JP2018187754A - ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の適切な嵌合作業をロボットに教示する技術を提供する。【解決手段】ロボットを教示する時に、少なくとも１つのプロセッサーは、ロボットを用いて第１対象物と第２対象物を第１の力で接触させ、前記接触に基づいた教示データを生成する。また、教示データに従った動作をロボットに実行させる時には、少なくとも１つのプロセッサーは、ロボットを用いて第１の力よりも大きい第２の力で第１対象物と第２対象物を嵌合させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの制御装置及び制御方法、並びに、ロボットシステム関するもので
ある。

特開２０１４−１６６６８１号公報（ＪＰ２０１４−１６６６８１Ａ）には、２つのワ
ーク又は対象物の嵌合作業をロボットに教示する技術が開示されている。この背景技術で
は、嵌合作業におけるロボットの動作を、接触動作と、探り動作と、挿入動作とに分割し
、これらの３つの動作における動作条件パラメータを調整している。

しかしながら、上述した背景技術では、２つのワーク同士を接触させながら挿入に適し
た位置を探るため、適切な嵌合作業をロボットに教示できない場合がある。また、探り動
作によって、ワーク自身の弾性力や表面の摩擦力により、ワーク保持位置が変化する可能
性、更にはワークを破損させてしまう可能性がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態（aspect）として実現することが可能である。

（１）本発明の第１の形態によれば、第１対象物と前記第１対象物と嵌合可能な第２対象
物との嵌合作業を実行する、力検出器を有するロボットを制御する制御装置が提供される
。この制御装置は、少なくとも１つのプロセッサーを備え、前記ロボットを教示する時、
前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記ロボットを用いて第１対象物と第２対象物を
第１の力で接触させ、前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記接触に基づいた教示デ
ータを生成する。前記教示データに従った嵌合動作を前記ロボットに実行させる時、前記
少なくとも１つのプロセッサーは、前記ロボットを用いて前記第１の力よりも大きい第２
の力で前記第１対象物と前記第２対象物を嵌合させる。
この制御装置によれば、ロボットを教示する時には第１対象物と第２対象物を第１の力
で接触させてその接触に基づいた教示データを生成し、教示データに従った嵌合動作をロ
ボットに実行させる時には第１の力よりも大きい第２の力で第１対象物と第２対象物を嵌
合させるので、２つの対象物同士を接触させながら挿入に適した位置を探る必要が無く、
また、適切な嵌合作業をロボットに教示することが可能である。また、従来のような探り
動作を行わないので、探り動作によって対象物自身の弾性力や表面の摩擦力によりエンド
エフェクターによる対象物の保持位置が変化する可能性を低減でき、更には対象物を破損
させてしまう可能性を低減できる。

（２）上記制御装置において、前記教示データは、前記第１対象物と前記第２対象物の複
数の相対位置に関する前記接触に基づいて作成されるものとしてもよい。
この制御装置によれば、複数の相対位置のうちから、嵌合作業に適した相対位置を決定
することが可能である。

（３）上記制御装置において、前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位
置の各相対位置から前記第１対象物と前記第２対象物を近づける第１方向に前記接触を行
わせ、前記複数の相対位置は、前記第１方向と交差する２次元方向の位置であるものとし
てもよい。
この制御装置によれば、第１方向と交差する２次元方向の位置である複数の相対位置に
ついて接触を実行するので、嵌合作業に適した相対位置を決定することが可能である。ま
た、従来のような探り動作を行わないので、探り動作によって対象物自身の弾性力や表面
の摩擦力によりエンドエフェクターによる対象物の保持位置が変化する可能性を低減でき
、更には対象物を破損させてしまう可能性を低減できる。

（４）上記制御装置において、前記複数の相対位置は、前記２次元方向に第１間隔に設定
されるものとしてもよい。
この制御装置によれば、複数の相対位置を容易に設定可能である。

（５）上記制御装置において、前記複数の相対位置のうち、前記複数の相対位置の各相対
位置から前記第１対象物を前記第１方向に沿って移動させて前記第１対象物と前記第２対
象物を前記第１の力で接触させたときの前記第１対象物の移動距離が最長となる相対位置
を含む領域において、前記複数の相対位置は、前記２次元方向に前記第１間隔よりも細か
い第２間隔に設定されるものとしてもよい。
この制御装置によれば、嵌合作業に適した相対位置を高精度で決定することが可能であ
る。

（６）上記制御装置において、前記少なくとも１つのプロセッサーは、１つ以上の軸方向
の回りの複数の回転角度において、前記第１対象物と前記第２対象物の前記接触を実行す
るものとしてもよい。
この制御装置によれば、嵌合作業に適した相対位置を更に高精度で決定することが可能
である。また、回転角度に関しても従来のような探り動作を行わないので、探り動作によ
って対象物自身の弾性力や表面の摩擦力によりエンドエフェクターによる対象物の保持位
置が変化する可能性を低減でき、更には対象物を破損させてしまう可能性を低減できる。

（７）上記制御装置において、前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位
置の各相対位置における前記接触の後に、前記第１対象物と前記第２対象物を遠ざけるも
のとしてもよい。
この制御装置によれば、２つの対象物同士を接触させながら相対位置を移動させる動作
を避けることができるので、従来のような探り動作によって対象物自身の弾性力や表面の
摩擦力によりエンドエフェクターによる対象物の保持位置が変化する可能性を低減でき、
更には対象物の破損を防止することが可能である。

（８）上記制御装置において、前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位
置のうち、前記複数の相対位置の各相対位置から前記第１対象物を前記第１方向に沿って
移動させて前記第１対象物と前記第２対象物を前記第１の力で接触させたときの前記第１
対象物の移動距離が最長となる相対位置を選択し、選択した相対位置を前記教示データの
教示点として設定するものとしてもよい。
この制御装置によれば、嵌合に適した相対位置を教示点とするので、教示データに従っ
て第１対象物と第２対象物の嵌合作業をうまく実行することが可能である。

（９）上記制御装置において、前記第１対象物と前記第２対象物は、前記第１の力では嵌
合せず、前記第２の力で嵌合する電気コネクターであるものとしてもよい。
この制御装置によれば、電気コネクターの嵌合作業に適した教示、及び、その嵌合作業
を行うことが可能である。

（１０）本発明の第２の形態は、ロボットと、前記ロボットに接続された上記制御装置と
を備えるロボットシステムである。
このロボットシステムも、２つの対象物同士を接触させながら挿入に適した位置を探る
必要が無く、また、適切な嵌合作業をロボットに教示することが可能である。

（１１）本発明の第３の形態は、力検出器を有するロボットを、少なくとも１つのプロセ
ッサーによって制御する制御方法が提供される。この制御方法は、前記ロボットを教示す
る時、前記少なくとも１つのプロセッサーが、前記ロボットを用いて第１対象物と第２対
象物を第１の力で接触させ、前記少なくとも１つのプロセッサーが、前記接触に基づいた
教示データを生成する。前記教示データに従った動作を前記ロボットに実行させる時、前
記少なくとも１つのプロセッサーが、前記ロボットを用いて前記第１の力よりも大きい第
２の力で前記第１対象物と前記第２対象物を嵌合させる。
この制御方法によれば、ロボットを教示する時には第１対象物と第２対象物を第１の力
で接触させてその接触に基づいた教示データを生成し、教示データに従った動作をロボッ
トに実行させる時には第１の力よりも大きい第２の力で第１対象物と第２対象物を嵌合さ
せるので、２つの対象物同士を接触させながら挿入に適した位置を探る必要が無く、嵌合
作業をロボットにうまく教示することが可能である。また、従来のような探り動作を行わ
ないので、探り動作によって対象物自身の弾性力や表面の摩擦力によりエンドエフェクタ
ーによる対象物の保持位置が変化する可能性を低減でき、更には対象物を破損させてしま
う可能性を低減できる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置の機
能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一
時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができ
る。

ロボットシステムの概念図。 ロボットと制御装置の機能を示すブロック図。 対象物の一例を示す平面図。 退避点（第１教示点）における対象物の位置関係を示す説明図。 予備教示点における対象物の位置関係を示す説明図。 第２教示点における対象物の位置関係を示す説明図。 適切な相対位置において対象物が近接する時の力の変化を示すグラフ。 不適切な相対位置において対象物が近接する時の力の変化を示すグラフ。 教示と嵌合作業の全体手順を示すフローチャート。 第１実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャート。 教示点探索処理の詳細手順を示すフローチャート。 複数の相対位置の一例を示す説明図。 教示点探索処理の分析結果の一例を示す説明図。 第１教示点から第２教示点への移動動作の一例を示す説明図。 第２実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャート。 第２実施形態における対象物の回転角度を示す説明図。 第３実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャート。 第３実施形態において探索される複数の相対位置の例を示す説明図。

＜第１実施形態＞
図１は、一実施形態におけるロボットシステムの概念図である。このロボットシステム
は、ロボット１００と、制御装置２００と、ティーチングペンダント３００と、搬送装置
４００を備えている。ロボット１００は、ティーチングプレイバック方式のロボットであ
る。ロボット１００を用いた作業は、予め作成された教示データに従って実行される。こ
のロボットシステムには、直交する３つの座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚで規定されるシステム座標系
Σｓが設定されている。図１の例では、Ｘ軸とＹ軸は水平方向であり、Ｚ軸は鉛直上方向
である。教示データに含まれる教示点やエンドエフェクタの姿勢は、このシステム座標系
Σｓの座標値と各軸回りの角度で表現される。

ロボット１００は、基台１２０と、アーム１３０とを備えている。アーム１３０は、６
つの関節Ｊ１〜Ｊ６で順次接続されている。これらの関節Ｊ１〜Ｊ６のうち、３つの関節
Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は曲げ関節であり、他の３つの関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６はねじり関節であ
る。本実施形態では６軸ロボットを例示しているが、１個以上の関節を有する任意のアー
ム機構を有するロボットを用いることが可能である。

アーム１３０の先端部であるアームエンド１３２には、力検出器１５０と、エンドエフ
ェクター１６０とがこの順に装着されている。図１の例では、エンドエフェクター１６０
は、第１対象物ＯＢ１を保持する機構である。エンドエフェクター１６０と対象物ＯＢ１
，ＯＢ２の例については後述する。

力検出器１５０は、エンドエフェクター１６０に掛かる力を検出するセンサーである。
力検出器１５０としては、単軸方向の力を検出可能なロードセルや、複数の軸方向の力成
分を検出可能な力覚センサーやトルクセンサーを利用可能である。本実施形態では、力検
出器１５０として、６軸の力覚センサーを用いている。６軸の力覚センサーは、固有のセ
ンサー座標系において互いに直交する３個の検出軸に平行な力の大きさと、３個の検出軸
まわりのトルクの大きさとを検出する。なお、力検出器１５０は、エンドエフェクター１
６０の位置以外の位置に設けるようにしてもよく、例えば、関節Ｊ１〜Ｊ６のうちの１つ
以上の関節に設けるようにしてもよい。

制御装置２００は、プロセッサー２１０と、メインメモリー２２０と、不揮発性メモリ
ー２３０と、表示制御部２４０と、表示部２５０と、Ｉ／Ｏインターフェース２６０とを
有している。これらの各部は、バスを介して接続されている。プロセッサー２１０は、例
えばマイクロプロセッサー又はプロセッサー回路である。制御装置２００は、Ｉ／Ｏイン
ターフェース２６０を介して、力検出器１５０と、ロボット１００と、ティーチングペン
ダント３００に接続される。

制御装置２００の構成としては、図１に示した構成以外の種々の構成を採用することが
可能である。例えば、プロセッサー２１０とメインメモリー２２０を図１の制御装置２０
０から削除し、この制御装置２００と通信可能に接続された他の装置にプロセッサー２１
０とメインメモリー２２０を設けるようにしてもよい。この場合には、当該他の装置と制
御装置２００とを合わせた装置全体が、ロボット１００の制御装置として機能する。他の
実施形態では、制御装置２００は、２つ以上のプロセッサー２１０を有していてもよい。
更に他の実施形態では、制御装置２００は、互いに通信可能に接続された複数の装置によ
って実現されていてもよい。これらの各種の実施形態において、制御装置２００は、１つ
以上のプロセッサー２１０を備える装置又は装置群として構成される。

ティーチングペンダント３００は、人間の教示作業者がロボット１００の動作を教示す
る際に使用するロボット教示装置の一種である。ティーチングペンダント３００は、図示
しないプロセッサーとメモリーとを有している。ティーチングペンダント３００を用いた
教示により作成される教示データは、制御装置２００の不揮発性メモリー２３０に格納さ
れる。

図２は、ロボット１００と制御装置２００の機能を示すブロック図である。制御装置２
００のプロセッサー２１０は、不揮発性メモリー２３０に予め格納された各種のプログラ
ム命令２３２を実行することにより、教示点探索実行部２１１と、近接位置判定部２１２
と、表示データ作成部２１３と、教示データ作成部２１４と、嵌合工程実行部２１５との
機能をそれぞれ実現する。これらの各部２１１〜２１５の機能については後述する。不揮
発性メモリー２３０には、教示データ作成部２１４によって作成された教示データ２３４
が格納される。嵌合工程実行部２１５は、この教示データ２３４に従ってロボット１００
の嵌合作業を制御する。

図３は、第１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２の一例を示す平面図である。この一対の
対象物ＯＢ１，ＯＢ２は、電気的なコネクターであり、嵌合すると２つの対象物ＯＢ１，
ＯＢ２に設けられた複数の電気接点同士が電気的に接続される。後述する教示データの作
成作業では、これらの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の嵌合作業に適した教示点が探索され、探索
により決定された教示点を用いて教示データが作成される。電気コネクター以外の物体を
対象物ＯＢ１，ＯＢ２としてもよい。例えば、電気接点を有さず、機械的に嵌合する２つ
の物体を対象物ＯＢ１，ＯＢ２としてもよい。

図４〜図６は、教示点の探索時における対象物ＯＢ１，ＯＢ２の位置関係を示す説明図
である。エンドエフェクター１６０は、第１対象物ＯＢ１を保持する機構を有する。エン
ドエフェクター１６０は、貫通孔１６４を有する真空吸着板１６２と、ゴム製の緩衝材１
６６とを備えている。第１対象物ＯＢ１は、フレキシブルプリント基板ＦＰＣ１を介して
第１基板ＢＢ１に固定されている。第１基板ＢＢ１は、例えばプラスチック製又は金属製
の補強板材である。真空吸着板１６２には、第１基板ＢＢ１が配置される凹部が設けられ
ている。第１基板ＢＢ１は、エンドエフェクター１６０の貫通孔１６４によって真空吸着
されて真空吸着板１６２の凹部に保持される。緩衝材１６６は、第１基板ＢＢ１と真空吸
着板１６２の間に配置されており、第１基板ＢＢ１と真空吸着板１６２とが直接接触する
ことによる第１基板ＢＢ１の損傷を防止する。但し、緩衝材１６６は省略してもよい。第
２対象物ＯＢ２は、第２基板ＢＢ２上に固定されている。この第２基板ＢＢ２は、例えば
プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）である。エンドエフェク
ター１６０は、真空吸着により第１対象物ＯＢ１を保持するものに限らず、グリッパーの
ような他の種類のエンドエフェクターを利用してもよい。図４の例では、真空吸着板１６
２の凹部の内周面と第１基板ＢＢ１の外周面との間には隙間がある。従って、従来のよう
に第１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２とを接触したままで探り動作を行うと、探り動作
に伴う摩擦力によって第１対象物ＯＢ１の保持位置が変化してしまう可能性がある。後述
するように、本実施形態では、従来のような探り動作を行わないので、探り動作によって
対象物自身の弾性力や表面の摩擦力によりエンドエフェクターによる第１対象物ＯＢ１の
保持位置が変化する可能性を低減でき、更には第１対象物ＯＢ１や第２対象物ＯＢ２を破
損させてしまう可能性を低減できる。

図４の状態では、ロボット１００のツール制御点ＴＣＰが、第２対象物ＯＢ２の上方に
ある退避点ＴＰ１に位置決めされている。ツール制御点ＴＣＰは、ロボット１００のエン
ドエフェクター１６０と一定の相対位置関係を有する位置であり、ロボット１００の制御
においてエンドエフェクター１６０の作業位置として使用される。本実施形態において、
ツール制御点ＴＣＰは、エンドエフェクター１６０で保持された第１対象物ＯＢ１の近傍
の点に予め設定されている。退避点ＴＰ１は、第１対象物ＯＢ１やエンドエフェクター１
６０が、第２対象物ＯＢ２や、その他の周辺物体と物理的に干渉しない位置に予め設定さ
れる。この退避点ＴＰ１の設定は、例えば人間の教示作業者がティーチングペンダント３
００を用い、目視で図４の状態となるようにロボット１００を動作させ、そのときの位置
を教示点として指定することによって実行される。なお、退避点ＴＰ１は、２つの対象物
ＯＢ１，ＯＢ２の嵌合作業に関する教示データにおいて、第１教示点としても使用される
。この点については後述する。

図４の右側には、エンドエフェクター１６０の局所座標系としてのツール座標系Σｔが
描かれている。このツール座標系Σｔは、ツール制御点ＴＣＰを座標原点とし、直交する
３つの座標軸ｘ，ｙ，ｚで規定されている。＋ｚ方向は、第１対象物ＯＢ１が第２対象物
ＯＢ２から離れる方向である。−ｚ方向は、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を近づける第１
方向に相当する。なお、図４では、図示の便宜上、ツール座標系Σｔをその座標原点より
も右側に描いている。

第２対象物ＯＢ２のやや上方には、予備教示点ＴＰｐの位置が示されている。この予備
教示点ＴＰｐは、退避点ＴＰ１から−ｚ方向に進んだ点である。

図５は、図４の状態からエンドエフェクター１６０が下降して、ツール制御点ＴＣＰが
予備教示点ＴＰｐに達した状態を示している。この予備教示点ＴＰｐの設定は、例えば人
間の教示作業者がティーチングペンダント３００を用い、目視で図５の状態に至るまでロ
ボット１００を動作させて、そのときの位置を教示点として指定することによって実行さ
れる。後述する教示点の探索処理の際には、図４に破線で示すように、ツール制御点ＴＣ
Ｐが退避点ＴＰ１から予備教示点ＴＰｐにほぼ直線的に移動するようにロボット１００が
制御される。

図５の右側には、予備教示点ＴＰｐにおけるエンドエフェクター１６０の局所座標系Σ
ｐが描かれている。この局所座標系Σｐは、予備教示点ＴＰｐを座標原点とし、直交する
３つの座標軸ｘ，ｙ，ｚで規定されている。後述する教示点の探索処理では、この局所座
標系Σｐが使用される。

図５に示した予備教示点ＴＰｐは、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の嵌合作業に適切な位
置では無い。この理由は、エンドエフェクター１６０に比べて対象物ＯＢ１，ＯＢ２が小
さいため、予備教示点ＴＰｐとして嵌合に適切な位置を人間の教示作業者が目視で設定す
るのが困難だからである。後述する教示点の探索処理は、この予備教示点ＴＰｐを使用し
て、嵌合に適切な第２教示点を探索する処理である。図５のように第１対象物ＯＢ１がエ
ンドエフェクター１６０によって隠れてしまい、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の位置関係
を目視で確認できない場合には、後述する教示点の探索処理によって嵌合に適切な教示点
を探索して設定することが特に有効である。

図６は、教示点の探索処理によって設定された第２教示点ＴＰ２にツール制御点ＴＣＰ
が移動した状態を示している。局所座標系Σｐにおける第２教示点ＴＰ２の座標値は、ｚ
座標値が０であり、ｘ座標値ｘ２とｙ座標値ｙ２が探索によって設定される。すなわち、
教示点の探索処理は、探索に適した位置である第２教示点ＴＰ２のｘ座標値ｘ２とｙ座標
値ｙ２を探索する処理である。ｘ座標値ｘ２とｙ座標値ｙ２で規定される２次元位置（ｘ
２，ｙ２）は、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の相対位置に相当する。また、この位置（ｘ
２，ｙ２）は、−ｚ方向（第１方向）と交差する２次元方向の位置に相当する。予備教示
点ＴＰｐや第２教示点ＴＰ２は、第１１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２の複数の相対位
置の一部である。教示点の探索処理は、複数の相対位置の中から嵌合に適した第２教示点
ＴＰ２を探索する処理である。

退避点ＴＰ１（第１教示点）や、予備教示点ＴＰｐ、第２教示点ＴＰ２等の教示点（te
aching point）の代わりに、それらの位置における教示位置姿勢（teaching pose）を用
いて嵌合に適した教示位置姿勢の探索や教示データの作成を実行してもよい。

図７は、嵌合に適した相対位置（図６の第２教示点ＴＰ２）から２つの対象物ＯＢ１，
ＯＢ２を近づけたときの力の変化の一例を示すグラフである。横軸は予備教示点ＴＰｐを
座標原点とする局所座標系Σｐ（図６）の−ｚ座標値であり、縦軸は力検出器１５０で検
出されたｚ方向の力Ｆｚである。横軸を−ｚ座標値とした理由は、−ｚ方向が２つの対象
物ＯＢ１，ＯＢ２が近づく第１方向に相当するからである。

このグラフＧ１において、ｚ座標値が０の位置（第２教示点ＴＰ２）では力Ｆｚはゼロ
である。第１対象物ＯＢ１が−ｚ方向に進んで２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２が接触すると
、第１対象物ＯＢ１が−ｚ方向に進むに従って力Ｆｚが増大し、力Ｆｚがピーク値Ｆｐｋ
に達した後に一旦減少し、その後、再度増大する。本実施形態の対象物ＯＢ１，ＯＢ２は
、ピーク値Ｆｐｋを超える力で対象物ＯＢ１，ＯＢ２を押しつけ合うことによって嵌合す
る。また、対象物ＯＢ１，ＯＢ２が一旦嵌合した後は、強い力で両者を引き離さない限り
、嵌合状態を解除できないように構成されている。この理由は、電気コネクターである対
象物ＯＢ１，ＯＢ２の電気的な接続を適切に維持するためである。

ロボット１００を用いて対象物ＯＢ１，ＯＢ２を嵌合させる嵌合作業では、ピーク値Ｆ
ｐｋを超える力Ｆ２（第２の力）で２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を嵌合させる。一方、２
つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の嵌合に適した相対位置（第２教示点ＴＰ２）を探索する処理
では、嵌合に適した力Ｆ２よりも小さな力Ｆ１（第１の力）で２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ
２が接触するまで両者を近づけることが好ましい。この理由は、嵌合に適さない相対位置
から対象物ＯＢ１，ＯＢ２を近づけて両者に力Ｆ２を掛けると、対象物ＯＢ１の保持位置
がずれてしまい、適切な教示位置の探索動作が判明しない可能性、更には対象物ＯＢ１，
ＯＢ２の一部（例えば電気接点等）を破損させる可能性があるからである。特に生産物の
品質を保つためには、ばらつきの要素を低減する必要があり、外力による状況変化を避け
る必要から、探索時に対象物ＯＢ１，ＯＢ２に掛ける力Ｆ１は、グラフＧ１のピーク値Ｆ
ｐｋよりも小さな力とすることが特に好ましい。こうすれば、適切な相対位置にある状態
から２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を近づけた場合にも両者が嵌合しないので、両者を嵌合
状態から引き離すために必要な力が不要となり、探索処理をより短時間に、かつ正確に実
行できるからである。適切な相対位置にある状態から、力Ｆ１に達するまで２つの対象物
ＯＢ１，ＯＢ２を近づけた場合には、そのｚ座標値はｚ１となる。なお、力Ｆ１は、例え
ば、０．３Ｎ〜３Ｎの範囲の値に設定される。

図８は、嵌合に適さない相対位置から２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を近づけたときの力
の変化の一例を示すグラフである。このグラフＧ２において、対象物ＯＢ１が−ｚ方向に
進んで２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２が接触した後は、力Ｆｚがほぼ直線的に増大する。グ
ラフＧ２において力Ｆｚが第１の力Ｆ１に達したときのｚ座標値ｚ２の絶対値は、グラフ
Ｇ１におけるｚ座標値ｚ１の絶対値よりも小さく、第１対象物ＯＢ１の移動距離が小さい
ことを意味している。従って、適切な相対位置（第２教示点ＴＰ２）の探索の際に、複数
の相対位置において力Ｆ１で２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を接触させ、そのときのｚ座標
値ｚ１，ｚ２を調べることによって、複数の相対位置の中から嵌合に適した相対位置を選
択することが可能である。

図９は、ロボット１００を用いた教示と嵌合作業の全体手順を示すフローチャートであ
る。ステップＳ１０では、教示データが作成される。この処理の詳細は後述する。ステッ
プＳ２０では、教示データに従って複数組の対象物ＯＢ１，ＯＢ２の嵌合作業が実行され
る。この嵌合作業は、図１に示したロボットシステムが設置された製造ラインで実行され
る。より具体的には、搬送装置４００によって複数の第２対象物ＯＢ２がロボット１００
の作業空間内に１個ずつ順次搬送されて来ると、ロボット１００が教示データに従って第
２対象物ＯＢ２に第１対象物ＯＢ１を嵌合する作業を実行する。第１対象物ＯＢ１は、搬
送装置４００によって第２対象物ＯＢ２と共に搬送されてもよく、或いは、図示しないパ
ーツフィーダーによってロボット１００の作業空間内に搬送されるようにしてもよい。ス
テップＳ２０の嵌合作業は、制御装置２００の嵌合工程実行部２１５（図２）の制御によ
って実行される。

図１０は、第１実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャートである。ス
テップＳ１１０では、教示点探索の初期条件が設定される。この初期条件は、システム座
標系Σｓ（図１）における退避点ＴＰ１（図４）及び予備教示点ＴＰｐ（図５）の座標値
と、対象物ＯＢ１，ＯＢ２の相対位置の単位移動量と、探索に利用する相対位置の数とを
含む。相対位置の単位移動量は、図５の予備教示点ＴＰｐから局所座標系Σｐの２次元座
標値（ｘ，ｙ）を変更する際の変更幅である。対象物ＯＢ１，ＯＢ２の複数の相対位置は
、局所座標系Σｐのｚ座標値が０であり、ｘ座標値とｙ座標値が種々の値に設定された３
次元位置（ｘ，ｙ，０）である。以下の説明では、局所座標系Σｐの３次元位置（ｘ，ｙ
，０）の２次元座標値（ｘ，ｙ）を用いて、「相対位置（ｘ，ｙ）」と表記する。

ステップＳ１２０では、制御装置２００が力検出器１５０をリセットする。このリセッ
トは、力検出器１５０の望ましくない出力シフトを解消するための処理である。また、こ
のリセットは、力検出器１５０の出力値（力検出値）を所定値（基準値）とする処理を意
味する。換言すれば、力検出器１５０のリセットとは、例えば、エンドエフェクター１６
０で保持する物体の重量バラツキやアーム１３０の姿勢等による重力の影響、回路のリー
ク電流や熱膨張等によるドリフトの影響をなくすか、または減少させる処理である。すな
わち、これらの影響が存在する条件下で、力検出器１５０から出力される値を所定値（基
準値）とする処理がリセットである。この所定値は、「０」とすることが好ましい。

ステップＳ１３０では、教示点探索処理が実行される。この処理は、制御装置２００の
教示点探索実行部２１１（図２）の制御によって実行される。

図１１は、教示点探索処理の詳細手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１０
では、ツール制御点ＴＣＰを、探索動作開始前の第１教示点ＴＰ１（図４）に移動させる
。ステップＳ２２０では、ツール制御点ＴＣＰを、予備教示点ＴＰｐ（図５）に移動させ
る。この動作は、図４に示すように、ツール制御点ＴＣＰを予備教示点ＴＰｐの位置まで
−ｚ方向に進める動作である。ステップＳ２１０，Ｓ２２０の移動動作は、力検出器１５
０の力検出値を使用せず、教示点ＴＰ１，ＴＰｐを目標位置とする位置制御によって実行
される。

ステップＳ２３０，Ｓ２４０は、対象物ＯＢ１，ＯＢ２が力閾値Ｆ１で接触するまで両
者を近接させる処理である。この力閾値Ｆ１は、図７及び図８で説明した第１の力Ｆ１と
同じものである。このステップＳ２３０，Ｓ２４０の処理は、ロボット１００の力制御を
実行しながら行われる。本明細書において、「力制御」とは、力検出器１５０で得られる
力検出値のフィードバックを使用してエンドエフェクター１６０を移動させる制御を意味
する。力制御としては、例えばインピーダンス制御を利用することが可能である。力検出
器１５０で検出されたｚ方向の力Ｆｚが力閾値Ｆ１に達すると、ステップＳ２５０に進み
、ロボット１００の動作を停止させる。ステップＳ２６０では、停止位置における局所座
標系Σｐのｚ座標値をメモリー（例えば不揮発性メモリー２３０）に登録する。

ステップＳ２７０では、探索が終了したか否かが判定される。この判定は、例えば、探
索した相対位置の数が、図１０のステップＳ１１０で設定された相対位置の数に達したか
否かの判断によって行われる。探索が終了していなければ、ステップＳ２８０において、
エンドエフェクター１６０をｚ方向に退避させ、相対位置（ｘ，ｙ）を移動させてステッ
プＳ２３０に戻る。ここでは、各相対位置（ｘ，ｙ）における対象物ＯＢ１，ＯＢ２の接
触の後に、相対位置（ｘ，ｙ）を移動する前に２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２を遠ざけてい
る。こうすれば、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２同士を接触させながら相対位置（ｘ，ｙ）
を移動させる動作を避けることができるので、対象物ＯＢ１の保持位置がずれてしまうこ
とを防止することが可能であり、また、対象物ＯＢ１，ＯＢ２の破損を防止することが可
能である。なお、ステップＳ２８０における退避は、例えば、ｚ座標値が０になるまでエ
ンドエフェクター１６０を＋ｚ方向に移動することによって行われる。

図１２は、複数の相対位置（ｘ，ｙ）の例を示す説明図である。ｘ軸及びｙ軸は、図５
に示した局所座標系Σｐのｘ軸及びｙ軸を示している。座標原点は、局所座標系Σｐにお
ける予備教示点ＴＰｐの位置（０，０）である。複数の黒点は、探索の対象として設定さ
れた相対位置（ｘ，ｙ）を示している。隣接する相対位置（ｘ，ｙ）の間隔δｘ，δｙが
相対位置の単位移動量に相当する。単位移動量δｘ，δｙは、例えば０．１ｍｍ〜０．２
ｍｍの範囲の値に設定することが可能である。図１２の例では、複数の相対位置（ｘ，ｙ
）が２次元方向に第１間隔に設定されている。こうすれば、複数の相対位置（ｘ，ｙ）を
容易に設定可能である。なお、第１間隔は、等間隔とすることが好ましい。

図１１のステップＳ２７０において探索が終了したと判断されると、図１０のステップ
Ｓ１４０に進む。ステップＳ１４０では、探索結果が分析され、その分析結果が表示され
る。探索結果の分析では、まず、図１２に示した複数の相対位置（ｘ，ｙ）について、図
１１のステップＳ２６０で登録されたｚ座標値を順にスキャンし、ｚ座標値の絶対値の最
大値を検出する。検出されたｚ座標値に対応する相対位置（ｘ，ｙ）は、各相対位置から
第１対象物ＯＢ１を−ｚ方向（第１方向）に沿って移動させて対象物ＯＢ１，ＯＢ２を力
Ｆ１で接触させたときの第１対象物ＯＢ１の移動距離が最長である相対位置として認識さ
れる。このステップＳ１４０における分析は、制御装置２００の近接位置判定部２１２（
図２）によって実行される。分析結果を表示する表示データは、制御装置２００の表示デ
ータ作成部２１３（図２）によって作成され、制御装置２００の表示部２５０に表示され
る。

図１３は、制御装置２００の表示部２５０に表示された教示点探索処理の分析結果の一
例を示している。この分析結果の表示画面は、第１表示領域ＦＤＡと第２表示領域ＳＤＡ
とを含んでいる。第１表示領域ＦＤＡには、ｚ座標値の絶対値が最大値を示す相対位置（
ｘ，ｙ）の座標値が、最適教示点を示す座標値として表示されている。第２表示領域ＳＤ
Ａには、複数の相対位置（ｘ，ｙ）におけるｚ座標値の分布が立体的に表示されている。
この例では、ｘ＝＋０．２ｍｍ、ｙ＝＋０．１ｍｍの位置においてｚ座標値の絶対値が最
大値となっている。このように、嵌合に適した相対位置（ｘ，ｙ）や、複数の相対位置（
ｘ，ｙ）におけるｚ座標値を表示部２５０に表示するようにすれば、人間の教示作業者が
、ティーチングペンダント３００を用いて適切な教示点を容易に設定することが可能であ
る。最適教示点の座標値は、局所座標系Σｐ（図５）でなく、システム座標系Σｓ（図１
）等の他の座標系の座標で表示してもよい。

図１０のステップＳ１５０では、教示作業者がティーチングペンダント３００を用いて
、嵌合に適した相対位置（ｘ，ｙ）を第２教示点ＴＰ２のｘ座標値及びｙ座標値として入
力し、制御装置２００がその教示点の入力を受け付ける。第２教示点ＴＰ２の座標値は、
局所座標系Σｐ（図５）の座標値として入力してもよく、或いは、システム座標系Σｓ（
図１）等の他の座標系の座標値として入力してもよい。ステップＳ１６０では、受け付け
た教示点の入力を用いて、教示データ２３４が作成され、制御装置２００の不揮発性メモ
リー２３０に保存される。この教示データ２３４の作成は、制御装置２００の教示データ
作成部２１４によって実行される。よく知られているように、教示データ２３４は、複数
の教示点と、各教示点の間の移動の際に実行すべき制御モード（位置制御や力制御）の記
述を含んでいる。この制御モードも、教示作業者によりティーチングペンダント３００を
用いて指定される。こうして教示データ２３４が完成すると、図９のステップＳ２０にお
いて、実際の製品を製造するために、複数組の対象物ＯＢ１，ＯＢ２に対して教示データ
に従った嵌合作業が実行される。

図１４は、教示データに従って第１教示点ＴＰ１から第２教示点ＴＰ２までエンドエフ
ェクター１６０が移動する動作の一例を示す説明図である。この移動動作は、図９のステ
ップＳ２０における嵌合作業での動作である。第１教示点ＴＰ１から第２教示点ＴＰ２ま
での移動における位置制御は、例えばＣＰ制御（Continuous Path control）によって行
われる。ＣＰ制御とは、エンドエフェクター１６０の２点間の移動経路が一定の軌道上を
たどるように、２点間を連続的に補間した制御方法である。図１４の例では、第１教示点
ＴＰ１と第２教示点ＴＰ２の間の移動経路が直線的な軌道を辿るように形成されている。
こうすれば、第１対象物ＯＢ１やエンドエフェクター１６０が他の物体と物理的に干渉し
てしまう可能性を低減することが可能である。第２教示点ＴＰ２に到達した後は、エンド
エフェクター１６０を−ｚ方向に移動させ、力検出器１５０により検出される力が第２の
力Ｆ２（図７）に達するまでエンドエフェクター１６０を移動させて対象物ＯＢ１，ＯＢ
２を嵌合させる。その後、エンドエフェクター１６０を＋ｚ方向に退避させ、必要に応じ
て他の対象物の嵌合等の作業を実行する。なお、ステップＳ２０において２つの対象物Ｏ
Ｂ１，ＯＢ２を嵌合させる動作は、ＣＰ制御のような位置制御のみを用いて実行してもよ
く、或いは、位置制御と力制御を用いて実行してもよい。

以上のように、第１実施形態では、ロボット１００を教示する時に、プロセッサー２１
０は、ロボット１００を用いて第１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２を第１の力Ｆ１で接
触させ、この接触に基づいた教示データを生成する。また、教示データに従った嵌合動作
をロボット１００に実行させる時に、プロセッサー２１０は、ロボット１００を用いて第
１の力Ｆ１よりも大きい第２の力Ｆ２で第１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２を嵌合させ
る。従って、２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２同士を接触させながら挿入に適した位置を探る
必要が無く、また、適切な嵌合作業をロボット１００に教示することが可能である。

＜第２実施形態＞
図１５は、第２実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャートであり、第
１実施形態の図１０に対応する図である。図１６は、第２実施形態における対象物の回転
の様子を示す説明図である。なお、ロボットシステムの構成は、第１実施形態と同一なの
で説明を省略する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、ステップＳ１３５，Ｓ１
３６が追加されている点だけであり、他の手順は第１実施形態と同じである。

ステップＳ１３０において教示点探索処理（図１１）が終了すると、ステップＳ１３５
に進み、すべての探索が完了したか否かが判断される。第２実施形態では、１つ以上の軸
方向の回りの複数の回転角度において、教示点の探索処理を実行する。例えば、ロールと
ピッチとヨーのうちの１つ以上の回転に関して、複数の回転角度においてステップＳ１３
０における教示点探索処理を実行する。ここで、ロールは局所座標系Σｐのｘ軸方向回り
の回転を意味し、ピッチはｙ軸方向回りの回転を意味し、ヨーはｚ軸方向回りの回転を意
味する。図１６では、第１対象物ＯＢ１を、局所座標系Σｐのｚ軸方向回りに＋６度〜−
２度の範囲で回転させた例を示している。これらの複数の回転角度で教示点探索処理を実
行すれば、より適切な教示点位置を決定できる。なお、ロールとピッチとヨーの３種類の
回転のすべてに関し、複数の回転角度においてステップＳ１３０における教示点探索処理
を実行することが好ましい。回転角度の設定の変更はステップＳ１３６で行われ、その後
、ステップＳ１２０，Ｓ１３０が再度実行される。

第２実施形態も上述した第１実施形態とほぼ同様の効果を奏する。また、第２実施形態
では、１つ以上の軸方向の回りの複数の回転角度において教示点探索処理を実行するので
、嵌合作業に適した相対位置を更に高精度で決定することが可能である。

＜第３実施形態＞
図１７は、第３実施形態における教示データ作成手順を示すフローチャートであり、第
２実施形態の図１５に対応する図である。なお、ロボットシステムの構成は、第１実施形
態及び第２実施形態と同一なので説明を省略する。第３実施形態が第２実施形態と異なる
点は、ステップＳ１３６がステップＳ１３８に置き換えられている点だけであり、他の手
順は第２実施形態と同じである。

ステップＳ１３０において教示点探索処理（図１１）が終了すると、ステップＳ１３５
に進み、すべての探索が完了したか否かが判断される。第３実施形態では、ステップＳ１
３０の１回目の実行によって，接触までの第１対象物ＯＢ１の移動距離が最長となる相対
位置が求まると、ステップＳ１３５からステップＳ１３８に進み、探索の単位移動量δｘ
，δｙ（図１２）を減少させる。その後、ステップＳ１２０，Ｓ１３０が再度実行される
。

図１８は、第３実施形態において探索される複数の相対位置の例を示す説明図である。
黒丸はステップＳ１３０の１回目の実行時に相対位置（ｘ，ｙ）として使用された点を示
し、白丸はステップＳ１３０の２回目の実行時に相対位置（ｘ，ｙ）として使用される点
を示す。但し、白丸と黒丸が重なっている位置では、白丸のみを描いている。２回目の探
索時における探索の単位移動量δｘａ，δｙａは、１回目における単位移動量δｘ，δｙ
（図１２）よりも小さい。この例では、δｘａ＝δｘ／２，δｙａ＝δｙ／２である。ま
た、２回目の探索時における相対位置の範囲は、１回目の探索時における相対位置の範囲
よりも狭い。この理由は、１回目の探索によって、嵌合に適した相対位置がほぼ求められ
ているので、２回目の探索時にはその周囲のみを再探索すればよいからである。このよう
に、２回目の探索時には、１回目の探索時において２つの対象物ＯＢ１，ＯＢ２の接触時
の第１対象物ＯＢ１の移動距離が最長となった相対位置の近傍の領域（すなわち、当該相
対位置を含む小領域）において、２次元方向の間隔δｘａ，δｙａを細かくした条件で探
索を実行することが好ましい。また、このような探索は、３回以上実行するようにしても
よい。いずれの場合にも、第１対象物ＯＢ１を−ｚ方向（第１方向）に沿って移動させて
第１対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２を第１の力Ｆ１で接触させたときの第１対象物ＯＢ
１の移動距離が最長である相対位置の近傍において、相対位置同士の２次元方向の間隔（
第２間隔）を最も細かく設定することが好ましい。

第３実施形態も上述した第１実施形態とほぼ同様の効果を奏する。また、第３実施形態
では、各相対位置から第１対象物ＯＢ１を−ｚ方向（第１方向）に沿って移動させて第１
対象物ＯＢ１と第２対象物ＯＢ２を第１の力Ｆ１で接触させたときの第１対象物ＯＢ１の
移動距離が最長である相対位置の近傍において、相対位置同士の２次元方向の間隔を最も
小さく設定したので、嵌合作業に適した相対位置を更に高精度で決定することが可能であ
る。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱
しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載
した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述
の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成す
るために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特
徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能で
ある。

１００…ロボット、１２０…基台、１３０…アーム、１３２…アームエンド、１５０…
力検出器、１６０…エンドエフェクター、１６２…真空吸着板、１６４…貫通孔、１６６
…緩衝材、２００…制御装置、２１０…プロセッサー、２１１…教示点探索実行部、２１
２…近接位置判定部、２１３…表示データ作成部、２１４…教示データ作成部、２１５…
嵌合工程実行部、２２０…メインメモリー、２３０…不揮発性メモリー、２３２…プログ
ラム命令、２３４…教示データ、２４０…表示制御部、２５０…表示部、２６０…Ｉ／Ｏ
インターフェース、３００…ティーチングペンダント、４００…搬送装置

Claims (11)

1. 第１対象物と前記第１対象物に嵌合可能な第２対象物との嵌合作業を実行する、力検出
   器を有するロボットを制御する制御装置であって、
   少なくとも１つのプロセッサーを備え、
   前記ロボットを教示する時、前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記ロボットを用
   いて第１対象物と第２対象物を第１の力で接触させ、前記少なくとも１つのプロセッサー
   は、前記接触に基づいた教示データを生成し、
   前記教示データに従った嵌合動作を前記ロボットに実行させる時、前記少なくとも１つ
   のプロセッサーは、前記ロボットを用いて前記第１の力よりも大きい第２の力で前記第１
   対象物と前記第２対象物を嵌合させる、制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記教示データは、前記第１対象物と前記第２対象物の複数の相対位置に関する前記接
   触に基づいて作成される、制御装置。
3. 請求項２に記載の制御装置であって、
   前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位置の各相対位置から前記第１
   対象物と前記第２対象物を近づける第１方向に前記接触を行わせ、
   前記複数の相対位置は、前記第１方向と交差する２次元方向の位置である、制御装置。
4. 請求項３に記載の制御装置であって、
   前記複数の相対位置は、前記２次元方向に第１間隔に設定される、制御装置。
5. 請求項４に記載の制御装置であって、
   前記複数の相対位置のうち、前記複数の相対位置の各相対位置から前記第１対象物を前
   記第１方向に沿って移動させて前記第１対象物と前記第２対象物を前記第１の力で接触さ
   せたときの前記第１対象物の移動距離が最長となる相対位置を含む領域において、前記複
   数の相対位置は、前記２次元方向に前記第１間隔よりも細かい第２間隔に設定される、制
   御装置。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の制御装置であって、
   前記少なくとも１つのプロセッサーは、１つ以上の軸方向の回りの複数の回転角度にお
   いて、前記第１対象物と前記第２対象物の前記接触を実行する、制御装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の制御装置であって、
   前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位置の各相対位置における前記
   接触の後に、前記第１対象物と前記第２対象物を遠ざける、制御装置。
8. 請求項３に記載の制御装置であって、
   前記少なくとも１つのプロセッサーは、前記複数の相対位置のうち、前記複数の相対位
   置の各相対位置から前記第１対象物を前記第１方向に沿って移動させて前記第１対象物と
   前記第２対象物を前記第１の力で接触させたときの前記第１対象物の移動距離が最長とな
   る相対位置を選択し、選択した相対位置を前記教示データの教示点として設定する、制御
   装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御装置であって、
   前記第１対象物と前記第２対象物は、前記第１の力では嵌合せず、前記第２の力で嵌合
   する電気コネクターである、制御装置。
10. ロボットと、
    前記ロボットに接続された請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御装置と、
    を備えるロボットシステム。
11. 力検出器を有するロボットを、少なくとも１つのプロセッサーによって制御する制御方
    法であって、
    前記ロボットを教示する時、前記少なくとも１つのプロセッサーが、前記ロボットを用
    いて第１対象物と第２対象物を第１の力で接触させ、前記少なくとも１つのプロセッサー
    が、前記接触に基づいた教示データを生成し、
    前記教示データに従った動作を前記ロボットに実行させる時、前記少なくとも１つのプ
    ロセッサーが、前記ロボットを用いて前記第１の力よりも大きい第２の力で前記第１対象
    物と前記第２対象物を嵌合させる、制御方法。