JP6379854B2 - ロボットおよびロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットおよびロボットシステムに関する。

動作状態を表示するディスプレイを備えたロボットが知られている（特許文献１、参照）。

特開２００７−１９６２９８号公報

しかしながら、ロボット全体の動作状態を認識することはできるものの、ロボットの個々の可動部と、当該可動部の動作状態とを関連付けて認識することが困難であるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、可動部の状態を認識可能なロボットおよびロボットシステムの提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のロボットおよびロボットシステムは、可動部と、可動部に備えられた表示部と、可動部の制御状態に応じて表示部の表示状態を制御する表示制御部と、を備える。前記の構成においては、可動部に表示部が備えられるため、可動部と、当該可動部の状態とを容易に関連付けて認識することができる。

また、表示制御部は、可動部の位置制御の状態に応じて表示部の表示状態を制御してもよい。これにより、現在や将来における可動部の位置や姿勢を容易に認識できる。例えば、可動部の位置や姿勢の変化に備えて、作業者は可動部と干渉しないように行動することができる。

さらに、表示制御部は、可動部の力制御の状態に応じて表示部の表示状態を制御してもよい。これにより、現在や将来において可動部に作用している力の状態を認識できる。例えば、可動部とワークとの間に力やモーメントが作用しているか否かを認識でき、異常等が生じた場合に、ワークが可動部によって破損され得る状態か否かや、作業者がワークを扱う際の安全性等を認識できる。力制御が行われている状態においては、可動部の位置や姿勢が変化しない場合がある。この場合、静止した可動部を見て作業者は可動部に対して何ら制御が行われていないと誤認する可能性があるが、表示部の表示状態に基づいて力制御が行われていると容易に認識できる。

また、可動部は、アームの先端に装着されたエンドエフェクターであり、表示部は、複数の発光部を備えてもよい。この構成において、発光部は、アームの長さ方向の軸まわりにおいて回転対称となる位置に配置されてもよい。これにより、視認される方向が変化するエンドエフェクターにおいても、表示部の視認性を確保できる。更に、力制御による姿勢変化が点で認識される事で、連続に連なるリング状の表示と比べ、特にツール回転方向の倣い状態を容易に認識できる。

さらに、表示制御部は、可動部の制御状態に応じて表示部の明るさを変化させてもよい。これにより、表示部の明るさに基づいて可動部の制御状態を認識できる。また、表示制御部は、可動部の制御状態に応じて表示部の発光期間と非発光期間との少なくとも一方の長さを変化させてもよい。これにより、発光期間と非発光期間との少なくとも一方の長さに基づいて可動部の制御状態を認識できる。

（１Ａ）はロボットの斜視図、（１Ｂ）は制御部のブロック図、（１Ｃ）はロボットの機能ブロック図である。 （２Ａ）はエンドエフェクターの斜視図、（２Ｂ）は動作ごとの制御内容を示す表、（２Ｃ）は嵌合部材の動作説明図である。 （３Ａ）〜（３Ｅ）は嵌合部材の動作説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。なお、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
（１）ロボットの構成：
（２）制御部の構成：
（３）エンドエフェクターの構成：
（４）嵌合処理：
（４−１）点接触動作：
（４−２）線接触動作：
（４−３）面接触動作：
（４−４）嵌合動作：
（４−５）異常回復動作：
（５）他の実施形態：

（１）ロボットの構成：
図１Ａは本発明の一実施形態にかかるロボット１の斜視図である。図１Ａに示すように、ロボット１は、アーム１０とエンドエフェクター２０と制御部４０とを備える。アーム１０は、３個の曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３と３個のねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを有する６軸のアームである。曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向に直交する軸を中心に回転する関節である。ねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とは、アーム１０を構成する部材同士が、アーム１０の長さ方向の軸を中心に回転する関節である。アーム１０は、曲げ関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３とを動作させるための駆動部としてのモーター群（図１Ａにて不図示）を備えている。

エンドエフェクター２０は、アーム１０の先端に装着されている。６軸のアーム１０が駆動することによって、所定の可動範囲内においてエンドエフェクター２０を任意に位置において任意の姿勢（角度）とすることができる。エンドエフェクター２０には力覚センサーＰとリングライトＨが備えられている。力覚センサーＰは、エンドエフェクター２０に作用する３軸の力と、当該３軸まわりに作用するモーメントを計測するセンサーである。リングライトＨは、発光部Ｈ１としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を複数（１６個）備えており、本発明の表示部を構成する。

ロボット１は、ティーチングを行うことにより各種作業が可能となる汎用ロボットである。本実施形態において、嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させるためのティーチングが制御部４０に対して行われている。嵌合部材Ｗは、嵌合台１００の保持部Ｋに挿入されており、ロボット１が保持部Ｋに挿入された嵌合部材Ｗを把持する。そして、ロボット１は、嵌合部材Ｗを嵌合台１００の被嵌合部Ｑに嵌合させる。

（２）制御部の構成：
制御部４０は、ロボット１を制御するためのコンピューターである。本実施形態のように、制御部４０はロボット１内に備えられてもよい。また、ロボット１の外部において当該ロボット１と通信可能に備えられ制御部４０と、当該ロボット１とでロボットシステムが構成されてもよい。むろん、ロボット１内のコンピューターとロボット１の外部のコンピューターとが協働することにより制御部４０が実現されてもよい。

図１Ｂは、制御部４０のハードウェアブロック図である。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と記憶部４２と通信部４４とを備え、通信部４４を介してアーム１０と通信を行う。これらの構成要素は、バスＢｕｓと図示しない入出力機構を介して相互に通信可能に接続されている。ＣＰＵ４１は、記憶部４２に格納された各種プログラムを実行する。記憶部４２は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを含み、制御部４０が処理する各種情報や画像、プログラムを格納する。なお、記憶部４２は、制御部４０に内蔵されるものに代えて、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続された外付け型の記憶装置でもよい。通信部４４は、例えば、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポートやイーサネットポート等を含んで構成される。

図１Ｃはロボットの機能ブロック図である。制御部４０は、嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させるようにアーム１０を制御する。このため、制御部４０は、位置制御部Ｍ１と力制御部Ｍ２と出力部Ｍ３と表示制御部Ｍ４とを備える。これらの機能部のうち一部又は全部は、例えば、ＣＰＵ４１が、記憶部４２に記憶された各種プログラムを実行することで実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、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。

本実施形態において、制御部４０は、アーム１０の関節Ｂ１〜Ｂ３とねじり関節Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれに対応するモーターで構成されるモーター群１２に対して制御信号を出力する。位置制御部Ｍ１は、エンドエフェクター２０の目標の位置と目標の姿勢を設定し、当該目標の位置と姿勢とを実現するためのモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、位置制御部Ｍ１は、モーター群１２の現在の駆動状態を逐次取得し、目標の位置と姿勢とを実現できるようなモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、位置制御部Ｍ１は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御等のフィードバック制御によってモーター群１２の制御量を取得する。

力制御部Ｍ２は、位置制御部Ｍ１と同様に逐次モーター群１２に指令する制御量を取得するモジュールである。力制御部Ｍ２は、エンドエフェクター２０に作用する目標の力とモーメントを設定し、当該目標の力とモーメントがエンドエフェクター２０に作用する状態となるようにモーター群１２の制御量を取得する。具体的に、力制御部Ｍ２は、力覚センサーＰからエンドエフェクター２０に作用している現在の力とモーメントとを逐次取得し、現在の力とモーメントに基づいてモーター群１２の制御量を逐次取得する。例えば、力制御部Ｍ２は、外力に応じた機械的なインピーダンス（慣性、減衰係数、剛性等）を設定し、当該インピーダンスを擬似的に実現するようにモーター群１２の制御量を取得する。さらに、力制御部Ｍ２は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端が鉛直下方に向いている状態において力覚センサーＰをリセットし、エンドエフェクター２０の姿勢に応じた力覚センサーＰの計測結果の重力補償を行う。

出力部Ｍ３は、位置制御部Ｍ１から出力される制御量と、力制御部Ｍ２から出力される制御量とを総合（例えば線形結合）し、モーター群１２に出力する制御信号を生成する。なお、制御部４０は、位置制御部Ｍ１による位置制御と、力制御部Ｍ２による力制御とを、双方とも有効にすることもできるし、いずれか一方を無効にすることもできる。本実施形態において、制御信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。以上の構成より、エンドエフェクター２０が目標の位置において目標の姿勢となり、かつ、エンドエフェクター２０に目標の力とモーメントとが作用するようにアーム１０を駆動させることができる。さらに、出力部Ｍ３は、エンドエフェクター２０を制御するための制御信号を出力する。

表示制御部Ｍ４は、可動部としてのエンドエフェクター２０の制御状態に応じて、リングライトＨの表示状態を制御する。なお、エンドエフェクター２０の状態はアーム１０の状態にも依存する。従って、エンドエフェクター２０の制御状態とは、位置制御部Ｍ１と力制御部Ｍ２とがアーム１０およびエンドエフェクター２０に対して実行する位置制御と力制御の状態を意味する。表示制御部Ｍ４は、位置制御部Ｍ１と力制御部Ｍ２とから位置制御と力制御の状態を取得し、当該取得した状態に応じてリングライトＨの表示状態を制御する。具体的に、表示制御部Ｍ４は、リングライトＨを構成する個々の発光部Ｈ１に供給する駆動電流を生成する。

（３）エンドエフェクターの構成：
図２Ａは、エンドエフェクター２０の斜視図である。エンドエフェクター２０は、力覚センサーＰとリングライトＨとグリッパー２２とチャック２３，２３と弾性部材２４，２４とを備えている。エンドエフェクター２０は、アーム１０の長さ方向に延びる軸Ｔを中心軸とする円柱状の円柱部２０ａを有し、円柱部２０ａに力覚センサーＰとリングライトＨとが備えられている。１６個の発光部Ｈ１はアーム１０の長さ方向の軸Ｔまわりにおいて回転対称となる位置に配置されている。すなわち、１６個の発光部Ｈ１は、円柱部２０ａの側面に沿って環状に配置されており、隣接する発光部Ｈ１から軸Ｔに下ろした垂線同士（二点鎖線同士）が軸Ｔにて交差する角度がすべて３６０／１６＝２２．５度となっている。

グリッパー２２は、把持部としてのチャック２３，２３を接近および離間させるためのアクチュエーターを備えており、制御部４０の出力部Ｍ３からの制御信号によってアクチュエーターが制御される。チャック２３，２３の先端は、アームの先端方向を向いている。互いに接近する方向に対向するチャック２３，２３の面は互いに平行となっており、当該対向する面の先端部分のそれぞれに弾性部材２４，２４が貼り付けられている。

本実施形態において、弾性部材２４，２４は以下の構成とされる。弾性部材２４，２４は、硬さがショアＡ９０のウレタン樹脂で矩形板状に形成されており、チャック２３，２３の移動方向の厚みが２ｍｍで、当該移動方向に直交する方向における長さがそれぞれ２０ｍｍ，１０ｍｍとなるように形成されている。ただし、弾性部材２４，２４は、所定基準以上の弾性を有する部材であればよく、ウレタン以外の合成樹脂によって形成されてもよいし、異なる厚みや長さが採用されてもよい。

嵌合部材Ｗは、嵌合部分Ｗａと把持部分Ｗｂとで構成される。嵌合部分Ｗａは、被嵌合部Ｑとほぼ同一の形状を有する部分であり、被嵌合部Ｑに嵌合する部分である。厳密に、嵌合部分Ｗａは、被嵌合部Ｑよりも所定の公差分だけ小さい形状となっており、当該公差はアーム１０とエンドエフェクター２０とが制御可能な位置精度よりも小さくなっている。本実施形態において嵌合部分Ｗａは直方体である。把持部分Ｗｂは、嵌合部分Ｗａと同一の幅であるとともに、嵌合部分Ｗａよりも厚みが小さい直方体である。チャック２３，２３は、弾性部材２４，２４を介して把持部分Ｗｂを厚み方向に挟んで把持する。把持部分Ｗｂにおける弾性部材２４，２４の接触範囲Ｃは、把持部分Ｗｂの厚み方向の２面の中央部分となっている。そのため、チャック２３，２３が嵌合部材Ｗを把持した場合、弾性部材２４，２４のみが嵌合部材Ｗに接触し、弾性部材２４，２４以外の部材は嵌合部材Ｗに接触しない。

（４）嵌合処理：
図２Ｂは、嵌合処理における制御部４０の制御内容を示す表である。以下、図２Ｂの表にしたがって嵌合処理にて行う各動作を順に説明していく。図２Ｂにおいては、各動作のそれぞれにおいて、位置制御部Ｍ１が実行する位置制御の方向が示されている。図２Ｂにて○が付された欄に対応する方向の位置や姿勢については目標の位置や姿勢が設定され、当該位置や姿勢を実現するように位置制御部Ｍ１がモーター群１２に指令する制御量を取得する。さらに、図２Ｂにおいては、各動作のそれぞれにおいて、力制御部Ｍ２が実行する力制御の方向が示されている。図２Ｂにて○が付された欄に対応する方向の力やモーメントに応じてモーター群１２に指令する制御量を力制御部Ｍ２が取得する。○の下に付された数値は力制御における目標の力を意味する。○が付されているが、目標の力が付されていない欄は、力やモーメントの大きさが正常な範囲（例えば噛み合いを生じさせない範囲）となるようにモーター群１２を制御する対象であることを意味する。また、図２Ｂにおいては、各動作のそれぞれにおいて、表示制御部Ｍ４が実行するリングライトＨの表示制御の内容が示されている。

図２Ｃは、嵌合処理の説明において基準とする方向の説明図である。まず、図２Ａに図示した紙面上の方向を基準として、嵌合部材Ｗを上下（厚み方向）に貫く方向をＸ方向と定義し、嵌合部材Ｗを奥行き（幅方向）に貫く方向をＹ方向と定義し、嵌合部材Ｗを横方向（長さ方向）に貫く方向をＺ方向と定義する。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の軸まわりの姿勢（回転角）それぞれＡ_X，Ａ_Y，Ａ_Zと表記し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の力をそれぞれＦ_X，Ｆ_Y，Ｆ_Zと表記し、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の軸まわりのモーメントそれぞれＭ_X，Ｍ_Y，Ｍ_Zと表記する。なお、チャック２３，２３が嵌合部材Ｗを把持する位置と方向は既知であり、ロボット１は、嵌合部材Ｗを把持した状態でＸ，Ｙ，Ｚ方向を認識できる。ただし、ロボット１が認識するＸ，Ｙ，Ｚ方向には誤差が含まれ得る。

図２Ｃに示すように、被嵌合部Ｑにおける上側の面を被嵌合平面Ｑ１と定義し、被嵌合平面Ｑ１における嵌合方向Ｄと反対方向の端の直線を被嵌合直線Ｑ１ａと定義する。嵌合方向Ｄとは、嵌合部材Ｗが嵌合される方向であり、被嵌合平面Ｑ１と平行な方向である。また、嵌合部材ＷにおけるＸ方向（厚み方向）の上方の面を嵌合平面Ｗ１と定義し、嵌合平面Ｗ１における嵌合方向Ｄの直交方向（Ｙ方向（幅方向））の端の直線を嵌合直線Ｗ１ａと定義する。

まず、嵌合処理を実行するにあたり、制御部４０は、初期動作を行う（ステップＳ９０）。初期動作において、制御部４０は、力覚センサーＰをリセットしておく。このとき、制御部４０は、いずれの物体とも干渉することなくエンドエフェクター２０の先端が鉛直下方に向くことが可能な目標の位置と姿勢へとアーム１０を位置制御する。次に、制御部４０は力覚センサーＰの計測結果の重力補償を開始する。以上により、力覚センサーＰの計測結果に基づいて、力制御部Ｍ２が適切にアーム１０の力制御を行うことが可能となる。
初期動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、すべての発光体Ｈが常時非発光となるようにリングライトＨの表示制御を行う。

（４−１）点接触動作：
次に、制御部４０は点接触動作を行う（ステップＳ１００）。点接触動作とは、嵌合部材Ｗと被嵌合部Ｑとを点接触させるための動作である。点接触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の４Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ａは、線接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。本実施形態では、被嵌合部Ｑの角部ＪにＺ方向の面が接触して４Ｎの力が作用している状態で、嵌合部材ＷがＺ方向の目標の位置（嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑの奥方に移動させる目標の位置）に移動しようとする。ここで、Ｘ方向とＹ方向の位置および各方向の姿勢についての位置制御は行われないため、嵌合部材ＷがＺ方向の目標の位置に移動しようとＸ方向とＹ方向の位置および各方向の姿勢を変えることにより、嵌合平面Ｗ１の幅方向の端である嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させることができる。点接触動作におけるＺ方向の目標の位置は、嵌合直線Ｗ１ａと被嵌合直線Ｑ１ａとが点接触するように予めティーチングされている位置である。

図３Ｂは、点接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示すＡ−Ａ線（図３Ａ）の矢視断面図である。同図に示すように、嵌合部材Ｗの嵌合直線Ｗ１ａが、被嵌合部Ｑの被嵌合直線Ｑ１ａに対して一点で点接触している。なお、本実施形態では、Ｚ方向に嵌合部材Ｗを移動させることにより嵌合直線Ｗ１ａと被嵌合直線Ｑ１ａとを点接触させたが、Ｘ方向に嵌合部材Ｗを移動させることにより嵌合直線Ｗ１ａと被嵌合直線Ｑ１ａとを点接触させてもよい。
点接触動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、すべての発光体Ｈが常時発光となるようにリングライトＨの表示制御を行う。

（４−２）線接触動作：
次に、制御部４０は線接触動作を行う（ステップＳ１１０）。線接触動作とは、被嵌合直線Ｑ１ａに対して、嵌合平面Ｗ１における嵌合方向Ｄの直交方向の端を構成する嵌合直線Ｗ１ａが点接触した状態を維持しながら、嵌合平面Ｗ１を被嵌合直線Ｑ１ａに線接触させるための動作である。線接触動作において、制御部４０は、Ｘ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の４Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ａ，３Ｂに示すように、被嵌合部Ｑの角部ＪにＺ方向の面が接触して４Ｎの力が作用している状態を維持したまま、嵌合部材ＷがＸ方向の目標の位置（嵌合部材Ｗを被嵌合平面Ｑ１に近づける目標の位置）に移動しようとする。ここで、Ｙ方向とＺ方向の位置および各方向の姿勢についての位置制御は行われないため、嵌合部材ＷがＸ方向の目標の位置に移動しようとＹ方向とＺ方向の位置および各方向の姿勢を変えることにより、嵌合平面Ｗ１を被嵌合直線Ｑ１ａに線接触させることができる。線接触動作におけるＸ方向の目標の位置は、嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとが線接触するように予めティーチングされている位置である。

図３Ｃは、線接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。図３Ｄは、線接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示すＡ−Ａ線（図３Ｃ）の矢視断面図である。同図に示すように、嵌合部材Ｗの嵌合平面Ｗ１が、被嵌合部Ｑの被嵌合直線Ｑ１ａに対して線接触している。

このように、嵌合直線Ｗ１ａが被嵌合直線Ｑ１ａ上の点と点接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合直線Ｗ１ａを含む嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａと線接触するため、嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａ以外の稜線に誤って線接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとを線接触させることができる。
線接触動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、すべての発光体Ｈが常時発光となるようにリングライトＨの表示制御を行う。

（４−３）面接触動作：
次に、制御部４０は面接触動作を行う（ステップＳ１２０）。面接触動作とは、被嵌合平面Ｑ１における嵌合方向Ｄと反対方向の端を構成する被嵌合直線Ｑ１ａに対して、嵌合平面Ｗ１が線接触した状態を維持しながら、嵌合平面Ｗ１を被嵌合平面Ｑ１に面接触させるための動作である。面接触動作において、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりの姿勢Ａ_Yが目標の姿勢Ａ_Yとなるように嵌合部材Ｗを回転させる位置制御を行う。また、点接触動作において、制御部４０は、Ｘ方向とＺ方向それぞれにおける力Ｆ_X，Ｆ_Zが目標の３Ｎとなるように力制御を行う。

図３Ｃ，３Ｄに示すように、嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとが線接触してＸ方向とＺ方向それぞれに３Ｎの力（一点鎖線矢印の方向の合力）が作用している状態を維持したまま、嵌合部材ＷがＹ方向の軸まわりの目標の姿勢Ａ_Y（嵌合平面Ｗ１が被嵌合平面Ｑ１に平行となる目標の姿勢）に回転しようとする。これにより、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させて、嵌合平面Ｗ１を被嵌合平面Ｑ１に面接触させることができる。
図３Ｅは、面接触動作後の嵌合部材Ｗの様子を示す動作説明図である。面接触動作におけるＹ方向の軸まわりの目標の姿勢Ａ_Yは、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１とが面接触するように予めティーチングされている位置である。

このように、被嵌合直線Ｑ１ａと嵌合平面Ｗ１とが線接触した状態を維持しながら、そのまま嵌合平面Ｗ１が被嵌合直線Ｑ１ａを含む被嵌合平面Ｑ１と面接触するため、嵌合平面Ｗ１が被嵌合平面Ｑ１以外の面に誤って面接触することを防止できる。すなわち、確実に嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１とを面接触させることができる。

面接触動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、すべての発光体Ｈが同時に発光する期間である発光期間と、すべての発光体Ｈが同時に非発光となる期間である非発光期間とを設定する。面接触動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、発光期間と非発光期間とが交互となるようにリングライトＨの表示制御を行う。また、面接触動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、発光期間の長さを０．２秒に設定し、非発光期間の長さを０．２秒に設定する。

（４−４）嵌合動作：
次に、制御部４０は嵌合動作を行う（ステップＳ１３０）。嵌合動作とは、被嵌合部Ｑが備える嵌合方向Ｄに平行な平面である被嵌合平面Ｑ１に対して、嵌合平面Ｗ１が面接触した状態を維持しながら、嵌合部材Ｗを移動させることにより被嵌合部Ｑに嵌合させるための動作である。嵌合動作において、制御部４０は、Ｚ方向における目標の位置へと嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。また、嵌合触動作において、制御部４０は、Ｚ方向における力Ｆ_Zが目標の１０Ｎとなるように力制御を行うとともに、Ｚ方向の力制御におけるインピーダンスを他の動作を行う場合よりも変位が生じにくくなるように設定する。これにより、嵌合部材ＷのＺ方向の面が被嵌合部Ｑの嵌合方向Ｄの面に突き当たるまで、強く確実に嵌合部材Ｗを押し込むことができる。なお、制御部４０は、Ｘ方向についても所定の大きさの力Ｆ_Xで力制御することにより、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態を維持できる。

嵌合動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、発光期間と非発光期間とが交互となるようにリングライトＨの表示制御を行う。具体的に、嵌合動作を行う期間において、表示制御部Ｍ４は、発光期間の長さを１秒に設定し、非発光期間の長さを１秒に設定する。

以上説明した構成において、可動部としてのエンドエフェクター２０にリングライトＨが備えられるため、エンドエフェクター２０と、当該エンドエフェクター２０の状態とを容易に関連付けて認識することができる。

さらに、表示制御部Ｍ４は、アーム１０とエンドエフェクター２０の力制御の状態に応じてリングライトＨの表示状態を制御している。これにより、現在においてエンドエフェクター２０に作用している力の状態を認識できる。具体的に、点接触動作と線接触動作と面接触動作と嵌合動作を行う期間においてリングライトＨが発光することにより、エンドエフェクター２０と嵌合部材Ｗとの間に目標の力が作用していることを認識できる。

また、表示制御部Ｍ４は、エンドエフェクター２０の位置制御の状態に応じてリングライトＨの表示状態を制御する。これにより、現在や将来におけるエンドエフェクター２０の位置や姿勢を容易に認識できる。具体的に、面接触動作を行う期間において発光期間と非発光期間とが０．２秒となるようにリングライトの表示制御を行うことにより、嵌合部材Ｗの姿勢がＹ方向の軸まわりに回転することを認識できる。

また、発光部Ｈ１は、アーム１０の長さ方向の軸Ｔまわりにおいて回転対称となる位置に配置されている。これにより、視認される方向が変化するエンドエフェクター２０においても、リングライトＨの視認性を確保できる。

また、以上説明した構成において、湾曲面を有さない嵌合部材Ｗを被嵌合部Ｑに嵌合させることができる。また、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態では、嵌合平面Ｗ１の直交方向において被嵌合部Ｑに対して嵌合部材Ｗを位置決めできる。さらに、被嵌合平面Ｑ１と嵌合平面Ｗ１とが面接触した状態、すなわち被嵌合平面Ｑ１に対して嵌合平面Ｗ１が摺動する状態で嵌合部材Ｗを移動させることにより、確実に嵌合部材Ｗを嵌合方向Ｄに移動させることができる。

また、嵌合部材Ｗと把持部としてのチャック２３，２３との接触部位において嵌合部材Ｗとチャック２３，２３との間に挟み込まる弾性部材２４，２４が備えられている。これにより、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに接触した状態において、嵌合部材Ｗの姿勢を変化させる力やモーメントが作用したとしても、弾性部材２４，２４が弾性変形することにより、当該力やモーメントを吸収することができる。すなわち、嵌合部材Ｗの姿勢の変化を抑制するために、嵌合部材Ｗに作用する力やモーメントに応じたロボットの力制御を軽減できる。

（４−５）異常回復動作：
制御部４０は、力覚センサーＰの測定結果に基づいて異常を検出した場合、異常回復動作を行う。例えば、嵌合動作において、Ｚ方向の目標の位置に嵌合部材Ｗを移動させようとした際に、所定の閾値以上の力やモーメントが力覚センサーＰにて計測された場合に、制御部４０は、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに噛み合っているとして、異常を検出してもよい。

本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、嵌合平面Ｗ１の直交方向に嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ１で示すように、制御部４０は、Ｘ方向において嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ１で示すように、Ｘ方向において嵌合部材Ｗを移動させる加速度を生じさせる力を嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。これにより、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１との面接触や嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとの線接触を解消するように嵌合部材Ｗの位置制御や力制御を行うことができる。従って、嵌合平面Ｗ１と被嵌合平面Ｑ１との面接触や嵌合平面Ｗ１と被嵌合直線Ｑ１ａとの線接触をさせるように嵌合部材Ｗの位置制御や力制御を行った際に生じた異常を解消できる。

また、本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ２で示すように、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりにおける嵌合部材Ｗの姿勢Ａ_Yを変化（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ２で示すように、制御部４０は、Ｙ方向の軸まわりにおける嵌合部材Ｗの姿勢Ａ_Yを変化させる角加速度を生じさせるモーメントを嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。上述したように、面接触動作において、被嵌合直線Ｑ１ａまわりに嵌合部材Ｗを回転させることにより、被嵌合直線Ｑ１ａを含む被嵌合平面Ｑ１に嵌合平面Ｗ１を面接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように面接触動作において生じた異常を、面接触動作と同様の位置制御または力制御によって解消できる。

また、本実施形態において、制御部４０は、異常回復動作として、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、嵌合平面Ｗ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動させる位置制御を行う。すなわち、図３Ｃにて矢印Ｖ３で示すように、制御部４０は、Ｚ方向に嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行う。なお、制御部４０は、図３Ｃにて矢印Ｖ３で示すように、Ｚ方向において嵌合部材Ｗを移動させる加速度を生じさせる力を嵌合部材Ｗに作用させる力制御を行ってもよい。さらに、図３Ｃにて矢印Ｖ４で示すように、制御部４０は、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、被嵌合平面Ｑ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動（振動も含む）させる位置制御を行ってもよいし、当該方向に力を作用させる力制御を行ってもよい。ここで、嵌合部材Ｗが被嵌合部Ｑに接触していない状態において、被嵌合直線Ｑ１ａと直交し、かつ、嵌合平面Ｗ１または被嵌合平面Ｑ１と平行な方向に嵌合部材Ｗを移動させることにより、嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させることができるが、この課程において異常が生じ得る。このように嵌合直線Ｗ１ａを被嵌合直線Ｑ１ａに点接触させるにおいて生じた異常を、当該過程と平行な方向の位置制御または力制御によって解消できる。

（５）他の実施形態：
前記実施形態においては、エンドエフェクター２０の制御状態に応じてリングライトＨの発光の有無と発光期間と非発光期間の長さとを変化させたが、リングライトＨの表示状態として他の表示状態を変化させてもよい。例えば、表示制御部Ｍ４は、エンドエフェクター２０の制御状態に応じてリングライトＨの発光部Ｈ１の明るさを変化させてもよい。具体的に、表示制御部Ｍ４は、位置制御における位置変化量や角度変化量が大きいほど発光部Ｈ１の明るさが大きくなるように制御してもよいし、力制御における目標の力やモーメントが大きいほど発光部Ｈ１の明るさが大きくなるように制御してもよい。これにより、発光部Ｈ１の明るさに基づいてエンドエフェクター２０の制御状態を認識できる。

さらに、表示制御部Ｍ４は、エンドエフェクター２０の制御状態に応じてリングライトＨの発光部Ｈ１の発光色を変化させてもよい。これにより、発光部Ｈ１の発光色に基づいてエンドエフェクター２０の制御状態を認識できる。さらに、表示制御部Ｍ４は、エンドエフェクター２０の制御状態に応じてリングライトＨの発光部Ｈ１の発光個数を変化させてもよい。これにより、発光部Ｈ１の発光個数に基づいてエンドエフェクター２０の制御状態を認識できる。

さらに、表示制御部Ｍ４は、現在行っている位置制御ではなく、所定期間経過後に行う予定の位置制御に応じてリングライトＨの表示状態を変化させてもよい。同様に、表示制御部Ｍ４は、現在行っている力制御ではなく、所定期間経過後に行う予定の力制御に応じてリングライトＨの表示状態を変化させてもよい。また、表示制御部Ｍ４は、位置制御における移動距離や回転角度の大きさに応じて発光期間や非発光期間の長さを変化させてもよいし、位置制御における目標の力やモーメントの大きさに応じて発光期間や非発光期間の長さを変化させてもよい。さらに、表示制御部Ｍ４は、異常回復動作を行っているか否かに応じてリングライトＨの表示状態を変化させてもよい。

ここで、可動部はロボット１によって移動可能な部材であればよく、アーム１０の先端以外の箇所が可動部であってもよく、当該アーム１０の先端以外の箇所にリングライトＨが備えられてもよい。また、リングライトＨの発光体Ｈ１は必ずしもＬＥＤでなくてもよく、発光可能な素子（電球、ＥＬ（Electroluminescence）素子等）であればよい。また、表示部は必ずしも発光体Ｈ１が環状に配置されたリングライトＨでなくてもよく、発光体Ｈ１を少なくとも１個備えていればよい。また、表示部において、発光体Ｈ１が直線状に配置されてもよい。むろん、表示制御部Ｍ４は、ロボット１が嵌合作業以外の作業を行う場合にリングライトＨの表示制御を行ってもよい。

１…ロボット、１０…アーム、１２…モーター群、２０…制御部、２０…エンドエフェクター、２２…グリッパー、２３…チャック、２４…弾性部材、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…記憶部、４４…通信部、１００…嵌合台、Ｂ１〜Ｂ３…曲げ関節、Ｒ１〜Ｒ３…ねじり関節、Ｃ…接触範囲、Ｄ…嵌合方向、Ｈ…リングライト、Ｈ１…発光体、Ｋ…保持部、Ｍ１…位置制御部、Ｍ２…力制御部、Ｍ３…出力部、Ｐ…力覚センサー、Ｑ…被嵌合部、Ｑ１…被嵌合平面、Ｑ１ａ…被嵌合直線、Ｗ…嵌合部材、Ｗ１…嵌合平面、Ｗ１ａ…嵌合直線。

Claims (5)

1. 可動部と、
   前記可動部の動作を制御する制御部と、
   前記可動部に備えられた表示部と、
   前記可動部の制御状態に応じて前記表示部の表示状態を制御する表示制御部と、を備え、
   前記表示制御部は、前記制御部によって力制御される前記可動部が、嵌合部材を被嵌合部材に接触させる接触動作を行う場合と、前記制御部によって力制御される前記可動部が、前記嵌合部材を前記被嵌合部材に嵌合させる嵌合動作を行う場合と、で、前記表示部の表示状態を変更する、
   ロボット。
2. 前記可動部は、アームの先端に装着されたエンドエフェクターであり、
   前記表示部は、複数の発光部を備え、
   前記発光部は、前記アームの長さ方向の軸まわりにおいて回転対称となる位置に配置される、
   請求項１に記載のロボット。
3. 前記表示制御部は、前記可動部の制御状態に応じて前記表示部の明るさを変化させる、
   請求項１または請求項２に記載のロボット。
4. 前記表示制御部は、前記可動部の制御状態に応じて前記表示部の発光期間と非発光期間との少なくとも一方の長さを変化させる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロボット。
5. 可動部と、
   前記可動部の動作を制御する制御部と、
   前記可動部に備えられた表示部と、
   前記可動部の制御状態に応じて前記表示部の表示状態を制御する表示制御部と、を備え、
   前記表示制御部は、前記制御部によって力制御される前記可動部が、嵌合部材を被嵌合部材に接触させる接触動作を行う場合と、前記制御部によって力制御される前記可動部が、前記嵌合部材を前記被嵌合部材に嵌合させる嵌合動作を行う場合と、で、前記表示部の表示状態を変更する、
   ロボットシステム。

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