JP7063352B2 - ロボットシステム及びロボットの制御方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ロボットシステム及びロボットの制御方法に関する。

特許文献１には、エンドエフェクタを有するロボットを備え、ワークをエンドエフェクタで保持し、保持したワークを用いて被加工物の製造作業を行うロボットシステムが記載されている。

特開２０１５－３００４４号公報

上記のようなロボットシステムにおいて、ロボットに作用する外力が大きく変動する場合でも稼働率の低下を抑制することができるロボットシステムが要望されていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットに作用する外力が大きく変動する場合でも稼働率の低下を抑制することができるロボットシステム及びロボットの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、を有するロボットシステムが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットの制御方法であって、前記複数の関節の少なくとも１つに作用するトルクを検出することと、教示データに基づいて前記ロボットを動作させることと、前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替えることと、検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出することと、を有するロボットの制御方法が適用される。

本発明のロボットシステム等によれば、ロボットに作用する外力が大きく変動する場合でも稼働率の低下を抑制することができる。

ロボットシステムの構成の一例を表す斜視図である。 ロボットの構成の一例を表す斜視図である。 ロボットシステムの機能構成の一例を表すブロック図である。 エンドエフェクタを水平方向に直線状に移動させる動作の一例を表す説明図である。 エンドエフェクタを第１容器の内周面に沿って周方向に移動させる動作の一例を表す説明図である。 第１の情報切替位置の一例を表す説明図である。 ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 ロボットの搬送動作の一例を表す説明図である。 ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 ロボットの搬送動作の一例を表す説明図である。 治具を用いたワークの削ぎ落し動作の一例を表す説明図である。 治具を用いたワークの削ぎ落し動作の一例を表す説明図である。 第２の情報切替位置の一例を表す説明図である。 ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 ロボットコントローラによって実行される制御手順の一例を表すフローチャートである。 挿入位置を検出して挿入量を制御する変形例における、ロボットシステムの機能構成の一例を表すブロック図である。 挿入位置を検出して挿入量を制御する変形例における、挿入位置の一例を表す説明図である。 挿入位置を検出して挿入量を制御する変形例における、ロボットのすくい動作の一例を表す説明図である。 モーションコントローラのハードウェア構成例を表すブロック図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜１．ロボットシステムの構成＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るロボットシステム１の構成の一例について説明する。

図１に示すように、ロボットシステム１は、第１容器３と、ロボット５と、載置台７と、第２容器９と、治具１１とを有する。

第１容器３（第１の容器の一例）は、上方から見た形状が例えば略四角形状であり、底部を備えた有底状の容器である。第１容器３の一例として、例えば金属製のドラム缶が挙げられる。なお、第１容器３の形状は四角形（直方体形状）に限らず、例えば六角形等の他の多角形状や、円形（円筒形状）の容器としてもよい。また、例えば樹脂製等、金属製以外の容器としてもよい。第１容器３は、例えば台車（図示省略）により移動されてロボット５の近傍に設置され、空になるとワークＷが収容された新たな第１容器３に交換される。

第１容器３の内部にはワークＷが収容されている。ワークＷの種類は、ロボット５のエンドエフェクタ１３によりすくうことが可能であれば、特に限定されるものではない。例えば、粘体、粉体、粒体、液体、半固形体、バラ積みされた固形物等である。具体的には、クリーム、餡子、ご飯、アイスクリーム等の粘性の高い物体が好適である。また、バラ積みされた揚げ物等でもよい。なお、食品に限定されるものではなく、工業材料でもよい。例えば、樹脂材、ゴム材、溶剤、バラ積みされた部品（ネジや釘等）等も含まれる。本実施形態は、ワークＷが、エンドエフェクタ１３によるすくい動作の最中に、後述するトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６により検出されるトルクが増大する性質を有する物体である場合に、特に有効である。

ロボット５は、ワークＷを移送元の第１容器３から移送先の第２容器９に移送する作業（所定の作業の一例）を行う。ロボット５は、例えば６つの関節部を備えた垂直多関節型の６軸ロボットとして構成されており、その先端にはエンドエフェクタ１３が取り付けられている。エンドエフェクタ１３は、例えばスコップ状又はシャベル状のツールである。ロボット５は、第１容器３と第２容器９がエンドエフェクタ１３の可動範囲内となるように、第１容器３と載置台７の近傍に配置されている。また、ロボット５は、ロボット台１５上に設置されることにより高さ（Ｚ軸方向の位置）を調整されている。ロボット５は、第１容器３に収容されたワークＷをエンドエフェクタ１３ですくって保持し、エンドエフェクタ１３を第１容器３から第２容器９に移動させて、ワークＷを治具１１を使用してエンドエフェクタ１３から掻き落とし、第２容器９に落とし込む。

なお、ロボット５を６軸以外（例えば５軸や７軸等）のロボットとしてもよい。また、水平多関節型やパラレルリンクロボット等、ロボット５を垂直多関節型以外のロボットとしてもよい。

載置台７上には、第２容器９が載置される。第２容器９（第２の容器の一例）は、上方から見た形状が例えば略四角形状であり、底部を備えた有底状の容器である。第２容器９の一例として、例えば樹脂製のパレットが挙げられる。なお、第２容器９の形状は四角形に限らず、例えば円形の容器としてもよい。また、例えば金属製等、樹脂製以外の容器としてもよい。第２容器９は、例えば作業者により載置台７上に載置され、ワークＷが一杯になると新たな空の第２容器９に交換される。

治具１１は、エンドエフェクタ１３に付着したワークＷを、エンドエフェクタ１３から掻き落とすための器具である。治具１１は、支持部１７と、接触部１９とを有する。支持部１７は、下端が載置台７に連結された、略上下方向（Ｚ軸方向）に延設された第１支持部１７ａと、一端が第１支持部１７ａの上端に連結され、略水平方向（例えばＹ軸方向）に延設された第２支持部１７ｂとを有する。第２支持部１７ｂの他端には、接触部１９が連結されている。接触部１９（治具の一例）は、例えば略四角柱状の部材であり、第２容器９の上方において略水平方向（例えばＸ軸方向）に延設されている。ロボット５は、エンドエフェクタ１３を上下方向に略平行な姿勢として表面を接触部１９に当接させ、エンドエフェクタ１３を引き上げることにより、エンドエフェクタ１３に付着したワークＷを掻き落とす。

なお、上述したロボットシステム１の構成は一例であり、上述の内容に限定されるものではない。例えば、第１容器３を台車で移動する代わりに、コンベア等の搬送装置により搬送する構成としてもよい。この場合、ワークＷが充填された第１容器３をコンベアによりロボット５に順次供給し、空となった第１容器３をコンベアにより順次排出する構成としてもよい。同様に、例えば第２容器９を載置台７に載置する代わりに、コンベア等の搬送装置により搬送する構成としてもよい。この場合、空の第２容器９をコンベアによりロボット５に順次供給し、ワークＷが充填された第２容器９をコンベアにより順次排出する構成としてもよい。

＜２．ロボットの構成＞
次に、図２を参照しつつ、ロボット５の構成の一例について説明する。

図２に示すように、ロボット５は、基台２１と、旋回部２３と、アーム２５とを有する。基台２１は、ロボット台１５の上端に固定される。

旋回部２３は、基台２１の上端部に、上下方向に平行な回転軸Ａｘ１周りに旋回可能に支持されている。旋回部２３は、基台２１との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ１の駆動により、基台２１の上端部に対し、回転軸Ａｘ１周りに旋回駆動される。アクチュエータＡｃ１は、基台２１と旋回部２３との間の回転軸Ａｘ１周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ１を有する。トルクセンサＴｓ１の検出値はモーションコントローラ４５（後述の図３参照）に送信される。

アーム２５は、旋回部２３の例えば一方側の側部に支持されている。このアーム２５は、下腕部２７と、肘部２９と、上腕部３１と、手首部３３と、フランジ部３５とを有する。

下腕部２７は、旋回部２３の一方側の側部に、回転軸Ａｘ１に垂直な回転軸Ａｘ２周りに旋回可能に支持されている。下腕部２７は、旋回部２３との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ２の駆動により、旋回部２３の一方側の側部に対し、回転軸Ａｘ２周りに旋回駆動される。アクチュエータＡｃ２は、旋回部２３と下腕部２７との間の回転軸Ａｘ２周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ２を有する。トルクセンサＴｓ２の検出値はモーションコントローラ４５に送信される。

肘部２９は、下腕部２７の先端側に、回転軸Ａｘ２に平行な回転軸Ａｘ３周りに旋回可能に支持されている。肘部２９は、下腕部２７との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ３の駆動により、下腕部２７の先端側に対し、回転軸Ａｘ３周りに旋回駆動される。アクチュエータＡｃ３は、下腕部２７と肘部２９との間の回転軸Ａｘ３周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ３を有する。トルクセンサＴｓ３の検出値はモーションコントローラ４５に送信される。

上腕部３１は、肘部２９の先端側に、回転軸Ａｘ３に垂直な回転軸Ａｘ４周りに回動可能に支持されている。上腕部３１は、肘部２９との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ４の駆動により、肘部２９の先端側に対し、回転軸Ａｘ４周りに回動駆動される。アクチュエータＡｃ４は、肘部２９と上腕部３１との間の回転軸Ａｘ４周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ４を有する。トルクセンサＴｓ４の検出値はモーションコントローラ４５に送信される。

手首部３３は、上腕部３１の先端側に、回転軸Ａｘ４に垂直な回転軸Ａｘ５周りに旋回可能に支持されている。手首部３３は、上腕部３１との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ５の駆動により、上腕部３１の先端側に対し、回転軸Ａｘ５周りに旋回駆動される。アクチュエータＡｃ５は、上腕部３１と手首部３３との間の回転軸Ａｘ５周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ５を有する。トルクセンサＴｓ５の検出値はモーションコントローラ４５に送信される。

フランジ部３５は、手首部３３の先端側に、回転軸Ａｘ５に垂直な回転軸Ａｘ６周りに回動可能に支持されている。フランジ部３５は、手首部３３との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ６の駆動により、手首部３３の先端側に対し、回転軸Ａｘ６周りに回動駆動される。アクチュエータＡｃ６は、手首部３３とフランジ部３５との間の回転軸Ａｘ６周りのトルクを検出するトルクセンサＴｓ６を有する。トルクセンサＴｓ６の検出値はモーションコントローラ４５に送信される。

エンドエフェクタ１３は、フランジ部３５の先端に取り付けられており、フランジ部３５の回転軸Ａｘ６周りの回動と共に、回転軸Ａｘ６周りに回動する。エンドエフェクタ１３は、フランジ部３５に取り付けられる背板部１３ａと、ワークＷをすくい保持する略長方形状の底板部１３ｂとを有する。本実施形態では、底板部１３ｂが平板状である場合を一例として説明するが、底板部１３ｂを例えば円弧状に湾曲させてもよい。

以上の構成であるロボット５は、６つのアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６を備えた６つの関節部を有する６軸ロボットである。各関節部を駆動するアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各々は、例えばサーボモータ（図３参照）、エンコーダ（図３参照）、及び減速機（図３参照）等により構成されている。ロボット５は、各関節部においてトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６でトルクを検出することにより、ロボット５が例えば人や物に衝突した場合には直ちに動作を停止させたり、外力が作用した方向と逆方向に動作させる等が可能となっており、作業者と共に稼働することが可能な人協働ロボットとして構成されている。

なお、上記では、アーム２５の長手方向（あるいは延在方向）に沿った回転軸周りの回転を「回動」と呼び、アーム２５の長手方向（あるいは延在方向）に垂直な回転軸周りの回転を「旋回」と呼んで区別している。

＜３．ロボットシステムの機能構成＞
次に、図３及び図４～図１６を参照しつつ、ロボットシステム１の機能構成の一例について説明する。

図３に示すように、ロボットシステム１は、ロボットコントローラ４１とロボット５とを有する。ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５と多軸サーボコントローラ４３を有する。なお、モーションコントローラ４５と多軸サーボコントローラ４３とは、一体でなく別体の制御装置として構成されてもよい。

多軸サーボコントローラ４３は、サーボ制御部４７と、サーボアンプ４９とを有する。サーボ制御部４７は、モーションコントローラ４５から入力された指令（例えば各サーボモータへの位置指令等）とアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各エンコーダの検出値に基づいて、アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各サーボモータのサーボ制御をおこない各サーボモータのトルクや電流値を算出する。サーボアンプ４９は、サーボ制御部４７から入力された各サーボモータのトルクや電流値に基づいて各サーボモータに供給する駆動電力の制御を行い、ロボット５の動作を制御する。なお、サーボアンプ４９は、ロボット５の各アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６と一体的に設置されてもよい（アンプ内蔵型アクチュエータ）。

モーションコントローラ４５は、動作制御部５１と、設定情報切替部５３と、外力算出部５５と、第１外力判定部５７と、第２外力判定部５９と、切替位置記録部６１とを有する。

動作制御部５１は、ロボット５のエンドエフェクタ１３の先端部（制御点Ｐ。図２参照）がティーチングにより教示された位置と向きに移動させるために必要となる各アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各サーボモータの目標回転角度等を演算（逆運動学演算）し、対応するサーボモータの位置指令を出力する。教示された位置と向きを表す教示データは、例えば図１に示すような互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系の座標値で表現される。この例ではＺ軸が上下方向、ＸＹ平面が略水平面であり、Ｙ軸は例えばワークＷの移送方向（第１容器３の中心軸から第２容器９の中心軸へ向かう方向）となるように、各軸が設定されている。なお、Ｘ軸とＹ軸は上記以外の方向に設定されてもよい。

ロボット５の動作には、第１容器３に収容されたワークＷをエンドエフェクタ１３ですくうためのすくい動作（保持動作の一例）と、エンドエフェクタ１３ですくったワークＷを第２容器９に搬送するための搬送動作とが含まれる。すくい動作には、エンドエフェクタ１３を水平方向に略直線状に移動させる動作と、エンドエフェクタ１３を第１容器３の壁面に沿って移動させる動作とが含まれる。

図４に、エンドエフェクタ１３を水平方向に略直線状に移動させる動作の一例を示す。図４に示す例では、例えば第１容器３の中心軸Ｏを通りＹＺ平面に平行な鉛直面ＶＰを起点（開始位置）として、エンドエフェクタ１３をＸ軸正の方向に第１容器３の内周面近傍まで移動させる動作が、Ｙ軸方向に所定距離ずつ移動させながら複数回に亘って実行される（矢印ＡＲ１～ＡＲ５で示す）。また、同様に鉛直面ＶＰを起点として、エンドエフェクタ１３をＸ軸負の方向に第１容器３の内周面近傍まで移動させる動作が、Ｙ軸方向に所定距離ずつ移動しながら複数回に亘って実行される（矢印ＡＲ６～ＡＲ１０で示す）。この際、エンドエフェクタ１３は、鉛直面ＶＰにおいては、底板部１３ｂの長手方向をＺ軸に平行且つ底板部１３ｂの短手方向（幅方向）をＹ軸方向に平行な姿勢としながら、ワークＷに挿入される。また、底板部１３ｂの水平方向に対する傾斜角度が略９０度から徐々に小さくなるように旋回されながら、第１容器３の内周面近傍まで移動される。なお、図４中の符号ＳＲ１は上記の各動作でワークＷがすくわれる範囲である。各動作は、範囲ＳＲ１がそれぞれ適宜の量だけ重複するように設定されている。

図５に、エンドエフェクタ１３を第１容器３の壁面に沿って移動させる動作の一例を示す。図５に示す例では、例えば鉛直面ＶＰを起点として、エンドエフェクタ１３が第１容器３の壁面に略沿って１周するように移動される（矢印ＡＲ１１で示す）。この際、エンドエフェクタ１３は、例えば底板部１３ｂの長手方向をＺ軸に平行な姿勢としながら移動される。なお、図５中の符号ＳＲ２は上記動作でワークＷがすくわれる範囲である。図５の動作が図４の動作の後に実行されることで、第１容器３内における所定の深さまでのワークＷが満遍なくすくわれる。そして、図４の動作及び図５の動作を含む一連の動作が、エンドエフェクタ１３をワークＷに差し込む深さを段階的に深くしながら第１容器３の底部近傍に至るまで複数回に亘って実行されることにより、第１容器３内のほぼ全てのワークＷがすくわれる。

なお、上記図４に示すエンドエフェクタ１３の動作は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、矢印ＡＲ１～ＡＲ５の動作の順番及び矢印ＡＲ６～ＡＲ１０の動作の順番は、この符号の数字順で行われてもよいし、適宜変更されてもよい。また、鉛直面ＶＰを起点とせずに第１容器３の壁面を起点として、例えば矢印ＡＲ１，ＡＲ６の動作範囲を一続きのすくい動作として実行してもよい。

なお、例えば第１容器３が円筒形状の場合には、図４と同様の動作を行ってもよいし、例えばエンドエフェクタ１３を中心軸Ｏから第１容器３の内周面に向かって放射状に移動させる動作を、周方向に所定角度ずつ移動させながら複数回に亘って実行してもよい。また、図５の動作として、例えば鉛直面ＶＰを起点として、エンドエフェクタ１３が第１容器３の内周面に沿うように中心軸Ｏ周りに略３６０度に亘って旋回されてもよい。この場合、エンドエフェクタ１３は、例えば底板部１３ｂの長手方向をＺ軸に平行且つ底板部１３ｂの短手方向（幅方向）を中心軸Ｏ周りの半径方向に平行な姿勢としながら、中心軸Ｏ周りに旋回される。

また、エンドエフェクタ１３によりワークＷを保持するための保持動作は、上記すくい動作に限定されるものではない。例えばワークＷが液体や粘体であるような場合には、例えばコップ状のエンドエフェクタによりワークＷを汲む動作も保持動作に含まれる。

図３に戻り、設定情報切替部５３は、ロボット５の動作によりエンドエフェクタ１３が予め設定された位置に移動された際に、ロボット５の各関節に作用するトルクの計算値を算出するためのエンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える。「予め設定された位置」は、教示データの中に含まれる制御点Ｐの特定の位置であり、本実施形態では、第１の情報切替位置ＩＰ１と第２の情報切替位置ＩＰ２の２つの情報切替位置が設定されている。「エンドエフェクタの設定情報」は、例えばエンドエフェクタ１３の質量、慣性テンソル等の情報を含む。「トルクの計算値」は、ロボット５のリンク情報（例えば質量、慣性テンソル、重心位置、長さ等）及びエンドエフェクタ１３の設定情報と、ロボット５の動作情報（例えば各関節の角度、角速度、角加速度等）とに基づいて、逆動力学演算により算出される、各関節に作用するトルクの計算値である。例えば、エンドエフェクタ１３の設定情報に含まれる質量が大きいときはトルクの計算値も大きくなり、質量が小さいときはトルクの計算値も小さくなる。トルクの計算値は、後述する外力算出部５５により算出される。なお、説明の便宜上、以下では適宜、各トルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６により検出されるトルクを「実関節トルク」、外力算出部５５により算出されるトルクの計算値を「計算関節トルク」という。

図６に、第１の情報切替位置ＩＰ１の一例を示す。なお、図６に示す第１容器３は前述の図４における矢視Ｘ－Ｘ断面に相当し（図７～図１１、図１５～図１６、図１８～図１９も同様）、且つ、図６は図４に示す矢印ＡＲ１のすくい動作に対応している。図６に示す例では、第１の情報切替位置ＩＰ１は、例えば第１容器３の上端の高さ位置Ｈ０に設定されている。すなわち、設定情報切替部５３は、ロボット５がすくい動作を実行する前において、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが中心軸Ｏに沿ってＺ軸負の方向に移動され、高さ位置Ｈ０を通過する際に、エンドエフェクタ１３の設定情報を、第１の設定情報（エンドエフェクタ１３の質量が例えば３ｋｇ）から質量がより大きな第２の設定情報（エンドエフェクタ１３の質量が例えば７ｋｇ）に切り替える。第２の設定情報と第１の設定情報の質量差は、例えば１回の搬送動作で搬送されるワークＷの質量の最大値以上に設定される。このように設定情報が切り替えられることにより、実際にはエンドエフェクタ１３は交換されていないにもかかわらず、質量がより大きなエンドエフェクタ１３に交換されたものとみなされる。なお、前述の図４及び図５に示した、矢印ＡＲ１以外の各すくい動作（矢印ＡＲ２～ＡＲ１１）の場合も同様に、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが各すくい動作の起点に向けてＺ軸負の方向に移動され、高さ位置Ｈ０を通過する際に、第１の設定情報が第２の設定情報に切り替えられる。

なお、上記の第１の情報切替位置ＩＰ１は一例であり、他の位置に設定されてもよい。例えば、高さ位置Ｈ０よりもさらに下方の位置又は上方の位置でもよい。

図３に戻り、外力算出部５５は、上述のように、ロボット５のリンク情報及びエンドエフェクタ１３の設定情報と、ロボット５の動作情報とに基づいて、逆動力学演算により計算関節トルクを算出する。そして、外力算出部５５は、ロボット５の各トルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６により検出された実関節トルクと、上記算出した計算関節トルクに基づいて、実関節トルクから計算関節トルクを差し引いた外力を算出する。「外力」は、ロボット５自身、エンドエフェクタ１３、ワークＷ以外のものから作用する力（例えばロボット５が人やワークＷ以外の物に衝突したり接触する等により各関節に作用する力）である。この外力算出部５５による外力の算出は、ロボット５の動作中に継続して実行される。

第１外力判定部５７は、外力算出部５５により算出された外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達したか否かを判定する。例えば第１のしきい値ＴＨ１は、各関節ごとに設定されており、対応する関節の後述する第２のしきい値ＴＨ２よりも小さな値に設定されている。なお、第１のしきい値ＴＨ１はロボット５全体に対して１つのしきい値として設定されてもよい。動作制御部５１は、ロボット５にすくい動作を実行させている最中に、少なくとも１つの関節の外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達したと判定された場合、すくい動作の途中でワークＷを搬送するための搬送動作に切り替える。この第１外力判定部５７による判定は、すくい動作の最中に継続して実行される。

第２外力判定部５９は、外力算出部５５により算出された外力が第２のしきい値ＴＨ２に到達したか否かを判定する。例えば第２のしきい値ＴＨ２は、各関節ごとに設定されており、対応する関節の第１のしきい値ＴＨ１よりも大きな値に設定されている。なお、第２のしきい値ＴＨ２はロボット５全体に対して１つのしきい値として設定されてもよい。動作制御部５１は、ロボット５の動作中に、少なくとも１つの関節の外力が第２のしきい値Ｔ２に到達したと判定された場合、動作の種類に関わりなくロボット５の動作を停止させる。あるいは、ロボット５を外力が作用した方向と反対方向に動作させてもよい。この第２外力判定部５９による判定は、ロボット５の動作中に継続して実行される。

切替位置記録部６１は、第１外力判定部５７の判定によりロボット５のすくい動作の途中で搬送動作に切り替えられた場合に、当該切り替えた位置である動作切替位置ＭＰを記録する。動作制御部５１は、搬送動作の完了後、ロボット５に次のすくい動作を実行させる際には、記録された動作切替位置ＭＰを開始位置として次のすくい動作を実行させる。

図７～図１１に、ロボット５のすくい動作及び搬送動作の一例を示す。なお、図７～図１１に示す動作は、前述の図４に示す矢印ＡＲ１のすくい動作に対応している。図７に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、底板部１３ｂの長手方向がＺ軸に平行且つ底板部１３ｂの短手方向（幅方向）がＹ軸に平行な姿勢とし、その先端をワークＷに所定量だけ挿入する。この際、例えばエンドエフェクタ１３の制御点Ｐが、第１容器３の上端の高さ位置Ｈ０からＺ軸負の方向側への距離（深さ）がｈ１である高さ位置Ｈ１まで中心軸Ｏに沿って移動するように、ロボット５の動作が制御される。なお距離ｈ１は、例えば第１容器３の高さ（深さ）やワークＷの収容高さ等に応じて適宜の値に設定され、教示データとして記録されている。

図７の状態から、図８に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、Ｘ軸正の方向に第１容器３の内周面近傍まで移動させることで、ワークＷのすくい動作を実行する。なお、図８は、すくい動作の最中に全ての関節の外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達しなかった場合の例である。この際、エンドエフェクタ１３は、例えば制御点Ｐが高さ位置Ｈ１で水平方向に移動しつつ、底板部１３ｂと水平方向との角度が９０°から徐々に小さくなるように旋回されながら、第１容器３の内周面近傍まで移動される。なお、エンドエフェクタ１３の先端が第１容器３の内周面近傍に到達した時点で、底板部１３ｂが略水平方向となる姿勢とされてもよい。

図８の状態から、図９に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３をＺ軸正の方向に移動させて持ち上げることで、ワークＷをすくい上げる。なお、エンドエフェクタ１３のワークＷへの挿入が開始されてから上記持ち上げ動作の直前までがワークＷのすくい動作を構成し、持ち上げ動作からがワークＷの搬送動作を構成する。この際、エンドエフェクタ１３は、例えば制御点Ｐが第１容器３の内周面に沿ってＺ軸正の方向に移動するように持ち上げられ、所定の高さにおいて底板部１３ｂが略水平方向となる姿勢で保持される。その後、エンドエフェクタ１３が第２容器９の方向に移動されることで、ワークＷの搬送動作が実行される。なお、この搬送動作の最中に、いずれかの関節の外力が第２のしきい値Ｔ２に到達したと判定された場合には、ロボット５の動作停止等が行われる。

一方、すくい動作の最中に、いずれかの関節の外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達した場合の動作の一例を、図１０及び図１１に示す。図７に示す状態から、図１０に示すように、ロボット５がエンドエフェクタ１３をＸ軸正の方向に第１容器３の内周面近傍まで移動させる途中で、いずれかの関節の外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達した場合には、その時点ですくい動作が搬送動作に切り替えられる。これにより、図１１に示すように、ロボット５はすくい動作の途中位置において、エンドエフェクタ１３をＺ軸正の方向に移動させて持ち上げ、ワークＷをすくい上げる。この際、切替位置記録部６１により、動作を切り替えた時点の制御点Ｐの位置である動作切替位置ＭＰが記録される。その後、エンドエフェクタ１３が第２容器９の方向に移動されることで、ワークＷの搬送動作が実行される。なお、この搬送動作の最中に、いずれかの関節の外力が第２のしきい値Ｔ２に到達したと判定された場合には、ロボット５の動作停止等が行われる。

図１２及び図１３に、治具１１を用いたワークＷの掻き落とし動作の一例を示す。図１２に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、底板部１３ｂの長手方向がＺ軸に平行且つ底板部１３ｂの短手方向（幅方向）がＸ軸に平行な姿勢として、底板部１３ｂの基端側（フランジ部３５側）におけるワーク保持側の表面を、治具１１の接触部１９に当接させる。そして、図１３に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、例えば制御点Ｐが接触部１９の下端の高さ位置Ｈ２に到達するまでＺ軸正の方向に引き上げることにより、エンドエフェクタ１３に付着したワークＷを掻き落とし、第２容器９に落とし込む。なお、エンドエフェクタ１３を第１容器３において持ち上げる動作から、第２容器９に向けて移動し、治具１１の接触部１９に当接させて、制御点Ｐが高さ位置Ｈ２に到達するまで引き上げる動作までが、ワークＷの搬送動作を構成する。また、エンドエフェクタ１３を上記以外の姿勢、例えば底板部１３ｂの長手方向をＺ軸に対して傾斜させてワークＷの掻き落とし動作を行ってもよい。

図１４に、第２の情報切替位置ＩＰ２の一例を示す。図１４に示す例では、第２の情報切替位置ＩＰ２は、例えば治具１１の接触部１９の上端の高さ位置Ｈ３に設定されている。この場合、設定情報切替部５３は、ロボット５が搬送動作を実行し、治具１１を用いてワークＷをエンドエフェクタ１３から第２容器９に掻き落とした後において、エンドエフェクタ１３の制御点ＰがＺ軸正の方向に移動され、高さ位置Ｈ３を通過する際に、エンドエフェクタ１３の設定情報を、第２の設定情報から質量がより小さな第１の設定情報に復帰させる。このように設定情報が切り替えられることにより、実際にはエンドエフェクタ１３は交換されていないにもかかわらず、質量がより小さなエンドエフェクタ１３に交換されたものとみなされる。

なお、上記の第２の情報切替位置ＩＰ２は一例であり、他の位置に設定されてもよい。例えば、高さ位置Ｈ２としてもよいし、高さ位置Ｈ３よりもさらに上方の位置でもよい。

図１５及び図１６に、すくい動作の途中で搬送動作に切り替えられた場合における、次のすくい動作の一例を示す。この場合、動作制御部５１は、切替位置記録部６１により記録された動作切替位置ＭＰを開始位置として、次のすくい動作をロボット５に実行させる。例えば図１５に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、制御点Ｐが動作切替位置ＭＰに向けてＺ軸負の方向に移動するように、下降させる。このとき、制御点Ｐが第１容器３の上端の高さ位置Ｈ０を通過した際に、エンドエフェクタ１３の設定情報が第１の設定情報から質量がより大きな第２の設定情報に切り替えられる。そして、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、制御点Ｐが動作切替位置ＭＰに到達するまでＺ軸負の方向に移動させる。その後、図１６に示すように、ロボット５はエンドエフェクタ１３を、Ｘ軸正の方向に第１容器３の内周面近傍まで移動させることで、ワークＷのすくい動作を前回中断した位置から再開する。なお、当該再開したすくい動作の最中に、いずれかの関節の外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達した場合には、すくい動作が搬送動作に再度切り替えられ、同様の動作が繰り返される。

なお、上記の場合において、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが高さ位置Ｈ０を通過した際ではなく、制御点Ｐが動作切替位置ＭＰの近傍に移動された際（制御点Ｐが動作切替位置ＭＰに到達する直前）に、エンドエフェクタ１３の設定情報が第１の設定情報から第２の設定情報に切り替えられるようにしてもよい。この場合には、動作切替位置ＭＰの近傍位置が第１の情報切替位置ＩＰ１となる。

なお、上述したモーションコントローラ４５の動作制御部５１、設定情報切替部５３、外力算出部５５、第１外力判定部５７、第２外力判定部５９、切替位置記録部６１等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、モーションコントローラ４５の上記の機能は後述するＣＰＵ９０１（図２１参照）が実行するプログラムにより実装されてもよいし、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

＜４．ロボットコントローラの制御手順＞
次に、図１７を用いて、ロボットコントローラ４１によって実行される制御手順の一例について説明する。

ステップＳ５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１により、教示データに基づくアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各サーボモータへの指令を演算し、多軸サーボコントローラ４３へ入力、各サーボモータのサーボ制御を実行し、ロボット５の動作を開始する。

ステップＳ１０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の外力算出部５５により、各トルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６により検出した実関節トルクと、エンドエフェクタ１３の設定情報とに基づいて、実関節トルクから計算関節トルクを差し引いた外力の算出を開始する。この外力の算出は、ロボット５の動作中は継続して実行される。

ステップＳ１５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の第２外力判定部５９により、上記ステップＳ１０で算出した外力が第２のしきい値ＴＨ２以上であるか否かの判定を開始する。この第２のしきい値ＴＨ２以上であるか否かの判定は、ロボット５の動作中は継続して実行される。外力が第２のしきい値ＴＨ２以上であると判定した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０に移る。

ステップＳ２０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１により、アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各サーボモータへの停止指令を演算し、多軸サーボコントローラ４３によりロボット５の動作を停止させる。あるいは、ロボット５を外力が作用した方向と反対方向に動作させてもよい。そして、本フローチャートを終了する。

一方、上記ステップＳ１５において、外力が第２のしきい値ＴＨ２未満であると判定した場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ２５に移る。

ステップＳ２５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の設定情報切替部５３により、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが第１の情報切替位置ＩＰ１に到達したか否かを判定する。制御点Ｐが第１の情報切替位置ＩＰ１に到達するまで本ステップを繰り返し（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御点Ｐが第１の情報切替位置ＩＰ１に到達した場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ３０に移る。

ステップＳ３０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の設定情報切替部５３により、エンドエフェクタ１３の設定情報を、第１の設定情報から質量がより大きな第２の設定情報に切り替える。

ステップＳ３５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１及び多軸サーボコントローラ４３により、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐをすくい動作の開始位置に向けて移動させることで、エンドエフェクタ１３の先端をワークＷに挿入し、すくい動作を開始する。

ステップＳ４０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の第１外力判定部５７により、上記ステップＳ１０で算出した外力が第１のしきい値ＴＨ１以上か否かを判定する。なお、この外力が第１のしきい値ＴＨ１以上か否かの判定は、ロボット５がすくい動作を実行している最中に継続して実行される。外力が第１のしきい値ＴＨ１以上であると判定した場合には（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４５に移る。

ステップＳ４５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の切替位置記録部６１により、外力が第１のしきい値ＴＨ１以上であると判定した時点の制御点Ｐの位置である動作切替位置ＭＰを記録する。その後、後述のステップＳ５５に移る。

一方、上記ステップＳ４０において、外力が第１のしきい値ＴＨ１未満であると判定した場合には（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステップＳ５０に移る。

ステップＳ５０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１により、すくい動作が完了したか否か、具体的には制御点Ｐが教示データで規定されるすくい動作の完了位置（例えば第１容器３の内周面近傍位置）に到達したか否かを判定する。すくい動作が完了していない場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、先のステップＳ４０に戻る。一方、すくい動作が完了した場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、ステップＳ５５に移る。

ステップＳ５５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１及び多軸サーボコントローラ４３により、エンドエフェクタ１３を持ち上げてワークＷをすくい上げ、搬送動作を開始する。

ステップＳ６０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１により、エンドエフェクタ１３が搬送先（例えば第２容器９の近傍）に到達したか否かを判定する。エンドエフェクタ１３が搬送先に到達するまでは本ステップを繰り返し（ステップＳ６０：ＮＯ）、エンドエフェクタ１３が搬送先に到達した場合には（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、ステップＳ６５に移る。

ステップＳ６５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の動作制御部５１及び多軸サーボコントローラ４３により、エンドエフェクタ１３を例えばＺ軸方向に平行に立てた姿勢とし、ワークＷが保持された表面の上側を治具１１の接触部１９に当接させて、エンドエフェクタ１３をＺ軸正の方向に引き上げることにより、エンドエフェクタ１３に付着したワークＷを掻き落とす。

ステップＳ７０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の設定情報切替部５３により、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが第２の情報切替位置ＩＰ２に到達したか否かを判定する。制御点Ｐが第２の情報切替位置ＩＰ２に到達するまで本ステップを繰り返し（ステップＳ７０：ＮＯ）、制御点Ｐが第２の情報切替位置ＩＰ２に到達した場合には（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ステップＳ７５に移る。

ステップＳ７５では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５の設定情報切替部５３により、エンドエフェクタ１３の設定情報を、第２の設定情報から質量がより小さな第１の設定情報に切り替える。

ステップＳ８０では、ロボットコントローラ４１は、モーションコントローラ４５により、ワークＷを第１容器３から第２容器９に移送する作業が終了したか否かを判定する。移送作業が終了していない場合には（ステップＳ８０：ＮＯ）、先のステップＳ２５に戻り、上記と同様の手順を繰り返す。一方、移送作業が終了した場合には（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、本フローチャートを終了する。

＜５．実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のロボットシステム１は、ワークＷを保持するエンドエフェクタ１３を備え、移送作業を実行する、複数の関節を備えたロボット５と、複数の関節の各々に設置され、関節に作用するトルクを検出するトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６と、教示データに基づいてロボット５を動作させる動作制御部５１及び多軸サーボコントローラ４３と、ロボット５の動作によりエンドエフェクタ１３が予め設定された位置ＩＰ１，ＩＰ２に移動された際に、各関節に作用するトルクの計算値を算出するためのエンドエフェクタ１３の設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部５３と、トルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６で検出したトルクとエンドエフェクタ１３の設定情報とに基づいて、検出したトルクからトルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部５５と、を有する。

本実施形態のロボットシステム１では、各関節にトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６を備えたロボット５が、エンドエフェクタ１３を用いてワークＷの第１容器３から第２容器９への移送作業を実行する。このとき、ワークＷの性質や作業の種類によっては、作業の途中にトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６で検出した実関節トルクが大きく変動する場合がある。その結果、実関節トルクから計算関節トルクを差し引いた外力に基づく判断（外力としきい値との比較による衝突判断等）によりロボット５の停止等が度々生じると、稼働率が低下する要因となる。

そこで本実施形態では、エンドエフェクタ１３が予め設定された位置に移動した際に、計算関節トルクを算出するためのエンドエフェクタ１３の設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える。これにより、例えばエンドエフェクタ１３がワークＷを保持する際に、エンドエフェクタ１３の設定情報を質量がより重い設定情報に切り替えることにより、実関節トルクが大きく増大した場合でも、当該実関節トルクから計算関節トルクを差し引いて算出される外力を見かけ上小さくすることが可能となり、ロボット５の停止等を生じにくくすることができる。したがって、ロボット５に作用する外力が大きく変動する場合でも稼働率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では特に、ロボットシステム１は、外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達したか否かを判定する第１外力判定部５７をさらに有し、動作制御部５１は、ロボット５にワークＷを保持するための保持動作（本実施形態ではすくい動作）を実行させている最中に、外力が第１のしきい値ＴＨ１に到達したと判定された場合、保持動作の途中でワークＷを搬送するための搬送動作に切り替える。

これにより、例えば第１のしきい値ＴＨ１をロボット５の動作停止等を行うための第２のしきい値ＴＨ２よりも低い値に設定しておくことで、ワークＷを保持する最中に外力が大きく増大した場合でも、ロボット５の動作停止等となる前に搬送動作に切り替えることが可能となる。したがって、外力が過大となることによるロボット５の動作停止等を低減でき、稼働率の低下を抑制できる。

また、本実施形態では特に、ロボットシステム１は、外力が第１のしきい値ＴＨ１よりも大きい第２のしきい値ＴＨ２に到達したか否かを判定する第２外力判定部５９をさらに有し、動作制御部５１は、外力が第２のしきい値ＴＨ２に到達したと判定された場合、ロボット５の動作を停止させる。

これにより、例えばロボット５が人やワークＷ以外の物に衝突したり接触する等により、ロボット５に作用する外力が過大となった場合に、直ちに動作を停止させることができる。したがって、安全性を向上でき、人と協働することが可能となる。

また、本実施形態では特に、ロボットシステム１は、保持動作を搬送動作に切り替えた位置である動作切替位置ＭＰを記録する切替位置記録部６１をさらに有し、動作制御部５１は、搬送動作の完了後、ロボット５に次の保持動作を実行させる際には、動作切替位置ＭＰを開始位置として次の保持動作を実行させる。

これにより、前回の保持動作の実行途中で搬送動作に切り替えた場合でも、次回の保持動作を前回の保持動作を中断した位置から引き続いて実行することができる。したがって、ワークＷに対してエンドエフェクタ１３による保持（上記実施形態ではすくい上げ）を満遍なく実行することができる。

また、本実施形態では特に、設定情報切替部５３は、ロボット５が保持動作を実行する前において、エンドエフェクタ１３が予め設定された第１の情報切替位置ＩＰ１に移動された際に、第１の設定情報を質量がより大きな第２の設定情報に切り替え、ロボット５が搬送動作を実行した後において、エンドエフェクタ１３が予め設定された第２の情報切替位置ＩＰ２に移動された際に、第２の設定情報から第１の設定情報に切り替える。

本実施形態では、保持動作の実行前の予め設定された位置で設定情報を質量がより大きな設定情報に切り替え、搬送動作の実行後の予め設定された位置で設定情報を元の設定情報に復帰させる。このように固定された位置で設定情報を切り替えるようにすることで、制御処理や設定処理を簡易化できる。

また、本実施形態において、設定情報切替部５３が、ロボット５が保持動作を実行する前において、エンドエフェクタ１３が動作切替位置ＭＰの近傍に移動された際に、第１の設定情報を質量がより大きな第２の設定情報に切り替えるようにした場合には、次のような効果を奏する。

すなわち、動作切替位置ＭＰは毎回の保持動作において変動する位置である。このように変動する動作切替位置ＭＰで設定情報を切り替えるようにすることで、常に保持動作を開始する直前に設定情報を切り替えることができる。これにより、必要最小限の区間（ワークＷを保持している区間）に限定して設定情報の切り替えを行うことができる。

また、本実施形態では特に、保持動作は、第１容器３に収容されたワークＷをエンドエフェクタ１３ですくうためのすくい動作であり、搬送動作は、エンドエフェクタ１３ですくったワークＷを第２容器９に搬送するための搬送動作であり、ワークＷは、すくい動作の最中に実関節トルクが増大する性質を有する物体である。

これにより、第１容器３に収容された、すくい動作の最中に実関節トルクが増大する性質を有するワークＷ（例えば粘体、粉体、粒体、液体、バラ積みされた固形物等）を、エンドエフェクタ１３ですくい、すくったワークＷを第２容器９に搬送する作業を、稼働率の低下を抑制しつつ安全に実行可能なロボットシステム１を実現できる。

また、本実施形態では特に、ロボットシステム１は、第２容器９の上方に配置され、ワークＷをエンドエフェクタ１３から掻き落とすための治具１１（接触部１９）をさらに有する。

これにより、エンドエフェクタ１３に付着したワークＷを第２容器９に掻き落とすことができる。したがって、例えばクリーム、餡子、アイスクリーム、ご飯等の粘性の高いワークＷについても効率良く搬送することができる。また、エンドエフェクタ１３にワークＷを掻き落とす機構を設ける必要がなくなるので、エンドエフェクタ１３を簡素化できる。

また、本実施形態では特に、設定情報切替部５３は、ロボット５が治具１１を用いてワークＷをエンドエフェクタ１３から第２容器９に掻き落とした後に、第２の設定情報から第１の設定情報に切り替える。

これにより、実際にエンドエフェクタ１３がワークＷを保持している期間に限定して実効的に設定情報の切り替えを行うことができる。

また、本実施形態では特に、すくい動作は、エンドエフェクタ１３を水平方向に略直線状に移動させる動作と、エンドエフェクタ１３を第１容器３の壁面に沿って移動させる動作と、を含む。

これにより、第１容器３内において壁面に付着したワークＷについてもすくうことができる。したがって、第１容器３内のワークＷの取り残しを低減することができる。

また、本実施形態によれば、例えば人協働ロボットとして構成された、外力検知機能を有するロボット５で使用している各関節のトルクセンサＴｓ１～Ｔｓ６の検出値を利用して、外力の算出や、当該外力としきい値ＴＨ１，ＴＨ２との比較によるすくい動作から搬送動作への切替又はロボット５の動作停止等を実行することができる。したがって、新たな外力センサをロボット５に設置することが不要となる。

＜６．変形例等＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

（６－１．挿入位置を検出して挿入量を制御する場合）
ロボット５によるすくい動作を実行した後は、第１容器３内におけるワークＷの表面は平坦となるが、すくい動作を実行する前は、ワークＷの表面に凹凸がある場合がある。このため、上述した実施形態のように、教示データにより予め定められた高さ位置Ｈ１までエンドエフェクタ１３を挿入してすくい動作を実行する場合には、エンドエフェクタ１３がワークＷに挿入されなかったり、挿入量が大きすぎたりする可能性があり、ワークＷのすくい量にバラつきが生じる可能性がある。

そこで本変形例では、図１８に示すように、モーションコントローラ４５が挿入位置検出部６３を有する。挿入位置検出部６３は、外力算出部５５で算出した外力に基づいて、エンドエフェクタ１３の先端がワークＷへ挿入された位置である挿入位置を検出する。例えば図１９に示す例では、エンドエフェクタ１３の先端が高さ位置Ｈ２でワークＷへの挿入を開始されている。挿入位置検出部６３は、例えばＺ軸正の方向の外力（エンドエフェクタ１３がワークＷから受ける反力）を検出することで挿入開始を検出し、その時点の制御点ＰのＺ軸方向の位置から高さ位置Ｈ２（挿入位置の一例）を検出する。検出された高さ位置Ｈ２は記録される。そして、動作制御部５１は、検出された高さ位置Ｈ２に基づいて、エンドエフェクタ１３のワークＷに対する挿入量を制御し、ロボット５にすくい動作を実行させる。例えば図２０に示す例では、エンドエフェクタ１３の制御点Ｐが、高さ位置Ｈ２からＺ軸負の方向側への距離（深さ）がｈ２である高さ位置Ｈ３まで中心軸Ｏに沿って移動するように、挿入量が制御される。なお距離ｈ２は、例えば第１容器３の高さ（深さ）やワークＷの収容高さ等に応じて適宜の値に設定されている。その後、前述の図８や図１０に示すように、エンドエフェクタ１３が水平方向に移動されてワークＷのすくい動作が実行される。なお、上記の処理は、ワークＷの表面に凹凸がある最初のすくい動作でのみ実行されてもよいし、ワークＷの表面が平坦となった後、すなわち深さを変更して行われる２回目以降のすくい動作についても、上記と同様の処理が実行されてもよい。

本変形例によれば、エンドエフェクタ１３をワークＷに対して適切な量だけ挿入することができる。これにより、ワークＷのすくい量を略均一にすることが可能となり、すくい動作を適切に実行することができる。

（６－２．その他）
上記実施形態では、ロボット５が全ての関節にトルクセンサを備える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも１つの関節にトルクセンサを備えていればよい。このようなロボットに対しても本発明を適用できる。

＜７．モーションコントローラのハードウェア構成例＞
次に、図２１を参照しつつ、モーションコントローラ４５のハードウェア構成例について説明する。

図２１に示すように、モーションコントローラ４５は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、記録装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。

プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、記録装置９１７等に記録しておくことができる。

また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体９２５に、一時的又は非一時的（永続的）に記録しておくこともできる。このような記録媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

そして、ＣＰＵ９０１が、上記記録装置９１７に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の動作制御部５１、設定情報切替部５３、外力算出部５５、第１外力判定部５７、第２外力判定部５９、切替位置記録部６１等による処理が実現される。この際、ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置９１７からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。更にＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置９１７に記録せずに直接実行してもよい。

また、ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばプログラミングペンダント・マウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。

そして、ＣＰＵ９０１は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよく、さらにＣＰＵ９０１は、必要に応じてこの処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよく、上記記録装置９１７や記録媒体９２５に記録させてもよい。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

但し、例えばしきい値（図１７のフローチャート参照）や基準値等、所定の判定基準となる値あるいは区切りとなる値の記載がある場合は、それらに対しての「同一」「等しい」「異なる」等は、上記とは異なり、厳密な意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ ロボットシステム
３ 第１容器（第１の容器）
５ ロボット
９ 第２容器（第２の容器）
１１ 治具
１９ 接触部（治具）
１３ エンドエフェクタ
５１ 動作制御部
５３ 設定情報切替部
５５ 外力算出部
５７ 第１外力判定部
５９ 第２外力判定部
６１ 切替位置記録部
６３ 挿入位置検出部
ＭＰ 動作切替位置
ＩＰ１ 第１の情報切替位置（予め設定された位置）
ＩＰ２ 第２の情報切替位置（予め設定された位置）
ＴＨ１ 第１のしきい値
ＴＨ２ 第２のしきい値
Ｔｓ１～Ｔｓ６ トルクセンサ（第１センサ、第２センサ）
Ｗ ワーク

Claims (12)

1. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、
   前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
   教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、
   前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、前記エンドエフェクタの質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、
   切り替えられた前記エンドエフェクタの前記設定情報に基づいて前記トルクの計算値を算出し、前記トルクセンサで検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、
   を有することを特徴とするロボットシステム。
2. 前記外力が第１のしきい値に到達したか否かを判定する第１外力判定部をさらに有し、
   前記動作制御部は、
   前記ロボットに前記ワークを保持するための保持動作を実行させている最中に、前記外力が前記第１のしきい値に到達したと判定された場合、前記保持動作の途中で前記ワークを搬送するための搬送動作に切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボットシステム。
3. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、
   前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
   教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、
   前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、
   検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、
   前記外力が第１のしきい値に到達したか否かを判定する第１外力判定部と、
   前記外力が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値に到達したか否かを判定する第２外力判定部と、を有し、
   前記動作制御部は、
   前記ロボットに前記ワークを保持するための保持動作を実行させている最中に、前記外力が前記第１のしきい値に到達したと判定された場合、前記保持動作の途中で前記ワークを搬送するための搬送動作に切り替えると共に、前記外力が前記第２のしきい値に到達したと判定された場合、前記ロボットの動作を停止させる
   ことを特徴とするロボットシステム。
4. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、
   前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
   教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、
   前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、
   検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、
   前記外力が第１のしきい値に到達したか否かを判定する第１外力判定部と、を有し、
   前記動作制御部は、
   前記ロボットに前記ワークを保持するための保持動作を実行させている最中に、前記外力が前記第１のしきい値に到達したと判定された場合、前記保持動作の途中で前記ワークを搬送するための搬送動作に切り替え、
   前記保持動作を前記搬送動作に切り替えた位置である動作切替位置を記録する切替位置記録部をさらに有し、
   前記動作制御部は、
   前記搬送動作の完了後、前記ロボットに次の前記保持動作を実行させる際には、前記動作切替位置を開始位置として前記次の保持動作を実行させる
   ことを特徴とするロボットシステム。
5. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、
   前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
   教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、
   前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、
   検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、
   前記外力が第１のしきい値に到達したか否かを判定する第１外力判定部と、を有し、
   前記動作制御部は、
   前記ロボットに前記ワークを保持するための保持動作を実行させている最中に、前記外力が前記第１のしきい値に到達したと判定された場合、前記保持動作の途中で前記ワークを搬送するための搬送動作に切り替え、
   前記設定情報切替部は、
   前記ロボットが前記保持動作を実行する前において、前記エンドエフェクタが予め設定された第１の情報切替位置に移動された際に、第１の設定情報を質量がより大きな第２の設定情報に切り替え、前記ロボットが前記搬送動作を実行した後において、前記エンドエフェクタが予め設定された第２の情報切替位置に移動された際に、前記第２の設定情報から前記第１の設定情報に切り替える
   ことを特徴とするロボットシステム。
6. 前記設定情報切替部は、
   前記ロボットが前記保持動作を実行する前において、前記エンドエフェクタが前記動作切替位置の近傍に移動された際に、第１の設定情報を質量がより大きな第２の設定情報に切り替え、前記ロボットが前記搬送動作を実行した後において、前記エンドエフェクタが予め設定された情報切替位置に到達した際に、前記第２の設定情報から前記第１の設定情報に切り替える
   ことを特徴とする請求項４に記載のロボットシステム。
7. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットと、
   前記複数の関節の少なくとも１つに設置され、前記関節に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
   教示データに基づいて前記ロボットを動作させる動作制御部及び多軸サーボコントローラと、
   前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、質量が異なる他の設定情報に切り替える設定情報切替部と、
   検出した前記トルクと前記設定情報とに基づいて、前記検出したトルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出する外力算出部と、
   前記外力が第１のしきい値に到達したか否かを判定する第１外力判定部と、
   を有し、
   前記動作制御部は、
   前記ロボットに前記ワークを保持するための保持動作を実行させている最中に、前記外力が前記第１のしきい値に到達したと判定された場合、前記保持動作の途中で前記ワークを搬送するための搬送動作に切り替え、
   前記保持動作は、
   第１の容器に収容された前記ワークを前記エンドエフェクタですくうためのすくい動作であり、
   前記搬送動作は、
   前記エンドエフェクタですくった前記ワークを第２の容器に搬送するための搬送動作であり、
   前記ワークは、
   前記すくい動作の最中に前記検出したトルクが増大する性質を有する物体である
   ことを特徴とするロボットシステム。
8. 前記第２の容器の上方に配置され、前記ワークを前記エンドエフェクタから掻き落とすための治具をさらに有する
   ことを特徴とする請求項７に記載のロボットシステム。
9. 前記設定情報切替部は、
   前記ロボットが前記すくい動作を実行する前に、第１の設定情報を質量がより大きな第２の設定情報に切り替え、前記ロボットが前記治具を用いて前記ワークを前記エンドエフェクタから前記第２の容器に掻き落とした後に、前記第２の設定情報から前記第１の設定情報に切り替える
   ことを特徴とする請求項８に記載のロボットシステム。
10. 前記外力算出部で算出した前記外力に基づいて、前記エンドエフェクタの先端が前記ワークへ挿入された位置である挿入位置を検出する挿入位置検出部をさらに有し、
    前記動作制御部は、
    前記挿入位置に基づいて、前記エンドエフェクタの前記ワークに対する挿入量を制御し、前記ロボットに前記すくい動作を実行させる
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のロボットシステム。
11. 前記すくい動作は、
    前記エンドエフェクタを水平方向に略直線状に移動させる動作と、
    前記エンドエフェクタを前記第１の容器の壁面に沿って移動させる動作と、を含む
    ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のロボットシステム。
12. ワークを保持するエンドエフェクタを備え、所定の作業を実行する、複数の関節を備えたロボットの制御方法であって、
    前記複数の関節の少なくとも１つに作用するトルクを検出することと、
    教示データに基づいて前記ロボットを動作させることと、
    前記ロボットの動作により前記エンドエフェクタが予め設定された位置に移動された際に、前記関節に作用するトルクの計算値を算出するための前記エンドエフェクタの設定情報を、前記エンドエフェクタの質量が異なる他の設定情報に切り替えることと、
    切り替えられた前記エンドエフェクタの前記設定情報に基づいて前記トルクの計算値を算出し、検出した前記トルクから前記トルクの計算値を差し引いた外力を算出することと、
    を有することを特徴とするロボットの制御方法。

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