JP2022190052A - システム、製造方法、制御方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボットへの外力が検出されたときの、ロボットの動作を改善する上で有利な技術を提供する。【解決手段】 ロボットとロボットを制御するコントローラを有したシステムにおいて、コントローラは、ロボットに対する物体の接触の検出に基づいて、ロボットを、第一状態から、第一状態よりもロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を許容する第二状態に切り替える。コントローラは、ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更の開始後であって、ロボットに外力が加わっている間に、ロボットを、第二状態から、第二状態よりも、外力に従った姿勢の変更を制限する、第三状態に切り替える。【選択図】 図４

Description

本発明は、ロボット及びロボットシステムに関する。

近年、ロボットには、人間との協調作業など、ロボットが柔軟な動作を行うことが要求されている。

これらのロボットを使用する際には、ロボットの周囲に位置する人間がロボットに接触すると、ロボットを減速または停止させることがある。しかし、減速または停止したロボットが、人間が作業する領域に留まることで、人間が行う作業の障害となる場合がある。

特許文献１には、外力検出部により検出された外力が第一閾値より大きい場合には、前記外力を小さくする方向にロボットを移動させる退避動作を指令するロボットシステムが開示されている。

特開２０１６－１５３１５６号公報

特許文献１のロボットシステムでは、外力を小さくする方向に退避するロボットの退避経路に障害物が存在した場合、ロボットが障害物に衝突してしまう場合があった。

また、ロボットが退避を継続することで、特異姿勢に到達してしまう場合や、ロボットにかかる外力の過度な増加に伴い、ロボットの退避速度が過度に増加してしまう場合があった。

そこで本発明では、ロボットへの外力が検出されたときの、ロボットの動作を改善する上で有利な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、ロボットと前記ロボットを制御するコントローラを有したシステムにおいて、前記コントローラは、前記ロボットに対する物体の接触の検出に基づいて、前記ロボットを、第一状態から、前記第一状態よりも前記ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を許容する、第二状態に切り替え、前記コントローラは、外力に従った姿勢の変更の開始後であって、前記ロボットに外力が加わっている間に、前記ロボットを、前記第二状態から、前記第二状態よりも、ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を制限する、第三状態に切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、ロボットへの外力が検出されたときの、ロボットの動作を改善する上で有利な技術を提供することができる。

システムの構成を示す図 ロボットの断面図 コントローラのブロック図 第二実施形態のシステムの制御内容を示すフローチャート 第三実施形態のシステムの制御内容を示すフローチャート 第四実施形態のシステムの制御内容を示すフローチャート

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、以下に説明する形態は、発明の１つの実施形態であって、これに限定されるものではない。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に亘って共通の構成については共通の符号を付している。そして、共通する構成を複数の図面を相互に参照して説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。同じ名称で別々の事項については、それぞれ、第一の事項、第二の事項という風に、「第〇」を付けて区別することができる。

＜第一実施形態＞
図１、図２を用いて、本実施形態に係るロボットシステム（以下、システム）について説明する。図１は、本実施形態に係るシステムを、横方向から見た概略構成を示す図である。本実施形態におけるシステム１００は、ロボット２００と、ロボット２００を制御するコントローラ３００とを備えている。

図２に本実施形態におけるロボット２００の断面図を示す。本実施形態におけるロボット２００は、複数の関節ユニット２１１～２１６を備えている。関節ユニット２１１～２１６の各々は、複数の関節軸２０１～２０６の各々をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ２２１～２２６と、複数の接触検出センサ２３１～２３６と、を含んでいる。複数の接触検出センサ２３１～２３６のそれぞれはサーボモータ２２１～２２６に接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。また、複数の関節ユニット２１１～２１６はブレーキ（不図示）を含んでいてもよい。

本例のロボット２００はサーボ制御部２５１～２５６を備え、サーボモータ２２１～２２６の各々は、サーボ制御部２５１～２５６の各々によって制御されている。

サーボモータ２２１～２２６は、電動モータと、エンコーダとを含みうるが、従来知られているサーボモータであればよくて、適宜変更することができる。サーボモータのエンコーダを、接触検出センサ２３１～２３６として用いてもよい。本例では、接触検出センサ２３１～２３６を関節ユニット２１１～２１６に設けたが、ロボット２００の外に設けることもできる。

サーボ制御部２５１～２５６が、サーボモータ２２１～２２６の電動モータに電流を出力し、電動モータは、サーボ制御部２５１～２５６から出力された電流を基に駆動を行なう。ロボット２００は、電動モータの駆動によって姿勢を変更することができる。ここでは、サーボ制御部２５１～２５６がロボット２００の土台部に設けられている例を示すが、サーボ制御部２５１～２５６はロボット２００の関節ユニット２１１～２１６に設けられていてもよい。また、サーボ制御部２５１～２５６をコントローラ３００に設けることも可能である。

関節ユニット２１１～２１６は、サーボ制御部２５１～２５６から出力される電流に基づき、電源が入っているロボット２００の自重を支える。すなわち、ロボット２００の各部に加わる重力によって、ロボット２００が姿勢を変更しようとすることを、電動モータが防いでいる状態である。このとき、関節軸２０１～２０６は固定されていない。

電源が入っていないロボット２００は、関節ユニット２１１～２１６に含まれるブレーキで、ロボット２００が自重によって、姿勢が変更してしまうことを防ぐ。ブレーキは、関節軸２０１～２０６を固定し、ロボット２００の姿勢の変更を禁止することができる。
ブレーキは、ロボット２００の電源が入り、関節ユニット２１１～２１６が、サーボ制御部２５１～２５６から出力される電流に基づき、電源が入っているロボット２００の自重を支える制御状態になると、関節軸２０１～２０６の固定を解除する。逆に、ロボット２００の電源が切れるときや、制御停止指令などでロボット２００の自重を支えられない状態になると、関節軸２０１～２０６を固定する。関節ユニット２１１～２１６に含まれるブレーキは、例えば無励磁動作ブレーキなどの電磁ブレーキである。

接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００への物体４００（接触物）の接触を検出できるセンサであればよく、接触物との接触によってロボット２００に生じる外力に対応する物理量を検出できることが好ましい。接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００に接触物があることを判別可能であればよく、ロボット２００の内部、または外部どちらか一方に設けられていればよい。例えば、接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００の関節軸２０１～２０６に設けられ、外力によって変化する関節軸２０１～２０６まわりのトルクを検出する力覚センサ（トルクセンサ）でありうる。あるいは、接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００の関節軸２０１～２０６に設けられ、外力によって変化する関節軸２０１～２０６に交差する方向における圧力を検出する力覚センサ（圧力センサ）でありうる。あるいは、接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００またはコントローラ３００に設けられ、外力によって変換する複数のサーボモータ２２１～２２６の通電電流を検出する電流センサでありうる。あるいは、接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００の外装に設けられ、ロボット２００への接触を検出する触覚センサでありうる。あるいは、接触検出センサ２３１～２３６の各々は、ロボット２００の外部に設けられ、ロボット２００への物体４００の接触を画像処理によって検出する視覚センサ（ビジョンセンサ）でありうる。接触検出センサ２３１～２３６の数は、複数でもよいし単数でもよい。

次に図３を用いてコントローラ３００について説明する。

図３は、本実施形態にかかるコントローラ３００の構成を示すブロック図である。

コントローラ３００は、コンピュータで構成されており、制御部としての演算装置３０１を備えている。演算装置３０１はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）あるいはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。また、コントローラ３００は、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの主記憶装置３０３を備えている。ＲＯＭ３０２には、ＢＩＯＳ等の基本プログラムが格納されている。主記憶装置３０３は、演算装置３０１の演算処理の結果等、各種データを一時的に記憶する記憶装置である。また、コントローラ３００は、記憶部としてＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの補助記憶装置３０４を備えている。補助記憶装置３０４は、演算装置３０１の演算処理の結果や外部から取得したデータを記憶する。また、コントローラ３００は、インターフェース３０５を備えている。

演算装置３０１には、ＲＯＭ３０２、主記憶装置３０３、補助記憶装置３０４、インターフェース３０５が、バス３１０を介して接続されている。ロボット２００のサーボ制御部２５１～２５６が、インターフェース３０５に接続されている。インターフェース３０５には、操作盤やティーチングペンダントなどの操作装置や、ディスプレイやランプなどの表示装置などが接続されてもよい。インターフェース３０５には、コントローラ３００に情報を入力するための情報入力部が含まれうる。操作装置は、優先接続および／または無線接続によって、コントローラ３００の情報入力部に接続される。このようにして操作装置がコントローラ３００へ接続されることで、操作装置でコントローラ３００を操作することができる。情報が表示される。インターフェース３０５には、表示装置に情報を表示させるための表示手段として、表示装置に表示させる情報を出力する情報出力部が含まれうる。情報出力部はグラフィックコントローラやマイコンを含みうる。このようにして表示装置がコントローラ３００へ接続されることで、表示装置に情報が表示される。

演算装置３０１は、補助記憶装置３０４に格納されたプログラム３２０に基づいてロボット２００の動作のための各種の処理を実行する。これにより演算装置３０１は、ロボット２００を所望の位置へ移動させる指令、つまり、ロボット２００を所望の姿勢に変形させる指令を行なう。その位置指令のデータを、所定の時間間隔でバス３１０及びインターフェース３０５を介して、ロボット２００のサーボ制御部２５１～２５６に出力する。

ロボット２００が、姿勢の変更を行なう際に、演算装置３０１は、ロボット２００を、所望の位置へ移動させる指令を行なう。サーボ制御部２５１～２５６は、ロボット２００への位置指令に基づき、ロボット２００に備えられた関節ユニット２１１～２１６に電流を出力し、電動モータの駆動を制御する。電動モータの駆動を制御することで、ロボット２００の姿勢の変更を制御することができる。

ロボット２００の制御にはインピーダンス制御を用いることができる。コントローラ３００は、ロボット２００にインピーダンス制御を実施することで、外力に対する応答特性を変更しながら、ロボット２００の姿勢を変更することが可能である。つまり、インピーダンス制御のパラメータである剛性や粘性を変更することで、人がロボット２００に外力が加えたときの、人の力覚感覚を変更しながら、ロボット２００の姿勢を変更することができる。

ここで、人の力覚感覚とは、たとえば人がロボット２００に外力を加えたときに、姿勢の変更をしづらいと感じたり、しやすいと感じたりする感覚のことである。

インピーダンス制御のパラメータである剛性パラメータと粘性パラメータについて、インピーダンス制御の式を使って説明する。インピーダンス制御の式は下記式（１）によって示される。
Ｆ＝Ｍｄ^２ｘ／ｄｔ^２＋Ｄｄｘ／ｄｔ＋Ｋｘ・・・（１）

Ｆは人がロボット２００に与える外力であり、ｘはロボット２００の位置の変位、ｄ／ｄｔは時間微分、Ｍはインピーダンス制御の慣性パラメータ、Ｄはインピーダンス制御の粘性パラメータ、Ｋはインピーダンス制御の剛性パラメータである。

インピーダンス制御の式について、剛性パラメータを変更することで、ロボット２００の姿勢の変更にどのような影響があるか説明する。そのために、式（１）において、Ｍ＝０且つＤ＝０とする。その場合のインピーダンス制御の式は、下記式（２）によって示される。
Ｆ＝Ｋｘ・・・（２）

式（２）は、Ｋを変動させることで、人がロボット２００に与える外力で、ロボット２００の各部位がどの程度変位するのか、を変更することができるということを示している。Ｋを増加させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の変位が減少する。逆にＫを減少させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の変位が増加する。

次に、インピーダンス制御の式について、粘性パラメータを変更することで、ロボット２００の姿勢の変更にどのような影響があるか説明する。そのために、式（１）において、Ｍ＝０且つＫ＝０とする。その場合のインピーダンス制御の式は、下記式（３）によって示される。
Ｆ＝Ｄｄｘ／ｄｔ・・・（３）

式（３）は、Ｄを変動させることで、人がロボット２００に与える外力で、ロボット２００の各部位が現在の姿勢から目標の姿勢まで、どの程度の速度で姿勢変更するのか、を変更することができるということを示している。Ｄを増加させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の速度が減少する。逆にＤを減少させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の速度が増加する。

インピーダンス制御のパラメータである剛性と粘性を変更することで、それぞれ、ロボット２００にかかる外力に対するロボット２００の姿勢変更の変位と速度を変更することができる。

インピーダンス制御の式について、慣性パラメータを変更することで、ロボット２００の姿勢の変更にどのような影響があるか説明する。そのために、式（１）において、Ｄ＝０且つＫ＝０とする。その場合のインピーダンス制御の式は、下記式（４）によって示される。
Ｆ＝Ｍｄ^２ｘ／ｄｔ^２・・・（４）

式（４）は、Ｍを変動させることで、人がロボット２００に与える外力で、ロボット２００がどの程度の加速度で姿勢変更するのか、を変更することができるということを示している。Ｍを増加させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の加速度が、減少する。逆にＭを減少させた場合、ロボット２００の各部位は、外力に対して姿勢変更の加速度が、増加する。しかし、本実施形態のインピーダンス制御では、慣性パラメータの変更によるロボット２００の姿勢変更の制御は行わない。

インピーダンス制御の剛性や粘性を増加させることで、人がロボット２００に外力を加えたときに、体感的にロボット２００の姿勢の変更が難しくなる。逆にインピーダンス制御の剛性や粘性を低下させることで、人がロボット２００に外力を加えたときに、体感的にロボット２００の姿勢の変更が容易になる。

たとえば、力覚センサで所定の値よりも大きな外力を検出したとき、インピーダンス制御の剛性や粘性を増加させることで、姿勢の変更を制限することができる。

インピーダンス制御を行なうことで、人が外力を加えて、ロボット２００の姿勢の変更を行なう際に、外力に対する抵抗を上げたり下げたりすることができる。それにより、人は継続して外力を加えてもよいかどうかを判断する手助けとなる。

以上が、システム１００においてロボット２００の姿勢を制御するための基本的な構成であるが、この構成は公知の技術を用いて適宜変更することができるし、非公知の技術を用いて適宜改良することもできる。

次に、ロボット２００の周囲に存在しうる物体４００の検出に関連する構成について説明する。

コントローラ３００は、物体情報処理部３１２、データ生成部３１３、接触判定部３１４、および姿勢変更制御部３１５を備えうる。コントローラ３００の内部では、物体情報処理部３１２、接触判定部３１４、データ生成部３１３および姿勢変更制御部３１５がインターフェース３０５に接続されている。なお、物体情報処理部３１２、接触判定部３１４、および姿勢変更制御部３１５の少なくともいずれかをロボット２００に設けることもできる。例えば、データ生成部３１３を関節ユニット２１１～２１６の各々に設けることもできる。

データ生成部３１３は、接触検出センサ２３１～２３６が検出して出力した信号から、接触判定部３１４が取り扱うことができるデータ（アナログデータあるいはデジタルデータ）を生成し、接触判定部３１４に出力する。データ生成部３１３が生成するデータが示す値は、接触検出センサ２３１～２３６が検出した物理量に応じた値である。データ生成部３１３は、接触検出部と呼ぶこともできる。

接触判定部３１４は、コントローラ３００の内部もしくは外部に備えられた、データ生成部３１３から出力される接触情報を解析することで、ロボット２００への接触物の有無を判定することができる。

システム１００の内部または外部には、物体検出センサ３１１を設けることができる。
物体検出センサ３１１は、ロボット２００の周囲に存在する物体を検出可能なセンサである。物体検出センサ３１１としては、イメージセンサや測距センサ、超音波センサ、レーダーセンサ等の、各種センサを用いることができる。測距センサはＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）型のセンサであってもよい。物体検出センサ３１１は例えばインターフェース３０５に接続される。

物体情報処理部３１２は、物体検出センサ３１１から出力される物体情報を解析する。それにより、ロボット２００の可動領域に存在する物体４００の判別や、その物体４００までの距離の算出を行なうことができる。

姿勢変更制御部３１５は、物体情報処理部３１２の、ロボット２００の可動領域に存在する物体のデータや、接触判定部３１４の、接触物の有無についてのデータに基づいて姿勢変更を制御する。

本実施形態のシステム１００は、接触検出センサ２３１～２３６によってロボット２００に対する物体の接触の検出を行うことができる。また、コントローラ３００は、この接触の検出に基づいてロボット２００を制御することができる。また、物体検出センサ３１１によってロボット２００の周囲の物体４００の存在の検出を行うことができる。また、コントローラ３００は、物体４００の存在の検出に基づいて、ロボット２００の制御を行うことができる。

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態として、図４を用いてシステム１００の動作を説明する。本実施形態で説明するシステム１００は、第一実施形態で説明したシステム１００が好適であるが、第一実施形態のシステム１００に限ったものではない。

図４は、本実施形態のシステム１００の動作フローの要部を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ０の段階では、ロボット２００は、電源が入っておらず、関節ユニット２１１～２１６に含まれるブレーキによって、関節軸２０１～２０６が固定されて停止している状態である。

ロボット２００に電源を入れて、システム１００の動作をスタートさせる。

ステップＳ１では、ブレーキが解除され、関節軸２０１～２０６はブレーキでは固定されていない。しかし、ロボット２００は、停止している状態である。ここで、ステップＳ１における停止している状態とは、電動モータが、ロボット２００の自重を支えている状態である。すなわち、ロボット２００の各部に加わる重力によって、ロボット２００が姿勢を変更しようとすることを、電動モータが防いでいる状態である。このステップＳ１ではロボット２００に外力は加わっていないものとする。このとき、自重が支えられているロボット２００に外力を加えた場合、姿勢の変更を行なうことはない。外力で姿勢の変更を行わない状態であることは、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）やランプで表示することで、姿勢の変更が可能かどうかを判断できる。また、事前にユーザーが特定動作をすることで、姿勢の変更を行なう状態にすることができる。特定動作とは例えば、ボタン押下やモード変更設定などである。なお、以下の説明において、ロボット２００に加わる外力とは、ロボット２００の自重に対して加わる重力やロボット２００に加わる大気圧などの非人工的な力を除く、ロボット２００に加わる人工的な力である。なお、ロボット２００が停止している状態は、ロボット２００がその姿勢を維持している状態を意味する。ロボット２００が姿勢を維持している状態（停止状態）は、ステップＳ０のような停止状態と、本ステップＳ１のような停止状態の両方を含みうる。

ステップＳ２は、コントローラ３００によるロボット２００の制御が行われ、ロボット２００が姿勢を変更している状態（姿勢変更状態）である。ステップＳ２は、コントローラ３００に記憶された姿勢変更指令に基づいて、コントローラ３００がロボット２００の姿勢を変更する状態でありうる。あるいは、ロボット２００が、ユーザーによって操作された操作装置からの指令に基づいて、コントローラ３００がロボット２００の姿勢を変更する状態でありうる。

ステップＳ２は、省略しても良く、ステップＳ１の停止状態から、ステップＳ３に進むこともできる。ステップＳ３の直前の状態は、ステップＳ１の停止状態あるいはステップＳ２の姿勢変更状態であるが、いずれの状態でも、外力が加わっていない状態でありうる。また、外力が加わったとしても外力に従ったロボット２００の姿勢の変更が制限されている状態である。すなわち、ステップＳ１の停止状態あるいはステップＳ２の姿勢変更状態では、仮にユーザーがロボット２００に外力を加えてロボット２００の姿勢を変更しようとしても、ロボット２００の姿勢はほとんど変わらない状態である。ステップＳ３の直前の状態を第一状態と総称することができる。

ステップＳ３では、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる外力を検出している。また、接触判定部３１４が、ロボット２００にかかる外力を、接触と判定するか否かの判定を行なう。

ステップＳ３で検出した外力が、大きさＦ１である場合、ロボット２００に接触物があると推定されるようにコントローラ３００が設定されている。その結果、ロボット２００に接触物があると判定される。ステップＳ３で検出した外力が、大きさＦ１より小さい大きさＦ２である場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラ３００が設定されている。その結果、ロボット２００に接触物がないと判定される。

具体的には、外力の大きさＦ３に相当する閾値を設定し、ステップＳ３で検出した外力が閾値である大きさＦ３よりも大きいか小さいかで、接触物の有無の判定が行われる。

ここで、閾値となる大きさＦ３は、大きさＦ１より小さく大きさＦ２よりも大きい（Ｆ１＞Ｆ３＞Ｆ２）ものである。閾値となる大きさＦ３に等しい外力が検出された場合に、接触物があると判定するか、ないと判定するかは適宜設定できる。

外力の検出方法として、関節軸２０１～２０６回りのトルクを検出する、通電電流の変化を検出する、または視覚センサで、ロボット２００に接触物があることを検出する等の方法がある。

ステップＳ３で、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる外力を検出した場合、かかる外力を接触と判定するか否かの判定を行なう。第一状態のロボット２００にかかる外力とは、ロボット２００の周囲にある物体４００が、ロボット２００に接触することで与える外力である。ロボット２００の周囲にある物体４００とは、ロボット２００が設置された空間に存在するロボット以外の設備（不動物、可動物）である。たとえば、物体４００は人でも良い。

各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる外力を検出した場合、データ生成部３１３は、接触検出センサ２３１～２３６の出力に基づくデータを接触判定部３１４に出力する。接触判定部３１４は、検出した外力が第一閾値より大きいか否かの判定を行ない、これによって、接触判定部３１４は、ロボット２００に接触物がある、と判定するか否かの判定を行なう。

接触検出センサ２３１～２３６がトルクセンサであれば、データ生成部３１３が接触検出センサ２３１～２３６の出力量からトルク値を生成しうる。この場合には、接触判定部３１４が、各接触検出センサ２３１～２３６の出力量に対応するトルク値が、所定のトルク値（第一閾値）を超えているかどうかを判定する。

接触検出センサが電流センサであれば、データ生成部３１３が、電動モータの通電量から電流値を生成する。そして、接触判定部３１４が、各電動モータの通電量に対応する電流値が所定の電流値（第一閾値）を超えているかどうかを判定する。

データ生成部３１３の出力値が、所定値（第一閾値）を超えている場合には、接触判定部３１４が、ロボット２００に接触物があると判定する。データ生成部３１３の出力値が、所定値（第一閾値）を超えていない場合には、接触判定部３１４が、ロボット２００に接触物がないと判定する。

接触検出センサが視覚センサである場合、画像処理によってロボット２００への接触物があるかないかが判定される。この場合、ステップＳ３は省略されうる。このとき上述の第一閾値は、使用方法に応じてユーザーが設定する事も可能である。

ステップＳ３で、各接触検出センサ２３１～２３６が、外力を検出しない場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラが設定されている。このフローは、ステップＳ３のＮＯの場合であり、ステップＳ３からステップＳ２に戻る。

また、ステップＳ３で検出した外力が第一閾値よりも小さい大きさＦ２である場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラが設定されている。このフローは、ステップＳ３のＮＯの場合であり、ステップＳ３からステップＳ２に戻る。

ステップＳ３からステップＳ２へ戻るフローでは、ロボット２００は、停止状態（ステップＳ１）に移行せず、第一状態での姿勢の変更を継続して行なう（ステップＳ２）ことができる。しかし、ステップＳ３の直前がステップＳ１である場合には、ステップＳ３からステップＳ１に戻ってもよいし、ステップＳ２へ移行してもよい。また、ステップＳ３の直前がステップＳ２である場合でも、ステップＳ３からステップＳ１に戻ってもよい。

ステップＳ３で検出した外力が、大きさＦ１である場合、ロボット２００に接触物があると判定される。ロボット２００に接触物があると判定された場合、ステップＳ４に進み、コントローラ３００は、ロボット２００を第一状態から、外力に従った姿勢の変更を行なう状態に切り替える。

コントローラ３００は、ロボット２００に対してインピーダンス制御を実施することで、外力に対する応答特性を変更しながらロボット２００の姿勢を変更することができる。つまり、インピーダンス制御のパラメータである剛性や粘性を変更することで、ロボット２００に外力が加わったときの、人の力覚感覚を変更しながら、ロボット２００の姿勢を変更することができる。

インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を減少させることで、第一状態のロボット２００を、外力に従った姿勢の変更が可能な状態に切り替えることができる。ロボット２００が、外力に従った姿勢の変更を行なう状態を第二状態と呼ぶ。

第二状態とは、第一状態において制限されていた外力に従った姿勢の変更が緩和された状態である。なお、第一状態において外力に従った姿勢の変更が制限されていることと、第二状態において外力に従った姿勢の変更が緩和されていることとは、２つの状態の相対的な関係で定義される。すなわち、第一状態において外力に従った姿勢の変更は、第二状態において外力に従った姿勢の変更よりも制限されていればよい。従って、第一状態において外力に従った姿勢の変更が不可能であることを意味するものではない。例えば、第一状態において、関節ユニット２１１～２１６が有する強度を超えた外力を加えることにより、ロボット２００は姿勢を変形することがあってもよい。また、第二状態において外力に従った姿勢の変更は、第一状態において外力に従った姿勢の変更よりも制限が緩和されていればよい。第一状態において外力に従った姿勢の変更よりも制限が緩和された状態とはすなわち、姿勢の制限が許容されている状態である。従って、第二状態において外力に従った姿勢の制限が一切されないことを意味するものではない。例えば、第二状態においても関節ユニット２１１～２１６が本来有する摩擦力などにより、外力に対してある程度の抵抗力は有しうる。

ステップＳ５で、第二状態のロボット２００は、ロボット２００に加わる外力に従った姿勢の変更を開始する。このときにロボット２００に加わる外力はロボット２００が接触検出センサ２３１～２３６で検出することが望ましいが、他の方法で外力を検出していてもよいし、外力を検出していていなくてもよい。ステップＳ５で、ロボット２００に加わる外力とは、ユーザーがロボット２００を押圧することでロボット２００に生じうる外力である。あるいは、ロボット２００とは別のロボットがロボット２００を押圧することでロボット２００に生じうる外力である。

ステップＳ６で、第二状態のロボット２００に加わる外力を継続して検出しているか否かの判定を行なう。ステップＳ６で、外力の検出がなくなったと判定された場合、ロボット２００は、外力に従った姿勢の変更を停止する。

ステップＳ６で、継続して外力を検出していると判定された場合、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ロボット２００は、外力に従った姿勢の変更を継続し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８で、ロボット２００が継続して外力を検出しているか再度判定する。

ステップＳ８で、外力の検出がなくなったと判定された場合、ロボット２００は、外力に従った姿勢の変更を停止する。

ステップＳ６、またはステップＳ８で、ロボット２００が姿勢の変更を停止した場合、コントローラ３００は、人が、所望の位置までロボット２００の姿勢の変更を完了したと判断し、エンドに進む。

ステップＳ８で、継続して外力を検出した場合、ステップＳ９に進み、ステップＳ９で、物体情報処理部３１２は、ロボット２００が、制限条件を満たしているかどうかを判定する。ここで、制限条件とは、ロボット２００の姿勢の変更を制限するか否かを判定する条件である。たとえば、ロボット２００が周囲の物体４００に近づく場合や、過度な外力や速度で、ロボット２００が姿勢の変更を行なう場合や、ロボット２００の特異点に近づく場合等に、ロボット２００の姿勢の変更を制限する。ほかにも、事前に設定された所定の距離を移動した場合や、事前に設定された所定の時間だけロボット２００が姿勢変更を行なった場合等が、ロボット２００の姿勢の変更を制限する条件となっている。所定の距離の移動と、所定の時間の移動は、ＯＲ条件でもよいしＡＮＤ条件でもよい。

ステップＳ９で制限条件を満たした場合、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０で、コントローラ３００は、ロボット２００が、外力に従った姿勢の変更の開始後であって、第二状態のロボット２００に外力が加わっている間に、第二状態に比べて姿勢の変更を制限する状態に切り替える。

コントローラ３００は、制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させ、ロボット２００の姿勢の変更を制限する。

インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させることで、外力に従った姿勢の変更を行なっているロボット２００の姿勢変更を制限することが可能である。第二状態に比べて、姿勢の変更を制限する状態を第三状態と呼ぶ。

第三状態とは、第二状態において解除されていた外力に従った姿勢の変更が制限された状態である。なお、第二状態において外力に従った姿勢の変更が解除されていることと、第三状態において外力に従った姿勢の変更が制限されていることとは、２つの状態の相対的な関係で定義される。すなわち、第三状態において外力に従った姿勢の変更は、第二状態において外力に従った姿勢の変更よりも制限されていればよい。従って、第三状態において外力に従った姿勢の変更が不可能であることを意味するものではない。例えば、第三状態において、関節ユニット２１１～２１６が有する強度を超えた外力を加えることにより、ロボット２００は姿勢を変形することがあってもよい。また、第二状態において外力に従った姿勢の変更は、第三状態において外力に従った姿勢の変更よりも制限が緩和されていればよい。従って、第二状態において外力に従った姿勢の制限が一切されないことを意味するものではない。例えば、第二状態においても関節ユニット２１１～２１６が本来有する摩擦力などにより、外力に対してある程度の抵抗力は有しうる。

ステップＳ１０において、第二状態のロボット２００が、第三状態に切り替わる。すなわち、外力に従った姿勢の変更を行なうロボット２００が、姿勢の変更を制限される。姿勢の変更が制限されることによって、例えば姿勢の変更が停止されて、ロボット２００は停止状態になる。あるいは、姿勢の変更が制限されることによって、与えた外力による姿勢の変更量が小さくなる。

この制御を行なうことにより、ロボット２００の姿勢の変更を制限することができる。

＜第三実施形態＞
次に、第三実施形態におけるフローとして、図５を用いて実施形態の一例のフローの説明を行なう。なお、第二実施形態のフローは、第三実施形態に記載したフロー以外の方法でも実現可能である。また、第三実施形態のフローは、図５および下記の説明に記載したフロー以外の方法でも実現可能である。

図５は、本実施形態のシステム１００の詳細なフローチャートである。

ステップＳ１０１～ステップＳ１０４は、第二実施形態におけるステップＳ２に相当するフローである。

まずステップＳ１０１で、停止しているロボット２００に動作を記憶させる教示作業を行なう。このとき、人が不図示の操作装置を使用してもよいし、直接手で触れて教示作業を行なっても良い。また、予めシミュレーション等により想定した動作を記録した動作ファイルをコントローラ３００に記憶させてもよい。

教示の完了後、ステップＳ１０２で、ロボット２００の可動領域に存在する物体４００の物体情報を取得する。物体情報を取得する手段は、たとえば、ロボット２００の周囲を撮像するイメージセンサでもよいし、超音波センサや光学ＴＯＦセンサ、レーダーセンサ等の物体検出センサでもよい。また、ここでは、ロボット２００の特異点についても物体情報として記憶させる。

その後、ステップＳ１０３で、人がロボット２００に、Ｓ１０１で教示した動作を指令し、ステップＳ１０４で、ロボット２００が姿勢の変更を開始する。

ステップＳ１０４で、ロボット２００は、外力が加わっていない状態で姿勢の変更を行なう。この状態を第一状態と呼ぶが、第一状態は、第二実施形態で説明した第二状態の前の状態であるため、その他さまざまな状態でありうる。

ステップＳ１０５～ステップＳ１０６は、第二実施形態のステップＳ３に相当するフローである。ステップＳ１０５で、データ生成部３１３および接触判定部３１４は、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる第一外力を検出しているか否かの判定を行なう。

ステップＳ１０５で、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる外力を検出していると判定された場合、データ生成部３１３および接触判定部３１４が、接触情報を取得し、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６で、接触判定部３１４が、検出した第一外力が、大きさＦ３（第一閾値）より大きいか否かの判定を行なう。すなわち、接触判定部３１４は、ロボット２００に接触物がある、と判定するか否かの判定を行なう。

ステップＳ１０６で、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる第一外力を検出する。第一外力が第一閾値より大きい大きさＦ１である場合、接触判定部３１４は、ロボット２００に接触物があると判定する。ここで、第一状態のロボット２００にかかる外力とは、たとえば人がロボット２００に与える外力や、他のロボットとの接触による外力である。

ステップＳ１０７～Ｓ１１１は、第二実施形態のステップＳ４から、ステップＳ６で継続して外力を検出した場合に相当するフローである。ステップＳ１０６で接触物があると判定された場合、ステップＳ１０７に進み、コントローラ３００は、ロボット２００の動作を減速制御しながら、最終的にロボット２００を停止させる。

ステップＳ１０５で、ロボット２００が、外力を検出していないと判定された場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラが設定されている。このフローは、ステップＳ１０５のＮＯの場合であり、ステップＳ１０５からステップＳ１０４に戻る。

また、ステップＳ１０５で検出した第一外力が、ステップＳ１０６において第一閾値よりも小さい大きさＦ２である場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラが設定されている。このフローは、ステップＳ１０６のＮＯの場合であり、ステップＳ１０６からステップＳ１０４に戻る。

ステップＳ１０８で、コントローラ３００は、ステップＳ１０７で停止したロボット２００を、第二外力に従った姿勢の変更を行なう状態に切り替える。ロボット２００が、第二外力に従った姿勢の変更を行なう状態を第二状態と呼ぶ。ここで、第二状態のロボット２００にかかる外力とは、たとえば人がロボット２００に与える外力や、他のロボットとの接触による外力等である。

このとき、外力に従った姿勢の変更を行なう状態であることを、周囲の人に明示するために、ランプの点灯や操作装置への表示を行なってもよい。外力に従った姿勢の変更を行なう状態とは、ロボット２００が姿勢の変更は可能であるものの、まだ姿勢の変更を行なっていない状態である。

コントローラ３００は、第二状態のロボット２００に対してインピーダンス制御を実施することで、外力に対する応答特性を変更しながらロボット２００の姿勢を変更することができる。つまり、インピーダンス制御のパラメータである剛性や粘性を変更することで、ロボット２００に外力が加わったときの、人の力覚感覚を変更しながら、ロボット２００の姿勢を変更することができる。

インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を減少させることで、停止状態のロボット２００を、外力に従った姿勢の変更が可能な状態に切り替えることができる。

ステップＳ１０９で、データ生成部３１３および接触判定部３１４は、各接触検出センサ２３１～２３６が、第二状態のロボット２００にかかる第二外力の検出を行なっているか否かの判定を行なう。

ステップＳ１０９で、各接触検出センサ２３１～２３６が、第二状態のロボット２００にかかる外力を検出していると判定された場合、データ生成部３１３および接触判定部３１４が、接触情報を取得し、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０９で検出した第二外力が、大きさＦ４である場合、ステップＳ１１１に進み、ロボット２００は外力に従った姿勢の変更を開始する。

このとき、外力に従った姿勢の変更中であることを、周囲の人に明示するために、ランプの点灯や操作装置への表示を行なってもよい。外力に従った姿勢の変更中の状態とは、ロボット２００が姿勢の変更を行なっている状態である。

ステップＳ１０９で検出した第二外力が、大きさＦ５である場合、ステップＳ１１９に進み、ロボット２００は駆動を停止する。

具体的には、外力の大きさＦ６（第二閾値）に相当する閾値を設定し、ステップＳ１０９で検出した外力が、ステップＳ１１０で、閾値である大きさＦ６よりも大きいか小さいかで、ステップＳ１１１またはステップＳ１１９に進むかの判定が行われる。コントローラ３００は、ロボットに加わった外力の大きさに応じた値と閾値との比較を行なう。

ここで、閾値となる大きさＦ６は、大きさＦ４より小さく大きさＦ５よりも大きい（Ｆ４＞Ｆ６＞Ｆ５）ものである。閾値となる大きさＦ６に等しい外力が検出された場合に、どちらのステップに進むかは適宜設定できる。

コントローラ３００は、大きさＦ６を、大きさＦ４に応じた値と大きさＦ５に応じた値との間で、変更することができる。

ステップＳ１１２～ステップＳ１１８は、第二実施形態のステップＳ７～ステップＳ１０に相当するフローである。ロボット２００の姿勢変更の開始後であって、ステップＳ１１２で、コントローラ３００は、外力に従った姿勢の変更を行なっているロボット２００の可動領域に存在する物体４００の検出を行なう。ここで、物体４００とは、ロボット２００の可動領域に存在する障害物であり、たとえば人や他のロボットや器材等でありうる。

ステップＳ１１２で物体４００を検出した場合、ロボット２００は、ステップＳ１１３に進み、物体情報処理部が解析した物体情報を基に、検出した物体４００までの距離を取得する。ここで、物体情報処理部３１２は、物体４００の有無および物体４００のサイズ等の情報を加味したロボット２００と物体４００との距離を算出し、ステップＳ１０２で取得した物体情報に追加する。

ステップＳ１１４で、コントローラ３００が、ステップＳ１１３で取得した物体４００と、ロボット２００との距離が、事前に設定された所定距離より大きいか否かを判定する。

物体４００との距離が所定距離以下かつ０より大きいと判定された場合、ステップＳ１１７に進み、コントローラ３００は、インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させ、ロボット２００の姿勢の変更を制限する。姿勢の変更を制限する状態を、第三状態と呼ぶ。

インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させることで、外力に従った姿勢の変更を行なっているロボット２００の姿勢変更を制限することが可能である。

たとえば、ステップＳ１０８で、インピーダンス制御の剛性のみを減少させ、ステップＳ１１７でインピーダンス制御の粘性のみを増加させることも可能である。また、逆にステップＳ１０８で、インピーダンス制御の粘性のみを減少させ、ステップＳ１１７でインピーダンス制御の剛性のみを増加させることも可能である。

ロボット２００が、物体４００に近づくにつれて、人がロボット２００を押したときに発生する負荷が、徐々に大きくなるように、インピーダンスパラメータが設定される。負荷が徐々に大きくなる状態とは、インピーダンス制御の剛性および粘性が、物体４００に近づくにつれ増加する状態である。インピーダンス制御の剛性および粘性が、物体４００に近づくにつれ増加する状態を第四状態と呼ぶ。

第四状態とは、ロボット２００の姿勢の変更を制限する第三状態の内、ロボット２００と物体４００との距離が所定距離以下かつ０より大きく、物体４００が存在する方向に近づいている場合の状態である。

ロボット２００は、ロボット２００と物体４００との距離が所定距離以下かつ０より大きく、物体が存在する方向に近づいていない場合は、外力に従った姿勢の変更を行なう第二状態である。

つまり、ロボット２００が物体４００に近づく方向には、姿勢の変更が行なわれないようにしている。また、特異点との距離が所定距離以下かつ０より大きく、特異点に近づく方向に姿勢の変更を行なっている場合も、物体４００に近づく方向と同様である。つまり、ロボット２００を第三状態に切り替え、特異点に近づくにつれ、インピーダンス制御の剛性および粘性が、徐々に増加する第四状態に切り替える。

物体４００に近づく方向や、特異点に近づく方向に姿勢の変更を行なう場合のみ、姿勢の変更を制限するわけではなく、事前にロボット２００の、外力に従った姿勢の変更幅を設定することができる。

つまり、事前に第二状態のロボット２００における姿勢の変更の上限距離を、たとえば３０ｃｍ、と設定しておくことで、人が予期しないような姿勢の変更を行なうことを抑制することができる。

ほかにも、外力に従った姿勢の変更が可能な時間を予め設定しておくことも可能である。

物体４００との距離が所定距離よりも大きい場合、ステップＳ１１２に戻る。ステップＳ１１２からステップＳ１１４までのフローを繰り返すことで、ロボット２００の可動領域に存在する物体情報を常時更新して姿勢の変更を行なう。これにより、姿勢変更中に人がロボット２００の可動領域へ入ってきたり、物が倒れて、ロボット２００の可動領域へ入ってきたりした場合にも対応することが可能である。ここで、ロボット２００と物体４００との距離が、所定距離と等しい場合、どちらのステップに進むかは適宜設定できる。

なお、外力に従った姿勢変更中に、操作装置等のロボット２００に触れずにロボット２００の姿勢を変更させる手段でロボット２００を動かそうとすると、姿勢の変更を優先させるため、コントローラ３００は、操作装置によるロボット駆動指示を無視する。これは、操作装置の外部指示によるロボット２００の姿勢変更によって、ロボット２００を押している人にとって意図しない方向にロボット２００が姿勢の変更を行なうことを防止するためである。

また、ステップＳ１１１で、姿勢変更制御部３１５が、外力に従った姿勢の変更を開始したロボット２００の姿勢変更の速度をステップＳ１１５で取得する。

ステップＳ１１６で、姿勢変更制御部３１５が取得した姿勢変更の速度が速度Ｖ１である場合、ステップＳ１１７に進み、コントローラ３００が、人がロボット２００を押したときに発生する負荷が、大きくなるように、ロボット２００を第三状態に切り替える。

ステップＳ１１６で、姿勢変更制御部３１５が取得した姿勢変更の速度が速度Ｖ２である場合、ステップＳ１１５に戻り、再び姿勢変更制御部３１５が、姿勢変更の速度を取得する。

具体的には、姿勢変更の速度Ｖ３（第三閾値）に相当する閾値を設定し、ステップＳ１１５で検出した速度が、ステップＳ１１６で、閾値である速度Ｖ３よりも大きいか小さいかで、どちらのステップに進むかの判定が行われる。

ここで、閾値となる速度Ｖ３は、速度Ｖ１より小さく速度Ｖ２よりも大きい（Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２）ものである。閾値となる速度Ｖ３に等しい速度が検出された場合に、どちらのステップに進むかは適宜設定できる。

これにより、ロボット２００が、過度な速度で姿勢を変更することを防ぎ、ロボット２００が周囲の物体４００に衝突した場合でも、ロボット２００と周囲の物体４００との過度な接触を抑制することができる。

ステップＳ１１７で姿勢の変更の制限を行なったロボット２００は、ステップＳ１１８で復帰動作を行なう。復帰動作は、コントローラ３００が、復帰動作を指示することで実行される。

復帰動作においては、現在、ロボット２００の位置が元々設定された動作範囲内にあるか判定し、姿勢の変更後の位置から、事前に設定した所定の復帰位置にロボット２００は、復帰する。

設定された動作範囲外にある場合には、コントローラ３００が、ロボット２００に、停止した地点から姿勢の変更で移動した軌跡を反転した軌跡に沿って、ステップＳ１０７において停止した地点まで戻った後に、所定の復帰位置に戻るよう指示する。

姿勢の変更で移動した軌跡は、コントローラ３００に記録されているため、移動してきた軌跡を反転して復帰することが可能である。ここで復帰動作において、軌跡の記憶方法は、直接教示の際に姿勢変更の軌跡を記憶する方法と同様の方法を採用できる。反転動作で復帰することで、物体４００がない軌跡での復帰が可能となり、ロボット２００やその周囲の物体４００との接触を抑制することができる。

または、設定された動作範囲のうち、停止した地点までの距離が近く、物体４００がない最短経路を演算して、設定された動作範囲内に移動した後、所定の復帰位置に戻るよう指示する。

一方、現在位置が元々設定された動作範囲内にあるか判定し、ロボット２００が動作範囲内にある場合には、コントローラ３００が、ロボット２００に現在位置から所定の復帰位置に戻るよう指示する。

この復帰動作中にも、物体検出センサ３１１が、物体４００の検出を行なう。取得した物体情報を、物体情報処理部３１２で、物体４００とロボット２００との距離を解析し、姿勢変更制御部３１５に出力することで、確実にロボット２００は所定の復帰位置に復帰することができる。

ステップＳ１０９で各接触検出センサ２３１～２３６が、第二外力を検出しない、または検出した第二外力が第二閾値よりも小さい大きさＦ５である場合、ステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９で、外力に従った姿勢の変更を行わず、ロボット２００は姿勢の変更を停止する。このとき上述の第二閾値は、使用方法に応じてユーザーが適宜設定する事も可能である。また、第一状態、第二状態、第三状態および第四状態のうち、各々の状態であることを周囲の人に明示するために、ランプの点灯や操作装置への表示を行なってもよい。操作装置とは例えば、ティーチングペンダントや操作盤などである。

ステップＳ１１９～ステップＳ１２６は、第二実施形態のステップＳ６において、継続して外力の検出を行なわない場合に相当するフローである。ステップＳ１１９で姿勢の変更を停止したロボット２００に対して、ステップＳ１２０で操作装置による操作があるか否かを判定する。

ステップＳ１２０で、操作装置による操作があると判定した場合、ロボット２００は、ステップＳ１２２に進み、外力に従った姿勢の変更を行なう第二状態から、通常停止状態に切り替わる。ここで、通常停止状態は、ロボット２００に外力が加わることを想定しておらず、コントローラ３００が、エラーになりうる状態である。そのため、ステップＳ１２３で、通常停止状態にあるロボット２００に外力が加わった場合、ステップＳ１２４に進む。

ステップＳ１２４で、接触判定部３１４は、検出した外力が大きさＦ７である場合、ステップＳ１２５に進み、コントローラ３００が、エラー状態になる。エラーは、周囲の人に、コントローラ３００がエラー状態であることが知れればよく、警告を鳴らす等でもよい。

ステップＳ１２４で、接触判定部３１４は、検出した外力が大きさＦ８である場合、ステップＳ１２６に進み、コントローラ３００が、ロボット２００にステップＳ１１８と同様の復帰動作を指令する。

具体的には、外力の大きさＦ９（第四閾値）に相当する閾値を設定し、ステップＳ１２３で検出した外力が、ステップＳ１２４で、閾値である大きさＦ９よりも大きいか小さいかで、ステップＳ１２５またはステップＳ１２６に進むかの判定が行われる。

ここで、閾値となる大きさＦ９は、大きさＦ７より小さく大きさＦ８よりも大きい（Ｆ７＞Ｆ９＞Ｆ８）ものである。閾値となる大きさＦ９に等しい外力が検出された場合に、どちらのステップに進むかは適宜設定できる。

ステップＳ１２０で操作装置による操作がないと判定された場合、ステップＳ１２１に進み、外力が所定時間の間、検出されないかを判定する。

ステップＳ１２１で、姿勢の変更を停止しているロボット２００の、外力を検出しない時間が、所定時間より長かった場合、ステップＳ１２２の通常停止状態に進む。

ステップＳ１２０で、所定時間に達する前に外力を検出した場合、ステップＳ１０９に戻り、ロボット２００は、外力に従った姿勢の変更を行う第二状態と切り替わる。

ステップＳ１２３で、ロボット２００に外力が加わらない、またはステップＳ１２４で検出した外力が、第四閾値より小さい大きさＦ８である場合、ロボット２００はステップＳ１２６に進む。ロボット２００は、ステップＳ１２６で、ステップＳ１１８と同様の復帰動作を行なう。このとき上述の第四閾値は、使用方法に応じてユーザーが適宜設定する事も可能である。

＜第四実施形態＞
次に、図６を用いて第四の実施形態について説明する。

図６は、ロボット２００に直接教示を行なう場合のフローチャートである。

まず、スタートの段階では、ロボット２００は、電源が入っておらず、関節軸２０１～２０６が固定されている状態である。

ステップＳ１５０で、ロボット２００に電源が入るものの、ロボット２００は、停止している状態である。ここで、ステップＳ１５０における停止している状態とは、電動モータが、ロボット２００の自重を支えている状態である。すなわち、ロボット２００の各部に加わる重力によって、ロボット２００が姿勢を変更しようとすることを、電動モータが防いでいる状態である。

電動モータが、ロボット２００の自重を支え、ロボット２００が停止している状態を第一状態と呼ぶ。

ステップＳ１５１で、物体検出センサ３１１が、ロボット２００の可動領域に存在する物体４００の情報を取得する。また、ここでは、ロボット２００の特異点についても物体情報として記憶させる。

ステップＳ１５２で、データ生成部３１３および接触判定部３１４は、各接触検出センサ２３１～２３６が、第一状態のロボット２００にかかる外力を検出しているか否かの判定を行なう。

ステップＳ１５２で、各接触検出センサ２３１～２３６が、外力を検出していないと判定された場合、ロボット２００に接触物はないと推定されるようにコントローラが設定されている。このフローは、ステップＳ１５２のＮＯの場合であり、ステップＳ１５２からステップＳ１５０に戻り、停止状態を継続する。

第一状態のロボット２００は、検出した外力に基づいてステップＳ１５３に進み、人がロボット２００に、直接教示が可能な状態となる。直接教示が可能な状態とは、人が直接触ってロボット２００の姿勢を変更させることが可能な状態であり、外力の検出に基づいて、ロボット２００が、外力に従った姿勢の変更を行ない、姿勢を変更した経路を記録する状態である。この状態を第二状態と呼ぶ。

ステップＳ１５４で、人が、ロボット２００に外力を加え、姿勢の変更を開始する。

ステップＳ１５５で物体４００を検出した場合、ステップＳ１５６に進み、物体情報処理部３１２は、検出した物体４００までの距離を取得する。ここで物体情報処理部３１２は、物体４００の有無および物体４００のサイズ等の情報を加味したロボット２００と物体４００との距離を算出し、ステップＳ１５１で取得した物体情報に追加する。

第三実施形態と同様に、ステップＳ１５７で、物体情報処理部３１２が、ステップＳ１５６で取得した物体４００とロボット２００との距離が、０より大きい所定距離より大きいか否かを判定する。また、ここでは、ロボット２００とロボット２００の特異点との距離も同様に、所定距離より大きいか否かの判定を行なう。

物体４００との距離、または特異点との距離、が所定距離より小さいかつ０より大きいと判定された場合、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０で、コントローラ３００は、インピーダンスパラメータの剛性または粘性の少なくとも一方を増加させ、ロボット２００の姿勢変更を制限する。姿勢の変更を制限する状態を、第三状態と呼ぶ。

物体４００との距離が所定距離よりも大きいと判定された場合、ステップＳ１５５に戻る。ステップＳ１５５からステップＳ１５７までのフローを繰り返すことで、ロボット２００の可動領域に存在する物体情報を常時更新して姿勢の変更を行なう。それにより、ロボット２００とその周囲の物体４００との接触を抑制することができる。

また、ステップＳ１５４で、姿勢変更制御部３１５が、外力に従った姿勢の変更を開始した、ロボット２００の姿勢変更の速度をステップＳ１５８で取得する。

ステップＳ１５９で、姿勢変更制御部３１５が取得した速度が、第三閾値を超えているか否かを判定する。

速度が、第三閾値より大きい速度Ｖ１である場合、ステップＳ１６０に進み、コントローラ３００が、人がロボット２００を押したときに発生する負荷を徐々に大きくなるようにインピーダンスパラメータを設定する。

姿勢変更の速度が、第三閾値より小さい速度Ｖ２である場合、ステップＳ１５８に戻り、再び姿勢変更制御部３１５が、姿勢変更の速度を取得する。このとき上述の第三閾値は、使用方法に応じてユーザーが適宜設定する事も可能である。

これにより、ロボット２００が、過度な速度で姿勢を変更することを防ぎ、ロボット２００が周囲の物体に衝突した場合でも、ロボット２００と周囲の物体との接触を抑制することができる。

本実施形態のシステム１００は、本実施形態のシステム１００と製造者が協働して製造する製造方法に適用可能である。ここで、製造方法には、物品の加工や物品の移動等の製造工程を含みうる。その工程で、製造者がロボット２００に接触し、製造者がロボット２００に外力を加えることで、ロボット２００の姿勢を変更することができる。

また、物品を把持したロボット２００に力を加えることで、ロボット２００の姿勢を変更し、事前に設定された目標点まで姿勢の変更が完了したとき、ロボット２００の姿勢の変更を制限する製造方法にも適用可能である。

本発明の実施形態には、ロボット２００の制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム３２０が含まれうる。また本発明には、プログラム３２０を記録した記録媒体も含まれる。

以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。たとえば複数の実施形態を組み合わせることができる。また、少なくとも１つの実施形態の一部の事項の削除あるいは置換を行うことができる。また、少なくとも１つの実施形態に新たな事項の追加を行うことができる。

なお、本明細書の開示内容は、本明細書に明示的に記載したことのみならず、本明細書および本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。また本明細書の開示内容は、本明細書に記載した個別の概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢよりも大きい」旨の記載があれば、たとえ「ＡはＢよりも大きくない」旨の記載を省略していたとしても、本明細書は「ＡはＢよりも大きくない」旨を開示していると云える。なぜなら、「ＡはＢよりも大きい」旨を記載している場合には、「ＡはＢよりも大きくない」場合を考慮していることが前提だからである。

１００ システム
２００ ロボット
２３１～２３６ センサ
３００ コントローラ

Claims (29)

1. ロボットと前記ロボットを制御するコントローラを有したシステムにおいて、
   前記コントローラは、前記ロボットに対する物体の接触の検出に基づいて、前記ロボットを、第一状態から、前記第一状態よりも前記ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を許容する、第二状態に切り替え、
   前記コントローラは、外力に従った姿勢の変更の開始後であって、前記ロボットに外力が加わっている間に、前記ロボットを、前記第二状態から、前記第二状態よりも、ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を制限する、第三状態に切り替える
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記コントローラは、前記ロボットは姿勢の変更を行なっているとき、前記ロボットに対する前記接触を検出することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラが、前記ロボットに対する前記接触を検出したあと、姿勢の変更を行なっている前記ロボットは、姿勢の変更を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記コントローラは、第一の大きさの外力を検出したとき、前記接触の検出を行ない、前記第一の大きさより小さい第二の大きさの外力を検出したとき、前記第一状態のロボットは、前記第一状態を継続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記ロボットは、教示された動作に基づき姿勢の変更を行なうロボットであり、外力に従った姿勢の変更は、前記教示の完了と、前記第二状態から前記第三状態への切り替えと、の間に行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記コントローラは、外力に従った姿勢の変更を行う状態の前記ロボットと、物体検出センサが検出した前記ロボットの可動領域に存在する物体と、の距離が第一の距離より小さくかつ０より大きい第二の距離になったとき、前記第二状態から前記第三状態へ切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記コントローラは、外力に従った姿勢の変更を行う状態の前記ロボットと、前記ロボットの特異点との距離が前記第一の距離より大きいとき、外力に従った姿勢の変更を継続し、外力に従った姿勢の変更を行う状態の前記ロボットと、前記ロボットの特異点との距離が前記第一の距離より小さくかつ０より大きい第二の距離になったとき、前記第二状態から前記第三状態へ切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記コントローラは、前記第二状態の前記ロボットが、所定の距離および所定の時間の少なくともいずれかだけ、外力に従った姿勢の変更を行なったとき、前記ロボットを、前記第二状態から前記第三状態に切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記コントローラは、前記ロボットが、第一の速度で、外力に従った前記姿勢の変更を行なっているとき、前記第二状態のロボットを、前記第二状態よりも、外力に従った姿勢の変更を制限する前記第三状態に切り替え、前記第一の速度よりも小さい第二の速度で、外力に従った姿勢の変更を行なっているとき、前記第二状態を継続することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記コントローラは、前記第三状態のロボットを、前記第三状態よりも外力に従った姿勢の変更を制限する第四状態に切り替えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記第一状態、前記第二状態および前記第三状態のうち、各々の状態であることを表示する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. ロボットと前記ロボットを制御するコントローラを有しているシステムにおいて、
    前記コントローラは、前記ロボットに対する物体の接触の検出に基づいて、前記ロボットにおけるインピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を減少させて、
    前記ロボットは、外力に従った姿勢の変更を行ない、
    前記コントローラは、外力に従った姿勢の変更の開始後であって、前記ロボットに外力が加わっている間に、前記インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させる
    ことを特徴とするシステム。
13. 前記コントローラは、前記ロボットが、前記ロボットの特異点、もしくは物体検出センサが検出した前記ロボットの可動領域に存在する物体と、の距離が近づくにつれ、インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を徐々に増加させることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記コントローラは、前記ロボットが外力に従った姿勢の変更中に、物体検出センサが検出した前記ロボットの可動領域に存在する物体の情報を取得することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記コントローラは、第四の大きさの外力を検出したとき、前記ロボットは外力に従った姿勢の変更を開始し、前記第四の大きさより小さい第五の大きさの外力を検出したとき、前記ロボットの姿勢を維持することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記コントローラは、前記姿勢を維持した前記ロボットに外力が加わったとき、前記第二状態よりも、外力に従った姿勢の変更を制限することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 前記コントローラは、前記ロボットに加わった外力の大きさに応じた値と閾値とを比較する手段と、前記閾値を前記第四の大きさに応じた値と前記第五の大きさに応じた値との間で変更する手段と、を有していることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
18. 前記コントローラに接続された操作装置を備え、前記ロボットは、前記操作装置による指令に基づき姿勢の変更を行なうことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記ロボットは、外力に従った姿勢の変更を、前記操作装置によるロボット駆動指示よりも優先することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記コントローラは、前記ロボットが姿勢の変更中であることを表示する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. 前記コントローラは、前記ロボットに、前記ロボットの姿勢の変更後の位置から、前記コントローラに記録された復帰位置、への復帰動作を指令することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載のシステム。
22. 前記復帰動作は、姿勢の変更の軌跡を反転する軌跡に沿った動作を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
23. 前記コントローラは、前記復帰動作中に、前記ロボットの可動領域に存在する物体の情報を更新することを特徴とする請求項２１または２２に記載のシステム。
24. 前記コントローラは、外力の検出に対してエラーになる状態で、前記ロボットが、第七の大きさの外力を検出したとき、エラーを出力し、前記第七の大きさより小さい第八の大きさの外力を検出したとき、前記復帰動作を指令することを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載のシステム。
25. 姿勢を変更しているロボットに対する物体の接触の検出後に、
    前記ロボットは、前記ロボットに加わる外力に従って姿勢を変更し、
    前記ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更の開始後であって、
    前記ロボットに外力が加わっている間に、前記ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更中よりも、前記ロボットに加わる外力に従った姿勢の変更を制限することを特徴とするシステム。
26. 物品の製造方法であって、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のシステムを用いて、前記物品の製造者と前記ロボットとが、協働して物品を製造する工程を有し、前記接触は、前記物品の製造者と前記ロボットとの接触であり、前記外力を、前記製造者が前記ロボットに加えることを特徴とする製造方法。
27. ロボットの制御方法であって、
    前記ロボットに対する物体の接触の検出に基づいて、前記ロボットにおけるインピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を減少させ、
    前記ロボットに外力が加わっている間に、前記インピーダンス制御の剛性および粘性の少なくとも一方を増加させる
    ことを特徴とする制御方法。
28. 請求項２７に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
29. 請求項２８に記載のプログラムを記録した記録媒体。

Images