JP2016101651A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアーム機構に対する併進移動・姿勢変更の操作性を向上すること。【解決手段】ロボット装置は、先端に手先効果器３を装備可能な複数の関節部Ｊ１−Ｊ６を有するロボットアーム機構２００と、手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部３００と、操作部を介して第1、第２、第３、第４モードから選択されたモードに従って関節部の駆動を制御する制御部１００とを具備する。第１−第４モードは、併進移動操作の基準座標系と、併進移動操作の基準点と、手先効果器の姿勢変更操作の回転軸との少なくとも一つが相違する。【選択図】 図８

Description

本発明の実施形態はロボット装置に関する。

近年ロボットがユーザと同一空間にいる環境が多くなってきている。介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者と並んで作業を行なう状況が今後拡大していくものと考えられる。そのようなロボットの多くは垂直多関節部アーム機構を備えている。垂直多関節部アーム機構には位置に関して３自由度（ｘ，ｙ，ｚ）、姿勢に関して３自由度（φ，θ，ψ）が要求され、一般的には根元３軸と呼ばれる回転関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３と手首３軸と呼ばれる回転関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６とからそれを実現している。例えば関節部Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６にはねじり関節部、関節部Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５には曲げ関節部が適用される。アーム先端にはハンド等の手先効果器（エンドエフェクタ）が装備される。その手先の位置姿勢制御はパラメータ（関節角、伸縮長、リンク長等）を用いた同次変換行列により実現している。

ティーチングや介護などではユーザが垂直多関節アーム機構をペンダントと呼ばれる操作部を操作して先端のハンドを３次元空間で移動させ、またハンドの姿勢を変更する作業が要求される。この手動操作はユーザ視点（ユーザ座標系）又はハンド視点（手先座標系）で行なっており作業目的によっては直感的でないことがある。ユーザ座標系はユーザを基準とした直交３軸の座標系であり、ロボットのアーム機構を基準とした動作制御の基本となるロボット座標系とは区別される。手先座標系はユーザ座標系やロボット座標系の中で任意に移動・回転するいわゆる移動座標系であり、例えばハンドの先端付近に設定した基準点を原点として直交３軸で規定される。

ハンドを併進移動させるときにユーザ視点を採用する場合、ユーザの見た目のままで動かしたい方向（または位置）を指定できるのでわかり易い。しかし、ユーザ視点でハンドの姿勢を変更する場合、ハンド姿勢をあらわすユーザ座標系の各軸周りの角度を自分で計算して求める必要があり、求める姿勢にするには多くの試行錯誤を要する。ハンド視点の場合は、その手先座標系の各軸それぞれで指定できるので姿勢変更の操作が直感的である。しかし、ハンド視点ではハンドを併進移動させることが難しい。

このようにロボットに対するユーザによる操作性を向上することが望まれている。

目的は、ロボットアーム機構に対する併進移動・姿勢変更の操作性を向上することにある。

本実施形態に係るロボット装置は、先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、操作部を介して第1、第２、第３、第４モードから選択されたモードに従って関節部の駆動を制御する制御部とを具備する。

第１モードにおいては、制御部は、操作部を介して入力された併進移動操作をロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに手先効果器の姿勢を併進移動操作の開始時におけるロボット座標系上の姿勢に維持するよう関節部の駆動を制御し、操作部を介して入力された手先効果器の姿勢変更操作をロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先効果器の姿勢を変更するとともに手先基準点の位置を姿勢変更操作開始時におけるロボット座標系上の位置に維持するよう関節部の駆動を制御する。

第２モードにおいては、制御部は、操作部を介して入力された併進移動操作を操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに手先効果器の姿勢を併進移動操作の開始時におけるユーザ座標系上の姿勢に維持するよう関節部の駆動を制御し、操作部を介して入力された手先効果器の姿勢変更操作を手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて手先効果器の姿勢を変更するとともに手先基準点の位置を姿勢変更操作開始時におけるユーザ座標系上の位置に維持するよう関節部の駆動を制御する。

第３モードにおいては、制御部は、操作部を介して入力された併進移動操作を操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに手先効果器の姿勢を併進移動操作の開始時におけるユーザ座標系上の姿勢に維持するよう関節部の駆動を制御し、操作部を介して入力された手先効果器の姿勢変更操作を関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて関節部の駆動を制御する。

第４モードにおいては、制御部は、操作部を介して入力された併進移動操作を操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう関節部の駆動を制御し、操作部を介して入力された手先効果器の姿勢変更操作を関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて関節部の駆動を制御する。

図１は、本実施形態に係るロボット装置のロボットアーム機構の外観斜視図である。 図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す斜視図である。 図３は、図１のロボットアーム機構を図記号表現により示す図である。 図４は、本実施形態に係るロボット装置のブロック図である。 図５は、図４の操作部の操作面を示す図である。 図６は、図３の手先座標系を具体的に示す図である。 図７は、本実施形態において手先姿勢の定義を示す図である。 図８は、本実施形態による併進移動・姿勢変更の制御処理を示すフローチャートである。 図９は、図８のモード１の併進移動を示す図である。 図１０は、図８のモード１の姿勢変更を示す図である。 図１１は、図８のモード２の併進移動を示す図である。 図１２は、図８のモード２の姿勢変更を示す図である。 図１３は、図８のモード３の併進移動を示す図である。 図１４は、図８のモード３の姿勢変更を示す図である。 図１５は、図８のモード４の併進移動を示す図である。 図１６は、図８のモード４の姿勢変更を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボット装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。図２は図１のロボットアーム機構の内部構造を示している。図３にロボットアーム機構を図記号表現により示している。ロボットアーム機構２００は、略円筒形状の基部１と基部１に接続するアーム部２とを有する。ロボットアーム部２の先端にはエンドエフェクタと呼ばれる手先効果器３が取り付けられる。図１では手先効果器３として対象物を把持可能なハンド部を図示している。手先効果器３としてはハンド部に限定されず、他のツール、またはカメラ、ディスプレイであってもよい。ロボットアーム部２の先端には任意の種類の手先効果器３に交換することができるアダプタが設けられていてもよい。

ロボットアーム部２は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３軸ＲＡ１，ＲＡ２，ＲＡ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６軸ＲＡ４，ＲＡ５，ＲＡ６は手首３軸と呼ばれる。第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的に伸縮する関節である。第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

第１関節部Ｊ１のねじり回転によりアーム部２がハンド部３とともに旋回する。第２関節部Ｊ２の曲げ回転によりアーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に起伏動をする。基部１を成すアーム支持体（第１支持体）１１ａは、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持体１１ａはアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持体１１ａが接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１ａとは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１ａの上部には第２支持部１１ｂが接続される。

第２支持部１１ｂは第１支持部１１ａに連続する中空構造を有する。第２支持部１１ｂの一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１１ｂの他端は開放され、第３支持部１１ｃが第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１１ｃは第１支持部１１ａ及び第２支持部に連通する鱗状の中空構造を有する。第３支持部１１ｃは、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１１ｂに収容され、また送出される。アーム部２の直動関節部を構成する第３関節部Ｊ３の後部はその収縮により第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂの連続する中空構造の内部に収納される。

第１関節部Ｊ１は円環形状の固定部と回転部とからなり、固定部において図示しない基台に固定される。回転部には第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂとが取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１、第２、第３支持体１１ａ、１１ｂ、１１ｃが第１回転軸ＲＡ１を中心としてアーム部２とハンド部３と共に旋回する。

第３支持部１１ｃはその後端下部において第２支持部１１ｂの開放端下部に対して回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２がハンド部３とともに第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

上記の通り直動伸縮関節部としての第３関節部Ｊ３はアーム部２の主要構成物を構成する。アーム部２の先端に上述のハンド部３が設けられる。第１乃至第６関節部Ｊ１−Ｊ６の回転、曲げ、伸縮によりハンド部３の２指ハンド１６を任意の位置・姿勢に配置することが可能である。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド部３で作用することを可能にする。

第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮アーム機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。直動伸縮距離の長さは、図２に示す構造により達成される。直動伸縮機構は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とを有する。アーム部２が水平に配置される基準姿勢では、第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０の下部に位置し、第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１の上部に位置する。第１連結コマ列２１は、同一の断面コ字形状を有し、ピンにより背面箇所において列状に連結される複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３の断面形状及びピンによる連結位置により第１連結コマ列２１はその背面方向に屈曲可能であるが逆に表面方向には屈曲不可な性質を備える。第２連結コマ列２０は、第１連結コマ２３と略等価な幅を有する略平板形状を有し、背面方向と表面方向とともに屈曲可能な状態でピンにより列状に連結される複数の第２連結コマ２２からなる。第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２０と先端部おいて結合コマ２６により結合される。結合コマ２６は、第１連結コマ２３と第２連結コマ２２とが一体的になった形状を有している。結合コマ２６が始端となって、第３支持部１１ｃから第２連結コマ列２０が第１連結コマ列２１とともに送り出されるときには、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは互いに接合される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは先端部おいて結合コマ２６により結合され、それぞれ後部において第３支持体１１ｃの内部で堅持され引き抜き防止されることにより接合状態が保持される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とが接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０の屈曲は制限され、それにより第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とにより一定の剛性を備えた柱状体が構成される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とが互いに離反するとき、屈曲制限を解除され、それぞれが屈曲可能状態に復帰する。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは第３支持体１１ｃの開口付近で接合され、送り出される。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは第３支持体１１ｃの内部で離反され、それぞれが屈曲可能状態となる。第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは個々に屈曲され、第１支持体１１ａの内部に別体として収容される。

図２に示すように第２連結コマ２２の内側には個々にリニアギア２２ａが形成されている。リニアギア２２ａは第２連結コマ２２が直線状になったときに連結され、連続的なリニアギアを構成する。第２連結コマ２２は第３支持体１１ｃ内でローラとドライブギアとの間に挟まれる。リニアギア２２ａは図示しないドライブギアに噛み合わされる。モータＭ１によりドライブギアが順回転することにより第２連結コマ列２０は第１連結コマ列２１とともに第３支持体１１ｃから送り出される。その際、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２０とは第３支持体１１ｃの開口付近に設けられた一対の上下ローラに挟まれ、相互に押圧され、接合された状態で第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的に送り出される。モータＭ１によりドライブギア２４ａが逆回転することにより第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とは第３支持体１１ｃの内部であって上下ローラ４の後方において接合状態を解除され、互いに離反される。離反された第２連結コマ列２０と第１連結コマ列２１とはそれぞれ屈曲可能な状態になり、第２、第３支持体１１ｂ、１１ｃの内部に設けられたガイドレールにガイドされて第１回転軸ＲＡ１に沿う方向に屈曲され、第１支持体１１ａの内部に収容される。

ハンド部３は、図１に示すようにアーム部２の先に装備されている。ハンド部３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。ハンド部３は、開閉される２つの指部１６ａ、１６ｂを有している。第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム部２の中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３に典型的には一致する回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけてハンド部３が回転軸ＲＡ４を中心に回転する。

第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の移動軸ＲＡ４に対して直交する回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド部１６とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に垂直な回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとハンド１６が左右に旋回する。

図３には図１のロボットアーム機構を図記号表現により示している。ロボットアーム機構は、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３、さらに手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの位置自由度と３つの姿勢自由度を実現する。第１関節部Ｊ１は、第１支持部１１ａと第２支持部１１ｂとの間に配設されており、回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節として構成されている。回転軸ＲＡ１は第１関節部Ｊ１の固定部が設置される基台の基準面ＢＰに垂直に配置される。回転軸ＲＡ１に平行にＺ軸を規定する。Ｚ軸を中心とした直交３軸のロボット座標系（Ｘb,Ｙb,Ｚb）を規定する。

第２関節部Ｊ２は回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節として構成される。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２はＸb軸に平行に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１に対して垂直な向きに設けられる。さらに第２関節部Ｊ２は、第１関節部Ｊ１に対して、第１回転軸ＲＡ１の方向（Ｚb軸方向）と第１回転軸ＲＡ１に垂直なＹb軸方向との２方向に関してオフセットされる。

第２関節部Ｊ２が第１関節部Ｊ１に対して上記２方向にオフセットされるように、第２支持体１１ｂは第１支持体１１ａに取り付けられる。第１関節部Ｊ１に第２関節部Ｊ２を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が直角に曲がった２つの鈎形状体が組み合わされたクランク形状を有している。この仮想的なアームロッド部分は、中空構造を有する第１、第２支持体１１ａ、１１ｂにより構成される。

第３関節部Ｊ３は移動軸ＲＡ３を中心とした直動関節として構成される。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第２関節部Ｊ２の回転角がゼロ度、つまりアーム部２の起伏角がゼロ度であってアーム部２が水平な基準姿勢においては、第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２とともに第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１にも垂直な方向に設けられる。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３はＸb軸及びＺb軸に対して垂直なＹb軸に平行に設けられる。さらに、第３関節部Ｊ３は、第２関節部Ｊ２に対して、その回転軸ＲＡ２の方向（Ｙb軸方向）と、移動軸ＲＡ３に直交するＺb軸の方向との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３が第２関節部Ｊ２に対して上記２方向にオフセットされるように、第３支持体１１ｃは第２支持体１１ｂに取り付けられる。第２関節部Ｊ２に第３関節部Ｊ３を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が垂直に曲がった鈎形状体を有している。この仮想的なアームロッド部分は、第２、第３支持体１１ｂ、１１ｃにより構成される。

第４関節部Ｊ４は回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節として構成される。第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３に略一致するよう配置される。第５関節部Ｊ５は回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節として構成される。第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３及び第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に略直交するよう配置される。第６関節部Ｊ６は回転軸ＲＡ６を中心としたねじり関節として構成される。第６関節部Ｊ６の回転軸ＲＡ６は第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交するよう配置される。第６関節部Ｊ６は手先効果器としてのハンド部３を旋回するために設けられており、その回転軸ＲＡ６が第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交する曲げ関節として実装されていてもよい。

このように複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの曲げ関節部を直動関節部に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、特異点姿勢を構造上解消することが実現されている。

図４は本実施形態に係るロボット装置のブロック図を示している。アーム機構１００の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６にはそれぞれ例えばステッピングモータがアクチュエータとして設けられる。同様にハンド部３にもステッピングモータがアクチュエータとして設けられる。これらステッピングモータにはモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１，２１３がそれぞれ接続される。関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角、伸縮距離、ハンド開閉角は例えばそれぞれのステッピングモータの回転に設けられたエンコーダ２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２，２１４の出力パルスの計数により測定される。

ロボット制御装置１００はシステム制御部１００を中心として制御／データバス１０９を解して各部が接続されてなる。ロボット制御装置１００には操作部インタフェース１０２を介して移動や姿勢の変更、それらの基準が相違するモードの切り替えをオペレータが手動操作するための操作部３００が接続される。現在位置・現在姿勢計算処理部１０５はエンコーダ２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２の出力パルスの累積値に応じた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角、伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）に基づいて基準座標系（ロボット座標系／ユーザ座標系）上での手先基準点／手首基準点の現在位置とハンド部３の現在姿勢とを計算する。

図３に示すようにロボット座標系Σbは第1関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１上の任意位置を原点として回転軸ＲＡ１にＺb軸、Ｚb軸の直交するようＸb軸、Ｙb軸を規定する。ユーザ座標系Σuはロボット装置を操作するユーザを基準とした直交３軸座標系（Ｘu,Ｙu,Ｚu）であり、ユーザ座標系Σuとロボット座標系Σbとの関係を定義する同次変換行列Ｔbuは、ユーザ座標系Σuのロボット座標系Σbに対する位置関係及び回転関係を既存のセンサ手法で計測した上で計算してもよいし、ロボット装置に対するユーザの位置及び姿勢が固定的であれば予め計算した同次変換行列Ｔbuを固定的に用いてもよい。図６に示すように手先座標系Σhとしてハンド部３の先端の２指先間中央位置（手先基準点という）を原点としてハンド部３の前後方向にＸh軸、旋回軸ＲＡ６と平行にＺh軸、これら２軸に直交するＹh軸が規定される。

手先姿勢とは、図７に示すように手先座標系Σhの基準座標系Σ0（ロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu）に対する直交３軸各々周りの回転角（Ｘ0軸周りの回転角φ、Ｙ0軸周りの回転角θ、Ｚ0軸周りの回転角ψ）として与えられる。手首座標系Σwとして第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４上であって第４関節部Ｊ４の後方位置（手首基準点という）を原点として回転軸ＲＡ４をＸw軸、第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５を平行にＹw軸を設定し、これら２軸に直交するＺw軸を規定する。

ロボット座標系Σbから見た手先座標系Σhの位置・姿勢を表現する同次変換行列をＴbh（パラメータ（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６））、ロボット座標系Σbから見た手首座標系Σwの位置・姿勢を表現する同次変換行列をＴbw（パラメータ（θ１、θ２、ｄ３））と表記する。ロボット座標系Σb上での手先基準点の位置（手先座標系Σhの原点）と手先姿勢は同次変換行列Ｔbhによりその時のパラメータ（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）から現在位置／現在姿勢計算処理部１０５で計算される。ロボット座標系Σb上での手首基準点の位置（手先座標系Σwの原点）は同次変換行列Ｔbwによりその時のパラメータ（θ１、θ２、ｄ３）から現在位置／現在姿勢計算処理部１０５で計算される。同様にユーザ座標系Σu上での手先基準点の位置と手先姿勢は同次変換行列Ｔuhによりその時のパラメータ（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）から現在位置／現在姿勢計算処理部１０５で計算される。ユーザ座標系Σu上での手首基準点の位置は同次変換行列Ｔuwによりその時のパラメータ（θ１、θ２、ｄ３）から現在位置／現在姿勢計算処理部１０５で計算される。

併進移動とは、手先に着目したとき、ユーザに基準座標系として選択されたロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での併進移動操作開始時の手先姿勢を維持した状態で手先が当該基準座標系の直交３軸の各軸に沿って移動する動きをいう。手首に着目したときには併進移動とは、ロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上の直交３軸の各軸に沿って手首が移動する動きをいい、この場合には手先姿勢の維持制御は行なわれず、手先姿勢は手首の移動に伴って変化する。なお、手首を併進移動する際にも、手先を併進移動する場合と同様に、手先姿勢を維持するよう制御してもよい。

手先又は手首の移動に必要とされる計算処理上では手先基準点または手首基準点が扱われる。ロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での手先基準点の現在位置を（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）と表記し、移動目標位置を（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）と表記するものとする。またロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での現在の手先姿勢を（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）と表記する。ロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での手先の目標姿勢を（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）と表記する。なお併進移動では、移動期間中において手先姿勢は移動操作開始時の姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）に維持される。手首に注目して移動するときには、手首基準点の現在位置を（Ｘw(1),Ｙw(1),Ｚw(1)）と表記し、移動目標位置を（Ｘw(2),Ｙw(2),Ｚw(2)）と表記するものとする。併進移動では、手先に注目して移動するときには移動期間中において手先姿勢は移動操作開始時の姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）に維持される。しかし手首に注目して移動するときには移動期間中において手先姿勢の制御はしない、つまり手首３軸の関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６の回転制御は実施せず、それにより手首の移動に従って手先姿勢はロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上で変化することになる。

本実施形態に係るロボット装置は、姿勢変更としては３種類用意される。手先位置つまり手先座標系Σhがその原点を固定した状態で基準座標系のＸ0軸と平行であって手先座標系Σhの原点を通る軸周りに回転し、Ｙ0軸と平行であって手先座標系Σhの原点を通る軸周りに回転し、Ｚ0軸と平行であって手先座標系Σhの原点を通る軸周りに回転することにより手先姿勢が変化する第１姿勢変更態様と、手先位置つまり手先座標系Σhの原点が基準座標系上で固定された状態で、基準座標系上で手先座標系ΣhがそのＸh軸周りに回転し（ロールα）、Ｙh軸周りに回転し（ピッチβ）、Ｚh軸周りに回転（ヨウγ）することにより手先姿勢が変化する第２姿勢変更態様と、手首３軸の関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を直接的に回転させることで手先姿勢を変化させる第３姿勢変更態様とが用意される。

第１姿勢変更態様において、基準座標系としてのロボット座標系Σb又はユーザ座標系ΣuのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する回転行列によりロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での現在の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）が単位角度変位した手先の目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）に変換される。ユーザにより姿勢変更操作が継続されているときにはその継続期間にわたって当該単位回転処理が繰り返される。姿勢変更計算処理部１０７は上記の通りの姿勢変更を実現するための目標姿勢計算処理を継続期間中繰り返し実行する。この態様では姿勢変更操作開始時の手先基準点の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）は維持される。

第２姿勢変更態様において、手先座標系ΣhのＸh軸、Ｙh軸、Ｚh軸に関する回転行列に、ユーザにより指定された回転軸（Ｘh軸、Ｙh軸又はＺh軸）に関する単位角度（ロール角α、ピッチ角β又はヨウ角γ）を適用して、それによりロボット座標系Σb又はユーザ座標系Σu上での現在の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を、単位角度変位した手先の目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）に変換される。ユーザにより姿勢変更操作が継続されているときにはその継続期間にわたって当該単位回転処理が繰り返される。姿勢変更計算処理部１０７は上記の通りの姿勢変更を実現するための目標姿勢計算処理を継続期間中繰り返し実行する。この態様では姿勢変更操作開始時の手先基準点／手首基準点の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）は維持される。

第３姿勢変更態様においては、操作量／関節角度変換処理部１０８は、ユーザにより手首３軸の関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６のいずれかに対して回転が指示されている期間中、単位時間ごとに関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６ごとに予め与えられている単位回転角を繰り返し出力する。この態様では手先基準点の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）は回転ともに変化する。

位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４は、併進移動計算処理部１０６又は姿勢変更計算処理部１０７で計算された手先基準点又は手首基準点の目標位置、手先の目標姿勢を、それを実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）に逆運動学の例えば代数的解法により変換する。ドライバ制御部１０３は位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値からの変化量を指令値（パルス数等）に変換してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１に供給する。指令値に従ってモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１からそれぞれのステッピングモータにパルスが供給され予定したか角度だけ回転し、予定した長さに伸縮する。それにより手先基準点又は手首基準点はその目標位置まで変位し、ハンド部３は目標姿勢に変化する。一方、操作量／関節角度変換処理部１０８からドライバ制御部１０３には回転角度が直接的に与えられるので、ドライバ制御部１０３はその回転角度を指令値に変換してそれぞれのモータドライバ２０７，２０９，２１１に供給する。この指令値に従ってモータドライバ２０７，２０９，２１１からそれぞれのステッピングモータにパルスが供給され、手首３軸を構成する関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はそれぞれ単位角度回転する。ユーザ操作されている期間中、当該回転が繰り返される。

なお、ユーザによる姿勢指定については手先座標系Σhを意識して各軸周りの３成分（α、β、γ）で入力することが直感的で有利ではあるが、姿勢計算処理上では３成分（△α、△β、△γ）で表現するよりも、クォータニオンと呼ばれる４次元表現を用いて計算することが効率的なことがある。クォータニオンとは周知の通りこの場合、姿勢を基準座標系内の手先座標系Σhの各軸の回転角（φ、θ、ψ)ではなく、３軸の回転角（φ、θ、ψ)で決まる一軸としての合成回転軸を定義し、それとその軸周りの回転角とで表現するものである。手先姿勢をクォータニオンで表現して姿勢計算を処理するようにしてもよい。

また手先や姿勢の移動制御としては目標位置・姿勢を求めその目標位置・姿勢を実現する各関節角・伸縮長を逆運動学計算により導出する手法には限定されず、手先の位置・姿勢を表すベクトルの関節角度による編微分で与えられるヤコビアンの逆行列を用いて手先位置・姿勢の微小変化から関節角・伸縮長の微小変化を求めて手先や姿勢の移動制御を実行するようにしてもよい。

図５には操作部３００の構成例を示している。操作部３００には、第１−第４モードをユーザが選択するための操作ボタン（３４１−３４４）、併進移動のための操作ボタン（３０１−３０６）、姿勢変更操作のための操作ボタン（３１１−３１６）、そしてハンド部３の開閉ボタン（３３１，３３２）が装備される。これら操作ボタン（３０１−３０６）、（３１１−３１６）、（３３１，３３２）、（３４１−３４４）は物理的ボタンの実装により構成されてもよいし、タッチパネルを装備したディスプレイにより構成されていてもよい。

モード切替制御部１１０は、第１−第４モード各々に対して、併進移動の注目（手先／手首（計算処理上では手先基準点／手首基準点））、併進移動の基準座標系（ロボット座標系／ユーザ座標系）、手先姿勢変更（第1−第３態様）の組み合わせを既定している。モード切替制御部１１０は、操作部３００の操作ボタン（３４１−３４４）の択一的な押下操作により選択されたモードに応じて併進移動の基準点を手先基準点／手首基準点のいずれか、併進移動の基準座標系をロボット座標系／ユーザ座標系のいずれか、手先姿勢変更を第1−第３態様のいずれかを設定する。

図８には本実施形態による動作フローチャートである。操作部３００の操作ボタン（３４１−３４４）のいずれかが選択的に押される（Ｓ１−Ｓ４）。なお操作ボタン（３４１−３４４）は一度押下操作をされると、他のボタンが押されるまでその押下状態が維持され、そのモードが継続される。

モード１では、モード切替制御部１１０により手先に注目した併進移動（計算処理上では手先基準点）が選択され、併進移動の基準座標系がロボット座標系Σbが選択され、手先姿勢変更の態様として第１態様が選択される（Ｓ１１）。併進移動のための操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されたとき、図９に示すようにロボット座標系Σb上での手先姿勢が維持された状態で、手先がロボット座標系Σbの直交３軸のいずれかと平行に移動する（Ｓ１２）。具体的にはロボット座標系Σb上での手先基準点の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）がユーザに操作された操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかに応じたロボット座標系Σbの直交３軸の一軸の極性（+Ｘb,-Ｘb,+Ｙb,-Ｙb,+Ｚb,-Ｚb）に関して既定の単位距離（△Ｘ，△Ｙ，△Ｚ）を加えた移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）が併進移動計算処理部１０６で計算される。この計算された移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）のデータは併進移動操作開始時のロボット座標系Σb上の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）のデータとともに位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４に送られる。位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４では、移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）と併進移動操作開始時の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）に計算する。ドライバ制御部１０３では位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値に対する変化量から指令値（パルス数等）を生成してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７に供給する。モータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１のパルスにより関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のステッピングモータが駆動し、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が回転し、伸縮する。それによりロボット座標系Σb上での併進移動操作開始時の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を維持した状態で1、ロボット座標系Σb上での直交３軸のいずれかと平行に手先が移動する。この単位移動はユーザにより操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されている期間にわたって繰り返され、手先姿勢を保ったまま手先がロボット座標系Σbの各軸と平行に移動する。

次に姿勢変更のための操作ボタン（３１１−３１６）のいずれかが押されたとき、システム制御部１０１の制御のもとで現在位置・現在姿勢計算処理部１０５によりロボット座標系上での手先基準点の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）とハンド部３の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）とが計算される。図１０に示すように、基準座標系としてのロボット座標系ΣbのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する回転行列によりロボット座標系Σb上での現在の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を単位角度変位した手先の目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）に変換される。位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４では、目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）と併進移動操作開始時の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）を実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）を計算し、ドライバ制御部１０３では位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値に対する変化量から指令値（パルス数等）を生成してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７に供給する。モータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１のパルスにより関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のステッピングモータが駆動し、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が回転し、伸縮する。それによりロボット座標系Σb上での併進移動操作開始時の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）を維持した状態で、ロボット座標系Σb上での直交３軸のいずれかと平行な軸を中心としてハンド部３の姿勢が変化する（Ｓ１３）。この単位移動はユーザにより操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されている期間にわたって繰り返される。

なお、２方向に関する併進移動を同時に指示してもかまわないし、２軸に関する姿勢変更を同時に指示してもかまわない。さらには併進移動と姿勢変更を同時に指示してもかまわない。それらの場合には位置、姿勢については合成され、それら合成位置、合成姿勢に従って指令値を生成しステッピングモータを駆動することになる。

モード２では、モード切替制御部１１０により手先に注目した併進移動が選択され、併進移動の基準座標系がユーザ座標系Σuが選択され、手先姿勢変更の態様として第２態様が選択される（Ｓ２１）。図１１に示すように、併進移動のための操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されたとき、現在位置・現在姿勢計算処理部１０５によりユーザ座標系上での手先基準点の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）とハンド部３の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）とが計算される。ユーザ座標系Σu上での手先基準点の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）に対して、ユーザに操作された操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかに応じたユーザ座標系Σuの直交３軸の一軸の極性（+Ｘb,-Ｘb,+Ｙb,-Ｙb,+Ｚb,-Ｚb）に関して既定の単位距離（△Ｘu，△Ｙu，△Ｚu）を加えた移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）が併進移動計算処理部１０６で計算される。計算された移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）のデータは併進操作開始時の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）のデータとともに位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４に送られる。位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４では、移動目標位置（Ｘh(2),Ｙh(2),Ｚh(2)）と併進操作開始時の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）に計算する。ドライバ制御部１０３では位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値に対する変化量から指令値（パルス数等）を生成してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１に供給する。モータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１のパルスにより関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のステッピングモータが駆動し、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が回転し、伸縮する。それによりユーザ座標系Σu上での併進移動操作開始時の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）を維持した状態で、ユーザ座標系Σu上での直交３軸のいずれかと平行に手先が移動する（Ｓ２２）。この単位移動はユーザにより操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されている期間にわたって繰り返され、手先姿勢を保ったまま手先がユーザ座標系Σuの各軸と平行に移動する。

次に図１２に示すように、姿勢変更のための操作ボタン（３１１−３１６）のいずれかが押されたとき、システム制御部１０１の制御のもとで現在位置・現在姿勢計算処理部１０５によりユーザ座標系上での手先基準点の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）とハンド部３の現在姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）とが計算される。操作ボタン３１１、３１２は手先座標系ΣhのＹh軸周りの（＋）／（−）の回転（ピッチβ）に対応し、操作ボタン３１３、３１４はＺh軸周りの（＋）／（−）の回転（ヨウγ）に対応し、操作ボタン３１５、３１６は手先座標系ΣhのＸh軸周りの（＋）／（−）の回転（ロールα）に対応する。姿勢変更計算処理部１０７により手先座標系ΣhのＸh軸、Ｙh軸、Ｚh軸に関する回転行列に、ユーザにより指定された回転軸（Ｘh軸、Ｙh軸又はＺh軸）に関する単位角度（ロール；△α、ピッチ；△β、ヨウ；△γ）を適用して、それによりロボット座標系Σb上での現在の手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）から、手先の目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）が発生される。発生された目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）のデータは姿勢変更操作開始時の現在位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）のデータとともに位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４に送られる。位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４では、目標姿勢（φh(2)、θh(2)、ψh(2)）と位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）を実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）が計算される。

ドライバ制御部１０３では位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値に対する変化量から指令値（パルス数等）を生成してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１に供給する。モータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１のパルスにより関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のステッピングモータが駆動し、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が回転し、伸縮する。それによりユーザ座標系Σu上での姿勢変更操作開始時の手先位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）を維持した状態で、手先座標系Σhの直交３軸のいずれか周りにハンド部３が回転して姿勢が変更される（Ｓ２３）。この単位姿勢変更はユーザにより操作ボタン（３１１−３１６）のいずれかが押されている期間にわたって繰り返され、手先位置を保ったままハンド部３が手先座標系Σhの直交３軸の各軸周りに連続的に回転して姿勢が変更される。

モード３では、モード切替制御部１１０により手先に注目した併進移動が選択され、併進移動の基準座標系がユーザ座標系Σuが選択され、手先姿勢変更の態様として第３態様が選択される（Ｓ３１）。図１３に示すように、モード３での併進移動はモード２での併進移動と同様である（Ｓ３２）。図１４に示すように姿勢変更においては、操作量／関節角度変換処理部１０８は、ユーザにより手首３軸の関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６のいずれかに対して回転が指示されている期間中、単位時間ごとに関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６ごとに予め与えられている単位回転角を繰り返し出力する。この態様では手先基準点の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）は回転ともに変化する（Ｓ３３）。

モード４では、モード切替制御部１１０により手首に注目した併進移動が選択され、併進移動の基準座標系がユーザ座標系Σuが選択され、手先姿勢変更の態様として第３態様が選択される（Ｓ４１）。図１５に示すように、併進移動のための操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されたとき、現在位置・現在姿勢計算処理部１０５によりユーザ座標系上での手首基準点の現在位置（Ｘw(1),Ｙw(1),Ｚw(1)）が計算される。ユーザ座標系Σu上での手首基準点の現在位置（Ｘw(1),Ｙw(1),Ｚw(1)）に対して、ユーザに操作された操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかに応じた既定の単位距離（△Ｘu，△Ｙu，△Ｚu）が選択的に加えられて移動目標位置（Ｘw(2),Ｙw(2),Ｚw(2)）が併進移動計算処理部１０６で計算される。計算された移動目標位置（Ｘw(2),Ｙw(2),Ｚw(2)）のデータは位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４に送られる。位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４では、移動目標位置（Ｘw(2),Ｙw(2),Ｚw(2)）を実現する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）に計算する。ドライバ制御部１０３では位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部１０４で与えられた関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６の関節角・伸縮長（θ１、θ２、ｄ３、θ４、θ５、θ６）のそれぞれの現在値に対する変化量から指令値（パルス数等）を生成してそれぞれのモータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１に供給する。モータドライバ２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１のパルスにより関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６のステッピングモータが駆動し、関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が回転し、伸縮する。それによりユーザ座標系Σu上での直交３軸のいずれかと平行に手首が移動する（Ｓ４２）。この単位移動はユーザにより操作ボタン（３０１−３０６）のいずれかが押されている期間にわたって繰り返され手首がユーザ座標系Σuの各軸と平行に移動する。このモード４では手先姿勢（φh(1)、θh(1)、ψh(1)）の維持制御は行なわれない。手首がユーザ座標系Σuの各軸と平行に移動すると、それに応じてユーザ座標系Σu上での手先姿勢は変化する。

図１６に示すように姿勢変更においては、操作量／関節角度変換処理部１０８は、ユーザにより手首３軸の関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６のいずれかに対して回転が指示されている期間中、単位時間ごとに関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６ごとに予め与えられている単位回転角を繰り返し出力する。この態様では手先基準点の位置（Ｘh(1),Ｙh(1),Ｚh(1)）は回転ともに変化する（Ｓ４３）。

以上のとおり本実施形態によればモードを使用状況等に応じて自由に切り替えることができ、併進移動及び手先姿勢変更の操作性を向上させることができる。

上述の説明ではロボット装置は第１モード、第２モード、第３モード、第４モードを装備し、これら４種のモードのいずれかを任意に切り替え可能であると説明した。しかし、ロボット装置は４種のモードのうち任意の３種のモードを装備して、３種のモードのいずれかを任意に切り替え可能であってもよい。またロボット装置は４種のモードのうち任意の２種のモードを装備して、２種のモードのいずれかを任意に切り替え可能であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…ロボット制御装置、１０１…システム制御部、１０２…操作部インタフェース、１０３…ドライバ制御部、１０４…位置・姿勢／関節角度・伸縮長変換処理部、１０５…現在位置・現在姿勢計算処理部、１０６…併進移動計算処理部、１０７…姿勢変更計算処理部、１０８…操作量／関節角度変換処理部、１０９…制御／データバス、１１０…モード切替制御部。

Claims (10)

1. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第２、第３、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御し、
   前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
2. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第２、第３モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
3. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第２、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
4. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第２、第３、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御し、
   前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
5. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第２モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
6. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第３モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
7. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第1、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第１モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記ロボットアーム機構のロボット座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ロボット座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記ロボット座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ロボット座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
8. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第２、第３モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
9. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
   前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
   前記操作部を介して第２、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
   前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記手先基準点を原点とする手先座標系の直交３軸に対応つけて前記手先効果器の姿勢を変更するとともに前記手先基準点の位置を前記姿勢変更操作開始時における前記ユーザ座標系上の位置に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、
   前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。
10. 先端に手先効果器を装備可能な複数の関節部を有するロボットアーム機構と、
    前記手先効果器の移動及び姿勢変更について操作するための操作部と、
    前記操作部を介して第３、第４モードから選択されたモードに従って前記関節部の駆動を制御する制御部とを具備し、
    前記第３モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手先を移動するとともに前記手先効果器の姿勢を前記併進移動操作の開始時における前記ユーザ座標系上の姿勢に維持するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御し、
    前記第４モードにおいては、前記制御部は、前記操作部を介して入力された併進移動操作を前記操作部を操作するユーザに係るユーザ座標系の直交３軸に対応つけて手首を移動するよう前記関節部の駆動を制御し、前記操作部を介して入力された前記手先効果器の姿勢変更操作を前記関節部のうち手首３軸に係る３つの関節部各々の回転に直接的に対応つけて前記関節部の駆動を制御することを特徴とするロボット装置。