JP7579668B2 - ロボットシステム及びその制御方法 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、ロボットシステム及びその制御方法に関する。

従来より、ロボットを動作させることによって対象物に作用を加えるロボットシステムが知られている。

例えば、特許文献１では、ロボットを動作させることによって、対象物に研磨を行うロボットシステムが開示されている。このロボットシステムにおいては、対象物に作用する研磨力が一定になるようにロボットを動作させている。

特開２０１５－８５４９６号公報

しかしながら、前述のロボットシステムでは、ロボットは、対象物に作用する力を一定に維持するように動作するだけである。実際にユーザが操作することによってロボットを動作させて対象物に作用を加える場合には、ロボットを複雑に動作させることもある。つまり、前述のロボットシステムでは、実際にユーザが操作するときのような複雑なロボットの動作を再現することができない。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロボットを動作させて対象物に作用を加える際に、実際にユーザが操作するときのような複雑なロボットの動作を再現することにある。

ここに開示されたロボットシステムは、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記マスタ装置を介した操作に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御する。ここで、「再現する」には、厳密な再現性は求めない。つまり、「再現する」は、厳密に再現することだけでなく、概ね再現ことも含む意味である。

前記ロボットシステムによれば、ロボットを動作させて対象物に作用を加える際に、実際にユーザが操作するときのような複雑なロボットの動作を再現することができる。

図１は、実施形態に係るロボットシステムの構成を示す模式図である。 図２は、ロボット制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図３は、操作制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図４は、制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図５は、ロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。 図６は、ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。 図７は、減衰制御における研削装置の動作を示す模式図である。 図８は、制御方向選択機能が実行された減衰制御における研削装置の動作を示す模式図である。 図９は、弾性制御における研削装置の動作を示す模式図である。 図１０は、別の例の弾性制御における研削装置の動作を示す模式図である。 図１１は、操作力及び接触力の変化に対する剛性係数の変化を表すグラフである。 図１２は、変形例に係る第２制御における研削装置の動作を示す模式図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本開示において、ロボットが行う作業は、ティーチング作業並びに教示の確認及び修正作業を含まない。したがって、以下の説明における操作装置２は、ティーチペンダントを含まない。

図１は、実施形態に係るロボットシステム１００の構成を示す模式図である。

ロボットシステム１００は、ロボット１と、ユーザに操作される操作装置２と、ロボット１を制御する制御装置３とを備える。ロボットシステム１００は、マスタスレーブシステムを構成する。操作装置２は、マスタ装置として機能し、ロボット１は、スレーブ装置として機能する。制御装置３は、ロボットシステム１００の全体を制御し、ロボット１と操作装置２との間でバイラテラル制御を行う。

ロボット１は、例えば、産業用ロボットである。ロボット１は、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１と、エンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２とを有している。ロボット１は、ロボットアーム１２によってエンドエフェクタ１１を動作、即ち、移動させて、エンドエフェクタ１１によって対象物Ｗに作用を加える。例えば、作用は、加工である。

ロボット１は、エンドエフェクタ１１が対象物から受ける反力（以下、「接触力」という）を検出する接触力センサ１３をさらに有していてもよい。ロボットアーム１２を支持するベース１０と、ロボット１の全体を制御するロボット制御装置１４とをさらに有していてもよい。

ロボット１には、直交３軸のロボット座標系が規定されている。例えば、上下方向にＺ軸が設定され、水平方向に互いに直交するＸ軸及びＹ軸が設定される。

エンドエフェクタ１１は、研削装置１１ａを有し、対象物Ｗに作用としての研削を加える。例えば、対象物Ｗは、大きな鋼板又は大型タンクの壁等である。尚、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗに加える作用は、研削ではなく、研削又は研磨等であってもよい。エンドエフェクタ１１は、作用部の一例である。

例えば、研削装置１１ａは、グラインダ、オービタルサンダ、ランダムオービットサンダ、デルタサンダ又はベルトサンダ等であってもよい。グラインダは、円盤状の研削砥石を回転させるタイプ、円錐状又は円柱状の研削砥石を回転させるタイプ等であってもよい。ここでは、研削装置１１ａは、グラインダである。

ロボットアーム１２は、研削装置１１ａの位置を変更する。さらに、ロボットアーム１２は、研削装置１１ａの姿勢を変更してもよい。ロボットアーム１２は、垂直多関節型のロボットアームである。ロボットアーム１２は、複数のリンク１２ａと、複数のリンク１２ａを接続する関節１２ｂと、複数の関節１２ｂを回転駆動するサーボモータ１５（図２参照）とを有している。ロボットアーム１２は、動作部の一例である。

尚、ロボットアーム１２は、水平多関節型、パラレルリンク型、直角座標型、又は極座標型のロボットアーム等であってもよい。

接触力センサ１３は、この例では、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との間（具体的には、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との連結部）に設けられている。接触力センサ１３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。接触力センサ１３は、接触力検出部の一例である。

尚、接触力検出部は、接触力センサ１３に限定されない。例えば、接触力センサ１３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、接触力検出部は、ロボットアーム１２のサーボモータ１５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ１５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。

図２は、ロボット制御装置１４の概略的なハードウェア構成を示す図である。ロボット制御装置１４は、ロボットアーム１２のサーボモータ１５及び研削装置１１ａを制御する。ロボット制御装置１４は、接触力センサ１３の検出信号を受け付ける。ロボット制御装置１４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。ロボット制御装置１４は、制御部１６と、記憶部１７と、メモリ１８とを有している。

制御部１６は、ロボット制御装置１４の全体を制御する。制御部１６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部１６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。

記憶部１７は、制御部１６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部１７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

メモリ１８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ１８は、揮発性メモリで形成される。

操作装置２は、図１に示すように、ユーザが操作する操作部２１と、操作部２１にユーザから加えられる操作力を検出する操作力センサ２３とを有している。操作装置２は、ロボット１を手動運転で操作するための入力を受け付け、入力された情報である操作情報を制御装置３へ出力する。具体的には、ユーザは、操作部２１を把持して操作装置２を操作する。その際に操作部２１に加えられる力を操作力センサ２３が検出する。操作力センサ２３によって検出される操作力は、操作情報として制御装置３へ出力される。

操作装置２は、ベース２０と、ベース２０に設けられ、操作部２１を支持する支持機構２２と、操作装置２の全体を制御する操作制御装置２４とをさらに有していてもよい。操作装置２は、制御装置３からの制御によって、操作力に対する反力をユーザに与える。具体的には、操作制御装置２４は、制御装置３からの指令を受けて、支持機構２２を制御することによって、反力をユーザに感知させる。

操作装置２には、直交３軸の操作座標系が規定されている。操作座標系は、ロボット座標系と対応している。つまり、上下方向にＺ軸が設定され、水平方向に互いに直交するＸ軸及びＹ軸が設定される。

支持機構２２は、複数のリンク２２ａと、複数のリンク２２ａを接続する関節２２ｂと、複数の関節２２ｂを回転駆動するサーボモータ２５（図３参照）とを有している。支持機構２２は、操作部２１が３次元空間内で任意の位置及び姿勢をとることができるように、操作部２１を支持する。操作部２１の位置及び姿勢に対応して、サーボモータ２５が回転する。サーボモータ２５の回転量、即ち、回転角は、一義的に決まる。

操作力センサ２３は、この例では、操作部２１と支持機構２２との間（具体的には、操作部２１と支持機構２２との連結部）に設けられている。操作力センサ２３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。操作力センサ２３は、操作力検出部の一例である。

尚、操作力検出部は、操作力センサ２３に限定されない。例えば、操作力センサ２３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、操作力検出部は、支持機構２２のサーボモータ２５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ２５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。

図３は、操作制御装置２４の概略的なハードウェア構成を示す図である。操作制御装置２４は、サーボモータ２５を制御することによって支持機構２２を動作させる。操作制御装置２４は、操作力センサ２３の検出信号を受け付ける。操作制御装置２４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。操作制御装置２４は、制御部２６と、記憶部２７と、メモリ２８とを有している。

制御部２６は、操作制御装置２４の全体を制御する。制御部２６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部２６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。

記憶部２７は、制御部２６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部２７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

メモリ２８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ２８は、揮発性メモリで形成される。

制御装置３は、ロボット１及び操作装置２を制御する。制御装置３は、第１制御と第２制御とを実行する。第１制御は、操作装置２を介した操作に応じてロボットアーム１２を制御することによってエンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせると共に、エンドエフェクタ１１の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する制御である。第２制御は、第１制御によって記録された軌跡情報に基づいてロボットアーム１２を制御することによって、動作軌跡を再現するようにエンドエフェクタ１１を移動させて、エンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせる制御である。第２制御において、制御装置３は、軌跡情報に基づいてロボットアーム１２を制御する際に、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御する。

図４は、制御装置３の概略的なハードウェア構成を示す図である。制御装置３は、ロボット制御装置１４及び操作制御装置２４と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。制御装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、メモリ３３とを有している。

制御部３は、制御装置３の全体を制御する。制御部３１は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部３１は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。

記憶部３２は、制御部３１で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部３２は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

メモリ３３は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ３３は、揮発性メモリで形成される。

図５は、ロボットシステム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。

ロボット制御装置１４の制御部１６は、記憶部１７からプログラムをメモリ１８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部１６は、入力処理部４１と動作制御部４２として機能する。

入力処理部４１は、接触力センサ１３及びサーボモータ１５から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部４１は、接触力センサ１３から６軸の力の検出信号を受け取り、該検出信号を制御装置３へ出力する。また、入力処理部４１は、サーボモータ１５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部４１は、動作制御部４２によるロボットアーム１２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部４２へ出力する。また、入力処理部４１は、ロボットアーム１２の位置情報として該検出信号を制御装置３へ出力する。

動作制御部４２は、制御装置３から指令位置ｘｄｓを受け取り、指令位置ｘｄｓに従ってロボットアーム１２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部４２は、サーボモータ１５へ制御指令を出力し、ロボットアーム１２を動作させ、研削装置１１ａを指令位置に対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部４２は、入力処理部４１からのサーボモータ１５の回転センサ及び／又は電流センサの検出信号に基づいて、ロボットアーム１２の動作をフィードバック制御する。また、動作制御部４２は、研削装置１１ａは制御指令を出力し、研削装置１１ａを動作させる。これにより、研削装置１１ａが対象物Ｗを研削する。

操作制御装置２４の制御部２６は、記憶部２７からプログラムをメモリ２８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部２６は、入力処理部５１と動作制御部５２として機能する。

入力処理部５１は、操作力センサ２３から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部５１は、操作力センサ２３から６軸の力の検出信号を受け取り、該検出信号を制御装置３へ出力する。また、入力処理部５１は、サーボモータ２５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部５１は、動作制御部５２による支持機構２２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部５２へ出力する。

動作制御部５２は、制御装置３から指令位置ｘｄｍを受け取り、指令位置ｘｄｍに従って支持機構２２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部５２は、サーボモータ２５へ制御指令を出力し、支持機構２２を動作させ、操作部２１を指令位置に対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部５２は、入力処理部５１からのサーボモータ２５の回転センサ及び／又は電流センサの検出信号に基づいて、支持機構２２の動作をフィードバック制御する。これにより、ユーザが操作部２１に与える操作力に対して反力が与えられる。その結果、ユーザは、対象物Ｗから反力を操作部２１から疑似的に感じつつ、操作部２１を操作することができる。

制御装置３の制御部３１は、記憶部３２からプログラムをメモリ３３に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部３１は、操作力取得部６１と接触力取得部６２と加算部６３と力／速度換算部６４と第１速度／位置換算部６５と第２速度／位置換算部６６として機能する。

操作力取得部６１は、入力処理部５１を介して、操作力センサ２３の検出信号を受け取り、検出信号に基づいて操作力ｆｍを取得する。操作力取得部６１は、操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。

接触力取得部６２は、入力処理部４１を介して、接触力センサ１３の検出信号を受け取り、検出信号に基づいて接触力ｆｓを取得する。接触力取得部６２は、接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。

加算部６３は、操作力取得部６１から入力された操作力ｆｍと接触力取得部６２から入力された接触力ｆｓとの和を算出する。ここで、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは、反対向きの力なので、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは正負の符号が異なる。つまり、操作力ｆｍと接触力ｆｓとが足されることによって、操作力ｆｍの絶対値は小さくなる。

力／速度換算部６４は、操作力ｆｍと接触力ｆｓとの和である合成力ｆｍ＋ｆｓを指令速度ｘｄ’に換算する。力／速度換算部６４は、慣性係数、粘性係数（ダンパ係数）及び剛性係数（バネ係数）を含む運動方程式に基づく運動モデルを用いて指令速度ｘｄ’を算出する。具体的には、力／速度換算部６４は、以下の運動方程式に基づいて指令速度ｘｄ’を算出する。

ここで、ｅ＝ｘｄ－ｘｕである。ｘｄは、指令位置である。ｘｕは、後述する軌跡データである。軌跡データが無い場合には、ｅ＝ｘｄである。ｍｄは、慣性係数である。ｃｄは、粘性係数である。ｋｄは、剛性係数である。ｆｍは、操作力である。ｆｓは、接触力である。尚、「’」は１回微分を表し、「”」は２回微分を表す。

式（１）は線形微分方程式であり、式（１）をｘｄ’について解くと、式（２）のようになる。

ここで、Ａは、ｆｍ，ｆｓ，ｍｄ，ｃｄ，ｋｄ等によって表される項である。

式（２）は、記憶部３２に格納されている。力／速度換算部６４は、記憶部３２から式（２）を読み出して指令速度ｘｄ’を求め、求められた指令速度ｘｄ’を第１速度／位置変換部６５と第２速度／位置換算部６６へ出力する。指令速度ｘｄ’は、エンドエフェクタ１１の位置に関連する位置関連情報の一例である。

第１速度／位置換算部６５は、座標変換された指令速度ｘｄ’をロボット座標系を基準として、ロボット１のための指令位置ｘｄｓに換算する。例えば、操作装置２の移動量に対するロボット１の移動量の比が設定されている場合、第１速度／位置換算部６５は、指令速度ｘｄ’から求めた指令位置ｘｄを移動比に応じて逓倍して指令位置ｘｄｓを求める。第１速度／位置換算部６５は、求めた指令位置ｘｄｓをロボット制御装置１４、具体的には、動作制御部４２へ出力する。

第２速度／位置換算部６６は、指令速度ｘｄ’を操作座標系を基準として、操作装置２のための指令位置ｘｄｍに換算する。第２速度／位置換算部６６は、求めた指令位置ｘｄｍを操作制御装置２４、具体的には、動作制御部５２へ出力する。指令位置ｘｄｍは、エンドエフェクタ１１のための指令位置ｘｄｓと同様に、指令速度ｘｄ’に基づいて求められる。そのため、指令位置ｘｄｍは、指令位置ｘｄｓと関連している。

［ロボットシステムの動作］
次に、このように構成されたロボットシステム１００の動作について説明する。図６は、ロボットシステム１００の動作を示すフローチャートである。ロボットシステム１００は、ステップＳ１において第１制御を実行した後、ステップＳ２において第２制御を実行する。第１制御も第２制御も、研削装置１１ａによって対象物Ｗを研削する実作業を行う。ただし、第１制御では、ユーザが操作装置２を介して手動でロボット１を動作制御する。一方、第２制御では、制御装置３が基本的には自動でロボット１を動作制御する。

第１制御においては、エンドエフェクタ１１（即ち、研削装置１１ａ）が対象物Ｗを研削する際の、エンドエフェクタ１１の動作軌跡に関連する軌跡情報が記録される。

第２制御においては、エンドエフェクタ１１が第１制御の動作軌跡を再現するように、軌跡情報に基づいてロボットアーム１２が制御される。このとき、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が制御される。

以下に、第１制御及び第２制御について詳しく説明する。

〈第１制御〉
第１制御においては、ユーザが操作装置２を操作することによってロボット１に対象物Ｗに対して実際の作業を実行させる。つまり、ユーザは、操作装置２を操作して、ロボット１によって対象物Ｗに研削加工を行う。ユーザの操作装置２を介した操作として、操作部２１にユーザから加えられる操作力が操作力センサ２３によって検出される。ロボットアーム１２は、操作力に応じて制御される。

具体的には、ユーザが操作装置２を操作すると、ユーザが操作部２１を介して加えた操作力を操作力センサ２３が検出する。操作力センサ２３に検出された操作力は、入力処理部５１によって検出信号として制御装置３へ入力される。制御装置３では、操作力取得部６１が、検出信号に基づく操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。

このとき、ロボット１の接触力センサ１３によって検出される接触力が入力処理部４１を介して制御装置３の接触力取得部６２に検出信号として入力される。接触力取得部６１は、検出信号に基づく接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。

加算部６３は、合成力ｆｍ＋ｆｓを力／速度換算部６４へ入力する。力／速度換算部６４は、合成力ｆｍ＋ｆｓを用いて式（２）に基づいて指令速度ｘｄ’を求める。

ロボット１に関しては、第１速度／位置換算部６５が指令速度ｘｄ’から指令位置ｘｄｓを求める。ロボット制御装置１４の動作制御部４２は、指令位置ｘｄｓに従ってロボットアーム１２を動作させ、研削装置１１ａの位置を制御する。これにより、操作力ｆｍに応じた押付力が対象物Ｗに加えられつつ、対象物Ｗが研削装置１１ａにより研削される。

一方、操作装置２に関しては、第２速度／位置換算部６６が指令速度ｘｄ’から指令位置ｘｄｍを求める。操作制御部２４の動作制御部５２は、指令位置ｘｄｍに従って支持機構２２を動作させ、操作部２１の位置を制御する。これにより、ユーザは接触力ｆｓに応じた反力を感知する。

ユーザがこのような操作装置２の操作に基づく実作業を継続し、制御装置３は、その間の軌跡データｘｕを記憶部３２に記録していく。

ここで、軌跡データｘｕとは、エンドエフェクタ１１（即ち、研削装置１１ａ）の動作軌跡に関連する軌跡情報である。制御装置３においては、指令位置ｘｄｍ、指令位置ｘｄｓ及び指令速度ｘｄ’が、エンドエフェクタ１１の動作軌跡に関連する軌跡情報である。この例では、制御装置３は、指令位置ｘｄｍを軌跡データｘｕとして記憶部３２に記録していく。尚、指令位置ｘｄｓ又は指令速度ｘｄ’を軌跡データｘｕとして記憶部３２に記録してもよい。

さらに、制御装置３は、軌跡データｘｕを記録する際に、操作力センサ２３によって検出される操作力を併せて記録する。この例では、操作力センサ２３によって検出される操作力として、操作力取得部６１からの操作力ｆｍが記録される。制御装置３は、軌跡データｘｕと操作力ｆｍとを互いに紐づけて操作履歴として記憶部３２に記録していく。

〈第２制御〉
第２制御は、第１制御が完了後に実行される。例えば、第１制御は、対象物Ｗの一部に対して、又は、複数の対象物Ｗのうちの一の対象物Ｗに対して実行される。例えば、対象物Ｗとしての大きな鋼板を研削する場合には、鋼板の一部に対して第１制御による実作業が行われる。そして、鋼板の残りの部分に対して、第２制御による実作業が行われる。比較的小さな対象物Ｗを研削する場合には、１つの対象物Ｗに対して第１制御による実作業が行われる。そして、別の対象物Ｗに対して第２制御による実作業が行われる。

第２制御では、制御装置３は、軌跡情報及び操作力に基づいてロボットアーム１２を制御する。この例では、ロボットアーム１２の制御に用いられる操作力ｆｍは、第１制御によって記録された操作力ｆｍ（以下、「履歴操作力ｆｍ」と称する）である。

詳しくは、第２制御では、制御装置３は、軌跡データｘｕ及び履歴操作力ｆｍに基づいて、ロボット１のための指令位置ｘｄｓを生成する。このとき、ユーザによる操作装置２の操作は行われない。

具体的には、力／速度換算部６４は、軌跡データｘｕを履歴速度ｘｕ’に変換して式（２）に代入することよって指令速度ｘｄ’を求める。このとき、力／速度換算部６４は、履歴操作力ｆｍも式（２）に代入する。尚、接触力ｆｓは、ロボット１が実際に動作したときの実際の接触力ｆｓ、即ち、現在の接触力ｆｓである。

こうして求められた指令速度ｘｄ’に基づいて、最終的に指令位置ｘｄｓが生成される。ロボット制御装置１４は、生成された指令位置ｘｄｓに基づいてロボット１を制御し、研削装置１１ａを位置制御する。

尚、制御装置３は、操作装置２のための指令位置ｘｄｍを生成又は出力しない。つまり、操作装置２は、操作部２１の位置制御を行わない。

このように、第２制御においては、エンドエフェクタ１１、即ち、研削装置１１ａは、履歴操作力ｆｍの影響を受けつつ、軌跡データｘｕを再現するように移動して、対象物Ｗを研削加工する。つまり、研削装置１１ａは、単に軌跡データｘｕを再現するのではなく、履歴操作力ｆｍに応じた押付力で対象物Ｗに押し付けられる。その結果、ロボットシステム１００は、実際のユーザによる複雑な操作及び複雑な力加減を容易に模倣して研削装置１１ａを動作させることができる。

〈第２制御における各種機能〉
ロボットシステム１００は、このような制御を基本に各種機能を備えている。以下、ロボットシステム１００の各種機能について説明する。

１つの機能として、ロボットシステム１００は、式（１）において剛性係数ｋｄの有無を選択可能に構成されている。すなわち、エンドエフェクタ１１及びロボットアーム１２の運動モデルにおける弾性力の有無が選択される。剛性係数ｋｄ＝０とした場合、運動モデルにおいては減衰力の作用が大きくなる。以下、剛性係数ｋｄ＝０とした場合の制御を減衰制御と称し、剛性係数ｋｄが０でない場合の制御を弾性制御と称する。つまり、ロボットシステム１００は、減衰制御と弾性制御とを切り替えることができる。

〈減衰制御〉
まず、基本的な減衰制御について説明する。図７は、減衰制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。例えば、図７に示す対象物Ｗを研削する場合の研削装置１１ａの動作について説明する。軌跡データｘｕは、Ｙ成分及びＺ成分が一定で、Ｘ成分だけが変化するような直線状の軌跡であるとする。それに対し、対象物Ｗの表面に膨出部分ｗ１が存在するとする。

ロボット１は、第２制御においては、軌跡データｘｕと履歴操作力ｆｍとを再現するように研削装置１１ａを移動させる。膨出部分ｗ１のように軌跡データｘｕから離れた部分においては、粘性係数ｋｄの影響、即ち、粘性力の作用によって、研削装置１１ａは、履歴操作力ｆｍに応じて膨出部分ｗ１の表面を倣うように移動したり、Ｘ方向の速度を落としつつ移動したりする。つまり、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕから少し逸れるものの、履歴操作力ｆｍに応じた押付力を実現するように移動する。

尚、軌跡データｘｕの再現だけで操作力ｆｍを考慮しない場合には、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕに忠実に追従して移動する。そのため、研削装置１１ａが膨出部分ｗ１に接触しても、ロボット１は研削装置１１ａを軌跡データｘｕに忠実に追従させようとする。それにより、研削装置１１ａに過大な接触力ｆｓが作用する虞がある。

このように、減衰制御においては、研削装置１１ａは、速度を落としながら膨出部分ｗ１の形状を倣うように移動、即ち、研削していく。その結果、研削装置１１ａに過大な接触力ｆｓが作用することが回避される。

〈制御方向選択〉
ここで、減衰制御を例にして、ロボットシステム１００の別の機能を説明する。ロボットシステム１００は、軌跡データｘｕ及び履歴操作力ｆｍに含まれる複数の方向成分のうち、軌跡データｘｕの再現を行う方向成分と履歴操作力ｆｍの制御を行う方向成分とを選択可能に構成されている。

つまり、軌跡データｘｕ及び履歴操作力ｆｍはそれぞれ、複数の方向の成分として、Ｘ方向成分、Ｙ方向成分、Ｚ方向成分、Ｘ軸回り成分、Ｙ軸回り成分、及び、Ｚ軸回り成分を含んでいる。制御装置３は、第２制御において、軌跡データｘｕに含まれる複数の方向成分及び履歴操作力ｆｍに含まれる複数の方向成分のうちロボットアーム１２の制御に用いる方向の成分を選択可能に構成されている。すなわち、軌跡データｘｕの再現において、複数の方向成分のうちどの方向成分の軌跡データｘｕを再現するかを設定することができる。同様に、対象物Ｗへの研削装置１１ａの押付力の制御において、複数の方向成分のうちどの方向成分の押付力を制御するかを設定することができる。

例えば、制御装置３は、第２制御において、履歴操作力ｆｍに含まれる複数の方向成分のうち一部の方向成分（例えば、Ｚ軸方向成分）をロボットアーム１２の制御に用いると共に、軌跡データｘｕに含まれる複数の方向成分のうち履歴操作力ｆｍの一部の方向成分以外の方向成分（例えば、Ｚ軸方向成分以外の成分）をロボットアーム１２の制御に用いる。つまり、Ｚ軸方向以外については軌跡データｘｕが再現されるように研削装置１１ａが移動し、Ｚ軸方向については履歴操作力ｆｍに応じて研削装置１１ａが移動する。

ここでは、減衰制御を例に制御方向選択の機能について説明するが、制御方向選択の機能は減衰制御に限定されるものではない。

図８は、制御方向選択機能が実行された減衰制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。例えば、図８に示すように、軌跡データｘｕは、Ｙ成分及びＺ成分が一定で、Ｘ成分だけが変化するような直線状の軌跡である。対象物Ｗの表面は、Ｚ方向へ凹凸を有する形状であるとする。

この場合、研削装置１１ａは、Ｚ方向へは履歴操作力ｆｍを再現しつつ、ＸＹ方向へは軌跡データｘｕを追従するように移動する。研削装置１１ａは、式（１）の粘性係数ｃｄの影響によって、Ｚ方向へは、履歴操作力ｆｍ＋接触力ｆｓ＝０となるように動作する。その結果、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕと実際の対象物Ｗの表面とのＺ方向の誤差を吸収しつつ、ＸＹ方向へは軌跡データｘｕに従って移動する。

このように、Ｚ方向にだけ押付力の制御を行ってＸＹ方向へは軌跡データｘｕの再現を行うことによって、Ｚ方向への対象物Ｗの個体差を吸収しつつ、ＸＹ方向へは軌跡データｘｕに従って研削装置１１ａを動作させることができる。

〈弾性制御〉
まず、基本的な弾性制御について説明する。図９は、弾性制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。例えば、図９に示す対象物Ｗを研削する場合の研削装置１１ａの動作について説明する。対象物Ｗの表面は、Ｚ方向への凹凸をＸ方向に亘って有する形状をしている。軌跡データｘｕは、Ｙ成分が一定で、Ｘ成分の変化に伴ってＺ成分へ上下動する軌跡であり、対象物Ｗの表面と同様にＺ方向へ波打つ形状であるとする。ただし、軌跡データｘｕのＺ方向への上下動は、対象物Ｗの表面のＺ方向への上下動に比べて小さい。

この場合、ロボット１は、粘性係数ｃｄの影響に加えて、剛性係数ｋｄの影響に基づいて動作する。具体的には、図９に示すように、研削装置１１ａは、対象物Ｗの表面に倣って移動しつつ、対象物Ｗの表面と軌跡データｘｕとの差が大きい部分では、対象物Ｗへの押付力が大きくなり軌跡データｘｕに近い位置を移動しようとする。その結果、研削装置１１ａの切り込み量が大きくなり、対象物Ｗは、軌跡データｘｕの形状に近づくように研削される。

別の例として、図１０に示す対象物Ｗを研削する場合について説明する。図１０は、別の例の弾性制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。図１０は、ＸＹ平面に拡がる対象物ＷをＺ方向へ見たときの図である。軌跡データｘｕは、Ｚ方向へ見た場合に、略円弧状の形状をしている。対象物Ｗの表面において軌跡データｘｕの上に障害物Ｓが存在している。

この場合、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕに従って移動して障害物Ｓに到達すると、剛性係数ｋｄの影響に基づいて、軌跡データｘｕの形状に近づくように障害物Ｓへの押付力が強くなる。それと同時に、粘性係数ｃｄの影響も働くため、研削装置１１ａは、障害物Ｓに強く押し付けられつつ、障害物Ｓの表面に倣って進む。研削装置１１ａは、障害物Ｓを通り過ぎると、剛性係数ｋｄの影響に基づいて軌跡データｘｕの形状に近づいていく。最終的には、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕに従って移動する。

このように弾性制御においては、弾性力と減衰力とが協調して、研削装置１１ａが制御される。障害物Ｓ等の外乱が存在する場合でも、研削装置１１ａは、外乱を適切に回避して、軌跡データｘｕに追従して移動することができる。

〈剛性係数の変化〉
次に、弾性制御における更なる機能として、ロボットシステム１００は、弾性制御において剛性係数ｋｄを履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて変化させることができる。この機能は、設定によりＯＮ／ＯＦＦの切替ができる。

例えば、剛性係数ｋｄは、以下の式に基づいて算出される。

ここで、ｋｍａｘは、剛性係数の最大値である。fｍ－ｍａｘは、操作力の制限値である。fｓ－ｍａｘは、接触力の制限値である。

式（３）は、記憶部３２に格納されている。力／速度換算部６４は、記憶部３２から式（２）と共に式（３）を読み出して指令速度ｘｄ’を求める。

式（３）によれば、剛性係数ｋｄは、図１１のように変化する。図１１は、履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓの変化に対する剛性係数ｋｄの変化を表すグラフである。例えば、操作座標系及びロボット座標系においてＺ軸の上向きを正とし、Ｚ軸の下向きを負とすると、通常は、履歴操作力ｆｍは負の値となり、接触力ｆｓは正の値となる。同様に、制限値ｆｍ－ｍａｘｍも負の値となり、制限値ｆｓ－ｍａｘも正の値となる。図１１では、履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓは、それぞれ絶対値で表されている。グラフにおける横軸は、特定の意味を有さない。例えば、横軸は時間であってもよい。グラフにおいて、履歴操作力ｆｍの絶対値は二点鎖線で表され、接触力ｆｓの絶対値は破線で表され、剛性係数ｋｄは実線で表される。このグラフは、履歴操作力ｆｍの絶対値の変化に対する剛性係数ｋｄの変化、及び、接触力ｆｓの絶対値の変化に対する剛性係数ｋｄの変化を示すためのものである。グラフにおける履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓの変化は、実際の履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓの変化を示すものではない。

まず、接触力ｆｓの絶対値が０で一定で、履歴操作力ｆｍが負の方向へ線形的に大きくなる、即ち、履歴操作力ｆｍの絶対値が線形的に増加するとする。その場合、剛性係数ｋｄは、グラフに示すように増加する。履歴操作力ｆｍの絶対値が制限値ｆｍ－ｍａｘの絶対値に達すると、剛性係数ｋｄは最大となる。

次に、履歴操作力ｆｍの絶対値が制限値fｍ－ｍａｘの絶対値で一定で、接触力ｆｓが正の方向へ線形的に大きくなる、即ち、接触力ｆｓの絶対値が線形的に増加するとする。その場合、剛性係数ｋｄは、グラフに示すように減少する。接触力ｆｓの絶対値が制限値ｆｓ－ｍａｘの絶対値に達すると、剛性係数ｋｄは０となる。

このグラフからわかるように、履歴操作力ｆｍの絶対値が大きくなる、即ち、履歴操作力ｆｍが力として大きくなると、剛性係数ｋｄが大きくなる傾向にある。その結果、研削装置１１ａが対象物Ｗに強く押し付けられることになる。一方、接触力ｆｓの絶対値が大きくなる、即ち、接触力ｆｓが力として大きくなると、剛性係数ｋｄが小さくなる傾向にある。つまり、接触力ｆｓが過大になると、研削装置１１ａの押付力が小さくなる。

このように、弾性制御において剛性係数ｋｄを履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて変化させることによって、対象物Ｗへの研削装置１１ａの押付力を履歴操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて適宜変化させることができる。

さらに、このときの履歴操作力ｆｍが操作履歴として記録されているものであるため、ユーザの実作業における履歴操作力ｆｍに応じて剛性係数ｋｄが調整される。例えば、実作業においてユーザが研削装置１１ａを強く押し付けた部分では、第２制御においても剛性係数ｋｄが大きくなって研削装置１１ａの押付力が大きくなる。

〈第２制御の変形例〉
続いて、第２制御の変形例について説明する。図１２は、変形例に係る第２制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。

変形例に係る第２制御においても、制御装置３は、軌跡データｘｕ及び操作力ｆｍに基づいて、ロボット１のための指令位置ｘｄｓを生成する。その際に用いられる操作力ｆｍは、第２制御中の操作部２１の操作に基づいて操作力センサ２３によって検出される操作力ｆｍである。つまり、ユーザは、第２制御中に操作装置２を操作する。制御装置３は、第２制御中にリアルタイムで操作力センサ２３によって検出される操作力ｆｍを指令位置ｘｄｓの生成に用いる。

具体的には、制御装置３は、前述のように、軌跡データｘｕに基づいて、ロボット１のための指令位置ｘｄｓを生成する。力／速度換算部６４は、軌跡データｘｕを履歴速度ｘｕ’に変換して式（２）に代入することよって指令速度ｘｄ’を求める。このとき、操作履歴として操作力ｆｍが記録されている場合には、力／速度換算部６４は、記録されている操作力ｆｍを式（２）に代入する。

こうして求められた指令速度ｘｄ’に基づいて、最終的に指令位置ｘｄｓが生成される。ロボット制御装置１４は、生成された指令位置ｘｄｓに基づいてロボット１を制御し、研削装置１１ａが位置制御される。

これにより、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕに追従しつつ研削を実行する。操作履歴に操作力ｆｍが記録されている場合には、研削装置１１ａは、さらに操作力ｆｍの影響を受けつつ移動する。

ユーザは、軌跡データｘｕ等の操作履歴の再現中に操作装置２を操作することによって、操作力ｆｍを追加することができる。

例えば、図１２に示すような対象物Ｗを研削する場合について説明する。図１２は、変形例に係る第２制御における研削装置１１ａの動作を示す模式図である。対象物Ｗの表面は、Ｚ方向への凹凸をＸ方向に亘って有する形状をしている。軌跡データｘｕは、Ｙ成分が一定で、Ｘ成分の変化に伴ってＺ成分へ上下動する軌跡であり、対象物Ｗの表面と同様にＺ方向へ波打つ形状であるとする。

通常は、研削装置１１ａは、軌跡データｘｕに追従するように研削を実行する。ユーザは、研削装置１１ａの研削動作を観察しながら、対象物Ｗへの研削装置１１ａの押付力を強くしたい場合には、操作装置２を操作して操作力ｆｍを追加することができる。制御装置３は、式（２）に基づいて指令速度ｘｄ’を求める際に、追加の操作力ｆｍも式（２）へ代入する。これにより、研削装置１１ａの押付力が大きくなるように指令位置ｘｄｓが調整される。このように、研削装置１１ａの押付力がリアルタイムで調整される。

この例では、第２制御中は、制御装置３は、操作装置２のための指令位置ｘｄｍを生成又は出力しない。つまり、操作装置２の操作部２１は停止している。ユーザは、停止した操作部２１を必要に応じて操作する。操作部２１が停止しているので、ユーザは、追加する操作力ｆｍを容易に調整することができる。

ただし、制御装置３は、操作装置２のための指令位置ｘｄｍを生成して、操作装置２に指令位置ｘｄｍを出力してもよい。この場合、ユーザは、操作部２１を把持することによって対象物Ｗからの反力を感知することができる。つまり、ユーザは、対象物Ｗからの反力を感知しつつ、操作力ｆｍを追加することができる。

以上のように、ロボットシステム１００は、ユーザに操作される操作装置２（マスタ装置）と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１（作用部）とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２（動作部）とを有するロボット１（スレーブ装置）と、ロボット１を制御する制御装置３とを備え、制御装置３は、操作装置２を介した操作に応じてロボットアーム１２を制御することによってエンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせると共に、エンドエフェクタ１１の動作軌跡に関連する軌跡情報、即ち、軌跡データｘｕを記録する第１制御と、第１制御によって記録された軌跡データｘｕに基づいてロボットアーム１２を制御することによって、動作軌跡を再現するようにエンドエフェクタ１１を移動させて、エンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせる第２制御とを実行し、第２制御において、制御装置３は、軌跡データｘｕに基づいてロボットアーム１２を制御する際に、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御する。

換言すると、ユーザに操作される操作装置２と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２とを有するロボット１とを備えるロボットシステム１００の制御方法は、操作装置２を介した操作に応じてロボットアーム１２を制御することによってエンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせると共に、エンドエフェクタ１１の動作軌跡に関連する軌跡情報、即ち、軌跡データｘｕを記録する第１制御を実行することと、第１制御によって記録された軌跡データｘｕに基づいてロボットアーム１２を制御することによって、動作軌跡を再現するようにエンドエフェクタ１１を移動させて、エンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、第２制御において、軌跡データｘｕに基づいてロボットアーム１２を制御する際に、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御する。

これらの構成によれば、第１制御においては、ユーザの操作装置２の操作に応じてロボットアーム１２が制御されることによってエンドエフェクタ１１が対象物Ｗへ作用を加えると共に、このときのエンドエフェクタ１１の軌跡データｘｕが記録される。そして、第２制御においては、第１制御で記録された軌跡データｘｕに基づいてロボットアーム１２が制御されることによってエンドエフェクタ１１が対象物Ｗへ作用を加える。このとき、エンドエフェクタ１１は、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が制御されつつ、動作軌跡を概ね再現するように移動する。これにより、エンドエフェクタ１１は、第１制御においてユーザが操作装置２を介して手動でロボットアーム１２を制御した場合の動作軌跡を概ね再現するように移動すると共に、その際の対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が制御される。その結果、ロボットシステム１００は、実際のユーザによる複雑な操作及び複雑な力加減を容易に模倣した研削装置１１ａの動作を再現することができる。

また、操作装置２は、ユーザが操作する操作部２１と、操作部２１にユーザから加えられる操作力を検出する操作力センサ２３（操作力検出部）とを有し、制御装置３は、第１制御において、操作装置２を介した操作として、操作力センサ２３によって検出される操作力に応じてロボットアーム１２を制御し、第２制御において、軌跡データｘｕに加えて操作力に基づいてロボットアーム１２を制御する。

この構成によれば、第２制御においては、軌跡データｘｕに加えて、ユーザからの操作力を考慮することによって、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が制御される。操作力は、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力に直結する力であり、そのため、第１制御においてロボットアーム１２の制御に用いられるものである。つまり、第２制御におけるロボットアーム１２の制御に操作力を考慮することによって、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御しやすくなる。

一例として、制御装置３は、第１制御において、軌跡データｘｕを記録する際に、操作力センサ２３によって検出される操作力ｆｍを併せて記録し、第２制御におけるロボットアーム１２の制御に用いられる操作力ｆｍは、第１制御によって記録された操作力ｆｍである。

この構成によれば、第２制御におけるロボットアーム１２の制御に用いられる操作力ｆｍは、第１制御において軌跡データｘｕを記録する際に併せて記録された操作力センサ２３の操作力ｆｍである。つまり、第２制御において再現すべき軌跡データｘｕが生成された際の操作力ｆｍを用いて、第２制御において、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が制御される。その結果、第２制御においては、第１制御における軌跡データｘｕと操作力ｆｍとが再現される。

さらに、軌跡データｘｕ及び操作力ｆｍはそれぞれ、複数の方向の成分を含み、制御装置３は、第２制御において、軌跡データｘｕに含まれる複数の方向の成分及び操作力ｆｍに含まれる複数の方向の成分のうちロボットアーム１２の制御に用いる方向の成分を選択可能に構成されている。

この構成によれば、軌跡データｘｕの再現を行う方向及び操作力ｆｍによるエンドエフェクタ１１の押付力の制御を行う方向をそれぞれ選択することができる。つまり、或る方向へは軌跡データｘｕの再現を優先的に行い、別の方向へはエンドエフェクタ１１の押付力の制御を優先的に行い、また別の方向へは軌跡データｘｕの再現及びエンドエフェクタ１１の押付力の制御の両方を行うことができる。対象物Ｗ及び作業内容によっては、軌跡データｘｕの再現を優先的に行いたい方向、及び、エンドエフェクタ１１の押付力の制御を優先的に行いたい方向が決まっている場合がある。ロボットシステム１００は、そのような状況に柔軟に対応することができる。

また、第２制御におけるロボットアーム１２の制御に操作力ｆｍを用いる場合の別の例として、第２制御におけるロボットアーム１２の制御に用いられる操作力ｆｍは、第２制御中の操作装置２の操作に基づいて操作力センサ２３によって検出される操作力ｆｍであってもよい。

この構成によれば、第２制御において軌跡データｘｕを再現するようにエンドエフェクタ１１を位置制御しているときに、リアルタイムで操作装置２の操作によって入力される操作力ｆｍに基づいて対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力が調整される。つまり、ユーザは、第１制御における操作履歴に基づくエンドエフェクタ１１の位置制御を観察しつつ、必要に応じて操作装置２を操作することによってエンドエフェクタ１１の押付力をリアルタイムで調整することができる。

また、ロボットシステム１００は、対象物Ｗからエンドエフェクタ１１へ作用する反力である接触力ｆｓを検出する接触力センサ１３（接触力検出部）をさらに備え、制御装置３は、第１制御及び第２制御において、慣性係数ｍｄ、粘性係数ｃｄ及び剛性係数ｋｄを含む運動方程式に基づくエンドエフェクタ１１及びロボットアーム１２の運動モデルを用いることによって、操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じてロボットアーム１２を制御するように構成されている。

この構成によれば、エンドエフェクタ１１及びロボットアーム１２の仮想的な慣性、粘性及び弾性を考慮しつつ、ロボットアーム１２を制御することができる。

例えば、制御装置３は、第２制御において、剛性係数ｋｄの有無を選択可能に構成されている。

この構成によれば、運動モデルにおいて、エンドエフェクタ１１及びロボットアーム１２の弾性を考慮するか否かを選択することができる。例えば、弾性を考慮しない場合には、運動モデルは、粘性係数ｃｄに基づく減衰力が支配的なモデルとなる。このようなモデルにおいては、対象物Ｗの表面と軌跡データｘｕが示す軌跡に差がある場合には、研削装置１１ａは、操作力ｆｍに応じて対象物Ｗの表面に倣うように移動する。

さらに、制御装置３は、第２制御において、剛性係数ｋｄを操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて変化させる。

この構成によれば、操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて剛性係数ｋｄを変化させることによって、エンドエフェクタ１１の押付力を操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに対応するように制御することができる。具体的には、操作力ｆｍが大きいほど、及び／又は、接触力ｆｓが小さいほど剛性係数ｋｄを大きくすることによって、エンドエフェクタ１１の押付力を大きくすることができる。逆に、操作力ｆｍが小さいほど、及び／又は、接触力ｆｓが大きいほど、剛性係数ｋｄを小さくすることによって、エンドエフェクタ１１の押付力を小さくすることができる。さらに、操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに応じて剛性係数ｋｄを制限することによって接触力ｆｍ又は接触力ｆｓが大き過ぎる場合には剛性係数ｋｄを制限して、エンドエフェクタ１１の破損を防止することもできる。

また、ロボットシステム１００は、対象物２からエンドエフェクタ１１へ作用する反力である接触力を検出する接触力センサ１３をさらに備え、制御装置３は、操作力ｆｍ及び接触力ｆｓに基づいてエンドエフェクタ１１の位置に関する位置関連情報、例えば、指令速度ｘｄ’を算出し、位置関連情報に基づいてエンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓとエンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓと関連する、操作部２１の指令位置ｘｄｍとを生成し、エンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓに基づいてロボットアーム１２を制御する一方、操作部２１の指令位置ｘｄｍに基づいて操作装置２を制御し、軌跡情報は、位置関連情報、エンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓ及び操作部２１の指令位置ｘｄｍのうちの少なくとも１つである。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、第２制御において、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御するために用いる操作力は、第１制御による履歴操作力ｆｍ、及び、第２制御中に操作部２１の操作に基づく操作力ｆｍに限定されない。例えば、予め設定された操作力ｆｍが、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御するために用いられる、即ち、式（２）に代入されてもよい。つまり、対象物Ｗへのエンドエフェクタ１１の押付力を制御するために用いられる操作力は、操作装置２を介した操作力ではなく、設定された操作力であってもよい。

また、第１制御において記録される軌跡データｘｕは、指令位置ｘｄｍに限定されず、指令位置ｘｄｓ又は指令速度ｘｄ’であってもよい。さらに、第１制御において記録される軌跡データｘｕは、エンドエフェクタ１１の位置に関連する位置関連情報であってもよい。前述の例では、合成力ｆｍ＋ｆｓから指令速度ｘｄ’が算出されており、指令速度ｘｄ’が位置関連情報に相当する。ただし、合成力ｆｍ＋ｆｓから指令速度指令位置ｘｄが算出される場合には、指令位置ｘｄが位置関連情報に相当する。

前述の合成力ｆｍ＋ｆｓから指令位置ｘｄｓ及び指令位置ｘｄｍを算出する方法は、一例に過ぎない。例えば、運動モデルは一例に過ぎず、異なる運動モデルを用いてもよい。

前述のブロック図は一例であり、複数のブロックを１つのブロックとして実現したり、１つのブロックを複数のブロックに分割したり、一部の機能を別のブロックに移したりしてもよい。

本開示の技術は、前記制御方法を実行するためのプログラムであってもよく、前記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるものであってもよい。

本実施形態で開示された構成の機能は、電気回路又は処理回路を用いて実行されてもよい。プロセッサは、トランジスタ及びその他の回路を含む処理回路等である。本開示において、ユニット、コントローラ又は手段は、記載した機能を実行するためのハードウェア又はプログラムされたものである。ここで、ハードウェアは、本実施形態で開示された機能を実行するように構成若しくはプログラムされた、本実施形態で開示されたもの又は公知のハードウェアである。ハードウェアが、プロセッサ又はコントローラの場合、回路、手段又はユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアは、ハードウェア及び／又はプロセッサを構成するために用いられる。

１００ ロボットシステム
１ ロボット（スレーブ装置）
１１ エンドエフェクタ（作用部）
１２ ロボットアーム（動作部）
１３ 接触力センサ（接触力検出部）
２ 操作装置（マスタ装置）
２１ 操作部
２３ 操作力センサ（操作力検出部）
３ 制御装置
Ｗ 対象物

Claims (14)

1. ユーザに操作されるマスタ装置と、
   対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
   前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、
   前記マスタ装置は、前記ユーザが操作する操作部と、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、
   前記制御装置は、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、
   前記軌跡情報及び前記操作力はそれぞれ、複数の方向の成分を含み、
   前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
   前記制御装置は、前記第２制御において、前記軌跡情報に含まれる複数の方向の成分及び前記操作力に含まれる複数の方向の成分のうち前記動作部の制御に用いる方向の成分をユーザにより選択可能に構成されているロボットシステム。
2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記第１制御において、前記軌跡情報を記録する際に、前記操作力検出部によって検出される操作力を併せて記録し、
   前記第２制御における前記動作部の制御に用いられる前記操作力は、前記第１制御によって記録された操作力であるロボットシステム。
3. 請求項１の記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記第２制御において、前記操作力に含まれる複数の方向の成分のうち一部の方向の成分を前記動作部の制御に用いると共に、前記軌跡情報に含まれる複数の方向の成分のうち前記操作力の前記一部の方向の成分以外の方向の成分を前記動作部の制御に用いるロボットシステム。
4. ユーザに操作されるマスタ装置と、
   対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
   前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、
   前記マスタ装置は、前記ユーザが操作する操作部と、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、
   前記制御装置は、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、
   前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
   前記第２制御における前記動作部の制御に用いられる前記操作力は、前記第２制御中の前記操作部の操作に基づいて前記操作力検出部によって検出される操作力であるロボットシステム。
5. ユーザに操作されるマスタ装置と、
   対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
   前記スレーブ装置を制御する制御装置と、
   前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部とを備え、
   前記マスタ装置は、前記ユーザが操作する操作部と、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、
   前記制御装置は、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、
   前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
   前記制御装置は、
   前記第１制御及び前記第２制御において、慣性係数、粘性係数及び剛性係数を含む運動方程式に基づく前記動作部及び前記作用部の運動モデルを用いることによって、前記操作力及び前記接触力に応じて前記動作部を制御するように構成され、
   前記第２制御において、前記剛性係数の有無をユーザにより選択可能に構成されているロボットシステム。
6. ユーザに操作されるマスタ装置と、
   対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
   前記スレーブ装置を制御する制御装置とを備え、
   前記マスタ装置は、前記ユーザが操作する操作部と、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、
   前記制御装置は、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、
   前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
   前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記第１制御及び前記第２制御において、慣性係数、粘性係数及び剛性係数を含む運動方程式に基づく前記動作部及び前記作用部の運動モデルを用いることによって、前記操作力及び前記接触力に応じて前記動作部を制御するように構成され、
   前記第２制御において、前記剛性係数を前記操作力及び前記接触力に応じて変化させるロボットシステム。
7. ユーザに操作されるマスタ装置と、
   対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
   前記スレーブ装置を制御する制御装置と、
   前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部とを備え、
   前記マスタ装置は、前記ユーザが操作する操作部と、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、
   前記制御装置は、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御と、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御とを実行し、
   前記第２制御において、前記制御装置は、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
   前記制御装置は、前記第１制御において、
   前記操作力及び前記接触力に基づいて前記作用部の位置に関する位置関連情報を算出し、
   前記位置関連情報に基づいて前記作用部の指令位置と前記作用部の指令位置と関連する、前記操作部の指令位置とを生成し、
   前記作用部の指令位置に基づいて前記動作部を制御する一方、前記操作部の指令位置に基づいて前記マスタ装置を制御し、
   前記軌跡情報は、前記位置関連情報、前記作用部の指令位置及び前記操作部の指令位置のうちの少なくとも１つであるロボットシステム。
8. ユーザが操作する操作部と前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
   前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御を実行することと、
   前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、
   前記軌跡情報及び前記操作力はそれぞれ、複数の方向の成分を含み、
   前記第２制御において、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、前記軌跡情報に含まれる複数の方向の成分及び前記操作力に含まれる複数の方向の成分のうち前記動作部の制御に用いる方向の成分がユーザにより選択可能となっている、ロボットシステムの制御方法。
9. 請求項８に記載のロボットシステムの制御方法において、
   前記第１制御においては、前記軌跡情報が記録される際に、前記操作力検出部によって検出される操作力が併せて記録され、
   前記第２制御における前記動作部の制御に用いられる前記操作力は、前記第１制御によって記録された操作力である、ロボットシステムの制御方法。
10. 請求項８の記載のロボットシステムの制御方法において、
    前記第２制御においては、前記操作力に含まれる複数の方向の成分のうち一部の方向の成分が前記動作部の制御に用いられると共に、前記軌跡情報に含まれる複数の方向の成分のうち前記操作力の前記一部の方向の成分以外の方向の成分が前記動作部の制御に用いられる、ロボットシステムの制御方法。
11. ユーザが操作する操作部と前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
    前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御を実行することと、
    前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、
    前記第２制御において、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
    前記第２制御における前記動作部の制御に用いられる前記操作力は、前記第２制御中の前記操作部の操作に基づいて前記操作力検出部によって検出される操作力である、ロボットシステムの制御方法。
12. ユーザが操作する操作部と前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
    前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御を実行することと、
    前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、
    前記第２制御において、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
    前記ロボットシステムは、前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部をさらに備え、
    前記第１制御及び前記第２制御においては、慣性係数、粘性係数及び剛性係数を含む運動方程式に基づく前記動作部及び前記作用部の運動モデルを用いることによって、前記操作力及び前記接触力に応じて前記動作部が制御され、
    前記第２制御においては、前記剛性係数の有無がユーザにより選択可能になっている、ロボットシステムの制御方法。
13. ユーザが操作する操作部と前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
    前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御を実行することと、
    前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、
    前記第２制御において、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
    前記ロボットシステムは、前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部をさらに備え、
    前記第１制御及び前記第２制御においては、慣性係数、粘性係数及び剛性係数を含む運動方程式に基づく前記動作部及び前記作用部の運動モデルを用いることによって、前記操作力及び前記接触力に応じて前記動作部が制御され、
    前記第２制御においては、前記剛性係数が前記操作力及び前記接触力に応じて変化する、ロボットシステムの制御方法。
14. ユーザが操作する操作部と前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部とを有し、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
    前記マスタ装置を介した操作として、前記操作力検出部によって検出される操作力に応じて前記動作部を制御することによって前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせると共に、前記作用部の動作軌跡に関連する軌跡情報を記録する第１制御を実行することと、
    前記第１制御によって記録された前記軌跡情報に加えて前記操作力に基づいて前記動作部を制御することによって、前記動作軌跡を再現するように前記作用部を移動させて、前記作用部に前記対象物へ作用を加えさせる第２制御を実行することとを含み、
    前記第２制御において、前記軌跡情報に基づいて前記動作部を制御する際に、前記対象物への前記作用部の押付力を制御し、
    前記ロボットシステムは、前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部をさらに備え、
    前記第１制御においては、
    前記操作力及び前記接触力に基づいて前記作用部の位置に関する位置関連情報が算出され、
    前記位置関連情報に基づいて前記作用部の指令位置と前記作用部の指令位置と関連する、前記操作部の指令位置とが生成され、
    前記作用部の指令位置に基づいて前記動作部が制御される一方、前記操作部の指令位置に基づいて前記マスタ装置が制御され、
    前記軌跡情報は、前記位置関連情報、前記作用部の指令位置及び前記操作部の指令位置のうちの少なくとも１つである、ロボットシステムの制御方法。

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