JP6841210B2 - ロボット制御方法およびロボットシステム - Google Patents
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Description
このため、従来では、ロボットにおいて、1個の物体に対して2個(および3個以上)の物体の位相を合わせる作業ができなかった。また、従来では、ロボットにおいて、組み付ける物体(従来では、2個の物体)に位置ずれが発生した場合に、嵌合することが困難であり、嵌合することができないこともあった。
この構成により、制御装置では、ロボットの可動部に設けられた把持部により把持された第1対象物を、第2対象物および第3対象物に組み付ける場合、第1対象物を第2対象物または第3対象物の少なくとも一方と接触させて、第1回動軸の周りに第1対象物を回動させている間に、第1対象物を第1回動軸と交差する第2回動軸の周りに回動させて第2対象物と第1対象物とを組み付けてから、第1対象物を第1回動軸と交差する第3回動軸の周りに回動させて第3対象物と第1対象物とを組み付ける。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
なお、このような制御装置は、例えば、ロボットにおいて、1個の物体に対して3個以上の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該3個以上の物体を組み付ける作業に適用されてもよい。
この構成により、制御装置では、可動部に設けられた力検出部からの出力に基づいた力制御によって、第1対象物を、第2対象物および第3対象物に組み付ける。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、力制御を用いて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第1回動軸の周りに第1対象物を回動させている間、第1回動軸の軸方向における目標力を0以外の値として力制御を行う。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、目標力を定めた力制御を用いて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第2回動軸の周りの回動における目標力、および、第3回動軸の周りの回動における目標力を、第1回動軸の軸方向における目標力より小さい値として力制御を行う。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、目標力を定めた力制御を用いて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第2回動軸の周りの回動における目標力、および、第3回動軸の周りの回動における目標力を0として力制御を行う。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、目標力を定めた力制御を用いて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第1回動軸の周りに第1対象物を回動させている間、第1回動軸に交差する第4回動軸の軸方向における目標力を0以外の値として力制御を行う。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第1対象物を回動軸以外の軸の方向に押し付けながら回動させることで、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第4回動軸の軸方向は、第2対象物または第3対象物に近付く方向である。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第1対象物を組み付け対象(第2対象物または第3対象物)に押し付けながら回動させることで、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第1回動軸の軸方向を組み付け後の方向に変化させる際、第1回動軸に交差する第5回動軸の軸方向における目標力を0以外の値として力制御を行う。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第1対象物と組み付け対象の一部(第2対象物または第3対象物の一部)との嵌合状態を保持したまま組み付けることで、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、力検出部は、圧電素子により力を検出する。これにより、制御装置では、力制御に関して、誤差を小さくして精度を高めることが可能である。
この構成により、制御装置では、力検出部における圧電素子は、水晶である。これにより、制御装置では、力制御に関して、誤差を小さくして精度を高めることが可能である。
この構成により、制御装置では、第1対象物を第2対象物または第3対象物の少なくとも一方と接触させる際、第1対象物を組み付け後の姿勢に対して傾斜させた姿勢で第2対象物または第3対象物の少なくとも一方と接触させる。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第1対象物が組み付け対象(第2対象物および第3対象物)に乗り上げることを抑制することができ、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第1対象物、第2対象物および第3対象物は、歯車である。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、1個の歯車に対して2個の歯車の位相を合わせて、当該1個の歯車に対して当該2個の歯車を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第2回動軸は、第1回動軸と直交する。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第2回動軸が第1回動軸と直交する構成として、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、制御装置では、第3回動軸は、第1回動軸と直交する。これにより、制御装置では、ロボットにおいて、第3回動軸が第1回動軸と直交する構成として、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、ロボットでは、上記のような制御装置により制御される。これにより、ロボットでは、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
この構成により、ロボットシステムでは、上記のような制御装置によりロボットが制御される。これにより、ロボットシステムでは、ロボットにおいて、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことが可能である。
[ロボットシステム]
図1は、本発明の一実施形態に係るロボットシステム1の概略的な構成例を示す図である。図1には、説明の便宜上、三次元直交座標の軸であるXYZ軸を示してある。ここで、XYZ軸は、例えば、ロボット11におけるロボット座標系の軸が用いられてもよい。
ロボットシステム1は、ロボット11と、制御装置12(ロボット制御装置)と、ロボット11と制御装置12とを通信可能に接続するケーブル13と、撮像装置21と、撮像装置21と制御装置12とを通信可能に接続するケーブル22と、テーブル51と、ロボット11により把持されるギア(歯車)71と、テーブル51に載置されたギア装置72を備える。
ギア装置72は、平面状の台81と、当該台81の1個の面に設けられた4個のギア91〜94を備える。
ここで、テーブル51、ギア71、ギア装置72のうちの1つ以上が、ロボットシステム1に含まれずに、ロボットシステム1以外の構成部であると捉えられてもよい。
また、本実施形態(図1の例、および図3の例〜図11の例)では、それぞれのギア71、91〜94を概略的な形状(円筒形状)で示すが、例えば、実際には、歯(歯車の歯)がある。
ここで、本実施形態では、ロボット11は、単腕ロボットである。
図1の例では、ロボット11は、エンドエフェクターE1により、対象物を把持している。図1の例では、当該対象物はギアである。
また、本実施形態では、それぞれの有線のケーブル13、22を介して通信する構成を示すが、他の構成例として、これらのうちの1以上に関し、有線のケーブルの代わりに、無線の回線を介して通信する構成が用いられてもよい。
撮像装置21は、例えば、カメラを用いて構成されている。
撮像装置21は、画像を撮像して、撮像された画像の情報を、ケーブル22を介して、制御装置12に送信する。
本実施形態では、撮像装置21は、ロボット11により行われる動作の状況(作業の状況)を撮像することが可能なところに設置されている。
力検出部32は、ロボット11に設けられており、受けた力またはモーメントのうちの一方または両方を検出する。
なお、他の構成例として、力検出部32の代わりに、トルクセンサーが用いられてもよく、この場合、当該トルクセンサーはロボット11のマニピュレーターM1の任意の箇所に設けられてもよい。
また、力検出部32の好ましい一例として、さらに、圧電素子として水晶を用いた力検出部が用いられてもよい。圧電素子として水晶を用いることで、例えば、誤差を小さくして精度を高めることが可能である。
ロボット11の基台31は、設置されている。
ロボット11のマニピュレーターM1の一端は、基台31と接続されている。ロボット11のマニピュレーターM1の他端と、エンドエフェクターE1とが、これらの間に力検出部32を介して、接続されている。
ロボット11のマニピュレーターM1は、6軸垂直多関節型の構造を有しており、6個の関節を備える。それぞれの関節は、アクチュエーター(図示せず)を備える。そして、ロボット11では、6個の関節のそれぞれのアクチュエーターの動作によって、6軸の自由度の動作を行う。他の構成例として、5軸以下の自由度で動作を行うロボット、または、7軸以上の自由度で動作を行うロボットが用いられてもよい。
ロボット11のエンドエフェクターE1は、例えば、ハンドであり、物体を挟持することが可能な指部を備え、把持部の一例である。他の構成例として、ロボット11のエンドエフェクターE1は、任意のものであってもよく、例えば、空気の吸引を利用して物体を吸着するもの、あるいは、磁力を利用して物体を寄せ付けるものなどであってもよく、本実施形態では、これらも把持の一例とする。つまり、把持部としては、例えば、任意の方法によって物体を当該把持部に固定するようなものを含んでもよい。
制御装置12は、ロボット11を制御する。例えば、制御装置12は、マニピュレーターM1が有するそれぞれのアクチュエーター、力検出部32およびエンドエフェクターE1のそれぞれを制御する。
また、制御装置12は、撮像装置21を制御することが可能である。
制御装置12は、力検出部32から、検出結果の情報を受信する。
また、制御装置12は、撮像装置21から、画像の情報を受信する。
制御装置12は、力検出部32、撮像装置21のそれぞれから受信された情報のうちの1以上に基づいて、ロボット11を制御してもよい。
制御装置12は、入力部111と、出力部112と、記憶部113と、制御部114を備える。
制御部114は、情報取得部131と、判定部132と、ロボット制御部133を備える。
出力部112は、外部に情報を出力する。一例として、出力部112は、表示部により情報を表示出力する。当該表示部は、例えば、画面を有するディスプレイ装置であり、当該画面に情報を表示出力する。他の例として、出力部112は、他の態様で情報を出力してもよく、例えば、音(音声を含む。)により情報を出力してもよい。
制御部114は、制御装置12において各種の制御を行う。制御部114は、例えば、記憶部113に記憶された制御プログラムおよび各種のパラメーターの情報に基づいて、各種の制御を行う。
判定部132は、情報取得部131により取得された情報に基づいて、所定の判定の処理を行う。
ロボット制御部133は、ロボット11の動作を制御する。具体的には、ロボット制御部133は、ケーブル13を介してマニピュレーターM1と通信することで、マニピュレーターM1の動作を制御する。また、ロボット制御部133は、ケーブル13を介してエンドエフェクターE1と通信することで、エンドエフェクターE1の動作を制御する。
本実施形態では、制御装置12によりロボット11を制御して、ロボット11により把持されたギア71を移動させて、台81に設けられた4個のギア91〜94に当該ギア71を組み付ける作業を行う。この場合に、制御装置12によりロボット11を制御して、ロボット11により把持されたギア71と、4個のギア91〜94のそれぞれとの位相を合わせる。
また、ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されるギア71(あるいは、他の物体)の位置および姿勢は、例えば、当該ロボット11に設定されたTCP(Tool Center Point)の位置および姿勢の情報に基づいて把握されてもよい。
本実施形態では、Z軸の負の方向が重力の方向であって、下方向となっている。また、Z軸の正の方向が上方向である。
本実施形態では、テーブル51の上方向の面と、当該面に載置された台81は、それぞれ、XY平面に平行な面を有する。また、当該台81の上方向の面に、4個のギア91〜94が配置されている。
本実施形態では、それぞれのギア71、91〜94は、Z軸の方向から見て、円状の形状(実際には、歯車の歯がある)を有する。また、4個のギア91〜94は、同じ形状である。また、ギア71の円状の形状の方が、4個のギア91〜94の円状の形状よりも、大きい(円の径が大きい)。
図3の例では、ギア71と4個のギア91〜94とが、位相合わせされて(歯車の歯が噛み合わされて)、嵌合している。この場合、ギア71の円状の形状の中心の位置が、上記した中心位置201に一致する。
例えば、ギア装置72が有するギア91〜94の数としては、任意であってもよい。
また、それぞれのギア71、91〜94の大きさあるいは形状などとしては、任意の構成が用いられてもよい。
図4〜図11は、本発明の一実施形態に係るロボット11により複数のギア71、91〜94を組み合わせる動作の例を示す図である。
ここで、図4〜図11では、図を見易くするために、ギア71を把持するロボット11の図示(特に、エンドエフェクターE1の図示)を省略してある。
本実施形態では、ロボット11のエンドエフェクターE1により把持する物体として、ギア71が用いられている。また、当該物体を組み付ける対象(組み付け対象)として、ギア装置72(あるいは、当該ギア装置72のギア91〜94)が用いられている。なお、ギア71は、第1対象物の一例である。また、ギア91、ギア92、ギア93、ギア94のうちのいずれかは、第2対象物の一例である。ギア91が第2対象物の一例である場合、ギア92、ギア93、ギア94のいずれかが第3対象物の一例である。また、ギア92が第2対象物の一例である場合、ギア91、ギア93、ギア94のいずれかが第3対象物の一例である。また、ギア93が第2対象物の一例である場合、ギア91、ギア92、ギア94のいずれかが第3対象物の一例である。また、ギア94が第2対象物の一例である場合、ギア91、ギア92、ギア93のいずれかが第3対象物の一例である。
また、本実施形態では、テーブル51の上方の面にギア装置72が設置されているとする。テーブル51の上方の面にギア装置72が設置されていない場合には、制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1によりギア装置72を把持して移動させて、テーブル51の上方の面にギア装置72を設置してもよい。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を所定の位置(開始位置)に配置する。
ここで、制御装置12は、例えば、あらかじめユーザーなどにより教示が行われることでギア装置72の位置を把握していてもよく、あるいは、撮像装置21により撮像された画像の情報に基づいてギア装置72の位置を検出して把握してもよい。
この状態では、XY平面に平行な面においては、ギア71の円状の形状の中心の位置が、上記したギア装置72に関する中心位置201に一致している。また、この状態では、Z軸の方向については、ギア71が、台81の上方の面(または、ギア91〜94の上方の面)に対して、所定の距離だけ上方にある。当該所定の距離は、任意であってもよく、例えば、50[mm]あるいはその程度が用いられてもよい。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を下方へ移動(下降)させる。
制御装置12は、判定部132により、所定の力でギア71がギア装置72に接触しているか否かを判定する。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132により所定の力でギア71がギア装置72に接触していると判定された場合には(ステップS3:YES)、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を停止させる。そして、ステップS4の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132により所定の力でギア71がギア装置72に接触していないと判定された場合には(ステップS3:NO)、ステップS2の処理を継続する。
また、本実施形態では、ステップS2〜ステップS3の処理においては、制御装置12は、力検出部32の検出結果の情報を用いた力制御の処理において、Z軸方向の力(Fz)に関する力制御のみを有効とする。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71に下降方向の力を加えながら、当該ギア71を回転させる。この回転の方向は、ギア71の円状の形状の中心の位置を通りZ軸に平行な中心軸である中心軸301(図6参照。本例では、ギア装置72の中心軸と一致する。)の周りの回転の方向である。中心軸301は、第1回動軸の一例である。
ここで、ギア71の回転としては、例えば、ロボット11のTCPを通る軸の周りの回転が行われてもよい。
また、当該下降方向の力としては、任意の力であってもよく、例えば、ステップS3の処理の場合と同様に、Z軸方向に関して、10[N]あるいはその程度が用いられてもよい。
制御装置12は、判定部132により、ギア71を回転させる前の状態と比べて、ギア71を回転させた後に、ギア71が所定の距離だけ下降したか否かを判定する。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の距離だけ下降したと判定された場合(ステップS5:YES)、ギア71の回転を停止させる。そして、ステップS6の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の距離だけ下降していないと判定された場合(ステップS5:NO)、ステップS4の処理を継続する。
本実施形態では、ステップS4〜ステップS5の処理においては、力制御を用いた倣い動作が行われる。
また、本実施形態では、ステップS4〜ステップS5の処理においては、Z軸方向の力(Fz)以外の力を0[N]とすることを目標値(目標力)とする。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71の姿勢を変化させる。この姿勢の変化としては、ギア71の円状の形状の面をXY平面に平行にするように当該ギア71の姿勢を変化させる態様が用いられる。つまり、この姿勢の変化としては、当該ギア71の姿勢を元の状態に戻す態様が用いられる。
この場合、例えば、力制御により倣い制御が行われてもよく、あるいは、位置制御が行われてもよい。なお、一般に、力制御よりも位置制御の方が、制御が完了するまでの処理が速い。
制御装置12は、判定部132により、ギア71の姿勢が所定の姿勢になったか否かを判定する。当該所定の姿勢としては、ギア71の円状の形状の面がXY平面に平行になった姿勢が用いられる。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71の姿勢が所定の姿勢になったと判定された場合(ステップS7:YES)、ギア71の姿勢を変化させる動作を停止させる。そして、ステップS8の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71の姿勢が所定の姿勢になっていないと判定された場合(ステップS7:NO)、ステップS6の処理を継続する。
同様に、ギア71が回転させられると、ギア71は4個のギア91〜94のすべてと噛み合った状態となる。これにより、ギア71と4個のギア91〜94とが組み付けられて嵌合する。
なお、ギア71に対して4個のギア91〜94のそれぞれが噛み合っていく順序としては、作業時の状況にも依存し得ることであり、任意であってもよい。
ここで、ギア71に対して4個のギア91〜94の位相が合わないと嵌め合わないため、本実施形態では、ロボット11により、ギア71と4個のギア91〜94とを単純に押し付けるだけでなく、ギア71を回転させている。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を下方へ移動(下降)させる。
この場合、例えば、力制御により倣い制御が行われてもよく、あるいは、位置制御が行われてもよい。
制御装置12は、判定部132により、ギア71が所定の状態になったか否かを判定する。当該所定の状態は、例えば、所定の力でギア71がギア装置72に接触した状態であってもよく、あるいは、ギア71と4個のギア91〜94のすべてとが接触した状態であってもよく、あるいは、他の状態が用いられてもよい。当該所定の力は、任意の力であってもよく、例えば、Z軸方向に関して、10[N]あるいはその程度が用いられてもよい。この場合、例えば、Z軸の正から負へ向かう方向を力のプラス方向とすると、当該所定の力は+10[N]あるいはその程度となり、力検出部32の検出結果の目標値(目標力)は−10[N]あるいはその程度となる。
本実施形態では、制御装置12は、ロボット11により、ギア71およびギア装置72の位相合わせをする際、例えば、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向について力制御を行う。力制御の目標力としては、例えば、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向について、それぞれ、0[N]、0[N]、−10[N]が用いられる。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の状態になったと判定された場合(ステップS9:YES)、ギア71を停止させる。そして、ステップS10の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の状態になっていないと判定された場合(ステップS9:NO)、ステップS8の処理を継続する。
なお、ギア71の所定の状態としては、他の例として、台81よりも上方(例えば、少し上方)の面(例えば、仮想的な面)にギア71の下面が接した状態が用いられてもよい。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を上方へ移動(上昇)させる。
制御装置12は、判定部132により、ギア71が所定の距離だけ上昇したか否かを判定する。当該所定の距離は、任意であってもよく、例えば、2〜5[mm]あるいはその程度が用いられてもよい。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の距離だけ上昇したと判定された場合(ステップS11:YES)、ギア71の動作を停止させる。そして、ステップS12の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア71が所定の距離だけ上昇していないと判定された場合(ステップS11:NO)、ステップS10の処理を継続する。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、回転チェックの処理を行う。
回転チェックの処理では、例えば、制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を回転させる。この回転の方向は、ギア71の円状の形状の中心の位置を通りZ軸に平行な中心軸(本例では、ギア装置72の中心軸と一致する。)の周りの回転の方向である。そして、制御装置12は、力検出部32の検出結果を取得する。この検出結果の情報により、回転トルクの計測結果が把握され、ギア71の欠品あるいは組み付け不良の有無などを確認することが可能である。
なお、回転チェックの処理では、例えば、2つの回転方向のうちの一方または両方の方向の回転が行われてもよい。また、回転の速度としては、任意の速度であってもよく、例えば、所定の一定の速度が用いられてもよい。
制御装置12は、回転チェックの処理が完了すると、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を所定の位置(終了位置)に配置する。このとき、制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア71を上昇させる。
ここで、ギア71の開始位置と終了位置とは、例えば、同じ位置であってもよく、または、異なる位置であってもよい。
また、他の構成例として、ギア71およびギア装置72とは別に、任意の機能を有する治具が用いられてもよく、例えば、回転をチェックする機能を有する治具などが用いられてもよい。
また、上記において説明した例では、制御装置12が、図5に示したように、ギア91、ギア92、ギア93、ギア94の全部と接触するまでギア71を下降方向に下降させる場合について説明した。しかしながら、これは、一例に過ぎない。すなわち、制御装置12は、ギア91、ギア92、ギア93、ギア94の一部と接触するまでギア71を下降方向に下降させ、その後、下降方向に力を加えながら中心軸301の周りにギア71を回動させる構成であってもよい。この場合、図7に示した状態においてギア71と噛み合うギアは、当該一部に含まれるギアであってもよく、当該一部に含まれないギアであってもよい。すなわち、当該一部に含まれるギアがギア92であった場合(当該場合、ギア92は、第2対象物の一例である)、図7に示した状態においてギア71と噛み合うギアは、ギア92であってもよく、ギア91、ギア93、ギア94のいずれかのギア(当該ギアは、当該場合における第3対象物の一例である)であってもよい。換言すると、制御装置12がギア71の歯を最初に噛み合わせる歯は、最初にギア71と接触したギアと同じギアの歯であってもよく、最初にギア71と接触したギアと異なるギアの歯であってもよい。
以上のように、本実施形態に係る制御装置12、ロボット11およびロボットシステム1では、制御装置12は、ロボット11を制御し、1個の物体(すなわち、ギア72)に対して4個の物体(ギア91、ギア92、ギア93、ギア94)の位相を合わせる。これにより、制御装置12は、当該1個の物体に対して当該4個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことができる。
しかしながら、これは一例に過ぎず、制御装置12は、ロボット11を制御し、1個の物体に対して2個以上の物体の位相を合わせる構成であってもよい。例えば、制御装置12は、ロボット11を制御し、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことができる。また、例えば、制御装置12は、ロボット11を制御し、1個の物体に対して3個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該3個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことができる。また、例えば、制御装置12は、1個の物体に対して5個以上の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該5個以上の物体を組み付ける作業を効率的に行うことができる。
ここで、組み付ける物体の間(図1の例では、ギア71と他のギア91〜94との間)に多少の余裕(隙間)があるような場合には、組み付ける物体に位置ずれが発生し得るが、本実施形態に係る制御装置12、ロボット11およびロボットシステム1では、このような位置ずれを補償して、物体の組み付けを実現することが可能である。
他の構成例として、第2回動軸と第1回動軸とが直交以外で交差し、第3回動軸と第1回動軸とが直交してもよい。他の構成例として、第2回動軸と第1回動軸とが直交し、第3回動軸と第1回動軸とが直交以外で交差してもよい。他の構成例として、第2回動軸と第1回動軸とが直交以外で交差し、第3回動軸と第1回動軸とが直交以外で交差してもよい。
一例として、図1の例では、対象物(第2対象物または第3対象物)がギア91またはギア93である場合、回動軸(第2回動軸または第3回動軸)は、例えば、X軸に平行な軸、または、それに近い軸となる。
また、図1の例では、対象物(第2対象物または第3対象物)がギア92またはギア94である場合、回動軸(第2回動軸または第3回動軸)は、例えば、Y軸に平行な軸、または、それに近い軸となる。
一構成例として、制御部は、第1回動軸の周りに第1対象物を回動させている間、第1回動軸の軸方向(本実施形態では、Z軸に平行な方向)における目標力を0以外の値(本実施形態では、例えば、10[N])として力制御を行う。すなわち、制御部は、第1回動軸の周りに第1対象物を回動させている間、第1回動軸の軸方向(本実施形態では、Z軸に平行な方向)における目標力を、絶対値が0より大きい値(本実施形態では、例えば、10[N])にして力制御を行う。
一構成例として、制御部は、第2回動軸の周りの回動における目標力、および、第3回動軸の周りの回動における目標力を、第1回動軸の軸方向における目標力より小さい値として力制御を行う。
一構成例として、制御部は、第2回動軸の周りの回動における目標力、および、第3回動軸の周りの回動における目標力を0として力制御を行う。
一構成例として、力検出部は、圧電素子により力を検出する。
一構成例として、圧電素子は、水晶である。
一構成例として、第1対象物、第2対象物および第3対象物は、歯車である。
一構成例として、第2回動軸は、第1回動軸と直交する。
一構成例として、第3回動軸は、第1回動軸と直交する。
一構成例として、上記のような制御装置と、制御装置により制御されるロボットと、を備えるロボットシステム(本実施形態では、ロボットシステム1)である。
また、本実施形態では、1個の物体(本実施形態では、ギア71)と4個の物体(本実施形態では、ギア91〜94)とを組み付ける場合を示したが、他の構成例として、1個の物体と2個の物体とを組み付ける構成が用いられてもよく、1個の物体と3個の物体とを組み付ける構成が用いられてもよく、あるいは、1個の物体と5個以上の物体とを組み付ける構成が用いられてもよい。
本実施形態では、第1実施形態とは異なる点について詳しく説明し、第1実施形態と同様な点については説明を簡易化または省略する。
本実施形態では、説明の便宜上、第1実施形態の説明で使用した図1〜図12に示される構成あるいは処理と同様な構成あるいは処理については、同じ符号を使用して説明する。
図13〜図15には、図1に示されるものと同様なXYZ座標軸を示してある。
また、図13〜図15には、互いに直交する3個の異なる方向として、方向A1、方向A2、方向A3を示してある。これら3個の方向(方向A1、方向A2、方向A3)は、ギア411に固定された三次元直交座標における3個の軸方向を表す。本実施形態では、当該三次元直交座標の原点は、ギア411の重心の位置にある。
図13〜図15の例では、ギア411が有する複数の面のうちで台81の上方の面(または、ギア91〜94の上方の面)に対向する面Q1に関して、方向A1は面Q1に対して垂直な方向であってギア411からギア装置72へ近付く方向に相当し、方向A2は面Q1に平行であって当該面Q1においてギア装置72から最も離れた点から最も近い点への方向に相当する。
図13〜図15の例では、方向A3はY軸の方向に相当し、方向A1および方向A2はそれぞれXYZ座標系をY軸の周りに回転させた場合におけるZ軸およびX軸に相当する。
3個の方向(方向A1、方向A2、方向A3)は、ギア411から見て固定されており、ギア411の姿勢の変化に応じて同じように変化する。
また、本実施形態では、説明の便宜上、方向A1の周りの回転のモーメント(トルク)のことをトルクA1と呼び、方向A2の周りの回転のモーメント(トルク)のことをトルクA2と呼び、方向A3の周りの回転のモーメント(トルク)のことをトルクA3と呼ぶ。
ここで、図13〜図15では、図を見易くするために、ギア411を把持するロボット11の図示(特に、エンドエフェクターE1の図示)と、ギア装置72のギア91、93の図示を省略してある。
なお、図13〜図15に示されるギア411は、例えば、図1および図3〜図11に示されるギア71と同様であるが、本実施形態では、説明の便宜上から、符号を変えてある。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア411を所定の位置(開始位置)に配置する。
ここで、制御装置12は、例えば、あらかじめユーザーなどにより教示が行われることでギア装置72の位置を把握していてもよく、あるいは、撮像装置21により撮像された画像の情報に基づいてギア装置72の位置を検出して把握してもよい。
この状態では、ギア411が有する複数の面のうちで台81の上方の面(または、ギア91〜94の上方の面)に対向する面Q1が、XY平面に対して傾いている(つまり、平行ではない)。図13の例では、Y軸の負から正の方向を見た場合に、ギア411の面Q1と台81の上方の面(または、ギア91〜94の上方の面)とのZ方向の距離は、X軸の正の方向にある部分の方が、X軸の負の方向にある部分よりも、大きくなっている。この傾き(傾斜)の程度としては、任意であってもよい。図13の例では、この傾きは、Z軸の正から負への方向と、方向A1(負から正への方向)との傾きに相当する。
また、この状態では、Z軸の方向については、ギア411が、台81の上方の面(または、ギア91〜94の上方の面)に対して、所定の距離(傾きがあるためX軸の位置によって異なる距離)だけ上方にある。当該所定の距離は、任意であってもよく、例えば、X軸方向の中心位置において、50[mm]あるいはその程度が用いられてもよい。
また、この状態では、例えば、XY平面に平行な面に対して、ギア411の円状の形状の中心の位置(面Q1における中心の位置)が、ギア装置72に関する中心位置201に一致している、あるいは、当該中心位置201の付近にある。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア411を、面Q1に対して垂直な方向(方向A1)であってギア411をギア装置72に近付ける方向(斜め下方)へ移動(下降)させる。
ここで、図13には、ギア411の面Q1に対して垂直な中心軸501を示してあり、また、ギア411に対して加えられる当該中心軸501に沿った方向(方向A1)の力F11を示してある。本実施形態では、力F11は、ギア411の全体を当該力F11の方向に移動させるように加えられており、例えば、実質的には、ギア411の重心に加えられていると捉えられる。
本実施形態では、制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、ギア装置72に対するギア411の傾きを保持したまま、ギア411を移動させる。
制御装置12は、判定部132により、所定の力でギア411がギア装置72に接触しているか否かを判定する。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132により所定の力でギア411がギア装置72に接触していると判定された場合には(ステップS3の変形例:YES)、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア411を停止させる。そして、(ステップS4の変形例)の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132により所定の力でギア411がギア装置72に接触していないと判定された場合には(ステップS3の変形例:NO)、(ステップS2の変形例)の処理を継続する。
また、本実施形態では、(ステップS2の変形例)〜(ステップS3の変形例)の処理においては、制御装置12は、力検出部32の検出結果の情報を用いた力制御の処理において、ギア411の移動方向の力(図13の例では、力F11)に関する力制御のみを有効とする。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア411に中心軸501に沿った方向(方向A1)の力F12および中心軸501に対して垂直な方向(方向A2)の力F13を加えながら、当該ギア411を回転力R11で回転させる。この回転の方向は、ギア411の円状の形状の中心の位置を通る中心軸501の周りの回転(方向A1の周りの回転)の方向である。
本実施形態では、力F13は、面Q1においてギア装置72との距離が最大となる点から、面Q1においてギア装置72との距離が最小となる点へ向かう方向(方向A2)の力である。
また、当該力F12としては、任意の力であってもよく、例えば、(ステップS3の変形例)の処理の場合と同様に、10[N]あるいはその程度が用いられてもよい。
また、図14には、4個のギア91〜94の上方の面よりも下側(例えば、少し下側)の面(例えば、仮想的な面Q11)を示してある。当該面Q11は、ギア411と4個のギア91〜94のすべての位相が合わないとギア411が到達しない位置とする。つまり、ギア411と4個のギア91〜94のすべての位相が合ったときに、ギア411の面Q1が面Q11に接する位置まで届く。
また、当該力F12および当該力F13としては、それぞれ、任意の力であってもよく、例えば、10[N]あるいはその程度が用いられてもよい。
制御装置12は、判定部132により、ギア411を回転させる前の状態と比べて、ギア411を回転させた後に、ギア411が所定の距離だけ下降したか否かを判定する。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア411が所定の距離だけ下降したと判定された場合(ステップS5の変形例:YES)、ギア411の回転を停止させる。そして、(ステップS6の変形例)の処理へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア411が所定の距離だけ下降していないと判定された場合(ステップS5の変形例:NO)、(ステップS4の変形例)の処理を継続する。
なお、他の構成例として、制御装置12は、さらに、方向A1の周りの回転のモーメント(トルクA1)に関する力制御を有効としてもよい。
本実施形態では、(ステップS4の変形例)〜(ステップS5の変形例)の処理においては、力制御を用いた倣い動作が行われる。
また、本実施形態では、(ステップS4の変形例)〜(ステップS5の変形例)の処理においては、方向A1の力F12および方向A2の力F13以外の力を0[N]とすることを目標値(目標力)とする。
制御装置12は、ロボット制御部133により、ロボット11を制御することで、当該ロボット11のエンドエフェクターE1により把持されたギア411の姿勢を変化させる。この姿勢の変化としては、ギア411の円状の形状の面(本実施形態では、面Q1)をXY平面に平行にするように当該ギア411の姿勢を変化させる態様が用いられる。つまり、この姿勢の変化としては、当該ギア411の姿勢を組み付け後の状態に変化させる態様が用いられる。
本実施形態では、力F15は、面Q1においてギア装置72との距離が最大となる点から、面Q1においてギア装置72との距離が最小となる点へ向かう方向を有する。
本実施形態では、力F14と力F15は、それぞれ、ギア411の全体を力の方向(当該力F14あるいは当該力F15の方向)に移動させるように加えられており、例えば、実質的には、ギア411の重心に加えられていると捉えられる。
また、当該力F14および当該力F15としては、それぞれ、任意の力であってもよく、例えば、10[N]あるいはその程度が用いられてもよい。
この場合、力制御により倣い制御が行われる構成の代わりに、他の構成例として、位置制御が行われる構成が用いられてもよい。なお、一般に、力制御よりも位置制御の方が、制御が完了するまでの処理が速い。
制御装置12は、判定部132により、ギア411の姿勢が所定の姿勢になったか否かを判定する。当該所定の姿勢としては、ギア411の円状の形状の面(本実施形態では、面Q1)がXY平面に平行になった姿勢が用いられる。
この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア411の姿勢が所定の姿勢になったと判定された場合(ステップS7の変形例:YES)、ギア411の姿勢を変化させる動作を停止させる。そして、次の処理(ここでは、図12に示されるステップS8の処理)へ移行する。
一方、この判定の結果、制御装置12は、判定部132によりギア411の姿勢が所定の姿勢になっていないと判定された場合(ステップS7の変形例:NO)、(ステップS6の変形例)の処理を継続する。
他の例として、(ステップS6の変形例)〜(ステップS7の変形例)の処理において、方向A2の力制御の目標値(目標力)をゼロにしてもよい。この場合、目標力としては、例えば、方向A1、方向A2、方向A3、トルクA2、トルクA3について、それぞれ、−10[N]、0[N]、0[N]、0[N]、0[N]が用いられる。
なお、他の構成例として、制御装置12は、さらに、方向A1の周りの回転のモーメント(トルクA1)に関する力制御を有効としてもよい。
以上のように、本実施形態に係る制御装置12、ロボット11およびロボットシステム1では、制御装置12がロボット11を制御することで、1個の物体に対して2個の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該2個の物体を組み付ける作業を効率的に行うことができる。
また、本実施形態に係る制御装置12、ロボット11およびロボットシステム1では、例えば、図1の例のように、1個の物体に対して3個以上の物体の位相を合わせて、当該1個の物体に対して当該3個以上の物体を組み付ける作業に適用されてもよく、これにより、このような作業を効率的に行うことができる。
一構成例として、第4回動軸の軸方向は、第2対象物または第3対象物に近付く方向(図14の例では、ギア94に近付く方向)である。
一構成例として、制御部は、第1回動軸(本実施形態では、方向A1に平行な軸)の軸方向を組み付け後の方向(本実施形態では、Z軸に平行な方向)に変化させる際、第1回動軸に交差する第5回動軸の軸方向(本実施形態では、方向A2)における目標力を0以外の値として力制御を行う(例えば、図15の例)。すなわち、制御部は、第1回動軸(本実施形態では、方向A1に平行な軸)の軸方向を組み付け後の方向(本実施形態では、Z軸に平行な方向)に変化させる際、第1回動軸に交差する第5回動軸の軸方向(本実施形態では、方向A2)における目標力を、絶対値が0より大きい値にして力制御を行う(例えば、図15の例)。
一構成例として、制御部は、第1対象物を第2対象物または第3対象物の少なくとも一方と接触させる際、第1対象物を組み付け後の姿勢に対して傾斜させた姿勢で第2対象物または第3対象物の少なくとも一方と接触させる(例えば、図13の例)。
なお、以上に説明した装置(例えば、制御装置12など)における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体(記憶媒体)に記録(記憶)し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、オペレーティングシステム(OS:Operating System)あるいは周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD(Compact Disc)−ROM等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークあるいは電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー(RAM:Random Access Memory)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (10)
- ロボットに備えられた把持部により把持された第1対象物を、第2対象物および第3対象物に組み付ける、ロボット制御方法であって、
開始位置から前記第1対象物を移動させ、
前記第1対象物を前記第2対象物に接触させ、かつ、第1回動軸の軸方向における目標力が所定の値となるよう力制御を行い、かつ、前記第1対象物を前記第1回動軸の周りに回動させ、
前記第1対象物を前記第1回動軸の周りに回動させている間に、前記第1対象物を前記第1回動軸と交差する第2回動軸の周り、および、前記第1回動軸と交差する第3回動軸の軸の周り、における倣い動作によって、前記第1対象物を前記第2対象物に組み付け、
前記第1対象物を前記第2対象物に組み付けた後、前記倣い動作によって、前記第1対象物を前記第3対象物に組み付ける、
ロボット制御方法。 - 前記第2回動軸の周りの前記倣い動作における目標力、および、前記第3回動軸の周りの前記倣い動作における目標力は、前記第1回動軸の軸方向における前記力制御の目標力より小さい、
請求項1に記載のロボット制御方法。 - 前記第2回動軸の周りの前記倣い動作における目標力、および、前記第3回動軸の周りの前記倣い動作における目標力は、0である、
請求項2に記載のロボット制御方法。 - 前記第2回動軸と前記第3回動軸は、異なる軸である、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロボット制御方法。 - 前記第2回動軸は、前記第1回動軸と直交する、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロボット制御方法。 - 前記第3回動軸は、前記第1回動軸と直交する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロボット制御方法。 - 前記第1対象物の前記開始位置からの移動は、前記第1回動軸に平行な方向への移動である、
請求項1から6のいずれか1項に記載のロボット制御方法。 - 可動部と、前記可動部に設けられる力検出部と、前記可動部に設けられる把持部と、を備えるロボットと、
前記ロボットを制御する制御部を備える制御装置と、を備えるロボットシステムであって、
前記制御部は、
前記把持部で第1対象物を把持して、前記第1対象物を開始位置に位置させ、
前記開始位置から前記第1対象物を移動させ、前記第1対象物を第2対象物に接触させ、
第1回動軸の軸方向における目標力が所定の値となるよう力制御を行いながら、前記第1対象物を前記第1回動軸の周りに回動させ、
前記第1対象物を前記第1回動軸の周りに回動させている間に、前記第1対象物を前記第1回動軸と交差する第2回動軸の周り、および、前記第1回動軸と交差する第3回動軸の軸の周り、における倣い動作によって、前記第1対象物を前記第2対象物に組み付け、
前記第1対象物を前記第2対象物に組み付けた後、前記倣い動作によって、前記第1対象物を第3対象物に組み付ける、
ロボットシステム。 - 前記力検出部は、圧電素子を使用する圧電方式である、
請求項8に記載のロボットシステム。 - 前記圧電素子は、水晶が用いられている、
請求項9に記載のロボットシステム。
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