JP6678034B2 - 動作制御システム及び動作制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械要素によって可動範囲が制限される可動部材の動作を制御するシステム及び方法に関する。

従来、産業用ロボットにおいて、各関節部におけるアーム（可動部材）の作動範囲を、その作動範囲の終端に配設したメカニカルストッパ（機械要素）により制限する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１では、ロボット関節部に配設されたメカニカルストッパの設置位置を可変としながら、アームの作動範囲内の所定位置からメカニカルストッパの設置位置までのアームの回動角度を計測し、当該角度計測手段による計測値に基づき、ソフトウェアリミットの位置データを算定し、アームの回転角度の測定値が当該位置データを超えるとモータを停止させる制御装置が提案されている。

特開昭６３−７７６９２号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、ソフトウェアリミットによりアームのメカニカルストッパがロボット関節部に配設されたメカニカルストッパに当接しないようにアームの回転が停止されるので、アームの作動範囲は、おのずと、メカニカルストッパで規定されるハードウェアの制限よりも狭くなってしまう。

他方、ソフトウェアリミットによる制限を行わないと、アームのメカニカルストッパとロボット関節部のメカニカルストッパとの接触により、いずれかのメカニカルストッパが変形するのはもとより、アクチュエータが破壊されるおそれがある。

このような問題に鑑み、本発明は、機械要素の変形を防止又は緩和しながら、可動部材の可動範囲を最大限に活用できる可動部材の動作の制御システム又は動作制御方法を提供することを目的とする。

本発明の動作制御システムは、
第１機械要素を備える可動部材と、
当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第１機械要素と当接可能な位置に固定された第２機械要素と、
前記第１機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識部と、
前記動作状態認識部により認識された前記第１機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される２次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ制御部とを備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記第１機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第１機械要素又は前記第２機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第１機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする。

アクチュエータの動作の停止後、慣性により可動部材が運動を続ける一方、アクチュエータから可動部材に対して働く一定の抵抗力により可動部材が減速していく。これらのことから、アクチュエータの動作の停止時点における第１機械要素の位置と速度とから第１機械要素と第２機械要素とが接触したときに第１機械要素（又は第２機械要素）に対して発生する力を予測できる。

この点に着目して構成された当該構成の動作制御システムによれば、第１機械要素の位置及び速度が所定の許容範囲から逸脱した場合に、アクチュエータの動作を停止させる停止指示を出力する。これにより、アクチュエータの動作が停止され、可動部材が減速していくので、第１機械要素と第２機械要素との接触が防止されるか、または第１機械要素と第２機械要素とが接触したとしても、第１機械要素と第２機械要素との接触時に第１機械要素（又は第２機械要素）に対して発生する力が過剰に大きくなることが防止される。これにより、第１機械要素及び第２機械要素の変形が防止又は緩和されながら、可動部材の可動範囲が最大限に活用されうる。また、第１機械要素又は第２機械要素に関しての許容力が勘案された上で許容範囲に含まれるか否かが判定される。これにより、第１機械要素及び第２機械要素の変形を防ぐ観点から適切な範囲が、許容範囲として設定されうる。

本発明の動作制御システムにおいて、
前記第１機械要素と、前記第２機械要素とが接触する第１機械要素の位置である接触位置をゼロとし、前記第１機械要素と前記第２機械要素とが離間した第１機械要素の位置を正とし、前記第１機械要素が前記第２機械要素に向かって移動するときの速度を負の速度とした場合に、位置がゼロまたは正の所定値以上である一定範囲の定義域において値域が負でありかつ一次微分が負となる関数が前記許容範囲の境界の少なくとも一部を形成し、
前記定義域において前記関数の値と同一または当該関数の値よりも小さい速度が前記許容範囲外となることが好ましい。

当該構成の動作制御システムにおいて、位置がゼロまたは正の所定値以上である一定範囲の定義域において値域が負でありかつ一次微分が負となる関数は、第１機械要素の位置の値が小さくなればなるほど（前記第１機械要素と前記第２機械要素との距離が小さくなればなるほど）、第１機械要素の速度の絶対値が小さくなる（前記第１機械要素が前記第２機械要素に向かって移動するときの速度の絶対値が小さくなる）関数であることを意味する。

そして、前記定義域において前記関数の値よりも小さい速度とは、前記第１機械要素が前記第２機械要素に向かって移動するときの速度の絶対値が負でありかつ前記定義域において前記関数の値の絶対値よりも大きいことを意味する。

本発明の動作制御システムによれば、アクチュエータ制御部は、第１機械要素の速度が、当該第１機械要素の位置に対応する前記関数の値と同一または当該関数の値よりも小さい（第１機械要素が前記第２機械要素に向かって移動するときの速度の絶対値が第１機械要素の位置に対応する関数の値の絶対値と同一または前記関数の値の絶対値によりも大きい）場合に、許容範囲外となり、アクチュエータの動作を停止させる指示を出力する。これにより、アクチュエータの動作が停止し、可動部材は減速を開始する。

ここで、第１機械要素の位置が第２機械要素との接触位置に近ければ近いほど、この関数の値の絶対値が小さくなる。このため、アクチュエータ制御部がアクチュエータの動作を停止するタイミングにおける第１機械要素の速度の絶対値は、第１機械要素の位置が接触位置に近ければ近いほど小さくなると期待される。この結果、第１機械要素と第２機械要素とが接触したときに第１機械要素（又は第２機械要素）に対して発生する力が過剰に大きくなることが防止される。

当該構成の動作制御システムにおいて、
前記アクチュエータは、前記可動部材を所定の軸回りに回転させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔｔ、前記許容力を示す成分としての前記第１機械要素が許容できるトルク及び前記第２機械要素が許容できるトルクのうち小さいトルクをτ_ｌｉｍ、前記位置としての前記所定の軸回りに前記第１機械要素の前記第２機械要素側の面と前記第２機械要素の前記第１機械要素側の面とがなす角をθ_ｄｉｆｆ、前記速度としての前記第２機械要素からみた前記第１機械要素の相対的な角速度をｄθ_ｄｉｆｆ、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルクをτ_{ｂｒａｋｅ}、前記慣性を示す成分としての前記第１機械要素のイナーシャをＩとしたときに、前記所定の条件式としての下記式（１）が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することが好ましい。

当該構成の動作制御システムによれば、角度θ_ｄｉｆｆ、角速度ｄθ_ｄｉｆｆが、上記条件（１）で表される許容範囲から逸脱した場合にアクチュエータ制御部がアクチュエータの動作を停止させる指示を出力することにより、第１機械要素と第２機械要素との接触時に生じるトルクが第１機械要素及び第２機械要素のいずれもが許容できるトルク（許容トルク）τ_ｌｉｍ以下に抑えることが可能となる。

これにより、第１機械要素（又は第２機械要素）に対して与えられるトルクが許容範囲内となるので、第１機械要素又は第２機械要素の変形が防止又は緩和されながら、可動部材の可動範囲が最大限に活用されうる。

当該構成の動作制御システムにおいて、
τ_ｌｉｍは、前記第１機械要素のせん断荷重及び前記第２機械要素のせん断荷重のいずれよりも小さい値であることが好ましい。

当該構成の動作制御システムによれば、第１機械要素と第２機械要素との接触時に第１機械要素及び第２機械要素に対して発生するトルクτ_ｌｉｍが第１機械要素のせん断荷重及び第２機械要素のせん断荷重のいずれよりも小さくなるので、当該トルクτ_ｌｉｍによる第１機械要素又は第２機械要素の破壊が防止される。

本発明の動作制御システムにおいて、
前記アクチュエータは、前記可動部材を並進運動させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔｔ、前記許容力を示す成分としての前記第１機械要素が許容できる力及び前記第２機械要素が許容できる力のうち小さい力をＦ_ｌｉｍ、前記位置としての前記第１機械要素の前記第２機械要素側の面と前記第２機械要素の前記第１機械要素側の面との距離をＤ_ｄｉｆｆ、前記速度としての前記第２機械要素からみた前記第１機械要素の相対的な速度をＶ_ｄｉｆｆ、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力をＦ_{ｂｒａｋｅ}、前記第１機械要素の質量をｍとしたときに、前記所定の条件式としての下記式（２）が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することが好ましい。

当該構成の動作制御システムによれば、距離Ｄ_ｄｉｆｆ、角速度Ｖ_ｄｉｆｆが、上記条件（２）で表される許容範囲から逸脱した場合にアクチュエータ制御部がアクチュエータの動作を停止させる指示を出力することにより、第１機械要素と第２機械要素との接触時に生じる力が第１機械要素及び第２機械要素のいずれもが許容できる力（許容力）Ｆ_ｌｉｍ以下に抑えることが可能となる。

これにより、第１機械要素（又は第２機械要素）に対して与えられる力が許容範囲内となるので、第１機械要素又は第２機械要素の変形が防止又は緩和されながら、可動部材の可動範囲が最大限に活用されうる。

本実施形態の動作制御システムの全体構成を示す図。 アームとメカニカルストッパとの配置関係を説明する図で、図２Ａは、アーム側メカニカルストッパのいずれもがロボット側メカニカルストッパと当接していない場合の図、図２Ｂは、第１アーム側メカニカルストッパがロボット側メカニカルストッパと当接した場合の図、図２Ｃは、第２アーム側メカニカルストッパがロボット側メカニカルストッパと当接した場合の図。 駆動制御処理のフローチャート。 横軸が角度、縦軸が角速度のグラフで、許容範囲を示す図。 図５Ａは、第１アーム側メカニカルストッパがロボット側メカニカルストッパに向けて移動している場合のアームを示す図、図５Ｂは、第１アーム側メカニカルストッパとロボット側メカニカルストッパとが当接した場合に発生する力を説明する図。

図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態を説明する。

動作制御システム１は、例えば、ロボット（不図示）に搭載され、このロボットに備えられたアクチュエータ２５に対する指示を出力することにより、可動部材として当該ロボットのアーム２６（図２参照）を移動させるシステムである。動作制御システム１は、ロボットに実際に搭載される必要はなく、例えば、無線通信又は有線を介してアクチュエータ２５に指示を出力してもよい。

また、ロボット以外にも、産業機械等の、アーム等の可動部材をアクチュエータにより移動させる機械であって、当該可動部材の可動範囲が、メカニカルストッパ等の機械要素によって制限される機械であれば、本発明の動作制御システム１を適用できる。

図１に示されるように、動作制御システム１は、制御部１１と、記憶部１２と、角度センサ２１と、ドライバ２４と、アクチュエータ２５とを備える。

制御部１１は、中央演算装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ））、フィジックスプロセッシングユニット （Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ（ＰＰＵ））等のプロセッサにより構成されている。

制御部１１は、所定のプログラムを記憶部１２から読み込んで実行することにより、動作状態認識部１１１と、アクチュエータ制御部１１２として機能する。

動作状態認識部１１１は、角度センサ２１から入力された信号に基づき、時系列的な角度を認識し、当該時系列的な角度から、最新の角度及び角速度を認識（算出）する。これに代えて、例えば、ロボットに備えられた角度センサ及び角速度センサから入力された信号に基づき、アーム２６の角度及び角速度を認識してもよい。

アクチュエータ制御部１１２は、ロボットに備えられたドライバ２４を介して、アクチュエータ２５を駆動させ又は停止させる指示をアクチュエータ２５に出力する。

アクチュエータ２５を駆動させる指示は、例えば、アクチュエータ２５がサーボモータである場合、アクチュエータに供給する電力量を示す指示でもよいし、トルク指令値を示す指示でもよい。また、アクチュエータ２５を停止させる指示は、例えば、アクチュエータ２５がサーボモータである場合、アクチュエータへの電力の供給を停止する指示でもよいし、トルク指令値を０とする指示でもよい。

記憶部１２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ又はＨＤＤ等の記憶装置により構成され、種々の情報を記録するように構成されている。記憶部１２は、制御部１１による演算処理で使用されるデータを記憶及び読出可能に構成されている。

角度センサ２１は、アーム２６の回転角度を示す信号を制御部１１に出力するように構成されている。

ドライバ２４は、アクチュエータ制御部１１２の指示に対応した電力をアクチュエータ２５に供給するように構成されている。

アクチュエータ２５は、サーボモータ、ソレノイド、動力シリンダー、リニアアクチュエータ、ラバー・アクチュエータ等によって構成されている。アクチュエータ２５は、図２Ａ〜図２Ｃに示される軸ＡＸを中心として、アーム２６を可変な角速度で回転させるように構成されている。

次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、アクチュエータ２５によって駆動される可動部材としてのアーム２６の構成を説明する。

アーム２６は、第１アーム側メカニカルストッパ２６１と、第２アーム側メカニカルストッパ２６２とを備える。第１アーム側メカニカルストッパ２６１及び第２アーム側メカニカルストッパ２６２が、本発明の「第１機械要素」に相当する。

アーム２６は、ロボットに、回転可能に取り付けられている。ロボットには、第１アーム側メカニカルストッパ２６１及び第２アーム側メカニカルストッパ２６２に当接可能な位置にロボット側メカニカルストッパ２７が固定されている。

アクチュエータ２５は、図２Ｂに示される第１アーム側メカニカルストッパ２６１がロボット側メカニカルストッパ２７に当接する第１接触角度θ_ｌｉｍ１（図４参照）から、図２Ｃに示される第２アーム側メカニカルストッパ２６２がロボット側メカニカルストッパ２７に当接する第２接触角度θ_ｌｉｍ２（θ_ｌｉｍ２＞θ_ｌｉｍ１、図４参照）までアーム２６を可変な角速度で軸ＡＸ回りに回転させるように構成されている。第１接触角度θ_ｌｉｍ１及び第２接触角度θ_ｌｉｍ２が本発明の「接触位置」に相当する。

（駆動制御処理）
次に、図３〜図５Ｂを参照して、制御部１１によって実行される駆動制御処理を説明する。

動作状態認識部１１１は、角度センサ２１から入力された信号に基づいて、アーム２６の角度及び角速度を認識する（図３／ＳＴＥＰ１１０）。当該アーム２６の角度及び角速度は、第１アーム側メカニカルストッパ２６１（又は第２アーム側メカニカルストッパ２６２）の角度、及び角速度と同一視できる。アーム２６の角度は、本発明の「第１機械要素の位置」に相当し、アーム２６の角速度は、本発明の「第１機械要素の速度」に相当する。

アクチュエータ制御部１１２は、アーム２６の角度及び角速度が許容範囲を逸脱したか否かを判定する（図３／ＳＴＥＰ１２０）。

ここで、許容範囲は、下記式（３）（４）で示される範囲である。

ただし、
Δｔ‥衝突時間、
τ_ｌｉｍ‥第１アーム側メカニカルストッパ２６１のせん断荷重及び第２アーム側メカニカルストッパ２６２のせん断荷重並びにロボット側メカニカルストッパ２７のせん断荷重のいずれよりも小さい力、
τ_{ｂｒａｋｅ}‥前記アクチュエータ停止時に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルク、
Ｉ‥イナーシャ、
θ‥アーム２６の角度（図５Ａ参照）、
ｄθ‥アーム２６の角速度（図５Ａ参照）、
θ_ｌｉｍ１‥第１接触角度、
θ_ｌｉｍ２‥第２接触角度。

ここで、衝突時間Δｔは、実験において、高速カメラにより撮像されたデータを解析することにより求められる。

また、抵抗トルクτ_{ｂｒａｋｅ}は、アクチュエータの性能から求められる。

なお、この場合の許容範囲の境界の一部は、次の関数で表される。

また、θ−θｌｉｍ１及びｄθを変数とみた式（５）で示される関数が本発明の「関数」の一例に相当する。また、−（θ−θｌｉｍ２）及び−ｄθを変数とみた式（６）で示される関数が本発明の関数の一例に相当する。

より具体的には、アクチュエータ制御部１１２は、アーム２６の角度及び角速度が式（３）又は式（４）を満たす場合、アーム２６の角度及び角速度が許容範囲を逸脱していないと判定し、アーム２６の角度及び角速度が式（３）又は式（４）を満たさない場合、アーム２６の角度及び角速度が許容範囲を逸脱したと判定する。

例えば、アーム２６の角加速度がゼロ、すなわちアーム２６の第１アーム側メカニカルストッパ２６１（又は第２アーム側メカニカルストッパ２６２）が、ロボット側メカニカルストッパ２７に向けて等速度で駆動されている場合を想定する。

ここで、第１アーム側メカニカルストッパ２６１が、ロボット側メカニカルストッパ２７に向けて移動してる場合、アームの角速度ｄθは、負となる。

この場合、例えば、アーム２６の角度及び角速度は、図４に矢印Ｖ１で示すような軌跡をとる。ある時点でアーム２６の角度及び角速度が式（３）を満たす場合であっても、時間の経過とともに、アーム２６の角度及び角速度は、図４に一点鎖線で示す許容範囲の境界に到達し、式（３）を満たさなくなる。

また、第２アーム側メカニカルストッパ２６２が、ロボット側メカニカルストッパ２７に向けて移動してる場合には、アームの角速度ｄθは、正となる。

この場合、例えば、アーム２６の角度及び角速度は、図４に矢印Ｖ２で示すような軌跡をとる。ある時点でアーム２６の角度及び角速度が式（４）を満たす場合であっても、時間の経過とともに、アーム２６の角度及び角速度は、図４に一点鎖線で示す許容範囲の境界に到達し、式（４）を満たさなくなる。

アクチュエータ制御部１１２は、上記のように、アーム２６の角度及び角速度が式（３）又は式（４）を満たさなくなった場合に、アーム２６の角度及び角速度が許容範囲を逸脱したと判定する。

図３／ＳＴＥＰ１２０の判定結果が否定的である場合（図３／ＳＴＥＰ１２０‥ＮＯ）、制御部１１は、図３／ＳＴＥＰ１１０以下の処理を再度実行する。

図３／ＳＴＥＰ１２０の判定結果が肯定的である場合（図３／ＳＴＥＰ１２０‥ＹＥＳ）、アクチュエータ制御部１１２は、ドライバ２４にアクチュエータ２５の動作停止指示を出力する（図３／ＳＴＥＰ１３０）。

（駆動制御処理の作用効果）
本実施形態によれば、アーム２６の角度及び角速度が許容範囲から逸脱した場合に、アクチュエータ２５の動作停止指示が出力され、アクチュエータ２５の動作が停止する。これにより、アーム２６はアクチュエータ２５による抵抗力を受けて減速する。

アーム側メカニカルストッパ（第１アーム側メカニカルストッパ２６１又は第２アーム側メカニカルストッパ２６２）がロボット側メカニカルストッパ２７に接触したときに、アーム側メカニカルストッパに発生する力は、図５Ｂに示すように、τ_ｌｉｍ程度となる。この力はアーム側メカニカルストッパのせん断荷重及びロボット側メカニカルストッパ２７のせん断荷重のいずれもより小さい力であるので、アーム側メカニカルストッパ及びロボット側メカニカルストッパ２７の破壊が防止される。一方で、アーム２６はアーム側メカニカルストッパがロボット側メカニカルストッパ２７に当接するまで移動できるので、アーム２６の可動範囲を最大とすることが出来る。

（変形態様）
本実施形態では、アクチュエータ制御部１１２は、アクチュエータ２５が可動部材としてのアーム２６を回転させる場合についてのアクチュエータ２５の動作を制御したが、これに加えてまたは代えて、アクチュエータ制御部が、アクチュエータが可動部材を並進運動させる場合においてのアクチュエータの動作を制御してもよい。

この場合、アクチュエータ制御部は、前記所定の条件式としての下記式（１１）が成立する場合に、アーム側メカニカルストッパの位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定し、下記式（１１）が成立しない場合に、アーム側メカニカルストッパの位置及び速度が前記許容範囲に含まれないと判定することが好ましい。

ただし、
Δｔ‥衝突時間、
Ｆ_ｌｉｍ‥アーム側メカニカルストッパが許容できる力及びロボット側メカニカルストッパが許容できる力のうち小さい力、
Ｄ_ｄｉｆｆ‥アーム側メカニカルストッパのロボット側メカニカルストッパ側の面とロボット側メカニカルストッパのアーム側メカニカルストッパ側の面との距離、
Ｖ_ｄｉｆｆ‥ロボット側メカニカルストッパからみたアーム側メカニカルストッパの相対的な速度、
Ｆ_{ｂｒａｋｅ}‥アクチュエータ停止後にアクチュエータから可動部材にかかる抵抗力、
ｍ‥アーム側メカニカルストッパの質量。

１‥動作制御システム、１１１‥動作状態認識部１１１、１１２‥アクチュエータ制御部、２５‥アクチュエータ、２６‥アーム（可動部材）、２６１‥第１アーム側メカニカルストッパ（第１機械要素）、２６２‥第２アーム側メカニカルストッパ（第１機械要素）、２７‥ロボット側メカニカルストッパ（第２機械要素）。

Claims (6)

1. 第１機械要素を備える可動部材と、
   当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
   前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第１機械要素と当接可能な位置に固定された第２機械要素と、
   前記第１機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識部と、
   前記動作状態認識部により認識された前記第１機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される２次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ制御部とを備え、
   前記アクチュエータ制御部は、前記第１機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第１機械要素又は前記第２機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第１機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。
2. 請求項１記載の動作制御システムにおいて、
   前記第１機械要素と、前記第２機械要素とが接触する第１機械要素の位置である接触位置をゼロとし、前記第１機械要素と前記第２機械要素とが離間した第１機械要素の位置を正とし、前記第１機械要素が前記第２機械要素に向かって移動するときの速度を負の速度とした場合に、位置がゼロまたは正の所定値以上である一定範囲の定義域において値域が負でありかつ一次微分が負となる関数が前記許容範囲の境界の少なくとも一部を形成し、
   前記定義域において前記関数の値と同一または当該関数の値よりも小さい速度が前記許容範囲外となることを特徴とする動作制御システム。
3. 請求項１又は２記載の動作制御システムにおいて、
   前記アクチュエータは、前記可動部材を所定の軸回りに回転させるように構成され、
   前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔｔ、前記許容力を示す成分としての前記第１機械要素が許容できるトルク及び前記第２機械要素が許容できるトルクのうち小さいトルクをτｌｉｍ、前記位置としての前記所定の軸回りに前記第１機械要素の前記第２機械要素側の面と前記第２機械要素の前記第１機械要素側の面とがなす角をθｄｉｆｆ、前記速度としての前記第２機械要素からみた前記第１機械要素の相対的な角速度をｄθｄｉｆｆ、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルクをτｂｒａｋｅ、前記慣性を示す成分としての前記第１機械要素のイナーシャをＩとしたときに、前記所定の条件式としての下記式（１）が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。
   
4. 請求項３記載の動作制御システムにおいて、
   τｌｉｍは、前記第１機械要素のせん断荷重及び前記第２機械要素のせん断荷重のいずれよりも小さい値であることを特徴とする動作制御システム。
5. 請求項１又は２記載の動作制御システムにおいて、
   前記アクチュエータは、前記可動部材を並進運動させるように構成され、
   前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔｔ、前記許容力を示す成分としての前記第１機械要素が許容できる力及び前記第２機械要素が許容できる力のうち小さい力をＦｌｉｍ、前記位置としての前記第１機械要素の前記第２機械要素側の面と前記第２機械要素の前記第１機械要素側の面との距離をＤｄｉｆｆ、前記速度としての前記第２機械要素からみた前記第１機械要素の相対的な速度をＶｄｉｆｆ、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力をＦｂｒａｋｅ、前記第１機械要素の質量をｍとしたときに、前記所定の条件式としての下記式（２）が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。
   
6. 第１機械要素を備える可動部材と、
   当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
   前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第１機械要素と当接可能な位置に固定された第２機械要素とを備えるシステムが実行する方法であって、
   前記第１機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識ステップと、
   前記動作状態認識ステップにより認識された前記第１機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される２次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ停止制御ステップとを含み、
   前記アクチュエータ停止制御ステップは、前記第１機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第１機械要素又は前記第２機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第１機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第１機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御方法。