JPWO2012101955A1 - ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路 - Google Patents

Abstract

協調搬送又はダイレクトティーチングなどの作業を行う際のロボットアームに対する操作性を改善可能なロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路を提供する。ロボットアーム（１００）に取り付けられた手先効果部（１０２）と分離した構造をしている把持部（１０３）を備え、前記把持部を人が把持し移動させると、それに追従して追従制御部により移動する。「再生モード」に切り替えたとき、固定部（１００１）を固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の隙間の間隔を維持する固定状態と、「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに切り替える固定切替部を有する。

Description

本発明は、ロボットの動作を生成し、教示又は協調搬送などの所望の作業を行うためのロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボットアームの制御装置を有するロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路に関する。

近年、製造現場では多品種少量生産のためモデルチェンジが頻繁に起こる。セル生産が盛んに行われている近年の製造現場において、ネジ締め作業若しくは部品の嵌合作業、装着作業、フレキシブル基板などの挿入作業、又は、研磨作業などをロボットにより自動化するためには、多種多様な部品又は作業手順に柔軟に対応する必要がある。部品が変わるごとに組み立てる位置又は向きなどが変わり、作業を行う順番も変わるので、それらの変化に対応する必要がある。また、フレキシブル基板の挿入作業などのように柔軟物を取り扱う作業などは、作業が複雑であり、依然として人手中心で行っている。人は、柔軟物が対象物に接触し、柔軟物がたわむ際の手に伝わる反力によって、柔軟物のたわみ具合又は位置を推測し、それによって、複雑な作業を行うことができる。

これに対して、ロボットにおいては、試行ごとにたわみ方又は位置などが変わる柔軟物の力情報又は位置情報を定式化できないため、得られる反力に応じた複雑な作業を行うことは非常に困難である。以上の問題を解決し、そのような人手中心で行っている作業をロボットにより自動化する需要は大きい。

そこで、従来、ティーチングペンダント又はプログラミングを用いて、ロボットに作業を教示する方法が用いられている。しかしながら、それらの方法により教示を行うと、教示工数が非常に増える。また、ロボットの複数の関節を同時に動かすような、複雑な動きが必要な作業は、教示できないこともある。

以上のように、ティーチングペンダント又はプログラミングを用いる方法では限界がある。

このため、従来は、ロボットを触って教示するダイレクトティーチングを用いて簡単に教示する方法が用いられている。ダイレクトティーチングでは、直感的な操作ができること、又は、ロボットが対象物に接触した際に、物理的な反力を作業する人が感じることによって、反力に応じた操作ができることなどの長所がある。一方で、ロボット自体が重い場合は、人がロボットを支えることができずロボットの操作ができないこと、又は、ロボット自体が重いためロボットが対象物に接触した際の物理的な反力を人が感じられないこと、などの短所も併せ持つ。このように操作性が悪いロボットに対して教示を行う際に、そのロボットの操作性を改善することは非常に重要である。

ダイレクトティーチングに関して、第１のロボットアームの手先先端部にバネで取り付けられた第２のロボットアームを持つ構成が考えられている。２つのロボットアームを持つ構成をすることによって、従来の１つのロボットアームのみの構成と比較して、より精密なダイレクトティーチングを可能とする(特許文献１参照）。

また、保持部材の動きを水平方向に限定し、外部環境（保持している対象物の変位量又は力情報）を検出しインピーダンス制御を行うことによって、比較的重い対象物を保持した場合においても小さな力で保持部材を変位させることができる方法が用いられている(特許文献２参照）。

一方で、製品の運搬作業又は重い部品の嵌合作業において、ティーチングペンダント又はプログラミングを用いる方法では複雑であるためにロボットでは実現できない場合、二人の作業者によって作業が行われていた。そのような作業を、ロボットを用いて、作業者の労力を軽減することは非常に望まれている。このような作業を自動化する場合、ダイレクトティーチングでは、製品が重くて作業者がロボットに教示することができない。そこで、ロボットが把持した重い製品を作業者と協調して運搬する協調搬送という方法を用いる。

協調搬送に関して、小さい操作力で協調搬送できるようにロボットにアシスト力を発生させることが考えられている。このアシスト力の値は、以下のようにして求める。すなわち、ロボットの関節角度と、手先位置と、ロボットと協調作業する作業者が対象物に加える力とをそれぞれ検出し、それらの値より作業者の手先粘性係数と、弾性係数と、作業者の手先自然長位置とをそれぞれ推定し、それらの値に基づいて、アシスト力の値を求める（特許文献３参照）。

なお、物を運ぶときのパワーアシスト搬送において、人が把持する部分と搬送する部分との間にフローティング機構を有し、フローティング機構の変位量に応じてアシスト搬送を制御するものが開示されている（特許文献４参照）。

特開平４−１６４５８４号公報 特開２００６−２４７７８７号公報 特開２００７−７６８０７号公報 特開２００５−１９３３４０号公報

特許文献１においては、手先の先端部に取り付けられたロボットアームはバネで取り付けられているため、バネの弾性力の影響を受けるので、操作性に課題が残る。また、第２のロボットアームと第１のロボットアームが連動して動かないため、作業領域の広い作業を行う場合には、第１のロボットアームを動かした後に第２のロボットアームを動かさなければならないので、作業工数が増えてしまう。

特許文献２においては、保持部材の動きは水平方向にのみ限定されており、他の方向には動かすことが困難である。また、保持部材とロボットアームは接触しており、保持部材の重力又は接触の摩擦力の影響を受けるので、操作性に課題が残る。

特許文献３においては、ロボットがアシスト力を発生しているものの、推定値の誤差によって対象物又はロボットの重さを人が感じることとなり、操作性の課題が残る。また、力センサを用いる必要があり、大きなコストがかかってしまう。

特許文献４においては、パワーアシストに関する教示のみが開示されており、教示したのち、切り替えて、再生を行う再生モードについては全く開示されていない。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、協調搬送、又は、ダイレクトティーチングなどの作業を行う際のロボットアームに対する操作性を改善することができ、ロボットアームを容易に動かすことができる、ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御装置であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を求める追従制御部と、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動制御する制御部とを備えるとともに、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定部と、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つに切り替えるモード切替部と、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに切り替える固定切替部と、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を取得する手先位置情報取得部と、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を生成する目標軌道生成部とを有し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御する、ロボットアームの制御装置を提供する。

本発明の別の態様によれば、前記態様に記載の前記ロボットアームと前記ロボットアームの制御装置とを備えるロボットを提供する。

本発明のまた別の態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御方法であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの制御方法を提供する。

本発明のまた別の態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御プログラムであって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得するステップと、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求めるステップと、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御するステップと、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持するステップと、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替えるステップと、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替えるステップと、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得するステップと、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成するステップと、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するステップとをコンピュータに実行させるための、ロボットアームの制御プログラムを提供する。

本発明のさらに別の態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの集積電子回路であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの集積電子回路を提供する。

本発明のロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路によれば、ロボットアーム本体に取り付けられた手先効果部と人が把持する把持部とが機構的に分離しており、人が把持部を操作することによってロボットアームを操作することができる。その結果、操作時に、把持部に対するロボットアーム本体の慣性の影響を除去でき、操作性を非常に良くすることができる。

また、把持部に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部をさらに備えれば、接触を伴う作業を行う場合において、接触時の反力を把持部を介して人が感じやすくすることもできる。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図１は、本発の第１実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサとの構成図であり、 図２Ａは、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサとの平面図であり、 図２Ｂは、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサとを示す図２Ａ中のＡ−Ａ線の断面図であり、 図２Ｃは、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサとを示す図２Ａ中のＢ−Ｂ線の断面図であり、 図３Ａは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部と、把持部と、相対位置センサとの断面図であり、 図３Ｂは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｃは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｄは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｅは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｆは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｇは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｈは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｉは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｊは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの断面図であり、 図３Ｋは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの平面図であり、 図３Ｌは、本発明の第１実施形態のロボットにおける落下時の手先効果部、把持部、相対位置センサの平面図であり、 図４Ａは、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部、把持部、相対位置センサ、緩衝材の平面図であり、 図４Ｂは、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部、把持部、緩衝材の側面図であり、 図４Ｃは、本発明の第１実施形態のロボットにおける接触時の手先効果部、把持部、相対位置センサ、緩衝材の平面図であり、 図４Ｄは、本発明の第１実施形態のロボットにおける接触時の手先効果部、把持部、緩衝材の側面図であり、 図５は、本発明の第１実施形態のロボットにおける手先効果部、把持部、相対位置センサの図１と異なる構成図であり、 図６は、本発明の第１実施形態のロボットにおけるロボットアームのブロック図であり、 図７は、本発明の第１実施形態のロボットにおけるロボットアームの説明図であり、 図８Ａは、本発明の第１実施形態のロボットにおけるロボットアームを用いた協調搬送の説明図であり、 図８Ｂは、本発明の第１実施形態のロボットにおけるロボットアームを用いた協調搬送の説明図であり、 図８Ｃは、本発明の第１実施形態のロボットにおけるロボットアームを用いた協調搬送の説明図であり、 図９は、本発明の第１実施形態のロボットにおける相対位置情報を取得してから追従制御を行うまでの処理の流れを示すフローチャートであり、 図１０Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が固定位置に位置している状態の平面図であり、 図１０Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が固定位置に位置している状態の図１０Ａ中のＡ−Ａ線の断面図であり、 図１０Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が固定位置に位置している状態の図１０Ａ中のＢ−Ｂ線の断面図であり、 図１０Ｄは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、固定部とを示し、各固定部が固定位置に位置している状態の図１０Ｂ中のＣ−Ｃ線の断面図であり、 図１０Ｅは、本発明の第２実施形態のロボットにおける把持部と、固定部とを示し、各固定部が固定位置に位置している状態の側面図であり、 図１０Ｆは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、固定部とを示し、各固定部が収納位置に位置している状態の断面図であり、 図１０Ｇは、本発明の第２実施形態のロボットにおける把持部と、固定部とを示し、各固定部が収納位置に位置している状態の側面図であり、 図１１Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が収納位置に位置している状態の平面図であり、 図１１Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が収納位置に位置している状態の断面図であり、 図１１Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部と、把持部と、相対位置センサと、固定部とを示し、各固定部が収納位置に位置している状態の断面図であり、 図１２は、本発明の第２実施形態のロボットにおけるロボットアームのブロック図であり、 図１３Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台の説明図であり、 図１３Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台の説明図であり、 図１３Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台の説明図であり、 図１３Ｄは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台の説明図であり、 図１４Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台を用いた固定部の切り替えの説明図であり、 図１４Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台を用いた固定部の切り替えの説明図であり、 図１４Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台を用いた固定部の切り替えの説明図であり、 図１４Ｄは、本発明の第２実施形態のロボットにおける設置台を用いた固定部の切り替えの説明図であり、 図１５Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の教示動作の説明図であり、 図１５Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の教示動作の説明図であり、 図１５Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の教示動作の説明図であり、 図１５Ｄは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の再生動作の説明図であり、 図１６Ａは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の再生動作の説明図であり、 図１６Ｂは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の再生動作の説明図であり、 図１６Ｃは、本発明の第２実施形態のロボットにおける鍋のかき混ぜ作業の再生動作の説明図であり、 図１７は、本発明の第２実施形態のロボットにおける相対位置情報、手先位置情報を取得してから追従制御、手先位置制御を行うまでの処理の流れを示すフローチャートであり、 図１８は、本発明の第３実施形態のロボットにおけるロボットアームの説明図であって、図１８の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の第３実施形態のロボットにおけるロボットアームの可動範囲の説明図、ロボットアームの教示動作時の可動範囲の説明図、ロボットアームの再生動作時の可動範囲の説明図であり、 図１９は、本発明の第３実施形態のロボットにおけるロボットアームのブロック図であり、 図２０は、本発明の第３実施形態のロボットにおけるロボットアームの制限領域を導出する説明図であり、 図２１は、本発明の第３実施形態のロボットにおける相対位置情報、手先位置情報を取得してから追従制御、手先位置制御を行うまでの処理の流れを示すフローチャートであり、 図２２は、本発明の第４実施形態のロボットにおける手先効果部、把持部、相対位置センサ、ハンド、力センサの構成図であり、 図２３は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのブロック図であり、 図２４Ａは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｂは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｃは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｄは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｅは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｆは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｇは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２４Ｈは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作の説明図であり、 図２５は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の教示動作時の力情報と速度情報の図であり、 図２６Ａは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｂは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｃは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｄは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｅは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｆは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｇは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２６Ｈは、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作の説明図であり、 図２７は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるロボットアームのフレキシブル基板挿入作業の再生動作時の力情報の図であり、 図２８は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるセンサフィードバックの説明図であり、 図２９は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるセンサフィードバック使用時の軌跡の説明図であり、 図３０は、本発明の第４実施形態のロボットにおける相対位置情報、力情報、手先位置情報を取得してから追従制御、手先位置制御を行うまでの処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。

本発明の第１態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御装置であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を求める追従制御部と、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動制御する制御部とを備えるとともに、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定部と、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つに切り替えるモード切替部と、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに切り替える固定切替部と、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を取得する手先位置情報取得部と、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を生成する目標軌道生成部とを有し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御する、ロボットアームの制御装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記ロボットアームの可動領域を取得する可動領域取得部と、
前記可動領域取得部で取得した前記可動領域と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて、前記可動領域よりも狭い制限領域を導出する可動領域制限部をさらに備え、
前記制御部は、前記「教示モード」のとき、前記可動領域制限部で導出された前記制限領域のみでしか可動しないように前記ロボットアームに制限をかけるように制御する第１の態様に記載のロボットアームの制御装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記把持部に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部をさらに備え、
前記制御部は、前記力情報取得部で取得する前記力情報を基に、前記人と前記把持部との間での接触を伴う作業の教示及び再生を可能とするように前記ロボットアームを制御する第１の態様に記載のロボットアームの制御装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記制御部は、
前記「教示モード」のとき、前記目標軌道生成部で生成した前記目標軌道と前記力情報取得部で取得した前記力情報とに基づいてセンサフィードバック則を生成し、
前記「再生モード」のとき、前記目標軌道と、前記再生モード時に前記力情報取得部で取得する前記力情報と、前記生成したセンサフィードバック則とに基づいて前記ロボットアームを動作制御する第３の態様に記載のロボットアームの制御装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の前記ロボットアームと前記ロボットアームの制御装置とを備えるロボットを提供する。

本発明の第６態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御方法であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの制御方法を提供する。

本発明の第７態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御プログラムであって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得するステップと、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求めるステップと、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御するステップと、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持するステップと、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替えるステップと、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替えるステップと、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得するステップと、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成するステップと、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するステップとをコンピュータに実行させるための、ロボットアームの制御プログラムを提供する。

本発明の第８態様によれば、人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの集積電子回路であって、
前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの集積電子回路を提供する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における、ロボットアーム１００を含むロボット６０１を示す。ロボットアーム１００は、ロボットアーム１００の本体の一例であるマニピュレータ１０１と、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４とを備える。ここで、ロボット６０１は、ロボットアーム１００と、ロボットアームの制御装置６０２とで構成されている。

マニピュレータ１０１は、複数の多関節機構を有し、複数の関節軸（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ）を中心に各リンク１０１ｄ、１０１ｅが回転駆動する。マニピュレータ１０１の手先には、手先効果部１０２が取り付けられている。

手先効果部１０２は、複数の相対位置センサ１０４を内蔵しており、複数の相対位置センサ１０４により、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置（すなわち、相対位置の情報、言い換えれば、測定値又は計測値）を測定する機能を有する。手先効果部１０２は、マニピュレータ１０１の手先に、位置が変わらないように固定されており、固定された位置からの把持部１０３の相対位置を測定する。本第１実施形態では、６個の相対センサ１０４を用いて、相対位置を測定する（詳細については後述する）。

把持部１０３は、人が作業を行う際に手で把持するための部分であり、手先効果部１０２と分離した構造となっている。

相対位置センサ１０４は、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置を検出するセンサである。ここでは、相対位置センサ１０４の一例として、６個の相対センサ１０４を用いる（詳細については後述する）。

以下、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４とについて図２Ａ〜図２Ｃを用いて詳しく説明する。

図２Ａは、平面が正方形の直方体状の手先効果部１０２と、四角形の箱体状の把持部１０３と、相対位置センサ１０４との平面図であり、図２Ａの表面にマニピュレータ１０１の手先が連結される。図２Ｂは、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４との図２Ａ中のＡ−Ａ線の断面図であり、矢印２Ｂから見た断面図である。図２Ｃは、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４との図２Ａ中のＢ−Ｂ線の断面図であり、矢印２Ｃから見た断面図である。

なお、第１実施形態では、手先効果部１０２の形状は、図２に示す形状をしているが、長方形、多角形、若しくは、円形の平面を有する柱状の物体、又は、球体など、いかなる形状も可能である。

把持部１０３は、四角形の底面部１０３ａと、底面部１０３ａの各辺より立設した４個の四角形の側面部１０３ｂと、各側面部１０３ｂの中央部の上面に内向きに突出した脱落防止部材の一例としての突起部１０３ｃとを備える四角形の箱体状で構成されている。把持部１０３の内側には、底面部１０３ａと４個の側面部１０３ｂとにより、凹空間１０３ｄを有する箱形状を形成する。凹空間１０３ｄは、所定の隙間（空間）９０を有して手先効果部１０２を内部に配置できる空間を形成する。よって、底面部１０３ａと４個の側面部１０３ｂと４個の突起部１０３ｃとのそれぞれと手先効果部１０２のそれぞれ対向する面との間に、それぞれ隙間９０を保持可能としている。

突起部１０３ｃは、各側面部１０３ｂの底面部１０３ａと対向する部分に設けられた板部材であり、凹空間１０３ｄの内部に配置した手先効果部１０２が、図３Ａに示すように箱形状内部の凹空間１０３ｄから飛び出るのを防止する脱落防止部材の一例として機能する。

把持部１０３は、手先効果部１０２と分離した構造であり、手先効果部１０２とは別部材で構成されている。なお、把持部１０３の形状は、図２Ａ〜図２Ｃに示す形状をしているが、長方形、多角形、若しくは、円形の平面を有する箱状の物体、又は、球体など、いかなる形状も可能である。

各空間９０（幅Δｘ〜Δγ）について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。

ここでは、図２Ａの横方向をｘ軸方向とし、縦方向をｙ軸方向とし、図２Ｂ及び図２Ｃの縦方向をｚ軸方向と定義している。すると、隙間９０のｘ軸方向の幅Δｘは、ｘ軸方向と直交するｙ軸方向沿いにそれぞれ配置されている、手先効果部１０２の側面部１０２ｂと把持部１０３の側面部１０３ｂとのｘ軸方向の隙間の間隔を示す。隙間９０のｙ軸方向の幅Δｙは、ｘ軸方向沿いにそれぞれ配置されている、手先効果部１０２の正面部１０２ａ又は裏面部１０２ｅと把持部１０３の側面部１０３ｂとのｙ軸方向の隙間の間隔を示す。隙間９０のｚ軸方向の幅Δｚは、ｚ軸方向と直交する方向沿いにそれぞれ配置されている、手先効果部１０２の底面部１０２ｃと把持部１０３の底面部１０３ａとのｚ軸方向の隙間の間隔を示す。隙間９０のα方向の幅Δαは、手先効果部１０２の底面部１０２ｃと把持部１０３の底面部１０３ａとのｘ軸まわりの回転方向αの隙間の間隔を示す。隙間９０のβ方向の幅Δβは、手先効果部１０２の底面部１０２ｃと把持部１０３の底面部１０３ａとのｙ軸まわりの回転方向βの隙間の間隔を示す。隙間９０のγ方向の幅Δγは、手先効果部１０２の正面部１０２aと把持部１０３の側面部１０３ｂとのｚ軸まわりの回転方向γの隙間の間隔を示す。

ここで、各軸（ｘ〜γ）について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。ｘ軸は、手先効果部１０２の中心部１０２ｄから側面部１０２ｂに対して垂直に延びる軸であり、図２Ａ中の右方向を＋とする。ｙ軸は、手先効果部１０２の中心部１０２ｄから正面部１０２ａ又は裏面部１０２ｅに対して垂直に延びる軸であり、図２Ａ中の上方向を＋とする。ｚ軸は、手先効果部１０２の中心部１０２ｄから底面部１０２ｃに垂直に延びる軸であり、図２Ｂ中の上方向を＋とする。ｘ軸周りの回転αは、ｘ軸に対して右手の法則を適用させる。ｙ軸周りの回転βは、ｙ軸に対して右手の法則を適用させる。ｚ軸周りの回転γは、ｚ軸に対して右手の法則を適用させる。

図２Ａ〜図２Ｃの状態における手先効果部１０２と把持部１０３との間の隙間９０の間隔（ギャップ）Δｘ、Δｙ、Δｚは、それぞれ、具体的な一例として３ｍｍとなっており、その隙間分だけ把持部１０３をｘ軸方向、ｙ軸方向、又は、ｚ軸方向にそれぞれ動かすことができる。したがって、図２Ａ〜図２Ｃの状態においては、把持部１０３の可動範囲（手先効果部１０２と分離した範囲）は、ｘ、ｙ、ｚ軸に対して±３ｍｍとなる。また、把持部１０３の回転の可動範囲（Δα、Δβ、Δγ）は、α、β、γ方向に対して、それぞれ、一例として±３／１００ラジアンとなっている。把持部１０３の形状に関しては、手先効果部１０２と同様にいかなる形状も可能である。

また、把持部１０３を人が把持しない場合においても把持部１０３が手先効果部１０２から落下しないように、図２Ａ〜図２Ｃに示すように把持部１０３の４個の突起部１０３ｃが手先効果部１０２を囲む若しくは引っかかる形状となっているので、どの方向を向いても手先効果部１０２から落下しない構造となっている（図３Ａ〜図３Ｆ参照）。すなわち、図３Ａは、把持部１０３が手先効果部１０２に対して最も下方の位置に移動した場合に、４個の突起部１０３ｃが手先効果部１０２の上面１０２ｆに接触して脱落防止している状態を示している。図３Ｂは、把持部１０３と手先効果部１０２との位置関係が、図３Ａの状態とは上下逆さまとなり、把持部１０３の底面部１０３ａが手先効果部１０２の底面部１０２ｃに接触している状態を示している。図３Ｃは、把持部１０３と手先効果部１０２との位置関係が、図３Ａの状態から時計方向に９０度回転した状態であり、把持部１０３の側面部１０３ｂが手先効果部１０２の側面部１０２ｂに接触している状態を示している。図３Ｄは、把持部１０３と手先効果部１０２との位置関係が、図３Ａの状態から反時計方向に９０度回転した状態であり、把持部１０３の側面部１０３ｂが手先効果部１０２の側面部１０２ｂに接触している状態を示している。図３Ｅは、把持部１０３と手先効果部１０２との位置関係が、図３Ｃの状態から左右方向の軸周りに上方向に９０度回転した状態であり、把持部１０３の側面部１０３ｂが手先効果部１０２の裏面部１０２ｅに接触している状態を示している。図３Ｆは、把持部１０３と手先効果部１０２との位置関係が、図３Ｃの状態から左右方向の軸周りに上方向に図３Ｅとは逆に９０度回転した状態であり、把持部１０３の側面部１０３ｂが手先効果部１０２の表面部１０２ａに接触している状態を示している。

また、同様に、どの方向に回転しても、把持部１０３は手先効果部１０２から落下しない構造となっている（図３Ｇ〜図３Ｌ参照）。すなわち、図３Ｇ〜図３Ｊは、手先効果部１０２の側面部１０２ｂ又は表面部１０２ａ（裏面部１０２ｅ）のいずれもが、図３Ｇ〜図３Ｊにおいて、時計方向又は反時計方向に回転しても、右側の角度部又は左側の角度部が把持部１０３の突起部１０３ｃに接触して、把持部１０３は手先効果部１０２から落下しない状態を示している。図３Ｋ〜図３Ｌは、手先効果部１０２の上面１０２ｆが、図３Ｋ〜図３Ｌにおいて、時計方向又は反時計方向に回転しても、手先効果部１０２の角度部が把持部１０３の側面部１０３ｂに接触してあまり回転しないように規制され、かつ、手先効果部１０２の各辺の一部が把持部１０３の突起部１０３ｃに接触して、把持部１０３は手先効果部１０２から落下しない状態を示している。

なお、このように、手先効果部１０２と把持部１０３とが接触する際に、衝突を和らげる緩衝材４０１を手先効果部１０２に取り付けることも可能である（図４Ａ、図４Ｂ参照）。図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、緩衝材４０１を手先効果部１０２の上下左右の各角部に取り付けた場合においても、図２Ａ〜図２Ｃで定義した隙間（Δｘ〜Δγ）の値は変わらない。図４Ｃ及び図４Ｄに緩衝材４０１と把持部１０３が接触した際の状態を示す。図４Ｃ及び図４Ｄより、緩衝材４０１を手先効果部１０２に取り付けることによって、緩衝材４０１のみが把持部１０３と接触しており、手先効果部１０２と把持部１０３とは直接接触していないことがわかる。

なお、図５に示すように、手先効果部１０２と把持部１０３との構成位置を入れ替えた構成でも使用することができる。すなわち、四角形の箱体状の手先効果部１０２Ｈの内部の空間内に平面が正方形の直方体状の把持部１０３Ｈを前記隙間と同じ隙間をあけて配置して構成することもできる。この場合、人が把持部１０３Ｈを把持しやすくするため、把持部１０３Ｈの底面部に取っ手部材１０３ｆを取り付ける必要がある。

相対位置センサ１０４は、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒを検出するセンサである。ここで、Δｒは、Δｘ〜Δγの総称を意味する。

ここで、相対位置Δｒは次式（１）により表され、各相対位置は図２Ａ〜図２Ｃに示す通りである。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、相対位置センサ１０４は手先効果部１０２に内蔵された構造になっており、具体的にはギャップセンサを用いている。すなわち、手先効果部１０２の正面部１０２ａの近傍内に、正面部１０２ａと平行にかつｘ軸方向沿いに丸棒状のギャップセンサｓ_ｘ１を配置して、ギャップセンサｓ_ｘ１の一端が手先効果部１０２の側面部１０２ｂに露出して、隙間９０のｘ軸方向の幅Δｘを計測している。手先効果部１０２の側面部１０２ｂの近傍内には、側面部１０２ｂと平行にかつｚ軸方向沿いに丸棒状のギャップセンサｓ_ｚ３を配置して、ギャップセンサｓ_ｚ３の一端が手先効果部１０２の底面部１０２ｃに露出して、隙間９０のｚ軸方向の幅Δｚを計測している。手先効果部１０２の裏面部１０２ｅの近傍内に、側面部１０２ｂと平行にかつｙ軸方向沿いにそれぞれ丸棒状の一対のギャップセンサｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２を配置して、一対のギャップセンサｓ_ｙ１、ｓ _ｙ２の各一端が手先効果部１０２の裏面部１０２ｅに露出して、隙間９０のｙ軸方向の幅Δｙをそれぞれ計測している。手先効果部１０２の裏面部１０２ｅの近傍内には、側面部１０２ｂと平行にかつｚ軸方向沿いに丸棒状の一対のギャップセンサｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３を配置して、一対のギャップセンサｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３の各一端が手先効果部１０２の底面部１０２ｃに露出して、隙間９０のｚ軸方向の幅Δｚを計測している。

よって、隙間９０のｙ軸方向の幅Δｙは、２個のギャップセンサｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２で計測された少なくとも２つの計測値ｙ_１、ｙ_２の平均を、後述する相対位置情報取得部６０７で算出して採用する。隙間９０のｚ軸方向の幅Δｚは、３個のギャップセンサｓ_ｚ１、ｓ _ｚ２、ｓ_ｚ３で計測された少なくとも３つの計測値ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３の平均を、後述する相対位置情報取得部６０７で算出して採用する。なお、隙間９０のｘ軸方向の幅Δｘは、１個のギャップセンサｓ_ｘで計測された少なくとも１つの計測値ｘ_１をそのまま採用するか、１個のギャップセンサｓ_ｘで複数回計測を行い、その平均値を、後述する相対位置情報取得部６０７で算出して採用する。幅Δｙ又は幅Δｚも、同様に、それぞれのギャップセンサで複数回計測を行い、それらの平均値をそれぞれｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３とした上で、前記した平均値を算出して採用するようにしてもよい。よって、各計測値ｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３を計算して得られた結果が幅Δｘ〜Δγとなる。

しかしながら、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒを検出する方法としては、ギャップセンサによる検出に代えて、カメラで手先効果部１０２に対する把持部１０３の画像を取得して相対位置Δｒを検出する方法など、他の方法を用いることも可能である。

ここでは、図２Ａ〜図２Ｃに示すギャップセンサを６個用いる方法について説明する。６個のギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３を図２Ａ〜図２Ｃに示すように配置し、ｘｙｚのそれぞれの軸の手先効果部１０２と把持部１０３との隙間ｇを測定する（ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３のそれぞれの計測値（測定値）ｇから相対位置Δｒを導出する方法は後述する）。なお、隙間ｇは、ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３のそれぞれの計測値ｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３の総称を意味する。ここで、隙間ｇは、次式（２）により表されて、それぞれのギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_{ｚ ２}、ｓ_ｚ３の計測値ｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３を表し、隙間ｇは図２Ａ〜図２Ｃに示す通りである。なお、各計測値ｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３だけでは回転方向が表現されていない。そこで、各計測値ｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３を用いて並進方向と回転方向を求めた結果がΔｘ〜Δγとしている。よって、各計測値ｘ_１、ｙ _１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３はギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３の計測値を表しただけのものである。それに対して、Δｘ〜Δγは各計測値を用いて並進方向と回転方向の相対位置を計算した結果、導出した値となる。

また、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ｙ軸方向のギャップセンサｓ_ｙ１−ｓ_ｙ２間の間隔ｐ_ｙ１２、ｚ軸方向のギャップセンサｓ_ｚ１−ｓ_ｚ２間の間隔ｐ_ｚ１２、ｚ軸方向のギャップセンサｓ_ｚ２−ｓ_ｚ３間の間隔ｐ_ｚ２３は１００ｍｍとする。

図６は、本発明の第１実施形態のロボット６０１におけるロボットアーム１００のブロック図を示す。図６において、ロボットアーム１００は、マニピュレータ１０１と、ロボットアーム１００の制御装置６０２とで構成されている。

ロボットアーム１００の制御装置６０２は、制御装置本体部６０３と、周辺装置６０４とで構成されている。制御装置本体部６０３は、制御部６０５と、追従制御部６０６と、相対位置情報取得部６０７とで構成されている。周辺装置６０４は、入出力ＩＦ６０８と、モータドライバ６０９とで構成されている。入出力ＩＦ６０８には、制御装置６０２での制御動作のオン・オフスイッチも含まれている。それぞれの機能について、以下に説明する。

相対位置情報取得部６０７は、入出力ＩＦ６０８から取得したギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３のそれぞれの計測値ｇを基に、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒを求める。求めた相対位置Δｒである相対位置情報を、相対位置情報取得部６０７から追従制御部６０６に出力する。ここで、ギャップセンサｓ_ｙ１−ｓ_ｙ２間の間隔と、ギャップセンサｓ_ｚ１−ｓ_ｚ２間の間隔と、ギャップセンサｓ_ｚ２−ｓ_ｚ３間の間隔とをそれぞれｐとし、ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_{ｙ ２}、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３のそれぞれの計測値をｘ_１、ｙ_１、ｙ_２、ｚ_１、ｚ_２、ｚ_３とし、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置をΔｒとすると、Δｒは、相対位置情報取得部６０７により、次式（３）より求まる。

追従制御部６０６は、相対位置情報取得部６０７から取得した手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置情報から、その相対位置情報が所定の閾値の範囲内に収まるような移動量を求める。求めた移動量の情報は、追従制御部６０６から制御部６０５に出力する。所定の閾値の範囲とは、ギャップセンサｓ_ｙ１−ｓ_ｙ２間の間隔と、ギャップセンサｓ_ｚ１−ｓ_ｚ２間の間隔と、ギャップセンサｓ_ｚ２−ｓ_ｚ３間の間隔とをそれぞれｐとするとき、定数（例えば、０．１）を掛けた範囲（−０．１ｐ〜０．１ｐ）とする。

また、追従制御部６０６による移動量の求め方を以下に説明する。手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置をΔｒ（式（３）参照）とし、相対位置の目標値をΔｒ_ｄとし、求める移動量をｙとすると、追従制御部６０６により、ｙ＝ｋ（Δｒ_ｄ−Δｒ）より、移動量ｙは求まる（ここで、ｋは定数（例えば、１．０））。ただし、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値内に収まっている場合は、移動量ｙを０とする。定数ｋの値は、人がキーボード又はマウス又はタッチパネルなどの入力装置６０８ｄを使用して入出力ＩＦ６０８から入力される値によって決定される。ただし、相対位置の目標値Δｒ_ｄは次式（４）で表され、各ギャップセンサの値ｇが３ｍｍのときをΔｒ _ｄ＝０と定め、ここでは、相対位置の目標値Δｒ_ｄを０とする。また、式（４）中で使用されるΔｘ_ｄ、Δｙ_ｄ、Δｚ_ｄ、Δα_ｄ、Δβ_ｄ、Δγ_ｄについて説明する。Δｘ_ｄは、図２Ａ中のｘ軸に対する平行移動方向の相対位置Δｘの目標値である。Δｙ_ｄは、図２Ａ中のｙ軸に対する平行移動方向の相対位置Δｙの目標値である。Δｚ_ｄは、図２Ａ中のｚ軸に対する平行移動方向の相対位置Δｚの目標値である。Δα_ｄは、図２Ａ中のｘ軸に対する回転方向の相対位置Δαの目標値である。Δβ_ｄは、図２Ａ中のｙ軸に対する回転方向の相対位置Δβの目標値である。Δγ_ｄは、図２Ａ中のｚ軸に対する回転方向の相対位置Δγの目標値である。相対位置の目標値Δｒ_ｄが０の場合は、Δｘ_ｄ、Δｙ_ｄ、Δｚ_ｄ、Δα_ｄ、Δβ_ｄ、Δγ_ｄの値はいずれも０である。

制御部６０５は、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓ毎）に、追従制御部６０６から制御部６０５に入力される移動量情報を入出力ＩＦ６０８に出力する。

入出力ＩＦ６０８は、マニピュレータ１０１から取得したギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_{ｙ １}、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３の計測値ｇと、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーからの時間情報とを相対位置情報取得部６０７に出力する。また、制御部６０５から取得した移動量情報を、入出力ＩＦ６０８はモータドライバ６０９に出力する。追従制御部６０６で使用する定数の値が、人がキーボード又はマウス又はタッチパネルなどの入力装置６０８ｄを使用して入出力ＩＦ６０８に入力でき、入出力ＩＦ６０８に入力された値を、入出力ＩＦ６０８から追従制御部６０６に出力する。

モータドライバ６０９は、入出力ＩＦ６０８から取得した移動量情報を基に、マニピュレータ１０１を制御するために、マニピュレータ１０１のそれぞれのモータ７１３への指令値をマニピュレータ１０１に出力する。

マニピュレータ１０１は、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓ毎）に、マニピュレータ１０１の位置情報をマニピュレータ１０１の各エンコーダ７１４から入出力ＩＦ６０８に出力する。また、相対位置センサ１０４（ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３）からの計測値ｇも同様に、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓ毎）に、ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３から入出力ＩＦ６０８に計測値ｇを出力する。また、マニピュレータ１０１は、モータドライバ６０９からの指令値に従って制御される。詳細については、図７を用いて説明する。マニピュレータ１０１は、合計６個の軸周りに回転可能として６自由度の多リンクマニピュレータを構成している。

図７に示すように、マニピュレータ１０１は、一例として、多関節ロボットアームであって、具体的には、６自由度の多リンクのマニピュレータである。マニピュレータ１０１は、手先効果部１０２と、手先効果部１０２が取り付けられている手首部７０１を先端７０２ａに有する前腕リンク７０２と、前腕リンク７０２の基端７０２ｂに回転可能に先端７０３ａが連結される上腕リンク７０３と、上腕リンク７０３の基端７０３ｂが回転可能に連結支持される台部７０４とを備えている。台部７０４は、一定位置に固定されているが、図示しないレールに移動可能に連結されていても良い。手首部７０１は、第４関節部７０８と、第５関節部７０９と、第６関節部７１０との３つの回転軸を有しており、前腕リンク７０２に対する手先効果部１０２の相対的な姿勢（向き）を変化させることができる。すなわち、図７において、第４関節部７０８は、手首部７０１に対する手先効果部１０２の横軸周りの相対的な姿勢を変化させることができる。第５関節部７０９は、手首部７０１に対する手先効果部１０２の、第４関節部７０８の横軸とは直交する縦軸周りの相対的な姿勢を変化させることができる。第６関節部７１０は、手首部７０１に対する手先効果部１０２の、第４関節部７０８の横軸及び第５関節部７０９の縦軸とそれぞれ直交する横軸周りの相対的な姿勢を変化させることができる。前腕リンク７０２の他端７０２ｂは、上腕リンク７０３の先端７０３ａに対して第３関節部７０７周りに、すなわち、第４関節部７０８の横軸と平行な横軸周りに回転可能とする。上腕リンク７０３の他端は、台部７０４に対して第２関節部７０６周りに、すなわち、第４関節部７０８の横軸と平行な横軸周りに回転可能とする。さらに、台部７０４の上側可動部７０４ａは、台部７０４の下側固定部７０４ｂに対して第１関節部７０５周りに、すなわち、第５関節部７０９の縦軸と平行な縦軸周りに回転可能としている。

この結果、マニピュレータ１０１は、合計６個の軸周りに回転可能として前記６自由度の多リンクマニピュレータを構成している。

マニピュレータ１０１の各軸の回転部分を構成する各関節部には、関節部駆動用のモータ７１３のような回転駆動装置と、モータ７１３の回転軸の回転位相角（すなわち関節角）を検出して位置情報を出力するエンコーダ７１４（実際には、マニピュレータ１０１の各関節部の内部に配設されている）とを備えている。モータ７１３（実際には、マニピュレータ１０１の各関節部の内部に配設されている）は、各関節部を構成する一対の部材（例えば、回動側部材と、該回動側部材を支持する支持側部材）のうちの一方の部材に備えられる、モータドライバ６０９により駆動制御される。各関節部の一方の部材に備えられたモータ７１３の回転軸が、各関節部の他方の部材に連結されて、前記回転軸を正逆回転させることにより、他方の部材を一方の部材に対して各軸周りに回転可能とする。

また、７１１は台部７０４の下側固定部７０４ｂに対して相対的な位置関係が固定された絶対座標系であり、７１２は手先効果部１０２に対して相対的な位置関係が固定された手先座標系である。絶対座標系７１１から見た手先座標系７１２の原点位置Ｏ_ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）をマニピュレータ１０１の手先位置、絶対座標系７１１から見た手先座標系７１２の姿勢をロール角とピッチ角とヨー角とで表現した（φ，θ，ψ）をマニピュレータ１０１の手先姿勢とし、手先位置及び姿勢ベクトルをベクトルｒ＝［ｘ，ｙ，ｚ，φ，θ，ψ］^Ｔと定義する。よって、一例として、絶対座標系７１１のｚ軸に対して第１関節部７０５の縦軸が平行であり、ｘ軸に対して第２関節部７０６の横軸が平行に位置可能とするのが好ましい。また、手先座標系７１２のｘ軸に対して第６関節部７１０の横軸が平行に位置可能であり、ｙ軸に対して第４関節部７０８の横軸が平行に位置可能であり、ｚ軸に対して第５関節部７０９の縦軸が平行に位置可能とするのが好ましい。なお、手先座標系７１２のｘ軸に対しての回転角をヨー角ψとし、ｙ軸に対しての回転角をピッチ角θとし、ｚ軸に対しての回転角をロール角φとする。

さらに、マニピュレータ１０１の手先（例えば、先端７０２ａ）にはハンド７１５を取り付けることができる。ハンド７１５は、ハンド７１５と手先効果部１０２とのなす角度が一定になるように手先効果部１０２と固定される。ハンド７１５は、手先効果部１０２に対して着脱可能に固定され、手先効果部１０２に対する取り付け方によって、ハンド７１５と手先効果部１０２との角度を自由に変えて固定することができる。また、ハンド７１５には、ハンド開閉用のモータ７１３ｈとエンコーダ７１４ｈとが取り付けられており、マニピュレータ１０１と同様に、ハンド７１５の開閉を制御することができる。

図８Ａ〜図８Ｃは、マニピュレータ１０１と人とが協調して対象物（把持対象物）８０２を搬送するときに、マニピュレータ１０１が追従する手順を示す。マニピュレータ１０１の手先部の例えば先端７０２ａにハンド７１５を取り付け、ハンド７１５で対象物８０２を把持させる。その後、図８Ａ→図８Ｂ→図８Ｃの順に状態が遷移する。

まず、図８Ａの状態は、人の手８０１が把持部１０３を把持しており、静止している状態である。人の手８０１が把持部１０３を把持し、把持部１０３を動かさないようにすることで、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値を超えないので、マニピュレータ１０１は追従制御を行わず静止した状態となっている。

次いで、図８Ｂの状態は、人の手８０１が把持部１０３を移動させ、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値を超えた状態である。具体的には、図８Ｂでは、人の手８０１が把持部１０３を図８Ｂの右方向（矢印参照）に移動させ、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒ（特に、Δｚ）が閾値を超えた状態である。

次いで、図８Ｃの状態は、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値内に収まるように、マニピュレータ１０１が制御装置６０２により追従制御を行っている状態である。具体的には、図８Ｃでは、人の手８０１が把持部１０３を図８Ｂの右方向（矢印参照）に移動させているので、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値内に収まるように、図８Ｃの矢印方向にマニピュレータ１０１が制御装置６０２により追従制御を行って、点線から実線で示す位置に、対象物８０２をマニピュレータ１０１で搬送している状態である。

以上のように、人の手８０１が把持部１０３を把持し移動させると、その移動量に応じてマニピュレータ１０１が制御装置６０２により把持部１０３に対して追従する動きが可能となる。手先効果部１０２と把持部１０３とは、分離した構造をしているので、人は把持部１０３を移動させるだけの力で、対象物８０２をマニピュレータ１０１を利用して移動させることができる。

第１実施形態のロボット６０１におけるロボットアーム１００の制御装置６０２の操作手順を図９のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ９０１では、相対位置情報取得部６０７において、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置情報を取得する。

ステップＳ９０２では、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報が所定の閾値の範囲内に収まっているか、追従制御部６０６で判定する。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていると追従制御部６０６で判定した場合は、このフローを終了する。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていないと追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ９０３に進む。

ステップＳ９０３では、追従制御部６０６で、閾値の範囲を超えている相対位置情報が閾値内に収まるような移動量を求める。追従制御部６０６で求めた移動量を、追従制御部６０６から制御部６０５に出力し、ステップＳ９０４に進む。

ステップＳ９０４では、制御部６０５で、追従制御部６０６から取得した移動量を基に、マニピュレータ１０１を追従制御し、このフローを終了する。

前記第１実施形態の構成によれば、人が把持する把持部１０３と手先効果部１０２とが機構的に分離され、把持部１０３を移動させたところにマニピュレータ１０１が追従することから、例えば、協調搬送、又は、ダイレクトティーチングなどの作業を行う際の操作性の悪いロボットアーム１００に対しても、人は軽い力でロボットアーム１００を容易に移動させることができ、人の負担を軽減することができる。したがって、ロボットアーム１００の操作性を改善することができる。

（第２実施形態）
図１０Ａは、本発明の第２実施形態におけるロボットのロボットアーム１００の平面が正方形の直方体状の手先効果部１０２と、四角形の箱体状の把持部１０３と、相対位置センサ１０４と、４個の固定部１００１との平面図である。図１０Ｂは、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４と、固定部１００１との図１０Ａ中のＡ−Ａ線の断面図であり、矢印１０Ｂから見た断面図である。図１０Ｃは、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４と、固定部１００１との図１０Ａ中のＢ−Ｂ線の断面図であり、矢印１０Ｃから見た断面図である。本発明の第２実施形態のロボットにおける手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４とは第１実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分（固定部１００１）についてのみ説明する。

固定部１００１は、手先効果部１０２の一対の側面部１０２ｂと正面部１０２ａと裏面部１０２ｅとの大略中央部において、手先効果部１０２内から外向きに、各表面と直交する方向に移動可能に設けられ、各露出端が把持部１０３に接触する固定位置と、各露出端が把持部１０３から離れて手先効果部１０２内に収納された収納位置との間を移動する。具体的には、各固定部１００１は、円柱状の固定部材１００１ａと、固定部材１００１ａを移動する駆動部１００１ｂ（例えば、エアシリンダなど）とを備え、制御装置６０２の固定部材駆動制御部として機能する固定切替部１２０２の制御の下に駆動部１００１ｂを駆動することにより、固定部材１００１ａの一端（露出端）が手先効果部１０２から突出して把持部１０３に接触する固定位置と、手先効果部１０２内に収納される収納位置に移動する。尚、駆動部１００１ｂは、シリンダではなく、バネとソレノイドを組み合わせた方法なども可能である。

各固定部材１００１ａが固定位置と収納位置とに移動する状態を、図１０Ｄ〜図１０Ｇを用いて示す。図１０Ｄは、図１０Ｂ中のＣ−Ｃ線の断面図であり、各固定部材１００１ａが収納位置から固定位置に移動する状態を示す。図１０Ｅは、図１０Ｄの状態における把持部１０３の側面部１０３ｂを示し、各側面部１０３ｂの中央部に形成された貫通穴１０３ｅに対して各固定部材１００１ａの露出端が入り込んでいる状態である。図１０Ｆは、図１０Ｂ中のＣ−Ｃ線の断面図であり、各固定部材１００１ａが固定位置から収納位置に移動する状態を示す。図１０Ｇは、図１０Ｆの状態における把持部１０３の側面部１０３ｂを示し、側面部１０３ｂの貫通穴１０３ｅに対して固定部材１００１ａの露出端が抜け出ており、貫通穴１０３ｅに入っていない状態である。

固定部１００１は、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、手先効果部１０２と把持部１０３とを同じ位置（手先効果部１０２と把持部１０３との位置ずれが生じない位置（各ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ_ｚ３の計測値ｇが同じ一定値（具体例としては３ｍｍ）の位置））で固定するために取り付けられている。手先効果部１０２と把持部１０３とを固定部１００１で固定していない場合は、図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、固定部１００１の各固定部材１００１ａは手先効果部１０２に内蔵された収納位置に位置している。把持部１０３の各側面部１０３ｂの中央部の貫通穴１０３ｅに、固定部１００１の各固定部材１００１ａの露出端が入り込んだときには、各固定部材１００１ａは把持部１０３に対していつも同じ固定位置に固定されるようにしている。また、固定部１００１で手先効果部１０２と把持部１０３とを固定する場合と固定しない場合は、図１２に示す固定切替部１２０２で切り替えるように、固定切替部１２０２でそれぞれの駆動部１００１ｂを駆動制御することができる（詳細は後述する）。固定切替部１２０２は、制御装置本体部６０３内に配置されており、入出力ＩＦ６０８とモード切替部１２０１とから情報がそれぞれ入力されて、制御部６０５に固定部１００１の固定切替の情報を出力するものである。

なお、図１０Ａ〜図１０Ｃでは、把持部１０３の４個の側面部１０３ｂに対向するように４箇所に固定部１００１を配置しているが、図１０Ａ〜図１０Ｃのような配置を必ず採用する必要は無く、その個数も何個用いて固定しても良い。

手先効果部１０２に内蔵している相対位置センサ１０４とは接触しないように、固定部１００１を配置している。

図１２は、本発明の第２実施形態のロボット６０１におけるロボットアーム１００のブロック図を示す。本発明の第２実施形態のロボットにおけるマニピュレータ１０１と、制御部６０５と、追従制御部６０６と、相対位置情報取得部６０７と、モータドライバ６０９とは第１実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ、以下、詳細に説明する。

モード切替部１２０１は、制御装置本体部６０３内に備えられ、マニピュレータ１０１の制御モードを入出力ＩＦ６０８からの信号によって切り替え、制御部６０５と固定切替部１２０２とに出力する。制御モードは、「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」とのいずれか１つである。制御モードの切り替え方法は、入出力ＩＦ６０８に切り替えスイッチ６０８ａが用意されており、人が切り替えスイッチ６０８ａを操作することによって、その信号が入出力ＩＦ６０８を介してモード切替部１２０１に入力されて、モード切替部１２０１で「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」とのいずれか１つの制御モードに切り替える。同様に、モード切替部１２０１では、教示動作（人の教示操作に基づく教示動作）と再生動作の開始時点と終了時点をそれぞれ決定する。開始時点と終了時点との決定方法は、入出力ＩＦ６０８に開始ボタン６０８ｂと終了ボタン６０８ｃがあり、開始ボタン６０８ｂが人により押下されて入出力ＩＦ６０８を介してモード切替部１２０１に開始ボタン押下信号が入力された時点から、終了ボタン６０８ｃが人により押下されて入出力ＩＦ６０８を介してモード切替部１２０１に開始ボタン押下信号が入力された時点までを、それぞれの動作時間とする。なお、１つのボタンで開始ボタン６０８ｂと終了ボタン６０８ｃとを兼用してもよい。動作時間以外の時間では、「教示モード」又は「再生モード」が選択されている場合においても、「停止モード」と同様の動作を行う。「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」との各モードの動作については、後で説明する。また、各モードによって、「固定あり」（各固定部１００１が固定位置に位置して手先効果部１０２と把持部１０３とを相対的に移動しないように同じ位置で固定する場合）か「固定なし」（各固定部１００１が収納位置に位置して手先効果部１０２に内蔵されている場合）かをモード切替部１２０１で決定する。そして、モード切替部１２０１で決定した固定切替情報（「固定あり」か「固定なし」）を、モード切替部１２０１から固定切替部１２０２に出力する。各モードに対する固定切替情報の対応は、以下の通りであり、これらの情報は、モード切替部１２０１の内部記憶部に記憶されている。「停止モード」は「固定なし」、「教示モード」は「固定なし」、「再生モード」は「固定あり」とモード切替部１２０１で自動的にそれぞれ決定される。ただし、「再生モード」において上述した「停止モード」と同様の動作を行っている場合は、「固定あり」となっている。

固定切替部１２０２は、固定部１００１に対して固定部１００１の各固定部材１００１ａが固定位置に位置して手先効果部１０２と把持部１０３とを同じ位置で固定する場合（「固定あり」）と、固定部１００１の各固定部材１００１ａが収納位置に位置して手先効果部１０２に内蔵されている場合（「固定なし」）とを切り替える。切り替え方法は、モード切替部１２０１から固定切替部１２０２に入力される固定切替情報によって、自動的に切り替えられる。固定切替部１２０２において、固定部１００１の固定の切り替えを行う場合には、人の手８０１で把持部１０３を把持しながら固定部１００１の固定を切り替えることも可能であるが、固定部１００１の固定部材１００１ａの露出端の断面と把持部１０３にあけられた穴１０３ｅの大きさが同じであるため、穴１０３ｅに固定部材１００１ａの露出端の断面を合わせた状態で、固定部材１００１ａを固定位置に移動させたり、固定部材１００１ａを固定位置から収納位置に移動させたりすることが非常に難しい。そこで、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すような、把持部１０３を所定状態の位置に規制する設置台１３０１を用意してもよい。設置台１３０１は、把持部１０３の外形よりやや大きい大きさの低い四角枠の突起１３０１ａを四角板１３０１ｂ上に設けている。この設置台１３０１の突起１３０１ａ内に把持部１０３を図１３Ｂに示すように載置することにより、各固定部１００１の固定部材１００１ａの露出端の断面と把持部１０３にあけられた各穴１０３ｅとが一致した状態で、把持部１０３を容易に位置規制することができる。このように把持部１０３を設置台１３０１に設置して位置規制した状態で、各固定部１００１の固定を切り替えることによって、切替動作を円滑にかつ容易に行うことができる。

また、設置台１３０１の四角枠の突起１３０１ａの形状は、図１３Ａに示すような四角枠の形状をしているが、図１３Ｃに示すように、Ｌ字型突起１３０１ｃを用いて、四角形の把持部１０３の隣接する２つの側面部１０３ｂを位置規制して、把持部１０３の位置を規制してもよい。また、図１３Ｄに示すように、４本のピン１３０１ｄを用いて、四角形の把持部１０３の４つの側面部１０３ｂをそれぞれ位置規制して、把持部１０３の位置を規制してもよい。

図１４Ａ〜図１４Ｄを用いて、設置台１３０１を用いた固定部１００１の固定手順を説明する。図１４Ａ→図１４Ｂ→図１４Ｃ→図１４Ｄの順に状態が遷移する。

まず、図１４Ａは、マニピュレータ１０１が停止している状態である。この状態では、各固定部材１００１ａは収納位置に位置しており、各固定部１００１による固定はない（すなわち、「固定なし」状態である）。

次いで、図１４Ｂは、人の手８０１で把持部１０３を操作してマニピュレータ１０１の追従制御を行い、把持部１０３が設置台１３０１に収まるように設置した状態である。この状態でも、各固定部材１００１ａは収納位置に位置しており、各固定部１００１による固定はない（すなわち、「固定なし」状態である）。

次いで、図１４Ｃは、把持部１０３を設置台１３０１に設置した後に、人の手８０１を把持部１０３から放し、各ギャップセンサｓ_ｘ１、ｓ_ｙ１、ｓ_ｙ２、ｓ_ｚ１、ｓ_ｚ２、ｓ _ｚ３の値ｇが一定値（例えば３ｍｍ）のところにマニピュレータ１０１を追従制御し、停止している状態である。この状態でも、各固定部材１００１ａは収納位置に位置しており、各固定部１００１による固定はない（すなわち、「固定なし」状態である）。

次いで、図１４Ｄは、固定切替部１２０２で各固定部１００１を「固定あり」の状態に切り替え、各固定部１００１を用いて手先効果部１０２と把持部１０３とを固定した状態である。この状態では、各固定部材１００１ａは収納位置から固定位置に移動して、各固定部１００１により固定が行われている（すなわち、「固定あり」状態である）。

さらに、この第２実施形態では、制御装置本体部６０３内に、手先位置情報取得部１２０と目標軌道生成部１２０３とが新たに配置されている。

手先位置情報取得部１２０４は、入出力ＩＦ６０８からマニピュレータ１０１の位置情報と、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーからの時間情報とが入力される。手先位置情報取得部１２０４は、入力されたマニピュレータ１０１の位置情報を手先位置情報ｒ_０とし、目標軌道生成部１２０３に出力する。また、手先位置情報取得部１２０４は、時間情報を目標軌道生成部１２０３に出力する。

目標軌道生成部１２０３は、相対位置情報取得部６０７から相対位置情報Δｒを取得し、手先位置情報取得部１２０４から手先位置情報ｒ_０と時間情報とを取得する。目標軌道生成部１２０３は、取得した情報を基に、把持部位置情報ｒを求めて記憶し、再生動作時に、目標軌道生成部１２０３で取得した順に一定時間毎（例えば、１ｍｓ毎）に目標軌道生成部１２０３から制御部６０５に出力する。目標軌道生成部１２０３は、制御部６０５から入力される制御モード情報信号によって、制御モードを区別している。把持部位置情報の求め方は以下の通りである。把持部位置情報をｒとし、手先位置情報をｒ_０とし、相対位置情報をΔｒとすると、目標軌道生成部１２０３において、ｒ＝ｒ_０＋Δｒより求まる。

入出力ＩＦ６０８は、第１実施形態の機能に加えて、制御モードの切り替えスイッチ６０８ａを備えており、選択された制御モードを制御モード情報として、モード切替部１２０１に出力する。また、入出力ＩＦ６０８は、開始ボタン６０８ｂ及び終了ボタン６０８ｃを有し、開始ボタン６０８ｂ又は終了ボタン６０８ｃが人（作業者）により押下されたときに、開始情報又は終了情報としてモード切替部１２０１に出力する。また、マニピュレータ１０１から入出力ＩＦ６０８で取得した手先位置情報と、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーからの時間情報とを、入出力ＩＦ６０８から手先位置情報取得部１２０４に出力する。

モード切替部１２０１において、切り替えたそれぞれの制御モードについて具体的な作業を用いて説明する。ここでは、具体的な作業の一例として、鍋のかき混ぜ作業を例にとって説明する。図１５Ａ〜図１５Ｄは、ハンド７１５で把持したかき混ぜ棒１５０１で、鍋１５０２内に入れた材料をかき混ぜる作業を示している。

制御モードのうち、「停止モード」は、マニピュレータ１０１又はロボットアームの制御装置６０２が停止した状態である。このとき、各固定部１００１は、「固定なし」の状態になっている。

制御モードのうち、「教示モード」について、図１５Ａ〜図１５Ｄを用いて鍋１５０２のかき混ぜ作業の教示動作を説明する。図１５Ａ→図１５Ｂ→図１５Ｃ→図１５Ｄの順に状態が遷移する。ここでの教示動作は、ダイレクトティーチングである。

まず、図１５Ａは、入出力ＩＦ６０８において人により開始ボタン６０８ｂが押下され、マニピュレータ１０１が教示動作を開始し、人の手８０１が把持部１０３を把持しており、マニピュレータ１０１が静止している状態である。人の手８０１が把持部１０３を把持し、把持部１０３を動かさないようにすることで、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値を超えないので、マニピュレータ１０１は追従制御を行わず静止した状態となっている。この「教示モード」では、モード切替部１２０１からの固定切替情報を固定切替部１２０２で取得し、固定切替部１２０２において、自動的に「固定なし」に切り替えてある。

次いで、図１５Ｂは、人の手８０１で把持部１０３を把持して移動させ、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値を超えた状態である。このとき、手先位置情報取得部１２０４でマニピュレータ１０１の手先位置情報ｒ_０を取得し、相対位置情報取得部６０７で相対位置情報Δｒを取得する。手先位置情報取得部１２０４からの手先位置情報ｒ_０と相対位置情報取得部６０７からの相対位置情報Δｒとを基に、目標軌道生成部１２０３において、把持部位置情報ｒ（＝ｒ_０＋Δｒ）を求める。ここで、把持部位置情報ｒと時間情報とは、目標軌道生成部１２０３の内部記憶部において記憶する。

次いで、図１５Ｃは、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置Δｒが閾値内に収まるように、マニピュレータ１０１が追従制御を行っている状態である。この状態は、人の手８０１で把持した把持部１０３を円運動を行わせるように移動させ、マニピュレータ１０１のハンド７１５に把持したかき混ぜ棒１５０１で、鍋１５０２内に入れた材料をかき混ぜる作業を行っている状態である。このときも同様に、手先位置情報取得部１２０４からのマニピュレータ１０１の手先位置情報ｒ_０と相対位置情報取得部６０７からの相対位置情報Δｒとを目標軌道生成部１２０３で取得し、目標軌道生成部１２０３において把持部位置情報ｒを生成する。生成した把持部位置情報ｒと時間情報とは、目標軌道生成部１２０３の内部記憶部において記憶する。

次いで、図１５Ｄは、入出力ＩＦ６０８において、人により終了ボタン６０８ｃが押下され、教示動作を終了した状態である。

次に、「再生モード」について、図１６Ａ〜図１６Ｃを用いて、具体的な作業の一例として鍋１５０２のかき混ぜ作業の再生動作を説明する。図１６Ａ→図１６Ｂ→図１６Ｃの順に状態が遷移する。

まず、人が切り替えスイッチ６０８ａを操作して「再生モード」にする。すると、「再生モード」の情報が入出力ＩＦ６０８を介してモード切替部１２０１に入力されて、モード切替部１２０１で制御モードを「再生モード」に切り替える。図１６Ａは、制御モードを「再生モード」に切り替えられた後、入出力ＩＦ６０８において人により開始ボタン６０８ｂが押下され開始信号が制御部６０５に入力され、制御部６０５により再生動作が開始した状態である。

「再生モード」では、モード切替部１２０１からの固定切替情報を固定切替部１２０２で取得して、固定切替部１２０２において自動的に「固定あり」に切り替えてある。

次いで、図１６Ｂは、「教示モード」で教示した動作を、制御部６０５で再生している状態である。教示動作時に生成して目標軌道生成部１２０３に記憶していた把持部位置情報ｒを目標軌道生成部１２０３から制御部６０５に出力し、制御部６０５の制御動作により、教示した軌跡をマニピュレータ１０１が追従している。

次いで、図１６Ｃは、入出力ＩＦ６０８において人により終了ボタン６０８ｃが押下され、再生動作を終了した状態である。

第２実施形態のロボットにおけるロボットアームの制御装置６０２の操作手順を図１７のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１７０１では、相対位置情報取得部６０７において、入出力ＩＦ６０８を介して手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置情報を取得するとともに、手先位置情報取得部１２０４において、入出力ＩＦ６０８を介してマニピュレータ１０１の手先位置情報を取得する。

次いで、ステップＳ１７０２では、モード切替部１２０１で、マニピュレータ１０１の制御モードを入出力ＩＦ６０８からの信号によって「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」とに切り替える。入出力ＩＦ６０８の切り替えスイッチ６０８ａの操作によるモード切替部１２０１の制御モード切り替えにおいて、「停止モード」が選択された場合はステップＳ１７０３に進み、「教示モード」が選択された場合はステップＳ１７０４に進み、「再生モード」が選択された場合はステップＳ１７０５に進む。

ステップＳ１７０３では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、このフローを終了する。

ステップＳ１７０４では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、ステップＳ９０２に進む。

次いで、ステップＳ９０２では、相対位置情報取得部６０７から取得した相対位置情報が所定の閾値の範囲内に収まっているか、追従制御部６０６で判定する。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていると追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ１７０７に進む。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていないと追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ９０３に進む。

次いで、ステップＳ９０３では、追従制御部６０６で、前記したように閾値の範囲を超えている相対位置情報が閾値内に収まるような移動量を求める。追従制御部６０６で求めた移動量を、追従制御部６０６から制御部６０５に出力し、ステップＳ９０４に進む。

次いで、ステップＳ９０４では、制御部６０５で、追従制御部６０６から取得した移動量を基に、マニピュレータ１０１を追従制御し、ステップＳ１７０６に進む。

次いで、ステップＳ１７０６では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、このフローを終了する。

一方、ステップＳ１７０７では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、このフローを終了する。

また、ステップＳ１７０５では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を固定位置に位置させて各固定部１００１を用いて、手先効果部１０２と把持部１０３とを固定した状態（「固定あり」の状態）とし、ステップＳ１７０８に進む。

次いで、ステップＳ１７０８では、目標軌道生成部１２０３において生成した目標軌道を制御部６０５で読み込み、ステップＳ１７０９に進む。

次いで、ステップＳ１７０９では、制御部６０５に読み込んだ目標軌道に把持部位置が追従するように、制御部６０５でマニピュレータ１０１を制御し、このフローを終了する。

前記第２実施形態によれば、第１実施形態での作用効果に加えて、再生動作を行う場合に各固定部１００１を用いて手先効果部１０２と把持部１０３とを固定することによって、教示した動作を制御部６０５で正確に再生することが可能となる。また、固定切替部１２０２において、教示動作を行う場合に「固定なし」に切り替えることによって、教示動作時の操作性の良さを維持することができる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、教示動作時と再生動作時とのそれぞれの場合、固定切替部１２０２において、「固定あり」の状態と「固定なし」の状態を切り替えている。しかしながら、このように「固定あり」の教示動作時と「固定なし」の再生動作時との可動範囲が異なるという問題が生じることがある。本発明の第３実施形態のロボットでは、このような問題への対応策を行うことかできる。上述した可動範囲の違いを図１８の（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。

図１８の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、マニピュレータ１０１とマニピュレータ１０１のｙ軸方向（図７参照）の可動領域を示す図である。斜線で囲った領域がマニピュレータ１０１の可動領域８０を示す。可動領域８０とは、マニピュレータ１０１の動作可能な領域を意味する。

まず、図１８の（ａ）は、マニピュレータ１０１の先端７０２ａが可動領域８０の端に位置する状態を示し、これ以上、マニピュレータ１０１は右の領域８１に移動できない。

次いで、図１８の（ｂ）は、「固定なし」の状態で教示している状態を示す。マニピュレータ１０１は可動領域８０の端に位置するので、これ以上、右側の領域８１には移動できない。把持部１０３は手先効果部１０２と固定していないので、図１８の（ｂ）に示すように把持部１０３は可動領域８０より右側に移動することができる。ｙ軸方向の可動領域８０の寸法をｒ_ｍｙ、手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置をΔｒ_ｙとすると、このときに教示した把持部位置情報ｒは、ｒ＝ｒ_ｍｙ＋Δｒ_ｙとなる。上述した把持部位置の情報ｒを図１８の（ｂ）では教示情報として目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶している。

次いで、図１８の（ｃ）は、「固定あり」の状態であり、図１８の（ｂ）で教示した位置を再生している状態を示す。「固定あり」の状態では、把持部位置はマニピュレータ１０１の可動領域８０の範囲内でしか移動できず、ｙ軸方向の可動領域８０の寸法ｒ_ｍｙ以上、右側にマニピュレータ１０１は移動することができない。よって、図１８の（ｂ）で教示した動作を再生しようとしても、マニピュレータ１０１の可動領域８０の寸法ｒ_ｍｙを超えることはできないので、再生できないことになる。

図１８の（ａ）〜（ｃ）で示したように、教示動作時と再生動作時の可動領域８０が異なるので、第３実施形態では、教示動作時の可動領域８０を制限することにしている。以下では、可動領域８０の制限方法について説明する。

図１９は、本発明の第３実施形態のロボット６０１におけるロボットアーム１００のブロック図を示す。本発明の第３実施形態のロボットにおけるマニピュレータ１０１と、追従制御部６０６と、相対位置情報取得部６０７と、モータドライバ６０９と、モード切替部１２０１と、固定切替部１２０２と、目標軌道生成部１２０３と、手先位置情報取得部１２０４とは、それぞれ、第２実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分（可動領域取得部１９０１と可動領域制限部１９０２となど）についてのみ、以下、詳細に説明する。

可動領域取得部１９０１は、制御装置本体部６０３に備えられ、マニピュレータ１０１の可動領域８０の範囲ｒ_ｍを入出力ＩＦ６０８を介して取得し、取得した可動領域８０の範囲ｒ_ｍを可動領域制限部１９０２に出力する。ただし、マニピュレータ１０１の可動領域８０の範囲ｒ_ｍは次式（５）で表される。ここで、ｒ_ｍｘはｘ軸方向の可動領域８０の寸法、ｒ_ｍｙはｙ軸方向の可動領域８０の寸法、ｒ_ｍｚはｚ軸方向の可動領域８０の寸法、ｒ_ｍαはα方向の可動領域８０の寸法、ｒ_ｍβはβ方向の可動領域８０の寸法、ｒ_ｍγはγ方向の可動領域８０の寸法である。

また、可動領域８０の範囲ｒ_ｍの入力方法は、マニピュレータ１０１を製造するメーカーが提供する可動領域８０の範囲ｒ_ｍの情報を、人がキーボード又はマウス又はタッチパネルなどの入力装置６０８ｄを使用して、入出力ＩＦ６０８を介して、可動領域取得部１９０１に入力する。

可動領域制限部１９０２は、可動領域取得部１９０１から取得した可動領域８０の範囲ｒ_ｍに基づいて、可動領域８０の範囲ｒ_ｍより小さい制限領域８２の範囲ｒ_ｌを導出し、教示動作時には、導出した制限領域８２の範囲ｒ_ｌ内のみでしかマニピュレータ１０１を移動させないように制限する。可動領域制限部１９０２は、導出した制限領域８２の範囲ｒ_ｌを制御部６０５に出力する。

制限領域８２の範囲ｒ_ｌの求め方を、図２０を用いて説明する。マニピュレータ１０１のｙ軸方向の可動領域８０の寸法ｒ_ｍｙと、手先効果部１０２に対する把持部１０３のｙ軸方向の最大相対位置Δｒ_ｍｙ（例えば、図２Ａ〜図２Ｃで示される構造の先の具体的な一例の場合、ｙ軸方向の２つの隙間９０の合計である３ｍｍ＋３ｍｍ＝６ｍｍ）により、可動領域制限部１９０２において、ｙ軸方向の制限領域ｒ_ｌｙはｒ_ｌｙ＝ｒ_ｍｙ−Δｒ_{ｍ ｙ}の式で求められる。

制御部６０５は、第２実施形態の機能に加えて、可動領域制限部１９０２から取得した制限領域ｒ_ｌを基に、「教示モード」においてマニピュレータ１０１の可動範囲を制限領域ｒ_ｌに制限する。制限方法は、制御部６０５は、制限領域ｒ_ｌを超えるような移動量ｙが追従制御部６０６から入力されたと判定すると、制限領域ｒ_ｌを超える方向は停止するようにマニピュレータ１０１を制御する。判定方法は、マニピュレータ１０１の先端の現在位置の位置座標と移動量ｙとから移動後の位置座標を求め、その移動後の位置座標と制限領域ｒ_ｌの位置座標とを比較して判定する。

入出力ＩＦ６０８は、第２実施形態の機能に加えて、可動領域８０の範囲ｒ_ｍを入力でき、入力された可動領域８０の範囲ｒ_ｍを可動領域取得部１９０１に出力する。

前記した構造にかかる第３実施形態のロボットにおけるロボットアームの制御装置６０２の操作手順を図２１のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１７０１では、相対位置情報取得部６０７において、入出力ＩＦ６０８を介して手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置情報を取得する。また、手先位置情報取得部１２０４において、入出力ＩＦ６０８を介してマニピュレータ１０１の手先位置情報を取得する。

次いで、ステップＳ１７０２では、モード切替部１２０１で、マニピュレータ１０１の制御モードを入出力ＩＦ６０８からの信号によって「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」とに切り替える。入出力ＩＦ６０８の切り替えスイッチ６０８ａの操作によるモード切替部１２０１の制御モード切り替えにおいて、「停止モード」が選択された場合はステップＳ１７０３に進み、「教示モード」が選択された場合はステップＳ１７０４に進み、「再生モード」が選択された場合はステップＳ１７０５に進む。

ステップＳ１７０３では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、このフローを終了する。

ステップＳ１７０４では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、ステップＳ９０２に進む。

次いで、ステップＳ９０２では、相対位置情報取得部６０７から取得した相対位置情報が所定の閾値の範囲内に収まっているか、追従制御部６０６で判定する。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていると追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ１７０７に進む。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていないと追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ２１０１に進む。

ステップＳ２１０１では、マニピュレータ１０１の位置が制限領域ｒ_ｌ内に収まっているか、可動領域制限部１９０２で判定する。マニピュレータ１０１の位置が制限領域ｒ_ｌ内に収まっていると可動領域制限部１９０２で判定した場合は、ステップＳ９０３に進む。マニピュレータ１０１の位置が制限領域ｒ_ｌ内に収まっていないと可動領域制限部１９０２で判定した場合は、ステップＳ１７０７に進む。

ステップＳ９０３では、追従制御部６０６で、前記したように閾値の範囲を超えている相対位置情報が閾値内に収まるような移動量を求める。追従制御部６０６で求めた移動量を、追従制御部６０６から制御部６０５に出力し、ステップＳ９０４に進む。

次いで、ステップＳ９０４では、制御部６０５で、追従制御部６０６から取得した移動量を基に、マニピュレータ１０１を追従制御し、ステップＳ１７０６に進む。

次いで、ステップＳ１７０６では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、このフローを終了する。

一方、ステップＳ１７０７では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、このフローを終了する。

ステップＳ１７０５では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を固定位置に位置させて各固定部１００１を用いて、手先効果部１０２と把持部１０３とを固定した状態（「固定あり」の状態）とし、ステップＳ１７０８に進む。

次いで、ステップＳ１７０８では、目標軌道生成部１２０３において生成した目標軌道を制御部６０５で読み込み、ステップＳ１７０９に進む。

次いで、ステップＳ１７０９では、制御部６０５に読み込んだ目標軌道に把持部位置が追従するように制御部６０５でマニピュレータ１０１を制御し、このフローを終了する。

第３実施形態によれば、可動領域制限部１９０２でマニピュレータ１０１の可動範囲を制限することによって、教示動作時と再生動作時の可動領域が同様の領域とすることができる。その結果、教示した動作を正確に再生することが可能となる。

（第４実施形態）
図２２は、本発明の第４実施形態のロボットにおけるマニピュレータ１０１と、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４と、ハンド７１５と、力センサ２２０１との構成図である。本発明の第４実施形態のロボットにおけるマニピュレータ１０１と、手先効果部１０２と、把持部１０３と、相対位置センサ１０４と、ハンド７１５とは、それぞれ、第２実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分（力センサ２２０１と力情報取得部２３０１となど）についてのみ説明する。

力センサ２２０１は、把持部１０３とハンド７１５との間に取り付けられ、ハンド７１５に作用する力の大きさを検出する。検出した力の大きさの計測値ｇは入出力ＩＦ６０８に出力する。力センサ２２０１で検出する力の大きさは、ハンド７１５又はハンド７１５が把持する対象物（把持対象物）８０２が被対象物（作業対象物）に接触する際に生じる反力の大きさを示す。

図２３は、本発明の第４実施形態のロボット６０１におけるロボットアーム１００のブロック図を示す。本発明の第４実施形態のロボットにおけるマニピュレータ１０１と、追従制御部６０６と、相対位置取得部６０７と、モータドライバ６０９と、モード切替部１２０１と、固定切替部１２０２と、目標軌道生成部１２０３と、手先位置情報取得部１２０４とは第２実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分（力センサ２２０１と力情報取得部２３０１など）についてのみ、以下、詳細に説明する。

力情報取得部２３０１は、入出力ＩＦ６０８から力センサ２２０１の測定値と、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーからの時間情報とが入力される。入力された力センサ２２０１の測定値を力情報とし、制御部６０５に出力する。

制御部６０５は、第３実施形態の機能に加えて、力情報取得部２３０１から力情報を取得し、取得した力情報に応じて、センサフィードバック則を生成し、「再生モード」時にセンサフィードバックを行う（センサフィードバックについては後で説明する）。センサフィードバック則を生成する際に使用する係数について、入出力ＩＦ６０８から取得した値によって決定される（係数については後で説明する）。

入出力ＩＦ６０８は、第３実施形態の機能に加えて、力センサ２２０１から測定値を取得し、取得した力センサ２２０１の測定値と、入出力ＩＦ６０８に内蔵されたタイマーからの時間情報とを力情報取得部２３０１に出力する。人がキーボード又はマウス又はタッチパネルなどの入力装置６０８ｄを使用して、センサフィードバック則を生成する際に使用する係数を入出力ＩＦ６０８に入力することができ、入出力ＩＦ６０８に入力された値を入出力ＩＦ６０８から制御部６０５に出力する。

図２４Ａ〜図２４Ｇは、モード切替部１２０１で「教示モード」に切り替えられて、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）で、所望の作業、例えば、把持対象物の一例としてのフレキシブル基板２４０１を、作業対象物の一例としてのコネクタ２４０２に挿入する作業を人がロボットアーム１００を把持して教示する手順を示す。ここで、具体的な例として、フレキシブル基板２４０１は、幅５．５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍであり、コネクタ２４０２に対する接続ピンが１０本のフレキシブル基板を使用している。また、コネクタ２４０２は、フレキシブル基板２４０１に対応するコネクタである。具体的には、コネクタ２４０２の挿入口のサイズは、幅５．５７ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍである。また、把持部の大きさの一例としては、図２Ａ中のｘ軸方向の幅６５ｍｍ、ｙ軸方向の幅６５ｍｍ、ｚ軸方向の幅５５ｍｍである。ここで取り扱うフレキシブル基板は、大変薄く柔軟性の高いフレキシブル基板であるため、従来のロボットで教示を行うと、ピンが折れたり、コネクタ２４０２にフレキシブル基板を挿入できない場合が多く、非常に細かく難しい作業である。

以下の説明では、図２４Ａ→図２４Ｃ→図２４Ｅ→図２４Ｇの順に人がロボットアーム１００に教示していく手順を示している。また、そのときのフレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２の状況を図２４Ｂ→図２４Ｄ→図２４Ｆ→図２４Ｈの順に示す。

図２５は、図２４Ａ〜図２４Ｈの教示動作における、力センサ２２０１の値とマニピュレータ１０１の手先位置の速度情報とを示す。速度情報は、手先位置情報取得部１２０３で取得した手先位置情報を制御部６０５で微分することによって、制御部６０５で取得される。また、制御部６０５で取得した速度情報は、制御部６０５においてセンサフィードバック則を導出する際に元のデータとして使用する。図２５における実線のグラフは、力センサ２２０１で検出される値を示し、破線のグラフは、マニピュレータ１０１の手先位置の速度を示す。図２５の横軸は、実験時間（ｍｓ）を示し、実験開始時間を０ｍｓとし、実験開始時間から実験終了時間までの時間を示している。図２５の左縦軸は、力センサ２２０１で検出される値（Ｎ）を示している。図２５の右縦軸は、マニピュレータ１０１の手先の速度（ｍｍ／ｍｓ）を示している。図２５のグラフの下に描かれている図は、それぞれ、フレキシブル基板２４０１のコネクタ２４０２に対する挿入状態を示し、グラフの横軸が示す実験時間において、コネクタ２４０２に対してフレキシブル基板２４０１がどのような状態にあるのかを示す。

図２４Ａでは、人の手８０１が把持部１０３を把持し、人がロボットに対して教示を開始した時点である。この時点では、まだ、フレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２とが接触していないので、人の手８０１には、フレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２との接触時の反力は伝わらず、力センサ２２０１の値についても１Ｎ未満で変化しているが、その変化の大きさは小さく、誤差の範囲内である（図２５参照）。

図２４Ｂを見ても、まだ、フレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２とが接触していないことがわかる。この時点において、入出力ＩＦ６０８の開始ボタン６０８ｂが人により押下される。

図２４Ｃは、フレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２の入り口とが接触した時点である。この時点では、人の手８０１に接触時の反力が伝わり、力センサ２２０１の値も１Ｎを越えて変化する（図２５参照）。この時点から、人の手８０１は、コネクタ２４０２にフレキシブル基板２４０１が接触する際の反力を感じる。人は、手８０１で感じる反力の大きさを基に、フレキシブル基板２４０１のたわみ具合又は位置を推測しながら、フレキシブル基板２４０１に加える力又はフレキシブル基板２４０１の挿入方向を変化させて、フレキシブル基板２４０１をコネクタ２４０２に対して挿入する。そのときの反力の大きさを力センサ２２０１で検出する。

図２４Ｅでは、フレキシブル基板２４０１の先端がコネクタ２４０２の奥に接触し、挿入作業が完了した時点を示す。この時点では、人の手８０１に、フレキシブル基板２４０１の先端がコネクタ２４０２の奥に接触した際の反力が伝わる（図２５参照）。このときの反力を人の手８０１が感じることによって、コネクタ２４０２へのフレキシブル基板２４０１の挿入の完了を人が確認する。

図２４Ｇでは、入出力ＩＦ６０８の終了ボタン６０８ｃが人により押下され、教示を終了した時点である。図２４Ｅの時点で、挿入作業が完了の反力を人の手８０１が感じてから教示終了時点までは、フレキシブル基板２４０１に対してコネクタ２４０２を押し込まず、教示動作を終了する。

以上のようにしてフレキシブル基板２４０１のコネクタ２４０２への挿入作業を教示する。

教示動作時には、人の手８０１が感じる反力の大きさを力センサ２２０１で取得しているので、教示データの力情報の解析、又は、再生動作時に、力センサ２２０１の値を利用してセンサフィードバック（後で詳細を説明）を行うことができる。

次に、モード切替部１２０１で「再生モード」に切り替えられて、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定あり」の状態）で、図２４Ａ〜図２４Ｈで教示したフレキシブル基板２４０１をコネクタ２４０２に挿入する作業の再生動作について説明する。前記作業をロボットアーム１００が再生動作する手順を図２６Ａ〜図２６Ｇに示す。ここでは、図２６Ａ→図２６Ｃ→図２６Ｅ→図２６Ｇの順にロボットアーム１００が再生動作していく手順を示している。また、そのときのフレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２の状態を、図２６Ｂ→図２６Ｄ→図２６Ｆ→図２６Ｈの順に示す。

図２６Ａでは、ロボットアーム１００のハンド７１５にフレキシブル基板２４０１を把持して、制御部６０５で再生動作を開始した時点である。この時点では、まだ、フレキシブル基板２４０１とコネクタ２４０２とが接触していない。

図２６Ｂでは、まだ、ロボットアーム１００のハンド７１５に把持されたフレキシブル基板２４０１は、コネクタ２４０２に接触していない。

図２６Ｃは、ハンド７１５に把持されたフレキシブル基板２４０１がコネクタ２４０２の入り口に接触した時点を示している。この時点から、教示された動作通りに、フレキシブル基板２４０１のたわみ具合又は位置を制御しながら、フレキシブル基板２４０１に加える力又はフレキシブル基板２４０１の挿入方向を変化させて、フレキシブル基板２４０１をコネクタ２４０２に対して挿入する。

図２６Ｅでは、ハンド７１５に把持されたフレキシブル基板２４０１の先端がコネクタ２４０２の奥に接触し、挿入作業が完了した時点を示す。

図２６Ｇでは、再生動作を終了した時点である。

このように、図２６Ａ〜図２６Ｈより、図２４Ａ〜図２４Ｈで教示した作業を再生できていることがわかる。

次に、センサフィードバックについて図２７、図２８を用いて説明する。

図２７は、図２６の再生動作における、力センサ２２０１の値を示す。図２７における実線のグラフは、力センサ２２０１で検出される値を示す。図２７の横軸は、実験時間（ｍｓ）を示し、実験開始時間を０ｍｓとし、実験開始時間から実験終了時間までの時間を示している。図２７の縦軸は、力センサ２２０１で検出される値（Ｎ）を示している。図２７のグラフの下に描かれている図は、それぞれ、フレキシブル基板２４０１のコネクタ２４０２に対する挿入状態を示し、グラフの横軸が示す実験時間において、コネクタ２４０２に対してフレキシブル基板２４０１がどのような状態にあるのかを示す。

図２８は、どのようなセンサフィードバック則でマニピュレータ１０１の手先位置の速度を変化させるかを示す。図２８では、力情報取得部２３０１からの力情報の大きさが１．０Ｎを超えた時点において、制御部６０５でマニピュレータ１０１の手先位置の速度を０．００８ｍｍ／ｍｓに変化させる。速度の変化方法は、一定時間毎（例えば、１ｍｓ毎）の移動量を０．００８ｍｍとすることによって実現する。また、同様に、力情報取得部２３０１からの力情報の大きさが３．０Ｎを超えた時点において、制御部６０５でマニピュレータ１０１の手先位置の速度を０．０１５ｍｍ／ｍｓに変化させる。その他の時点では、制御部６０５で、教示動作時に取得した軌跡を再生する。図２８で使用した力の大きさ及び速度の値は、教示動作時の値（図２５参照）を参考に人により決定し、入力装置６０８ｄを使用して入出力ＩＦ６０８より入力する。

センサフィードバックは、再生動作時において、力情報取得部２３０１からの力情報を基に、制御部６０５において、マニピュレータ１０１の手先位置の速度を変化させることである。具体的には、教示動作時に取得した軌跡を、制御部６０５において、順に再生し、図２７中の参照符号Ａの時点（力の大きさが１．０Ｎを超えた時点）において、手先位置の速度を０．００８ｍｍ／ｍｓに変化させるとともに、参照符号Ｂの時点（力の大きさが３．０Ｎを超えた時点）において、手先位置の速度を０．０１５ｍｍ／ｍｓに変化させる。このようにセンサフィードバックを施すことによって、センサフィードバックを施さない場合と比較して、再生動作において、より正確に教示動作の再現を行うことができる。

センサフィードバックを使用した場合とセンサフィードバックをしなかった場合との再生動作時の軌跡の違いを、図２９の実験結果を用いて説明する。図２９は、フレキシブル基板２４０１のコネクタ２４０２に対する挿入方向におけるマニピュレータ１０１の手先位置の時間変化を表す。実線のグラフは、センサフィードバックを使用した場合の再生動作時の軌跡を示し、破線のグラフは、センサフィードバックを使用しなかった場合の再生動作時の軌跡を示す。横軸は実験時間（ｍｓ）を示し、実験開始時間を０ｍｓとし、実験開始時間から実験終了時間までの時間を示している。縦軸は、フレキシブル基板２４０１の挿入方向における、マニピュレータ１０１の手先位置（ｍｍ）を示している。図２９より、センサフィードバックを使用することによって、実線のグラフで示すように、図２９の参照符号Ａの時点（力の大きさが１．０Ｎを超えた時点）において手先位置が素早く移動し、参照符号Ｂの時点（力の大きさが３．０Ｎを超えた時点）において手先位置がより素早く移動していることがわかる。この実験では、センサフィードバックを使用した軌道では、フレキシブル基板２４０１のコネクタ２４０２に対する自動挿入を成功したが、センサフィードバックを使用しなかった軌道では、参照符号Ｂの時点において、手先位置が素早く移動していないため、失敗した。この結果からも、センサフィードバックを用いることによって、教示動作を正確に再現していることがわかる。

第４実施形態のロボットにおけるロボットアームの制御装置６０２の操作手順を図３０のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ３００１では、相対位置情報取得部６０７において、入出力ＩＦ６０８を介して手先効果部１０２に対する把持部１０３の相対位置情報を取得する。また、力情報取得部２３０１において、入出力ＩＦ６０８を介して外部から把持部１０３に加えられる力情報を取得する。また、手先位置情報取得部１２０４において、入出力ＩＦ６０８を介してマニピュレータ１０１の手先位置情報を取得する。また、制御部６０５において、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報を基にマニピュレータ１０１の速度情報を取得する。

ステップＳ１７０２では、モード切替部１２０１で、マニピュレータ１０１の制御モードを入出力ＩＦ６０８からの信号によって「停止モード」と、「教示モード」と、「再生モード」とに切り替える。入出力ＩＦ６０８の切り替えスイッチ６０８ａの操作によるモード切替部１２０１の制御モード切り替えにおいて、「停止モード」が選択された場合はステップＳ１７０３に進み、「教示モード」が選択された場合はステップＳ１７０４に進み、「再生モード」が選択された場合はステップＳ１７０５に進む。

ステップＳ１７０３では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、このフローを終了する。

ステップＳ１７０４では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を収納位置に位置させて手先効果部１０２と把持部１０３とを機構的に切り離した状態（「固定なし」の状態）とし、ステップＳ９０２に進む。

次いで、ステップＳ９０２では、相対位置情報取得部６０７から取得した相対位置情報が所定の閾値の範囲内に収まっているか、追従制御部６０６で判定する。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていると追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ１７０７に進む。相対位置情報が閾値の範囲内に収まっていないと追従制御部６０６で判定した場合は、ステップＳ９０３に進む。

ステップＳ９０３では、追従制御部６０６で、前記したように閾値の範囲を超えている相対位置情報が閾値内に収まるような移動量を求める。追従制御部６０６で求めた移動量を、追従制御部６０６から制御部６０５に出力し、ステップＳ９０４に進む。

次いで、ステップＳ９０４では、制御部６０５で、追従制御部６０６から取得した移動量を基に、マニピュレータ１０１を追従制御し、ステップＳ１７０６に進む。

次いで、ステップＳ１７０６では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、ステップＳ３００２に進む。

次いで、ステップＳ３００２では、制御部６０５において、制御部６０５で取得した速度情報と力情報取得部２３０１で取得した力情報と目標軌道生成部１２０３で生成した目標軌道とを基にセンサフィードバック則を生成し、このフローを終了する。

一方、ステップＳ１７０７では、目標軌道生成部１２０３において、相対位置情報取得部６０７で取得した相対位置情報Δｒと、手先位置情報取得部１２０４で取得した手先位置情報ｒ_０とを基に把持部位置情報ｒを求めて目標軌道を生成し、生成した目標軌道の情報を目標軌道生成部１２０３の内部記憶部に記憶して、ステップＳ３００３に進む。

次いで、ステップＳ３００３では、制御部６０５において、制御部６０５で取得した速度情報と力情報取得部２３０１で取得した力情報と目標軌道生成部１２０３で生成した目標軌道とを基にセンサフィードバック則を生成し、このフローを終了する。

また、ステップＳ１７０５では、モード切替部１２０１からの固定切替情報に基づき、固定切替部１２０２で固定部１００１を駆動制御して、各固定部１００１を固定位置に位置させて各固定部１００１を用いて、手先効果部１０２と把持部１０３とを固定した状態（「固定あり」の状態）とし、ステップＳ１７０８に進む。

次いで、ステップＳ１７０８では、目標軌道生成部１２０３において生成した目標軌道を制御部６０５で読み込み、ステップＳ１７０９に進む。

次いで、ステップＳ１７０９では、制御部６０５に読み込んだ目標軌道に把持部位置が追従するように制御部６０５でマニピュレータ１０１を制御し、ステップＳ３００４に進む。

次いで、ステップＳ３００４では、力情報取得部２３０１で取得した力情報に応じて、制御部６０５において、マニピュレータ１０１の手先位置を生成したセンサフィードバック則に従い制御し、このフローを終了する。

第４実施形態によれば、把持部に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部２３０１をさらに備えているので、教示動作時又は再生動作時に力情報を取得できるようになり、人が反力を得ながら行う作業（例えば、フレキシブル基板の挿入作業又はネジ締め作業）を教示することが可能となる。また、再生動作時にセンサフィードバックを用いることによって、再生動作時に取得した力情報を基に動作を変化させることができ、用いない場合と比較して、力情報に応じた教示動作を再現することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記それぞれの実施形態において、制御装置は、ハードウェア的には一般的なパーソナルコンピュータにより構成されており、入出力ＩＦ６０８を除く部分は、パーソナルコンピュータで実行される制御プログラムとしてソフトウェア的に実現することができる。よって、ロボットの動作を制御するための制御プログラムがパーソナルコンピュータにより実行されることにより、制御装置が機能するようにしている。

なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかるロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路は、ロボットアーム本体に取り付けられた手先効果部と人が把持する把持部とが機構的に分離しており、人が把持部を操作することによってロボットアームを操作することができて、産業用ロボット又は生産設備などにおける可動機構のロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路として有用である。また、本発明にかかるロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路は、産業用ロボットに限らず、家庭用ロボットのロボットアーム、ロボットアームの制御装置及び制御方法、ロボット、ロボットアーム制御プログラム、並びに、集積電子回路として適用される可能性もある。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明の別の態様によれば、前記態様に記載の前記ロボットアームの制御装置と、前記ロボットアームとを備えるロボットを提供する。

本発明の第５態様によれば、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の前記ロボットアームの制御装置と、前記ロボットアームとを備えるロボットを提供する。

Claims (8)

1. 人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御装置であって、
   前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を取得する相対位置情報取得部と、
   前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を求める追従制御部と、
   前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動制御する制御部とを備えるとともに、
   前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定部と、
   前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つに切り替えるモード切替部と、
   前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに切り替える固定切替部と、
   前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を取得する手先位置情報取得部と、
   前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を生成する目標軌道生成部とを有し、
   前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御する、ロボットアームの制御装置。
2. 前記ロボットアームの可動領域を取得する可動領域取得部と、
   前記可動領域取得部で取得した前記可動領域と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて、前記可動領域よりも狭い制限領域を導出する可動領域制限部をさらに備え、
   前記制御部は、前記「教示モード」のとき、前記可動領域制限部で導出された前記制限領域のみでしか可動しないように前記ロボットアームに制限をかけるように制御する請求項１に記載のロボットアームの制御装置。
3. 前記把持部に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記力情報取得部で取得する前記力情報を基に、前記人と前記把持部との間での接触を伴う作業の教示及び再生を可能とするように前記ロボットアームを制御する請求項１に記載のロボットアームの制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記「教示モード」のとき、前記目標軌道生成部で生成した前記目標軌道と前記力情報取得部で取得した前記力情報とに基づいてセンサフィードバック則を生成し、
   前記「再生モード」のとき、前記目標軌道と、前記再生モード時に前記力情報取得部で取得する前記力情報と、前記生成したセンサフィードバック則とに基づいて前記ロボットアームを動作制御する請求項３に記載のロボットアームの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の前記ロボットアームと前記ロボットアームの制御装置とを備えるロボット。
6. 人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御方法であって、
   前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
   前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
   前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
   前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
   前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
   前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
   前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
   前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
   前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの制御方法。
7. 人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの制御プログラムであって、
   前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得するステップと、
   前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求めるステップと、
   前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御するステップと、
   前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持するステップと、
   前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替えるステップと、
   前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替えるステップと、
   前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得するステップと、
   前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成するステップと、
   前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するステップとをコンピュータに実行させるための、ロボットアームの制御プログラム。
8. 人が触って操作して作業を行わせるロボットアームの本体に取り付けられた手先効果部と、前記手先効果部との間に所定間隔の隙間を形成しつつ前記手先効果部とは別に前記ロボットアームの本体に取り付けられて前記手先効果部に対して相対移動可能でかつ前記操作時に前記人が把持可能な把持部とを備える前記ロボットアームを動作制御する、ロボットアームの集積電子回路であって、
   前記操作時に前記手先効果部に対する前記把持部の相対位置の情報を相対位置情報取得部で取得し、
   前記相対位置情報取得部で取得された前記相対位置の情報が所定の閾値の範囲内に収まるように、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを移動させる追従制御用の前記ロボットアームの移動量を追従制御部で求め、
   前記追従制御部で求めた前記ロボットアームの移動量に基づいて、前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔の変化量に応じて前記ロボットアームを制御部で移動制御し、
   前記手先効果部と前記把持部とに接触して前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との相対移動を規制する固定位置と、前記手先効果部又は前記把持部内に収納されて前記手先効果部と前記把持部との相対移動を許容する収納位置との間で移動可能な固定部材を有して、前記固定部材が前記固定位置に位置したとき前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を固定部で維持し、
   前記ロボットアームの制御モードを「教示モード」と「再生モード」とのいずれか１つにモード切替部で切り替え、
   前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記固定位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部とを固定して前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持する固定状態と、前記モード切替部で前記「教示モード」に切り替えたとき、前記固定部を前記収納位置に位置させて前記手先効果部と前記把持部との間の前記隙間の間隔を維持することなく前記手先効果部と前記把持部とが相対移動可能な相対移動状態とに固定切替部で切り替え、
   前記「教示モード」のとき、前記ロボットアームの前記手先効果部の位置情報を手先位置情報取得部で取得し、
   前記「教示モード」のとき、前記手先位置情報取得部で取得した前記手先位置情報と前記相対位置情報取得部で取得した前記相対位置の情報とに基づいて前記ロボットアームの前記手先効果部の目標軌道を目標軌道生成部で生成し、
   前記制御部は、前記モード切替部で前記教示モードに切り替えたとき、前記人の教示操作により動作する前記ロボットアームを前記追従制御部で追従制御する一方、前記モード切替部で前記「再生モード」に切り替えたとき、前記目標軌道生成部で生成された前記目標軌道に基づいて前記ロボットアームを制御するロボットアームの集積電子回路。

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