JPH07198370A

JPH07198370A - 力制御ロボットの位置検出プローブ

Info

Publication number: JPH07198370A
Application number: JP35444393A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yamada; 一徳山田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】力制御ロボットによる位置検出作業で、高速
で作業対象物に接触させてもその接触力が緩和され、安
定した接触を行って正確な位置検出を可能にし、さらに
迅速な位置検出作業を行う。【構成】手先効果器７に加わる力を検出する力検出手
段５と、手先効果器の位置の変化を検出する位置検出手
段と、力検出手段と位置検出手段で得られた各データを
用い制御演算式に基づき制御命令を生成して手先効果器
の位置と力を制御する制御手段８とを含む力制御ロボッ
トで使用され、力制御モードによる移動に基づく位置検
出作業で、力制御モードでの移動によって対象物に接触
するもので、プローブ本体50と、軸方向に移動自在な触
針51と、接触力を緩和する弾性体53と、接触位置を確定
するストッパ52によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は力制御ロボットの位置検
出プローブに関し、特に、力制御ロボットの手先部に取
り付けられ、対象物との接触を迅速に検知し、力制御ロ
ボットにおける位置検出動作のための移動速度を大きく
すると共に接触時に発生する力を緩和する位置検出プロ
ーブに関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボット等の多自由度作業機械で
位置と力の制御に基づいて作業対象物に対し必要な作業
を行う場合、作業対象物の位置決めに起因する誤差や各
種変形に起因する誤差が発生するので、位置と力の制御
を実行する制御装置でのデータ処理において、これらの
誤差を検出して位置データに関し補正を行う必要が生じ
る。補正を行うには、作業対象物の位置を正確に検出す
る位置検出装置が必要である。

【０００３】従来の位置検出装置としては、例えばリミ
ットスイッチ、光学式または超音波式の距離センサ、視
覚認識装置等が使用されていた。これらの位置検出装置
は、制御装置に対して検出信号を送給する専用の検出装
置として構成される。制御装置以外に、位置検出のため
の特別な専用装置が必要となる。

【０００４】例えばロボットが専用装置を備える場合に
は、手先効果器の周辺部にセンサやカメラが取り付けら
れることになるので、本来の目的である作業の障害にな
るという問題が起きる。また手先効果器とセンサ等との
間の距離や、センサ等の取付け方向が正確に設定される
ことが要求される。この要求が満たされないと、専用装
置で作業対象物の位置を正しく検出したとしても、検出
した作業対象物の位置と手先効果器で作業する位置との
間で再びずれが生じる。

【０００５】かかる問題を解決する方法として、位置・
力制御装置を有するロボット（以下力制御ロボットとい
う）がその力制御機能を利用し、ロボット自身で作業対
象物の位置検出を行う構成が、特開昭６１−１７０８０
５号公報で提案された。この文献に開示される構成で
は、速度制御ループと電流制御ループを有し、速度制御
ループの働きによって作業対象物に近づき作業対象物に
接触すると、電流制御ループの働きで疑似的に力制御を
行う。このとき、位置検出器の検出値が変化しないこと
を検知することで、接触状態にあることを検出し、その
時の位置検出器の検出値を読み取ることで作業対象物の
位置を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】力制御ロボットが自分
の力制御機能を利用して作業対象物の位置検出を行うよ
うに構成された従来技術では、一般的に、位置検出を行
うときに使用される手先効果器が、作業に使用する手先
効果器と同じものである。例えば研削作業であれば手先
効果器としてグラインダが使用されるが、この場合、位
置検出作業を行うときにはグラインダの刃先あるいはグ
ラインダ本体の一部分を接触部として利用する。

【０００７】位置検出作業でグラインダ等を手先効果器
として利用する場合、作業対象物の設置位置のずれ方に
よっては、手先効果器が作業対象物に対し接触しにくく
なり、その接触時に接触位置がずれやすくなり、また作
業対象物の形状やロボットの姿勢の制約によって位置検
出が困難になるという問題を生じる。この問題を解消す
るため、従来では、位置検出作業のための専用の手先効
果器を用意して使用したり、あるいは作業用手先効果器
に取り付けられる細長いプローブを用意して使用するこ
ともあった。

【０００８】上記の細長いプローブは、接触時の変形を
小さくする必要があるので、高い剛性を有する材料で作
られていた。そのため、プローブを対象物に接触させる
目的でプローブを移動させるとき、プローブの移動速度
を大きく設定すると、プローブの高い剛性によって過大
な接触力（接触時に生じる衝突力）が発生するという問
題が生じた。この問題を避けるためにはプローブの移動
の速度を小さく設定しなければならないが、そうすると
今度は、移動速度が小さくなる分、位置検出の作業に長
い時間が必要になるという問題が生じた。

【０００９】前述した問題は、力制御ロボットにおける
対象物の位置検出のための接触動作に限定されるもので
はなく、これに類似する接触の動作を行うときに、接触
しようとして移動するものと接触されるものとの間にお
いて、同様に発生する問題である。

【００１０】本発明の目的は、力制御ロボットによる位
置検出作業において、高速な移動速度で作業対象物に接
触させてもその接触力が緩和され、かつ安定した接触を
行って正確な位置検出を可能にし、さらに迅速な位置検
出作業を行うことができる力制御ロボットの位置検出プ
ローブを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る位置検出プ
ローブは、ロボット本体の先部に設けられた手先効果器
に加わる力を検出する力検出手段（力センサ）と、ロボ
ット本体の動作に伴って生じる手先効果器の位置の変化
を検出する位置検出手段と、力検出手段で得られた力デ
ータと位置検出手段で得られた位置データとを用いかつ
予め用意された制御演算式に基づき制御命令を生成して
手先効果器の位置と力を制御する制御手段とを含む力制
御ロボットにおいて使用され、力制御モードによる移動
に基づく位置検出作業で、ロボット本体の手先部に取り
付けられかつ力制御モードでの移動によって対象物に接
触するものであり、プローブ本体と、プローブ本体に案
内されて軸方向に移動自在に設けられた触針と、触針を
弾性支持して接触力を緩和する弾性体と、触針の接触位
置を確定するため触針の移動を規制する移動規制部材
（ストッパ）とによって構成される。さらに好ましく
は、移動規制部材の長さを調整する構成とし、これによ
り触針の移動距離を調整し、もって接触時に触針で発生
する衝突力を望ましい大きさに調整できる。

【００１２】本発明に係る他の位置検出プローブは、前
述と同じ構成を有する力制御ロボットでの力制御モード
による移動に基づく位置検出作業に使用され、ロボット
本体の手先部に取り付けられて力制御モードでの移動に
よって対象物に接触するものであり、プローブ本体と、
プローブ本体に案内されて軸方向に移動自在に設けられ
た第１および第２のスライダと、第１のスライダに中央
部が回転自在に支持されかつ第２のスライダに接触する
触針と、第２のスライダを弾性支持して触針の接触力を
緩和する弾性体と、触針の接触位置を確定するため触針
の移動を規制する移動規制部材とから構成される。

【００１３】上記構成において、好ましくは、触針が接
触する第２のスライダの面に円錐形の凹部が形成され
る。また触針の移動は、軸方向の移動と、中央部の支持
部回りの回転による軸方向に交差する横方向の移動を含
む。

【００１４】

【作用】力制御ロボットにおいて、例えば手先効果器の
近傍に取り付けた位置検出プローブを力制御モードで移
動させるとき、接触方向に力目標値を設定すれば、空中
の非接触状態での移動では位置検出プローブに力が加わ
らず、力センサでの検出信号は０になるので、位置検出
プローブは力目標値に比例した速度で移動する。このよ
うな力制御モードでの移動によって、位置検出プローブ
は作業対象物に接近し、これに接触する。位置検出プロ
ーブが作業対象物に接触すると、力センサは接触時の作
業対象物からの反力を検出し、力センサからの検出力と
目標力が等しくなるように位置と力の制御が行われる。

【００１５】上記構成を有する位置検出プローブを作業
対象物に接触させるようにしたため、触針が作業対象物
に接触し、触針で受ける反力を弾性体で吸収するように
したので、上記の位置検出のための接触時の瞬間におい
て、弾性体は加えられた力に比例して収縮し大きな接触
力（衝突力）が発生するのを避けることができる。すな
わち接触力を緩和することができる。

【００１６】また、弾性体は変位に比例した反発力（復
元力）を生じる。位置検出プローブの弾性体の変位が大
きくなると、力制御ロボットが位置検出プローブを作業
対象物に押し付ける速度が小さくなり、弾性体の変位に
対する反発力が力目標値となったとき、力制御ロボット
の動作は力制御状態で停止する。

【００１７】上記のごとく、接触による急激な速度の変
化を緩和し、非接触状態での移動速度を大きくしても、
接触時に大きな力が生じることはない。

【００１８】またストッパを設け、触針の移動するスト
ロークを制限し、弾性体の反発力が力目標値となる前に
プローブ本体と触針が接触するように構成すると、位置
検出プローブの剛性が高くなり、その接触状態で位置検
出を行えば、弾性体の影響を少なくして正確な位置検出
を行うことができる。

【００１９】触針の軸方向に加わる力と、この軸方向に
交差する横方向の力の両方に対応でいる構造を有する位
置検出プローブによれば、横方向の力に関しても、これ
に対応する弾性を生じさせる構造および移動ストローク
を規制するストッパを設けることにより前述と同様な作
用を生じさせる。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２１】本実施例では、力制御ロボットでの作業対
象物の位置を検出する作業において本発明に係る位置検
出プローブを利用する。位置検出プローブを説明する前
に、力制御ロボットの構成について説明する。

【００２２】図１は、力制御ロボットのシステム構成を
示す。図１で、１はロボット本体であり、複数の関節部
を有するアーム２が基台３に取り付けられる。各関節部
にはモータ等の駆動装置が配設され、各関節部は所定方
向に可動する機能を有する。アーム２の各関節部の可動
機能により、アーム全体の姿勢は作業上必要な姿勢に変
化し、アーム２の先部は作業上必要とされる位置に移動
する。アーム先端のリスト部４には６軸の力センサ５が
取り付けられる。力センサ５の先部側には、ワーク６に
対し所要の作業を行う手先効果器７が取り付けられる。
手先効果器７は例えばグラインダである。８はコントロ
ーラであり、コントローラ８は、通常コンピュータで構
成される。コントローラ８は、位置と力の制御を実行す
るため予め設定された演算式等を計算する制御プログラ
ムを有し、この制御プログラム、与えられた条件に関す
るパラメータ、教示内容を用いて、ロボット本体１の動
作を制御する。ロボット本体１の研削動作を制御するた
めのプログラムは、コントローラ８の内部に設けられた
メモリに格納される。

【００２３】コントローラ８は、信号ライン９で、ロボ
ット本体１に対して作業動作を制御するための指令を与
える。またコントローラ８は、力センサ５から手先効果
器７に加わる力およびモーメントに関する検出信号、す
なわち力信号１０を与えられる。１１は、研削ロボット
のコントローラ８に対し、実行すべき作業に関する諸条
件を付与し、そのメモリにセットするための教示用操作
器である。操作器１１は、テンキーおよび各種の指令を
与えるための操作スイッチを有する。この操作器１１に
よって、例えば、作業前における基準ワークを用いた作
業動作の教示、作業条件の設定等の教示が行われる。本
実施例では、操作器１１を介して、実際のワークの設置
位置の検出作業が行われる。なお、操作器１１は、必要
に応じて、作業を実行させるオペレータが所持する携帯
用のものとして構成できるし、また固定設置用のものと
して構成することもできる。

【００２４】上記の構成において、さらに、手先効果器
７の下側に位置検出プローブ１２が取り付けられる。こ
の位置検出プローブ１２は、作業対象物との接触動作を
通して当該作業対象物の位置検出を行う目的で取り付け
られたものである。ここで、作業対象物はワーク６であ
る。位置検出プローブ１２は、力制御ロボットがワーク
６の位置を検出するときに使用される。

【００２５】図２に位置検出プローブ１２の基本構造を
示す。位置検出プローブ１２は、プローブの軸方向に所
要の長さを有しかつ一端が開口された穴５０ａを有しす
るプローブ本体５０と、プローブ本体５０の穴５０ａに
摺動自在に挿入され、穴５０ａの一端開口部から所定の
長さだけ外方へ突き出ており、後端に所要長さのストッ
パ５２を有する触針５１と、穴５０ａの中で触針５１を
外方へ弾性支持するコイルバネ５３と、触針５１をプロ
ーブ本体５０の穴５０ａの中に保持するキャップ５４と
からなる。触針５１は、プローブ本体５０の穴５０ａに
ガイドされる構造を有し、コイルバネ５３に弾性的に支
持されており、直線的に移動する。図２に示されるよう
に、触針５１に外部から力が加わらない状態では、触針
５１のストッパ５２の先端と穴５０ａの底部との間には
ｄ₀ という距離の隙間が形成される。

【００２６】プローブ本体５０、触針５１の材質は剛性
の高い金属が好ましいが、剛性の高い樹脂を用いること
もできる。

【００２７】触針５１の先端にｆという力が軸方向に加
わった場合には、触針５１は穴５０ａ内に押し込まれる
が、そのときコイルバネ５３との間において、次の力関
係が成立する。

【００２８】触針５１に加えられる力をｆ、コイルバネ
５３のバネ定数をｋ、コイルバネ５３の変位をΔｄとす
ると、次式が成立する。

【００２９】

【数１】ｆ＝ｋ・Δｄ

【００３０】また触針５１の移動するストロークは、ス
トッパ５２により制限を受け、その最大ストロークは前
述の隙間で決まり、ｄ₀ となる。ここで、最大ストロー
クでの反力をＦ₀ とすると、次式が成立する。

【００３１】

【数２】Ｆ₀ ＝ｋ・ｄ₀

【００３２】図３を参照して、コントローラ８で実現さ
れる制御手段の構成について説明する。例えば研削作業
を行うロボット本体１に対し、作業内容を決定する制御
の内容は、コントローラ８の内部のメモリに格納された
プログラムによってソフトウェア的に実現される。図３
は、各種の制御機能要素およびそれらの間の接続関係を
示すブロック図であり、制御手段の構成を概念的に示し
たものである。なおハード回路を利用して同じ制御機能
を実現することもできる。

【００３３】ロボット本体１の内部には各関節部を動作
させるため駆動モータが複数内蔵されている。これらの
駆動モータには、それぞれ、動作量を計測する角度計２
１が取り付けられる。角度計２１によって各関節部の軸
角度データが測定される。

【００３４】先ず位置・力制御演算系の構成を説明す
る。位置・力制御演算系は、仮想コンプライアンス制御
を実行できる構成を有する。ロボット本体１のアーム先
端部に取り付けられた力センサ５で検出される力信号１
０は、力演算部２２に送られる。力演算部２２は、力信
号をセンサ座標系から基準座標系（絶対座標系）に変換
し、かつ力信号から手先効果器７の重力分を差し引くこ
とにより重力補償を行う。力演算部２２で、ワーク６と
手先効果器７の接触点部分で発生する力〈ｆ〉が算出さ
れる。ここで記号「〈ｆ〉」はｆがベクトル量であるこ
とを意味する。以下の説明で、記号「〈〉」の意味は
同じである。

【００３５】力演算部２２で得られた力〈ｆ〉は減算器
２３に入力され、この減算器２３では力〈ｆ〉から力目
標値設定部２４に設定された力目標値〈ｆｒ〉が減算さ
れる。減算器２３の出力は、力〈ｆ′〉として位置・力
制御演算部２５に送られる。上記力目標値〈ｆｒ〉は、
一般的に手先効果器７の押付け方向の力の目標値を与え
るための指令値である。また手先効果器７が、非接触状
態でかつ力制御モードで制御され移動するとき、力目標
値〈ｆｒ〉は、手先効果器７をワーク６に接近させ接触
させるための速度を決定する指令値となる。

【００３６】また角度計２１によって検出された各軸に
関する角度データは、位置演算部２７に送られる。位置
演算部２７では、入力された角度データに基づいて絶対
座標系における手先効果器７の位置〈ｘ〉（姿勢データ
を含む）を算出する。算出された位置〈ｘ〉は、位置偏
差演算部２８において、位置目標値設定部２６で設定さ
れた位置の目標値〈ｘｒ〉と比較され、それらの間の位
置偏差〈Δｘ〉が求められる。

【００３７】上記のごとく、減算器２３で得られた力
〈ｆ′〉と位置偏差演算部２８で得られた位置偏差〈Δ
ｘ〉は、位置・力制御演算部２５に入力される。

【００３８】位置・力制御演算部２５は、減算器３０
と、バネ定数演算部３１と、特性補償演算部３２を有す
る。減算器２３から出力された力〈ｆ′〉は、減算器３
０に入力される。位置偏差演算部２８から出力された位
置偏差〈Δｘ〉は、バネ定数演算部３１に入力される。
バネ定数演算部３１には仮想バネ定数行列Ｋが設定され
る。バネ定数演算部３１は、入力された位置偏差〈Δ
ｘ〉に対し、設定された仮想バネ定数行列Ｋを乗算する
ことによりＫ〈Δｘ〉を算出する。バネ定数演算部３１
で算出されたＫ〈Δｘ〉は減算器３０に対して出力され
る。減算器３０では〈ｆ′〉−Ｋ〈Δｘ〉が演算され
る。減算器３０で求められた演算結果は特性補償演算部
３２に与えられる。

【００３９】特性補償演算部３２にはコントローラゲイ
ンＫｃが設定される。特性補償演算部３２に入力された
前述の演算値は、ここで制御上の特性補償を受け、それ
により速度指令値〈ｖ〉が算出される。位置・力制御演
算部２５で求められた速度指令値〈ｖ〉は駆動指令部３
３に供給され、この駆動指令部３３において速度指令値
〈ｖ〉は、ロボット本体１の各駆動モータの駆動指令値
〈θ〉に変換される。得られた駆動指令値〈θ〉は、ロ
ボット本体１の各駆動モータに供給され、各駆動モータ
の動作に基づきロボット本体１は所望の位置および姿勢
で動作する。

【００４０】上記においてワークの設置位置を接触式に
て検出する場合の動作では、位置検出プローブ１２をワ
ーク６に向かって接近させる方向について、仮想バネ定
数Ｋを０として位置のフィードバックをなくすようにす
る。これにより、位置検出プローブ１２をワーク６に接
近させる方向について、位置・力制御演算部２５に入力
されるのは力成分ｆ′のみとなり、速度指令値ｖは力
ｆ′に比例し、力制御モードで位置検出プローブ１２の
移動が行われる。位置検出プローブ１２の移動速度は、
力目標値と粘性係数に基づいて決定される。

【００４１】動作指令部４０は、位置と力の制御を実行
する制御装置の制御モードを指令・設定する要素であ
る。動作指令部４０は、予め教示された動作データを格
納し、この動作データに基づいて制御装置を動作せし
め、ロボット本体１に対し教示動作を再生させる機能を
有する。また動作指令部４０は、制御モード切換指令を
位置・力制御演算部２５に与えたり、教示された位置デ
ータを補間し、その補間データを位置目標値設定部２６
に与えたり、教示された力目標値を出力し力目標値設定
部２４に与える機能を有する。

【００４２】また動作指令部４０は、ロボット本体１に
対し位置検出動作を行わせる場合において、位置検出動
作に必要な諸データであって予め教示されているもの
を、力目標値設定部２４、位置・力制御演算部２５、位
置目標値設定部２６に送り、これによってロボット本体
１に位置検出動作を行わせる。また動作指令部４０は接
触判定部４１に接触判定開始命令を送る。接触判定部４
１は、位置検出プローブを介して伝えられるワーク６と
の接触力を監視し、予め設定されていた接触判定力を越
えたとき位置取込み部４２に位置取込み信号を送り、同
時に動作指令部４０に接触判定信号を送る。位置取込み
部４２は信号を受けると、位置演算部２７から出力され
る位置データを取込み、位置記憶部４３に記憶する。上
記のように位置検出プローブ１２がワーク６に近づくよ
うに動作してワーク６と接触するとき、上記のように接
触位置に関する位置検出が行われる。

【００４３】次に、図４〜図７を参照して、従来のプロ
ーブと比較しながら、位置検出プローブ１２の作用につ
いて説明する。

【００４４】図４は、剛性の高い従来の棒状プローブ１
３がワーク６に接触する時の状態を示す。図４（ａ）は
接触する直前の状態、図４（ｂ）はプローブ１３がワー
ク６に接触してワーク６から力ｆを受ける状態を示す。
また図４における（ａ）から（ｂ）の状態の変化におい
て、プローブ１３の移動速度Ｖの面では図５（ａ）に示
す変化が生じ、プローブ１３が受ける力ｆの面では図５
（ｂ）に示す変化が生じる。

【００４５】プローブ１３がワーク６に接触するときの
諸条件について、力目標値をｆｒ、粘性係数をＣ、非接
触状態での移動速度をＶ₀ 、プローブ１３がワーク６に
接触する時の反力をｆとする。図５（ａ）で示した状態
で移動速度Ｖは次式で与えられる。

【００４６】

【数３】Ｖ＝Ｖ₀ ＝ｆｒ／Ｃ

【００４７】プローブ１３がワーク６に接触して非接触
状態から接触状態に移行するとき、剛性の高いプローブ
１３が剛性の高いワーク６に接触するので、図５（ａ）
に示すように移動速度Ｖは時刻ｔ₀ でＶ₀ から０へと急
激に変化し、そして図５（ｂ）に示すように接触した瞬
間に過大な衝突力が発生する。この衝突力は、非接触状
態におけるプローブ１３の移動速度が大きい程大きくな
り、これが原因でハンチングを起したり、あるいはワー
クやロボットを損傷させる。衝突力を小さくするために
は、プローブ１３の移動速度を小さくしなければならな
い。

【００４８】次に図６と図７を参照して、本発明による
位置検出プローブ１２がワーク６に接触する場合の例を
説明する。図６は（ａ）で非接触移動状態、（ｂ）でス
トッパの作用が働かない初期の接触状態、（ｃ）でスト
ッパの作用が働く接触状態をそれぞれ示す。また図７
は、位置検出プローブ１２の移動速度Ｖの変化（ａ）と
受ける力ｆの変化（ｂ）とを示し、横軸は時間ｔを意味
する。０〜ｔ₀ の状態は図６（ａ）対応し、ｔ₀ 〜ｔ₁
の状態は図６（ｂ）に対応し、ｔ₁ 以降の状態は図６
（ｃ）に対応する。位置検出プローブ１２がワーク６に
接触するときの諸条件を、前記の場合と同様に、力目標
値ｆｒ、粘性係数Ｃ、非接触状態での移動速度Ｖ₀ 、位
置検出プローブ１２が接触する時の反力ｆとし、さらに
コイルバネ５３のバネ定数をｋ、バネの変位をΔｄ、最
大ストロークをｄ₀ とする。なお最大ストロークｄ₀ は
ｄ₀ ＝ｆｒ／ｋの関係を有する。

【００４９】図７（ａ）に示される非接触状態の移動速
度は、前記（数３）で与えられる。図７（ｂ）に示す状
態では、そのときの反力ｆ、速度Ｖはそれぞれ次式で与
えられる。

【００５０】

【数４】ｆ＝ｋ・ΔｄＶ＝（ｆｒ−ｆ）／Ｃ＝（ｆｒ−ｋ・Δｄ）／Ｃ

【００５１】上記式によれば、コイルバネ５３が変形す
るに従って位置検出プローブ１２の移動速度が低下す
る。また図７（ｃ）に示す状態では、反力ｆおよび速度
Ｖに関し次式が成立する。

【００５２】

【数５】ｆ＝ｋ・ｄ₀ ＝ｆｒＶ＝（ｆｒ−ｋ・ｄ₀ ）／Ｃ＝（ｆｒ−ｆｒ）／Ｃ＝０

【００５３】位置検出プローブ１２を用いて位置検出を
行うと、ｔ₀ 〜ｔ₁ における速度変化で明らかな通り、
初期の接触状態において速度Ｖの変化を緩和することが
でき、過大な衝突力が発生しない。またストッパ５２が
プローブ本体１２と接触するとコイルバネ５３の収縮作
用の影響がなくなり、触針５１は反力ｆを直接受け、こ
れによって正確に接触点の位置を検出することできる。

【００５４】なお、コイルバネ５３のバネ定数を任意に
設定すること、またはストッパ５２に最大ストロークを
任意の長さに設定できる調整機構を設けることにより、
ストッパ５２の作用が働く時点の力の状態を適切に調整
することができる。特に、ストッパ５２によって触針５
１の移動するストロークを制限し、コイルバネ５３の反
発力が力目標値となる前にプローブ本体１２と触針５１
が接触するように構成すると、位置検出プローブとして
の剛性が高くなり、その接触状態で位置検出を行えば、
コイルバネ５３の影響を少なくして正確な位置検出を行
うことが可能となる。

【００５５】コイルバネ５３の代わりに、ゴム、空気、
その他の気体または液体、板バネ等のその他の弾性体を
使用することができる。

【００５６】ストッパ５２に関しては、触針５１の後端
に形成するのではなく、プローブ本体１２の穴５０ａの
底部に同じ形態を有するものを取り付けることできる。
またストッパの機構については上記構成に限定されず、
例えば触針５１の外周面に軸方向の所定長さの溝を形成
し、この溝に係合する突起をプローブ本体１２の穴５０
ａの内周面の所定の箇所に設けた構造でも可能である。

【００５７】力制御ロボットにおいて、上記構成を有す
る位置検出プローブを用いて位置検出の作業を行えば、
接触時に衝突力を緩和することができ、過大な衝突力を
発生することがない。このことは、非接触の移動時にお
いて移動の速度を大きくすることができ、このため例え
ば力制御ロボットにおける位置検出作業に上記位置検出
プローブを用いると作業時間を短縮することができる。

【００５８】図８に位置検出プローブの他の実施例を示
す。この実施例では、位置検出プローブの軸方向の触針
移動方向に加えて、この移動方向に交差する横方向の力
による位置検出動作に対応したものである。この実施例
の位置検出プローブは、内部に穴７０ａが形成されたプ
ローブ本体７０と、中央部にほぼ球形の支点部７１ａを
有する触針７１と、穴７０ａの開口部付近に配置され、
触針７１の支点部７１ａを支持する筒形の第１のスライ
ダ７２と、ストッパ７４を有し、穴７０ａの奥に配置さ
れる第２のスライダ７３と、スライダ７３を弾性支持す
るコイルバネ７５と、穴７０ａの底部に取り付けられた
ストッパアジャスタ７６と、スライダ７２の抜けを防止
するキャップ７７とからなる。ストッパアジャスタ７６
は、例えばネジ機構を利用して形成される。

【００５９】図８において、触針７１の下端部が接触部
であり、上端部はスライダ７３の下面に当接している。
触針７１の中央の支点部７１ａと上端部は球面の形状に
加工されている。触針７１は支点部７１ａを中心として
或る角度範囲で回転し得るようにスライダ７２に取り付
けられると共に、スライダ７２と共に穴７０ａ内の軸方
向に移動することができる。またスライダ７２の一方の
端部には、モーメントストッパ７８が設けられる。第２
のスライダ７３の下面は円錐形の凹み部７３ａが形成さ
れている。この凹み部７３ａの作用は、触針７１の先端
部に横方向の力が加わって触針７１の上端が位置を変え
ようとするときにも、コイルバネ７５の弾性による反力
が働くようにすることである。

【００６０】触針７１の下端部がＦ₁ という力を受ける
と、スライダ７２，７３は共にプローブ本体７０の穴７
０ａに案内されて摺動する。スライダ７２，７３の移動
のストロークは、ストッパ７４の長さとストッパアジャ
スタ７６とで決定される。ストッパアジャスタ７６でス
トロークを調整することができる。

【００６１】上記の構成によって、接触時に触針７１の
軸方向の力を受けるときには、前述の実施例と同様にそ
の衝突力を緩和することができる。

【００６２】次に、触針７１の下端部に例えば横方向の
力Ｆ₂ が加わるような状態で、触針７１とワーク６との
接触が行われたときには、触針７１は支点部７１ａを中
心に或る角度回転する。このとき、触針７１の上端部
は、円推形の凹み部７３ａの面に接触しながら回転移動
するので、上部のスライダ７３は穴７０ａに案内されて
上方に移動する。このとき、スライダ７３の上方の移動
に対してコイルバネ７５がその弾性力で対抗するので、
触針７１に加わる横方向の力Ｆ₂ に対してもコイルバネ
７５の弾性の効果を与えることができ、接触時の衝突力
を緩和することができる。またモーメントストッパ７８
は、力Ｆ₂ による触針７１の回転移動量を制限する機能
を有する。

【００６３】上記実施例の位置検出プローブを力制御ロ
ボットに用いれば、触針７１の軸方向およびこの軸方向
に交差する横方向の位置検出を行うことができる。

【００６４】上記の実施例で説明した位置検出プローブ
は、力制御ロボットの位置検出プローブとしての使用に
限定されず、一般的に接触検出プローブとして利用する
ことができるものである。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、力制御モードで移動した後作業対象物に接触し、
その位置を検出する動作を行う場合において、接触時に
発生する力をコイルバネ等の弾性体で吸収緩和すると共
に弾性体の収縮に伴う反力で力制御モードにおける移動
速度を低減するので、作業対象物やロボット本体に損傷
を与えることない。またこれによって、非接触状態での
移動速度を大きくすることができ、位置検出作業に要す
る時間を短縮することができる。さらに、位置検出を行
う時点では、ストッパとの当接作用で触針とプローブ本
体とが接触し、位置検出プローブの剛性が高くなり、弾
性体の影響を受けることなく、正確な接触位置を検出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】力制御ロボットの全体構成を示す構成図であ
る。

【図２】位置検出プローブの内部構造を示す縦断面図で
ある。

【図３】制御装置の内部構成を示すブロック図である。

【図４】従来のプローブの場合の状態の変化を示す図で
ある。

【図５】従来のプローブの場合の速度と力の変化を示す
図である。

【図６】本発明に係る位置検出プローブの状態の変化を
示す図である。

【図７】本発明に係る位置検出プローブの場合の速度と
力の変化を示す図である。

【図８】本発明に係る位置検出プローブの他の実施例を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ロボット本体２アーム５力センサ６ワーク７手先効果器８コントローラ１１操作器１２位置検出プローブ５０，７０プローブ本体５０ａ，７０ａ穴５１，７１触針５２，７４，７８ストッパ５３，７５コイルバネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット本体に取り付けられた手先効果
器に加わる力を検出する力検出手段と、前記ロボット本
体の動作に伴って生じる前記手先効果器の位置の変化を
検出する位置検出手段と、前記力検出手段で得られた力
データと前記位置検出手段で得られた位置データを用い
かつ制御演算式に基づき制御命令を生成して前記手先効
果器の位置と力を制御する制御手段とを含む力制御ロボ
ットにおいて、力制御モードによる移動に基づく位置検
出作業に使用され、前記ロボット本体の手先部に取り付
けられ、前記力制御モードでの移動によって対象物に接
触する位置検出プローブであり、プローブ本体と、前記プローブ本体に案内されて軸方向
に移動自在に設けられた触針と、前記触針を弾性支持し
て接触力を緩和する弾性体と、前記触針の接触位置を確
定するため前記触針の移動を規制する移動規制部材とか
らなることを特徴とする力制御ロボットの位置検出プロ
ーブ。
【請求項２】請求項１記載の力制御ロボットの位置検
出プローブにおいて、前記移動規制部材の長さを調整す
ることにより前記触針の移動距離を調整し、前記接触力
を調整することを特徴とする力制御ロボットの位置検出
プローブ。
【請求項３】ロボット本体に設けられた手先効果器に
加わる力を検出する力検出手段と、前記ロボット本体の
動作に伴って生じる前記手先効果器の位置の変化を検出
する位置検出手段と、前記力検出手段で得られた力デー
タと前記位置検出手段で得られた位置データを用いかつ
制御演算式に基づき制御命令を生成して前記手先効果器
の位置と力を制御する制御手段とを含む力制御ロボット
において、力制御モードによる移動に基づく位置検出作
業に使用され、前記ロボット本体の手先部に取り付けら
れ、前記力制御モードでの移動によって対象物に接触す
る位置検出プローブであり、プローブ本体と、前記プローブ本体に案内されて軸方向
に移動自在に設けられた第１および第２のスライダと、
第１のスライダに回転自在に支持されかつ第２のスライ
ダに接触する触針と、前記第２のスライダを弾性支持し
て前記触針の接触力を緩和する弾性体と、前記触針の接
触位置を確定するため前記触針の移動を規制する移動規
制部材とからなることを特徴とする力制御ロボットの位
置検出プローブ。
【請求項４】請求項３記載の力制御ロボットの位置検
出プローブにおいて、前記触針が接触する前記第２のス
ライダの面には円錐形の凹部が形成されることを特徴と
する力制御ロボットの位置検出プローブ。
【請求項５】請求項３記載の力制御ロボットの位置検
出プローブにおいて、前記触針の移動は、軸方向の移動
と、支持部回りの回転による軸方向に交差する横方向の
移動を含むことを特徴とする力制御ロボットの位置検出
プローブ。