JP2023019416A - 多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】重量を有するワークであっても、簡素な構成でロボットアームへの負荷を軽減して可搬することを可能とする多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】多関節ロボットアーム２０は、第１リンクＬ２と、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクＬ２を回転させることにより、前記第１リンクＬ２の端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータＡ２と、前記第１リンクＬ２に接続される第２リンクＬ３と、第２回転軸に従って前記第２リンクＬ３を回転させることにより、前記第２リンクＬ３の端部を移動可能に構成された第２アクチュエータＡ３とを備え、前記第１アクチュエータＡ２による前記第１リンクＬ２の端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータＳＡ２を取り付け可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムに関する。

従来よりロボットアームの可搬重量を超えた移載物等のワークを搬送するための搬送システムが考案されている。

特許文献１には、部材を多関節ロボットアームと共に、多関節ロボットアームとは別に設けられたクレーンで保持するための搬送システムが記載されている。

特許文献２には、荷役物を多関節ロボットアームと共に、多関節ロボットアームとは別に設けられたバランサーアームで保持するための搬送システムが記載されている。

特許文献３には、重量物であるワークを水平方向に移動させるための搬送用ロボットと、ワークを昇降させるための昇降ユニットを備えた搬送システムが記載されている。

特開平０５－３４０１０７号公報 特開２００９－２６２３０４号公報 特開２０１４－０５０９１０号公報

特許文献１乃至３に記載された搬送システムは、クレーンやバランサーアーム等、ロボットアームとは異なる昇降装置を利用してワークを昇降させることにより、ロボットアームへの負荷を軽減している。しかしながら、これら搬送システムでは、ワークを昇降させたときにワークが上下に揺れてしまうためロボットアームに大きな負荷がかかってしまい、場合によっては、ロボットアームが故障してしまう。

加えて、経路の長さが異なること等に起因して、クレーン等の昇降装置とロボットアームを同期させることは、容易でない。

そこで本発明は、重量を有するワークであっても、簡素な構成でロボットアームへの負荷を軽減して可搬することを可能とする多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本出願は、多関節ロボットアームを開示する。この多関節ロボットアームは、第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータとを備え、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成されている。

ここで「水平方向」とは、鉛直方向、即ち、重力が作用する方向に対して９０度をなす方向及び実質的に９０度をなす方向を含み、更に、鉛直方向に対して６０度以上１２０度以下をなす方向を含む。

また「第１リンクに接続される第２リンク」とは、ジョイント等の可動部材を介して第１リンクに第２リンクが接続される態様を含む。

多関節ロボットアームは、床等、鉛直上方を法線として有する面に設置されてもよいし、壁など、水平方向を法線として有する面に設置されてもよい。

多関節ロボットアームが床に設置される場合、多関節ロボットアームは、床に対して相対的に移動しないベースと、ベースに接続されるリンクと、鉛直方向を向いた回転軸に従ってリンクを回転させるアクチュエータと、このリンクに接続される第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータとを備えてよい。

このような構成によれば、鉛直方向を向いた回転軸に従って回転させるリンクの先端を水平方向に向くよう設けることによって、このリンクに接続される第１リンクの回転軸を常に水平方向に向かせることが可能となる。このため第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成することにより、補助アクチュエータの重力を補償するために好適に利用することが可能となる。

また、先端側に多くのリンクが接続されるために大きな回転モーメントが作用する第１リンクの負荷を好適に軽減することが可能となる。

一方で、多関節ロボットアームが壁に設置される場合、多関節ロボットアームは、壁に対して相対的に移動しないベースと、ベースに接続される第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータとを備えてよい。

このような構成によれば、ベースの先端を水平方向へ向くように設けることによって、このベースに接続される第１リンクの回転軸を常に水平方向に向かせることが可能となる。このため第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成することにより、補助アクチュエータを重力補償するために好適に利用することが可能となる。

また、先端側に多くのリンクが接続されるために大きな回転モーメントが作用する第１リンクの負荷を好適に軽減することが可能となる。

なお前記アクチュエータ、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータのうち、前記第１アクチュエータのみに、補助アクチュエータを取り付け可能に構成し、アクチュエータ及び第２アクチュエータには、これを補助するアクチュエータが取り付けられないように構成してもよい。

このような構成によれば、補助アクチュエータを重力補償するために好適に利用することが可能となる。

なお、第３リンクと、水平方向を向いた第３回転軸に従って前記第３リンクを回転させることにより、前記第３リンクの端部を上方に移動可能に構成された第３アクチュエータを更に備え、前記第３リンクは、前記第１リンクよりも先端側に設けられてもよい。

前記補助アクチュエータは、弾性体でもよい。弾性体はばねを含む。弾性体は、第１リンクの端部を上方に向かわせる弾性力を作用させる圧縮ばねを含む。ばねは、空気ばね、コイルばね又は板ばねであってもよい。

更に第１リンクの端部の延在方向と鉛直方向との角度が小さいとき（一致する場合を含む）弾性体による弾性力が小さくなり（弾性力がゼロの場合を含む）、第１リンクの端部の延在方向と鉛直方向との角度が大きいとき弾性体による弾性力が大きくなるように弾性体は設けられてもよい。

前記補助アクチュエータは、粘性体でもよい。粘性体は、第１リンクの端部を上方に向かわせる粘性力を作用させるための、エアーシリンダーの圧縮空気であってもよい。

前記補助アクチュエータは、電動機でもよい。電動機はモータを含む。モータは、第１リンクの端部を上方に向かわせる回転力を作用させるモータを含む。

前記第１アクチュエータ及び前記補助アクチュエータが共にモータを備える場合、前記第１アクチュエータのモータと、前記補助アクチュエータのモータは、同軸の回転軸を備えるように設けられてもよい。

前記第１アクチュエータは、柔軟性を備えた駆動機構を備えてもよい。

前記第２アクチュエータは、柔軟性を備えた駆動機構を備えてもよい。

前記第３アクチュエータは、柔軟性を備えた駆動機構を備えてもよい。

前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御するための制御部を更に備え、前記制御部は、前記多関節ロボットアームの基準部位の経路と、前記基準部位の実際の位置との距離に基づいて、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御するように構成されてもよい。

前記制御部は、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータのうち、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータを制御する第１制御モードと、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータのうち、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御する第２制御モードとをそれぞれ実行可能に構成されてもよい。

本出願は、多関節ロボットアームの駆動方法を開示する。この方法は、第１アクチュエータを用いて、第１リンクを水平方向に向いた第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される第２リンクを第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、補助アクチュエータを用いて、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップとを含む。

なお、各ステップは、同時に実行されてもよい。例えば、第１アクチュエータを用いて、第１リンクを水平方向に向いた第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させながら、第２リンクを第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させ、かつ、補助アクチュエータを用いて、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助させてもよい。

本出願は、制御装置を開示する。この制御装置は、第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第１リンクに接続された第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータと、前記第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成された、多関節ロボットアームを制御する。そして前記第１アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、前記第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される前記第２リンクを前記第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、前記補助アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップと、を実行可能に構成される。
本出願は、コンピュータプログラムを開示する。このコンピュータプログラムは、コンピュータを備え、第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第１リンクに接続された第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成された、多関節ロボットアームを制御する制御装置に、制御命令を生成される。制御命令は、前記第１アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、前記第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される前記第２リンクを前記第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、前記補助アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップと、を実行させるための制御命令を含む。

図１は、一実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。 図２は、一実施形態に係るロボットアームの外観図である。 図３は、一実施形態に係る補助アクチュエータを取り付けるための構成を概念的に示した模式図である。 図４は、一実施形態に係るロボットアームの駆動方法を示すフローチャートである。 図５は、一実施形態に係るロボットアームの駆動方法における速度制御方法を示すグラフである。 図６は、一実施形態に係るロボットアームの外観図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。

［第１実施形態］
図１は、ロボットシステム１００の機能ブロック図を示している。図２は、本実施形態に係るロボットアーム２０の外観を示している。

図１に示されるようにロボットシステム１００は、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０を制御する制御装置１０とを備えている。

図２に示されるようにロボットアーム２０は、例えば、７軸からなる垂直型の多関節ロボットアームであり、床面等の略水平な面ＦＬに固定されるベースＢと、ベースＢに接続されるリンクＬ１と、リンクＬ１を回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ１が搭載されるジョイントＪ１と、リンクＬ１に接続されるリンクＬ２（「第１リンク」の一例）と、リンクＬ２を水平方向に向いた回転軸（「第１回転軸」の一例）に従って回転させるためのアクチュエータＡ２（「第１アクチュエータ」の一例）が搭載されるジョイントＪ２と、リンクＬ２に接続されるリンクＬ３（「第２リンク」の一例）と、リンクＬ３を回転軸（「第２回転軸」の一例）に従って回転させるためのアクチュエータＡ３（「第２アクチュエータ」の一例）が搭載されるジョイントＪ３と、リンクＬ３に接続されるリンクＬ４（「第３リンク」の一例）と、リンクＬ４を回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ４（「第３アクチュエータ」の一例）が搭載されるジョイントＪ４と、リンクＬ４に接続されるリンクＬ５と、リンクＬ５を回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ５が搭載されるジョイントＪ５と、リンクＬ５に接続されるリンクＬ６と、リンクＬ６を回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ６が搭載されるジョイントＪ６と、リンクＬ６に接続されるリンクＬ７と、リンクＬ７を回転軸に従って回転させるためのアクチュエータＡ７が搭載されるジョイントＪ７とを備える。

図示されるように、リンクＬ７には、ワーク（「被保持物」と呼ばれる場合がある。）を保持するための保持機構が設けられる。保持機構は、図示されるようにワークを挟持するための少なくとも一対の可動プレートと、可動プレートの間隔を変更するために各可動プレートを駆動可能に構成されるアクチュエータとを備えるグリッパでもよい。但し、ワークを保持するための保持機構は、様々な構成を採用することが可能であり、例えば、ワークを保持するための複数の吸着パッドと制御装置から送信される制御信号に基づいて吸着パッドに負圧を発生させるアクチュエータを備えるものや、或いは、金属等の磁性体材料から構成されるワークを磁力により保持するための磁場を電磁的に発生させるためのコイルを備えるものであってもよい。更には、ワークが長尺物質である場合、端部の円筒部等を引っ掛ける孔等が設けてある製罐部材や当該孔に挿入後、把持を確実にするコレット等のクランプを設けても良い。

ベースＢは、略水平な面ＦＬに固定される部分である。本実施形態においては、面ＦＬに対して垂直な方向、従って、鉛直な方向に延在する部分を有する。

リンクＬ１は、ジョイントＪ１を介してベースＢに対して回転可能に接続される部材である。リンクＬ１は、剛性を有する部材から構成されており、ベースＢに接続されて略鉛直方向に延在する基端側の部分と、基端側の部分と一体的に設けられ基端側の部分に対して略垂直に延在する先端側の部分とを備える。リンクＬ１は、略鉛直方向を向いた回転軸に従ってベースＢに対して回転するから、先端側の部分は回転角度によらず常に略水平方向に延在する。

ジョイントＪ１は、略鉛直方向を向いた回転軸に従ってベースＢに対してリンクＬ１を回転させるための部材である。ジョイントＪ１は、アクチュエータＡ１（図１）と、アクチュエータＡ１によって回転される回転部分を備えている。回転部分は、リンクＬ１と一体的に回転するようにリンクＬ１に連結されている。このためアクチュエータＡ１がジョイントＪ１の回転部分を回転させるときリンクＬ１も一体的に回転する。ジョイントＪ１は、例えば、ベースＢに対して回転する軸受けを回転部分として備えてよい。

ジョイントＪ１に搭載されるアクチュエータＡ１は、リンクＬ１を略鉛直方向を向いた回転軸に従ってベースＢに対して回転させるための回転力を付与するための部材である。本実施形態に係るアクチュエータＡ１は、ＳＥＡ（Serial Elastic Actuators）とも呼ばれる、直列弾性アクチュエータを備える知られた駆動機構から構成されており、例えば、特許第６３２９１４９号及び欧州特許第２８９０５２８号には、ＳＥＡの一例が記載されている。アクチュエータＡ１は、駆動部Ａ１Ａと、駆動部Ａ１Ａに接続される弾性体Ａ１Ｂとから構成される。駆動部Ａ１Ａは、例えば、電動機であるサーボモータから構成される。弾性体Ａ１Ｂは、例えば、機械ばねから構成される。アクチュエータＡ１において駆動部Ａ１Ａから出力される動力は、弾性体Ａ１Ｂを介して出力側のリンクＬ１に伝達し、リンクＬ１を回転させる。

更にアクチュエータＡ１は、負荷の大きさを取得するためのセンサと、弾性体Ａ１Ｂの変位量を取得するためのセンサと、サーボモータの変位量を取得するためのセンサを含む複数のセンサを備えている。

負荷の大きさは、例えば、駆動部Ａ１Ａを構成するサーボモータに流れる電流量を取得する電流センサから取得することが可能である。

弾性体Ａ１Ｂの変位量は、弾性体Ａ１の両端の変位量（回転角度）を取得するために弾性体Ａ１Ｂの両端にそれぞれ設けられた光学的センサ、弾性体Ａ１Ｂに磁石等を取り付けこの磁石等から発生する磁場を検出する磁気センサ、又は、弾性体Ａ１Ｂに設けられた歪センサ等から取得することが可能である。弾性体Ａ１Ｂの変位量及び弾性体Ａ１Ｂの弾性定数に基づいて発生するトルクを取得することも可能となる。

上記と同様に、サーボモータの変位量は、エンコーダ等の光学的センサ、ホール素子等の磁気センサ、又は、歪センサ等から取得することが可能である。

リンクＬ２は、ジョイントＪ２を介してリンクＬ１に対して回転可能に接続される部材である。リンクＬ２は、剛性を有する部材から構成されており、リンクＬ１に接続されて略水平方向に延在する基端側の部分と、基端側の部分と一体的に設けられ基端側の部分に対して略垂直に延在する先端側の部分とを備える。リンクＬ１は、略鉛直方向を向いた回転軸に従ってベースＢに対して回転するから、リンクＬ２の基端側の部分は回転角度によらず常に略水平方向に延在する。

ジョイントＪ２は、リンクＬ１の先端側の部分の延在方向及びリンクＬ２の基端側の部分の延在方向である略水平方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ１に対してリンクＬ２を回転させるための部材である。ジョイントＪ２は、アクチュエータＡ２と、アクチュエータＡ２によって回転される回転部分を備えている。回転部分は、リンクＬ２と一体的に回転するようにリンクＬ２に接続されている。このためアクチュエータＡ２がジョイントＪ２の回転部分を回転させるときリンクＬ２も一体的に回転する。ジョイントＪ２は、例えば、ベースＢに対して回転する軸受けを回転部分として備えてよい。

ジョイントＪ２に搭載されるアクチュエータＡ２は、リンクＬ２を略水平方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ１に対して回転させるための回転力を付与するための部材である。実施形態に係るアクチュエータＡ２は、ＳＥＡ（Serial Elastic Actuators）とも呼ばれる、直列弾性アクチュエータを備える知られた駆動機構から構成され、駆動部Ａ２Ａ及び弾性体Ａ２Ｂを備えている。アクチュエータＡ２は、アクチュエータＡ１と出力等を除き実質的に同一の構成を備えているため、詳細な説明を省略する。

リンクＬ３は、ジョイントＪ３を介してリンクＬ２に対して回転可能に接続される部材である。リンクＬ３は、剛性を有する部材から構成されており、リンクＬ２に接続されてリンクＬ２の先端側の部分の延在方向に延在する基端側の部分と、基端側の部分と一体的に設けられ基端側の部分に対して略垂直に延在する先端側の部分とを備える。リンクＬ３は、リンクＬ２の先端側の部分の延在方向を軸とする回転軸に従ってリンクＬ２に対して回転するから、リンクＬ３の延在方向は、リンクＬ２の先端側の部分の延在方向に応じて変動する。

ジョイントＪ３は、リンクＬ２の先端側の部分の延在方向及びリンクＬ３の基端側の部分の延在方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ２に対してリンクＬ３を回転させるための部材である。ジョイントＪ３は、アクチュエータＡ３と、アクチュエータＡ３によって回転される回転部分を備えている。回転部分は、リンクＬ３と一体的に回転するようにリンクＬ３に接続されている。このためアクチュエータＡ３がジョイントＪ３の回転部分を回転させるときリンクＬ３も一体的に回転する。ジョイントＪ３は、例えば、リンクＬ２に対して回転する軸受けを回転部分として備えてよい。実施形態に係るアクチュエータＡ３は、ＳＥＡ（Serial Elastic Actuators）とも呼ばれる、直列弾性アクチュエータを備える知られた駆動機構から構成され、駆動部Ａ３Ａ及び弾性体Ａ３Ｂを備えている。アクチュエータＡ３は、アクチュエータＡ１と出力等を除き実質的に同一の構成を備えているため、詳細な説明を省略する。

以下、同様の構成を備えるリンクＬ４～リンクＬ７及びジョイントＪ４～ジョイントＪ７（各ジョイントに搭載される各アクチュエータを含む）が設けられているので、詳細な説明を省略する。例えば、ジョイントＪ７に搭載されるアクチュエータＡ７（図１）は、駆動部Ａ７Ａと、駆動部Ａ７Ａに接続される弾性体Ａ７Ｂを備える直列弾性アクチュエータから構成される。

ここで、ジョイントＪ１～ジョイントＪ７に作用する力を比較すると、ジョイントＪ２は、略水平方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ２を回転させる。また、リンクＬ２はリンクＬ１に接続されて略水平方向に延在する基端側の部分と基端側の部分と一体的に設けられ基端側の部分に対して略垂直に延在する先端側の部分とを備えるから、ジョイントＪ２には、リンクＬ２の先端側の部分に作用する重力に起因してリンクＬ２の先端側の部分を下降する方向に回転させる回転モーメントが発生する。また、リンクＬ２の先端側には、リンクＬ３～リンクＬ７が接続され、更にワークを保持する保持機構が設けられるから、リンクＬ３～リンクＬ７、保持機構及びワークに作用する重力に起因してリンクＬ２の先端側の部分を下降する方向に回転させる回転モーメントが発生する。このためジョイントＪ２には、大きな回転モーメントが発生する。ジョイントＪ２に搭載されるアクチュエータＡ２は、リンクＬ２を回転させるとき、リンクＬ３～リンクＬ７、保持機構及びワークに作用する重力に起因して発生する回転モーメントに抗してリンクＬ２の先端側の部分を上方に移動させる必要がある。

一方でジョイントＪ１は、略鉛直方向を向いた回転軸に従ってベースＢに対してリンクＬ１を回転させる。このため、ジョイントＪ１に搭載されるアクチュエータＡ１は、リンクＬ１を回転させるとき、リンクＬ２～リンクＬ７、保持機構及びワークに作用する重力に起因して発生する回転モーメントに抗してリンクＬ１の先端側の部分を上方に移動させる必要がほとんどない。

ジョイントＪ３は、リンクＬ２の先端側の部分及びリンクＬ３の基端側の部分の延在方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ２に対してリンクＬ３を回転させる。このため、ジョイントＪ２の回転角度に応じて、ジョイントＪ３に搭載されるアクチュエータＡ３がリンクＬ３回転させるときに抗しなければならない回転モーメントの大きさは大きく変動する。リンクＬ３の基端側の部分の延在方向が略水平方向を向くとき、リンクＬ２の姿勢に近づくのでアクチュエータＡ３が抗しなければならない回転モーメントは大きくなる。但し先端側の部分がリンクＬ２と比較して短くなるため、通常の場合、アクチュエータＡ３が抗しなければならない回転モーメントは、アクチュエータＡ２が抗しなければならない回転モーメントよりも小さい。リンクＬ３の基端側の部分の延在方向が略鉛直方向に近づくほど、リンクＬ１の姿勢に近づくのでアクチュエータＡ３が抗しなければならない回転モーメントは小さくなる。

以上のとおりであるから、ジョイントＪ１～ジョイントＪ７に搭載されるアクチュエータＡ１～アクチュエータＡ７のうち、アクチュエータＡ２には、ジョイントＪ２が鉛直方向又は後方を向かない限り、回転を妨げる方向の大きな回転モーメントが常に発生し、特に保持機構に保持されるワークの重量が大きくなると回転を妨げる方向の回転モーメントが顕著に大きくなる。そこでワークの重量が大きくなる場合には、クレーンなどの昇降装置を用いることも考え得るが、ワーク昇降時の上下動等に起因してロボットアームに大きな負荷がかかりロボットアームの故障の原因となる。そこで本願の発明者らは、アクチュエータＡ２によるリンクＬ２の先端側の部分の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能なロボットアーム２０を考案した。

なお本実施形態においては、アクチュエータＡ１～アクチュエータＡ３のうち、アクチュエータＡ２のみを補助するためのパワーアシストツール（「補助アクチュエータ」の一例）を取り付け可能な構成とし、アクチュエータＡ１及びアクチュエータＡ３には、これらアクチュエータを補助するためのパワーアシストツールが容易に取り付けられないように構成されている。このような構成とすることにより、パワーアシストツールを、重力を補償するために好適に利用することが可能となる。例えば、ロボットアーム２０が通常の重量を有するワークを保持する場合はパワーアシストツールを取り付けず、ロボットアーム２０が通常の重量を超える重量を有するワークを保持する場合に、アクチュエータＡ２を補助するためのパワーアシストツールをロボットアーム２０に取り付けることにより、例えば従来の可搬重量に対して１５０％の重量を有するワークを保持することが可能となった。

図３はアクチュエータＡ２を補助するためのパワーアシストツールを取り付けるための構成を概念的に示した模式図である。図３（Ａ）はパワーアシストツールをジョイントＪ２に取り付ける前の状態を示し、図３（Ｂ）はパワーアシストツールをジョイントＪ２に取り付けた後の状態を示している。

図３におけるジョイントＪ２の固定部分Ｊ２１は、リンクＬ１の先端側の部分に固定される部分であり、本実施形態においては、水平方向に延在する中心軸を有する。図３におけるジョイントＪ２の回転部分Ｊ２２は、リンクＬ１及び固定部分Ｊ２１に対して水平方向を向いた回転軸に従って回転する部分である。回転部分Ｊ２２は、リンクＬ２と一体的に回転するようにリンクＬ２に接続されている。

パワーアシストツールは、固定部分Ｊ２１と回転部分Ｊ２２に係合するように設けられる。例えば、固定部分Ｊ２１に穴Ｈ１を設け、回転部分Ｊ２２に穴Ｈ２を設け、一方で本実施形態に係るパワーアシストツールＳＡ２には、穴Ｈ１に係合する突起Ｐ１と、穴Ｈ２に係合する突起Ｐ２を設けることにより、パワーアシストツールＳＡ２はジョイントＪ２に係合可能に構成されている。ここで突起Ｐ２は、円筒状をなすパワーアシストツールＳＡ２の中心軸を中心に回転可能に設けられている。このため、アクチュエータＡ２による穴Ｈ２の回転に伴って突起Ｐ２も回転可能に構成されている。

そしてパワーアシストツールＳＡ２の内部には、突起Ｐ１に一端が接続され、突起Ｐ２が他端に接続される弾性体が設けられている。弾性体は、空気ばね、コイルばね及び板ばね等のばねであってもよい。

本実施形態における弾性体は、例えば板ばねであってよい。また、リンクＬ２の先端側の部分が鉛直方向上方を向いて延伸しているとき（第１リンクの端部の延在方向と鉛直方向との角度が小さいとき）に弾性力がゼロ、すなわち弾性体は自然長であり、リンクＬ２の先端側の部分が下降するように回転するほど（第１リンクの端部の延在方向と鉛直方向との角度が大きくなるほど）弾性体が伸長することにより、リンクＬ２の先端側の部分を上方に向かわせるための大きな弾性力（換言するとリンクＬ２の先端側の部分が下降するように回転することを妨げる大きな弾性力）が発生するように、板ばねを設けてよい。

なお弾性体は、圧縮ばねでもよい。その場合、リンクＬ２の先端側の部分が下降するように回転すると圧縮ばねが圧縮され、圧縮されるほどリンクＬ２の先端側の部分を上方に向かわせるための大きな弾性力が発生するように、圧縮ばねを設けてもよい。

リンクＬ２の先端側の部分が水平方向に近づくほど、アクチュエータＡ２にかかる負荷が増大するため、上述したようにパワーアシストツールＳＡ２として弾性体を用いるとともに、リンクＬ２の先端側の部分が水平方向に近づくほど大きな弾性力が発生するように弾性体を設けることによって、ジョイントＪ２にかかる負荷を好適に低減することが可能となる。

なおパワーアシストツールＳＡ２は、リンクＬ２の先端側の部分（端部）を上方に向かわせるための回転力を発生するモータであってもよい。その場合、突起Ｐ２を、円筒状をなすパワーアシストツールＳＡ２の中心軸を回転軸として回転可能に設け、アクチュエータＡ２の回転軸とパワーアシストツールＳＡ２の回転軸とが同軸となるようにパワーアシストツールＳＡ２をアクチュエータＡ２に取り付けると共に、制御装置１０から受信する制御命令に基づいてパワーアシストツールＳＡ２が突起Ｐ２を、アクチュエータＡ２の回転と同期して回転するように構成することが可能である。ここでパワーアシストツールＳＡ２のモータとして、アクチュエータＡ２のモータと同構成のサーボモータを使用し、アクチュエータＡ２のサーボモータが受信する制御命令をパワーアシストツールＳＡ２のサーボモータも受信するように構成してもよい。このような構成により、簡素な構成で両者を同期して回転させることが可能となる。

更にパワーアシストツールをアクチュエータＡ４に取り付け可能に構成してもよい。ジョイントＪ４が略水平方向を向いた回転軸に従って回転する場面が多いことが分かっているような場合、ジョイントＪ４にもパワーアシストツールを取り付けることが可能である。パワーアシストツールの構成は、パワーアシストツールＳＡ２と同様であるから説明を省略する。

なお、パワーアシストツールを弾性体から構成する場合、異なる弾性率を有する弾性体を備えた複数種類のパワーアシストツールを準備し、ワークの重量に応じて適切なパワーアシストツールを取り付け可能に構成してもよい。

以上のような構成の下、アクチュエータＡ１～Ａ７にそれぞれ設けられた柔軟性を備えた駆動機構に相当する直列弾性アクチュエータによって駆動される部分の慣性、質量及び長さ、外力並びに直列弾性アクチュエータが備える弾性体である機械ばねの弾性率をパラメータとする運動方程式が成立する。このため、制御装置１０は、機械ばねの弾性率及び変位量等に基づいて、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御を行うように構成される。

なお、各アクチュエータＡ１～Ａ７を構成する直列弾性アクチュエータは、駆動部であるサーボモータの駆動軸に接続され、動力を機械ばね等の弾性体に伝達するギヤを備えていてもよい。更に、直列弾性アクチュエータは、粘性に基づいて衝撃を緩和させるダンパ機構及び動力の伝達をスイッチするためのクラッチ機構を備えてもよい。粘性を有するダンパ機構等の粘性体を付与する場合、又は、ギヤの歯車間の摩擦等から生じる減衰を加味する場合、運動方程式には、粘性定数がパラメータとして加えられた運動方程式が成立する。

例えば、サーボモータの駆動軸にギヤが接続され、ギヤの出力軸に弾性体を介して負荷（下流側のリンク等）が接続される直列弾性アクチュエータの場合、ギヤの出力軸に生じるトルクは、サーボモータに流れる電流及びギヤ比に比例し、このトルクが、ギヤの出力軸の角加速度に慣性を乗じた値と、ギヤの出力軸の角加速度にギヤの粘性を乗じた値と、弾性体の変位量に弾性率を乗じた値との和と等しくなる運動方程式が成立する。この運動方程式に基づいて、直列弾性アクチュエータの伝達関数を導くことにより、インピーダンスを制御するメカニカル・コンプライアンス制御が可能となる。

以上のような構成により、ロボットアーム２０の複数のリンクを回動させることが可能になるため、保持機構に保持されるワークの位置及び姿勢を自由に変化させることが可能となる。なお、本開示における位置を示す情報は、合理的に必要と考えられる場合、姿勢を示す情報を含む場合がある。更にロボットアーム２０は、ワーク等を画像認識するための撮像装置及び使用者と情報の授受を行うためのディスプレイを含む入出力手段を備えてもよい。更にロボットアーム２０は、弾性を有さないアクチュエータによって駆動されるリンクを一部に備えてもよい。例えばリンクＬ１は常に鉛直方向に延在しているため、アクチュエータＡ１を弾性を有さないアクチュエータを備える駆動機構から構成してもよい。

制御装置１０（図１）は、ロボットアーム２０を制御する。上述したように、制御装置１０は、従来の位置制御ではなく、直列弾性アクチュエータを利用したメカニカル・コンプライアンス制御に基づいてロボットアーム２０を制御する。

同図に示されるように、制御装置１０は、ロボットアーム２０の基準となる位置（例えば、手先位置に相当するリンクＬ７のセンターポイント、又は、保持機構のセンターポイント。以下、「基準位置」又は「基準部位」という。）の開始位置及びその時の姿勢を取得する開始位置取得部１０Ａと、目標位置及びその時の姿勢を取得する目標位置取得部１０Ｂと、許容範囲取得部１０Ｃと、開始位置と目標位置を結ぶ経路を取得する経路取得部１０Ｄと、経路取得部１０Ｄによって取得された経路に従って、各アクチュエータＡ１～Ａ７の駆動部に相当するサーボモータを制御するための制御命令を取得する制御命令取得部１０Ｅと、記憶部１０Ｆとを備える。

開始位置取得部１０Ａは、例えば、制御装置１０に接続可能な教示装置５０から入力された開始位置及びその時のロボットアーム２０の姿勢を取得する。教示装置５０は、現場で実際にロボットアーム２０を動かしてその時の基準位置及び姿勢を開始位置として教示するオンラインティーチングに従う教示装置５０でもよいし、コンピュータプログラムによって基準位置の位置及び姿勢を開始位置として教示する、テキスト型、シミュレータ型、エミュレータ型、又は、自動ティーチング型等のオフラインティーチングに従う教示装置５０でもよい。

目標位置取得部１０Ｂは、例えば、開始位置と同様に、教示装置５０から入力された目標位置及びその時の姿勢を取得する。目標位置取得部１０Ｂは、複数の目標位置及びその時の姿勢を取得することが可能である。

許容範囲取得部１０Ｃは、基準位置の経路を基準として、ロボットアーム２０の実際の基準位置が経路から離れることができる許容範囲を示す情報を取得する。例えば、ある目標位置にロボットアーム２０の基準位置が到達した時の、直列弾性アクチュエータによって駆動される所定のリンクの角度がαであるとき、そのリンクの許容範囲を示す情報は、例えば、α±βという角度情報として取得される。βは、直列弾性アクチュエータの弾性体の弾性率等に基づいて、弾性変形可能な範囲として予め設定可能な角度単位の情報である。複数方向に対して柔軟性を有するために、ロボットアーム２０は、複数の直列弾性アクチュエータを備えている。この場合、許容範囲取得部１０Ｃは、直列弾性アクチュエータに駆動される複数のリンクごとに許容範囲を示す情報を取得することが可能である。

なお、許容範囲を示す情報は、リンクの角度が変動した結果、ロボットアーム２０の別の部位である基準位置が取り得る所定領域を示す位置情報であってもよい。即ち、所定のリンクの角度がα＋βであるとき、βにリンクの長さを乗じた距離だけそのリンクの先端が変位するから、それに応じて、下流のロボットアーム２０の部位も変位する。従って、許容範囲取得部１０Ｃは、ロボットアーム２０の他の部位を基準位置とし、この基準位置が取り得る所定領域を示す位置情報として取得してもよい。以下では、先端のリンクＬ７によって保持されるワークのセンターポイントをロボットアーム２０の基準位置とする場合を中心に説明する。許容範囲は、基準位置において少なくとも±５ｍｍ以上経路から離れることを許容するように構成されることが好ましい。

許容範囲を示す情報は、記憶部１０Ｆに格納されるコンピュータプログラム内において、予め、駆動機構が備える弾性又は粘性に基づく定数として定められることができる。従って、制御装置１０の演算素子がコンピュータプログラムを読み出すことにより、許容範囲を示す情報が取得されるように構成されてもよい。或いは、制御装置１０は、教示装置５０から、許容範囲を示す情報を取得してもよい。

経路取得部１０Ｄは、開始位置と目標位置を接続する経路（計画軌跡）を演算処理等により取得する。

制御命令取得部１０Ｅは、基準位置を経路に従って移動させるための各モータを制御するための制御命令を演算処理等により取得し、ロボットアーム２０に供給する。例えば、制御命令取得部１０Ｅは、逆運動学演算（インバースキネマティクス）により、基準位置が経路上に位置するための各モータの回転角度を算出し、これに基づいて制御命令を生成して、記憶部１０Ｆに格納することが可能である。

記憶部１０Ｆは、各実施形態に示される各処理を実行するためのコンピュータプログラム（経路生成アルゴリズムを含む）及び必要なデータその他の情報を格納する。

以上述べた制御装置１０のハードウェア構成に関し、制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）等のプロセッサである演算素子と、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性記憶素子と、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の不揮発性記憶素子と、これらを接続するバス等の通信手段を備えるコンピュータから構成することが可能である。不揮発性記憶素子は、非一時的（Non-transitory）に情報を記憶する記憶媒体である。揮発性記憶素子は、これらコンピュータプログラムの少なくとも一部及び演算処理結果等を一時的に記憶する。記憶部１０Ｆは、これら記憶素子により構成される。また、記憶部１０Ｆに格納されるコンピュータプログラムを演算素子が実行することにより、開始位置取得部１０Ａ、目標位置取得部１０Ｂ、許容範囲取得部１０Ｃ、経路取得部１０Ｄ及び制御命令取得部１０Ｅとして機能する。但し、これら演算素子、不揮発性記憶素子等の少なくとも一部は、インターネット等の通信ネットワークに接続された遠隔地に設置されていてもよい。例えば、演算素子は、通信ネットワークを介して、コンピュータプログラム又は必要なデータを取得するように構成されてもよい。

制御装置１０とロボットアーム２０は、無線又は有線による通信手段によって情報の送受信が可能に構成されている。

制御装置１０には、ロボットシステム１００に動作教示するための教示装置５０が接続、又は、一体的に設けられてもよい。また、教示装置５０は、ロボットアーム２０に設けられてもよく、例えば、ディスプレイを含む入出力手段を教示装置５０の一部として利用してもよい。

教示装置５０は、例えば、携帯型の教示ペンダントを備える。教示装置５０は、制御装置１０と同様に、演算素子、揮発性記憶素子、不揮発性記憶素子を備え、更に、ディスプレイを有する表示手段及び複数の操作キー並びにレバーを有する入力手段を備えている。入力手段は、ディスプレイを押圧して入力を行うタッチパネル式の入力手段から構成されてもよい。

続いて、ロボットシステム１００のロボットアーム２０の駆動方法を説明する。図４は、ロボットアーム２０の駆動方法を示すフローチャートである。

まず、オペレータは、可搬予定のワーク重量に応じてパワーアシストツールを取り付けるか否か判断し、可搬予定のワーク重量が所定値以上である場合、パワーアシストツールをロボットアーム２０に取り付ける。例えば、オペレータは、ジョイントＪ２及びジョイントＪ４を保持するためにそれぞれパワーアシストツールを取り付ける（ステップＳ４１）。なお可搬予定のワーク重量が所定値未満である場合、パワーアシストツールをロボットアーム２０に取り付けない。

次いで制御装置１０の開始位置取得部１０Ａ、目標位置取得部１０Ｂ及び許容範囲取得部１０Ｃは、それぞれ、開始位置を示す情報、複数の目標位置を示す情報及び許容範囲を示す情報を取得する（ステップＳ４２）。制御装置１０は、これら情報を予め記憶する記憶部１０Ｆから読み出すことにより取得してもよい。或いは制御装置１０は、教示装置５０
からこれら情報を取得してもよい。更に制御装置１０は、開始位置を示す情報及び目標位置を示す情報に基づいて経路を演算により取得する際に、目的物表面と基準位置との距離が許容範囲内となるような経路生成アルゴリズムを読み出し、これに基づいて経路を取得することにより、許容範囲を示す情報を取得してもよい。

ここで、開始位置は、ロボットアーム２０によって保持する予定のワークが、当初載置されている位置に基づいて定められてもよい。目標位置は、ロボットアーム２０によって可搬されるワークを最終的に載置する位置に基づいて定められてもよい。

また許容範囲は、ワークの重量に基づいて定められても良い。例えば、ワークの重量に基づいて、ロボットアーム２０によるワークの可搬中にジョイントＪ１～ジョイントＪ７に過負荷が発生することが抑制されるように、ジョイントＪ１～ジョイントＪ７ごとに許容範囲が定められてもよい。

次いで、制御装置１０の経路取得部１０Ｄは、開始位置及び複数の目標位置を接続する経路を記憶部１０Ｆから読み出した経路生成アルゴリズムに基づいて演算により取得する（ステップＳ４３）。

続いて制御命令取得部１０Ｅは、経路情報に基づいて、アクチュエータＡ１～アクチュエータＡ７への制御命令を取得する（ステップＳ４４）。なお、一連の動作を実現するための制御命令が予め記憶部１０Ｆに格納されている場合、制御装置１０は、記憶部１０Ｆから制御命令を読み出すことにより、これら情報を取得してもよい。

次いでロボットアーム２０は、制御装置１０から受け取った制御命令に基づいて各リンクＬ１～リンクＬ７を駆動する。まずロボットアーム２０は、開始位置に移動し、ワークを保持する。その後、ロボットアーム２０は、ワークを目標位置に移動させる動作を繰り返す（ステップＳ４５～ステップＳ４９）。このとき、例えばワークを上方に持ちあげる際に、アクチュエータＡ２を用いてリンクＬ２を水平方向を向いた回転軸に従って回転させることにより、リンクＬ２の端部を上方に移動させながら、パワーアシストツールＳＡ２を用いて、アクチュエータＡ２によるリンクＬ２の端部の上方への移動を補助するステップが実行される。一方でワークを水平方向に移動させる際には、アクチュエータＡ２を用いてリンクＬ２を水平方向を向いた回転軸に従って回転させる必要がないので、パワーアシストツールＳＡ２を用いてアクチュエータＡ２によるリンクＬ２の端部の上方への移動を補助させることなく、他のアクチュエータを駆動させてワークを水平方向に移動させることが可能となる。このためパワーアシストツールＳＡ２を重力を補償するための補助アクチュエータとして好適に利用することが可能となる。

ワークを移動させている間（ステップＳ４６）、制御装置１０は、変位量が許容範囲内に収まるように制御する。変位量が許容範囲内に収まらせるために、制御装置１０は、許容範囲を超える変位が生じたか否かを周期的に判断する（ステップＳ４７）。

制御装置１０が許容範囲を超える変位が生じたと判断した場合（ＮＯ）、制御装置１０は、ロボットアーム２０の移動速度を減速させるような制御命令を生成し、ロボットアーム２０の駆動部に送出することにより減速させる（ステップＳ４８）。
図５は、ワークの移動中に許容範囲を超えた場合の減速動作について説明するためのグラフである。この図は、横軸を時間とし、縦軸を直列弾性アクチュエータによって駆動されるリンクの角度とするグラフである。このグラフにおいて、対象となる所定のリンクは、時刻ｔ１１における角度α１を開始位置（又は第１の目標位置）とし、時刻ｔ２における角度α２を第１の目標位置（又は第２の目標位置）とし、時間と共に角度が増加する角度変化となる経路Ｐ（計画軌跡）が設定されているとする。また、このリンクの経路を基準とする許容範囲は、リンクの角度を中心とする±β１である。更に、このグラフにおいて、実際の角度変化は、実線Ａで示される。

このグラフに示されるように、時刻ｔ１１において、リンクの角度が経路Ｐを基準とする許容範囲外の角度になると、上述したように、制御装置１０は、リンクの回転速度及びワークの移動速度を減少させて、リンクの角度が許容範囲内に収まるように制御する。一方で、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの間、リンクの角度が許容範囲内に収まっているため、制御装置１０は、実線Ａを経路Ｐに近づけるための減速を行うことなくリンクの回転及びワークの移動を継続するように制御する。

このようにロボットアーム２０の基準位置の経路と実際の基準位置との距離に基づいて柔軟性を備えた駆動機構から構成されるアクチュエータを制御することとし、基準位置の経路と実際の基準位置との距離が許容範囲内である場合は減速することなくワークの移動を継続することにより、ワークの重量などに起因してワークが上下に振動するような事態が生じても、許容範囲内である限りワークの移動を継続することが可能となる。

更に、ジョイントＪ２を補助するためのパワーアシストツールＳＲ２が取り付けられているから、リンクＬ２の先端側の部分が水平方向に近づいてジョイントＪ２に大きな負荷がかかるとき、パワーアシストツールＳＲ２によってジョイントＪ２にかかる負荷を軽減することが可能となる。

このときパワーアシストツールＳＲ２を取り付けることによりジョイントＪ２の弾性率等のパラメータが変動することになるため、実際の基準位置が経路から離間する可能性があるものの、上述したように基準位置の経路と実際の基準位置との距離が許容範囲内である場合はワークの移動を継続するように構成した。このため、パワーアシストツールＳＲ２を取り付けない場合と、取り付けた場合とで、同一のコンピュータプログラムに基づいて、ロボットアーム２０を制御することが可能になる。

特に、一又は複数のアクチュエータで柔軟性を備えた駆動機構から構成することにより、大きな許容範囲を設定することが可能になる。例えば、基準位置の経路と実際の基準位置との距離が±５ｍｍ以上離れることを許容するように許容範囲を設定することが可能になる。

その後、ロボットアーム２０は、ワークを次の目標位置に到達させるために、ステップＳ４６～ステップＳ４９を繰り返す。

ワークを最後の目標位置に到達させることにより、ロボットアーム２０の駆動は終了する。

以上述べたように、本実施形態によれば、上昇方向にトルクを発生させるパワーアシストツールを着脱可能に設ける構成を採用したから、大きなトルクが必要ないときは取り外して使用しないことによりロボットアームのコストを低減することが可能となる一方で、大きなトルクが必要なときは取り付けることにより重量を有するワークを可搬することが可能となる。クレーン等の外付けの昇降装置を利用する場合と比較して、ワークの上下動の揺れを低減し、特に重量の影響を受ける上下動の駆動関節であるジョイント（例えば、ジョイントＪ２）に近い位置にパワーアシストツールを取り付けることにより、追従性を向上させるとともに、重量に起因するジョイントへの負荷を好適に低減することが可能となる。加えて外付けの昇降装置を利用する場合のようにロボットアームと昇降装置を同期させる必要が低減される。以上のとおりであるから、簡素な構成でロボットアームへの負荷を軽減して可搬することを可能とする多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することが可能となる。

［第２実施形態］
以下第２実施形態に係るロボットアームを備えるロボットシステムについて説明する。第１実施形態の説明に基づいて当業者が理解できる構成については、適宜同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化し異なる点を中心に説明する。
図６は、第２実施形態に係るロボットアーム２００の外観を模式的に示している。ロボットアーム２００を制御する制御装置については説明を省略する。

ロボットアーム２００は、例えば、２軸又はそれ以上の関節を有する多関節ロボットアームであり、壁面等の略水平な面ＷＬに固定されるベースＢ０（「壁に対して相対的に移動しないベース」の一例）と、ジョイントＪ１０を介してベースＢに接続されるリンクＬ１０（「第１リンク」の一例）と、リンクＬ１０を水平方向へ向いた回転軸（「第１回転軸」の一例）に従って回転させるためのアクチュエータ（「第１アクチュエータ」の一例）が搭載されるジョイントＪ１０と、リンクＬ１０に接続されるリンクＬ２０（「第２リンク」の一例）と、リンクＬ２０を回転軸（「第２回転軸」の一例）に従って回転させるためのアクチュエータ（「第２アクチュエータ」の一例）が搭載されるジョイントＪ２０とを備える。ンクＬ２０には、ワークＷ（「被保持物」と呼ばれる場合がある。）を保持するための保持機構が設けられる。

第１実施形態と異なり本実施形態に係るロボットアーム２００は、ベースＢ０が床面に対して垂直な面ＷＬに取り付けられている。しかしながらこのような実施態様によっても、本発明を適用することが可能である。例えば、ベースに最も近く、かつ、水平方向を向いた回転軸を有するジョイントを補助するためのパワーアシストツールを取り付けることにより、本発明を適用することが可能となる。

本実施形態の場合、リンクＬ１０を回転させるための関節に相当するジョイントＪ１０は、常に水平方向を向いた回転軸を有し、ジョイントＪ１０に搭載させるアクチュエータは、水平方向を向いた回転軸に従ってリンクＬ１０を回転させることにより、リンクＬ１０の端部を上方に移動させることが可能となる。従って、ジョイントＪ１０に搭載されるアクチュエータによるリンクＬ１０の端部の上方への移動を補助するパワーアシストツールを（「補助アクチュエータ」の一例）を取り付けることにより、ジョイントＪ１０の可動を補助することが可能となる。

例えば、一端をベースＢ０に接続し他端をリンクＬ１０に接続するエアーシリンダーをパワーアシストツールとして接続するとともに、リンクＬ１０の端部が下降するほど（リンクＬ１０の延在方向が水平方向から大きくなるほど）、リンクＬ１０の端部の下降を妨げる力（即ちリンクＬ１０の端部を上方へ移動させる力）が発生させるようにエアーシリンダーを設けることが可能である。エアーシリンダーを着脱可能に取り付けるために、ベースＢ０及びリンクＬ１０には、エアーシリンダーを取り付けるための係合部を設けてもよい。

以上のとおりであるから、本実施形態に係るロボットアーム２００によっても、簡素な構成でロボットアームへの負荷を軽減して可搬することを可能とする多関節ロボットアーム、多関節ロボットアームの駆動方法、制御装置及びコンピュータプログラムを提供することが可能となる。

［変形例］
以下第１実施形態に係るロボットアーム２０の変形例に係るロボットシステムについて説明する。第１実施形態又は第２実施形態の説明に基づいて当業者が理解できる構成については、適宜同一又は同様の符号を付して説明を省略又は簡略化し異なる点を中心に説明する。
変形例に係るロボットシステムは、他の実施形態に係る制御装置と異なる特徴を有する。本変形例に係る制御装置１０は、少なくとも２つの制御モードを有する。具体的には制御装置１０は、第１の制御モードとして、第１実施形態におけるアクチュエータＡ１、アクチュエータＡ２、パワーアシストツールＳＡ２及びアクチュエータＡ３のうち、全てのアクチュエータ（即ち、アクチュエータＡ１、アクチュエータＡ２、パワーアシストツールＳＡ２及びアクチュエータＡ３）を制御する第１制御モードと、パワーアシストツール２を除いたアクチュエータ（即ち、アクチュエータＡ１、アクチュエータＡ２及びアクチュエータＡ３）を制御する第２制御モードとを備える。

パワーアシストツールＳＡ２をロボットアーム２０に取り付けない場合、制御装置は、第２制御モードに基づいて各アクチュエータを制御し、パワーアシストツールＳＡ２をロボットアーム２０に取り付けた場合、制御装置は、第１制御モードに基づいて各アクチュエータを制御する。なお制御装置は、パワーアシストツールＳＡ２の取り付け有無を検出するセンサを備えてもよい。

制御装置１０の制御命令取得部１０Ｅは、制御命令取得部１０Ｅは、各アクチュエータを制御するための制御命令を演算処理等により取得するにあたり、制御モードに応じて異なる制御命令を取得する。

即ちアクチュエータＡ２において、柔軟性を備えた駆動機構に相当する直列弾性アクチュエータによって駆動される部分の慣性、質量及び長さ、外力並びに直列弾性アクチュエータが備える弾性体である機械ばねの弾性率をパラメータとする運動方程式を成立させるにあたり、例えば、特許第６３２９１４９号に記載されているように、機械ばね等のばねの偏向量は、その直列弾性アクチュエータにおけるトルク（τＳＥＡ）に比例し、システムの全体的剛性（ｋｅｑ）に反比例することが記載され、システムの全体的剛性（ｋｅｑ）は、ばねの剛性（または、ばね定数）（ｋＳＥＡ）に依存することが記載されている。更に直列弾性アクチュエータにギヤを追加する場合、システムの全体的剛性（ｋｅｑ）は、ばねの剛性（または、ばね定数）（ｋＳＥＡ）及びギヤ列の剛性（ｋｇｅａｒ）に依存することが記載され、これらシステムパラメータは、設計から推測されるか、または特性評価実験を介して判定されるかのいずれかによって既知であることが記載されている。従ってパワーアシストツールＳＡ２を取り付けた場合のシステムパラメータを取得することが可能である。例えば、パワーアシストツールＳＡ２としてばねを取り付ける場合、パワーアシストツールＳＡ２を取り付けない場合と比較して、システムの全体的剛性（ｋｅｑ）が大きくなる。

従って、制御命令取得部１０Ｅは、第１制御モードにおいて、パワーアシストツールＳＡ２を取り付けた場合のシステムの全体的剛性が第１の値を有するシステムパラメータに基づいた制御命令を取得し、第２制御モードにおいて、パワーアシストツールＳＡ２を取り付けない場合のシステムの全体的剛性が第１の値より小さい第２の値を有するシステムパラメータに基づいた制御命令を取得するように構成される。

以上のような構成を採用することにより、上記実施形態に記載された構成の他、追従性能を向上させることが可能となる。

また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。

１０．制御装置
１０Ａ．開始位置取得部
１０Ｂ．目標位置取得部
１０Ｃ．許容範囲取得部
１０Ｄ．経路取得部
１０Ｅ．制御命令取得部
１０Ｆ．記憶部
２０．ロボットアーム
５０．教示装置
１００．ロボットシステム
ＳＡ．補助アクチュエータ
Ａ１～Ａ７．（直列弾性）アクチュエータ
Ｊ１～Ｊ７．ジョイント

Claims (10)

1. 第１リンクと、
   水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、
   前記第１リンクに接続される第２リンクと、
   第２回転軸に従って前記第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータとを備え、
   前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成された、
   多関節ロボットアーム。
2. 第３リンクと、
   水平方向を向いた第３回転軸に従って前記第３リンクを回転させることにより、前記第３リンクの端部を上方に移動可能に構成された第３アクチュエータを更に備え、
   前記第３リンクは、前記第１リンクよりも先端側に設けられる、
   請求項１に記載の多関節ロボットアーム。
3. 前記補助アクチュエータは、弾性体である、
   請求項１又は２に記載の多関節ロボットアーム。
4. 前記補助アクチュエータは、電動機である、
   請求項１又は２に記載の多関節ロボットアーム。
5. 前記第１アクチュエータは、柔軟性を備えた駆動機構を備える、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の多関節ロボットアーム。
6. 前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御するための制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記多関節ロボットアームの基準部位の経路と、前記基準部位の実際の位置との距離に基づいて、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御するように構成される、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の多関節ロボットアーム。
7. 前記制御部は、
   前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータのうち、前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータを制御する第１制御モードと、
   前記第１アクチュエータ、前記第２アクチュエータ及び前記補助アクチュエータのうち、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータを制御する第２制御モードとをそれぞれ実行可能に構成される、
   請求項６に記載の多関節ロボットアーム。
8. 第１アクチュエータを用いて、第１リンクを水平方向を向いた第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、
   第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される第２リンクを第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、
   補助アクチュエータを用いて、前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップとを含む、
   多関節ロボットアームの駆動方法。
9. 第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第１リンクに接続された第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータと、前記第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成された、多関節ロボットアームを制御する制御装置であって、
   前記第１アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、
   前記第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される前記第２リンクを前記第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、
   前記補助アクチュエータを用いて、前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップと、
   を実行可能に構成される制御装置。
10. コンピュータを備え、第１リンクと、水平方向を向いた第１回転軸に従って前記第１リンクを回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動可能に構成された第１アクチュエータと、前記第１リンクに接続される第２リンクと、第２回転軸に従って前記第１リンクに接続された第２リンクを回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動可能に構成された第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助する補助アクチュエータを取り付け可能に構成された、多関節ロボットアームを制御する制御装置に、
    前記第１アクチュエータを用いて、前記第１リンクを前記第１回転軸に従って回転させることにより、前記第１リンクの端部を上方に移動させるステップと、
    前記第２アクチュエータを用いて、前記第１リンクに接続される前記第２リンクを前記第２回転軸に従って回転させることにより、前記第２リンクの端部を移動させるステップと、
    前記補助アクチュエータを用いて、前記第１アクチュエータによる前記第１リンクの端部の上方への移動を補助するステップと、
    を実行させるための制御命令を生成させる、
    コンピュータプログラム。

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