JP2016043455A - ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】湾曲面を有さない嵌合部材を被嵌合部に嵌合させるロボットおよびロボットシステムを提供する。【解決手段】本発明のロボットおよびロボットシステムは、嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を少なくとも１個備える嵌合部材を、前記嵌合方向に移動させることにより被嵌合部に嵌合させる制御部を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関する。

円柱状の取付部品を、円柱状の組付穴に挿入するロボットが知られている（特許文献１、参照）。

特開平７−２２７７２５号公報

しかしながら、円柱状の嵌合部材でなければ、被嵌合部に嵌合させることができないという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、湾曲面を有さない嵌合部材を嵌合させるロボットおよびロボットシステムの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のロボットおよびロボットシステムは、嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を少なくとも１個備える嵌合部材を、嵌合方向に移動させることにより被嵌合部に嵌合させる制御部を備えるように構成される。この構成において、嵌合部材は、嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を少なくとも１個備えればよく、必ずしも湾曲面を有さなくてもよい。そのため、湾曲面を有さない嵌合部材を嵌合させることができる。

さらに、制御部は、被嵌合部が備える嵌合方向に平行な平面である被嵌合平面に対して、嵌合平面が面接触した状態を維持しながら、嵌合部材を移動させることにより被嵌合部に嵌合させる嵌合動作を行ってもよい。被嵌合平面と嵌合平面とが面接触した状態では、嵌合平面の直交方向において被嵌合部に対して嵌合部材を位置決めできる。さらに、被嵌合平面と嵌合平面とが面接触した状態、すなわち被嵌合平面に対して嵌合平面が摺動する状態で嵌合部材を移動させることにより、確実に嵌合部材を嵌合方向に移動させることができる。従って、湾曲面を有さない嵌合部材を確実に被嵌合部に嵌合させることができる。

また、以上の嵌合動作の前に以下の面接触動作を行ってもよい。すなわち、制御部は、被嵌合平面における嵌合方向と反対方向の端を構成する直線である被嵌合直線に対して、嵌合平面が線接触した状態を維持しながら、嵌合平面を被嵌合平面に面接触させる面接触動作を行ってもよい。このように、被嵌合直線と嵌合平面とが線接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合平面が被嵌合直線を含む被嵌合平面と面接触するため、嵌合平面が被嵌合平面以外の面に誤って面接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面と被嵌合平面とを面接触させることができる。具体的に、被嵌合直線に対して嵌合平面が線接触した状態において、被嵌合直線まわりに嵌合部材を回転させることにより、被嵌合直線を含む被嵌合平面に嵌合平面を面接触させることができる。

さらに、以上の面接触動作の前に以下の線接触動作を行ってもよい。すなわち、制御部は、被嵌合直線に対して、嵌合平面における嵌合方向の直交方向の端を構成する直線である嵌合直線が点接触した状態を維持しながら、嵌合平面を被嵌合直線に線接触させる線接触動作を行ってもよい。このように、嵌合直線が被嵌合直線上の点と点接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合直線を含む嵌合平面が被嵌合直線と線接触するため、嵌合平面が被嵌合直線以外の稜線に誤って線接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面と被嵌合直線とを線接触させることができる。具体的に、被嵌合直線に対して嵌合直線が点接触した状態において、接触点まわりに嵌合部材を回転させることにより、嵌合直線を含む嵌合平面を被嵌合直線に線接触させることができる。

さらに、制御部は、異常を検出した場合、嵌合平面または被嵌合平面の直交方向に嵌合部材を移動させる位置制御と、嵌合平面または被嵌合平面の直交方向の力を嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行ってもよい。これにより、嵌合平面と被嵌合平面との面接触や嵌合平面と被嵌合直線との線接触を解消するように嵌合部材の位置制御や力制御を行うことができる。従って、面接触動作や線接触動作の際に生じた異常を解消できる。ここで、異常とは、例えば嵌合部材に閾値以上の力やモーメントが作用する状態であり、嵌合部材と被嵌合部とが噛み合った状態であってもよい。嵌合部材と被嵌合部とが噛み合った状態とは、嵌合部材と被嵌合部との少なくとも一方が弾性変形または塑性変形した状態で嵌合部材が被嵌合部に挟まった状態を意味する。

また、制御部は、異常を検出した場合、被嵌合直線まわりに嵌合部材を回転させる位置制御と、被嵌合直線まわりのモーメントを嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行ってもよい。上述したように、面接触動作において、被嵌合直線まわりに嵌合部材を回転させることにより、被嵌合直線を含む被嵌合平面に嵌合平面を面接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように面接触動作において生じた異常を、面接触動作と同様の位置制御または力制御によって解消できる。

また、制御部は、異常を検出した場合、被嵌合直線と直交し、かつ、嵌合平面または被嵌合平面と平行な方向に嵌合部材を移動させる位置制御と、被嵌合直線と直交し、かつ、嵌合平面または被嵌合平面と平行な方向の力を嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行ってもよい。ここで、嵌合部材が被嵌合部に接触していない状態において、被嵌合直線と直交し、かつ、嵌合平面または被嵌合平面と平行な方向に嵌合部材を移動させることにより、嵌合直線を被嵌合直線に点接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように嵌合直線を被嵌合直線に点接触させるにおいて生じた異常を、当該過程と平行な方向の位置制御または力制御によって解消できる。

また、嵌合部材を把持する把持部と、嵌合部材と把持部との接触部位において嵌合部材と把持部との間に挟み込まれる弾性部材とが、さらに備えられてもよい。これにより、嵌合部材が被嵌合部に接触した状態において、嵌合部材の姿勢を変化させる力やモーメントが作用したとしても、弾性部材が弾性変形することにより、当該力やモーメントを吸収することができる。すなわち、ロボットの力制御で追従できない嵌合部材の姿勢の変化を抑制するために、より精度のよい作業を行うことができる。

（１Ａ）はロボットの斜視図、（１Ｂ）は制御部のブロック図、（１Ｃ）はロボットの機能ブロック図である。 （２Ａ）はエンドエフェクターの斜視図、（２Ｂ）は動作ごとの制御内容を示す表、（２Ｃ）は嵌合部材の動作説明図である。 （３Ａ）〜（３Ｅ）は嵌合部材の動作説明図、（３Ｆ）〜（３Ｈ）は他の実施形態の嵌合部材を示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら以下の順に説明する。
なお、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
（１）ロボットの構成：
（２）制御部の構成：
（３）エンドエフェクターの構成：
（４）嵌合処理：
（４−１）点接触動作：
（４−２）線接触動作：
（４−３）面接触動作：
（４−４）嵌合動作：
（４−５）異常回復動作：
（５）他の実施形態：

（１）ロボットの構成：
図１Ａは本発明の一実施形態にかかるロボット１の斜視図である。図１Ａに示すように、ロボット１は、アーム１０とエンドエフェクター２０と制御部４０とを備える。アーム１０は、３個の曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３と３個のねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを有する６軸アームである。曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向に直交する軸を中心に回転する関節である。ねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向の軸を中心に回転する関節である。アーム１０は、曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを動作させるための駆動部としてのモーター群（図１Ａにて不図示）を備えている。

エンドエフェクター２０は、アーム１０の先端に装着されている。６軸のアーム１０が駆動することによって、所定の可動範囲内においてエンドエフェクター２０を任意に位置において任意の姿勢（角度）とすることができる。エンドエフェクター２０には力覚センサーＰが備えられている。力覚センサーＰは、エンドエフェクター２０に作用する３軸の力と、当該３軸まわりに作用するモーメントを計測するセンサーである。

ロボット１は、ティーチングを行うことにより各種作業が可能となる汎用ロボットである。本実施形態において、嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させるためのティーチングが制御部４０に対して行われている。嵌合部材Ｗは、嵌合台１００の保持部Ｋに挿入されており、ロボット１が保持部Ｋに挿入された嵌合部材Ｗを把持する。そして、ロボット１は、嵌合部材Ｗを嵌合台１００の被嵌合部Ｑに嵌合させる。

（２）制御部の構成：
制御部４０は、ロボット１を制御するためのコンピューターである。本実施形態のように、制御部４０はロボット１内に備えられてもよい。また、ロボット１の外部において当該ロボット１と通信可能に備えられ制御部４０と、当該ロボット１とでロボットシステムが構成されてもよい。むろん、ロボット１内のコンピューターとロボット１の外部のコンピューターとが協働することにより制御部４０が実現されてもよい。

図１Ｂは、制御部４０のハードウェアブロック図である。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と記憶部４２と通信部４４とを備え、通信部４４を介してアーム１０と通信を行う。これらの構成要素は、バスＢｕｓと図示しない入出力機構を介して相互に通信可能に接続されている。ＣＰＵ４１は、記憶部４２に格納された各種プログラムを実行する。記憶部４２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを含み、制御部４０が処理する各種情報や画像、プログラムを格納する。なお、記憶部４２は、制御部４０に内蔵されるものに代えて、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置でもよい。通信部４４は、例えば、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポートやイーサネットポート等を含んで構成される。

図１Ｃはロボットの機能ブロック図である。制御部４０は、嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させるようにアーム１０を制御する。このため、制御部４０は、位置制御部Ｍ１と力制御部Ｍ２と出力部Ｍ３とを備える。これらの機能部のうち一部又は全部は、例えば、ＣＰＵ４１が、記憶部４２に記憶された各種プログラムを実行することで実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

本実施形態において、制御部４０は、アーム１０の関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれに対応するモーターで構成されるモーター群１２に対して制御信号を出力する。位置制御部Ｍ１は、エンドエフェクター２０の目標の位置と目標の姿勢を設定し、当該目標の位置と姿勢とを実現するためのモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、位置制御部Ｍ１は、モーター群１２の現在の駆動状態を逐次取得し、目標の位置と姿勢とを実現できるようなモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、位置制御部Ｍ１は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御等のフィードバック制御によってモーター群１２の制御量を取得する。

力制御部Ｍ２は、位置制御部Ｍ１と同様に逐次モーター群１２に指令する制御量を取得するモジュールである。力制御部Ｍ２は、エンドエフェクター２０に作用する目標の力とモーメントを設定し、当該目標の力とモーメントがエンドエフェクター２０に作用する状態となるようにモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、力制御部Ｍ２は、力覚センサーＰからエンドエフェクター２０に作用している現在の力とモーメントとを逐次取得し、現在の力とモーメントに基づいてモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、力制御部Ｍ２は、外力に応じた機械的なインピーダンス（慣性、減衰係数、剛性等）を設定し、当該インピーダンスを擬似的に実現するようにモーター群１２の制御量を取得する。さらに、力制御部Ｍ２は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端が鉛直下方に向いている状態において力覚センサーＰをリセットし、エンドエフェクター２０の姿勢に応じた力覚センサーＰの計測結果の重力補償を行う。

出力部Ｍ３は、位置制御部Ｍ１から出力される制御量と、力制御部Ｍ２から出力される制御量とを総合（例えば線形結合）し、モーター群１２に出力する制御信号を生成する。なお、制御部４０は、位置制御部Ｍ１による位置制御と、力制御部Ｍ２による力制御とを、双方とも有効にすることもできるし、いずれか一方を無効にすることもできる。本実施形態において、制御信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。以上の構成より、エンドエフェクター２０が目標の位置において目標の姿勢となり、かつ、エンドエフェクター２０に目標の力とモーメントとが作用するようにアーム１０を駆動させることができる。さらに、出力部Ｍ３は、エンドエフェクター２０を制御するための制御信号を出力する。

（３）エンドエフェクターの構成：
図２Ａは、エンドエフェクター２０の斜視図である。エンドエフェクター２０は、力覚センサーＰとグリッパー２２とチャック２３，２３と弾性部材２４，２４とを備えている。グリッパー２２は、把持部としてのチャック２３，２３を接近および離間させるためのアクチュエーターを備えており、制御部４０の出力部Ｍ３からの制御信号によってアクチュエーターが制御される。チャック２３，２３の先端は、アームの先端方向を向いている。互いに接近する方向に対向するチャック２３，２３の面は互いに平行となっており、当該対向する面の先端部分のそれぞれに弾性部材２４，２４が貼り付けられている。

本実施形態において、弾性部材２４，２４は以下の構成とされる。弾性部材２４，２４は、硬さがショアＡ９０のウレタン樹脂で矩形板状に形成されており、チャック２３，２３の移動方向の厚みが２ｍｍで、当該移動方向に直交する方向における長さがそれぞれ２０ｍｍ，１０ｍｍとなるように形成されている。ただし、弾性部材２４，２４は、所定基準以上の弾性を有する部材であればよく、ウレタン以外の合成樹脂によって形成されてもよいし、異なる厚みや長さが採用されてもよい。

嵌合部材Ｗは、嵌合部分Ｗａと把持部分Ｗｂとで構成される。嵌合部分Ｗａは、被嵌合部Ｑとほぼ同一の形状を有する部分であり、被嵌合部Ｑに嵌合する部分である。厳密に、嵌合部分Ｗａは、被嵌合部Ｑよりも所定の公差分だけ小さい形状となっており、当該公差はアーム１０とエンドエフェクター２０とが制御可能な位置精度よりも小さくなっている。本実施形態において嵌合部分Ｗａは直方体である。把持部分Ｗｂは、嵌合部分Ｗａと同一の幅であるとともに、嵌合部分Ｗａよりも厚みが小さい直方体である。チャック２３，２３は、弾性部材２４，２４を介して把持部分Ｗｂを厚み方向に挟んで把持する。把持部分Ｗｂにおける弾性部材２４，２４の接触範囲Ｃは、把持部分Ｗｂの厚み方向の２面の中央部分となっている。そのため、チャック２３，２３が嵌合部材Ｗを把持した場合、弾性部材２４，２４のみが嵌合部材Ｗに接触し、弾性部材２４，２４以外の部材は嵌合部材Ｗに接触しない。

（４）嵌合処理：
図２Ｂは、嵌合処理における制御部４０の制御内容を示す表である。以下、図２Ｂの表にしたがって嵌合処理にて行う各動作を順に説明していく。図２Ｂにおいては、各動作のそれぞれについて、位置制御部Ｍ１が実行する位置制御の方向が示されている。図２Ｂにて○が付された欄に対応する方向の位置や姿勢については目標の位置や姿勢が設定され、当該位置や姿勢を実現するように位置制御部Ｍ１がモーター群１２に指令する制御量を取得する。×が付された欄に対応する方向の位置や姿勢については現在の位置や姿勢を維持するように、位置制御部Ｍ１がモーター群１２に指令する制御量を取得する。さらに、図２Ｂにおいては、各動作のそれぞれについて、力制御部Ｍ２が実行する力制御の方向が示されている。図２Ｂにて○が付された欄に対応する方向の力やモーメントに応じてモーター群１２に指令する制御量を力制御部Ｍ２が取得する。○の下に付された数値は力制御における目標の力を意味する。○が付されているが、目標の力が付されていない欄は、力やモーメントの大きさが正常な範囲（例えば噛み合いを生じさせない範囲）となるようにモーター群１２を制御する対象であることを意味する。

図２Ｃは、嵌合処理の説明において基準とする方向の説明図である。まず、図２Ａに図示した紙面上の方向を基準として、嵌合部材Ｗを上下（厚み方向）に貫く方向をＸ方向と定義し、嵌合部材Ｗを奥行き（幅方向）に貫く方向をＹ方向と定義し、嵌合部材Ｗを横方向（長さ方向）に貫く方向をＺ方向と定義する。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の軸まわりの姿勢（回転角）それぞれＡ_X，Ａ_Y，Ａ_Zと表記し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力をそれぞれＦ_X，Ｆ_Y，Ｆ_Zと表記し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の軸まわりのモーメントそれぞれＭ_X，Ｍ_Y，Ｍ_Zと表記する。なお、チャック２３，２３が嵌合部材Ｗを把持する位置と方向は既知であり、ロボット１は、嵌合部材Ｗを把持した状態でＸ，Ｙ，Ｚ方向を認識できる。ただし、ロボット１が認識するＸ，Ｙ，Ｚ方向には誤差が含まれ得る。

図２Ｃに示すように、被嵌合部Ｑにおける上側の面を被嵌合平面Ｑ１と定義し、被嵌合平面Ｑ１における嵌合方向Ｄと反対方向の端の直線を被嵌合直線Ｑ１ａと定義する。嵌合方向Ｄとは、嵌合部材Ｗが嵌合される方向であり、被嵌合平面Ｑ１と平行な方向である。また、嵌合部材ＷにおけるＸ方向（厚み方向）の上方の面を嵌合平面Ｗ１と定義し、嵌合平面Ｗ１における嵌合方向Ｄの直交方向（Ｙ方向（幅方向））の端の直線を嵌合直線Ｗ１ａと定義する。

まず、嵌合処理を実行するにあたり、制御部４０は力覚センサーＰをリセットしておく。このとき、制御部４０は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端が鉛直下方に向くようにアーム１０を制御する。次に、制御部４０は力覚センサーＰの計測結果の重力補償を開始する。以上により、力覚センサーＰの計測結果に基づいて、力制御部Ｍ２が適切にアーム１０の力制御を行うことが可能となる。

まず、制御部４０は、接近動作を行う（ステップＳ９０）。接近動作とは、嵌合部材Ｗと被嵌合部Ｑとが接近している状態にするための動作である。接近動作において、制御部４０は、Ｚ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行い、嵌合部材ＷのＺ方向の面と被嵌合部Ｑの角部Ｊが接触している状態にする。なお、本実施例では、嵌合部材ＷのＺ方向の面と被嵌合部Ｑの角部Ｊが接触している状態にしたが、十分に接近した位置にすれば、接触させなくてもよい。

（４−１）点接触動作：
次に、制御部４０は点接触動作を行う（ステップＳ１００）。点接触動作とは、嵌合部材Ｗと被嵌合部Ｑとを点接触させるための動作である。点接触動作において、制御部４０は、Ｘ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の４Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ａは、点接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。本実施形態では、被嵌合部Ｑの角部ＪにＺ方向の面が接触して４Ｎの力が作用している状態で、嵌合部材ＷがＸ方向の目標の位置（嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑの奥方に移動させる目標の位置）に移動しようとすることにより、嵌合平面Ｗ１の幅方向の端である嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させることができる。点接触動作におけるＺ方向の目標の位置は、嵌合直線Ｗ１ａと被嵌合直線Ｑ１ａとが点接触するように予めティーチングされている位置である。

図３Ｂは、点接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示すＡ−Ａ線（図３Ａ）の矢視断面図である。同図に示すように、嵌合部材Ｗの嵌合直線Ｗ１ａが、被嵌合部Ｑの被嵌合直線Ｑ１ａに対して一点で点接触している。

（４−２）線接触動作：
次に、制御部４０は線接触動作を行う（ステップＳ１１０）。線接触動作とは、被嵌合直線Ｑ１ａに対して、嵌合平面Ｗ１における嵌合方向Ｄの直交方向の端を構成する嵌合直線Ｗ１ａが点接触した状態を維持しながら、嵌合平面Ｗ１を被嵌合直線Ｑ１ａに線接触させるための動作である。線接触動作において、制御部４０は、Ｘ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の４Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ａ，３Ｂに示すように、被嵌合部Ｑの角部ＪにＺ方向の面が接触して４Ｎの力が作用している状態を維持したまま、嵌合部材ＷがＸ方向の目標の位置（嵌合部材Ｗを被嵌合平面Ｑ１に近づける目標の位置）に移動しようとする。ここで、Ｍ_X方向のモーメントの大きさが、０に近い範囲に収まるように制御されることにより、嵌合平面Ｗ１を被嵌合直線Ｑ１ａに線接触させることができる。線接触動作におけるＸ方向の目標の位置は、嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとが線接触するように予めティーチングされている位置である。

図３Ｃは、線接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。図３Ｄは、線接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示すＡ−Ａ線（図３Ｃ）の矢視断面図である。同図に示すように、嵌合部材Ｗの嵌合平面Ｗ１が、被嵌合部Ｑの被嵌合直線Ｑ１ａに対して線接触している。

このように、嵌合直線Ｗ１ａが被嵌合直線Ｑ１ａ上の点と点接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合直線Ｗ１ａを含む嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａと線接触するため、嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａ以外の稜線に誤って線接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとを線接触させることができる。

（４−３）面接触動作：
次に、制御部４０は面接触動作を行う（ステップＳ１２０）。面接触動作とは、被嵌合平面Ｑ１における嵌合方向Ｄと反対方向の端を構成する被嵌合直線Ｑ１ａに対して、嵌合平面Ｗ１が線接触した状態を維持しながら、嵌合平面Ｗ１を被嵌合平面Ｑ１に面接触させるための動作である。面接触動作において、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりの姿勢Ａ_Yが目標の姿勢Ａ_Yとなるように嵌合部材Ｗを回転させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｘ方向とＺ方向それぞれにおける力Ｆ_X，Ｆ_Zが目標の３Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ｃ，３Ｄに示すように、嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとが線接触してＸ方向とＺ方向それぞれに３Ｎの力（一点鎖線矢印の方向の合力）が作用している状態を維持したまま、嵌合部材ＷがＹ方向の軸まわりの目標の姿勢Ａ_Y（嵌合平面Ｗ１が被嵌合平面Ｑ１に平行となる目標の姿勢）に回転しようとする。これにより、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させて、嵌合平面Ｗ１を被嵌合平面Ｑ１に面接触させることができる。図３Ｅは、面接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。面接触動作におけるＹ方向の軸まわりの目標の姿勢Ａ_Yは、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１とが面接触するように予めティーチングされている位置である。

このように、被嵌合直線Ｑ１ａと嵌合平面Ｗ１とが線接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａを含む被嵌合平面Ｑ１と面接触するため、嵌合平面Ｗ１が被嵌合平面Ｑ１以外の面に誤って面接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１とを面接触させることができる。

（４−４）嵌合動作：
次に、制御部４０は嵌合動作を行う（ステップＳ１３０）。嵌合動作とは、被嵌合部Ｑが備える嵌合方向Ｄに平行な平面である被嵌合平面Ｑ１に対して、嵌合平面Ｗ１が面接触した状態を維持しながら、嵌合部材Ｗを移動させることにより被嵌合部Ｑに嵌合させるための動作である。嵌合動作において、制御部４０は、Ｚ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、嵌合触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の１０Ｎとなるように力制御を行うとともに、Ｚ方向の力制御におけるインピーダンスを他の動作を行う場合よりも変位が生じにくくなるように設定する。これにより、嵌合部材ＷのＺ方向の面が被嵌合部Ｑの嵌合方向Ｄの面に突き当たるまで、強く確実に嵌合部材Ｗを押し込むことができる。なお、制御部４０は、Ｘ方向についても所定の大きさの力Ｆ_Xで力制御することにより、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態を維持できる。

以上説明した構成において、湾曲面を有さない嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させることができる。また、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態では、嵌合平面Ｗ１の直交方向において被嵌合部Ｑに対して嵌合部材Ｗを位置決めできる。さらに、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態、すなわち被嵌合平面Ｑ１に対して嵌合平面Ｗ１が摺動する状態で嵌合部材Ｗを移動させることにより、確実に嵌合部材Ｗを嵌合方向Ｄに移動させることができる。

また、嵌合部材Ｗと把持部としてのチャック２３，２３との接触部位において嵌合部材Ｗとチャック２３，２３との間に挟み込まれる弾性部材２４，２４が備えられている。これにより、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに接触した状態において、嵌合部材Ｗの姿勢を変化させる力やモーメントが作用したとしても、弾性部材２４，２４が弾性変形することにより、当該力やモーメントを吸収することができる。すなわち、ロボットの力制御で追従できない嵌合部材Ｗの姿勢の変化を抑制するために、より精度のよい作業を行うことができる。

（４−５）異常回復動作：
制御部４０は、力覚センサーＰの測定結果に基づいて異常を検出した場合、異常回復動作を行う。例えば、嵌合動作において、Ｚ方向の目標の位置に嵌合部材Ｗを移動させようとした際に、所定の閾値以上の力やモーメントが力覚センサーＰにて計測された場合に、制御部４０は、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに噛み合っているとして、異常を検出してもよい。

本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、嵌合平面Ｗ１の直交方向に嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ１で示すように、制御部４０は、Ｘ方向において嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ１で示すように、Ｘ方向において嵌合部材Ｗを移動させる加速度を生じさせる力を嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。これにより、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１との面接触や嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとの線接触を解消するように嵌合部材Ｗの位置制御や力制御を行うことができる。従って、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１との面接触や嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとの線接触をさせるように嵌合部材Ｗの位置制御や力制御を行った際に生じた異常を解消できる。

また、本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ２で示すように、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりにおける嵌合部材Ｗの姿勢Ａ_Yを変化（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ２で示すように、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりにおける嵌合部材Ｗの姿勢Ａ_Yを変化させる角加速度を生じさせるモーメントを嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。上述したように、面接触動作において、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させることにより、被嵌合直線Ｑ１ａを含む被嵌合平面Ｑ１に嵌合平面Ｗ１を面接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように面接触動作において生じた異常を、面接触動作と同様の位置制御または力制御によって解消できる。

また、本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、嵌合平面Ｗ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ３で示すように、制御部４０は、Ｚ方向に嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ３で示すように、Ｚ方向において嵌合部材Ｗを移動させる加速度を生じさせる力を嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。さらに、図３Ｃにて矢印Ｖ４で示すように、制御部４０は、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、被嵌合平面Ｑ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行ってもよいし、当該方向に力を作用させる力制御を行ってもよい。ここで、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに接触していない状態において、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、嵌合平面Ｗ１または被嵌合平面Ｑ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動させることにより、嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させるにおいて生じた異常を、当該過程と平行な方向の位置制御または力制御によって解消できる。

（５）他の実施形態：
前記実施形態においては、面接触動作を１回のみ行ったが、制御部４０は、図２Ｂの括弧内に示すように２回目の面接触動作を行ってもよい（ステップＳ１２５）。すなわち、制御部４０は、図３Ｆに示すように被嵌合平面Ｑ１に嵌合平面Ｗ１を面接触した状態を維持したまま、Ｘ方向の軸まわりの姿勢Ａ_Xを変化させることにより、図２Ｃに示す第２被嵌合平面Ｑ２に第２嵌合平面Ｗ２を面接触させてもよい。これにより、嵌合部材Ｗを互いに直交する二方向から位置決めすることができ、より確実に嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させることができる。

また、嵌合部材Ｗは、嵌合方向Ｄに平行な一平面を有すればよく、嵌合方向Ｄから見て必ずしも矩形状である必要はない。例えば、嵌合部材Ｗは、図３Ｆに示すように３角柱であってもよいし、図３Ｇに示すように５角柱であってもよい。このような嵌合部材Ｗにおいても、少なくとも１個の嵌合平面Ｗ１を用いて嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させることができる。さらに、嵌合部材Ｗは、湾曲面を有してもよく、図３Ｈに示すように円柱と四角柱とが結合した形状であってもよい。この場合も、湾曲面以外のいずれかの平面を用いて嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させることができる。

また、前記実施形態では、力覚センサーＰの測定結果に基づいて点接触と線接触と面接触とを検知したが、例えばカメラで撮影した画像を認識することにより点接触と線接触と面接触とを検知してもよい。また、ロボット１は、必ずしも異常回復動作を行わなくてもよく、例えば異常を検知した場合にオペレーターに通知を行ってもよい。なお、嵌合部材Ｗとチャック２３，２３との間に挟み込まれる弾性部材２４，２４を備える構成において、嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を有さない例えば円柱状や楕円柱状の嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させてもよい。この場合でも、ロボットの力制御で追従できない嵌合部材Ｗの姿勢の変化を抑制するために、より精度のよい作業を行うことができる。

１…ロボット、１０…アーム、１２…モーター群、２０…制御部、２０…エンドエフェクター、２２…グリッパー、２３…チャック、２４…弾性部材、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…記憶部、４４…通信部、１００…嵌合台、Ｂ１〜Ｂ３…曲げ関節、Ｒ１〜Ｒ３…ねじり関節、Ｃ…接触範囲、Ｄ…嵌合方向、Ｋ…保持部、Ｍ１…位置制御部、Ｍ２…力制御部、Ｍ３…出力部、Ｐ…力覚センサー、Ｑ…被嵌合部、Ｑ１…被嵌合平面、Ｑ１ａ…被嵌合直線、Ｗ…嵌合部材、Ｗ１…嵌合平面、Ｗ１ａ…嵌合直線。

Claims (9)

1. 嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を少なくとも１個備える嵌合部材を、前記嵌合方向に移動させることにより被嵌合部に嵌合させる制御部を備える、
   ロボット。
2. 前記制御部は、前記被嵌合部が備える前記嵌合方向に平行な平面である被嵌合平面に対して、前記嵌合平面が面接触した状態を維持しながら、前記嵌合部材を移動させることにより前記被嵌合部に嵌合させる嵌合動作を行う、
   請求項１に記載のロボット。
3. 前記制御部は、前記被嵌合平面における前記嵌合方向と反対方向の端を構成する直線である被嵌合直線に対して、前記嵌合平面が線接触した状態を維持しながら、前記嵌合平面を前記被嵌合平面に面接触させる面接触動作を行う、
   請求項２に記載のロボット。
4. 前記制御部は、前記被嵌合直線に対して、前記嵌合平面における前記嵌合方向の直交方向の端を構成する直線である嵌合直線が点接触した状態を維持しながら、前記嵌合平面を前記被嵌合直線に線接触させる線接触動作を行う、
   請求項３に記載のロボット。
5. 前記制御部は、異常を検出した場合、
   前記嵌合平面または前記被嵌合平面の直交方向に前記嵌合部材を移動させる位置制御と、
   前記嵌合平面または前記被嵌合平面の直交方向の力を前記嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行う、
   請求項２から請求項４のいずれか一項に記載のロボット。
6. 前記制御部は、異常を検出した場合、
   前記被嵌合直線まわりに前記嵌合部材を回転させる位置制御と、
   前記被嵌合直線まわりのモーメントを前記嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行う、
   請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のロボット。
7. 前記制御部は、異常を検出した場合、
   前記被嵌合直線と直交し、かつ、前記嵌合平面または前記被嵌合平面と平行な方向に前記嵌合部材を移動させる位置制御と、
   前記被嵌合直線と直交し、かつ、前記嵌合平面または前記被嵌合平面と平行な方向の力を前記嵌合部材に作用させる力制御と、の少なくとも一方を行う、
   請求項３から請求項６のいずれか一項に記載のロボット。
8. 前記嵌合部材を把持する把持部と、
   前記嵌合部材と前記把持部との接触部位において前記嵌合部材と前記把持部との間に挟み込まれる弾性部材とを、
   さらに備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロボット。
9. 嵌合方向に平行な平面である嵌合平面を少なくとも１個備える嵌合部材を、前記嵌合方向に移動させることにより被嵌合部に嵌合させる制御部、
   を備えるロボットシステム。

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