JP2015024461A - ロボットハンドの制御方法と制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットハンドを対象物に容易に追従させつつ、対象物の移動方向と直交する方向において、ロボットハンドを対象物に位置決めできるようにする。
【解決手段】制御装置９は、設定方向におけるロボットハンド３の移動を追従制御法で制御し、設定方向と直交する直交方向におけるロボットハンド３の移動を位置決め制御法で制御する。操作装置７は、設定方向と直交方向に対して、それぞれ、動作指令を入力可能である。追従制御法では、制御装置９は、設定方向に対する動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンド３の移動速度を変化させ、ロボットハンド３が設定方向に移動している時に設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンド３の移動を継続させる。位置決め制御法では、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置７に行われたら、制御装置９は、ロボットハンド３の移動速度をゼロにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動する対象物に対して作業を行うロボットハンドの制御方法と制御装置に関する。

ロボットハンドの動作を制御するために操作装置と制御装置が設けられる。操作装置は、人に操作され、この操作に従った動作指令を制御装置に入力する。制御装置は、入力された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させ、これにより、ロボットハンドは、移動する対象物に対して作業を行う。

対象物に対するロボットハンドの作業には、例えば、次の（１）（２）がある。
（１）ロボットハンドは、部品を把持して、この部品を、搬送ライン上を移動している対象物に組み付ける。
（２）ロボットハンドは、設定軌道に沿って移動している対象物を把持する。

このような作業を容易にするために、下記の特許文献１では、操作装置による入力がない場合でも、対象物と同じ速さで、ロボットハンドを移動させている。すなわち、ロボットハンドの先端部で部品を把持し、この先端部を、対象物と同じ速さで移動させ、この状態で、人の操作により、把持している部品の位置を対象物に合わせることにより、対象物へ部品を組み付ける。

他の先行技術文献として、下記の特許文献２、３と下記の非特許文献１がある。

特許文献２では、重量物を搬送する作業を補助するロボットハンド（作業補助装置）において、人の操作力に応じて、重量物に運動変化を与える場合に、操作力に対する運動変化の度合いを決めるパラメータ（仮想インピーダンス制御のパラメータ）を、作業段階毎に他の値に切り替えるようにしている。

特許文献３では、操作子の操作量に応じてツールの速度を変化させる場合に、操作子の操作量が小さい時には速度の変化量を小さくし、操作子の操作量が大きい時には速度の変化量を大きくしている。これにより、ツールが低速度で移動している時には、ツールの位置決めを容易にしつつ、ツールが高速度で移動している時には、操作量に対する応答性を高めている。

非特許文献１では、次の式で表される仮想インピーダンス制御により、ロボットハンドを動作させている。

Ｍ×ｄ^２ｘ／ｄｔ^２＋Ｄ×ｄｘ／ｄｔ＋Ｋ×ｘ＝Ｆ

ここで、Ｍは仮想質量を表し、Ｄは仮想粘性係数を表し、Ｋは仮想ばね係数を表し、ｘはロボットハンドの位置を表し、Ｆは操作装置に与えられた操作力を表す。
非特許文献１では、操作力に応じて仮想粘性係数Ｄを変化させることにより、操作力に基づいて、人の操作意図を推定し、位置決め精度を向上させている。例えば、操作力が小さい時には、仮想粘性係数Ｄを大きくして、ロボットハンドを止めやすくしている。

特開２０１１−９３０６３号公報 特許第３５０４５０７号 特開２０１０−２６４５３９号公報

「位置決め作業アシストのための操作力依存可変ダンピング制御」、日本ロボット学会誌、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２、頁３０６−３１３、２００７

特許文献１において、対象物の移動方向において、対象物の速度とロボットハンドの速度とを同期させている。これについて、作業状況に応じて、対象物の移動方向において、対象物の速度および位置に対して、ロボットハンドの速度および位置を調節できるようにすることが望まれる。

特許文献２では、対象物の移動方向において対象物にロボットハンドが追いつくための操作と、対象物の移動方向と直交する方向において対象物に対してロボットハンドを位置決めするための操作とを同時に行うことが考慮されていない。

特許文献３と非特許文献１では、ロボットハンドの位置決めをし易くしているが、移動する対象物に対するロボットハンドの位置決めが考慮されておらず、移動する対象物とのロボットハンドの速度合わせも考慮されていない。

そこで、本発明の目的は、対象物の移動方向が既知の場合であって、移動する対象物に対してロボットハンドが作業をする場合に、対象物の移動方向において、対象物の速度および位置に対して、ロボットハンドの速度および位置を調節して対象物の速度および位置にロボットハンドの速度および位置を合わせることと、対象物の移動方向と直交する直交方向において対象物の位置にロボットハンドの位置を合わせることとを、同時に短時間で行えるようにすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、予め定められた設定方向に移動する対象物に対して作業を行うロボットハンドの制御方法であって、
ロボットハンドの動作指令を入力する操作装置と、
入力された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させる制御装置と、を用意し、
制御装置により、設定方向におけるロボットハンドの移動を、追従制御法で制御し、設定方向と直交する直交方向におけるロボットハンドの移動を、位置決め制御法で制御し、
操作装置は、設定方向と直交方向に対して、それぞれ、動作指令を入力可能なものであり、
追従制御法では、制御装置により、設定方向に対して入力された動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を変化させ、ロボットハンドが設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンドの移動を継続させ、
位置決め制御法では、直交方向に対して入力された動作指令に応じて、直交方向におけるロボットハンドの動作を制御し、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置に行われたら、制御装置により、直交方向におけるロボットハンドの移動速度をゼロにする、ことを特徴とする制御方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、追従制御法と位置決め制御法を同時に実行する。

本発明の好ましい実施形態によると、追従制御法では、

Ｆ＝Ｍ×ｄＶ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖ、

Ｆ＝Ｍ×ｄ（Ｖ＋Ｖ０）／ｄｔ＋Ｄ×（Ｖ＋Ｖ０）、または

Ｖ＝Ｋ×Ａ×Ｆ^ｎ＋Ｖ０

に基づいて速度指令値Ｖを生成し、Ｆは、設定方向に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、ＭとＤとＡは、予め定められた係数であり、Ｖ０は、対象物の移動速度の既知の値または検出値であり、ｎは、１以上の整数であり、ｎが奇数であるときには、Ｋ＝１であり、ｎが偶数であるときには、Ｆ≧０の場合にはＫ＝１であり、Ｆ＜０の場合にはＫ＝−１であり、
速度指令値Ｖに基づいて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を制御する。

本発明の好ましい実施形態によると、操作装置は、ロボットハンドの先端部に取り付けられている。

また、本発明によると、上記の目的を達成するため、予め定められた設定方向に移動する対象物に対して作業を行うロボットハンドを、操作装置により入力された動作指令に基づいて制御する装置であって、
設定方向におけるロボットハンドの移動を、追従制御法で制御し、設定方向と直交する直交方向におけるロボットハンドの移動を、位置決め制御法で制御し、
操作装置により生成された、設定方向と直交方向に対する動作指令が入力されるようになっており、
追従制御法では、設定方向に対する動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を変化させ、ロボットハンドが設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンドの移動を継続させ、
位置決め制御法では、直交方向に対する動作指令に応じて、直交方向におけるロボットハンドの動作を制御し、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置に行われたら、直交方向におけるロボットハンドの移動速度をゼロにする、ことを特徴とする制御装置が提供される。

設定方向に移動する対象物に対してロボットハンドが作業をする場合には、（１）設定方向において、対象物の速度および位置に、ロボットハンドの速度および位置を合わせる必要があり、かつ、（２）設定方向と直交する直交方向において、対象物の位置に、ロボットハンドの位置を合わせる必要がある。

前記（１）について、設定方向に対して入力された動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を変化させるので、動作指令の入力により、設定方向において、対象物の速度および位置に、ロボットハンドの速度および位置を合わせることができる。また、対象物の位置に、ロボットハンドの位置を合わせる際に、ロボットハンドを停止させると、移動する対象物に対して、ロボットハンドの位置がずれてしまう。そこで、本発明によると、追従制御法により、ロボットハンドが設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンドの移動を継続させる。これにより、移動する対象物に対して、ロボットハンドの位置がずれることを抑えることができる。

前記（２）について、前記直交方向に対象物は移動しないので、この直交方向において、対象物の位置に対してロボットハンドの位置を合わせる際に、操作装置を操作する人の意図（操作）でロボットハンドを即座に停止できるようにすることが望ましい。そこで、本発明によると、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置に行われたら、位置決め制御法により、直交方向におけるロボットハンドの移動速度をゼロにする。これにより、操作装置を操作する人の意図（操作）でロボットハンドを即座に停止させることができる。

よって、設定方向および直交方向に対して、それぞれ追従制御法および位置決め制御法を行うことにより、前記（１）と（２）の作業を同時に短時間で行うことが可能となる。

本発明の実施形態による制御装置を備えるロボットハンド装置を示す。 操作装置と制御装置のブロック図を示す。 操作装置の構成例を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による制御装置９を備えるロボットハンド装置１０を示す。図１（Ａ）は平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。図１（Ｂ）では、対象物１の図示を省略している。
ロボットハンド装置１０は、ロボットハンド３を有し、予め定められた設定方向に移動する対象物１に対して作業を行う。

対象物１に対する作業を、図１を例にして説明する。対象物１が移動する設定方向は、組立ライン（ｙ軸の正方向）の方向である。対象物１は車体である。ロボットハンド装置１０は、このような車体１に、次のように、インストルメンタルパネル（インパネ）２を組み付ける作業を行う。ロボットハンド装置１０は、ロボットハンド３の先端部に設けられた把持部５でインパネ２を把持する。次いで、ロボットハンド３の把持部５（すなわち、インパネ２）を、設定方向と直交する直交方向（ｘ軸方向、ｚ軸方向）において、車体１におけるインパネ取り付け部４に位置決めする。この状態で、ロボットハンド装置１０は、インパネ２を、車体１に対して設定方向に移動させて、車体１のインパネ取り付け部４に組み付ける。以下において、設定方向と直交する直交方向を、以下、単に直交方向という。

なお、図１に示すｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、それぞれ、設定方向と直交する水平方向、設定方向と平行な水平方向、および鉛直方向を向いている。以下において、ｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸に言及する場合には、これらは、それぞれ、図１に示すｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を意味する。

ロボットハンド装置１０は、ロボットハンド３と操作装置７と制御装置９を備える。

ロボットハンド３は、設定方向に移動する対象物１に対して作業を行う。図１の例では、ロボットハンド３は、インパネ２を把持する把持部５を有する。把持部５は、ｘ軸方向に延びる細長い部材１１と、この部材１１に取り付けられる１対の爪１３を有する。１対の爪１３は、インパネ２をｘ軸方向に挟んで把持する。

ロボットハンド３は、図１の例では、多関節ハンドである。なお、ロボットハンド３は、多関節ハンドに限定されず、他の公知の構成を有するものであってもよい。

ロボットハンド３は、図示しない駆動装置（例えば、複数のサーボモータ）により駆動される。当該駆動装置が制御装置９によって制御されることにより、ロボットハンド３は動作する。

操作装置７は、人に操作され、この操作に従って、ロボットハンド３の動作指令を生成して制御装置９に入力する。操作装置７は、設定方向と直交方向に対して、それぞれ、動作指令を入力可能である。

制御装置９は、入力された動作指令に従って、ロボットハンド３を動作させる。制御装置９は、設定方向に対して入力された動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンド３の移動速度を、追従制御法で制御し、直交方向に対して入力された動作指令に基づいて、直交方向におけるロボットハンド３の動作（移動）を、位置決め制御法で制御する。
制御装置９は、追従制御法と位置決め制御法を同時に実行できるように構成されている。

追従制御法において、ロボットハンド３の先端部が設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が制御装置９に入力されなくなっても、制御装置９は、設定方向におけるロボットハンド３の先端部の移動を継続させる。例えば、図１において、ロボットハンド３の先端部（把持部５）が、ｙ軸の正方向に移動している時に、設定方向（ｙ軸方向）に対する動作指令が制御装置９に入力されなくなっても、制御装置９は、ロボットハンド３における先端部のｙ軸正方向への移動を継続させる。

追従制御法では、好ましくは、制御装置９は、次の式（１）を用いて、速度指令値Ｖｙを生成する。

Ｆｙ＝Ｍ×ｄＶｙ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖｙ ・・・（１）

式（１）において、Ｆｙは、設定方向（ｙ軸方向）に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、Ｍは、予め定められた仮想質量係数であり、Ｖｙは、設定方向に対する速度指令値であり、ｄＶｙ／ｄｔは、Ｖｙの時間微分であり、Ｄは、予め定められた仮想粘性係数である。
制御装置９は、操作装置７により入力された駆動指令値Ｆｙに基づいて、上述の式（１）を解くことにより、速度指令値Ｖｙを求める。
なお、現時点より微小時間だけ前の時点において生成された速度指令値Ｖｙを、Ｖｙの初期値として、式（１）を解いて現時点の速度指令値Ｖｙを生成する。

制御装置９は、上述のように式（１）により生成した速度指令値Ｖｙに基づいて、設定方向におけるロボットハンド３の移動速度を制御する。これにより、設定方向におけるロボットハンド３の移動速度を速度指令値Ｖｙに近づける。

位置決め制御法では、制御装置９は、直交方向に対して動作指令が入力されなくなったら、制御装置９は、直交方向におけるロボットハンド３の先端部の移動速度をゼロにする。例えば、動作指令に相当する後述のＦｘが生成されなくなったら（すなわち、Ｆｘがゼロになったら）、ｘ軸方向におけるロボットハンド３の先端部の移動速度をゼロにし、動作指令に相当する後述のＦｚが生成されなくなったら、ｚ軸方向におけるロボットハンド３の先端部の移動速度をゼロにする。
このように、位置決め制御法では、直交方向に対して動作指令が入力されなくなるように人が操作装置７を操作する（本実施形態において、この操作を停止操作という）ことにより、制御装置９は、直交方向におけるロボットハンド３の先端部の移動速度をゼロにする。これについて、本実施形態では、停止操作は、後述する図３（Ａ）のＸ軸方向に（Ｘ軸の正方向と負方向のいずれにも）後述の操作かん２１へ力を与えないようにする操作、または、後述する図３（Ａ）のＺ軸方向に（Ｚ軸の正方向と負方向のいずれにも）操作かん２１へ力を与えないようにする操作である。

好ましくは、位置決め制御法では、制御装置９は、次の式（２）と（３）を用いて、速度指令値Ｖｘ、Ｖｚを生成する。

Ｖｘ＝Ｋ×Ａｘ×Ｆｘ^ｎ ・・・（２）
Ｖｚ＝Ｋ×Ａｚ×Ｆｚ^ｎ ・・・（３）

式（２）と（３）において、Ｆｘは、直交方向（ｘ軸方向）に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、Ｆｚは、直交方向（ｚ軸方向）に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、ＡｘとＡｚは、予め定められたゲインであり、Ｖｘは、直交方向（ｘ軸方向）に対する速度指令値であり、Ｖｚは、直交方向（ｚ軸方向）に対する速度指令値であり、ｎは、１以上の整数であり、好ましくは、ｎは、１、２または３である。また、式（２）において、ｎが奇数であるときには、Ｋ＝１であり、ｎが偶数であるときには、Ｆｘ≧０の場合にはＫ＝１であり、Ｆｘ＜０の場合にはＫ＝−１である。同様に、式（３）において、ｎが奇数であるときには、Ｋ＝１であり、ｎが偶数であるときには、Ｆｚ≧０の場合にはＫ＝１であり、Ｆｚ＜０の場合にはＫ＝−１である。
制御装置９は、操作装置７により入力された駆動指令値Ｆｘ、Ｆｚに基づいて、上述の式（２）と（３）により、速度指令値Ｖｘ、Ｖｚを求める。

制御装置９は、上述のように式（２）により生成した速度指令値Ｖｘに基づいて、直交方向（ｘ軸方向）におけるロボットハンド３の移動速度を制御する。これにより、直交方向（ｘ軸方向）におけるロボットハンド３の移動速度を速度指令値Ｖｘに近づける。
同様に、制御装置９は、上述のように式（３）により生成した速度指令値Ｖｚに基づいて、直交方向（ｚ軸方向）におけるロボットハンド３の移動速度を制御する。これにより、直交方向（ｚ軸方向）におけるロボットハンド３の移動速度を速度指令値Ｖｚに近づける。

図２と図３に基づいて、操作装置７と制御装置９を詳しく説明する。図２は、操作装置７と制御装置９のブロック図である。図３（Ａ）は、図１（Ａ）の部分拡大図であり、操作装置７を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

操作装置７は、操作かん（操作棒）２１と力覚センサ２２を有する。

操作かん２１は、人に操作される。すなわち、人が、手で操作かん２１をつかんで、操作かん２１に力を与える。操作かん２１は、操作装置７の操作台２４に設けられる。操作かん２１に力を与えても、操作かん２１は、操作台２４に対して変位しない（すなわち、その位置または姿勢を変えない）。

力覚センサ２２は、図３（Ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向について、操作かん２１に与えられた力Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚを動作指令として検出して出力する。図３（Ａ）において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有するセンサ座標系Ｓは、力覚センサ２２に固定されている。Ｅｘは、操作かん２１に与えられた力のベクトルＥのＸ軸方向成分であり、Ｅｙは、当該ベクトルＥのＹ軸方向成分であり、Ｅｚは、当該ベクトルＥのＺ軸方向成分である。Ｘ軸の正方向に操作かん２１に力が与えられている場合には、Ｅｘは正の値をとり、Ｘ軸の負方向に操作かん２１に力が与えられている場合には、Ｅｘは負の値をとる。ＥｙとＥｚについても同様である。

制御装置９は、入力処理部２３と速度値生成部２５と速度制御部２７を有する。

入力処理部２３は、力覚センサ２２から出力されたＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚに基づいて、駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを生成する。入力処理部２３は、センサ座標系Ｓで表されたＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚを、それぞれ、ロボットハンド３の先端部（把持部５）に固定されたハンド座標系ＲでＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚとして表わす。すなわち、センサ座標系Ｓで表されたベクトルＥ（Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ）を、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有するハンド座標系Ｒで表わすベクトルに変換する行列をＴとすると、入力処理部２３は、次の[数１]により、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを算出する。Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それぞれ、操作装置７により入力された動作指令Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚに相当する。

センサ座標系Ｓとハンド座標系Ｒを一致させてもよい。すなわち、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を、それぞれｘ軸とｙ軸とｚ軸に一致させてもよい。この場合、Ｔは単位行列であり、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それぞれ、Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚと同じである。すなわち、検出したＥｘ、Ｅｙ、Ｅｚは、これらに相当する駆動指令値Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと値が同じである。この場合、入力処理部２３が省略される。

操作装置７は、好ましくは、図１に示すように、ロボットハンド３の先端部（把持部５の部材１１）に取り付けられる。この取り付けにより、操作装置７（図３の例では操作かん２１）に対してなされた操作の方向（力が与えられた方向）が、この操作による制御方向と一致するようにする。ここで、制御方向とは、ロボットハンド３先端部が制御される方向である。このように、図３（Ａ）のＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が、それぞれ、図１のｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に一致するようにする。そのために、追従制御法と位置決め制御法が行われている時に、制御装置９は、ロボットハンド３の先端部の姿勢を一定に維持するように（例えば、ロボットハンド３の先端部の姿勢を、部材１１がｘ軸方向を向く姿勢に維持するように）ロボットハンド３の動作を制御するのがよい。このように制御装置９が設定されているのがよい。
このような操作装置７の取り付けと制御装置９の設定により、人は、ロボットハンド３の先端部と対象物１との位置関係を目で確認して、操作装置７に与える力の方向にロボットハンド３の先端部を駆動することができる。

代わりに、操作装置７は、ロボットハンド３から分離して設けられてもよい。この場合、上述の行列Ｔは、単位行列でなくてよく、また、次のようにしてよい。ロボットハンド３の先端部が含まれる領域をビデオカメラで撮像する。これにより得た動画を、操作装置７に隣接して設置された表示装置に表示させる。人は、このように表示された動画を見ながら操作装置７を操作する。

速度値生成部２５には、生成された駆動指令値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが入力される。速度値生成部２５は、次のように、入力された駆動指令値Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚに基づいて速度指令値を生成する。速度値生成部２５は、設定方向に対する駆動指令値Ｆｙに従って、設定方向に対する速度指令値Ｖｙを生成する。速度値生成部２５は、直交方向（ｘ軸方向）に対する駆動指令値Ｆｘに従って、直交方向（ｘ軸方向）に対する速度指令値Ｖｘを生成する。速度値生成部２５は、直交方向（ｚ軸方向）に対する駆動指令値Ｆｚに従って、直交方向（ｚ軸方向）に対する速度指令値Ｖｚを生成する。ここで、速度値生成部２５は、上述の式（１）を用いて、速度指令値Ｖｙを生成し、上述の式（２）と（３）を用いて、速度指令値Ｖｘ、Ｖｚを生成する。

速度制御部２７は、設定方向（ｙ軸方向）に対する速度指令値Ｖｙに従って、追従制御法により、設定方向（ｙ軸方向）におけるロボットハンド３先端部の速度を制御しつつ、位置決め制御法により、直交方向（ｘ軸方向）に対する速度指令値Ｖｘに従って、直交方向（ｘ軸方向）におけるロボットハンド３先端部の速度を制御しつつ、直交方向（ｚ軸方向）に対する速度指令値Ｖｚに従って、直交方向（ｚ軸方向）におけるロボットハンド３先端部の速度を制御する。この制御は、例えば、速度制御部２７が、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚに基づいて、ロボットハンド３を駆動する複数の駆動装置を制御することによりなされる。

本発明の実施形態によるロボットハンド３の制御方法は、以下のように行われる。

（ａ）追従制御法により、設定方向に移動している対象物１に、ロボットハンド３の先端部を追従させる。すなわち、設定方向に対する動作指令Ｅｙが、操作装置７により入力され、この動作指令に基づいて、制御装置９は、ロボットハンド３の先端部を、設定方向において対象物１に追従させる。この時、ロボットハンド３の先端部は、設定方向において、対象物１よりも後方に位置させる。この（ａ）の追従制御法では、設定方向に対する動作指令Ｅｙが入力されなくなっても、制御装置９は、設定方向におけるロボットハンド３の移動を継続させる。

（ｂ）前記（ａ）の追従制御法の実行と同時に、位置決め制御法により、直交方向（ｘ軸方向およびｚ軸方向）において、ロボットハンド３の先端部を対象物１に一致させる。すなわち、この（ｂ）での位置決め制御法を次のように行う。直交方向に対する動作指令Ｅｘ、Ｅｚが、操作装置７により入力される。この動作指令に基づいて、制御装置９は、直交方向において、ロボットハンド３の先端部を移動させる。直交方向において、ロボットハンド３の先端部が対象物１に一致したら、人は、操作装置７に停止操作を行う。これにより、直交方向において、ロボットハンド３の先端部を対象物１に一致させる。

（ｃ）前記（ａ）（ｂ）の後に、設定方向において、ロボットハンド３の先端部を対象物１に近づける。すなわち、人が操作装置７を操作することにより、増加した駆動指令値Ｆｙが制御装置９に入力される。この駆動指令値Ｆｙに基づいて、制御装置９は、ロボットハンド３の先端部を加速させる。

（ｄ）前記（ｃ）より、設定方向において、ロボットハンド３の先端部が対象物１に近づいたら、ロボットハンド３の先端部は、対象物１に対して作業を行う。この作業は、人が操作装置７を操作することにより行われてもよいし、人が適宜の作業操作部を操作することにより行われてもよいし、または、ロボットハンド３に設けたカメラやレーザ距離計などにより対象物１の位置と姿勢を計測することにより自動で行われてもよい。

図１の例では、前記（ａ）において、追従制御法により、組立てラインの方向であるｙ軸方向（設定方向）に移動している車体１に、ロボットハンド３の先端部を追従させる。これにより、この先端部に設けた把持部５に把持されているインパネ２も、車体１に追従する。これと並行して、前記（ｂ）で、組立てラインの方向に直交するｘ軸方向およびｚ軸方向（直交方向）において、位置決め制御法により、ロボットハンド３の先端部を車体１のインパネ取り付け部４に一致させる。この状態で、前記（ｃ）にて、ｙ軸方向において、先端部を加速させることにより、前記（ｄ）において、この先端部の把持部５で把持したインパネ２を、インパネ取り付け部４に組み付ける。なお、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を行っている間、ロボットハンド３の先端部を構成する細長い部材１１の向きがｘ軸方向に維持されるように、制御装置９が設定されているのがよい。

上述した本発明の実施形態では、制御装置９は、追従制御法により、設定方向に対して入力された動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンド３の移動速度を変化させるので、動作指令の入力により、設定方向において、対象物１の速度および位置に、ロボットハンド３の速度および位置を調節することができる。また、制御装置９は、追従制御法により、ロボットハンド３が設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンド３の移動を継続させる。これにより、設定方向に移動する対象物１に対して、ロボットハンド３の位置がずれることを抑えることができる。

また、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置７に行われたら、制御装置９は、位置決め制御法により、直交方向におけるロボットハンド３の移動速度をゼロにする。これにより、操作装置７を操作する人の意図（操作）でロボットハンド３を即座に停止させることができる。

よって、設定方向において、対象物１の速度および位置にロボットハンド３の速度および位置を合わせることと、直交方向において、対象物１の位置にロボットハンド３の位置を合わせることとを、同時に短時間で行うことが可能となる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記の変更例１〜４のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜４を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は、上述と同じであってよい。

（変更例１）
設定方向に移動する対象物１に対して行うロボットハンド３の作業は、上述では、対象物１に対する部品２の組み付けであったが、他の作業であってもよい。例えば、前記作業は、設定方向に移動する対象物１に対する溶接や、設定方向に移動する対象物１の把持などであってもよい。この場合、ロボットハンド３の先端部に前記作業を行う作業実行装置を設け、当該先端部（作業実行装置）を直交方向に位置決めした状態で、当該先端部を設定方向に移動させながら前記作業を行う。この作業は、例えば、操作装置７に設けられた適宜の作業操作部を人が操作することによりなされてよい。

（変更例２）
上述の実施形態によると、直交方向について、予め定められた停止操作が操作装置７に行われたら、制御装置９は、直交方向におけるロボットハンド３の移動速度をゼロにする。この停止操作は、上述したものに限定されず、他の操作であってもよい。
例えば、操作かん２１に加えて、操作装置７に急停止ボタンを設け、人がこのボタンを押す操作が停止操作であってもよい。
あるいは、図３の操作かん２１を用いる場合に、ロボットハンド３の先端部が、直交方向（例えば、ｘ軸の負方向）に移動している時に、ロボットハンド３の先端部が、この直交方向と逆方向（例えば、ｘ軸の正方向）の速度を持つようにする操作かん２１の操作が停止操作であってもよい。例えば、ロボットハンド３の先端部が、ｘ軸の負方向の成分を持つ速度で移動している時に、上述の操作ベクトルがＸ軸の正方向の成分を有するように操作かん２１に力を与える操作が停止操作である。

（変更例３）
操作かん２１の代わりに、他の操作部を設けてもよい。例えば、操作部は、与えられた力に応じて操作台２４に対して変位する（すなわち、その位置または姿勢を変える）レバーであってもよい。この場合、人が操作部に与えた力の方向と当該力の大きさとに応じて、または、レバーの位置または姿勢に応じて、入力処理部２３は、上述のＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚを生成する。

（変更例４）
上述では、制御装置９は、追従制御法において、上述の式（１）を用いて、速度指令値Ｖｙを生成したが、次の式（４）または（５）を用いて、速度指令値Ｖｙを生成してもよい。

Ｆｙ＝Ｍ×ｄ（Ｖｙ＋Ｖ０）／ｄｔ＋Ｄ×（Ｖｙ＋Ｖ０） ・・・（４）

Ｖｙ＝Ｋ×Ａ×Ｆｙ^ｎ＋Ｖ０ ・・・（５）

ここで、式（４）と（５）において、Ｆｙは、設定方向（ｙ軸方向）に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、Ｍは、予め定められた仮想質量係数であり、Ｖｙは、設定方向に対する速度指令値であり、Ｖ０は、設定方向における対象物１の移動速度の既知の値または検出値であり、ｄ（Ｖｙ＋Ｖ０）／ｄｔは、（Ｖｙ＋Ｖ０）の時間微分であり、Ｄは、予め定められた仮想粘性係数であり、Ａは、予め定められたゲインである。また、式（５）において、ｎは、１以上の整数であり、好ましくは、ｎは、１、２または３である。式（５）において、ｎが奇数であるときには、Ｋ＝１であり、ｎが偶数であるときには、Ｆｙ≧０の場合にはＫ＝１であり、Ｆｙ＜０の場合にはＫ＝−１である。

設定方向における対象物１の移動速度の検出値Ｖ０は、下記（ｉ）〜（ｉｖ）のいずれかの方法で得られてよい。
（ｉ）対象物１が生産ライン上を設定方向に移動するものであって、この移動速度が予め決まっている場合には、当該移動速度がＶ０である。この場合、生産ラインにおいて異常が検知されたことにより、対象物１が停止した場合には、Ｖ０をゼロにする。
（ｉｉ）対象物１を移動させる駆動モータに取り付けたエンコーダからの検出信号に基づいて、Ｖ０を求める。
（ｉｉｉ）対象物１の位置をレーザ距離センサで時々刻々と検出し、当該検出位置に基づいて、Ｖ０を求める。
（ｉｖ）対象物１をカメラで時々刻々と撮像し、当該各画像に基づいて、Ｖ０を求める。

１ 対象物（車体）、２ インパネ、３ ロボットハンド、４ インパネ取り付け部、５ 把持部、７ 操作装置、９ 制御装置、１０ ロボットハンド装置、１１ 細長い部材、１３ 爪、 ２１ 操作かん、２２ 力覚センサ、２３ 入力処理部、２４ 操作台、２５ 速度値生成部、２７ 速度制御部

Claims (5)

1. 予め定められた設定方向に移動する対象物に対して作業を行うロボットハンドの制御方法であって、
   ロボットハンドの動作指令を入力する操作装置と、
   入力された動作指令に従って、ロボットハンドを動作させる制御装置と、を用意し、
   制御装置により、設定方向におけるロボットハンドの移動を、追従制御法で制御し、設定方向と直交する直交方向におけるロボットハンドの移動を、位置決め制御法で制御し、
   操作装置は、設定方向と直交方向に対して、それぞれ、動作指令を入力可能なものであり、
   追従制御法では、制御装置により、設定方向に対して入力された動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を変化させ、ロボットハンドが設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンドの移動を継続させ、
   位置決め制御法では、直交方向に対して入力された動作指令に応じて、直交方向におけるロボットハンドの動作を制御し、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置に行われたら、制御装置により、直交方向におけるロボットハンドの移動速度をゼロにする、ことを特徴とする制御方法。
2. 追従制御法と位置決め制御法を同時に実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 追従制御法では、
   
   Ｆ＝Ｍ×ｄＶ／ｄｔ＋Ｄ×Ｖ、
   
   Ｆ＝Ｍ×ｄ（Ｖ＋Ｖ０）／ｄｔ＋Ｄ×（Ｖ＋Ｖ０）、または
   
   Ｖ＝Ｋ×Ａ×Ｆ^ｎ＋Ｖ０
   
   に基づいて速度指令値Ｖを生成し、Ｆは、設定方向に対して入力された動作指令に相当する駆動指令値であり、ＭとＤとＡは、予め定められた係数であり、Ｖ０は、対象物の移動速度の既知の値または検出値であり、ｎは、１以上の整数であり、ｎが奇数であるときには、Ｋ＝１であり、ｎが偶数であるときには、Ｆ≧０の場合にはＫ＝１であり、Ｆ＜０の場合にはＫ＝−１であり、
   速度指令値Ｖに基づいて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御方法。
4. 操作装置は、ロボットハンドの先端部に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の制御方法。
5. 予め定められた設定方向に移動する対象物に対して作業を行うロボットハンドを、操作装置により入力された動作指令に基づいて制御する装置であって、
   設定方向におけるロボットハンドの移動を、追従制御法で制御し、設定方向と直交する直交方向におけるロボットハンドの移動を、位置決め制御法で制御し、
   操作装置により生成された、設定方向と直交方向に対する動作指令が入力されるようになっており、
   追従制御法では、設定方向に対する動作指令に応じて、設定方向におけるロボットハンドの移動速度を変化させ、ロボットハンドが設定方向に移動している時に、設定方向に対する動作指令が入力されなくなっても、設定方向におけるロボットハンドの移動を継続させ、
   位置決め制御法では、直交方向に対する動作指令に応じて、直交方向におけるロボットハンドの動作を制御し、直交方向に対して、予め定められた停止操作が操作装置に行われたら、直交方向におけるロボットハンドの移動速度をゼロにする、ことを特徴とする制御装置。

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