JP2024002786A - ロボットシステムの制御方法およびロボットシステム - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境によらず精度よく把持姿勢を補正することのできるロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを提供すること。【解決手段】対象物を把持するエンドエフェクターおよび前記エンドエフェクターに加わる力を検出する力センサーを有するロボットを備えるロボットシステムの制御方法であって、前記エンドエフェクターで前記対象物を把持して持ち上げる持ち上げステップと、前記持ち上げステップにおいて前記力センサーに加わる力と、前記力の基準値と、を比較し、比較結果に基づいて前記対象物の把持姿勢を補正する補正ステップと、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、ロボットシステムの制御方法およびロボットシステムに関する。

特許文献１には、ストッカー内のワークをカメラで撮像して得られた画像データに基づいて把持対象とする１つのワークを選択するステップと、選択したワークをロボットで把持するステップと、把持したワークをカメラで撮像して得られた画像データに基づいてワークの把持状態を検出するステップと、ワークの把持状態に応じてワークの姿勢を補正するステップと、を実行することにより、次動作を適切に行うことができるロボットシステムが開示されている。

特開２０１４－１７６９２３号公報

しかしながら、特許文献１では、ロボットに保持されたワークの姿勢をカメラで撮像して得られた画像データに基づいて補正しているため、視野、光量、ピント等、カメラの撮像環境を整える必要があり、使用環境に制限が生じるおそれがある。

本発明のロボットシステムの制御方法は、対象物を把持するエンドエフェクターおよび前記エンドエフェクターに加わる力を検出する力センサーを有するロボットを備えるロボットシステムの制御方法であって、
前記エンドエフェクターで前記対象物を把持して持ち上げる持ち上げステップと、
前記持ち上げステップにおいて前記力センサーに加わる力と、前記力の基準値と、を比較し、比較結果に基づいて前記対象物の把持姿勢を補正する補正ステップと、を含む。

本発明のロボットシステムは、対象物を把持するエンドエフェクターおよび前記エンドエフェクターに加わる力を検出する力センサーを有するロボットと、
前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記エンドエフェクターで前記対象物を把持して持ち上げる持ち上げステップと、
前記持ち上げステップにおいて前記力センサーに加わる力と、前記力の基準値と、を比較し、比較結果に基づいて前記対象物の把持姿勢を補正する補正ステップと、を実行する。

第１実施形態に係るロボットシステムの全体図である。 ロボットアームの先端部を示す図である。 エンドエフェクターでワークを把持した状態を示す図である。 エンドエフェクターでワークを把持した状態を示す図である。 ロボットシステムの制御工程を示すフローチャートである。 準備ステップのフローチャートである。 エンドエフェクターでワークを把持した状態を示す図である。 第１基準値を示すグラフである。 第１基準値を示すグラフである。 第２基準値を示すグラフである。 第２基準値を示すグラフである。 作業ステップのフローチャートである。 第２実施形態に係る把持姿勢の補正方法を示すフローチャートである。 把持姿勢の補正方法を示す図である。 把持姿勢の補正方法を示す図である。

以下、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの全体図である。図２は、ロボットアームの先端部を示す図である。図３および図４は、それぞれ、エンドエフェクターでワークを把持した状態を示す図である。図５は、ロボットシステムの制御工程を示すフローチャートである。図６は、準備ステップのフローチャートである。図７は、エンドエフェクターでワークを把持した状態を示す図である。図８および図９は、それぞれ、第１基準値を示すグラフである。図１０および図１１は、それぞれ、第２基準値を示すグラフである。図１２は、作業ステップのフローチャートである。なお、以下では、図１～図４および図７の上側が鉛直方向上側であり、下側が鉛直方向下側である。

図１に示すロボットシステム１は、対象物としてのワークＷを把持するロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、を有している。

ロボット２は、駆動軸を６つ有する６軸垂直多関節ロボットであり、基台２１と、基台２１に回動自在に連結されているロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に装着されているエンドエフェクター２３と、ロボットアーム２２とエンドエフェクター２３との間に配置されている力センサー２４と、を有している。また、ロボットアーム２２は、複数のアーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６が回動自在に連結されてなるロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を備えている。これら６つの関節Ｊ１～Ｊ６のうち、関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は、それぞれ、曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６は、それぞれ、ねじり関節である。

関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６には、それぞれ、モーターＭと、モーターＭの出力を減速して伝える減速機Ｔと、減速機Ｔの回転を検出するエンコーダーＥと、が設置されている。制御装置３は、ロボットシステム１の運転中、各関節Ｊ１～Ｊ６について、エンコーダーＥの出力が示す関節Ｊ１～Ｊ６の回転角度を制御目標に一致させるサーボ制御（フィードバック制御）を実行する。

エンドエフェクター２３は、対象物であるワークＷを把持する構成であり、アーム２２６に接続されている基部２３１と、基部２３１に開閉自在に連結されている一対の爪部２３２、２３３と、一対の爪部２３２、２３３を開閉する駆動機構２３４と、を有している。このようなエンドエフェクター２３は、駆動機構２３４により一対の爪部２３２、２３３を閉じることでワークＷを把持することができ、一対の爪部２３２、２３３を開くことでワークＷを離すことができる。ただし、エンドエフェクター２３の構成は、ワークＷを把持することができれば、特に限定されない。

力センサー２４は、エンドエフェクター２３に加わる力を検出する。本実施形態のように、エンドエフェクター２３とロボットアーム２２との間に力センサー２４を配置することにより、エンドエフェクター２３に加わる力を精度よく検出することができる。力センサー２４の構成としては、特に限定されないが、例えば、水晶で構成された受圧体を有し、この受圧体が力を受けることにより生じる電荷の大きさに基づいて受けた力を検出する構成とすることができる。

力センサー２４が検出する力としては、特に限定されないが、本実施形態では、以下の６つの力を検出する。図２に示すように、ロボット２には、ロボットアーム２２の先端に制御点であるＴＣＰ（ツールセンターポイント）が設定されており、さらに、ＴＣＰを原点とする３軸直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）が設定されている。そして、力センサー２４は、ｘ軸に沿う並進力Ｆｘと、ｙ軸に沿う並進力Ｆｙと、ｚ軸に沿う並進力Ｆｚと、ｘ軸まわりのトルクＴｘと、ｙ軸まわりのトルクＴｙと、ｚ軸まわりのトルクＴｚと、を検出することができる。なお、以下では、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚを総称して力Ｆとも言う。

ただし、力センサー２４の配置は、エンドエフェクター２３に加わる力を検出することができれば、特に限定されない。また、力センサー２４は、省略してもよい。

以上、ロボット２について説明したが、ロボット２の構成は、特に限定されない。例えば、スカラロボット（水平多関節ロボット）、上述のロボットアーム２２を２本備えた双腕ロボット等であってもよい。また、基台２１が固定されていない自走式のロボットであってもよい。

制御装置３は、ロボット２の駆動を制御する。制御装置３は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部装置との接続を行う外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。なお、制御装置３の構成要素の一部または全部は、ロボット２の筐体の内側に配置されてもよい。また、制御装置３は、複数のプロセッサーにより構成されてもよい。

以上、ロボットシステム１の構成について簡単に説明した。次に、制御装置３が行うロボットシステム１の制御方法について説明する。

例えば、図３に示すように、ワークＷの重量や把持位置によっては、ロボット２でワークＷを把持して持ち上げた際にエンドエフェクター２３の把持力が足りずにワークＷがエンドエフェクター２３に対してずれ、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２が目標把持姿勢Ｐ１からずれる場合がある。ワークＷの変形や破損を防止するためにエンドエフェクター２３の把持力に制限が掛けられている場合にも、同様に、把持力が足りずにワークＷがエンドエフェクター２３に対してずれ、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２が目標把持姿勢Ｐ１からずれる場合がある。

また、例えば、図４に示すように、各関節Ｊ１～Ｊ６に配置されている減速機Ｔの劣化によるバックラッシの増大、ロボットアーム２２の変形等によってロボット２の位置姿勢が目標位置姿勢に対してずれ、これに起因してワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２が目標把持姿勢Ｐ１からずれる場合がある。

このように、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２が目標把持姿勢Ｐ１からずれると、その後の作業に支障が生じるおそれがある。そこで、ロボットシステム１では、力センサー２４を用いて上述したワークＷの把持姿勢Ｐ２の目標把持姿勢Ｐ１からのずれを検出し、必要に応じてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する。これにより、その後の作業を精度よく行うことができる。以下、詳細に説明する。

ロボットシステム１の制御方法は、図５に示すように、準備ステップＳ１と、作業ステップＳ２と、を含んでいる。以下、これら各ステップＳ１、Ｓ２について詳細に説明する。

［準備ステップＳ１］
準備ステップＳ１では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、ロボット２に作業ステップＳ２と同じ作業を正常に行わせ、その際の力センサー２４の出力に基づいて基準値としての第１、第２基準値Ｒ、Ｇを作成する。なお、「正常に行わせる」とは、上述のようなワークＷの把持姿勢が目標把持姿勢からずれる要素（ワークのずれや傾き、減速機Ｔの劣化、ロボットアーム２２の変形等）を極力排除し、ワークＷの把持姿勢が目標把持姿勢と一致するようにロボット２を動かすことを意味する。

このような準備ステップＳ１は、図６に示すように、エンドエフェクター２３でワークＷを把持して持ち上げる持ち上げステップＳ１１と、力センサー２４に加わる力Ｆを検出する力検出ステップＳ１２と、検出した力Ｆに基づいて力Ｆの第１、第２基準値Ｒ、Ｇを作成する作成ステップＳ１３と、を含んでいる。

－持ち上げステップＳ１１－
持ち上げステップＳ１１では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、エンドエフェクター２３でワークＷを把持し、図７に示すように、エンドエフェクター２３を上側に移動させてワークＷを持ち上げる。そして、ワークＷを目標把持姿勢Ｐ１とする。前述したように、ロボット２を正常に駆動させるため、ここでは、実際のワークＷの把持姿勢Ｐ２が目標把持姿勢Ｐ１と一致する。

－力検出ステップＳ１２－
力検出ステップＳ１２では、制御装置３は、持ち上げステップＳ１１中（目標把持姿勢Ｐ１への移動中）に力センサー２４に加わる力Ｆを検出する。また、制御装置３は、持ち上げステップＳ１１が終了した後、ロボット２の残留振動が十分に収まるまで、言い換えると力センサー２４の出力波形が安定するまで待機し、持ち上げステップＳ１１終了後に力センサー２４に加わる力Ｆを検出する。

－作成ステップＳ１３－
作成ステップＳ１３では、制御装置３は、持ち上げステップＳ１１中に力センサー２４に加わる力Ｆに基づいて力Ｆの基準値としての第１基準値Ｒを作成する。なお、第１基準値Ｒは、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚのそれぞれについて作成される。具体的には、制御装置３は、まず、図８に示すように、持ち上げステップＳ１１中に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘを、並進力Ｆｘの第１基準値Ｒｆｘとする。次に、制御装置３は、第１基準値Ｒｆｘを含むようにして第１閾値Ｑｆｘ１を設定する。

これと同様に、図８に示すように、並進力Ｆｙについても第１基準値Ｒｆｙおよび第１閾値Ｑｆｙ１を設定し、並進力Ｆｚについても第１基準値Ｒｆｚおよび第１閾値Ｑｆｚ１を設定する。また、図９に示すように、トルクＴｘについても第１基準値Ｒｔｘおよび第１閾値Ｑｔｘ１を設定し、トルクＴｙについても第１基準値Ｒｔｙおよび第１閾値Ｑｔｙ１を設定し、トルクＴｚについても第１基準値Ｒｔｚおよび第１閾値Ｑｔｚ１を設定する。以下では、説明の便宜上、第１閾値Ｑｆｘ１、Ｑｆｙ１、Ｑｆｚ１、Ｑｔｘ１、Ｑｔｙ１、Ｑｔｚ１をまとめて第１閾値Ｑ１とも言う。

なお、第１閾値Ｑ１の上限値および下限値については、特に限定されず、例えば、作業ステップＳ２の次動作ステップＳ２３で求められる動作精度に基づいて適宜設定することができる。また、図８および図９に示す各波形は、便宜上のものであり、正確なものではないし、特に限定されない。

また、制御装置３は、持ち上げステップＳ１１終了後に力センサー２４に加わる力Ｆに基づいて力Ｆの基準値としての第２基準値Ｇを作成する。なお、第２基準値Ｇは、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚのそれぞれについて作成される。具体的には、制御装置３は、まず、図１０に示すように、持ち上げステップＳ１１終了後に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘを、並進力Ｆｘの第２基準値Ｇｆｘとする。次に、制御装置３は、第２基準値Ｇｆｘを含むようにして第２閾値Ｑｆｘ２を設定し、第２閾値Ｑｆｘ２を含むようにして第２閾値Ｑｆｘ２よりも広い第３閾値Ｑｆｘ３を設定する。

これと同様に、図１０に示すように、並進力Ｆｙについても第２基準値Ｇｆｙおよび第２、第３閾値Ｑｆｙ２、Ｑｆｙ３を設定し、並進力Ｆｚについても第２基準値Ｇｆｚおよび第２、第３閾値Ｑｆｚ２、Ｑｆｚ３を設定する。また、図１１に示すように、トルクＴｘについても第２基準値Ｇｔｘおよび第２、第３閾値Ｑｔｘ２、Ｑｔｘ３を設定し、トルクＴｙについても第２基準値Ｇｔｙおよび第２、第３閾値Ｑｔｙ２、Ｑｔｙ３を設定し、トルクＴｚについても第２基準値Ｇｔｚおよび第２、第３閾値Ｑｔｚ２、Ｑｔｚ３を設定する。以下では、説明の便宜上、第２閾値Ｑｆｘ２、Ｑｆｙ２、Ｑｆｚ２、Ｑｔｘ２、Ｑｔｙ２、Ｑｔｚ２をまとめて第２閾値Ｑ２とも言い、第３閾値Ｑｆｘ３、Ｑｆｙ３、Ｑｆｚ３、Ｑｔｘ３、Ｑｔｙ３、Ｑｔｚ３をまとめて第３閾値Ｑ３とも言う。

第２、第３閾値Ｑ２、Ｑ３の上限値および下限値については、特に限定されず、例えば、作業ステップＳ２の次動作ステップＳ２３で求められる動作精度に基づいて適宜設定することができる。また、図１０および図１１に示す各波形は、便宜上のものであり、正確なものではないし、特に限定されない。

以上により、準備ステップＳ１が終了する。

［作業ステップＳ２］
作業ステップＳ２では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、ロボット２に所定の作業に行わせる。その際、必要に応じてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する。このような作業ステップＳ２は、図１２に示すように、エンドエフェクター２３でワークＷを把持して持ち上げる持ち上げステップＳ２１と、力センサー２４に加わる力Ｆと第１、第２基準値Ｒ、Ｇとを順に比較し、比較結果に基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する補正ステップＳ２２と、次動作ステップＳ２３と、を含んでいる。

－持ち上げステップＳ２１－
持ち上げステップＳ２１では、制御装置３は、ロボット２の駆動を制御して、エンドエフェクター２３でワークＷを把持し、エンドエフェクター２３を上側に移動させてワークＷを持ち上げる。そして、ワークＷを目標把持姿勢Ｐ１とする。なお、実際の把持姿勢Ｐ２は、前述した種々の要因により目標把持姿勢Ｐ１からずれる可能性がある。

なお、図３に示したように、持ち上げステップＳ２１中にエンドエフェクター２３に対するワークＷのずれが生じると、それに伴って力センサー２４に加わるモーメントが正常時に対して変化する。そのため、力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚが第１、第２基準値Ｒ、Ｇに対してずれる。また、図４に示すように、減速機Ｔの劣化やロボットアーム２２の変形が生じるとロボット２の位置姿勢（ＴＣＰの向き）が正常時に対して変化する。そのため、力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが第１、第２基準値Ｒ、Ｇに対してずれる。したがって、力センサー２４に加わる力Ｆと第１、第２基準値Ｒ、Ｇとを比較することにより、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差（ずれ量）を検出することができる。

－補正ステップＳ２２－
補正ステップＳ２２では、制御装置３は、持ち上げステップＳ２１でのワークＷの持ち上げ開始と共に力センサー２４が受ける力Ｆの検出を始める。次に、制御装置３は、検出した力Ｆと第１基準値Ｒとを比較する。具体的には、並進力Ｆｘと第１基準値Ｒｆｘとを比較し、並進力Ｆｙと第１基準値Ｒｆｙとを比較し、並進力Ｆｚと第１基準値Ｒｆｚとを比較し、トルクＴｘと第１基準値Ｒｔｘとを比較し、トルクＴｙと第１基準値Ｒｔｙとを比較し、トルクＴｚと第１基準値Ｒｔｚとを比較する。そして、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの全てが第１閾値Ｑ１の範囲内であれば、ワークＷの把持姿勢が正常であると判定し、そのまま、持ち上げステップＳ２１を続行する。反対に、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第１閾値Ｑ１の範囲外であれば、ワークＷの把持姿勢が異常であると判定し、作業ステップＳ２を終了する。そして、制御装置３は、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始する。これにより、大きくずれた把持姿勢Ｐ２のままで作業が継続されることがないため、作業ステップＳ２の精度低下を抑制することができる。また、早期に作業を諦め、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始することにより、タクトタイムの短縮を図ることもできる。

次に、制御装置３は、持ち上げステップＳ２１が終了したかを判定し、終了した場合には、力センサー２４の出力波形が安定するまで待機する。次に、制御装置３は、持ち上げステップＳ２１終了後に力センサー２４に加わる力Ｆを検出する。

次に、制御装置３は、検出した並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定する。具体的には、制御装置３は、まず、並進力Ｆｘと第２基準値Ｇｆｘとを比較し、並進力Ｆｙと第２基準値Ｇｆｙとを比較し、並進力Ｆｚと第２基準値Ｇｆｚとを比較する。そして、これら並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの全てが第２閾値Ｑ２の範囲内であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が十分に小さく、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要がないと判定する。この場合は、把持姿勢Ｐ２を補正することなく、検出したトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定するステップに移行する。

これに対して、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも１つが第２閾値Ｑ２の範囲外かつ第３閾値Ｑ３の範囲内であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が許容範囲を超え、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定する。また、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が補正できない程大きいと判定し、作業ステップＳ２を終了する。そして、制御装置３は、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始する。これにより、大きくずれた把持姿勢Ｐ２のままで作業が継続されることがないため、作業ステップＳ２の精度低下を抑制することができる。また、早期に作業を諦め、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始することにより、タクトタイムの短縮を図ることもできる。

制御装置３は、上記比較の結果、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定した場合には、ロボット２の駆動を制御してワークＷの向きを変化させることで把持姿勢Ｐ２を補正する。なお、把持姿勢Ｐ２の補正は、力センサー２４に加わる力Ｆと第１、第２基準値Ｒ、Ｇとの差が小さくなるように把持姿勢Ｐ２を補正する。特に、本実施形態では、補正後に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｙがそれぞれ第２閾値Ｑ２の範囲内となるように行われる。これにより、実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差を許容範囲内に収めることができる。このような補正方法としては、特に限定されないが、例えば、以下のような方法が挙げられる。

第１の方法として、並進力Ｆｘと第２基準値Ｇｆｘとの差分と、並進力Ｆｙと第２基準値Ｇｆｙとの差分と、並進力Ｆｚと第２基準値Ｇｆｚとの差分と、に基づいて、目標把持姿勢Ｐ１と把持姿勢Ｐ２とのずれ量を推定し、推定したずれ量に基づいてロボット２の位置姿勢、特にＴＣＰの向きを変化させることにより、把持姿勢Ｐ２を補正する方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

また、第２の方法として、ロボット２の位置姿勢、特にＴＣＰの向きを変化させて把持姿勢Ｐ２を変化させる把持姿勢変化ステップと、力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと第２基準値Ｇｆｘ、Ｇｆｙ、Ｇｆｚとを比較する比較ステップと、を並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｙの全てが第２閾値Ｑ２の範囲内となるまで繰り返す方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、一度の把持姿勢変化ステップで変化させるＴＣＰの角度は、一定であってもよいし、ずれ量が大きいうちは角度を大きくし、ずれ量が小さくなったら角度を小さくしてもよい。また、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

さらに、第３の方法として、上述した第２の方法の把持姿勢変化ステップと比較ステップとを並行して行い、力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚがそれぞれ第２閾値Ｑ２の範囲内となるまでワークＷの把持姿勢Ｐ２を変化させ続ける方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、把持姿勢変化の速度は、一定であってもよいし、ずれ量が大きいうちは速度を高め、ずれ量が小さくなったら速度を低めてもよい。また、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わる並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

次に、制御装置３は、検出したトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定する。具体的には、制御装置３は、まず、トルクＴｘと第２基準値Ｇｔｘとを比較し、トルクＴｙと第２基準値Ｇｔｙとを比較し、トルクＴｚと第２基準値Ｇｔｚとを比較する。そして、これらトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの全てが第２閾値Ｑ２の範囲内であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が十分に小さく、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要がないと判定する。この場合は、把持姿勢Ｐ２を補正することなく、次動作ステップＳ２３に移行する。

これに対して、トルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第２閾値Ｑ２の範囲外かつ第３閾値Ｑ３の範囲内であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が許容範囲を超え、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定する。また、トルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外であれば、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差が補正できない程大きいと判定し、作業ステップＳ２を終了する。そして、制御装置３は、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始する。これにより、大きくずれた把持姿勢Ｐ２のままで作業が継続されることがないため、作業ステップＳ２の精度低下を抑制することができる。また、早期に作業を諦め、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始することにより、タクトタイムの短縮を図ることもできる。

制御装置３は、上記比較の結果、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定した場合には、ロボット２の駆動を制御してワークＷの向きを変化させることで把持姿勢Ｐ２を補正する。なお、把持姿勢Ｐ２の補正は、補正後に力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｙがそれぞれ第２閾値Ｑ２の範囲内となるように行われる。これにより、実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差を許容範囲内に収めることができる。このような補正方法としては、特に限定されないが、例えば、以下のような方法が挙げられる。

第１の方法として、トルクＴｘと第２基準値Ｇｔｘとの差分と、トルクＴｙと第２基準値Ｇｔｙとの差分と、トルクＴｚと第２基準値Ｇｔｚとの差分と、に基づいて、目標把持姿勢Ｐ１と把持姿勢Ｐ２とのずれ量を推定し、推定したずれ量に基づいてロボット２の位置姿勢、特にＴＣＰの向きを変化させることにより、把持姿勢Ｐ２を補正する方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

また、第２の方法として、ロボット２の位置姿勢、特にＴＣＰの向きを変化させて把持姿勢Ｐ２を変化させる把持姿勢変化ステップと、力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚと第２基準値Ｇｔｘ、Ｇｔｙ、Ｇｔｚとを比較する比較ステップと、をトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｙの全てが第２閾値Ｑ２の範囲内となるまで繰り返す方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、一度の把持姿勢変化ステップで変化させるＴＣＰの角度は、一定であってもよいし、ずれ量が大きいうちは角度を大きくし、ずれ量が小さくなったら角度を小さくしてもよい。また、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

さらに、第３の方法として、上述した第２の方法の把持姿勢変化ステップと比較ステップとを並行して行い、力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚがそれぞれ第２閾値Ｑ２の範囲内となるまでワークＷの把持姿勢Ｐ２を変化させ続ける方法がある。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。なお、把持姿勢変化の速度は、一定であってもよいし、ずれ量が大きいうちは速度を高め、ずれ量が小さくなったら速度を低めてもよい。また、把持姿勢Ｐ２の補正中に力センサー２４に加わるトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外となった場合には、その時点で作業ステップＳ２を終了する。

以上のようなワークＷの把持位置の補正が終了すると、制御装置３は、次動作ステップＳ２３に移行する。なお、補正前すなわち持ち上げステップＳ２１終了時におけるＴＣＰと補正後におけるＴＣＰの座標との差ΔＴＣＰは、次動作ステップＳ２３に反映され、次動作ステップＳ２３では、例えば、指定された制御命令を差ΔＴＣＰで補正した補正制御命令を用いて行われる。これにより、次動作ステップＳ２３を精度よく行うことができる。

なお、本実施形態では、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定するステップの後に、トルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定するステップを行っているが、これに限定されず、トルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定するステップを行った後に、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定するステップを行ってもよい。また、これらのステップを同時に行ってもよい。

このようなロボットシステム１の制御方法によれば、次動作ステップＳ２３に移行する前にワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正することができるため、次動作ステップＳ２３を精度よく行うことができる。また、力センサー２４が受ける力Ｆに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正するため、カメラを用いた従来の方法のように、使用環境の制限を受け難く、どのような環境においても精度よくワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正することができる。

以上、ロボットシステム１について説明した。このようなロボットシステム１の制御方法は、前述したように、対象物としてのワークＷを把持するエンドエフェクター２３およびエンドエフェクター２３に加わる力を検出する力センサー２４を有するロボット２を備えるロボットシステム１の制御方法であって、エンドエフェクター２３でワークＷを把持して持ち上げる持ち上げステップＳ２１と、持ち上げステップＳ２１において力センサー２４に加わる力Ｆと、力Ｆの基準値である第１、第２基準値Ｒ、Ｇと、を比較し、比較結果に基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する補正ステップＳ２２と、を含んでいる。このような制御方法によれば、力センサー２４が受ける力Ｆに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正するため、カメラを用いた従来の方法のように、使用環境の制限を受け難く、どのような環境においても精度よくワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正することができる。

また、前述したように、補正ステップＳ２２では、力センサー２４に加わる力Ｆと第１、第２基準値Ｒ、Ｇとの差が小さくなるように把持姿勢Ｐ２を補正する。これにより、実際の把持姿勢Ｐ２と目標把持姿勢Ｐ１との差を許容範囲内に収めることができる。

また、前述したように、補正ステップＳ２２では、力センサー２４に加わる力Ｆと第１、第２基準値Ｒ、Ｇとの差に基づいて把持姿勢Ｐ２のずれを求め、求めたずれに基づいて把持姿勢Ｐ２を補正する。このような方法によれば、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。

また、前述したように、力センサー２４に加わる力Ｆが閾値としての第１閾値Ｑ１または第３閾値Ｑ３を超えた場合、補正ステップＳ２２を終了する。これにより、大きくずれた把持姿勢Ｐ２のままで作業が継続されることがないため、作業ステップＳ２の精度低下を抑制することができる。また、早期に作業を諦め、次のワークＷについて作業ステップＳ２を開始することにより、タクトタイムの短縮を図ることもできる。

また、前述したように、ロボットシステム１は、ワークＷを把持するエンドエフェクター２３およびエンドエフェクター２３に加わる力を検出する力センサー２４を有するロボット２と、ロボット２の駆動を制御する制御装置３と、を有している。そして、制御装置３は、エンドエフェクター２３でワークＷを把持して持ち上げる持ち上げステップＳ２１と、持ち上げステップＳ２１において力センサー２４に加わる力Ｆと、力Ｆの基準値である第１、第２基準値Ｒ、Ｇと、を比較し、比較結果に基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する補正ステップＳ２２と、を実行する。このようなロボットシステム１によれば、力センサー２４が受ける力Ｆに基づいてワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正するため、カメラを用いた従来の方法のように、使用環境の制限を受け難く、どのような環境においても精度よくワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正することができる。

また、前述したように、ロボット２は、先端部にエンドエフェクター２３が装着されるロボットアーム２２を有し、力センサー２４は、エンドエフェクター２３とロボットアーム２２との間に配置されている。これにより、力センサー２４によってエンドエフェクター２３に加わる力を精度よく検出することができる。

＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態に係る把持姿勢の補正方法を示すフローチャートである。図１４および図１５は、それぞれ、把持姿勢の補正方法を示す図である。

本実施形態に係るロボットシステム１は、補正ステップＳ２２における把持姿勢Ｐ２の補正方法が異なること以外は、前述した第１実施形態のロボットシステム１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態のロボットシステム１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

図１３に示すように、本実施形態の補正ステップＳ２２では、制御装置３は、持ち上げステップＳ２１終了後に力センサー２４に加わる力Ｆと第２基準値Ｇとを比較して、ワークＷの把持姿勢Ｐ２の補正要否を判定する。具体的には、並進力Ｆｘと第２基準値Ｇｆｘとを比較し、並進力Ｆｙと第２基準値Ｇｆｙとを比較し、並進力Ｆｚと第２基準値Ｇｆｚとを比較し、トルクＴｘと第２基準値Ｇｔｘとを比較し、トルクＴｙと第２基準値Ｇｔｙとを比較し、トルクＴｚと第２基準値Ｇｔｚとを比較する。そして、これら並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの全てが第２閾値Ｑ２の範囲内であれば、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要がないと判定する。これに対して、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第２閾値Ｑ２の範囲外かつ第３閾値Ｑ３の範囲内であれば、ワークＷの把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定する。また、並進力Ｆｘ、Ｆｙ、ＦｚおよびトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚの少なくとも１つが第３閾値Ｑ３の範囲外であれば、作業ステップＳ２を終了する。

制御装置３は、上記比較の結果、ワークＷの実際の把持姿勢Ｐ２を補正する必要があると判定した場合には、ロボット２の駆動を制御してワークＷの向きを変化させることで把持姿勢Ｐ２を補正する。本実施形態では、図１４に示すように、目標把持姿勢Ｐ１と平行な基準面Ｂｐ１を備えるステージＢがロボット２の可動範囲内に配置されており、図１５に示すように、ワークＷを基準面Ｂｐ１に倣わせることで把持姿勢Ｐ２を補正する。このような方法によっても、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。

以上のように、本実施形態の補正ステップＳ２２では、ワークＷを基準面Ｂｐ１に倣わせることで把持姿勢Ｐ２を補正する。このような方法によっても、把持姿勢Ｐ２を容易に補正することができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、本発明のロボットシステムの制御方法およびロボットシステムは、同様の機能を発揮し得る任意の工程と置換することができる。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…ロボットシステム、２…ロボット、２１…基台、２２…ロボットアーム、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３…エンドエフェクター、２３１…基部、２３２…爪部、２３３…爪部、２３４…駆動機構、２４…力センサー、３…制御装置、Ｂ…ステージ、Ｂｐ１…基準面、Ｅ…エンコーダー、Ｆ…力、Ｆｘ…並進力、Ｆｙ…並進力、Ｆｚ…並進力、Ｇ…第２基準値、Ｇｆｘ…第２基準値、Ｇｆｙ…第２基準値、Ｇｆｚ…第２基準値、Ｇｔｘ…第２基準値、Ｇｔｙ…第２基準値、Ｇｔｚ…第２基準値、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、Ｍ…モーター、Ｐ１…目標把持姿勢、Ｐ２…把持姿勢、Ｑｆｘ１…第１閾値、Ｑｆｘ２…第２閾値、Ｑｆｘ３…第３閾値、Ｑｆｙ１…第１閾値、Ｑｆｙ２…第２閾値、Ｑｆｙ３…第３閾値、Ｑｆｚ１…第１閾値、Ｑｆｚ２…第２閾値、Ｑｆｚ３…第３閾値、Ｑｔｘ１…第１閾値、Ｑｔｘ２…第２閾値、Ｑｔｘ３…第３閾値、Ｑｔｙ１…第１閾値、Ｑｔｙ２…第２閾値、Ｑｔｙ３…第３閾値、Ｑｔｚ１…第１閾値、Ｑｔｚ２…第２閾値、Ｑｔｚ３…第３閾値、Ｒ…第１基準値、Ｒｆｘ…第１基準値、Ｒｆｙ…第１基準値、Ｒｆｚ…第１基準値、Ｒｔｘ…第１基準値、Ｒｔｙ…第１基準値、Ｒｔｚ…第１基準値、Ｓ１…準備ステップ、Ｓ１１…持ち上げステップ、Ｓ１２…力検出ステップ、Ｓ１３…作成ステップ、Ｓ２…作業ステップ、Ｓ２１…持ち上げステップ、Ｓ２２…補正ステップ、Ｓ２３…次動作ステップ、Ｔ…減速機、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｔｘ…トルク、Ｔｙ…トルク、Ｔｚ…トルク、Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. 対象物を把持するエンドエフェクターおよび前記エンドエフェクターに加わる力を検出する力センサーを有するロボットを備えるロボットシステムの制御方法であって、
   前記エンドエフェクターで前記対象物を把持して持ち上げる持ち上げステップと、
   前記持ち上げステップにおいて前記力センサーに加わる力と、前記力の基準値と、を比較し、比較結果に基づいて前記対象物の把持姿勢を補正する補正ステップと、を含むことを特徴とするロボットシステムの制御方法。
2. 前記補正ステップでは、前記力センサーに加わる力と前記基準値との差が小さくなるように前記把持姿勢を補正する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
3. 前記補正ステップでは、前記力センサーに加わる力と前記基準値との差に基づいて前記把持姿勢のずれを求め、求めた前記ずれに基づいて前記把持姿勢を補正する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
4. 前記補正ステップでは、前記対象物を基準面に倣わせることで前記把持姿勢を補正する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
5. 前記力センサーに加わる力が閾値を超えた場合、前記補正ステップを終了する請求項１に記載のロボットシステムの制御方法。
6. 対象物を把持するエンドエフェクターおよび前記エンドエフェクターに加わる力を検出する力センサーを有するロボットと、
   前記ロボットの駆動を制御する制御装置と、を有し、
   前記制御装置は、前記エンドエフェクターで前記対象物を把持して持ち上げる持ち上げステップと、
   前記持ち上げステップにおいて前記力センサーに加わる力と、前記力の基準値と、を比較し、比較結果に基づいて前記対象物の把持姿勢を補正する補正ステップと、を実行することを特徴とするロボットシステム。
7. 前記ロボットは、先端部に前記エンドエフェクターが装着されるロボットアームを有し、
   前記力センサーは、前記エンドエフェクターと前記ロボットアームとの間に配置されている請求項６に記載のロボットシステム。