JP2017177263A - ロボット、ロボット制御装置、及びロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができるロボットを提供すること。【解決手段】第１関節を備えるロボットであって、前記第１関節は、第１駆動軸を回動させる第１駆動部と、前記第１駆動軸の回動速度を減速する第１減速機と、前記第１減速機よりも前記第１駆動部側に設けられ、力を検出する第１力検出器と、を備える、ロボット。【選択図】図２

Description

この発明は、ロボット、ロボット制御装置、及びロボットシステムに関する。

ロボットに加えられた力やトルクを検出する技術の研究や開発が行われている。

これに関し、力センサーを用いてロボットに加えられた力とトルクとの両方を検出する方法が知られている。
また、アクチュエーターにより関節軸を介して出力する多自由度マニピュレーターにおいて、当該関節軸に作用する力を検出するセンサーを設け、この一例において、のセンサーが出力する力信号に基づく補正値をアクチュエーターへの入力信号に対して加減する演算手段を設けてなる多自由度マニピュレーターの制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開昭６３−２１２４８３号公報

しかしながら、このような多自由度マニピュレーターでは、関節軸に作用する力を検出するセンサーが、当該関節が有する減速機の出力側に取り付けられていた。当該出力側は、当該関節において当該減速機よりも当該関節軸を回転させる駆動部側と反対側のことである。このため、当該多自由度マニピュレーターでは、当該センサーによって検出された力に基づいてトルクを検出する場合、当該トルクを検出する検出範囲が、当該減速機の減速比に応じて広くなる。その結果、当該多自由度マニピュレーターでは、当該場合、当該センサーによって当該力を検出する検出感度を、当該トルクを検出する検出感度に応じて低くしなければならず、当該力に基づく制御による作業の精度を向上させることが困難な場合があった。また、当該多自由度マニピュレーターでは、当該減速機を介して当該駆動部が発生させるトルクを当該センサーが検出することとなるため、当該減速機が有するバックラッシュやコンプライアンスによって、当該駆動部が発生するトルクを、当該センサーが応答性よく検出することができず、当該力に基づく高速な制御が不安定になってしまう場合があった。

上記課題の少なくとも一つを解決するために本発明の一態様は、第１関節を備えるロボットであって、前記第１関節は、第１駆動軸を回動させる第１駆動部と、前記第１駆動軸の回動速度を減速する第１減速機と、前記第１減速機よりも前記第１駆動部側に設けられ、力を検出する第１力検出器と、を有する、ロボットである。
この構成により、ロボットは、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１駆動部と前記第１減速機との間に設けられている、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１駆動部と第１減速機との間に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、第１駆動部と第１減速機との間に設けられた第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１駆動部よりも前記第１減速機と反対側に設けられている、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１駆動部よりも第１減速機と反対側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、第１駆動部よりも第１減速機と反対側に設けられた第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１駆動軸を貫通する貫通孔を有する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１駆動軸を貫通する貫通孔を有する第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、第１駆動軸を貫通する貫通孔を有する第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１減速機よりも前記第１駆動部と反対側に作用する力を検出する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１力検出器によって、第１減速機よりも第１駆動部と反対側に作用する力を検出する。これにより、ロボットは、第１減速機よりも第１駆動部と反対側に作用した力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１駆動軸を回動させる方向に加わる力を検出する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１力検出器によって、第１駆動軸を回動させる方向に加わる力を検出する。これにより、ロボットは、第１駆動軸を回動させる方向に加わった力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、前記第１駆動軸の径方向に加わる力を検出する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１力検出器によって、第１駆動軸の径方向に加わる力を検出する。これにより、ロボットは、第１駆動軸の径方向に加わった力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、水晶を含む力検出素子を有する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、水晶を含む力検出素子を有する第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、水晶を含む力検出素子を有する第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、複数の第１力検出素子を有し、前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記複数の前記第１力検出素子のうちの一部の前記第１力検出素子によって検出された第１力と、前記複数の前記第１力検出素子のうちの前記一部と異なる前記第１力検出素子によって検出された第２力とを比較する制御部を備える、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、複数の第１力検出素子のうちの一部の第１力検出素子によって検出された第１力と、複数の第１力検出素子のうちの当該一部と異なる第１力検出素子によって検出された第２力とを比較するロボット制御装置によって制御される。これにより、ロボットは、第１力を検出する第１力検出素子と、第２力を検出する第１力検出素子とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、前記第１力検出器は、複数の第１力検出素子と、第２力検出素子とを有し、前記第２力検出素子が前記複数の第１力検出素子より内周側に配置されており、前記ロボットを制御するロボット制御装置が、前記複数の前記第１力検出素子のうちの少なくとも一部によって検出された第１力と、前記第２力検出素子によって検出された第２力とを比較する制御部を備える、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、複数の第１力検出素子のうちの少なくとも一部によって検出された第１力と、第２力検出素子によって検出された第２力とを比較するロボット制御装置によって制御される。これにより、ロボットは、第１力を検出する第１力検出素子と、第２力を検出する第２力検出素子とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができる。

また、本発明の他の態様は、ロボットにおいて、第２関節を備え、前記第２関節は、第２駆動軸を回動させる第２駆動部と、前記第２駆動軸の回動速度を減速する第２減速機と、力を検出する第２力検出器と、を有する、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットは、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器と、第２力検出器とのそれぞれによって力を検出する。これにより、ロボットは、第１力検出器によって検出された力と、第２力検出器によって検出された力とのそれぞれに基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、本発明の他の態様は、上記に記載のロボットを制御する、ロボット制御装置である。
この構成により、ロボット制御装置は、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボット制御装置は、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よくロボットに行わせることができる。

また、本発明の他の態様は、上記に記載のロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備えるロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムは、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットシステムは、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よくロボットに行わせることができる。

以上により、ロボットは、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボットは、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、ロボット制御装置、及びロボットシステムは、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器によって力を検出する。これにより、ロボット制御装置、及びロボットシステムは、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よくロボットに行わせることができる。

本実施形態に係るロボットシステム１の構成の一例を示す図である。 関節Ｊの構成の一例を示す図である。 図２に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す側面図である。 図２に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す断面図である。 図４に示した力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれに加わった剪断力の一例を示す図である。 関節Ｊの構成の他の例を示す図である。 図６に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す側面図である。 図６に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す断面図である。 第１力を検出する力検出素子と第２力を検出する力検出素子とのそれぞれの一例を示す図である。 力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４に加えて、他の力検出素子を有する力検出器ＪＦ１の一例を示す図である。 第１力検出素子が３つの場合の力検出器ＪＦ１の構成の一例を示す図である。 ロボット制御装置３０の機能構成の一例を示す図である。

＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜ロボットシステムの構成＞
まず、ロボットシステム１の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係るロボットシステム１の構成の一例を示す図である。ロボットシステム１は、ロボット２０と、ロボット制御装置３０を備える。

ロボット２０は、アームＡと、アームＡを支持する支持台Ｂを備える単腕ロボットである。単腕ロボットは、この一例におけるアームＡのような１本のアーム（腕）を備えるロボットである。なお、ロボット２０は、単腕ロボットに代えて、複腕ロボットであってもよい。複腕ロボットは、２本以上のアーム（例えば、２本以上のアームＡ）を備えるロボットである。なお、複腕ロボットのうち、２本のアームを備えるロボットは、双腕ロボットとも称される。すなわち、ロボット２０は、２本のアームを備える双腕ロボットであってもよく、３本以上のアーム（例えば、３本以上のアームＡ）を備える複腕ロボットであってもよい。また、ロボット２０は、スカラロボットや、直角座標ロボット等の他のロボットであってもよい。直角座標ロボットは、例えば、ガントリロボットである。

アームＡは、エンドエフェクターＥと、マニピュレーターＭを備える。
エンドエフェクターＥは、この一例において、物体を把持可能な指部を備えるエンドエフェクターである。なお、エンドエフェクターＥは、当該指部を備えるエンドエフェクターに代えて、空気の吸引や磁力、治具等によって物体を持ち上げることが可能なエンドエフェクターや、他のエンドエフェクターであってもよい。

マニピュレーターＭは、５個のアーム部材であるリンクＬ１〜リンクＬ５と、６つの関節である関節Ｊ１〜関節Ｊ６を備える。支持台ＢとリンクＬ１は、関節Ｊ１によって連結される。リンクＬ１とリンクＬ２は、関節Ｊ２によって連結される。リンクＬ２とリンクＬ３は、関節Ｊ３によって連結される。リンクＬ３とリンクＬ４は、関節Ｊ４によって連結される。リンクＬ４とリンクＬ５は、関節Ｊ５によって連結される。リンクＬ５とエンドエフェクターＥは、関節Ｊ６によって連結される。すなわち、マニピュレーターＭを備えるアームＡは、６軸垂直多関節型のアームである。なお、アームＡは、５軸以下の自由度で動作する構成であってもよく、７軸以上の自由度で動作する構成であってもよい。

関節Ｊ２、関節Ｊ３、関節Ｊ５のそれぞれは、曲げ関節であり、関節Ｊ１、関節Ｊ４、関節Ｊ６のそれぞれは、ねじり関節である。前述したように、関節Ｊ６には、エンドエフェクターＥが連結（装着）される。なお、図１では、図を簡略化するため、関節Ｊ１〜関節Ｊ６のそれぞれの構成を省略している。

関節Ｊ１は、角度センサーＡＳ１と、関節Ｊ１の駆動軸ＡＸ１を回動させる駆動部ＭＴ１と、駆動軸ＡＸ１の回動速度を減速する減速機ＤＡ１と、力検出器ＪＦ１を有する。角度センサーＡＳ１は、駆動軸ＡＸ１の回動角を検出する。駆動部ＭＴ１は、アクチュエーターであり、駆動軸ＡＸ１を回動させる。力検出器ＪＦ１は、減速機ＤＡ１よりも駆動部ＭＴ１側に設けられ、力を検出する。

関節Ｊ２〜関節Ｊ６のそれぞれは、関節Ｊ１と同様の構成を有する。すなわち、関節ＪＮは、角度センサーＡＳＮと、関節ＪＮの駆動軸ＡＸＮを回動させる駆動部ＭＴＮと、駆動軸ＡＸＮの回動速度を減速する減速機ＤＡＮと、力検出器ＪＦＮを有する。この一例において、Ｎは、１〜６のいずれかの整数である。

以下では、関節Ｊ１〜関節Ｊ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は関節Ｊ１〜関節Ｊ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて関節Ｊと称して説明する。また、以下では、角度センサーＡＳ１〜角度センサーＡＳ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は角度センサーＡＳ１〜角度センサーＡＳ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて角度センサーＡＳと称して説明する。また、以下では、駆動軸ＡＸ１〜駆動軸ＡＸ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は駆動軸ＡＸ１〜駆動軸ＡＸ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて駆動軸ＡＸと称して説明する。また、以下では、駆動部ＭＴ１〜駆動部ＭＴ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は駆動部ＭＴ１〜駆動部ＭＴ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて駆動部ＭＴと称して説明する。また、以下では、減速機ＤＡ１〜減速機ＤＡ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は減速機ＤＡ１〜減速機ＤＡ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて減速機ＤＡと称して説明する。また、以下では、力検出器ＪＦ１〜力検出器ＪＦ６のそれぞれを区別する必要がない限り、又は力検出器ＪＦ１〜力検出器ＪＦ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめて力検出器ＪＦと称して説明する。また、以下では、リンクＬ１〜リンクＬ５のそれぞれを区別する必要がない限り、又はリンクＬ１〜リンクＬ６のそれぞれについて共通している内容を説明する場合、まとめてリンクＬと称して説明する。

エンドエフェクターＥと、マニピュレーターＭが備える６つの関節Ｊは、ケーブルによってロボット制御装置３０と通信可能に接続されている。なお、ケーブルを介した有線通信は、例えば、イーサネット（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）等の規格によって行われる。また、エンドエフェクターＥは、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格により行われる無線通信によってロボット制御装置３０と接続される構成であってもよい。また、マニピュレーターＭが備える６つの関節Ｊのうちの一部又は全部は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格により行われる無線通信によってロボット制御装置３０と接続される構成であってもよい。

ロボット制御装置３０は、この一例において、ロボットコントローラーである。ロボット制御装置３０は、予め入力された動作プログラムに基づいて制御信号を生成する。ロボット制御装置３０は、生成した制御信号をロボット２０に送信し、ロボット２０に所定の作業を行わせる。所定の作業は、力検出器ＪＦ１〜力検出器ＪＦ６のそれぞれが検出した力に基づく作業である。当該作業は、例えば、図示しない物体をロボット２０が把持し、把持した物体を図示しない給材領域にロボット２０が配置する作業であるが、これに代えて当該力に基づく他の作業であってもよい。

＜関節Ｊの構成＞
以下、図２を参照し、関節Ｊの構成について説明する。図２は、関節Ｊの構成の一例を示す図である。以下では、説明の便宜上、各関節Ｊの駆動軸ＡＸに連結された２つのリンクＬのうち支持台Ｂ側のリンクＬを第１リンクＬＮ１と称し、各関節Ｊの駆動軸ＡＸに連結された２つのリンクＬのうちエンドエフェクターＥ側のリンクＬを第２リンクＬＮ２と称して説明する。ただし、第２リンクＬＮ２がリンクＬ１である場合、第１リンクＬＮ１は支持台Ｂを意味し、第１リンクＬＮ１がリンクＬ５である場合、第２リンクＬＮ２はマニピュレーターＭが有する部材のうちのエンドエフェクターＥが取り付けられる部材を意味する。

図２に示したように、関節Ｊでは、角度センサーＡＳ、第１リンクＬＮ１、駆動部ＭＴ、力検出器ＪＦ、減速機ＤＡ、第２リンクＬＮ２の順に駆動軸ＡＸに連結されている。
力検出器ＪＦは、第１プレートＰ１と、第２プレートＰ２と、４つの力検出素子である力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれとを有する。力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、水晶を含む力検出素子である。なお、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、水晶を含まない力検出素子であってもよい。図２に示した例では、図を簡略化するため、当該４つの力検出素子のうちの力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３との２つの力検出素子のみが描かれている。なお、力検出器ＪＦは、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの２つ以上の力検出素子を備える構成であってもよく、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの一部又は全部に代えて、他の力検出素子を備える構成であってもよく、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４に加えて他の力検出素子を備える構成であってもよい。第１プレートＰ１と第２プレートＰ２は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれを挟むように設置され、互いに対向している。力検出器ＪＦのより詳しい構成については、後述する。

この一例において、駆動軸ＡＸは、３つに分割されている。以下では、分割された３つの駆動軸ＡＸのうちの角度センサーＡＳ、第１リンクＬＮ１、第１プレートＰ１のそれぞれが連結している駆動軸ＡＸを第１駆動軸ＡＸＳ１と称し、分割された３つの駆動軸ＡＸのうちの第２プレートＰ２、減速機ＤＡのそれぞれが連結している駆動軸ＡＸを第２駆動軸ＡＸＳ２と称し、分割された３つの駆動軸ＡＸのうちの減速機ＤＡ、第２リンクＬＮ２のそれぞれが連結している駆動軸ＡＸを第３駆動軸ＡＸＳ３と称して説明する。

第１駆動軸ＡＸＳ１に連結された第１リンクＬＮ１には、第１リンクＬＮ１と駆動部ＭＴとの相対的な位置関係が変化しないように駆動部ＭＴが固定されている。このため、駆動部ＭＴは、第１リンクＬＮ１とともに移動する。なお、第１リンクＬＮ１と駆動部ＭＴとの間には、スペーサー等の他の物体が挟み込まれている構成であってもよく、当該他の物体が挟み込まれていない構成であってもよい。

第１プレートＰ１は、第１駆動軸ＡＸＳ１に固定されている。このため、第１プレートＰ１は、第１駆動軸ＡＸＳ１の回動とともに回動する。第１プレートＰ１が回動した場合、前述の４つの力検出素子を挟んで対向している第２プレートＰ２は、第１プレートＰ１の回動とともに回動する。ここで、第２プレートＰ２は、第２駆動軸ＡＸＳ２に固定されている。すなわち、第２駆動軸ＡＸＳ２は、第１プレートＰ１の回動とともに回動する。減速機ＤＡに連結した第２駆動軸ＡＸＳ２が回動した場合、減速機ＤＡの減速比に応じて第２駆動軸ＡＸＳ２の角速度から減速された角速度によって第３駆動軸ＡＸＳ３が回動する。第３駆動軸ＡＸＳ３には、第２リンクＬＮ２が固定されている。このため、第２リンクＬＮ２は、第３駆動軸ＡＸＳ３の回動とともに回動する。なお、当該減速比は、例えば、１６０であるが、これに代えて、１６０より小さな減速比であってもよく、１６０より大きな減速比であってもよい。

ここで、第３駆動軸ＡＸＳ３に固定された第２リンクＬＮ２に外力が作用した（加えられた）場合、第３駆動軸ＡＸＳ３、減速機ＤＡ、第２駆動軸ＡＸＳ２のそれぞれを介して、第２プレートＰ２と第１プレートＰ１とに挟まれた力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれに当該外力に応じた剪断力が作用する（加わる）。力検出器ＪＦは、当該剪断力を検出する。力検出器ＪＦは、検出した当該剪断力を示す剪断力情報をロボット制御装置３０に出力する。ロボット制御装置３０は、力検出器ＪＦから取得した剪断力情報が示す剪断力に基づいて第２リンクＬＮ２に作用した（加えられた）外力を検出（算出）する。当該外力には、例えば、第２リンクＬＮ２を駆動軸ＡＸに直行する面に沿って並進させる並進力と、第２リンクＬＮ２を駆動軸ＡＸ周りに回動させるトルクとのうち少なくとも一方が含まれる。なお、当該外力には、第２リンクＬＮ２を駆動軸ＡＸに沿って並進させる並進力が含まれる構成であってもよい。

このように、関節Ｊは、角度センサーＡＳと、関節Ｊの駆動軸ＡＸを回動させる駆動部ＭＴと、駆動軸ＡＸの回動速度を減速する減速機ＤＡと、減速機ＤＡよりも駆動部ＭＴ側に設けられた力検出器ＪＦを有する。これにより、ロボット２０は、力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、力検出器ＪＦは、駆動部ＭＴと減速機ＤＡとの間に設けられている。これにより、ロボット２０は、駆動部ＭＴと減速機ＤＡとの間に設けられた力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、力検出器ＪＦは、減速機ＤＡよりも駆動部ＭＴと反対側に作用する外力、すなわち第２リンクＬＮ２に作用する外力を検出する。これにより、ロボット２０は、減速機ＤＡよりも駆動部ＭＴと反対側に作用した外力であって力検出器ＪＦによって検出された外力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、力検出器ＪＦは、水晶を含む力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４を有する。これにより、ロボット２０は、水晶を含む力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４を有する力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

なお、上記の説明では、力検出器ＪＦが関節Ｊ１〜関節Ｊ６のそれぞれに備えられる構成について説明したが、これに代えて、力検出器ＪＦが関節Ｊ１〜関節Ｊ６のうちの一部に備えられる構成であってもよい。また、上記の説明では、エンドエフェクターＥに作用した（加えられた）外力を検出する力センサーがマニピュレーターＭとエンドエフェクターＥとの間に備えられていない構成について説明したが、これに代えて、エンドエフェクターＥに作用した（加えられた）外力を検出する力センサーがマニピュレーターＭとエンドエフェクターＥとの間に備えられている構成であってもよい。

＜力検出器の構成＞
以下、図３及び図４を参照し、図２に示した力検出器ＪＦの構成について説明する。図３は、図２に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す側面図である。図３に示したように、力検出器ＪＦは、第１プレートＰ１と、第２プレートＰ２と、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれと、複数の与圧ボルトＳＣを備える。なお、図３には、図を簡略化するため、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３の２つの力検出素子のみが示されている。

図３に示したように、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２に挟まれている。また、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれを挟んだまま複数の与圧ボルトＳＣによって固定されている。これにより、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれには、第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２から所定の圧力が加えられている。この結果、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、第２リンクＬＮ２に外力が作用した際に加わる剪断力に比例した大きさの信号を剪断力情報としてロボット制御装置３０に出力する。

図４は、図２に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す断面図である。図４に示した断面図は、図３に示した側面図において、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２との間の面であって駆動軸ＡＸの中心を通る仮想的な中心軸ＣＡＸに直行する平面Ｍ１によって力検出器ＪＦを切断した場合の断面図である。また、図４に示した断面図は、第２プレートＰ２側から第１プレートＰ１に向かって第１プレートＰ１を見た場合の断面図である。以下では、図４に限らず、力検出器ＪＦの断面図と称した場合、平面Ｍ１によって力検出器ＪＦを切断した場合の断面図であり、第２プレートＰ２側から第１プレートＰ１に向かって第１プレートＰ１を見た場合の断面図を意味する。

図４に示した第１プレートＰ１上には、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれが配置されている。力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、図４に示した第１プレートＰ１上の位置であって中心軸ＣＡＸから所定の半径Ｒだけ離れた位置に配置されている。また、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれは、図４に示した第１プレートＰ１上の位置であって中心軸ＣＡＸを中心として互いに９０°回転した位置に配置されている。すなわち、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれの重心を直線で結んだ場合、正四角形が形成される。力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれをこのように配置することによって、力検出器ＪＦの剛性を高くすることができる。

＜剪断力情報に基づく力及びトルクの算出方法＞
以下、図５を参照し、剪断力情報に基づく力及びトルクの算出方法について説明する。図５は、図４に示した力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれに加わった剪断力の一例を示す図である。図５に示した座標系ＣＣは、図３及び図４に示した力検出器ＪＦに対応付けられた二次元局所座標系である。座標系ＣＣは、力検出器ＪＦに加わった剪断力の方向を表す座標系である。図５に示した例では、力検出素子ＣＲ１の重心と力検出素子ＣＲ２の重心とを結ぶ直線、及び力検出素子ＣＲ３の重心と力検出素子ＣＲ４の重心とを結ぶ直線のそれぞれは、座標系ＣＣにおけるＹ軸に対して平行である。また、力検出素子ＣＲ１の重心と力検出素子ＣＲ４の重心とを結ぶ直線、及び力検出素子ＣＲ２の重心と力検出素子ＣＲ３の重心とを結ぶ直線とのそれぞれは、座標系ＣＣにおけるＸ軸に対して平行である。

図５に示した例では、力検出素子ＣＲ１には、座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の剪断力ｆｘ１と、座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の剪断力ｆｙ１との合力が加わっている。また、力検出素子ＣＲ２には、座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の剪断力ｆｘ２と、座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の剪断力ｆｙ２との合力が加わっている。また、力検出素子ＣＲ３には、座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の剪断力ｆｘ３と、座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の剪断力ｆｙ３との合力が加わっている。また、力検出素子ＣＲ４には、座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の剪断力ｆｘ４と、座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の剪断力ｆｙ４との合力が加わっている。

このような場合、関節Ｊに作用した力、すなわち第２リンクＬＮ２に作用した力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力Ｆｘは、以下に示した式（１）によって算出され、第２リンクＬＮ２に作用した力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力Ｆｙは、以下に示した式（２）によって算出される。また、当該場合、関節Ｊに作用したトルク、すなわち第２リンクＬＮ２に作用した力によって発生したトルクＭｚは、以下に示した式（３）によって算出される。

Ｆｘ＝ｆｘ１＋ｆｘ２＋ｆｘ３＋ｆｘ４ ・・・（１）
Ｆｙ＝ｆｙ１＋ｆｙ２＋ｆｙ３＋ｆｙ４・・・（２）
Ｍｚ＝（［（ｆｘ１＋ｆｙ１）＋（−ｆｘ２＋ｆｙ２）＋（−ｆｘ３−ｆｙ３）＋（ｆｘ４−ｆｙ４）］／√２）×Ｒ ・・・（３）

ここで、剪断力ｆｘ１〜剪断力ｆｘ４のそれぞれは、正の値の場合、座標系ＣＣにおけるＸ軸の正方向の剪断力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の剪断力を表す。また、剪断力ｆｙ１〜剪断力ｆｙ４のそれぞれは、正の値の場合、座標系ＣＣにおけるＹ軸の正方向の剪断力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の剪断力を表す。また、力Ｆｘは、正の値の場合、当該Ｘ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の力を表す。また、力Ｆｙは、正の値の場合、当該Ｙ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の力を表す。また、トルクＭｚは、正の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ２、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ４の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図５において反時計回りとなる回転方向）のトルクを表し、負の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ４、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ２の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図５において時計回りとなる回転方向）のトルクを表す。

ロボット制御装置３０は、上記の式（１）及び式（２）によって第２リンクＬＮ２に作用した力を検出（算出）する。そして、ロボット制御装置３０は、算出した当該力に基づいて、当該力のうちの力検出器ＪＦにおいて駆動軸ＡＸの径方向に加わる合力を検出（算出）する。また、ロボット制御装置３０は、算出した当該力に基づいて、当該力のうちの力検出器ＪＦにおいて駆動軸ＡＸを回動させる方向に加わる合力を検出（算出）する。

なお、力検出器ＪＦにおいて、力検出素子ＣＲ２の重心と力検出素子ＣＲ４の重心とを結ぶ直線が、座標系ＣＣにおけるＹ軸に対して平行となるように力検出素子ＣＲ２と力検出素子ＣＲ４を第１プレートＰ１上に配置し、力検出素子ＣＲ１の重心と力検出素子ＣＲ３の重心とを結ぶ直線が、座標系ＣＣにおけるＸ軸に対して平行となるように力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３を第１プレートＰ１上に配置してもよい。この場合、力検出器ＪＦは、力検出器ＪＦにおいて駆動軸ＡＸの径方向に加わる力と、力検出器ＪＦにおいて駆動軸ＡＸを回動させる方向に加わる力とを直接検出（算出）することができる。

このように、ロボット２０は、力検出器ＪＦによって、駆動軸ＡＸを回動させる方向に加わる力を検出する。これにより、ロボット２０は、駆動軸ＡＸを回動させる方向に加わった力であって力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、ロボット２０は、力検出器ＪＦによって、駆動軸ＡＸの径方向に加わる力を検出する。これにより、ロボット２０は、駆動軸ＡＸの径方向に加わった力であって力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

＜関節Ｊの構成の変形例＞
以下、図６を参照し、関節Ｊの構成の変形例について説明する。図６は、関節Ｊの構成の他の例を示す図である。

図６に示した関節Ｊでは、角度センサーＡＳ、第１リンクＬＮ１、力検出器ＪＦ、駆動部ＭＴ、減速機ＤＡ、第２リンクＬＮ２の順に駆動軸ＡＸに連結されている。

この一例において、駆動軸ＡＸは、２つに分割されている。以下では、分割された２つの駆動軸ＡＸのうちの角度センサーＡＳ、第１リンクＬＮ１、力検出器ＪＦ、駆動部ＭＴ、減速機ＤＡのそれぞれが連結している駆動軸ＡＸを第１駆動軸ＡＸＳ４と称し、分割された２つの駆動軸ＡＸのうちの減速機ＤＡ、第２リンクＬＮ２のそれぞれが連結している駆動軸ＡＸを第２駆動軸ＡＸＳ５と称して説明する。なお、図６において、二点鎖線は、物体の内部を貫通している第１駆動軸ＡＸＳ４及び第２駆動軸ＡＸＳ５それぞれの一部を表している。

図６に示した例では、力検出器ＪＦの第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２には、第１駆動軸ＡＸＳ４が貫通する貫通孔ＨＬが形成されている。この一例において、貫通孔ＨＬは、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２とが互いに対向する面それぞれの中心に形成されている。そして、第１駆動軸ＡＸＳ４は、当該貫通孔ＨＬに貫通されている。また、 第１駆動軸ＡＸＳ４に連結された第１リンクＬＮ１には、第１リンクＬＮ１と第１プレートＰ１との相対的な位置関係が変化しないように第１プレートＰ１が固定されている。このため、力検出器ＪＦは、第１リンクＬＮ１とともに移動する。また、第１駆動軸ＡＸＳ４に連結された第２プレートＰ２には、第２プレートＰ２と駆動部ＭＴとの相対的な位置関係が変化しないように駆動部ＭＴが固定されている。このため、駆動部ＭＴは、第２プレートＰ２とともに移動する。なお、第１リンクＬＮ１と第１プレートＰ１との間には、スペーサー等の他の物体が挟み込まれている構成であってもよく、当該他の物体が挟み込まれていない構成であってもよい。また、第２プレートＰ２と駆動部ＭＴとの間には、スペーサー等の他の物体が挟み込まれている構成であってもよく、当該他の物体が挟み込まれていない構成であってもよい。

力検出器ＪＦが有する貫通孔ＨＬを第１駆動軸ＡＸＳ４が貫通しているため、駆動部ＭＴが第１駆動軸ＡＸＳ４を回動させた場合、減速機ＤＡの減速比に応じて第１駆動軸ＡＸＳ４の角速度から減速された角速度によって第２駆動軸ＡＸＳ５が回動する。図６に示した例では、第２駆動軸ＡＸＳ５には、第２リンクＬＮ２が固定されている。このため、第２リンクＬＮ２は、第２駆動軸ＡＸＳ５の回動とともに回動する。

ここで、第２駆動軸ＡＸＳ５に固定された第２リンクＬＮ２に外力が作用した（加えられた）場合、第２駆動軸ＡＸＳ５、減速機ＤＡ、第１駆動軸ＡＸＳ４のそれぞれを介して、第２プレートＰ２と第１プレートＰ１とに挟まれた力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれに当該外力に応じた剪断力が作用する（加わる）。特に、第２駆動軸ＡＸＳ５が当該外力によって回動した場合、駆動部ＭＴの筐体には、駆動部ＭＴが有する図示しないローターと図示しないステーターによって電磁力が作用する。そして、当該筐体に固定された第２プレートＰ２には、当該電磁力に応じた力が作用する。その結果、第２プレートＰ２と第１プレートＰ１とに挟まれた４つの力検出素子のそれぞれに当該外力に応じた剪断力が作用する（加わる）。

このように、図６に示した関節Ｊでは、力検出器ＪＦは、駆動軸ＡＸよりも減速機ＤＡと反対側に設けられている。これにより、ロボット２０は、駆動軸ＡＸよりも減速機ＤＡと反対側に設けられた力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。
また、図６に示した力検出器ＪＦは、第１駆動軸ＡＸＳ４、すなわち駆動軸ＡＸを貫通する貫通孔ＨＬを有する。これにより、ロボット２０は、駆動軸ＡＸを貫通する貫通孔ＨＬを有する力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

＜力検出器の構成の変形例＞
以下、図７及び図８を参照し、図６に示した力検出器ＪＦの構成について説明する。図７は、図６に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す側面図である。図７に示したように、力検出器ＪＦは、第１プレートＰ１と、第２プレートＰ２と、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれと、複数の与圧ボルトＳＣを備える。なお、図７には、図を簡略化するため、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３の２つの力検出素子のみが示されている。

図７に示した力検出器ＪＦは、第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２のそれぞれに貫通孔ＨＬが形成されていることのみが、図３に示した力検出器ＪＦと異なる。そのため、以下では、図７に示した力検出器ＪＦの構成のうちの図３に示した力検出器ＪＦの構成と同様の構成については、説明を省略する。

図７に示した通り、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２とが対向する面のうちの第１プレートＰ１の面には、中心に第１駆動軸ＡＸＳ４が貫通する貫通孔ＨＬが形成されている。なお、貫通孔ＨＬは、当該面の中心に代えて、他の位置に形成される構成であってもよい。また、第１プレートＰ１と第２プレートＰ２とが対向する面のうちの第２プレートＰ２の面には、中心に第１駆動軸ＡＸＳ４が貫通する貫通孔ＨＬが形成されている。なお、貫通孔ＨＬは、当該面の中心に代えて、他の位置に形成される構成であってもよい。

図８は、図６に示した力検出器ＪＦの構成の一例を示す断面図である。図８に示したように、第２プレートＰ２の中心には、貫通孔ＨＬが形成されている。
このように、図６〜図８に示した力検出器ＪＦは、第１駆動軸ＡＸＳ４を貫通する貫通孔ＨＬを有する。これにより、ロボット２０は、第１駆動軸ＡＸＳ４を貫通する貫通孔ＨＬを有する力検出器ＪＦによって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

＜ロボット制御装置が行う処理＞
以下、図９〜図１１を参照し、この一例におけるロボット制御装置３０が行う処理について説明する。なお、以下では、説明を簡略化するため、ロボット２０が関節Ｊ１にのみ力検出器ＪＦ１を備えている場合について説明する。ロボット２０が関節Ｊ毎に力検出器ＪＦを備える場合、ロボット制御装置３０は、以下において説明する処理を関節Ｊ毎に行う。

ロボット制御装置３０は、第１モードと第２モードとの２つの動作モードのうちのいずれかによって関節Ｊ１に作用した外力を検出する。ロボット制御装置３０は、ユーザーから受け付けた操作に基づいて、動作モードを第１モードと第２モードとのいずれかに切り替える。なお、ロボット制御装置３０は、３つ以上の動作モードのうちのいずれかによって関節Ｊ１に作用した外力を検出する構成であってもよい。この場合、当該動作モードには、第１モードと第２モードとのいずれか一方又は両方が含まれる構成であってもよく、第１モードと第２モードとのいずれか一方又は両方が含まれない構成であってもよい。

動作モードが第１モードに切り替えられた場合、ロボット制御装置３０は、第１力と第２力を検出する。第１力は、関節Ｊ１が備える力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの一部の力検出素子によって検出される。具体的には、第１力は、当該一部の力検出素子によって検出された剪断力に基づいて検出（算出）された外力であって関節Ｊ１に作用した外力のことである。第２力は、関節Ｊ１が備える力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの当該一部ではない残りの一部の力検出素子によって検出される。具体的には、第２力は、当該一部の力検出素子によって検出された剪断力に基づいて検出（算出）された外力であって関節Ｊ１に作用した外力のことである。そして、当該場合、ロボット制御装置３０は、検出された第１力と第２力とを比較し、当該第１力と当該第２力との差に応じた処理を行う。例えば、ロボット制御装置３０は、第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれる場合、第１力と第２力との平均値を関節Ｊ１に作用した外力として特定する。なお、ロボット制御装置３０は、当該場合、第１力と第２力とのいずれか一方を当該外力として特定する構成等の他の構成であってもよい。また、ロボット制御装置３０は、当該差が所定範囲内に含まれない場合、第１力を検出する力検出素子と、第２力を検出する力検出素子とのうちのいずれか一方に含まれる力検出素子に不具合が生じたと判定し、ロボット２０の動作を停止させる。なお、ロボット制御装置３０は、当該場合、ロボット２０の動作を停止させる構成に代えて、他の処理を行う構成であってもよい。第１力を検出する力検出素子は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの第１力を検出するために用いる剪断力を検出する力検出素子のことである。第２力を検出する力検出素子は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの第２力を検出するために用いる剪断力を検出する力検出素子のことである。

例えば、第１力を検出する力検出素子には、力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３との２つの力検出素子が含まれる。この場合、第２力を検出する力検出素子には、力検出素子ＣＲ２と力検出素子ＣＲ４との２つの力検出素子が含まれる。図９は、第１力を検出する力検出素子と第２力を検出する力検出素子とのそれぞれの一例を示す図である。図９に示した例では、第１力を検出する力検出素子Ｋ１には、力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３との２つの力検出素子が含まれている。力検出素子Ｋ１は、力検出素子Ｋ１に作用した剪断力として、力検出素子ＣＲ１に作用した剪断力と、力検出素子ＣＲ３に作用した剪断力との両方を検出する。そして、力検出素子Ｋ１は、検出したこれらの剪断力のそれぞれを示す剪断力情報をロボット制御装置３０に出力する。また、当該例では、第２力を検出する力検出素子Ｋ２には、力検出素子ＣＲ２と力検出素子ＣＲ４との２つの力検出素子が含まれている。力検出素子Ｋ２は、力検出素子Ｋ２に作用した剪断力として、力検出素子ＣＲ２に作用した剪断力と、力検出素子ＣＲ４に作用した剪断力との両方を検出する。そして、力検出素子Ｋ２は、検出したこれらの剪断力のそれぞれを示す剪断力情報をロボット制御装置３０に出力する。

図９に示した例では、ロボット制御装置３０は、以下に示す式（４）〜式（６）に基づいて、前述の第１力を検出（算出）する。

Ｆｘ１＝（ｆｘ１＋ｆｘ３）×２ ・・・（４）
Ｆｙ１＝（ｆｙ１＋ｆｙ３）×２ ・・・（５）
Ｍｚ１＝［（ｆｘ１＋ｆｙ１）＋（−ｆｘ３−ｆｙ３）］×√２×Ｒ ・・・（６）

ここで、力Ｆｘ１は、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力を表し、力Ｆｙ１は、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力を表す。また、力Ｆｘ１は、正の値の場合、当該Ｘ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の力を表す。また、力Ｆｙ１は、正の値の場合、当該Ｙ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の力を表す。また、Ｍｚ１は、第１力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクを表す。また、トルクＭｚ１は、正の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ２、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ４の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図９において反時計回りとなる回転方向）のトルクを表し、負の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ４、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ２の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図９において時計回りとなる回転方向）のトルクを表す。また、剪断力ｆｘ１、剪断力ｆｘ３、剪断力ｆｙ１、剪断力ｆｙ３、半径Ｒのそれぞれについては、上記の式（１）〜式（３）における剪断力ｆｘ１、剪断力ｆｘ３、剪断力ｆｙ１、剪断力ｆｙ３、半径Ｒと同様であるため、説明を省略する。

また、図９に示した例では、ロボット制御装置３０は、以下に示す式（７）〜式（９）に基づいて、前述の第２力を検出（算出）する。

Ｆｘ２＝（ｆｘ２＋ｆｘ４）×２ ・・・（７）
Ｆｙ２＝（ｆｙ２＋ｆｙ４）×２ ・・・（８）
Ｍｚ２＝［（−ｆｘ２＋ｆｙ２）＋（ｆｘ４−ｆｙ４）］×√２×Ｒ ・・・（９）

ここで、力Ｆｘ２は、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力を表し、力Ｆｙ２は、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力を表す。また、力Ｆｘ２は、正の値の場合、当該Ｘ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の力を表す。また、力Ｆｙ２は、正の値の場合、当該Ｙ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の力を表す。また、Ｍｚ２は、第２力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクを表す。また、トルクＭｚ２は、正の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ２、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ４の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図９において反時計回りとなる回転方向）のトルクを表し、負の値の場合、中心軸ＣＡＸを中心とした半径Ｒの円に沿って、力検出素子ＣＲ１、力検出素子ＣＲ４、力検出素子ＣＲ３、力検出素子ＣＲ２の順に力検出素子を選択していくことが可能な回転方向（図９において時計回りとなる回転方向）のトルクを表す。また、剪断力ｆｘ２、剪断力ｆｘ４、剪断力ｆｙ２、剪断力ｆｙ４、半径Ｒのそれぞれについては、上記の式（１）〜式（３）における剪断力ｆｘ２、剪断力ｆｘ４、剪断力ｆｙ２、剪断力ｆｙ４、半径Ｒと同様であるため、説明を省略する。

このように、動作モードが第１モードの場合、ロボット制御装置３０は、関節Ｊ１が備える力検出器ＪＦ１が有する力検出素子ＣＲ１と力検出素子ＣＲ３のそれぞれを含む力検出素子Ｋ１によって第１力を検出し、当該力検出器ＪＦが有する力検出素子ＣＲ２と力検出素子ＣＲ４のそれぞれを含む力検出素子Ｋ２によって第２力を検出する。その結果、当該場合、ロボット２０（又はロボット制御装置３０）は、ロボット安全規格ＩＳＯ０１０２１８−１や機能安全規格ＩＥＣ１３８４９−１において規定される二重化構成の要件を満たすことができる。

一方、動作モードが第２モードに切り替えられた場合、ロボット制御装置３０は、関節Ｊ１が備える力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれによって検出された剪断力に基づいて関節Ｊ１に作用した外力を検出（算出）する。この場合、ロボット制御装置３０は、上記の式（１）〜式（３）に基づいて、関節Ｊ１に作用した外力を検出（算出）する。

以上のように、ロボット制御装置３０の動作モードが第１モードの場合、複数の力検出素子である力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のうちの一部の力検出素子Ｋ１によって検出された第１力と、当該複数の力検出素子のうちの当該一部と異なる力検出素子Ｋ２によって検出された第２力とを比較する。これにより、ロボット２０は、第１力を検出する力検出素子Ｋ１と、第２力を検出する力検出素子Ｋ２とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができる。

なお、力検出器ＪＦ１が、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４に加えて、他の力検出素子ＣＲを有する場合、ロボット制御装置３０は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれによって検出された剪断力に基づいて第１力を検出する。この場合、ロボット制御装置３０は、当該他の力検出素子ＣＲによって検出された剪断力に基づいて第２力を検出する。

図１０は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４に加えて、他の力検出素子を有する力検出器ＪＦ１の一例を示す図である。図１０に示したように、この一例における力検出器ＪＦ１は、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４に加えて、第２プレートＰ２の中心に力検出素子ＣＲ５が配置されている。力検出素子ＣＲ５は、水晶を含む力検出素子である。なお、力検出素子ＣＲ５は、これに代えて、水晶を含まない力検出素子であってもよい。以下では、説明の便宜上、力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４を、まとめて第１力検出素子と称し、力検出素子ＣＲ５を第２力検出素子と称して説明する。第１力検出素子は、換言すると、前述した第２モードにおいてロボット制御装置３０が剪断力情報を取得する力検出素子である。すなわち、第２力検出素子は、当該力検出素子と異なる力検出素子のことである。

図１０に示した例では、動作モードが第１モードの場合、ロボット制御装置３０は、下記に示した式（１０）〜式（１１）に基づいて第１力を検出（算出）する。

Ｆｘ１＝（ｆｘ１＋ｆｘ２＋ｆｘ３＋ｆｘ４）×５／４ ・・・（１０）
Ｆｙ１＝（ｆｙ１＋ｆｙ２＋ｆｙ３＋ｆｙ４）×５／４ ・・・（１１）

ここで、力Ｆｘ１は、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力を表し、力Ｆｙ１は、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力を表す。また、力Ｆｘ１は、正の値の場合、当該Ｘ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の力を表す。また、力Ｆｙ１は、正の値の場合、当該Ｙ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の力を表す。また、剪断力ｆｘ１、剪断力ｆｘ２、剪断力ｆｘ３、剪断力ｆｘ４、剪断力ｆｙ１、剪断力ｆｙ２、剪断力ｆｙ３、剪断力ｆｙ４のそれぞれについては、前記の式（１）〜式（３）における剪断力ｆｘ１、剪断力ｆｘ２、剪断力ｆｘ３、剪断力ｆｘ４、剪断力ｆｙ１、剪断力ｆｙ２、剪断力ｆｙ３、剪断力ｆｙ４と同様であるため、説明を省略する。
一方、当該場合、ロボット制御装置３０は、以下に示した式（１２）及び式（１３）に基づいて第２力を検出（算出）する。

Ｆｘ２＝ｆｘ５×５ ・・・（１２）
Ｆｙ２＝ｆｙ５×５ ・・・（１３）

ここで、力Ｆｘ２は、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力を表し、力Ｆｙ２は、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力を表す。また、力Ｆｘ２は、正の値の場合、当該Ｘ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の力を表す。また、力Ｆｙ２は、正の値の場合、当該Ｙ軸の正方向の力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の力を表す。また、剪断力ｆｘ５は、正の値の場合、座標系ＣＣにおけるＸ軸の正方向の剪断力を表し、負の値の場合、当該Ｘ軸の負方向の剪断力を表す。また、剪断力ｆｙ５は、正の値の場合、座標系ＣＣにおけるＹ軸の正方向の剪断力を表し、負の値の場合、当該Ｙ軸の負方向の剪断力を表す。なお、図１０に示した例では、ロボット制御装置３０は、第２力検出素子が検出した剪断力に基づいて関節Ｊ１に作用したトルクを検出することができない。これは、力検出素子ＣＲ５が力検出器ＪＦ１の中心に配置されているからである。

なお、この一例において、動作モードが第２モードの場合、ロボット制御装置３０は、図９に示した例において説明した処理と同じ処理を行うため説明を省略する。
また、動作モードが第１モードの場合、ロボット制御装置３０は、第１力検出素子のうちの一部によって第１力を検出する構成であってもよい。この場合、例えば、ロボット制御装置３０は、上記の式（４）〜式（６）に基づいて第１力を検出する構成であってもよく、上記の式（７）〜式（９）に基づいて第１力を検出する構成であってもよく、他の式に基づいて第１力を検出する構成であってもよい。

以上のように、ロボット制御装置３０の動作モードが第１モードの場合、複数の第１力検出素子のうちの少なくとも一部によって検出された第１力と、第２力検出素子によって検出された第２力とを比較する。これにより、ロボット２０は、第１力を検出する第１力検出素子と、第２力を検出する第２力検出素子とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができる。

なお、力検出素子ＣＲ５は、力検出器ＪＦ１の中心に配置される構成に代えて、他の位置に配置される構成であってもよい。この場合、ロボット制御装置３０は、上記の式（１２）及び式（１３）とは異なる式に基づいて第２力を検出する。また、当該場合、ロボット制御装置３０は、第２力検出素子が検出した剪断力に基づいて関節Ｊ１に作用したトルクを検出することができる。また、当該場合、力検出器ＪＦ１が備える第１プレートＰ１と第２プレートＰ２の中心に貫通孔ＨＬを形成することができるため、力検出素子ＣＲ５は、図６に示した例における力検出器ＪＦ１の構成と組み合わせて用いることができる。

また、力検出器ＪＦ１は、２つ以上の第２力検出素子を有する構成であってもよい。
また、力検出器ＪＦ１は、第２力検出素子を有する場合、第１力検出素子として２つ以上の力検出素子を有していればよい。特に、力検出器ＪＦ１が第１力検出素子として３つ以上の力検出素子を有している場合、第１力検出素子は、第１プレートＰ１及び第２プレートＰ２の中心を図心とする正多角形を形成するように力検出器ＪＦ１に配置される。当該正多角形は、第１力検出素子のそれぞれの重心を直線で結んだ場合に形成される正多角形である。第１力検出素子のそれぞれをこのように配置することによって、力検出器ＪＦ１の剛性を高くすることができる。例えば、図１１に示した力検出器ＪＦ１は、第１力検出素子ＣＲ２１〜第１力検出素子ＣＲ２３の３つの第１力検出素子と、第２力検出素子ＣＲ２４とを備える場合の力検出器ＪＦ１の一例である。図１１は、第１力検出素子ＣＲ２１〜第１力検出素子ＣＲ２３と、第２力検出素子ＣＲ２４とを備える場合の力検出器ＪＦ１の構成の一例を示す図である。図１１に示したように、この一例における力検出器ＪＦ１では、当該３つの第１力検出素子のそれぞれの重心を直線で結んだ場合、第１プレートＰ１の中心を図心とする正三角形を形成するように当該３つの第１力検出素子が第１プレートＰ１上に配置されている。なお、当該３つの第１力検出素子は、当該３つの第１力検出素子のそれぞれの重心を直線で結んだ場合、第１プレートＰ１の中心を図心とする正多角形を形成しないように第１プレートＰ１上に配置される構成であってもよい。

ここで、ロボット制御装置３０の機能構成について説明する。図１２は、ロボット制御装置３０の機能構成の一例を示す図である。ロボット制御装置３０は、制御部３６を備える。

制御部３６は、ロボット制御装置３０の全体を制御する。制御部３６は、取得部４１と、外力算出部４３と、監視部４５と、ロボット制御部４７を備える。制御部３６が備えるこれらの機能部は、例えば、ロボット制御装置３０が備える図示しないＣＰＵが、ロボット制御装置３０が備える図示しない記憶部に記憶された各種プログラムを実行することにより実現される。また、当該機能部のうちの一部又は全部は、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。

なお、ロボット制御装置３０は、当該ＣＰＵ及び当該記憶部に加えて、図示しない入力受付部、通信部、表示部のそれぞれを備える。
当該入力受付部は、例えば、当該表示部と一体に構成されたタッチパネルである。なお、当該入力受付部は、キーボードやマウス、タッチパッド、その他の入力装置であってもよい。
当該通信部は、例えば、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポートやイーサネット（登録商標）ポート等を含んで構成される。
当該表示部は、例えば、液晶ディスプレイパネル、あるいは、有機ＥＬディスプレイパネルである。

取得部４１は、ロボット２０が備える力検出器ＪＦ１が有する力検出素子ＣＲ１〜力検出素子ＣＲ４のそれぞれから剪断力情報を取得する。
外力算出部４３は、取得部４１が取得した剪断力情報のうち、力検出素子Ｋ１に含まれる力検出素子のそれぞれが検出した剪断力情報が示す剪断力に基づいて第１力を算出する。また、外力算出部４３は、取得部４１が取得した剪断力情報のうち、力検出素子Ｋ２に含まれる力検出素子のそれぞれが検出した剪断力情報が示す剪断力に基づいて第２力を算出する。

監視部４５は、外力算出部４３が算出した第１力と第２力との差を算出する。監視部４５は、算出した第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれるか否かを判定する。具体的には、監視部４５は、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力と、第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力と、第１力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクとのそれぞれを算出する。また、監視部４５は、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力と、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力と、第２力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクとのそれぞれを算出する。そして、監視部４５は、以下に示した１）〜３）のうちの３つの条件のうちの少なくとも１つが満たされる場合、第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれていないと判定する。

１）第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力と、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＸ軸方向の力との差が第１所定範囲内に含まれていない。
２）第１力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力と、第２力のうちの座標系ＣＣにおけるＹ軸方向の力との差が第２所定範囲内に含まれていない。
３）第１力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクと、第２力のうちの関節Ｊ１に作用したトルクとの差が第３所定範囲内に含まれていない。

なお、監視部４５は、上記の１）〜３）のうちの一部又は全部に代えて、他の条件が満たされる場合に第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれていないと判定する構成であってもよく、上記の１）〜３）のうちの一部又は全部に加えて、他の条件が満たされる場合に第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれていないと判定する構成であってもよい。

ロボット制御部４７は、ロボット２０に所定の作業を行わせる。また、ロボット制御部４７は、監視部４５の判定結果に応じてロボット２０を制御する。例えば、ロボット制御部４７は、第１力と第２力との差が所定範囲内に含まれていないと監視部４５が判定した場合、ロボット２０の動作を停止させる。

なお、上記において説明した力検出器ＪＦは、減速機ＤＡよりも駆動部ＭＴ側と反対側に設けられる力検出器とともに関節Ｊに備えられる構成であってもよい。

以上説明したように、本実施形態におけるロボット２０は、第１減速機（この一例において、減速機ＤＡ）よりも第１駆動部側（この一例において、駆動部ＭＴ）に設けられた第１力検出器（この一例において、力検出器ＪＦ）によって力を検出する。そのため、ロボット２０では、トルクを検出する検出範囲が、第１減速機の減速比に応じて広くなることがなく、第１力検出器が力検出感度を低くする必要がないので、高い感度で力検出を行うことができる。これにより、ロボット２０は、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１駆動部と第１減速機との間に設けられた第１力検出器によって、第１駆動部が発生させる力を直接、応答性良く、高い感度で検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１駆動部と第１減速機との間に設けられた第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して行うことができる。

また、ロボット２０は、第１駆動部よりも第１減速機と反対側に設けられた第１力検出器によって、第１駆動部が発生させる力を直接、応答性良く、高い感度で検出することができることに加えて、第１駆動部のステーター側で力を検出することにより振動等のノイズを低減させながら力を検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１駆動部よりも第１減速機と反対側に設けられた第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１駆動軸（この一例において、駆動軸ＡＸ）を貫通する貫通孔（この一例において、貫通孔ＨＬ）を有する第１力検出器によって、第１駆動部が発生させる力を直接、応答性良く、高い感度で検出することができることに加えて、第１駆動軸の振動等のノイズを低減させながら力を検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１駆動軸を貫通する貫通孔を有する第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１力検出器によって、第１減速機よりも第１駆動部と反対側に作用する力を検出し、この第１力検出器によって検出された力に基づいて制御された第１駆動部が発生させる力を、第１力検出器によって、直接、応答性良く、高い感度で検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１減速機よりも第１駆動部と反対側に作用した力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１力検出器によって、第１駆動軸を回動させる方向に加わる力を検出し、この第１力検出器によって検出された力に基づいて制御された第１駆動部が発生させる力を、第１力検出器によって、直接、応答性良く、高い感度で検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１駆動軸を回動させる方向に加わった力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１力検出器によって、第１駆動軸の径方向に加わる力を高い感度で検出することができる。これにより、ロボット２０は、第１駆動軸の径方向に加わった力であって第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、水晶を含む力検出素子を有する第１力検出器によって高い応答性をもって力を検出できることに加えて、高い剛性を有することができる。これにより、ロボット２０は、水晶を含む力検出素子を有する第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を安定して精度よく行うことができる。

また、ロボット２０は、複数の第１力検出素子のうちの一部の第１力検出素子によって検出された第１力と、複数の第１力検出素子のうちの当該一部と異なる第１力検出素子によって検出された第２力とを比較するロボット制御装置によって制御される。これにより、ロボット２０は、第１力を検出する第１力検出素子と、第２力を検出する第１力検出素子とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができ、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を信頼性よく行うことができる。

また、ロボット２０は、複数の第１力検出素子のうちの少なくとも一部によって検出された第１力と、第２力検出素子によって検出された第２力とを比較するロボット制御装置によって制御される。これにより、ロボット２０は、第１力を検出する第１力検出素子と、第２力を検出する第２力検出素子とのうちのいずれか一方の不具合を検出することができ、第１力検出器によって検出された力に基づく制御による作業を信頼性よく行うことができる。

また、ロボット２０は、第１減速機よりも第１駆動部側に設けられた第１力検出器と、第２力検出器（この一例において、力検出器ＪＦ）とのそれぞれによって力を検出する。これにより、ロボット２０は、第１力検出器によって検出された力と、第２力検出器によって検出された力とのそれぞれに基づく制御による複雑な作業を精度よく行うことができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。

また、以上に説明した装置（例えば、ロボット制御装置３０）における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…ロボットシステム、２０…ロボット、３０…ロボット制御装置、３６…制御部、４１…取得部、４３…外力算出部、４５…監視部、４７…ロボット制御部

Claims (13)

1. 第１関節を備えるロボットであって、
   前記第１関節は、
   第１駆動軸を回動させる第１駆動部と、
   前記第１駆動軸の回動速度を減速する第１減速機と、
   前記第１減速機よりも前記第１駆動部側に設けられ、力を検出する第１力検出器と、
   を有する、
   ロボット。
2. 前記第１力検出器は、
   前記第１駆動部と前記第１減速機との間に設けられている、
   請求項１に記載のロボット。
3. 前記第１力検出器は、
   前記第１駆動部よりも前記第１減速機と反対側に設けられている、
   請求項１に記載のロボット。
4. 前記第１力検出器は、
   前記第１駆動軸を貫通する貫通孔を有する、
   請求項１から３のうちいずれか一項に記載のロボット。
5. 前記第１力検出器は、
   前記第１減速機よりも前記第１駆動部と反対側に作用する力を検出する、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載のロボット。
6. 前記第１力検出器は、
   前記第１駆動軸を回動させる方向に加わる力を検出する、
   請求項１から５のうちいずれか一項に記載のロボット。
7. 前記第１力検出器は、
   前記第１駆動軸の径方向に加わる力を検出する、
   請求項１から６のうちいずれか一項に記載のロボット。
8. 前記第１力検出器は、
   水晶を含む力検出素子を有する、
   請求項１から７のうちいずれか一項に記載のロボット。
9. 前記第１力検出器は、
   複数の第１力検出素子を有し、
   前記ロボットを制御するロボット制御装置が、
   前記複数の前記第１力検出素子のうちの一部の前記第１力検出素子によって検出された第１力と、前記複数の前記第１力検出素子のうちの前記一部と異なる前記第１力検出素子によって検出された第２力とを比較する制御部を備える、
   請求項１から８のうちいずれか一項に記載のロボット。
10. 前記第１力検出器は、
    複数の第１力検出素子と、第２力検出素子とを有し、前記第２力検出素子が前記複数の第１力検出素子より内周側に配置されており、
    前記ロボットを制御するロボット制御装置が、
    前記複数の前記第１力検出素子のうちの少なくとも一部によって検出された第１力と、前記第２力検出素子によって検出された第２力とを比較する制御部を備える、
    請求項１から８のうちいずれか一項に記載のロボット。
11. 第２関節を備え、
    前記第２関節は、
    第２駆動軸を回動させる第２駆動部と、
    前記第２駆動軸の回動速度を減速する第２減速機と、
    力を検出する第２力検出器と、
    を有する、
    請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のロボット。
12. 請求項１から１１のうちいずれか一項に記載のロボットを制御する、
    ロボット制御装置。
13. 請求項１から１１のうちいずれか一項に記載のロボットと、
    前記ロボットを制御するロボット制御装置と、
    を備えるロボットシステム。

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