JPH05215651A

JPH05215651A - 試験装置

Info

Publication number: JPH05215651A
Application number: JP1998892A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nakada; 康之中田; Mitsuru Shiraishi; 満白石
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-08-24
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JP3107631B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】試験対象物の特性をロボット等を用いて評価
する為に特定の操作を所定回数実行させる装置に於い
て、ロボットに操作の軌道を教示すること無く、又操作
中に対象物を試験装置から取り外す事なく、疲労度等の
物理的特性を容易に測定する。【構成】把持操作部２が特定の操作を実行する間に被
試験対象物から受ける力を検出する力検出部４、その出
力に応答する力制御部７、被試験対象物の存在位置を検
出する位置検出部３、その出力に応答する位置制御部
６、力制御部７と位置制御部６の情報から、把持操作部
を制御する操作制御部５に対して力制御指令値及び位置
制御指令値の少なくとも一方を供給する動作シークエン
ス生成部１０とからなる制御系と有し、且つ把持操作部
２が特定の操作を連続して反復実行している間に被試験
対象物の特性評価を実行し、停止条件、疲労等の評価条
件を発生する通知手段１１を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被試験対象物に特定の
操作を所定回数実行させて、当該被検査対象物の特性を
評価する試験装置に関するもので有って、特に詳しく
は、試験対象物に対して特定の試験の為の操作を繰り返
して与える事によって当該試験対象物の特性、特に物理
的特性を評価するロボット機能を有する試験装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、上記した様に、特にロボット
の制御装置に係わり、力制御動作と位置制御動作を組み
合わせて例えばラップトップパソコンや端末装置の蓋の
連続開閉動作を実行し、蓋の支持部分の耐久性を検査す
るロボットを使用した開閉装置及びその制御方法に関す
るものであるが、従来は、パソコン、端末装置の軽量
化、小型化に伴い、製品の構成材料は軽量化、薄肉化さ
れる傾向にある。

【０００３】ラップトップパソコン等では蓋を開閉する
際、可動部分に力が加わるため材料が薄くなると強度、
耐久性が問題がでてくる。そこで、設計、試作段階で製
品の耐久度を調べておく必要がある。従来、試作された
製品の開閉試験は人手あるいは専用機で行われていた。
しかし、耐久試験は数千〜数万回行われるため、人手で
試験するときには大きな負担となっていた。

【０００４】また、専用機で試験する時には蓋の回転軌
道を教示する必要があり、軌道を教示する際の設定が煩
雑であった。更に、疲労度を測定するには、開閉装置か
ら試作した製品を外してトルク計などで測り、測定後に
再度軌道の教示を行う必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、上記した様な試験対象物
に対してロボット等を用いてその部品等の特性を評価す
る為に特定の操作を所定回数実行させる装置に於いて、
当該ロボットに当該操作の軌道を教示することを必要と
せず、当該所定の操作を実行中に該試験対象物を当該試
験装置から取り外す事なく、疲労度等の物理的特性を容
易に測定する事の出来る試験装置を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、被試験対象物に特定の操作を所
定回数実行させて、当該被検査対象物の特性を評価する
試験装置で有って、当該試験装置は、被試験対象物の所
定の部分を把持して該被試験対象物に特定の操作を付与
する把持操作部、該把持操作部が該特定の操作を実行す
る間に当該被試験対象物から受ける力を検出する力検出
部、該力検出部の出力に応答して該把持操作部に対して
力制御を行う力制御部、該被試験対象物の存在位置を検
出する位置検出部、該位置検出部の出力に応答して該被
試験対象物の位置を制御する位置制御部、該力制御部と
位置制御部の情報から、該把持操作部を制御する操作制
御部に対して力制御指令値及び位置制御指令値の少なく
とも一方を供給する動作シークエンス生成部とから構成
された制御系と有しており、且つ該把持操作部が該特定
の操作を連続して反復実行している間に当該被試験対象
物の特性評価を実行する手段が設けられている試験装置
である。

【０００７】

【作用】本発明に係る試験装置に於いては、上記した様
な技術構成を採用しているので、ロボット等の機構から
なる把持操作部が、当該試験対象物の部品の動作に応答
する軌道を、位置検出部からの位置情報と力検出部から
の力情報を適宜の演算処理により自動的に求めて、記憶
させておき、以後の操作は、該記憶された軌道情報を基
に、該把持操作部に位置を逐次演算しながら当該軌道に
沿って該把持操作部を移動させる様に操作し、係る操作
を連続的に繰り返す間に該試験対象物の物理的特性に関
する情報も収集して、当該試験対象物の特性評価するも
のであるから、当該試験対象物に関する特性評価が迅速
に実行しえるものである。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る試験装置の具体例を図
面を参照しながら詳細に説明する。即ち、図１は、本発
明に係る試験装置の原理を説明する図であると同時に、
本発明に係る試験装置の一具体例を示すブロックダイア
グラムである。

【０００９】図１に於いては、被試験対象物に特定の操
作を所定回数実行させて、当該被検査対象物の特性を評
価する試験装置１が示されており、当該試験装置１は、
被試験対象物の所定の部分を把持して該被試験対象物に
特定の操作を付与する把持操作部２、該把持操作部２が
該特定の操作を実行する間に当該被試験対象物から受け
る力を検出する力検出部４、該力検出部４の出力に応答
して該把持操作部２に対して力制御を行う力制御部７、
該被試験対象物の存在位置を検出する位置検出部３、該
位置検出部３の出力に応答して該被試験対象物の位置を
制御する位置制御部６、該力制御部７と位置制御部６の
情報から、該把持操作部を制御する操作制御部５に対し
て力制御指令値及び位置制御指令値の少なくとも一方を
供給する動作シークエンス生成部１０とから構成された
制御系と有しており、且つ該把持操作部が該特定の操作
を連続して反復実行している間に当該被試験対象物の特
性評価を実行し、停止条件、疲労等の評価条件を発生す
る通知手段１１が設けられている試験装置である。

【００１０】更に本発明に係る試験装置に於いては、該
把持操作部によって測定されたすべての測定データが格
納される測定データ記憶部１２が設けられているもので
ある。本発明に係る試験装置に於いて試験を受ける被試
験対象物は、それが実用に供される場合に、特定の同一
動作が繰り返し反復して実行される様な構成を有してい
るものであって、該被試験対象物としては、ラップトッ
プパソコン、ワープロ、その他多数の装置、機械、機器
が対象になるものであり、特に対象となる機器類は例え
ば開閉部、切替部、摺動部、回転部、押圧部、伸縮部等
を有するものである事が好ましい。

【００１１】又、係る試験対象物に於ける該特性評価
は、被試験対象物の所定の部品における疲労度、破壊
度、変形度、摩耗度、劣化度、脆化度等に関する物理的
特性である事が好ましい。更に、本発明に係る試験装置
に於いて、当該被検査対象物の特性を評価する為に該被
試験対象物に特定の操作を所定回数実行させる目的で、
被試験対象物の所定の部分を把持して特定の操作を付与
する把持操作部２は、特に限定されるものではないが、
当該試験対象物の試験対象部品を把持する機能と該部品
の動作の方向に一致する軌道に沿って移動しえる機能、
更には、その位置と特定の操作を実行している間に該試
験対象物から受ける力とを検知する機能を有している事
が望ましい。

【００１２】その一例として、通常マニュピレータと称
されるロボットの一種を使用する事も可能である。図２
は、本発明に係る試験装置の一例を示す概略図であり、
ラップトップパソコン２０の蓋部２１の開閉操作を試験
する場合を示したものであり、該ラップトップパソコン
２０の蓋部２１の先端を把持する把持部２４と該把持部
２４に接続され、該把持２４が該蓋部２１から受ける力
の程度及びその方向を検出する力覚センサ２５とを含む
マニュピレータ２３、即ち、把持操作部が使用され、該
把持操作部は、適宜の数のアーム２６〜２８により試験
装置のＸ、Ｙ、Ｚの３軸を有する機台部３０に適宜の電
動モータを含む間接部を介して取付けられている。

【００１３】尚、該各アームの接続部にも所定の間接部
が設けられている。以下、本発明に係る試験装置の具体
例を図２に示すラップトップパソコン２０の蓋部２１の
開閉操作を試験する場合に付いて説明するが、本発明は
係る具体例に限定されるものではない事は、言うまでも
ない。図１において制御対象、力検出部、力制御部、操
作部が構成する力制御ループでは、把持操作部２である
ロボットの先端に取りつけられた力検出部（６軸力覚セ
ンサ）２５で検出された力Ｆと力制御部７へ指令された
力指令Ｆ₀の差Ｆ−Ｆ ₀をゼロにするように操作制御部
５へ操作指令を送り、把持操作部２を動作させる。同様
に、把持操作部、位置検出部、位置制御部、操作制御部
が構成する位置制御ループでは、把持操作部の位置検出
部３で検出されたロボットの先端位置Ｘと位置制御部６
へ指令された位置指令Ｘ₀の差Ｘ−Ｘ₀を、ゼロにする
ように操作制御部５へ操作指令を送り、把持操作部を動
作させる。力制御ループで実行される力制御動作と位置
制御ループで実行される位置制御動作から適当な動作シ
ーケンスを組合せて、蓋２１の開閉動作を実行する。

【００１４】蓋２１の開閉動作では、ロボットの把持部
２４が把持している点は蓋２１の支持部分を中心とした
円軌道を描く。蓋２１の開閉動作は、円の法線方向の力
がゼロになるように力制御を行い、円の接線方向へ把持
点を移動するように位置制御を行って実行する。そこ
で、ロボットと蓋の接触力から把持点の法線方向を算出
する法線ベクトル算出部８と、算出した法線ベクトルと
動作シーケンス生成部１０から指示された進行方向とか
らロボットの移動方向を算出する移動方向ベクトル算出
部９を用いて、開閉動作のためのロボットの軌道を生成
する。

【００１５】蓋２１の開閉動作は、上記したように毎回
力制御動作と位置制御動作の組合せで行ってもよいが、
一度、円軌道が算出されれば、位置制御動作のみでロボ
ットがその円軌道を移動するように指令しても実行でき
る。そこで、位置制御動作のみで開閉する場合は、円軌
道算出部１３が設けられ、上記の様にして、少なくとも
一回当該蓋２１の開閉操作を実行する事により、該蓋部
２１の描く円軌道が決定されるので、その情報を該円軌
道算出部１３に記憶させておく。

【００１６】つまり、第１回目に得られた情報の内、力
制御と位置制御の組み合わせて実行した開閉動作中の各
把持点における倣い座標系を該円軌道算出部１３内に形
成させておき、第２回目以降の反復繰り返し操作に於い
ては、その都度、該把持点が描く円軌道を、位置情報か
ら逐次算出し、算出した円軌道のデータを動作シーケン
ス生成部へ受け渡す事により同じ操作が実行される事に
なる。

【００１７】動作シーケンス生成部１０では、記憶して
あるシーケンスに従って動作を順次実行し、動作に必要
なパラメータ、位置指令、速度指令、力指令を力制御
部、位置制御部へ指令する。蓋の開閉動作は、力制御動
作・位置制御動作の組合せで行う場合と、位置制御動作
のみで行う場合があり、それぞれの開閉動作に対応した
動作シーケンスの選択を行う。

【００１８】蓋の開閉を力制御動作・位置制御動作の組
合せで行ったときに得られた、法線ベクトル、移動方向
ベクトル等のデータは、動作終了後に円軌道算出部１３
へ転送する。蓋の支持部の耐久度を調べるための開閉時
の位置データ、力データは測定データ記憶部へ適当なタ
イミングで転送する。動作シーケンス生成部１０には、
停止条件・疲労条件通知部１１が備えられており、予め
与えられた停止条件、疲労条件を満たした時に、通知信
号を発生し、実行している動作シーケンスの切り換え、
停止を行う。

【００１９】測定データ記憶部１２は、動作シーケンス
記憶部１０から送られてきた位置データ、力データを記
憶する。全ての開閉動作終了後、記憶してあるデータを
収集、解析することによって耐久性を求めることができ
る。以上のように制御対象となるロボットアームに、制
御装置を接続して、自動的に開閉軌道を算出し、蓋の支
持部分の耐久度を測定する開閉装置を実現する。

【００２０】次に、本発明に係る試験装置の具体例を図
３を参照しながら説明する。図３は、本発明に係る試験
装置の具体例の構成を示すブロックダイアグラムであ
り、基本的な構成は、図１の同一であるが、幾つかの構
成部分が詳細に説明されている。即ち、本具体例に於い
ては、図３に示すように、アーム５１の制御を行う操作
部５を備えている。この操作部５はサーボ・モータ５２
ａと、パワー・アンプ５２ｂと、Ｄ／Ａコンバータ５２
ｃと、補償器５２ｄとを有している。

【００２１】また、本発明に係る試験装置は、マニプレ
ータ５１の図示しないハンド部の先端位置の検出を行う
位置検出部３を備えており、この位置検出部３はカウン
タ及びエンコーダ３６ａとタコ・メータ３６ｂとを有し
ている。更に、該試験装置は、マニプレータ５１のハン
ド部が受ける力の検出を行う力検出部４を備えている。
この力検出部４は力覚センサ４３ａとハンド部座標系か
らロボット基準座標系への座標変換部４３ｂとを有して
いる。

【００２２】更にまた、該試験装置の力制御部７は、力
検出部４により検出された力Ｆと動作シークエンス生成
部１０に於いて予め定められた設定力（力指令Ｆ₀）と
の差を算出する偏差部７４ａ及び力フィードバックゲイ
ン７４に基づいて力速度指令信号Ｖ_fを発する様に構成
されており、又位置制御部６は、位置検出部３で検出さ
れた位置Ｘと動作シークエンス生成部１０に於いて予め
定められた位置指令Ｘ _Oとの差を算出する偏差部６５ａ
及び位置フィードバックゲイン６５に基づいて速度指令
信号Ｖ_pを発する様に構成されている。

【００２３】更に、該試験装置は、動作シーケンス生成
部１０から指令される目標速度と前記力制御部７及び位
置制御部６から出力された速度についての加算を行う加
算部３０ｂと、加算された速度をマニプレータ５１の各
関節の角速度θ’に変換する逆ヤコビ変換部３０ａとを
有している。又、該位置検出部３と該位置制御部６と
の間には座標変換部１００が設けられており、該座標変
換部１００では、位置検出部３で検出されたマニプレー
タの関節角θ_Sを基準座標系での位置Ｘに変換する。

【００２４】動作シーケンス生成部１０では、力制御動
作、位置制御動作のシーケンス生成、目標力、目標位
置、目標速度、制御パラメータの設定、円軌道算出のた
めの倣い座標系データの転送、疲労計測のための開閉動
作時の位置・力データの転送、を行う。又、該動作シー
ケンス生成部１０は、作業の動作シーケンスを記述した
プログラム１０ａ、オペレータが与えた停止条件、疲労
条件によって動作シーケンスの停止、切り換えを通知す
る停止条件・疲労条件通知部１１から構成される。

【００２５】測定データ記憶部１２は、動作シーケンス
記憶部１０から送られてきた位置データ、力データを記
憶する。又、該試験装置には、倣い動作で得た倣い座標
系のデータから位置制御動作のみで開閉動作を行うため
の円軌道を算出する、円軌道算出部１３がある。次に、
以上のような構成を有する試験装置の各部の動作に付い
て詳細に説明する。

【００２６】先ず、力覚センサ４３ａで検出された力Ｆ
_hは、把持部２３の座標、即ちハンド部座標系で記述さ
れており、座標変換部４３ｂにより機台３０を基準とす
る基準座標系での力Ｆに変換される。つまり、ハンド部
座標系を直交座標系とし、反力をゼロに保つように力制
御を行う力制御方向の単位ベクトルをｎ、ｎに直交する
位置制御方向の単位ベクトルをｏ、ａとする。ただし、
ｎ、ｏ、ａは、ａ＝ｎ×ｏを満たすものとする。

【００２７】そこで、ｎ、ｏ、ａを基準座標系で記述す
ると、

【００２８】

【数１】

【００２９】で表される。Ｔは、転置行列を示す。各ベ
クトルの成分は、関節角θ_sを例えば同次変換やデナヴ
ィト─ハルテンベルグ（Denavit-Hartenberg）記法で変
換して求めることができる。又力覚センサ４３ａで検出
された力Ｆ_hを基準座標系での力Ｆへ変換する座標変換
行列は並進３自由度、回転１自由度の場合、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。力フィードバックゲインｃ_fは、
基準座標系に関して、

【００３２】

【数３】

【００３３】で与えられる。また、位置フィードバック
ゲインｃ_pは同様にして、

【００３４】

【数４】

【００３５】で与えられる。係る本発明の構成に於い
て、先ず該把持部を所定の軌道に沿って移動させる為の
座標系、即ち該蓋部２１の先端部が描く円軌道の座標の
算出方法を以下に説明する。先ず、該試験装置が最初に
該蓋部を動かす様に操作する場合には、係る蓋部２１の
先端部が描く円軌道の座標が全く該試験装置内には存在
していないので、蓋の開閉軌道が不定である。係る場
合には、力制御動作と、位置制御動作の組合せで、動作
方向を自動的に生成しながら蓋を開閉する操作を１サイ
クル実行しその時に得られたデータをもとに円軌道の座
標を求める事になる。

【００３６】係る工程では、力制御動作と、位置制御動
作の組合せて開閉操作を実行するが、ロボットが蓋を把
持している点において図２のように倣い座標系を設定す
る。即ち、倣い座標系Ｏ_W−Ｘ_WＹ_WＺ_Wは、被試験対
象物、本具体例では、パソコンの蓋部２１に対するロボ
ット先端部の位置・姿勢により決定される座標系であ
り、原点をロボットの把持部２３の把持中心と一致させ
る。

【００３７】ベクトルｎ，ｏ，ａはそれぞれ倣い座標系
の座標軸Ｘ_W，Ｙ_W，Ｚ_Wについての単位ベクトルであ
る。又ｎは被試験対象物への接触力を制御する力
の制御方向を示し、蓋２１の開閉軌道が描く円軌道上の
各点の法線ベクトルと同じ方向である。更にｏ
は、ｎと直交関係にあり、倣い動作時のロボット先端の
移動方向を示し、蓋の開閉軌道が描く円軌道上の各点の
接線ベクトルと同じ方向である。ａは、ｎ、ｏに直交す
るように定められ、ａ＝ｎ×ｏで与えられるｎ，ｏ，ａの基準座標系Ｘ_OＹ_OＺ_Oにつ
いての成分表示を行うと、

【００３８】

【数５】

【００３９】となる。ただし、添字Ｔは転置行列を示
す。次に、本発明に於ける動作開始点での法線ベクトル
の算出方法に付いて説明すると、動作開始点Ｐ_Bでの法
線ベクトルｎを次のようにして求める。即ち、図４
（ａ）は、上記したハンド系座標を機台３０の基準座標
系に重複させた図を示しており、両者の関係は可変状態
にある。

【００４０】処で、該ロボットと該蓋との接触力Ｆと、
力覚センサ座標系Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ _Sの関係を示した図
である。力覚センサ４３ａでは、反力^SＦのＸ_S、
Ｙ_S、Ｚ _S方向のそれぞれの分力ｆ_X、ｆ_Y、ｆ_Zが検
出される。（以下、力覚センサの検出するトルク成分に
ついての説明は省略する。）反力^SＦをベクトル表示す
ると、^S Ｆ＝（ｆ_X ｆ_Y ｆ_Z）^T となる。（此処で、ｓは力覚センサに関するハンド座標
系Ｏ_S−Ｘ_SＹ_SＺ_Sで記述されていることを示す。）
又、図４（Ｂ）に示す様に、力覚センサ座標系で表した
単位法線ベクトル^Sｎは、^SＦと逆向きのベクトルであ
り、成分表示すると、

【００４１】

【数６】

【００４２】尚、｜^SＦ｜は、ベクトルの大きさであ
る。法線ベクトル^Sｎを基準座標系で表してみる。力覚
センサ座標系の各座標軸Ｘ_S、Ｙ_S、Ｚ_Sの基準座標系
に対する単位ベクトルを^Oｎ_S、^Oｏ_S、^Oａ_Sとする
（Ｏは、基準座標系で記述されていることを示す。）。
成分表示すると、^O ｎ_S＝（ｎ_Sx ｎ_Sy ｎ_Sz）^T ^O ｏ_S＝（ｏ_Sx ｏ_Sy ｏ_Sz）^T ^O ａ_S＝（ａ_Sx ａ_Sy ａ_Sz）^T である。このとき、力覚センサ座標系から基準座標系へ
の座標変換行列^OＡ_Sは、^O Ａ_S＝（^Oｎ_S ^Oｏ_S ^Oａ_S）で与えられる。基準座標系で表した法線ベクトル^Oｎ
（基準座標系に対するベクトルｎの式）は、座標変換行
列^OＡ_Sを用いて、^O ｎ＝^OＡ_S ^Sｎとなる。

【００４３】又、法線ベクトルは、図３の法線ベクトル
算出部８で算出される。また、始点以外の他の把持点で
の法線ベクトルの算出も同様の操作で行われる。次に、
動作開始点での移動方向ベクトルの算出に付いて説明す
る。先ず、最初にオペレータがマニュアルで、若しく
は、コンピュ−タ−のプログラムから選択された移動方
向ベクトルｏ_OPが与えられると、上記方法で求められた
法線ベクトル^Oｎとを用いて、始点Ｐ_Bにおける移動方
向ベクトルｏを算出する。ただし、ベクトルｏ_OPとベク
トル^Oｎは、ｏ_OP＝^Oｎまたはｏ_OP＝−^Oｎを満たさないものとする。

【００４４】移動方向ベクトルｏは、法線ベクトル^Oｎ
に直交し、移動方向ベクトルｏ_OPと法線ベクトル^Oｎの
成す平面上にあるベクトルである。このとき、倣い座標
系の座標軸を表す単位ベクトルの１つであるａは、^Oｎ
とｏ_OPを用いて、^O ａ＝（^Oｎ×ｏ_OP）／｜^Oｎ×ｏ_OP｜で表される。

【００４５】更に、移動方向ベクトル^Oｏは、ベクトル
^Oｎ、^Oａとの直交関係により、^O ｏ＝^Oａ×^Oｎで求められる。移動方向ベクトルは、図３の移動方向ベ
クトル算出部９で算出される。次に、開閉動作中の把持
点Ｐ_iでの倣い座標系の算出方法について説明する。

【００４６】点Ｐ_iでの法線ベクトルｎ_iの算出方法
は、始点Ｐ_Bでの法線ベクトルの算出方法と同様であ
り、次式で表される。ただし、点Ｐ_iでの反力^SＦ
_iを、^S Ｆ_i＝（ｆ_Xi ｆ_Yi ｆ_Zi）^T とする。

【００４７】

【数７】

【００４８】^OＡ_Siは、点Ｐ_iの力覚センサ座標系から
基準座標系への座標変換行列である。次に、点Ｐ_iでの
移動方向ベクトルの算出方法に付いて説明する。ロボッ
トの先端位置は、ベクトルａ方向にも位置制御されてい
るので、先端位置が常にベクトルｎ、ｏが成す平面上に
あるように制御される。したがって、把持部２３に於け
る把持点の描く軌跡は、始点で与えられたベクトルｎ、
ｏの成す平面上の曲線となる。このことから、点Ｐ_iで
の移動方向ベクトルｏ_iは、始点で求めたベクトルａに
垂直に与えられればよいことがわかる。

【００４９】また、移動方向ベクトルｏ_iは、法線ベク
トルｎ_iにも直交するので、ベクトル^Oｏ_iは、^O ｏ_i＝（^Oａ×^Oｎ_i）／｜^Oａ×^Oｎ_i｜のように表される。更に、倣い座標系の座標軸を表す単
位ベクトルの１つであるａ_iは、ベクトル ^Oｎ_i、^Oｏ
_iとの直交関係により、^O ａ_i＝^Oｎ_i×^Oｏ_i で求められる。

【００５０】以上のように、対象物体上の点Ｐ_iに対応
して、倣い座標系^Oｎ_i、^Oｏ_i、 ^Oａ_iが実時間で算
出される。開閉動作を位置制御のみで行う時は、算出し
た倣い座標系から円軌道を求めて動作を行う。算出した
倣い座標系のデータは、動作シーケンス生成部を介して
円軌道算出部１３へ転送される。次に、上記の様な方法
により算出した倣い座標系を元に、開閉動作を実行する
ための力制御指令と位置制御指令の生成について、説明
する。

【００５１】力制御指令は、開閉動作中、法線方向の力
はゼロになるように制御する。従って、設定力ベクトル
^OＦ_rは、^O Ｆ₀＝０で与えられる。目標位置の設定は、点Ｐ_iでのロボット
の進行方向は、点Ｐ_iからの相対位置指令で与える。点
Ｐ_iからの移動方向は、前述の様に移動方向ベクトル^O
ｏ_iで与えられており、^Oｏ_iを用いて相対位置を表す
と、^O Ｘ_i＝α・^Oｏ_i となる。αは、適当な定数である。

【００５２】目標力、目標位置は図３の動作シーケンス
生成部１０で設定する。以上説明した本発明に係る試験
装置１の基本的作動機構に関しては、本願発明者が既に
特許出願をしている特願平３ー７９２９０号及び特願平
３ー１８４７８６号に詳しく記載されているので、詳細
は上記の各特許出願明細書を参照されたい。

【００５３】又、本発明に係る試験装置に於いて、該把
持操作部による被試験対象物与えられる該特定の操作
は、該力制御部に於ける力の方向と位置制御部に於ける
位置の方向を連続的に切替える倣い動作により実行され
るものであるが、場合によっては、該倣い動作の実行時
に検出した該把持操作部の先端位置と倣い座標系とか
ら、該位置制御部からの出力のみに基づき、該把持操作
部による試験対象物の操作軌道が演算される様に構成す
る事も出来る。

【００５４】即ち、該試験装置が所定の測定を実施する
場合に、最初の第１回目の操作サイクルに於いては、当
該試験装置は何らの軌道情報を持っていないので、上記
した方法により倣い座標系を記憶しながら操作を連続的
に実行して行くが、第２回目以降の各操作サイクルに於
いては、既に記憶されている該倣い座標系の情報を使用
する事が出来るので、位置制御部からの出力される逐次
の位置データを該倣い座標系に適用する事によって、該
把持部が移動すべき軌道は容易に求められる事になる。

【００５５】具体的には、円軌道算出部１３では、倣い
制御で開閉動作を実行したときに得られる位置Ｐ_iと、
法線ベクトルｎ_iから、端末装置の蓋の回転中心と半径
を算出する。図５に２つの点Ｐ_i、Ｐ_jの法線ベクトル
ｎ_i、ｎ_jが与えられている時、中心位置Ｐ_Cと半径ｒ
を求める方法を示す。図からわかるように、中心位置の
位置ベクトルＰ_Cは、位置ベクトルＰ_i、Ｐ_j、単位ベ
クトルｎ_i、ｎ_j、半径ｒを用いて、Ｐ_C＝Ｐ_i＋ｒｎ_i ＝Ｐ_j＋ｒｎ_j である。従って、上式をｒ、Ｐ_Cについて解くと、ｒ＝｜Ｐ_i−Ｐ_j｜／｜ｎ_i−ｎ_j｜Ｐ_C＝Ｐ_i＋ｎ_i・｜Ｐ_i−Ｐ_j｜／｜ｎ_i−ｎ_j｜となる。ｒ、Ｐ_Cは、開閉動作中の多数点を上式に代入
して算出し、平均を取ってもよい。位置制御動作のみ
で、開閉動作を行う時の目標位置Ｐ_Oは、例えば、図２
のようにＹ_O、Ｚ_O面内で動作する場合、算出したｒ、
Ｐ_Cを用いて、Ｐ_O＝（０，Ｐ_Cy＋ｒ・ｃｏｓθ，Ｐ_Cz＋ｒ・ｓｉｎ
θ）で表される。

【００５６】次に、本発明に係る試験装置に於ける開閉
動作の終了と被試験対象物の物理的特性を評価する方法
と手順に付いて説明する。先ず、本発明に於ける該試験
装置に於いては、次のような条件を満たした時に倣い動
作を終了する。即ち、１）オペレータから終了の指令があったとき２）一定回数の開閉動作を終えたとき３）衝突したとき、または、把持部が被試験対象物から
離れた時４）ロボットの可動範囲を越えた時次に、本発明に係る該試験装置に於いて、被試験対象物
に特定の操作を所定回数実行させて、当該被検査対象物
の特性を評価する方法に付いて説明する。

【００５７】本発明の試験装置に於いては、当該試験装
置は、被試験対象物の所定の部分を把持し該位置情報、
及び力情報の少なくとも一方を、所定のしきい値と比較
する手段と、該比較手段からの出力に応答して、該試験
対象物に付加されている特定の操作を停止若しくは他の
操作に切り換える手段とを有するもので有って、当該被
試験対象物の例えば蓋部２１の開閉部に於ける耐久性を
測定する場合には、係る試験装置の該把持部が当該蓋部
２１の先端部を把持しつつ、上記した倣い座標系に沿っ
て所定の複数回往復運動を行って、該蓋部２１の開閉動
作を実行させると同時に、該把持部が該蓋部から受ける
力を検出し、当該力が、所定のレベル以下と成った場
合、或いは所定のレベル以上と成った場合に、当該開閉
部に異常が発生したものと判断する。

【００５８】つまり、当該開閉部が正常な状態に有る場
合には、該把持部が受ける力は、所定のレベルで一定で
あるが、仮に、該開閉部のヒンジ部が破壊された様な場
合には、当該力のレベルが急激に低下するか、上昇する
ので、そのレベル適当なしきい値として設定しておき、
該レベルを基準値として逐次入力される力データと比較
する事によって、当該開閉部の寿命が来たか否かを判断
する事が可能となる。

【００５９】又、係るシステムを導入しておくと、該試
験装置に於ける試験操作中に何らかの異常事態が発生し
た場合にも対応でき、即時に該試験装置の操作を停止さ
れる事も可能となる。そこで、本発明に於いては、停止
条件・疲労条件通知部１１に於いて、位置ベクトルある
いは力ベクトルがある条件を満たした時に、動作シーケ
ンスのプログラムへ停止指令、シーケンス切り換え指令
を通知する。例えば、次のような停止条件、疲労条件が
ある。

【００６０】一度目の開閉動作では、蓋の可動範囲が
不明なので、進行方向の力成分Ｆ_iを監視しておき、予
め定められた所定の基準値Ｆ_THとの間にＦ_i＞Ｆ_TH なる関係が満たした時に、蓋がストッパに当たったと判
断して開閉動作の停止指令を通知する。それによって、
該把持部は元の位置にもどり第２回目の操作を実行す
る。

【００６１】位置制御動作のみで開閉動作を実行する
ときは、で検出したストッパの位置へ到達したときに
開閉動作を停止する。位置制御動作のみで開閉動作を実行中、ストッパに達
する前に移動方向の力成分が、Ｆ_i＞Ｆ_TH を満たした時に、蓋に支持部に異常が発生したと判断し
て開閉動作の停止指令を通知する。位置制御動作のみで開閉動作を実行中、移動方向の力
成分が、Ｆ_i＜Ｆ_TH2 を満たした時に、蓋に支持部が疲労したと判断して開閉
動作の停止指令を通知する。

【００６２】図６に、上記した蓋の開閉動作を行うため
の動作シーケンス生成部１０の処理の手順を示すフロー
チャートを示す。即ち、スタート後、ステップ（１）で
該把持部は、初期位置に移動し、カウンタを０にセット
する。ステップ（２）では、現在位置Ｐｉ現在の力Ｆｉ
を受信する。

【００６３】ステップ（３）では、法線ベクトルｎｉを
受信する。ステップ（４）では、移動方向ベクトルを受
信する。ステップ（５）において、力制御動作指令Ｆｏ
と位置制御動作指令Ｘｏが生成されステップ（６）に於
いて、ステップ（５）の情報に基づいて倣い動作が実行
される。

【００６４】その後、ステップ（７）に於いて円軌道算
出用のデータを円軌道算出部へ転送する。次いで、ステ
ップ（８）に於いて停止指令或いは切替え指令の有無が
判断され、ＮＯであればステップ（２）に戻り、上記の
各工程が繰返されるが、ＹＥＳであればステップ（９）
に進み、円軌道データを受信し、それによりステップ
（１０）に於いて円軌道の位置制御指令を生成する。

【００６５】係るステップ（１０）に於いて、該試験装
置が所定の円軌道に沿って所定の試験測定の為の操作を
実行するが、ステップ（１１）に於いて停止指令或いは
疲労条件発生通知の有無が判断されＹＥＳであれば操作
が中止されるが、若しＮＯであれば、予め定められた設
定された所定の操作回数を記憶したカウンタ値を用い
て、操作回数が該所定のカウンタ値を越たか否かが判断
され、ＮＯであればステップ（１０）に戻り、上記の各
工程が繰り返されるが、ＹＥＳであればその時点で操作
を中止する。

【００６６】回数本発明においては、蓋の開閉操作は、
（ａ）力制御動作・位置制御動作を用いた倣い動作によ
る開閉操作を実行した後、（ｂ）位置制御動作のみによ
る開閉操作によって開閉試験を行う。動作シーケンスは
図６に示されるように繰り返し行われ、カウンタの最大
値Ｎを耐久度試験その他の物理的な測定試験項目に適し
た必要な回数、例えば数千〜数万回にセットしておく。

【００６７】

【発明の効果】本発明により、端末装置の蓋の開閉動作
の様な、被試験対象物の部品に対する物理的特性を評価
するのに自動化試験を実施することができ、作業者が人
手で試験していた場合に比べて負担を大幅に軽減するこ
とができる。また、ロボットへの軌道の教示を必要と
せず、開閉動作中に開閉装置から取り外しをすることな
く疲労度を測定することができるため、専用機を使用す
る場合に比べてオペレータの負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る試験装置の原理を説明す
る図であると共に、本発明に係る試験装置の一具体例の
構成を示すブロックダイアグラムである。

【図２】図２は、本発明に係る試験装置と被試験対象物
との関係を示す概略図である。

【図３】図３は、本発明に係る試験装置の他の具体例の
構成を示すブロックダイアグラムである。

【図４】図４は、本発明に於ける力ベクトルを説明する
図である。

【図５】図５は、本発明に於いて使用される円軌道を説
明する図である。

【図６】図６は、本発明に於ける試験装置の操作手順を
説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…試験装置２…把持操作部３…位置検出部４…力検出部５…操作制御部６…位置制御部７…力制御部８…法線ベクトル算出部９…移動ベクトル算出部１０…動作シークエンス生成部１１…停止条件、疲労条件通知部１２…測定データ記憶部１３…円軌道算出部２０…被試験対象物、ラップトップパソコン２１…ラップトップパソコンの蓋部２３…把持操作部、マニュピレータ２４…把持部２５…力覚センサ２６〜２８…アーム３０…機台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被試験対象物に特定の操作を所定回数実
行させて、当該被検査対象物の特性を評価する試験装置
で有って、当該試験装置は、被試験対象物の所定の部分
を把持して該被試験対象物に特定の操作を付与する把持
操作部、該把持操作部が該特定の操作を実行する間に当
該被試験対象物から受ける力を検出する力検出部、該力
検出部の出力に応答して該把持操作部に対して力制御を
行う力制御部、該被試験対象物の存在位置を検出する位
置検出部、該位置検出部の出力に応答して該被試験対象
物の位置を制御する位置制御部、該力制御部と位置制御
部の情報から、該把持操作部を制御する操作制御部に対
して力制御指令値及び位置制御指令値の少なくとも一方
を供給する動作シークエンス生成部とから構成された制
御系と有しており、且つ該把持操作部が該特定の操作を
連続して反復実行している間に当該被試験対象物の特性
評価を実行する手段が設けられている事を特徴とする試
験装置。
【請求項２】被試験対象物は、それが実用に供される
場合に、特定の同一動作が繰り返し反復して実行される
様な構成を有しているものである事を特徴とする請求項
１記載の試験装置。
【請求項３】該把持操作部による被試験対象物与えら
れる該特定の操作は、該力制御部に於ける力の方向と位
置制御部に於ける位置の方向を連続的に切替える倣い動
作により実行される事を特徴とする請求項１記載の試験
装置。
【請求項４】該倣い動作の実行時に検出した該把持操
作部の先端位置と倣い座標系とから、該位置制御部から
の出力に基づき、該把持操作部による試験対象物の操作
軌道が演算される様に構成されている事を特徴とする請
求項３記載の試験装置。
【請求項５】該位置情報、及び力情報の少なくとも一
方を、所定のしきい値と比較する手段と、該比較手段か
らの出力に応答して、該試験対象物に付加されている特
定の操作を停止若しくは他の操作に切り換える手段とを
有する事を特徴とする請求項１記載の試験装置。