JPH0760665A

JPH0760665A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JPH0760665A
Application number: JP20669893A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Shiraishi; 満白石; Yasuyuki Nakada; 康之中田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】従来人手によって行われていた、複雑な動作
を伴う操作部品の耐久性試験を効率的に行い、また、作
業シーケンスを生成する際に用いる部材の位置及びロボ
ットの動作軌道を、力制御動作により自動的に獲得し、
繰り返し動作を行う時は、力制御動作で獲得した動作軌
道の位置パターンを一定時間間隔毎に再生して、高速で
安定した軌道を描くロボットの位置パターン再生を可能
としたロボット制御装置を提供することを目的とする。【構成】制御対象のロボット１と、ロボット１の作業
対象に対する力を検出する力検出手段２とを有して構成
し、ロボット１を制御する動作手順ＳＢは、予め手順化
されている教示手順ＳＴに従って求めた教示点Ｐと、所
定の汎用手順ＳＧとの組み合わせにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボット制御装置に係
り、特に、従来人手によって行われていた、複雑な動作
を伴う操作部品の耐久性試験を効率的に行うロボット制
御装置に関する。

【０００２】また、作業シーケンスを生成する際に用い
る部材の位置及びロボットの動作軌道を力制御動作によ
り自動的に獲得し、繰り返し動作を行う時は、力制御動
作で獲得した動作軌道の位置パターンを一定時間間隔毎
に再生することにより、高速で安定した軌道を描くロボ
ットの位置パターン再生を可能としたロボット制御装置
に関する。

【０００３】情報機器の分野では製品の小型軽量化を図
るために、プラスチック部品が多く使われているが、プ
ラスチックの場合には、金属に比較し強度が弱く特性が
複雑なため、信頼性評価を十分に行う必要がある。特
に、人手により操作される部品（以下では操作部品と呼
ぶ）の場合には、不確定な力が繰り返しかかるので、耐
久試験を充分に行う必要がある。操作部品の耐久性試験
は従来主に人手で行われていたが、同一動作を繰り返す
ことは人にとって負担が大きく、自動化に対する要求は
大きい。

【０００４】

【従来の技術】ロボットを利用した耐久試験方法として
は、図１８（第１従来例）に示すように、キーボード１
０４の打鍵を繰り返し行うものが知られている。この作
業を行うための指令は次のようにして作成する。先ず、
ティーチングボックスを用いてロボット１０１を操作し
ながら、打鍵を開始する位置Ａと打鍵する位置Ｂをロボ
ットに記憶させる。位置ＡとＢを指定された回数だけ往
復動作するコマンドシーケンスを作成して、このコマン
ドシーケンスに従ってロボット１０１を動作させる。こ
の従来の試験方法には、以下のような問題点がある。

【０００５】（１）力に関するデータが得られない。従
って、力特性の変化については、測定開始前と後での特
性を別途測定して得る必要がある。（２）判断機能がない。特に力に関する判断機能がない
ため、途中で障害が生じても、それがどの段階で生じた
かを知ることができない。

【０００６】（３）複雑な動作を要する部品の操作を指
令するのが困難。（４）異なった種類の耐久試験を行う場合に、準備に時
間がかかり、試験効率が悪い。

【０００７】以上のような問題点があるため、従来の位
置制御技術を主体とした産業用ロボットを利用した耐久
試験は、ごく限られた単純な作業しか適用されていな
い。また、人に代わって部品を操作するためには、ロボ
ットに各種複雑な動作を行わせる必要がある。一般に操
作部品は、拘束された状態で動作するために、部品を操
作するときの軌跡を任意に与えるのが困難である。従っ
て、従来の産業用ロボットのように単に与えられた位置
情報にのみ基づいて動作するロボットでは、動作軌跡を
適切に与えることが困難である。これらの問題を解決す
るために本発明の出願人等は、力センサを有するロボッ
トを使用してロボットに作業を行わせ、そのときの軌跡
を覚え込み、次回からは、覚えた軌跡に基づいて動作さ
せる方法を提案している。

【０００８】しかしながら、この従来の方法によると、
摩擦等の影響や部品の特性により、作業を遂行するとき
の速度が早くなったり遅くなったりするため、サンプル
により作業に要する時間が異なり、教示を行う場合にパ
ラメータの設定に時間を要し、更には異なるサンプルで
得た測定データの比較が行い難いという問題があった。

【０００９】また、ロボットアームで任意の作業シーケ
ンスを自動的に実行する時、ロボットに、予め部材の位
置、動作軌道を与えておく必要がある。この部材の位
置、動作軌道をロボットが自律的に獲得する方法として
力制御動作が有効であることが知られている。力制御動
作では、ロボットと部材の正確な位置関係を与えなくて
も、対象部材の動作機構に応じて、適当な位置、軌道を
生成することができる。

【００１０】例えば、図９に示すような、ロック機構の
ロック／アンロック動作をコインを用いて行う（コイン
ロック動作）場合を例にして、力制御動作が有効である
ことを示す。コインロック動作では、ロック機構の回転
中心と、コインを把持するハンドの回転中心が異なると
き、ロック機構に無理な力が加わらないようにコイン１
０の位置を移動しながら回転する必要がある。但し、ハ
ンドはロボットアームの先端に接続されているものとす
る。コイン１０の移動量は、ロック機構とハンドのそれ
ぞれの初期位置に依存する。このコインロック動作を、Ｘ，Ｙ方向の目標力 … ０Ｚ方向の目標力 … 負方向の一定力 θ方向の目標トルク … 負方向の一定トルクの条件で力制御動作を行うと、ロック機構のロック／ア
ンロック動作が実行できる。

【００１１】図１９は、力制御動作を行うロボット制御
装置（第２従来例）の構成図、図２０及び図２１は、コ
インロック動作を行ったときのＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向の移
動量を示したものである。図２０（ａ）はｘ方向、図２
０（ｂ）はｙ方向、図２１（ａ）はｚ方向、図２１
（ｂ）はθ方向をそれぞれ示す。

【００１２】このような従来のロボット制御装置では、
力制御動作を用いて作業シーケンスを繰り返し実行する
時、次のような問題がある。（１）毎回行う動作軌道が異なる。

【００１３】力制御動作では、力を制御するため、同じ
条件で動作を行っても摩擦の影響等で、動作軌道が異な
る場合がある。図２０及び図２１は、ロボット５７とロ
ック機構の初期位置を同一にしてコインロック動作を力
制御を用いて実行した時の軌道を重ねてグラフにしたも
のである（実線表示は１回目、破線表示は２回目のもの
を示す）。同図からわかるように、動作軌道に違いが生
じている。このように動作軌道が異なると、例えば、部
材の疲労試験を行う場合に、毎回異なる軌道で測定を行
うことになり、どの程度疲労が進んだかを判定すること
が困難である。（２）動作速度が遅い。

【００１４】力制御動作を高速で行うと、力制御の制御
帯域が低いために動作が不安定になる。従って、動作速
度を上げることができないため、作業時間が長くなる。（３）毎回行う動作のサイクルタイムが異なる。

【００１５】図２０及び図２１に示した１回目と２回目
のコインロック動作の所要時間は、１回目は１６．５
［秒］、２回目は、１０．５［秒］である。このため、
繰り返し作業を行ったときの全体の所要時間を見積もる
ことができない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ロボット制御装置では、次のような問題があった。（１）力に関するデータが得られず、力特性の変化につ
いて、測定開始前後で別途特性を測定する必要がある、
判断機能がないために障害の発生段階を特定できない、
複雑な動作を要する部品操作の指令が困難である、並び
に、異なった種類の耐久試験を行う場合、準備に時間が
かかり試験効率が悪い、という問題があり、従来の位置
制御技術を主体とした産業用ロボットを利用した耐久試
験は、ごく限られた単純な作業しか適用されていない。

【００１７】（２）位置パターンを教示した後、力制御
動作を用いて作業シーケンスを繰り返し実行させるよう
な場合には、毎回行う動作軌道が異なり、例えば部材の
疲労試験で、疲労程度の判定が難しい、また動作速度が
遅く作業時間が長くなる、更に、毎回行う動作のサイク
ルタイムが異なるため、異なるサンプルで得た測定デー
タの比較が行い難く、全体の所要時間を見積もることが
できない。

【００１８】本発明は、上記問題点を解決するもので、
従来人手によって行われていた、複雑な動作を伴う操作
部品の耐久性試験を効率的に行うロボット制御装置を提
供することを目的とする。

【００１９】本発明の他の目的は、作業シーケンスを生
成する際に用いる部材の位置及びロボットの動作軌道
を、力制御動作により自動的に獲得し、繰り返し動作を
行う時は、力制御動作で獲得した動作軌道の位置パター
ンを一定時間間隔毎に再生して、高速で安定した軌道を
描くロボットの位置パターン再生を可能としたロボット
制御装置を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】図１及び図７は本発明の
原理説明図である。上記課題を解決するために、本発明
の第１の特徴のロボット制御装置は、図１に示す如く、
制御対象のロボット１と、前記ロボット１の作業対象に
対する力を検出する力検出手段２とを有するロボット制
御装置であって、前記ロボット１を制御する動作手順Ｓ
Ｂは、予め手順化されている教示手順ＳＴに従って求め
た教示点Ｐと、所定の汎用手順ＳＧとの組み合わせによ
り構成される。

【００２１】また、本発明の第２の特徴のロボット制御
装置では、請求項１に記載のロボット制御装置におい
て、予め手順化されている教示手順ＳＴに従って前記教
示点Ｐを求める方法は、前記教示点Ｐの一部を人手によ
り求め、残部を制御手段により自動的に求めるよう構成
される。

【００２２】また、本発明の第３の特徴のロボット制御
装置では、請求項２に記載のロボット制御装置におい
て、予め手順化されている教示手順ＳＴに従って前記教
示点Ｐを人手により求める方法は、人が加えた力の方向
に前記ロボット１が移動することにより行われるよう構
成される。

【００２３】また、本発明の第４の特徴のロボット制御
装置では、請求項２に記載のロボット制御装置におい
て、予め手順化されている教示手順ＳＴに従って前記教
示点Ｐを制御手段により自動的に求める方法は、前記ロ
ボット１を実際に動作させることにより行われるよう構
成される。

【００２４】また、本発明の第５の特徴のロボット制御
装置は、請求項１、２、３、または４に記載のロボット
制御装置において、前記動作手順ＳＢには、前記ロボッ
ト１が作業中の力及びまたは位置に関する情報を収集す
るステップが含まれる。

【００２５】また、本発明の第６の特徴のロボット制御
装置は、図７に示す如く、制御対象のロボット１と、前
記ロボット１の作業対象に対する力を検出する力検出手
段２とを有するロボット制御装置であって、前記ロボッ
ト１を力制御で作業させてその時の動作経路を記憶した
後、該記憶した動作経路に沿って前記ロボット１を動作
させる際に、該動作速度を任意に設定する制御手段を有
して構成する。

【００２６】また、本発明の第７の特徴のロボット制御
装置では、請求項６に記載のロボット制御装置におい
て、前記制御手段は、前記記憶した動作経路の情報を、
測定時の時間の関数として表現する。

【００２７】また、本発明の第８の特徴のロボット制御
装置では、請求項６または７に記載のロボット制御装置
において、前記制御手段は、前記記憶した動作経路の情
報を、測定時の時間の関数としてスプライン関数で平滑
化処理するよう構成される。

【００２８】また、本発明の第９の特徴のロボット制御
装置では、請求項６、７、または８に記載のロボット制
御装置において、前記制御手段は、前記記憶した動作経
路に沿って前記ロボット１を動作させる際に、速度の向
きを該動作経路の接線方向に向くよう設定する。

【００２９】また、本発明の第１０の特徴のロボット制
御装置では、請求項６、７、または８に記載のロボット
制御装置において、前記制御手段は、前記記憶した動作
経路に沿って前記ロボット１を動作させる際に、特定の
軸方向の速度を与えられた速度パターンに一致させ、残
りの軸方向の速度を該動作経路を表す関数から求める。

【００３０】また、本発明の第１１の特徴のロボット制
御装置は、図１１に示す如く、制御対象のロボット５７
と、前記ロボット５７を作動させる操作部５６と、前記
ロボット５７が受ける力を制御する力制御部５３と、前
記ロボット５７の先端位置を制御する位置制御部５５
と、前記ロボット５７のある方向に対しては力制御を、
他の方向に対しては位置制御を行うハイブリッド制御部
５４と、前記ロボット５７の先端位置の位置情報を保持
する位置パターン記憶部６０と、前記力制御部５３、位
置制御部５５、及びハイブリッド制御部５４に対する動
作指令を発生する動作パラメータ生成部５２とを有して
構成し、前記動作パラメータ生成部５２は、動作中のロ
ボット５７の位置パターンを前記位置パターン記憶部６
０に保持し、前記位置パターン記憶部６０から動作軌道
の位置パターンをｎ個（ｎは０以上の正整数）置きに再
生して前記ロボット５７の動作制御を行う。

【００３１】また、本発明の第１２の特徴のロボット制
御装置では、請求項１１に記載のロボット制御装置にお
いて、前記動作パラメータ生成部５２は、前記力制御部
５３により制御中のロボット５７の位置パターンを前記
位置パターン記憶部６０に保持し、前記位置パターン記
憶部６０から動作軌道の位置パターンをｎ個（ｎは０以
上の正整数）置きに再生して前記ロボット５７の位置制
御を行う。

【００３２】更に、本発明の第１３の特徴のロボット制
御装置では、請求項１１に記載のロボット制御装置にお
いて、前記動作パラメータ生成部５２は、前記ハイブリ
ッド制御部５４により制御中のロボット５７の位置パタ
ーンを前記位置パターン記憶部６０に保持し、前記位置
パターン記憶部６０から動作軌道の位置パターンをｎ個
（ｎは０以上の正整数）置きに再生して前記ロボット５
７の位置制御を行う。

【００３３】

【作用】本発明の第１、第２、第３、第４、及び第５の
特徴のロボット制御装置の動作原理について、図１に示
す原理説明図を用いて説明する。

【００３４】本発明のロボット制御装置における測定系
は、ロボット１、力センサ（力検出手段）２、及び把持
センサ付きハンド３より構成される。複雑な作業を行う
場合には、作業は幾つかの部分動作に分解できるが、図
１に示した動作手順は、作業そのものまたは部分動作を
実現するための手順（ロボットコマンドの集合）であ
り、この手順は実際の耐久試験に際して作成される。

【００３５】動作手順ＳＢは、汎用手順ＳＧと教示点Ｐ
を組み合わせることにより作成される。ここでいう汎用
的手順ＳＧとは、ロボット１を移動させるときの目標位
置等を変数で記述したものであり、変数に具体的な値を
代入した段階で実際の作業が可能となる。

【００３６】ところで、力センサ２や把持センサ３がな
い場合においては、教示点Ｐは全て位置で与えられる
が、耐久試験のように、拘束された状態で作業を行う場
合の教示点は、力センサ２や把持センサ（３）がないと
教示が困難な場合が多い。例えば、ハンド３で物を握っ
た時の位置が挙げられる。把持力５００［ｇｆ］で握っ
た位置と１［ｋｇｆ］で握った位置を教示する場合、実
際にロボット１に指定された力で把持する動作を行わせ
る必要があり、従来のように、ティーチングボックスを
操作して教示する方法では不可能に近い。

【００３７】図１における教示手順ＳＴは、教示点Ｐを
与えるための手段を予め手続きとして登録したものであ
る。オペレータは、教示手順ＳＴの流れに沿い、ロボッ
ト１を直接動作させることにより必要最小限の教示点を
教示する。残りの教示点Ｐはロボット１が実際に動作を
行い自動的に求める。このように求めた教示点Ｐと汎用
手順ＳＧを合成して、実際の動作手順ＳＢを作成し、作
成した動作手順ＳＢに従い、ロボット１を動作させて動
作確認を行う。

【００３８】このようにして求めた動作手順ＳＢには、
動作中のロボット１の位置と力に関する情報を取り込む
手順を組み込み、更には疲労判定機能を盛り込んでい
る。作業が複雑な場合には、このようにして求めた動作
手順ＳＢを幾つか組み合わせることにより、実現でき
る。

【００３９】以上のように本発明の第１、第２、第３、
第４、及び第５の特徴のロボット制御装置によれば、力
を利用した動作を行う場合の目標位置等を教示すること
ができるため、複雑な動作を伴う耐久試験を行うことが
できる。また、教示動作自体の手続き化を図り、代表点
を直接教示によって与えた後は、実際にロボット１が動
作を行い、そのロボット１の動作結果に基づき、自動的
に設定するようになっているため、教示が容易に行え、
多品種の耐久試験を行う場合の作業効率を高めることが
できる。また、耐久試験を行っている時の力に関する特
性を調べることができ、力に関するデータを元に疲労判
定を行うことができる。

【００４０】次に、本発明の第６、第７、第８、第９、
及び第１０の特徴のロボット制御装置について、図７に
示す原理説明図を用いて説明する。尚、ここで教示とい
う言葉は、ロボット１に動作軌跡（目標位置）を与える
（教える）という意味で使用する。

【００４１】先ず、ロボット１に対して力制御で作業さ
せ、その時の位置に関する軌跡データｘ（τｉ）を求め
る（ステップＳ１）。求めた軌跡データｘ（τｉ）は飛
び飛びの不連続な値なので、関数処理を施して、軌跡関
数Χ（τ）を求める（ステップＳ２）。

【００４２】ここで、“τ”を時間と無関係な空間上の
曲線を表すためのパラメータと考えれば、軌跡関数Χ
（τ）は、τをパラメータとして表現された空間上の曲
線を表す式と見做せる。従って、軌跡関数Χ（τ）に沿
って動く軌跡の速度ベクトルは、軌跡関数Χ（τ）の接
線方向に向く必要がある。そこで、次のようなベクトル
軌跡を考えれば、曲線Χ（τ）上を与えられた速度パタ
ーンで動作する軌跡曲線Χ（ｔ）を求めることができ
る。

【００４３】１）ベクトルの大きさ：与えられた速度パターン２）ベクトルの向き：曲線Χ（τ）の接線ベクトルの向
きここに接線方向の単位ベクトルは、次式で与えられる。
（図８参照）（ｄΧ／ｄｔ）／（ｄΧ／ｄｔ）（１）以上のように本発明の第６、第７、第８、第９、及び第
１０の特徴のロボット制御装置によれば、ロボット１が
力制御で行った動作を基にデータを作成するため、拘束
条件下での軌跡を求めることができる。しかも、作業速
度を任意に設定できるため、教示動作を一回行うだけ
で、作業速度を様々に変化させたい時の特性を調べるこ
とができ、異なるサンプルで測定した結果を相互に比較
することもできる。その結果として、耐久試験装置とし
ての機能を高めることができ、且つ測定を効率的に行う
ことができる。

【００４４】次に、本発明の第１１、第１２、及び第１
３の特徴のロボット制御装置について、図１１を用いて
説明する。本発明の第１１、第１２、及び第１３の特徴
のロボット制御装置は、ロボット５７による位置パター
ン獲得動作、位置パターン再生動作の２つの動作モード
を備えている。

【００４５】位置パターン獲得動作時には、ロボット制
御装置は、制御対象であるロボット５７の先端位置を検
出する位置検出部５９と、検出した先端位置を一定時間
毎に記憶する位置パターン記憶部６０と、ロボット５７
先端に接続されたハンド３と作業対象の部材４との間に
働く接触力を制御する力検出部５８と、検出した接触力
が目標力になるように力を制御する力制御部５３と、あ
る方向には力制御、ある方向には位置制御を行うハイブ
リッド制御部５４と、ロボット５７を駆動する操作部５
６と、オペレータ５１が指示した指令を解釈して力制御
部５３及びハイブリッド制御部５４に対するパラメータ
を設定する動作パラメータ生成部５２とを有して構成さ
れる。

【００４６】また、位置パターン再生動作時には、ロボ
ット制御装置は、位置検出部５９と、検出した位置が目
標位置になるように制御する位置制御部５５と、位置パ
ターン獲得動作時に記憶した位置を一定時間毎に生成す
る位置パターン生成部６１と、オペレータが指示した指
令を解釈して位置制御部５５に対してパラメータを設定
する動作パラメータ生成部５２とを有して構成される。

【００４７】力制御部５３では、動作パラメータ生成部
５２から指令された目標力と、力検出部５８で検出され
たロボット５７の先端で発生した接触力との偏差をゼロ
にするような信号を操作部５６へ送る。

【００４８】位置制御部５５では、動作パラメータ生成
部５２から指令された目標位置と位置検出部５９で検出
されたロボット５７の先端の位置との偏差をゼロにする
ような信号を操作部５６へ送る。

【００４９】ハイブリッド制御部５４には、力制御手段
と位置制御手段が具備されており、ある方向に対しては
力制御動作を行い、ある方向に対しては位置制御動作を
行うような信号を操作部５６に送る。

【００５０】操作部５６では、各制御部５３、５４、及
び５５の信号に応じたロボット５７の駆動信号を発生し
てロボット５７を動作させる。位置パターン記憶部６０
では、位置検出部５９で検出したロボット５７の動作位
置を一定時間間隔で格納する。動作位置は、時系列デー
タとして記憶され、動作再生時に使用される。

【００５１】位置パターン生成部６１では、位置パター
ン獲得時に記憶した位置パターンデータを一定時間間隔
毎に（ｎ個（ｎは正の整数）置きに再生して）動作パラ
メータ生成部５２へ転送する。

【００５２】動作パラメータ生成部５２では、オペレー
タ５１から受け取った動作コマンドを解釈し、コマンド
が位置パターン獲得動作、位置パターン再生動作であれ
ば、力制御部５３、位置制御部５５、及びハイブリッド
制御部５４へ適当なパラメータを転送する。

【００５３】以上のような構成により、また、部材の位
置及びロボット５７の動作軌道を力制御動作によって自
動的に獲得し、繰り返し動作を行う時は、力制御動作で
獲得した動作軌道の位置パターンをｎ個（ｎは正の整
数）置きに再生して高速で安定した軌道を描くことがで
きる。

【００５４】従って、作業シーケンスで必要な位置及び
動作軌道をロボット５７が自動的に獲得できるため、ロ
ボット５７への作業教示が簡単になる。また、作業を繰
り返して行う際、位置制御動作で作業を行うため、毎回
行う動作の軌跡を同じ軌跡とすることができ、動作速度
も高速にすることができる。

【００５５】

【実施例】次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。第１実施例図２に本発明の第１実施例に係るロボット制御装置の構
成図を示す。

【００５６】同図において、１はＸＹＺ３方向の空間移
動及びＺ軸（上下方向）の回りの回転動作が可能な、所
謂直交座標型ロボットである。ロボット１の先端には、
ＸＹＺ軸方向及びＸＹＺ軸回りのモーメントを測定可能
な６軸力センサ２を介してハンド３が装着されている。
４は被測定物である。

【００５７】具体的な作業として、コインロック２１で
ロックされた部品の着脱を行う場合について説明する。
この作業は以下の手順で行う。１）コイン１０を把持する。

【００５８】２）コイン１０で２箇所のコインロック２
１を解除する。３）コイン１０を元の場所に置く。４）カバーの着脱を行う。

【００５９】５）コイン１０を把持する。６）コインロック２１をロックする。この一連の作業を行うに際して、各部分作業に関係した
動作手順の作成方法について説明する。（１）コイン１０に関係した位置の教示コイン１０を把持する作業ユニットとコイン１０を元の
場所におく作業ユニツトで使用する教示点を、教示する
方法について説明する。図３に示すように、コイン１０
はコイン用ジグ１１に固定されている。１２はコイン置
場である。この場合のコイン位置を教示するルーチン
は、以下の手順で教示点を求める。

【００６０】a) ロボット１を直接教示モードに設定す
る。直接教示モードとは人が加えた力の方向にロボット
１が移動するモードであり、力指令値を零にすることに
より実現できる。

【００６１】b) オペレータは直接教示で、コイン１０
近傍の位置Ｃ１を教示する（図４参照）。 c) オペレータは直接教示で、コイン１０を把持した状
態Ｃ２を教示する（図４参照）。

【００６２】d) ロボット１は予め設定された力ｆでコ
イン１０を把持する。 e) 図５は、コイン置き場１２とコイン用ジグ１１との
位置関係を上から見た説明図である。コイン用ジグ１１
を位置決めするために、図５（ｂ）に示すように、コイ
ン用ジグ１１をコイン置き場１２に付き当て処理し、そ
の時の位置Ｃ３を記憶する。

【００６３】f) 記憶した位置Ｃ１，Ｃ３からコイン１
０の把持動作及びコイン１０を置く動作に必要な以下の
位置を求める。 (A) コインを把持するときに関係した量＊把持動作を行う前の移動位置：Ｐｃ２ｐｈ＝ｇｅｔｈ（Ｃ３）Ｃ３からハンド３の位置を
取り出すｈ＝ｐｈ−２ハンド３の位置を変更Ｐｃ２＝ｓｅｔｈ（Ｃ３，ｈ）Ｃ３のハンド成分にｈ
を代入＊把持動作のための目標位置：Ｐｃ３＝Ｃ３＊他の場所からコイン１０を把持するために移動する時
の目標位置：Ｐｃ１ｚ＝ｇｅｔｈ（Ｃ１）Ｃ１からＺ成分を取り出すＰｃ１＝ｓｅｔｚ（Ｐｃ２，ｚ）Ｐｃ２のＺ成分にｚ
を代入＊コイン１０を把持した後他の場所に移動するために退
避すべき位置：Ｐｃ４Ｐｃ４＝ｓｅｔｚ（Ｐｃ３，ｚ）Ｐｃ３のＺ成分にｚ
を代入従って、ロボット１に対して、位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐ
ｃ３，Ｐｃ４と順番に移動命令を指令すれば、他の場所
から移動してきて、コイン１０を把持した状態で上方向
に移動させることができる。

【００６４】(B) コイン１０を置く時に関係した量は、
以下のようにして求める。コイン１０を把持したまま、
コイン置場１２に置く場合に、目標位置として図５に示
した状態の位置Ｐｃ３を指令すると、コイン用ジグ１１
とコイン置場１２との間に隙間がないため、衝突を起こ
しやすい。これを避けるためには、目標位置を図５
（ａ）に示したように、コイン置場１２の真ん中になる
ようにするのがよい。この場合の各目標位置もコイン１
０を把持する場合と同様に求めることができる。

【００６５】このように、コイン１０を取り上げたり置
いたりする場合には、８箇所の位置を指定する必要があ
るが、専用の教示手順を設けて、作業の一部をロボット
１に行わせることにより、２箇所のみの教示で済ませる
ことができる。上述の例では、位置Ｃ１は必ずしもオペ
レータが教示する必要はなく、他の位置同様に、ロボッ
ト１側で計算により求めてもよい。この場合には、オペ
レータが教示する教示点は１ヵ所で済む。このようにし
て、求めた教示点をコイン１０を取ったり置いたりする
汎用手順とリンクすることにより、実際の動作手順が作
成できる。

【００６６】次にコイン１０でコインロック２１を解除
したり、ロックを行う場合について説明する。最初に教
示ルーチンでの教示方法を説明する。１）ロボット１を直接教示モードにする。

【００６７】２）人手により、コイン１０をコインロッ
ク２１に当てる。（図６（ａ））３）次に、ロボット１に下方向に押付け力を指令しなが
ら、更に一定の回転力でロックが閉まる方向にコインロ
ック２１を回転させる。（図６（ｂ）実線で表したコイ
ン位置）４）回転力が指定値になったら、回転が終了したとみな
し、その位置から所定の角度元に戻し、その位置Ｐ１
（図６（ｂ）破線位置）を記憶する。Ｐ１の位置は、図
６（ｂ）に示すように、丁度ロックされた状態におい
て、コイン１０が溝の中心にくる位置である。

【００６８】５）次に反対方向に回転力をかけて、ロッ
クを緩める。このときの軌跡を覚える。ロボット１のハ
ンド３でコイン１０を把持した場合、コイン１０の中心
線とロボット１の回転中心とは必ずしも一致しないの
で、単にロボット１の回転軸を回転させるだけではうま
くコインロック２１を回転させることができない。通常
は、回転とともに水平方向（Ｘ，Ｙ軸）方向にも移動さ
せる必要がある。従って、コインロック２１を回転させ
る動作を後で再現させるためには、途中の経路を記憶す
る必要がある。

【００６９】６）回転力が目標値になったら、回転が終
了したとみなし、その位置から所定の角度元に戻し、そ
の位置Ｐ２を記憶する。Ｐ２の位置は、図６（ｃ）に示
すように、丁度ロックが解除された状態において、コイ
ン１０が溝の中心にくる位置である。

【００７０】７）今度はロックがかかる方向に回転さ
せ、同様にして途中の経路を記憶する。８）回転力が目標値になったら、回転が終了したとみな
し、コイン１０をＰ１の位置まで戻す。

【００７１】９）他の場所からコインロックを操作する
ために移動する目標値Ｐ３，Ｐ４を位置Ｐ１，Ｐ２から
求める。このようにして、ロックを緩めるときには、他の位置か
ら移動するときの目標位置Ｐ３に移動した後、コイン位
置Ｐ１に移動する。そして、以前に覚えた経路に沿って
ロックを緩める。

【００７２】同様にして、ロックを締めるときには、他
の位置から移動するときの目標位置Ｐ４に移動した後、
コイン位置Ｐ２に移動する。そして、以前に覚えた経路
に沿ってロックを緩める。このようにして、コイン１０
を緩めたり、締めたりする作業が可能となる。作業手順
の中には、コインロック２１を締めたり緩めたりすると
きの特性を知るために、コインロック２１を操作中の位
置と力に関するデータを取り込む処置を入れる。同様に
して、他の作業手順ユニットも生成する。そして、各作
業手順は単体でもチェックが可能であり、このようにし
て、作成した作業手順ユニットをシーケンシャルとして
組み立てることにより、一連の作業を行うことができ
る。第２実施例本実施例のロボット制御装置の構成図も第１実施例（図
２）と同様であり、主な構成要素として、ＸＹＺ３方向
の空間移動及びＺ軸（上下方向）の回りの回転動作が可
能な直交座標型ロボット１と、ロボット１の先端に備え
られたＸＹＺ軸方向及びＸＹＺ軸回りのモーメントを測
定可能な６軸力センサ２と、ハンド３とを有して構成さ
れている。また、４は被測定物である。

【００７３】具体的な作業として、コインロック２１を
コイン１０で回すときの作業を図９に示す。このような
作業をロボット１にさせる時、ロボット１がコイン１０
を把持する時の位置ずれ等により、一般にロボット１の
回転中心とコイン１０の中心位置は一致しない。従っ
て、単にロボット１の回転軸を回しただけでは、コイン
ロック２１をうまく回転できない。コインロック２１を
うまく回転できない。位置ずれがあっても回転させるた
めには、ロボット１を水平方向に移動可能な状態で、下
方向に力をかけながら回転軸を指定された力で動かせば
よい（図７における教示動作＝ステップＳ２）。このよ
うにすれば、コイン１０はしっかりコインロック２１の
溝部にはまりながら、回転を行うことができる。この時
の軌跡データは、時刻τｉにおける４つの値の組ｘ（τｉ），ｙ（τｉ），ｚ（τｉ），θ（τｉ）（２）（ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）で表される。従って、
（２）式で表された４つの値の組は、４次元空間におけ
る点の集合と見做せる。

【００７４】（２）式を関数近似するためには、各軸に
関するデータを時間τの関数として、スプライン平滑化
処理を施せばよい。スプライン平滑化手法を使用するこ
とにより、軌跡データに含まれている外乱の影響を小さ
くし、滑らかな関数を求めることができる。

【００７５】この関数処理（図７におけるステップＳ
２）を用いて求めた軌跡関数を Χ（τ）＝（ｘ（τ），ｙ（τ），ｚ（τ），θ（τ））（３）とする。

【００７６】ところで、今の場合、ロボット１を動作さ
せる時の動作は回転方向の動きが主であり、その他の軸
の動きは小さいので、回転方向の速度のみに着目し、回
転方向の動きが与えられた速度パターンで動作するよう
に設定するものとする。この場合には、速度パターンか
ら直接指令関数θ（ｔ）を求めることができる（図７に
おけるステップＳ３）。指令関数θ（ｔ）を求めたら、
曲線を表す（３）式の対応するパラメータτを求め、こ
のτからその他の軸の値ｘ，ｙ，ｚを求める。

【００７７】以下、具体的に説明する。パラメータτに
ついての（３）式におけるθ（τ）から、最初の角度θ
₀と最後の角度θ₃とが求まる。この間の速度曲線が、
図１０に示したような、いわゆる台形カーブで表される
ものとする。尚以下では、簡単のために、 θ₀＝０とする。最大回転速度をｖ₀とし、最大回転速度に達す
るまでの回転加速度をαとすると最高速度に達する時刻
ｔ₁、減速を開始する時刻ｔ₂、及び最終角度θ ₃への
到達時刻ｔ₃は次のようにして求まる。

【００７８】最大回転速度に達する時刻ｔ₁は、ｔ₁＝ｖ₀／α （４）となる。減速時の回転加速度を−αとすれば、減速時に
要する時間は（４）式で表された時間と等しくなるの
で、ｔ₃−ｔ₂＝Ｖ₀／α （５）時間ｔ＝０からｔ＝ｔ₃の間に動作する距離はθ₃なの
で、 θ₃＝αｔ₁ ²＋ｖ₀（ｔ₂−ｔ₁）（６）（４）〜（６）式より、時刻ｔ₁，ｔ₂，及びｔ₃が求
まる。従って、時刻ｔにおける位置は、０＜ｔ＜ｔ₁の
時、 θ＝α・ｔ²／２ｔ₁＜ｔ＜ｔ₂の時 θ＝α・ｔ₁ ²／２＋ｖ₀（ｔ−ｔ₁）ｔ₂＜ｔ＜ｔ₃の時 θ＝α・ｔ₁ ²／２＋ｖ₀（ｔ−ｔ₁）−α（ｔ−
ｔ₂）²／２と求まる。この各式より、時刻ｔ＝ｔが与えられたとき
の、回転角度θが求まる。この時、（２）式より、 θ（γ）＝θ（ｔ）とおけば、教示動作中の時刻γが求まる。求めたγを
（２）式内のｘ，ｙ，ｚに代入すれば、与えられた動作
速度でコインロック動作を行わせるためにロボット１に
指令すべき軌跡の関数が求まる。

【００７９】以上のように本実施例のロボット制御装置
によれば、ロボット１が力制御で行った動作を基にデー
タを作成するため、拘束条件下での軌跡を求めることが
できる。しかも、作業速度を任意に設定できるため、教
示動作を一回行うだけで、作業速度を様々に変化させた
い時の特性を調べることができ、異なるサンプルで測定
した結果を相互に比較することもできる。その結果とし
て、耐久試験装置としての機能を高めることができ、且
つ測定を効率的に行うことができる。第３実施例図１１に本発明の第３実施例に係るロボット制御装置の
構成図を示す。

【００８０】同図において、本実施例のロボット制御装
置は、ロボット５７による位置パターン獲得動作、及び
位置パターン再生動作の２つの動作モードを備え、動作
パラメータ生成部５２、力制御部５３、ハイブリッド制
御部５４、位置制御部５５、操作部５６、ロボット５
７、力検出部５８、位置検出部５９、位置パターン記憶
部６０、及び位置パターン生成部６１から構成されてい
る。位置パターン獲得動作時には、ロボット制御装置
は、制御対象であるロボット５７の先端位置を検出する
位置検出部５９と、検出した先端位置を一定時間毎に記
憶する位置パターン記憶部６０と、ロボット５７先端に
接続されたハンド３と作業対象の部材４との間に働く接
触力を制御する力検出部５８と、検出した接触力が目標
力になるように力を制御する力制御部５３と、ある方向
には力制御、ある方向には位置制御を行うハイブリッド
制御部５４と、ロボット５７を駆動する操作部５６と、
オペレータ５１が指示した指令を解釈して力制御部５３
及びハイブリッド制御部５４に対するパラメータを設定
する動作パラメータ生成部５２とにより動作する。

【００８１】また、位置パターン再生動作時には、ロボ
ット制御装置は、位置検出部５９と、検出した位置が目
標位置になるように制御する位置制御部５５と、位置パ
ターン獲得動作時に記憶した位置を一定時間毎に生成す
る位置パターン生成部６１と、オペレータが指示した指
令を解釈して位置制御部５５に対してパラメータを設定
する動作パラメータ生成部５２とにより動作する。

【００８２】力制御部５３では、動作パラメータ生成部
５２から指令された目標力と、力検出部５８で検出され
たロボット５７の先端で発生した接触力との偏差をゼロ
にするような信号を操作部５６へ送る。

【００８３】位置制御部５５では、動作パラメータ生成
部５２から指令された目標位置と位置検出部５９で検出
されたロボット５７の先端の位置との偏差をゼロにする
ような信号を操作部５６へ送る。

【００８４】ハイブリッド制御部５４には、力制御手段
と位置制御手段が具備されており、ある方向に対しては
力制御動作を行い、ある方向に対しては位置制御動作を
行うような信号を操作部５６に送る。

【００８５】操作部５６では、各制御部５３、５４、及
び５５の信号に応じたロボット５７の駆動信号を発生し
てロボット５７を動作させる。位置パターン記憶部６０
では、位置検出部５９で検出したロボット５７の動作位
置を一定時間間隔で格納する。動作位置は、時系列デー
タとして記憶され、動作再生時に使用される。

【００８６】位置パターン生成部６１では、位置パター
ン獲得時に記憶した位置パターンデータを一定時間間隔
毎に動作パラメータ生成部５２へ転送する。動作パラメ
ータ生成部５２では、オペレータ５１から受け取った動
作コマンドを解釈し、コマンドが位置パターン獲得動
作、位置パターン再生動作であれば、力制御部５３、位
置制御部５５、及びハイブリッド制御部５４へ適当なパ
ラメータを転送する。

【００８７】本実施例に係わる制御装置の処理概要を図
１２に示す。図１２（ａ）は、ロボット５７が位置パタ
ーンを獲得する位置パターン獲得動作時の処理を、図１
２（ｂ）は獲得した位置パターンを基に実際に作業を実
行するときの位置パターン再生動作時の処理を、それぞ
れ示す。

【００８８】各処理の概要を以下に示す。（Ａ）位置パターン獲得動作１）位置パターンの取り込み条件の設定（ステップＳ１
１）位置パターンのデータ取り込み条件には、取り込みを開
始・停止するための条件、取り込む位置パターンの種
類、並びに、位置パターンの格納先の記憶装置内のデー
タ名、等がある。２）ロボット５７を力制御状態（ハイブリッド制御）に
セット（ステップＳ１２）力制御（ハイブリッド制御）動作に必要なパラメータを
セットし、ロボット５７を力制御（ハイブリッド制御）
状態にする。３）力制御（ハイブリッド制御）動作（ステップＳ１
３）設定され制御パラメータに応じて、力制御（ハイブリッ
ド制御）動作を行う。４）ロボット５７が移動した点の座標値の遂次記憶（ス
テップＳ１４）位置パターンは、処理１）で設定した取り込み条件に従
って取り込まれる。位置パターンの取得は、ロボット５
７が力制御（ハイブリッド制御）動作を開始した瞬間に
開始される。ロボット５７の先端位置の座標値は、一定
時間間隔毎に制御装置の記憶装置に記憶される。設定さ
れた取り込み時間が経過すると、位置パターンの取り込
みは終了する。（Ｂ）位置パターン再生動作１）記憶した位置パターンをメモリ（位置パターン記憶
部）６０上にセット（ステップＳ２１）記憶装置に格納されている位置パターンの時系列データ
を制御コントローラのメモリ６０にセットする。この
時、動作軌跡がロボット５７の可動範囲内にあるか、位
置パターンを再生するための動作速度がロボット５７の
最大速度を超過しないか等、位置パターンの正当性をチ
ェックする。２）位置パターン再生動作（ステップＳ２２）メモリ６０上にセットされた位置パターンをサンプリン
グ時間毎の目標位置とする位置制御を行うことで、位置
パターン再生動作を実行する。

【００８９】次に、位置パターン獲得動作及び位置パタ
ーン再生動作の処理の詳細について説明する。（Ａ）位置パターン獲得動作上述のように、位置パターン獲得動作時には、１）位置パターンの取り込み条件の設定２）ロボット５７を力制御（ハイブリッド制御）状態に
セット３）力制御（ハイブリッド制御）動作４）位置パターンの座標値の遂次記憶の処理が行われる。以下、各処理の詳細について説明す
る。１）位置パターンの取り込み条件の設定（ステップＳ１
１）位置パターンを取得するには、次のようなパラメータを
設定する必要がある。

【００９０】・データ取得のサンプリング時間・ロボット５７の先端位置座標値の格納先番地・位置パターン取得時間・位置パターンの格納記憶装置中のデータ名以下、各パラメータの意味を説明する。

【００９１】データ取得のサンプリング時間は、動作軌
跡上の位置パターンを一定の周期で記憶装置に記憶する
ときの時間の間隔である。サンプリング時間は、制御コ
ントローラのサンプリング時間と異なる値を用いても良
い。

【００９２】取得する位置パターンには、絶対位置パタ
ーンと相対位置パターンがあるため、取得する位置の種
類に応じてロボット５７の先端位置座標値を読み出す番
地を変える必要がある。絶対位置パターンはロボット５
７先端の位置の基準座標系上での絶対位置のパターンを
表し、相対位置パターンは、ロボット５７の先端位置の
パターン獲得動作の開始点からの相対移動量のパターン
を表す。基準座標系で表現されたロボット５７の先端位
置が、Ｐ_ar＝〔Ｐ_arx Ｐ_ary Ｐ_arz Ｐ_arα Ｐ_arβ Ｐ_arγ 〕（７）で表されるとする。但し、添え字のｘ，ｙ，ｚ，α，
β，及びγは、基準座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｘ軸回
りの回転軸、Ｙ軸回りの回転軸、及びＺ軸回りの回転軸
を表す。ロボット５７の初期位置、及びｔ秒後の位置
が、それぞれ、Ｐ_ar(0) ＝〔Ｐ_arx(0) Ｐ_ary(0) Ｐ_arz(0) Ｐ_arα(0) Ｐ_arβ(0) Ｐ_arγ(0) 〕Ｐ_ar(t) ＝〔Ｐ_arx(t) Ｐ_ary(t) Ｐ_arz(t) Ｐ_arα(t) Ｐ_arβ(t) Ｐ_arγ(t) 〕（８）のように表されるとき、絶対位置パターンは、Ｐ_ar(t)
の時系列データで与えれ、相対位置パターンは、Ｐ
_ar(t) −Ｐ_ar(0) の時系列データで与えられる。位置パ
ターン取得時間は、データ取得を開始してから終了する
までの時間を表す。従って、動作を教示中でもデータ取
得時間を経過すると位置パターンの取得が停止する。位
置パターンの格納記憶装置中のデータ名は、位置パター
ンを記憶する記憶装置上で位置パターンデータを識別す
るためのデータの名前である。これらのパラメータは、
動作パラメータ生成部５２においてオペレータが与えた
位置パターン獲得動作を解釈して、位置パターン記憶部
６０にセットされる。尚、コマンド解釈の方法について
の詳細説明は省略する。２），３）ロボット５７の動作状態の設定及び力制御動
作（ステップＳ１２及びＳ１３）位置パターンを獲得するときは、ロボット５７は、力制
御、ハイブリッド制御状態にセットされる。先ず、力制
御時の処理について説明する。尚、ハイブリッド制御時
の処理については後述する。先ず、力覚センサで検出し
た信号をロボット５７の基準座標系で記述された力に変
換する。６軸力覚センサの各軸の電気信号Ｅ_fは、アン
プ及びＡ／Ｄ変換器（ゲインＧ_A）によってディジタル
信号に変換される。変換したディジタル信号を、力覚セ
ンサ座標系表現とするため、力覚センサの各軸間の干渉
を較正する較正行列Ｋ_Sを作用させる。

【００９３】更に、算出した力を基準座標系で表すため
に、較正後の力に座標変換行列を作用させる。座標変換
行列には、基準座標系上で記述された力覚センサ座標系
の各座標軸の単位ベクトルが用いられる。力覚センサ座
標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の単位ベクトルをそれぞれｎ、
ｏ、ａとおくと、力覚センサ座標系表現のベクトルを基
準座標系へ変換する座標変換行列⁰Ｒ_Sは、

【００９４】

【数１】で表される。以上から、基準座標系の力ベクトルＦ
_arは、Ｆ_ar＝⁰Ｒ_S・Ｋ_S・Ｇ_A・Ｅ_f （１０）で与えられる。目標力は、動作パラメータ生成部５２に
よって与えられる。力制御部５３では、目標力と力覚セ
ンサに作用する力の偏差がゼロになるような指令値を算
出する。目標力ベクトルをＦ₀とすると、検出力ベクト
ルＦ_arとの偏差ベクトルｄ_Fは、ｄ_F＝Ｆ₀−Ｆ_ar （１１）となる。力制御のゲインをＧ_f（ｓ）とおくと、速度指
令ベクトルｖ_fは、ｖ_f＝Ｇ_f（ｓ）・ｄ_F （１２）となる。４）位置パターンの座標値の遂次記憶（ステッ
プＳ１４）位置データは、データ取得のサンプリング時間間隔で記
憶装置に格納される。格納されるデータは、基準座標系
上で記述されたロボット５７の先端位置の座標値であ
り、絶対位置パターンを取り込むときの第ｉサンプリン
グ時のデータは、Ｐ（ｉ）＝〔Ｐ_x(i) Ｐ_y(i) Ｐ_z(i) Ｐα(i) Ｐβ(i) Ｐγ(i) 〕（１３）で与えられ、相対位置パターンを取り込むときの第ｉサ
ンプリング時のデータは、Ｐ(i) ＝〔Ｐ_x(i) −Ｐ_0x Ｐ_y(i) −Ｐ_0y Ｐ_z(i) −Ｐ_0z Ｐα(i) −Ｐ₀α Ｐβ(i) −Ｐ₀β Ｐγ(i) −Ｐ₀γ〕（１４）で与えられる。但し、Ｐ₀＝〔Ｐ_0x Ｐ_0y Ｐ_0z Ｐ₀
α Ｐ₀β Ｐ₀γ〕はパターン獲得動作開始時の初期
位置である。（Ｂ）位置パターン再生動作前述したように、位置パターン再生時には、１）記憶した位置パターンをメモリ上にセット２）位置パターン再生動作の処理が行われる。以下、各処理の詳細について説明す
る。１）位置パターンのセット（ステップＳ２１）位置パターンの再生動作を実行するときは、先ず、記憶
装置に記憶されている位置パターンを制御コントローラ
内のメモリ６０にセットする。位置パターンの値を記憶
装置から直接読み込まず、一度、メモリ６０上にセット
するのは、位置サーボ系が動作している最中に記憶装置
を直接アクセスすると、データを転送する時間を要する
ため、１サイクルの処理がサンプリング時間内に終了し
ない場合があるためである。位置パターンをメモリ６０
上にセットする際には、後述するようなパターンの正当
性のチェックを行う。尚、同じ位置パターンを何度も再
生する場合は、データを記憶装置から読み込んでメモリ
６０にセットする処理と、パターンの正当性をチェック
する処理は不要となるので、位置パターン再生動作コマ
ンドのオプションでこれらの処理を行わないように指定
する。位置パターンが記憶装置から読み込まれるとき
に、以下に挙げる項目についてデータをチェックする。ａ）記憶装置中の軸数記憶装置中のデータが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、α軸、β
軸、及びγ軸のデータを備えているかをチェックする。ｂ）データ数記憶装置中の位置パターンデータの数が、メモリ容量を
超過しないかどうかをチェックする。ｃ）位置パターンの種類位置パターンが絶対位置であるか相対位置であるかによ
ってメモリ６０にセットする値を変える。位置パターン
が絶対位置であれば、記憶装置のデータをそのままメモ
リ６０にセットする。また、位置パターンが相対位置で
あれば、ロボット５７の現在位置を読み込み、読み込ん
だ位置と記憶装置の位置パターンの和をメモリにセット
する。ｄ）ロボット５７の現在位置とパターンの先頭データと
の比較ロボット５７の現在位置が、位置パターンの先頭データ
の位置と一致しているかどうかをチェックする。ｅ）位置パターンによる動作範囲位置パターンで辿る動作軌跡が可動範囲内にあるかどう
かをチェックする。これは、位置パターンが相対位置の
ときに問題となる。ｆ）最大速度、加速度記憶装置中の位置パターンを描くために必要な動作速
度、加速度がロボット５７の最大動作速度ｖ_max、最大
動作加速度ａ_maxを超過しないかどうかのチェックを行
う。チェックは、位置パターンの偏差とｖ_max、ａ_max
を比較して行う。つまり、第ｉサンプリング時の位置を
Ｐ(i) としたとき、全てのデータに対して、｜Ｐ(i+1) −Ｐ(i) ｜＜ｖ_max （１５）｜（Ｐ(i+2) −Ｐ(i+1) ）−（Ｐ(i+1) −Ｐ(i) ）｜＜ａ_max （１６）を満たせばよい。

【００９５】以上の動作は、位置パターン生成部６１で
行う。２）位置パターン再生動作位置パターン再生動作の処理プログラムでは、メモリ６
０の位置パターンから各サンプリング時の目標位置を読
み込んで速度指令を生成し、位置サーボ系へ指令する。
速度指令は、次のように算出される。先頭から第ｉ番目
にある位置パターンの位置ベクトルをＰ(i) 、位置パタ
ーン取得サンプリング時間をｔ_aとおく。位置パターン
再生動作中の第ｉサイクルでの速度指令ベクトルｖ
_oa(i) は、ｖ_oa(i) ＝（Ｐ(i+1) −Ｐ(i) ）／ｔ_a （１７）で求められる。尚、サーボ系のサンプリング時間と、位
置パターンを取得した時のサンプリング時間が異なる場
合には、上式の計算を時間ｔ_a間隔で行う。位置パター
ン再生動作を行う時は、目標位置パターンが基準座標系
上で記述されているので、ロボット５７の作業座標系
を、基準座標系に一致させる。従って、作業座標系の各
座標軸の単位ベクトルｎ_w、ｏ_w、ａ_wは、

【００９６】

【数２】となる。位置サーボ系では、位置パターン再生処理プロ
グラムで算出された速度指令と、現サンプリング時の目
標到達位置と現在位置との位置ずれをゼロにするための
速度指令の和を計算して、モータへ与える。位置パター
ン再生動作開始時のロボット５７の位置ベクトルが
Ｐ_er、ロボット５７の現在の位置がＰ_arであるとする。

【００９７】位置Ｐ_erを基準にした相対目標移動量ｖ
_0int(t) は、ｖ_0int(t) ＝∫ｖ_0a・dt （１９）で与えられるので、位置の偏差ベクトルｄ_pは、ｄ_p＝（Ｐ_er＋ｖ_0int）−Ｐ_ar （２０）で求められる。また、位置の積分偏差ベクトルｄ
_pintは、ｄ_0int＝∫ｄ_p・dt （２１）である。従って、位置の比例ゲインをｇ_pp、積分ゲイン
をｇ_piとおくと、モータへの速度指令ｖ_kは、ｖ_p＝ｇ_pp・ｄ_p＋ｇ_pi・ｄ_pint （２２）となる。（Ｃ）ハイブリッド制御直交するそれぞれの制御方向の目標力、目標位置を与え
る。上記した力制御部５３、及び位置制御部５５で行っ
た処理と同様の処理を行って、速度指令ｖ_f、ｖ_pを算
出する。力制御、位置制御を行う制御軸がどの方向かを
示す選択行列Ｓ _f、Ｓ_pによって、速度指令ｖ_f、ｖ_p
から力制御速度指令、位置制御速度指令を抽出する。Ｓ
_f、Ｓ_pは、動作パラメータ生成部５２から与えられ
る。

【００９８】例えば、Ｘ軸方向と、Ｚ軸の回転軸方向に
力制御を行って、その他の軸は位置制御を行うとき、Ｓ
_f、Ｓ_pは、次のように与えられる。

【００９９】

【数３】

【０１００】

【数４】ハイブリッド制御部５４で生成される速度指令はｖ
_hは、ｖ_h＝Ｓ_f・ｖ_f＋Ｓ_p・ｖ_p （２５）のように与えられる。（Ｄ）位置パターン再生動作の動作例上述の位置パターン再生動作を用いて、コインロック動
作を行ったときの動作例を示す。図１４及び図１５は、
位置パターン獲得動作によって獲得した位置パターン
と、位置パターン再生動作によって実際に移動した軌跡
を重合わせてプロットしたものである。図１４（ａ）は
ｘ方向、図１４（ｂ）はｙ方向、図１５（ａ）はｚ方
向、図１５（ｂ）はθ方向をそれぞれ示す。獲得した位
置パターンと実軌跡との偏差は数十μｍ以下であり、良
好な追従特性を示している。（Ｅ）位置パターンの高速再生記憶装置に格納されている位置パターンを数個おきにメ
モリ６０にセットして位置パターン再生動作を行うこと
で、位置パターンを教示した時の動作スピードに対し
て、整数倍の速さで位置パターンを再生できる。再生速
度をｎ倍にする時、記憶装置中の位置パターンからメモ
リ６０上に位置パターンを生成する方法は、図１３に示
すようにして行われる。また、図１６及び図１７は、再
生速度を２倍にしてコインロック動作を行った時の動作
軌跡の時間応答を示す。図１６（ａ）はｘ方向、図１６
（ｂ）はｙ方向、図１７（ａ）はｚ方向、図１７（ｂ）
はθ方向をそれぞれ示す。尚、実線表示は再生速度が１
倍、破線表示は再生速度が２倍のものを示す。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１、第
２、第３、第４、及び第５の特徴のロボット制御装置に
よれば、ロボットを制御する動作手順を、予め手順化さ
れている教示手順に従って、例えば教示点の一部を人手
（直接教示法）により求め、残部を制御手段によりロボ
ットを実際に動作させて自動的に求め、この求めた教示
点と所定の汎用手順との組み合わせにより構成すること
としたので、力を利用した動作を行う場合の目標位置等
を教示することができ、複雑な動作を伴う耐久試験を行
うことができ、教示動作自体の手続き化を容易に行うこ
とができ、結果として、多品種の耐久試験を行う場合の
作業効率を高めることの可能なロボット制御装置を提供
することができる。

【０１０２】また、動作手順にロボットが作業中の力及
びまたは位置に関する情報を収集するステップを含める
ことにより、耐久試験を行っている時の力に関する特性
を調べることができ、力に関するデータを基に疲労判定
を行うことができる。

【０１０３】また、本発明の第６、第７、第８、第９、
及び第１０の特徴のロボット制御装置によれば、ロボッ
トが力制御で行った動作を基にデータを作成するため、
拘束条件下での軌跡を求めることができ、作業速度を任
意に設定できるため、教示動作を一回行うだけで、作業
速度を様々に変化させたい時の特性を調べることがで
き、異なるサンプルで測定した結果を相互に比較するこ
とが可能となり、結果として、耐久試験装置としての機
能を高める、且つ測定を効率的に行うことの可能なロボ
ット制御装置を提供することができる。

【０１０４】また、本発明の第１１、第１２、及び第１
３の特徴のロボット制御装置によれば、部材の位置及び
ロボットの動作軌道を力制御動作によって自動的に獲得
し、繰り返し動作を行う時は、力制御動作で獲得した動
作軌道の位置パターンをｎ個（ｎは正の整数）置きに再
生して動作制御を行うので、高速で安定した軌道を描く
ことの可能なロボット制御装置を提供することができ
る。

【０１０５】更に、作業シーケンスで必要な位置及び動
作軌道をロボットが自動的に獲得できるため、ロボット
への作業教示が簡単になり、作業を繰り返して行う際、
位置制御動作で作業を行うため、毎回行う動作の軌跡を
同じ軌跡とすることができ、動作速度も高速にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（請求項１〜５）の原理説明図である。

【図２】本発明の第１実施例に係るロボット制御装置の
構成図である。

【図３】コイン、コイン用ジグ、及びコイン置場の構造
図である。

【図４】第１実施例の教示動作の説明図である。

【図５】コイン置き場とコイン用ジグとの位置関係を上
から見た説明図であり、図５（ａ）は目標位置をコイン
置場１２の真ん中とした場合、図５（ｂ）は目標位置を
位置Ｐｃ３に指定した場合である。

【図６】コイン及びコインロックの位置関係説明図であ
り、図６（ａ）はコインをコインロックに当てた状態、
図６（ｂ）はコインロックをコインにより回転させてい
る状態、図６（ｃ）はコインロックが解除された状態で
ある。

【図７】本発明（請求項６〜１０）の原理説明図であ
る。

【図８】接線ベクトルの説明図である。

【図９】コインロック機構のロック／アンロック動作の
説明図である。

【図１０】第２実施例の速度曲線を説明する図である。

【図１１】本発明の第３実施例に係るロボット制御装置
の構成図である。

【図１２】第３実施例の動作の説明図であり、図１２
（ａ）は位置パターン獲得動作の処理概要、図１２
（ｂ）は位置パターン再生動作の処理概要の説明図であ
る。

【図１３】第３実施例の高速再生時の位置パターンの設
定状態を説明する図である。

【図１４】位置パターン再生動作時のコインロック動作
におけるロボット移動量の特性図であり、図１４（ａ）
はｘ方向、図１４（ｂ）はｙ方向をそれぞれ示す。

【図１５】位置パターン再生動作時のコインロック動作
におけるロボット移動量の特性図であり、図１５（ａ）
はｚ方向、図１５（ｂ）はθ方向をそれぞれ示す。

【図１６】位置パターン再生動作時（再生速度＝２倍）
のコインロック動作におけるロボット移動量の特性図で
あり、図１６（ａ）はｘ方向、図１６（ｂ）はｙ方向を
それぞれ示す。

【図１７】位置パターン再生動作時（再生速度＝２倍）
のコインロック動作におけるロボット移動量の特性図で
あり、図１７（ａ）はｚ方向、図１７（ｂ）はθ方向を
それぞれ示す。

【図１８】第１従来例（ロボットを利用した耐久試験）
の説明図である。

【図１９】力制御動作を行うロボット制御装置（第２従
来例）の構成図である。

【図２０】コインロック動作時のロボット移動量の特性
図であり、図２０（ａ）はｘ方向、図２０（ｂ）はｙ方
向をそれぞれ示す。

【図２１】コインロック動作時のロボット移動量の特性
図であり、図２１（ａ）はｚ方向、図２１（ｂ）はθ方
向をそれぞれ示す。

【符号の説明】

１…（直交座標型）ロボット，（制御対象）２…（６軸）力センサ，（力検出手段）３…（把持センサ付き）ハンド４…被測定物，作業対象の部材１０…コイン１１…コイン用ジグ１２…コイン置場２１…コインロックＳＴ…教示手順ＳＢ…動作手順ＳＧ…汎用手順Ｐ…教示点Ｄａｔａ…測定データＣ１，Ｃ２，Ｃ３…位置Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３，Ｐｃ４…位置Ｐ１，Ｐ２…位置５１…オペレータ５７…ロボット，（制御対象）５２…動作パラメータ生成部５３…力制御部５４…ハイブリッド制御部５５…位置制御部５６…操作部５８…力検出部５９…位置検出部６０…位置パターン記憶部６１…位置パターン生成部Ｐ（0 ）〜Ｐ（last）…位置パターンデータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象のロボット（１）と、前記ロボ
ット（１）の作業対象に対する力を検出する力検出手段
（２）とを有するロボット制御装置であって、前記ロボット（１）を制御する動作手順（ＳＢ）は、予
め手順化されている教示手順（ＳＴ）に従って求めた教
示点（Ｐ）と、所定の汎用手順（ＳＧ）との組み合わせ
により構成されることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】予め手順化されている教示手順（ＳＴ）
に従って前記教示点（Ｐ）を求める方法は、前記教示点
（Ｐ）の一部を人手により求め、残部を制御手段により
自動的に求めることを特徴とする請求項１に記載のロボ
ット制御装置。
【請求項３】予め手順化されている教示手順（ＳＴ）
に従って前記教示点（Ｐ）を人手により求める方法は、
人が加えた力の方向に前記ロボット（１）が移動するこ
とにより行われることを特徴とする請求項２に記載のロ
ボット制御装置。
【請求項４】予め手順化されている教示手順（ＳＴ）
に従って前記教示点（Ｐ）を制御手段により自動的に求
める方法は、前記ロボット（１）を実際に動作させるこ
とにより行われることを特徴とする請求項２に記載のロ
ボット制御装置。
【請求項５】前記動作手順（ＳＢ）には、前記ロボッ
ト（１）が作業中の力及びまたは位置に関する情報を収
集するステップが含まれることを特徴とする請求項１、
２、３、または４に記載のロボット制御装置。
【請求項６】制御対象のロボット（１）と、前記ロボ
ット（１）の作業対象に対する力を検出する力検出手段
（２）とを有するロボット制御装置であって、前記ロボット（１）を力制御で作業させてその時の動作
経路を記憶した後、該記憶した動作経路に沿って前記ロ
ボット（１）を動作させる際に、該動作速度を任意に設
定する制御手段を有することを特徴とするロボット制御
装置。
【請求項７】前記制御手段は、前記記憶した動作経路
の情報を、測定時の時間の関数として表現することを特
徴とする請求項６に記載のロボット制御装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記記憶した動作経路
の情報を、測定時の時間の関数としてスプライン関数で
平滑化処理することを特徴とする請求項６または７に記
載のロボット制御装置。
【請求項９】前記制御手段は、前記記憶した動作経路
に沿って前記ロボット（１）を動作させる際に、速度の
向きを該動作経路の接線方向に向くよう設定することを
特徴とする請求項６、７、または８に記載のロボット制
御装置。
【請求項１０】前記制御手段は、前記記憶した動作経
路に沿って前記ロボット（１）を動作させる際に、特定
の軸方向の速度を与えられた速度パターンに一致させ、
残りの軸方向の速度を該動作経路を表す関数から求める
ことを特徴とする請求項６、７、または８に記載のロボ
ット制御装置。
【請求項１１】制御対象のロボット（５７）と、前記ロボット（５７）を作動させる操作部（５６）と、前記ロボット（５７）が受ける力を制御する力制御部
（５３）と、前記ロボット（５７）の先端位置を制御する位置制御部
（５５）と、前記ロボット（５７）のある方向に対しては力制御を、
他の方向に対しては位置制御を行うハイブリッド制御部
（５４）と、前記ロボット（５７）の先端位置の位置情報を保持する
位置パターン記憶部（６０）と、前記力制御部（５３）、位置制御部（５５）、及びハイ
ブリッド制御部（５４）に対する動作指令を発生する動
作パラメータ生成部（５２）とを有し、前記動作パラメータ生成部（５２）は、動作中のロボッ
ト（５７）の位置パターンを前記位置パターン記憶部
（６０）に保持し、前記位置パターン記憶部（６０）か
ら動作軌道の位置パターンをｎ個（ｎは０以上の正整
数）置きに再生して前記ロボット（５７）の動作制御を
行うことを特徴とするロボット制御装置。
【請求項１２】前記動作パラメータ生成部（５２）
は、前記力制御部（５３）により制御中のロボット（５
７）の位置パターンを前記位置パターン記憶部（６０）
に保持し、前記位置パターン記憶部（６０）から動作軌
道の位置パターンをｎ個（ｎは０以上の正整数）置きに
再生して前記ロボット（５７）の位置制御を行うことを
特徴とする請求項１１に記載のロボット制御装置。
【請求項１３】前記動作パラメータ生成部（５２）
は、前記ハイブリッド制御部（５４）により制御中のロ
ボット（５７）の位置パターンを前記位置パターン記憶
部（６０）に保持し、前記位置パターン記憶部（６０）
から動作軌道の位置パターンをｎ個（ｎは０以上の正整
数）置きに再生して前記ロボット（５７）の位置制御を
行うことを特徴とする請求項１１に記載のロボット制御
装置。