と穴５２の開口５３の中心との間を通ようになっている。

前記各回の第２の走査の際、それぞれ、力覚センサー８１の検出結果に基づいて、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力を求める。この反力は、連続的に求めてもよく、また、間欠的に求めてもよい。なお、本実施形態では、連続的に求めた場合を示す。
図９（ｂ）に示すように、ラインＬ１、Ｌ５では、それぞれ、反力は、一定の高い値を示す。また、ラインＬ２、Ｌ４では、それぞれ、反力は、穴５２の位置で少し低下する。また、ラインＬ３では、反力は、穴５２の位置で大きく低下する。

上記のデータから、穴５２の開口５３の中心のｙ軸方向の位置、すなわちｙ座標は、ラインＬ３のｙ座標であることが判る。このため、位置特定部２２は、前記のように穴５２の開口５３の中心のｙ軸方向の位置を特定する。なお、ラインＬ３が穴５２の開口５３の中心を通らない場合は、例えば、補間処理等を行って、穴５２の開口５３の中心のｙ軸方向の位置を特定する。
また、穴５２の開口５３の中心のｘ軸方向の位置、すなわちｘ座標は、ラインＬ２、Ｌ３、Ｌ４において、それぞれ、反力が最小となるときのｘ座標であることが判る。このため、位置特定部２２は、前記のように穴５２の開口５３の中心のｘ軸方向の位置を特定する。このようにして、穴５２の開口５３の中心の位置が求められる。

次に、図１０に示すように、ロボット制御装置２０の挿入動作制御部２３は、前記穴５２の位置の情報に基づいて、前記特定された穴５２の位置に、把持物４１を移動させ、把持物４１の中心軸４１１を穴５２の開口５３の中心、すなわち穴５２の中心軸に一致させ、把持物４１の挿入部４１２を穴５２に挿入する。この際は、穴５２の開口５３の中心の位置が判っているので、把持物４１を傾斜させる必要はない。

以上説明したように、このロボット１によれば、把持物４１と挿入対象物５１との接触面積が小さくなるように角度θを設定することができ、これによって、第２走査の際、把持物４１の挿入部４１２が穴５２にかかる確率が向上し、また、力覚センサー８１の検出結果に基づいて穴５２の位置を特定するので、確実に穴５２の開口５３の中心の位置を特定することができ、確実に、把持物４１の挿入部４１２を穴５２に挿入することができる。そして、穴５２が非常に小さい場合、例えば、穴５２の直径に対して、挿入部４１２の直径が僅かに小さいような場合であっても、確実に、挿入部４１２を穴５２に挿入することができる。

また、種々の形状の把持物に対して、適正な角度θを設定することができ、これにより、確実に、把持物の挿入部を挿入箇所に挿入することができる。
なお、本実施形態では、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力に基づいて穴５２の位置を特定するように構成されているが、本発明では、これに限らず、挿入対象物５１からの他の方向の反力に基づいて穴５２の位置を特定するように構成してもよい。

ここで、図１１には、ハンドによる把持物の他の把持の方法を示し、図１２には、把持物の他の形状を示す。
図１１に示すように、ハンド９により、把持物４１を傾斜させた状態で把持してもよい。この場合は、図１１（ａ）、図１１（ｃ）に示す状態のとき、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力が小さくなり、図１１（ｂ）に示す状態のとき、その反力が大きくなる。
図１２に示すように、把持物４１は、その端部が尖っていてもよい。この場合は、図１２（ａ）、図１２（ｃ）に示す状態のとき、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力が大きくなり、図１２（ｂ）に示す状態のとき、その反力が小さくなる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のロボット１では、ロボット制御装置２０の位置特定部２２は、第２の走査において、挿入部４１２を挿入対象物５２に押し当てたときの挿入対象物５１からの反力が予め設定された閾値よりも小さときの位置を穴５２の位置と認定する。

そして、挿入動作制御部２３は、第２の走査中に、反力が閾値よりも小さくなり、穴５２の位置が特定された場合、その位置で、把持物４１の移動を止める（停止させる）。そして、把持物４１の傾斜を直し、把持物４１の中心軸４１１を鉛直方向に向け、把持物４１の挿入部４１２を挿入対象物５１の穴５２に挿入する。なお、第２の走査は、反力が閾値よりも小さくなるまで、何回でも行われる。
このロボット１によれば、前述した第１実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明のロボットおよびロボット制御装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、各駆動源のモーターとしては、それぞれ、前記サーボモーターの他、例えば、ステッピングモーター等が挙げられる。また、モーターとしてステッピングモーターを用いる場合は、角度センサーとして、例えば、ステッピングモーターへ入力する駆動パルスの数を計測することで、モーターの回転角度を検出するものを用いてもよい。
また、各角度センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。

また、前記実施形態では、ロボットの回転軸の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回転軸の数は、例えば、３つ、４つ、５つまたは７つ以上でもよい。すなわち、本実施形態では、リストが２本のアームを有しているので、ロボットのアームの本数は、６本であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットのアームの本数は、例えば、３本、４本、５本または７本以上でもよい。

また、前記実施形態では、ロボットは、複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなるアーム連結体を１つ有する単腕ロボットであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、複数のアームの隣り合う前記アーム同士を回動自在に連結してなるアーム連結体を２つ有する双腕ロボット等、複数のアーム連結体を有するロボットであってもよい。

また、本発明のロボットは、例えば、スカラーロボット等であってもよい。
また、前記実施形態では、撮像装置の数は、２つであるが、本発明では、これに限定されず、撮像装置の数は、１つでもよく、また、３つ以上でもよい。但し、撮像装置の数は、複数であることが好ましい。
また、前記実施形態では、撮像装置は、ロボット本体から離間した位置に設置されているが、本発明では、これに限定されず、撮像装置は、例えば、ロボット本体に設置されていてもよい。
また、前記実施形態では、撮像装置は、固定されているが、本発明では、これに限定されず、撮像装置は、例えば、移動可能に設置されていてもよい。

１……ロボット（産業用ロボット） １０……ロボット本体 １０１……床 １１……基台 １１１……複数本のボルト １１２……基台本体 １１３……円筒状部 １１４……箱状部 １２、１３、１４、１５……アーム（リンク） １６……リスト（リンク） １６１……リスト本体 １６２……支持リング １６３……先端面 １７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６……関節（ジョイント） １７、１８……指部 １９……カバー部材 ２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ……アーム本体 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ……駆動機構 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ……封止手段 ２０……ロボット制御装置 ２１……角度設定部 ２２……位置特定部 ２３……挿入動作制御部 ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６……駆動源制御部 ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６……モータードライバー ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６……駆動源 ４０１Ｍ、４０２Ｍ、４０３Ｍ、４０４Ｍ、４０５Ｍ、４０６Ｍ……モーター ４１１、４１２、４１３、４１４、４１５、４１６……角度センサー ４１……把持物 ４１１……中心軸 ４１２……挿入部 ５１……挿入対象物 ５２……穴 ５３……開口 ７１、７２……電子カメラ ８１……力覚センサー ９……ハンド ９１……把持軸 Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６……回転軸 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５……ライン

Claims (21)

1. 複数のアームを回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含むロボット本体と、
   前記ロボット本体の作動を制御するロボット制御装置と、を備え、
   前記ロボット制御装置は、前記ハンドが把持した前記把持物の挿入部を押し当て面に押し当てつつ前記把持物を前記押し当て面に沿って移動させる第１の走査を、前記挿入部の押し当て方向と、前記把持物を把持する方向に対して垂直な把持軸と、のなす角度θを変更して行い、前記第１の走査の際、前記力覚センサーにより反力の検出を行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記角度θを設定する角度設定部と、
   前記挿入部の押し当て方向と前記把持軸とのなす角度θを前記角度設定部により設定された値に設定した状態で、前記ハンドが把持した前記把持物の前記挿入部を挿入対象物に押し当てつつ前記把持物を前記挿入対象物に沿って移動させる第２の走査を行い、前記第２の走査の際、前記力覚センサーにより反力の検出を行い、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記挿入箇所の位置を特定する位置特定部と、
   前記把持物の前記挿入部を前記挿入箇所に挿入する挿入動作制御部と、を備えることを特徴とするロボット。
2. 前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力に基づいて前記角度θを設定するよう構成されている請求項１に記載のロボット。
3. 前記角度設定部は、前記第１の走査中に、前記角度θを徐々に増加または徐々に減少させるよう構成されている請求項１または２に記載のロボット。
4. 前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力が一定のときの前記角度θの値に前記角度θを設定するか、または前記摩擦力が徐々に増加または徐々に減少するときの前記角度θの値の範囲内に前記角度θを設定するよう構成されている請求項３に記載のロボット。
5. 前記角度設定部は、前記角度θを変更して前記第１の走査を複数回行い、前記各回の前記第１の走査中は、それぞれ、前記角度θを一定にするよう構成されている請求項１に記載のロボット。
6. 前記位置特定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの前記挿入対象物からの反力を求め、前記挿入対象物からの反力に基づいて前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のロボット。
7. 前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が減少したときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されている請求項６に記載のロボット。
8. 前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が閾値よりも小さいときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されている請求項６に記載のロボット。
9. 前記位置特定部は、前記第２の走査の位置を変更して前記第２の走査を複数回行って、前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のロボット。
10. 前記位置特定部は、前記第２の走査の位置を変更して前記第２の走査を複数回行って、前記挿入対象物からの反力が最小のときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されている請求項６に記載のロボット。
11. 前記押し当て面は、前記挿入対象物または前記ロボット本体の稼働範囲に設置された構造物に設けられたものである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のロボット。
12. 前記位置特定部が特定する前記挿入箇所の位置は、前記挿入対象物の表面に形成された開口の中心である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のロボット。
13. 前記ロボット制御装置は、前記第２の走査を行う走査領域を前記第２の走査の前に設定する走査領域設定部を有する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のロボット。
14. 前記ハンドと、前記把持物と、前記挿入対象物とを含む領域を撮像し、撮像データを得る撮像装置を有し、
    前記走査領域設定部は、前記画像データに基づいて前記走査領域を設定するよう構成されている請求項１３に記載のロボット。
15. 前記角度θを変更する際は、前記把持物が軸回りに回動して傾倒し、
    角度設定部は、前記第１の走査において、前記把持物を前記軸方向に移動させるよう構成されている請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のロボット。
16. 前記角度θを変更する際は、前記把持物が軸回りに回動して傾倒し、
    位置特定部は、前記第２の走査において、前記把持物を前記軸方向に移動させるよう構成されている請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のロボット。
17. 複数のアームを回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含むロボット本体の作動を制御するロボット制御装置であって、
    前記ハンドが把持した前記把持物の挿入部を押し当て面に押し当てつつ前記把持物を前記押し当て面に沿って移動させる第１の走査を、前記挿入部の押し当て方向と、前記把持物を把持する方向に対して垂直な把持軸と、のなす角度θを変更して行い、前記第１の走査の際、前記力覚センサーにより、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を検出し、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記角度θを設定する角度設定部と、
    前記角度θを前記角度設定部により設定された値に設定した状態で、前記ハンドが把持した前記把持物の前記挿入部を挿入対象物に押し当てつつ前記把持物を前記挿入対象物に沿って移動させる第２の走査を行い、前記第２の走査の際、前記力覚センサーにより、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの反力を検出し、前記力覚センサーの検出結果に基づいて前記挿入箇所の位置を特定する位置特定部と、
    前記把持物の前記挿入部を前記挿入箇所に挿入する挿入動作制御部と、を備えることを特徴とするロボット制御装置。
18. 前記角度設定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部と前記押し当て面との間の摩察力を求め、前記摩擦力に基づいて前記角度θを設定するよう構成されている請求項１７に記載のロボット制御装置。
19. 前記位置特定部は、前記力覚センサーの検出結果に基づいて、前記挿入部を前記挿入対象物に押し当てたときの前記挿入対象物からの反力を求め、前記挿入対象物からの反力に基づいて前記挿入箇所の位置を特定するよう構成されている請求項１７または１８に記載のロボット制御装置。
20. 前記位置特定部は、前記挿入対象物からの反力が減少したときの位置を前記挿入箇所の位置と認定するよう構成されている請求項１９に記載のロボット制御装置。
21. 複数のアームが回動可能に連結してなるアーム連結体と、前記アーム連結体に連結される力覚センサーと、前記力覚センサーに装着されて把持物を把持するハンドと、を含み、
    前記把持物を押し当て面へ押し当てる傾斜角度を変えながら移動させ、前記力覚センサーによる摩擦力の検出によって、前記把持物の押し当てられる部分が鋭角となる押し当て角度を探索し、
    前記傾斜角度を前記押し当て角度に設定して、前記把持物の挿入部を挿入する挿入対象物の挿入箇所の位置を探索し、前記挿入部を前記挿入箇所に挿入することを特徴とするロボット。

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