JP7169561B2 - ロボットシステム、ロボットの制御方法、サーボシステム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ロボットシステム、ロボットの制御方法及びサーボシステムに関する。

従来、安全柵無しで人との協働運転を行うロボットが提唱されている。人と協働するロボットには、人と接触した場合に安全に動作することが望まれる。

このような技術として、例えば特許文献１には、各種ハンドリング作業を行う水平多関節型ロボットアームに、外力を計測する力センサや各関節軸に作用するトルクを計測するトルクセンサを取付け、それらのセンサ情報から各関節を力制御することにより、アームがどの部分で環境に接触しても適切な回避動作を実現できる水平多関節型ロボットアームのインピーダンス制御装置が記載されている。

特開２００１－３８６７３号公報

上記従来技術では、ロボットアームに複数種類の外力計測センサが取り付けられるが、このようなセンサは高価であるためコストアップの要因となる。このため、コストアップを抑えつつ人との協働運転が可能な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、コストアップを抑えつつ人との協働運転が可能なロボットシステム、ロボットの制御方法及びサーボシステム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、モータにより駆動される関節を備えたロボットと、前記モータを制御して前記ロボットを動作させるコントローラと、を有し、前記コントローラは、位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行する第１制御部と、前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存するトルク指令保存部と、前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行する第２制御部と、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、モータにより駆動される関節を備えたロボットの制御方法であって、位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行することと、前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存することと、保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行することと、を有する、ロボットの制御方法が適用される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、モータと、前記モータを制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行する第１制御部と、前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存するトルク指令保存部と、前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行する第２制御部と、を有する、サーボシステムが適用される。

本発明によれば、コストアップを抑えつつ人との協働運転が可能なロボットシステム等を実現できる。

第１実施形態に係るロボットシステムの構成の一例を表す斜視図である。 トルクティーチング時のロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。 トルクプレイバック時のロボットコントローラの機能構成の一例を表しブロック図である。 ロボットコントローラによる制御内容の一例を表すフローチャートである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果の一例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果の他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第１実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果のさらに他の例を表すグラフである。 第２実施形態に係るトルクティーチング時のロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。 第２実施形態に係るトルクプレイバック時のロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。 ロボットコントローラによる制御内容の一例を表すフローチャートである。 一部の軸に対してトルク制御を実行する変形例における、ロボットが実行するワークの移送作業の動作の一例を表す説明図である。 一部の軸に対してトルク制御を実行する変形例における、ロボットが実行するワークの移送作業の動作の他の例を表す説明図である。 一部の軸に対してトルク制御を実行する変形例における、ロボットが実行するワークの移送作業の動作のさらに他の例を表す説明図である。 トルク制御から位置制御に切り替える変形例における、トルクプレイバック時のロボットコントローラの機能構成の一例を表すブロック図である。 トルク制御から位置制御に切り替える変形例における、ロボットコントローラによる制御内容の一例を表すフローチャートである。 モード切替可能とする変形例における、ロボットコントローラのモード切替に関わる部分の機能構成の一例を表すブロック図である。 外力計測センサを設ける変形例における、ロボットシステムの構成の一例を表す斜視図である。 外力計測センサを設ける変形例における、ロボットコントローラのモード切替に関わる部分の機能構成の一例を表すブロック図である。 ロボット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。

＜０．背景＞
まず、実施形態について説明する前に、本願発明者等が本願発明に想到した背景等について説明する。

一般にロボットは、各関節を位置制御し、ティーチングされた位置に手先を移動させる。ロボットが人と協働する場合には、位置制御による動作中に人と接触しても大きな力を加えないように、安全に動作することが望まれる。そこで、例えば動作速度を低めに設定したり、トルクセンサを用いて人との接触を検出して停止させたりすることが行われている。

しかしながら、ロボットが位置制御によって動作する場合、人との接触によりロボットに外力が加わっても、ティーチングされた位置に到達するように動作する。このため、トルクの出力が増大して人に危害を加える可能性がある。また、一般にロボットは各関節のバックドライバビリティが低いため、人との接触によりロボットに外力が加わっても、モータの電流情報から接触を検出することは難しい場合もある。このため、人と協働するロボットには、人との接触を検出するために、外力を計測する力センサや各関節軸に作用するトルクを計測するトルクセンサが設けられる。しかしながら、このような外力計測センサは高価であるため、人協働ロボットのコストアップの要因となる。したがって、外力計測センサを用いることなく、人と接触しても大きな力を加えないように安全に動作するロボットが要望されていた。

そこで、本願発明者等は検討により以下の点に想到した。すなわち、モータの制御は位置制御とトルク制御に大別できる。なお、力制御はトルク制御と単位が異なるが性質が同じであるため、トルク制御に含めることとする。また、電流指令はトルク指令に定数を乗算したものであり、電流制御もトルク制御と性質が同じであるため、トルク制御に含めることとする。位置制御は、任意のトルクで指令した位置に到達するように制御する。一方、トルク制御は、任意の位置で指令したトルクを発生するように制御する。よって、人に危害を加えない程度の大きさのトルクを出力するようにモータをトルク制御することで、人と接触した場合であってもロボットが人に危害を加えないように安全に動作させることが可能である。つまり、トルク制御により所望の軌道（ティーチングされた軌道）を描くロボットを実現することで、外力計測センサを用いることなく人と協働することが可能なロボットを実現できることに想到した。

これらの事情に想到した本願発明者等は、更に鋭意研究を行った結果、以下で説明する各実施形態に係るロボットシステム等に想到した。以下、これらの実施形態について詳細に説明する。なお、ここで説明した課題や効果等は、以下で説明する各実施形態のあくまで一例であって、さらなる作用効果等を各実施形態が奏することは言うまでもない。

＜１．第１実施形態＞
まず、第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（１－１．ロボットシステムの構成）
まず、図１を参照しつつ、第１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、ワークＷ（後述の図１６～図１８参照）に対して所定の作業を行うロボット３と、ロボットコントローラ５と、上位コントローラ７とを有する。

ロボット３は、モータにより駆動される例えば６つの関節部を備えた垂直多関節型の６軸ロボットであり、その先端には、エンドエフェクタとしてハンド９が取り付けられている。ロボットコントローラ５は、ロボット３の例えば基台１１に取り付けられており、各モータを制御してロボット３の動作を制御する。なお、ロボット３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３を垂直多関節型以外のロボットとしてもよい。また、ロボットコントローラ５をロボット３と分離して配置してもよい。

ロボット３は、上記所定の作業として、例えばハンド９によりワークＷを把持して移送するワークの移送作業を実行する。なお、ロボット３が行う作業はワークの移送作業に限定されるものではなく、例えばワークを用いて部品や製品の組み立て等を実行することも可能である。また、ハンド９に代えてエンドエフェクタの種類を適宜変更することにより、例えば、塗装、溶接、ボルト締め、機械加工（切削や研磨等）等の作業を行うことも可能である。

ロボットコントローラ５（コントローラの一例）は、上位コントローラ７から入力された位置指令（教示データ）に基づいて、ロボット３のハンド９をティーチングにより教示された位置に移動させるために必要となるロボット３の各アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６のサーボモータ（図示省略）の目標回転角度等を演算し、当該目標回転角度等に基づいて各アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の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３の動作を制御する。ロボットコントローラ５及び上位コントローラ７は、例えばモーションコントローラ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等により構成される。なお、ロボットコントローラ５と上位コントローラ７とを、別体でなく一体として構成してもよい。また、ロボットコントローラ５又は上位コントローラ７の少なくとも一方を、複数の制御装置で構成してもよい。また、位置指令は必ずしも上位コントローラ７から入力される必要はなく、ロボットコントローラ５内に保存されていてもよい。

（１－２．ロボットの構成）
次に、図１を参照しつつ、ロボット３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３は、基台１１と、旋回部１３と、アーム１５とを有する。基台１１は、例えば床や壁、天井等に固定されている。

旋回部１３は、基台１１の上端部に、上下方向に略平行な回転軸心Ａｘ１まわりに旋回可能に支持されている。この旋回部１３は、基台１１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１１の上端部に対し、回転軸心Ａｘ１まわりに旋回駆動される。

アーム１５は、旋回部１３の一方側の側部に支持されている。このアーム１５は、下腕部１７と、上腕部１９と、手首部２１と、フランジ部２３とを備える。

下腕部１７は、旋回部１３の一方側の側部に、回転軸心Ａｘ１に略垂直な回転軸心Ａｘ２まわりに旋回可能に支持されている。この下腕部１７は、旋回部１３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１３の一方側の側部に対し、回転軸心Ａｘ２まわりに旋回駆動される。

上腕部１９は、下腕部１７の先端側に、回転軸心Ａｘ２に略平行な回転軸心Ａｘ３まわりに旋回可能且つ回転軸心Ａｘ３に略垂直な回転軸心Ａｘ４回りに回動可能に支持されている。この上腕部１９は、下腕部１７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１７の先端側に対し、回転軸心Ａｘ３まわりに旋回駆動される。また上腕部１９は、アクチュエータＡｃ３との間に設けられたアクチュエータＡｃ４の駆動により、下腕部１７の先端側に対し、回転軸心Ａｘ４まわりに回動駆動される。

手首部２１は、上腕部１９の先端側に、回転軸心Ａｘ４に略垂直な回転軸心Ａｘ５まわりに旋回可能に支持されている。この手首部２１は、上腕部１９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１９の先端側に対し、回転軸心Ａｘ５まわりに旋回駆動される。

フランジ部２３は、手首部２１の先端側に、回転軸心Ａｘ５に略垂直な回転軸心Ａｘ６まわりに回動可能に支持されている。このフランジ部２３は、手首部２１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３２の先端側に対し、回転軸心Ａｘ６まわりに回動駆動される。

ハンド９は、フランジ部２３の先端に取り付けられており、フランジ部２３の回転軸心Ａｘ６まわりの回動と共に、回転軸心Ａｘ６まわりに回動する。このハンド９は、互いに遠近する方向に動作可能な一対の爪部材９ａ，９ａを備えており、ワークＷを把持することを初めとして、各種の操作や作業をすることが可能である。

以上の構成であるロボット３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は、例えばサーボモータ、減速機及びブレーキ等により構成されている。なお、サーボモータ、減速機及びブレーキ等は、必ずしも回転軸心Ａｘ１～Ａｘ６上に配置される必要はなく、これらの回転軸心Ａｘ１～Ａｘ６から離れた位置に配置されてもよい。

なお、上記では、アーム１５の長手方向（あるいは延材方向）に沿った回転軸心まわりの回転を「回動」と呼び、アーム１５の長手方向（あるいは延材方向）に略垂直な回転軸心まわりの回転を「旋回」と呼んで区別している。

（１－３．ロボットコントローラの構成）
次に、図２及び図３を参照しつつ、ロボットコントローラ５の機能構成の一例について、トルクティーチング時とトルクプレイバック時とに分けて説明する。なお、本実施形態において「トルクティーチング」とは、ロボット３の各関節のモータに位置制御を実行することによりロボット３を動作させたときの各モータへのトルク指令を保存することをいう。また「トルクプレイバック」とは、トルクティーチングで保存したトルク指令を用いてロボット３の各関節のモータにトルク制御を実行してロボット３を動作させることをいう。また、ロボットコントローラ５は図２及び図３に示す機能を上述の６つのアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各モータに対してそれぞれ有するが、図２及び図３では煩雑防止のため単一のモータＭに対する機能として図示している。

図２に、トルクティーチング時のロボットコントローラ５の機能構成の一例を示す。この図２に示すように、ロボットコントローラ５は、位置制御部２５と、速度制御部２７と、電流制御部２９と、速度推定部３１と、トルク指令保存部３３と、検出位置保存部３５と、電流センサ３７とを有する。また、アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各モータＭは、モータの回転位置（回転角度ともいう）を検出するエンコーダＥと、モータを制動可能なブレーキＢをそれぞれ有する。

位置制御部２５は、上位コントローラ７から出力された位置指令と、エンコーダにより検出された検出位置とに基づいて、例えばＰ制御、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御等により、モータＭが指令位置に到達するような速度を発生させるための速度指令を生成する。速度制御部２７は、位置制御部２５により生成された速度指令と、速度推定部３１により計算された推定速度とに基づいて、例えばＰ制御、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御等により、モータＭが指令速度に到達するようなトルクを発生させるためのトルク指令を生成する。電流制御部２９は、速度制御部２７により生成されたトルク指令に基づいて電流指令を算出し、当該電流指令と、エンコーダにより検出された検出位置と、電流センサ３７により検出された電流値とに基づいて、例えばＰ制御、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御等により、モータＭが指令トルクを発生するための電流値を決定し、モータＭに供給する。速度推定部３１は、エンコーダＥにより検出された検出位置を、例えば時間で１階微分したり、エンコーダＥの検出信号（例えばパルス信号）を所定の時間カウントするなどの処理により、速度を推定する。なお、上記位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９が第１制御部の一例に相当する。

トルク指令保存部３３は、上記位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９によりモータＭの位置制御を実行する際に、速度制御部２７により生成されたトルク指令（位置指令に基づいて生成したトルク指令の一例）の値を時系列で保存する。なお、前述のように電流指令はトルク指令に定数を乗算したものであり、性質が同じである。このため、本明細書において「トルク指令を保存する」という場合、「電流指令を保存する」ことが含まれるものとする。また、検出位置保存部３５は、上記位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９によりモータＭの位置制御を実行する際に、エンコーダＥにより検出された検出位置（第１検出位置の一例）を時系列で保存する。つまり、ロボット３に所望の手先の位置をティーチングし、当該ティーチングによる軌道を確認するためにプレイバックする際には、上記位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９により各関節のモータＭが位置制御される。この際、各関節の動作用に速度制御部２７によりそれぞれ生成されたトルク指令の値が、トルク指令保存部３３によりモータＭごとに時系列で保存される。同様に、上記位置制御によるプレイバックの際に、各モータＭのエンコーダＥによりそれぞれ検出された検出位置が、検出位置保存部３５によりモータＭごとに時系列で保存される。なお、上記位置制御によるプレイバックを、上述したトルクプレイバックと区別するために「位置プレイバック」という。

図３に、トルクプレイバック時のロボットコントローラ５の機能構成の一例を示す。上記トルクティーチングでトルク指令保存部３３により保存したトルク指令は、ロボット３の手先を所望の位置に移動させるためのトルク指令である。したがって、図３に示すように、トルク指令保存部３３に保存したトルク指令を指令値とするトルク制御を電流制御部２９によりアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の各モータＭに対して実行すると、ロボット３にトルクティーチング時と異なる外乱が作用しない場合には、ロボット３の手先は所望の位置に移動する。その結果、トルク制御により所望の軌道（ティーチングされた軌道）を描くロボットを実現することができる。なお、本明細書において「外乱」という場合、ロボット３に作用する外力、モデル化誤差（制御モデルと実物の誤差）、ロボット３の内部干渉力等が含まれる。

一方で、トルクプレイバック時に人との接触等によりロボット３に想定以上の外乱が加わる可能性もある。この外乱が加わったか否かを判断するために、図３に示すように、ロボットコントローラ５は、上記図２に示す構成に加えて、減算器３９と、接触判定部４１と、停止処理部４３とを有する。減算器３９には、検出位置保存部３５により保存された検出位置と、トルク指令保存部３３により保存されたトルク指令に基づいて電流制御部２９によりモータＭのトルク制御を実行する際にエンコーダＥにより検出された検出位置（第２検出位置の一例）とが入力され、減算器３９はそれらの位置偏差を出力する。接触判定部４１は、トルク制御の実行中におけるロボット３への接触の有無を判定する。具体的には、接触判定部４１は、減算器３９により出力された位置偏差と第１しきい値とを比較し、位置偏差が第１しきい値よりも大きい場合には、想定以上の外乱が加わっている（接触の可能性が大きい）と判定し、位置偏差が第１しきい値以下である場合には、外乱が想定以内である（接触の可能性が少ない）と判定する。

停止処理部４３（第１停止処理部の一例）は、接触判定部４１により接触があると判定された場合に、モータＭへの電流の供給を停止すると共にブレーキＢを作動させて、モータＭを停止させる。なお、停止処理部４３により、上記モータＭの停止に代えて又は加えて、アラームを出力する処理等を行ってもよい。

なお、上述したトルク指令保存部３３、検出位置保存部３５、接触判定部４１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、ロボットコントローラ５の各処理部は、モータＭに駆動電力を給電する部分（サーボアンプ等）のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するＣＰＵ９０１（図２４参照）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。さらに、ロボットコントローラ５と上位コントローラ７の処理の分担は上記の例に限定されるものではなく、例えばトルク指令保存部３３、検出位置保存部３５、接触判定部４１等による処理を上位コントローラ７で行ってもよいし、ロボットコントローラ５と上位コントローラ７とで分担して行ってもよい。

（１－４．ロボットコントローラによる制御内容）
次に、図４を参照しつつ、ロボットコントローラ５による制御内容の一例について説明する。なお、本フローチャートの実行前に、予めティーチングペンダント等を用いてロボット３に対するティーチングが行われ、上位コントローラ７に当該ティーチングに対応する位置指令が保存されているものとする。なお、このときに行われるティーチングを、上述したトルクティーチングと区別するために「位置ティーチング」という。

ステップＳ１０では、ロボットコントローラ５は、上位コントローラ７からの位置指令に基づいて各モータＭに対して位置制御を実行し、ロボット３を動作させる位置プレイバックを実行する。

ステップＳ２０では、ロボットコントローラ５は、トルク指令保存部３３により、位置プレイバック中に速度制御部２７により生成されたトルク指令を時系列で保存する（トルクティーチング）。また、ロボットコントローラ５は、検出位置保存部３５により、位置プレイバック中にエンコーダＥにより検出された検出位置を時系列で保存する。

ステップＳ３０では、ロボットコントローラ５は、電流制御部２９により、上記ステップＳ２０で保存したトルク指令を指令値とするトルク制御を各モータＭに対して実行し、ロボット３を動作させるトルクプレイバックを実行する。

ステップＳ４０では、ロボットコントローラ５は、減算器３９により、上記ステップＳ２０で保存したトルクティーチング時の検出位置と、実行中のトルクプレイバックにおいてエンコーダＥにより検出された検出位置との位置偏差を算出する。

ステップＳ５０では、ロボットコントローラ５は、接触判定部４１により、上記ステップＳ４０で算出した位置偏差が第１しきい値より大きいか否かを判定する。位置偏差が第１しきい値以下である場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、本フローを終了する。一方、位置偏差が第１しきい値よりも大きい場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、ステップＳ６０に移る。

ステップＳ６０では、ロボットコントローラ５は、停止処理部４３により、モータＭへの電流の供給を停止すると共にブレーキＢを作動させて、モータＭを停止させる。その後、本フローを終了する。

（１－５．シミュレーション結果）
次に、図５～図１２を参照しつつ、本実施形態による効果を検証するためのシミュレーション結果の一例について説明する。ここでは、回転型モータとボールネジを使用した１軸の動作としてシミュレーションを行った。

図５及び図６に、トルクティーチング時の動作と処理の一例を示す。図５に示すように、トルクティーチング時の位置制御に用いる位置指令は、例えば振幅１８．８４ｒａｄ、周波数１ＨＺの正弦波とした。また図６に示すように外力は加わらないものとした。この場合、図５に示すようにエンコーダによる検出位置は位置指令と略一致する。また、位置指令に基づいて図６に示すようなトルク指令が生成され、当該トルク指令値が時系列に沿って保存される。

次に、位置プレイバック（比較例）とトルクプレイバック（実施形態）の動作を比較することで、トルクプレイバックにより得られる効果について検証する。ここでは、位置プレイバックとトルクプレイバックの両方において、０ｓ～４ｓまではモータをトルクティーチング時と同じ状況とするために、外力を受けないように設定した。また、４ｓ以降では、トルクティーチング時と異なり、０ｒａｄより大きい範囲では例えば剛性０．０３７２Ｎｍ／ｒａｄ、粘性１４．２Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）の物と接触して受ける反力を外力として受けるように設定した。

図７及び図８に、この場合における位置プレイバック時の位置とトルクの一例を示す。また図９に、位置ティーチング時の検出位置と位置プレイバック時の検出位置との位置偏差の一例を示す。図７に示すように、位置制御を実行する位置プレイバック時においては、位置ティーチング時と異なる外力を受けても、検出位置は位置指令に追従して略一致する。また図９に示すように、位置ティーチング時の検出位置と位置プレイバック時の検出位置との位置偏差は、例えば最大で０．０５ｒａｄであり、位置指令の振幅１８．８４ｒａｄと比べると位置偏差は指令値の１００分の１以下である。また図８に示すように、外力を受けても検出位置を位置指令に追従させるため、４ｓ以降は位置ティーチング時よりも大きなトルクが出力されている。なお、接触対象に加わっているトルクを示す外力の大きさの最大値は、この例では０．７Ｎｍである。

上記図７～図９により、位置プレイバック（比較例）では、外力を受けた場合に当該外力に打ち勝つトルクを出力してティーチングされた位置に追従するようにモータが動作する。したがって、人と接触した場合にも、上記と同様に位置指令に追従するように大きなトルクを出力して人に力を与えることとなり、人に危害を加える可能性がある。

図１０及び図１１に、本実施形態におけるトルクプレイバック時の位置とトルクの一例を示す。また図１２に、トルクティーチング時の検出位置（≒位置ティーチング時の検出位置）とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差の一例を示す。図１０に示すように、トルク制御を実行するトルクプレイバック時においては、トルクティーチング時と異なる外力を受ける場合、検出位置はティーチングした位置指令に追従しない。また図１２に示すように、外力を受ける場合、トルクティーチング時の検出位置とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差は例えば２００ｒａｄを超えており、位置指令の振幅１８．８４ｒａｄと比べると１０倍以上の値である。また図１１に示すように、トルクプレイバック時のトルク指令はトルクティーチング時のトルク指令と同じである。なお、接触対象に加わっているトルクを示す外力の大きさの最大値は、この例では０．１Ｎｍである。

上記図８と図１１に示すように、位置プレイバック時とトルクプレイバック時における外力の大きさの最大値はそれぞれ０．７Ｎｍ及び０．１Ｎｍであり、トルクプレイバック時の方が位置プレイバック時よりも接触対象に加える外力が小さい。したがって、人と接触した場合にも同様に、トルクティーチング時と同じトルクを出力して人に力を加えるため、位置プレイバック時よりも人に加える外力が小さくなる。これにより、位置プレイバックと比較して人に加える力を小さくでき、安全性を向上できる。また、図９と図１２に示すように、外力が加わっていないとき（０ｓ～４ｓ）は、位置プレイバックとトルクプレイバックのどちらもティーチング時の検出位置とプレイバック時の検出位置とが略一致する。したがって、トルクプレイバック時は、加わる外力がトルクティーチング時と同じであればトルクティーチング時と同じ動作をする。

一方、外力が加わっているとき（４ｓ以降）の検出位置の位置偏差は、図９に示すように位置プレイバック時が最大０．０５ｒａｄであるのに対して、図１２に示すようにトルクプレイバック時が２００ｒａｄ以上となり、明確な相違が生じる。このため、トルクティーチング時の検出位置とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差から、トルクプレイバック時に外力が加わったか否かを判断することが可能である。

以上から、トルクプレイバックでは、トルクティーチング時と同じ外力が加わる場合には位置プレイバックと同じ動作を行い、トルクティーチング時と異なる外力が加わる場合には外力に倣って動作する。さらに、トルクティーチング時の検出位置とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差から、外力が加わったか否かを推定することができる。したがって、トルクプレイバックを用いることで、外力計測センサを用いることなく、人と接触した場合に人に危害を加えることなく安全な動作を行う、人と協働することが可能なロボットを実現できる。

（１－６．第１実施形態による効果）
以上説明した第１実施形態のロボットシステム１は、モータＭにより駆動される関節を備えたロボット３と、モータＭを制御してロボット３を動作させるロボットコントローラ５と、を有し、ロボットコントローラ５は、位置指令に基づいてモータＭの位置制御を実行する位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９と、モータＭの位置制御を実行する際に、位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存するトルク指令保存部３３と、トルク指令保存部３３により保存したトルク指令に基づいてモータＭのトルク制御を実行する電流制御部２９と、を有する。

本実施形態のロボットシステム１では、ロボット３に対して所望の手先の位置をティーチングしてプレイバックする際に、ロボットコントローラ５は位置制御部２５等により各関節のモータＭを位置制御してロボット３を動作させる。このとき、トルク指令保存部３３により、各関節の動作用に算出したトルク指令を時系列に沿って保存する（トルクティーチング）。この保存されたトルク指令は、ロボット３の手先を所望の位置に移動させるためのトルク指令である。したがって、保存したトルク指令を指令値としたトルク制御を電流制御部２９により実行すると、ロボット３の手先を所望の位置へ移動させることができる（トルクプレイバック）。そして、位置制御は任意のトルクで指令した位置に到達する制御である一方、トルク制御は任意の位置で指令したトルクを発生する制御である。このため、人に危害を加えない程度のトルクを出力するようにモータＭをトルク制御することにより、ロボット３が人と接触した場合であっても人に危害を加えないように安全に動作させることが可能である。以上から、上記トルクプレイバックを実行することにより、トルクセンサや力センサ等の外力計測センサを設けなくとも（あるいは数を減らしても）、ロボット３が人と接触した場合に安全に動作させることが可能となる。したがって、コストアップを抑制しつつ、人との協働運転が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３は、モータＭの位置を検出するエンコーダＥを有しており、ロボットコントローラ５は、位置制御部２５等によりモータＭの位置制御を実行する際にエンコーダＥで検出した検出位置を時系列で保存する検出位置保存部３５と、検出位置保存部３５により保存した検出位置と、電流制御部２９によりモータＭのトルク制御を実行する際にエンコーダＥで検出した検出位置との位置偏差に基づいて、トルク制御の実行中におけるロボット３への接触の有無を判定する接触判定部４１と、を有する。

電流制御部２９によるトルク制御の実行中（トルクプレイバック）は、ロボット３は加わった外力に応じて倣うように動作する。このため、トルクティーチング時の検出位置とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差から、ロボット３に外力が加わったか否か（外部の人や物と接触したか否か）を判定することが可能となる。したがって、トルクセンサや力センサ等の外力計測センサを設けなくともロボット３への接触の有無を判定できる。

また、本実施形態では特に、接触判定部４１は、位置偏差と第１しきい値とを比較し、位置偏差が第１しきい値よりも大きい場合に接触があったと判定し、ロボットコントローラ５は、接触判定部４１により接触があったと判定された場合に、モータＭを停止させる停止処理部４３を有する。

これにより、ロボット３が人や物と接触した場合に直ちに動作を停止させることができるので、ロボット３と協働する人の安全を確保できると共に、周囲の物の破損等を防止できる。

＜２．第２実施形態＞
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。第２実施形態では、トルクティーチング時及びトルクプレイバック時に外乱オブザーバを用いて外乱を推定する。

（２－１．ロボットコントローラの構成）
まず、図１３及び図１４を参照しつつ、第２実施形態のロボットコントローラ５Ａの機能構成の一例について、トルクティーチング時とトルクプレイバック時とに分けて説明する。

図１３に、トルクティーチング時のロボットコントローラ５Ａの機能構成の一例を示す。この図１３に示すように、ロボットコントローラ５Ａは、前述の検出位置保存部３５に代えて、外乱オブザーバ４５と、推定外乱保存部４７とを有する。外乱オブザーバ４５（外乱推定部の一例）は、速度制御部２７により生成されたトルク指令と、エンコーダＥにより検出された検出位置とに基づいて、外乱を推定する。推定外乱保存部４７は、位置制御部２５、速度制御部２７及び電流制御部２９によりモータＭの位置制御を実行する際に外乱オブザーバ４５で推定した推定外乱（第１推定外乱の一例）の値を時系列で保存する。つまり、第２実施形態では、位置プレイバックの際に、各関節の動作用に速度制御部２７によりそれぞれ生成されたトルク指令がトルク指令保存部３３によりモータＭごとに時系列で保存されると共に、外乱オブザーバ４５で推定された推定外乱が推定外乱保存部４７によりモータＭごとに時系列で保存される。

図１４に、トルクプレイバック時のロボットコントローラ５Ａの機能構成の一例を示す。前述のように、トルクプレイバック時に人との接触等によりロボット３に想定以上の外乱が加わる可能性がある。この外乱が加わったか否かを判断するために、図１４に示すように、ロボットコントローラ５Ａは、上記図１３に示す構成に加えて、減算器４９と、リミット５１と、加算器５３と、接触判定部５５と、停止処理部５７とを有する。

減算器４９には、推定外乱保存部４７により保存された推定外乱と、トルク指令保存部３３により保存されたトルク指令に基づいて電流制御部２９によりモータＭのトルク制御を実行する際に外乱オブザーバ４５により推定された推定外乱（第２推定外乱の一例）とが入力され、減算器４９はそれらの外乱偏差を出力する。リミット５１は、外乱偏差を予め規格に合わせて設定された制限値以下の値に制限する。これにより、補正する外乱の大きさに制限を設けることができる。なお、リミット５１は必ずしも設けられなくともよい。加算器５３（トルク指令補正部の一例）は、トルク指令保存部３３により保存されたトルク指令に、減算器４９より出力されリミット５１により制限された外乱偏差を加算することにより、トルク指令を補正する。電流制御部２９は、当該補正されたトルク指令に基づいてモータＭのトルク制御を実行する。

接触判定部５５は、トルク制御の実行中におけるロボット３への接触の有無を判定する。具体的には、接触判定部５５は、減算器４９により出力された外乱偏差と第２しきい値とを比較し、外乱偏差が第２しきい値よりも大きい場合には、想定以上の外乱が加わっている（接触の可能性が大きい）と判定し、外乱偏差が第２しきい値以下である場合には、外乱が想定以内である（接触の可能性が少ない）と判定する。

停止処理部５７（第２停止処理部の一例）は、接触判定部５５により接触があると判定された場合に、モータＭへの電流の供給を停止すると共にブレーキＢを作動させて、モータＭを停止させる。なお、停止処理部５７により、上記モータＭの停止に代えて又は加えて、アラームを出力する処理等を行ってもよい。

なお、ロボットコントローラ５Ａの上記以外の機能は、前述の図２及び図３に示すロボットコントローラ５と同様であるので説明を省略する。

（２－２．ロボットコントローラによる制御内容）
次に、図１５を参照しつつ、ロボットコントローラ５Ａによる制御内容の一例について説明する。なお、本フローチャートの実行前に、予めティーチングペンダント等を用いてロボット３に対するティーチングが行われ、上位コントローラ７に当該ティーチングに対応する位置指令が保存されているものとする。

ステップＳ１１０では、ロボットコントローラ５Ａは、上位コントローラ７からの位置指令に基づいて各モータＭに対して位置制御を実行し、ロボット３を動作させる位置プレイバックを実行する。

ステップＳ１２０では、ロボットコントローラ５Ａは、トルク指令保存部３３により、位置プレイバック中に速度制御部２７により生成されたトルク指令を時系列で保存する（トルクティーチング）。また、ロボットコントローラ５Ａは、推定外乱保存部４７により、位置プレイバック中に外乱オブザーバ４５により推定した推定外乱を時系列で保存する。

ステップＳ１３０では、ロボットコントローラ５Ａは、電流制御部２９により、上記ステップＳ１２０で保存したトルク指令を指令値とするトルク制御を各モータＭに対して実行し、ロボット３を動作させるトルクプレイバックを実行する。

ステップＳ１４０では、ロボットコントローラ５Ａは、減算器４９により、上記ステップＳ１２０で保存したトルクティーチング時の推定外乱と、実行中のトルクプレイバックにおいて外乱オブザーバ４５により推定した推定外乱との外乱偏差を算出する。また、ロボットコントローラ５Ａは、加算器５３により、上記ステップＳ１２０で保存したトルク指令に算出した外乱偏差を加算することにより、トルク指令を補正する。電流制御部２９は、当該補正されたトルク指令に基づいてトルク制御を実行する。

ステップＳ１５０では、ロボットコントローラ５Ａは、接触判定部５５により、上記ステップＳ１４０で算出した外乱偏差が第２しきい値より大きいか否かを判定する。外乱偏差が第２しきい値以下である場合には（ステップＳ１５０：ＮＯ）、本フローを終了する。一方、外乱偏差が第２しきい値よりも大きい場合には（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、ステップＳ１６０に移る。

ステップＳ１６０では、ロボットコントローラ５Ａは、停止処理部５７により、モータＭへの電流の供給を停止すると共にブレーキＢを作動させて、モータＭを停止させる。その後、本フローを終了する。

（２－３．第２実施形態による効果）
以上説明した第２実施形態のロボットシステム１では、ロボットコントローラ５Ａは、トルク指令とエンコーダＥの検出位置とに基づいて外乱を推定する外乱オブザーバ４５と、位置制御部２５等によりモータＭの位置制御を実行する際に外乱オブザーバ４５で推定した推定外乱を時系列で保存する推定外乱保存部４７と、推定外乱保存部４７により保存した推定外乱と、電流制御部２９によりモータＭのトルク制御を実行する際に外乱オブザーバ４５で推定した推定外乱との外乱偏差に基づいて、トルク指令保存部３３により保存したトルク指令を補正する加算器５３と、を有し、電流制御部２９は、加算器５３により補正されたトルク指令に基づいてモータＭのトルク制御を実行する。

本実施形態によれば、トルクティーチング時の推定外乱とトルクプレイバック時の推定外乱との差分をとることで、例えば装置内の摩擦等のモデル化が難しい項を消去して、外乱を抽出できる。これにより、ロボットシステム１の系に新たに加わった外乱（トルクティーチング時にはなかったがトルクプレイバック時に新たに加わった外乱）を確認することが可能となり、当該外乱に応じたトルク制御を実行することができる。その結果、トルクプレイバック時に到達する位置と位置プレイバック時に到達する位置のずれを低減できる。

また、本実施形態では特に、ロボットコントローラ５Ａは、外乱偏差と第２しきい値とを比較し、外乱偏差が第２しきい値よりも大きい場合にモータＭを停止させる停止処理部５７を有する。

これにより、トルクプレイバック時に新たに加わった外乱が大きい場合（ロボット３が人や物と接触した場合等）に直ちに動作を停止させることができるので、ロボット３と協働する人の安全を確保できると共に、周囲の物の破損等を防止できる。

なお、以上説明した第２実施形態において、トルクティーチング時のトルク指令及び推定外乱の保存に加えて、前述の第１実施形態のように検出位置を保存しておき、当該保存した検出位置とトルクプレイバック時の検出位置との位置偏差から、ロボット３に外乱が加わったか否かを併せて判定してもよい。

＜３．変形例＞
以上、添付図面を参照しながら第１及び第２実施形態について詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した各実施形態に限定されるものではない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。

（３－１．一部の軸に対してトルク制御を実行する場合）
以上の実施形態では、６軸ロボットであるロボット３の全ての関節のモータＭに対してトルクティーチング及びトルクプレイバックを行う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、一部の関節のモータＭに対してのみトルクティーチング及びトルクプレイバックを実行してもよい。

図１６～図１８に、ロボット３が実行するワークＷの移送作業の一例を示す。まず、図１６に示すように、ロボット３は、移送元のテーブル５９に載置されたワークＷをハンド９により把持し、例えばアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６の駆動によりハンド９を上昇させて、ワークＷをテーブル５９から持ち上げる。次に、図１７に示すように、ロボット３は、例えばアクチュエータＡｃ１の駆動により旋回部１３及びアーム１５を旋回させて、ワークＷを移送元のテーブル５９の近傍から移送先のテーブル６１の近傍まで移動させる。その後、図１８に示すように、ロボット３は、例えばアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６の駆動によりハンド９を下降させて、ワークＷをテーブル６１に載置する。なお、テーブル５９，６１は、例えばワークＷを搬送するコンベア等でもよい。

このようなワークＷの移送作業においては、図１７に示す旋回動作においてアーム１５の手先が大きく移動するため、人との接触が生じやすい。一方、図１６や図１８に示す上下動作においては、アーム１５の手先の移動は小さいため、人との接触は生じにくい。そこで、アクチュエータＡｃ１のモータＭに対してのみトルク制御（トルクティーチング及びトルクプレイバック）を実行し、その他のアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６のモータＭに対しては位置制御を実行してもよい。

具体的には、位置プレイバックによりロボット３が図１７に示す旋回動作を行う際に、トルク指令保存部３３によりアクチュエータＡｃ１のモータＭに対するトルク指令を時系列で保存する（トルクティーチング）。そして、トルクプレイバックによりロボット３が図１７に示す旋回動作を行う際に、電流制御部２９は、トルク指令保存部３３により保存したトルク指令に基づいてアクチュエータＡｃ１のモータＭのトルク制御を実行する。その際、その他のアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６のモータＭに対しては、位置制御部２５等により位置指令に基づく位置制御が実行される。なお、ロボット３が図１６や図１８に示す上下動作を行う際には、全アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６のモータＭに対して位置制御が実行される。

これにより、例えばハンド９を旋回させてワークＷを大きく移動させる動作等、人や物との接触を招きやすい動作に対応する関節のモータＭに対してはトルク制御を実行することにより安全を確保する一方で、例えばハンド９をワークＷに遠近させる動作等、人や物との接触を招きにくいその他の動作に対応する関節のモータＭに対しては位置制御を実行することにより、ロボット３による作業の位置精度を向上できる。このようにすることで、安全性と作業精度を両立できる。

なお、上記は一例であり、アクチュエータＡｃ１に代えて又は加えて、それ以外の他のアクチュエータのモータＭ（１台又は複数台でもよい）に対してトルク制御を実行してもよい。また、ロボット３がワークＷの移送作業以外の作業を行う場合に適用してもよい。

（３－２．トルク制御から位置制御に切り替える場合）
前述のように、位置制御を実行した際に保存したトルク指令を指令値としたトルク制御を実行することにより、ロボット３に位置制御時と異なる外乱が加わらない場合には、位置制御とほぼ同等の位置へ移動させることが可能である。しかしながら、位置制御を行っている訳ではないため、何らかの外乱の影響により位置ずれが生じる場合がある。そこで、第３しきい値を設けて、トルク制御により生じた位置偏差が第３しきい値より大きい場合には位置ずれが許容範囲外であると見なして、トルク制御を位置制御に切り替えてもよい。

図１９に、本変形例のロボットコントローラ５Ｂの機能構成の一例を示す。なお、ここではトルクプレイバック時のみ説明し、トルクティーチング時の機能構成は前述の第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１９に示すように、ロボットコントローラ５Ｂは、前述の図３に示すロボットコントローラ５の構成に加えて、制御切替部６３と、スイッチ部６５と有する。制御切替部６３は、トルクプレイバック時にはスイッチ部６５を介してトルク指令保存部３３と電流制御部２９とを接続する。これにより、電流制御部２９はトルク指令保存部３３に保存されたトルク指令に基づくトルク制御を実行する。また、制御切替部６３は、トルクプレイバック中の所定のタイミングで、減算器３９から出力される位置偏差と第３しきい値とを比較する。そして、位置偏差が第３しきい値以下である場合には、位置ずれが許容範囲内であると見なして、トルク制御を維持する。一方、位置偏差が第３しきい値より大きい場合には、位置ずれが許容範囲外であると見なして、スイッチ部６５をトルク指令保存部３３側から速度制御部２７側に切り替える。これにより、トルク制御が位置制御部２５等による位置制御に切り替えられる。

なお、上記「所定のタイミング」とは、一定周期のタイミングでもよいし、例えばトルク制御を終了するタイミング等でもよい。例えば、ロボット３が前述の図１６～図１８に示すワークＷの移送作業を行う場合には、図１７に示す旋回動作が終了するタイミングとしてもよい。すなわち、このようなワークＷの移送作業の場合には、図１７に示す旋回動作において何らかの外乱の影響によりアーム１５の手先に位置ずれが生じる可能性がある。そこで旋回動作の終了タイミングにおいて、制御切替部６３により位置偏差と第３しきい値とを比較し、位置偏差が第３しきい値以下である場合には位置ずれが許容範囲内であると見なして、次の図１８に示す下降動作に移行する。一方、位置偏差が第３しきい値より大きい場合には、位置ずれが許容範囲外であると見なして、図１８に示す下降動作に移行する前にトルク制御を位置制御に切り替える。これにより、位置指令に基づいてアーム１５の手先の位置ずれを補正することができる。そして、位置ずれを解消した後に、図１８に示す下降動作に移行する。

次に、図２０を参照しつつ、ロボットコントローラ５Ｂによる制御内容の一例について説明する。なお、ここではロボット３が前述の図１６～図１８に示すワークＷの移送作業を行う場合について説明する。また、本フローチャートの実行前に、予めティーチングペンダント等を用いてロボット３に対するワークＷの移送作業のティーチングが行われ、ロボット３が図１７に示す旋回動作を行う際にトルク指令保存部３３によりアクチュエータＡｃ１のモータＭに対するトルク指令が時系列で保存されているものとする（トルクティーチング）。

ステップＳ２１０では、ロボットコントローラ５Ｂは、移送元のテーブル５９に載置されたワークＷをハンド９により把持し、例えばアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６のモータＭに対して位置制御を実行することによりハンド９を上昇させて、ワークＷをテーブル５９から持ち上げる。

ステップＳ２２０では、ロボットコントローラ５Ｂは、トルク指令保存部３３により保存したトルク指令に基づいてアクチュエータＡｃ１のモータＭに対してトルク制御を実行することにより（トルクプレイバック）、ワークＷを移送元のテーブル５９の近傍から移送先のテーブル６１の近傍まで移動させる。この際、その他のアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６のモータＭに対しては、位置制御部２５等により位置指令に基づく位置制御を実行する。

ステップＳ２３０では、ロボットコントローラ５Ｂは、減算器３９により、保存されたトルクティーチング時の検出位置と、実行中のトルクプレイバックにおいてエンコーダＥにより検出された検出位置との位置偏差を算出する。

ステップＳ２４０では、ロボットコントローラ５Ｂは、接触判定部４１により、上記ステップＳ２３０で算出した位置偏差が第１しきい値より大きいか否かを判定する。位置偏差が第１しきい値よりも大きい場合には（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、ステップＳ２５０に移る。

ステップＳ２５０では、ロボットコントローラ５Ｂは、停止処理部４３により、モータＭへの電流の供給を停止すると共にブレーキＢを作動させて、モータＭを停止させる。その後、本フローを終了する。

一方、上記ステップＳ２４０において、位置偏差が第１しきい値以下である場合には（ステップＳ２４０：ＮＯ）、ステップＳ２６０に移る。

ステップＳ２６０では、ロボットコントローラ５Ｂは、ワークＷの移動動作が完了した否かを判定する。この判定は、例えばトルク指令保存部３３に保存したトルク指令を全て払い出したか否か等により実行される。ワークＷの移動動作が完了していない場合には（ステップＳ２６０：ＮＯ）、先のステップＳ２２０に戻り、同様の手順を繰り返す。一方、ワークＷの移動動作が完了した場合には（ステップＳ２６０：ＹＥＳ）、ステップＳ２７０に移る。

ステップＳ２７０では、ロボットコントローラ５Ｂは、制御切替部６３により、上記ステップＳ２３０で算出した位置偏差が第３しきい値より大きいか否かを判定する。位置偏差が第３しきい値以下である場合には（ステップＳ２７０：ＮＯ）、後述のステップＳ２９０に移る。一方、位置偏差が第３しきい値よりも大きい場合には（ステップＳ２７０：ＹＥＳ）、ステップＳ２８０に移る。

ステップＳ２８０では、ロボットコントローラ５Ｂは、制御切替部６３により、スイッチ部６５をトルク指令保存部３３側から速度制御部２７側に切り替えて、トルク制御を位置制御に切り替える。これにより、位置指令に基づいてアーム１５の手先の位置ずれが補正される。

ステップＳ２９０では、ロボットコントローラ５Ｂは、例えばアクチュエータＡｃ２～Ａｃ６のモータＭに対して位置制御を実行することによりハンド９を下降させて、ワークＷをテーブル６１に載置する。その後、本フローを終了する。

以上説明した変形例によれば、ロボットコントローラ５Ｂは、電流制御部２９によるトルク制御の実行中の所定のタイミングで位置偏差と第３しきい値とを比較し、位置偏差が第３しきい値よりも大きい場合に、位置制御部２５等による位置制御に切り替える制御切替部６３を有する。

これにより、トルクプレイバックにより位置ずれが生じた場合でも、トルク制御から位置制御へ切り替えることにより位置ずれを補正することができるので、トルクプレイバック実行後の位置精度を向上できる。

（３－３．モード切替可能とする場合）
例えば、ロボット３の運転モードとして、位置プレイバックを実行する通常モードと、トルクプレイバックを実行する人協働モードとを設けておき、ユーザがそれらの運転モードを切り替え可能としてもよい。

図２１に、本変形例のロボットコントローラ５Ｃのモード切替に関わる部分の機能構成の一例を示す。図２１に示すように、ロボットコントローラ５Ｃは、ロボット３の運転モードとして「通常モード」と「人協働モード」とを備えており、これらをユーザの選択操作に基づいて切り替えるモード切替部６７を有する。通常モード（第１のモードの一例）は、トルク指令保存部３３によりトルク指令を保存したモータＭを含む全てのモータＭに対し、位置指令に基づいて位置制御部２５等により位置制御を実行するモードである。すなわち、ロボット３の全ての関節のモータＭに対して位置制御（位置プレイバック）を実行するモードである。一方、人協働モード（第２のモードの一例）は、ロボット３の少なくとも一部の関節のモータＭに対して、トルク指令保存部３３により保存したトルク指令に基づいて電流制御部２９によりトルク制御（トルクプレイバック）を実行するモードである。モード切替部６７は、上位コントローラ７又は適宜の端末等から送信されたユーザの選択指令に基づいて運転モードを上記「通常モード」又は「人協働モード」のいずれかに切り替える。なお、ロボットコントローラ５Ｃの上記以外の機能は、前述のロボットコントローラ５等と同様であるので説明を省略する。

本変形例によれば、ロボット３を人と協働させる場合には人協働モードで運転し、人と協働させない場合には通常モードで運転するというように、ユーザがロボット３の制御を運転環境に応じて選択することができる。したがって、ロボットシステム１の汎用性、柔軟性を高めることができる。

（３－４．外力計測センサを設ける場合）
前述した各実施形態によれば、外力計測センサが不要な人協働ロボットを実現することが可能であるが、必要に応じて外力計測センサを適宜の箇所に設置してもよい。

図２２に、本変形例のロボット３Ａの構成の一例を示す。図２２に示すように、ロボット３Ａは、所定の作業を行うためのエンドエフェクタ６９と、エンドエフェクタ６９に作用する外力を計測する外力計測センサ７１とを有する。エンドエフェクタ６９は特に限定されるものではないが、例えば塗装、溶接、ボルト締め、機械加工（切削や研磨等）等の作業を行うためのツールである。外力計測センサ７１は、例えば６軸力センサ等である。

図２３に、本変形例のロボットコントローラ５Ｄの指令補正に関わる部分の機能構成の一例を示す。図２３に示すように、ロボットコントローラ５Ｄは、外力計測センサ７１で計測した外力に基づいて、速度制御部２７により生成されるトルク指令を補正する指令補正部７３を有する。なお、上位コントローラ７から入力される位置指令等、トルク指令以外の指令を補正してもよい。なお、ロボットコントローラ５Ｄの上記以外の機能は、前述のロボットコントローラ５等と同様であるので説明を省略する。

本変形例によれば、外力計測センサ７１の検出結果に基づいてトルク指令を補正することにより、エンドエフェクタ６９による作業の精度を確保しつつ、人との協働運転が可能なロボットシステム１を実現できる。特に、例えば切削や研磨等、エンドエフェクタ６９をワークに押し付けて行う作業を行う場合に好適である。

（３－５．その他）
以上では、トルクティーチングやトルクプレイバックを、例えば垂直多関節型、水平多関節型、パラレルリンク型等の汎用ロボットとロボットコントローラを有するロボットシステムに適用した場合について説明したが、適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、ＸＹＺθ方向のうち少なくとも１方向に移動可能なアクチュエータを備えた特定の作業専用に設計された専用作業機等と、これを制御するコントローラを有する作業機システムに適用してもよい。さらに、回転型モータやリニアモータと、これを制御するコントローラを有するサーボシステムに適用してもよい。

＜４．ロボットコントローラのハードウェア構成例＞
次に、図２３を参照しつつ、上記で説明したロボットコントローラ５（５Ａ～５Ｃを含む。以下同様）のハードウェア構成例について説明する。なお、図２３中では、ロボットコントローラ５のモータＭに駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。また、上位コントローラ７を同様の構成としてもよい。

図２３に示すように、ロボットコントローラ５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、ハードディスク等の記録装置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、上記の位置制御部２５、速度制御部２７、電流制御部２９、速度推定部３１、トルク指令保存部３３及び検出位置保存部３５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が「同一」「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」「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４、図１５、図２０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。

１ ロボットシステム
３ ロボット
３Ａ ロボット
５ ロボットコントローラ（コントローラ）
５Ａ ロボットコントローラ（コントローラ）
５Ｂ ロボットコントローラ（コントローラ）
５Ｃ ロボットコントローラ（コントローラ）
９ ハンド（エンドエフェクタ）
２５ 位置制御部（第１制御部）
２７ 速度制御部（第１制御部）
２９ 電流制御部（第１制御部、第２制御部）
３３ トルク指令保存部
３５ 検出位置保存部
４１ 接触判定部
４３ 停止処理部（第１停止処理部）
４５ 外乱オブザーバ（外乱推定部）
４７ 外乱推定保存部
５３ 加算器（トルク指令補正部）
５７ 停止処理部（第２停止処理部）
６３ 制御切替部
６７ モード切替部
６９ エンドエフェクタ
７１ 外力計測センサ
７３ 指令補正部
Ｅ エンコーダ
Ｍ モータ

Claims (11)

1. モータにより駆動される関節を備えたロボットと、
   前記モータを制御して前記ロボットを動作させるコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行する第１制御部と、
   前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存するトルク指令保存部と、
   前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行する第２制御部と、
   を有する、ロボットシステム。
2. 前記ロボットは、
   前記モータの位置を検出するエンコーダを有しており、
   前記コントローラは、
   前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に前記エンコーダで検出した第１検出位置を時系列で保存する検出位置保存部と、
   前記検出位置保存部により保存した前記第１検出位置と、前記第２制御部により前記モータのトルク制御を実行する際に前記エンコーダで検出した第２検出位置との位置偏差に基づいて、前記トルク制御の実行中における前記ロボットへの接触の有無を判定する接触判定部と、を有する、
   請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記接触判定部は、
   前記位置偏差と第１しきい値とを比較し、前記位置偏差が前記第１しきい値よりも大きい場合に前記接触があったと判定し、
   前記コントローラは、
   前記接触判定部により前記接触があったと判定された場合に、前記モータを停止させる第１停止処理部を有する、
   請求項２に記載のロボットシステム。
4. 前記ロボットは、
   前記モータの位置を検出するエンコーダを有しており、
   前記コントローラは、
   前記トルク指令と前記エンコーダの検出位置とに基づいて外乱を推定する外乱推定部と、
   前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に前記外乱推定部で推定した第１推定外乱を時系列で保存する推定外乱保存部と、
   前記推定外乱保存部により保存した前記第１推定外乱と、前記第２制御部により前記モータのトルク制御を実行する際に前記外乱推定部で推定した第２推定外乱との外乱偏差に基づいて、前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令を補正するトルク指令補正部と、を有し、
   前記第２制御部は、
   前記トルク指令補正部により補正した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記コントローラは、
   前記外乱偏差と第２しきい値とを比較し、前記外乱偏差が前記第２しきい値よりも大きい場合に前記モータを停止させる第２停止処理部を有する、
   請求項４に記載のロボットシステム。
6. 前記第２制御部による前記トルク制御の実行中の所定のタイミングで前記位置偏差と第３しきい値とを比較し、前記位置偏差が前記第３しきい値よりも大きい場合に、前記第１制御部による前記位置制御に切り替える制御切替部を有する、
   請求項２又は３に記載のロボットシステム。
7. 前記ロボットは、
   複数の前記モータの各々により駆動される複数の前記関節を備えており、
   前記トルク指令保存部は、
   前記第１制御部により前記複数のモータの前記位置制御を実行する際に、前記複数のモータのうちの一部のモータに対して前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存し、
   前記第２制御部は、
   前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令に基づいて前記一部のモータのトルク制御を実行し、
   前記第１制御部は、
   前記第２制御部による前記一部のモータの前記トルク制御の実行中に、前記一部のモータ以外の残りのモータに対して前記位置制御を実行する、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のロボットシステム。
8. 前記コントローラは、
   前記トルク指令保存部により前記トルク指令を保存した前記モータに対し、前記位置指令に基づいて前記第１制御部により位置制御を実行する第１のモードと、保存した前記トルク指令に基づいて前記第２制御部により前記トルク制御を実行する第２のモードと、をユーザの選択操作に基づいて切り替えるモード切替部を有する、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のロボットシステム。
9. 前記ロボットは、
   所定の作業を行うためのエンドエフェクタと、
   前記エンドエフェクタに作用する外力を計測する外力計測センサと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記外力計測センサで計測した前記外力に基づいて前記位置指令及び前記トルク指令の少なくとも一方を補正する指令補正部を有する、
   請求項１～８のいずれか１項に記載のロボットシステム。
10. モータにより駆動される関節を備えたロボットの制御方法であって、
    位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行することと、
    前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存することと、
    保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行することと、
    を有する、ロボットの制御方法。
11. モータと、
    前記モータを制御するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、
    位置指令に基づいて前記モータの位置制御を実行する第１制御部と、
    前記第１制御部により前記モータの位置制御を実行する際に、前記位置指令に基づいて生成したトルク指令を時系列で保存するトルク指令保存部と、
    前記トルク指令保存部により保存した前記トルク指令に基づいて前記モータのトルク制御を実行する第２制御部と、
    を有する、サーボシステム。

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