WO2022009765A1 - ロボット制御装置 - Google Patents

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WO2022009765A1
WO2022009765A1 PCT/JP2021/024934 JP2021024934W WO2022009765A1 WO 2022009765 A1 WO2022009765 A1 WO 2022009765A1 JP 2021024934 W JP2021024934 W JP 2021024934W WO 2022009765 A1 WO2022009765 A1 WO 2022009765A1
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robot
action
unit
point
control device
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PCT/JP2021/024934
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康広 内藤
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ファナック株式会社
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Priority to DE112021003659.9T priority patent/DE112021003659T5/de
Priority to JP2022535274A priority patent/JP7392154B2/ja
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/16—Programme controls
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    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40582—Force sensor in robot fixture, base
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40586—6-DOF force sensor

Definitions

  • the present invention relates to a robot control device.
  • Patent Document 1 As a method of setting the tool tip point of the robot, a method of operating the robot, teaching the tool tip point to touch a jig or the like in multiple postures, and calculating the tool tip point from the joint angle in each posture is known. ing. See, for example, Patent Document 1.
  • the setting accuracy of the tool tip point and the time required for the setting work are determined according to the skill level of the operator, and the setting accuracy and the setting time may not be stable.
  • One aspect of the robot control device of the present disclosure is an acquisition unit that acquires force data indicating an external force applied to a tool mounted on the robot detected by a sensor arranged on the robot, and the acquisition unit acquired by the acquisition unit. It includes an action point calculation unit that calculates the action point of the external force based on force data, and a setting unit that sets the action point of the external force as a tool tip point of the robot.
  • the tool tip point can be set easily and intuitively without operating the robot.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a functional configuration example of the robot system according to the first embodiment.
  • the robot system 100 includes a robot 1 and a robot control device 2.
  • the robot 1 and the robot control device 2 may be directly connected to each other via a connection interface (not shown).
  • the robot 1 and the robot control device 2 may be connected to each other via a network such as a LAN (Local Area Network).
  • the robot 1 and the robot control device 2 may include a communication unit (not shown) for communicating with each other by such a connection.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the robot 1.
  • the robot 1 is a 6-axis vertical articulated robot, and has six joint axes 11 (1) -11 (6) and joint axes 11 (1) -11 (6). It has an arm portion 12 connected by each.
  • the robot 1 drives a servomotor (not shown) arranged on each of the joint shafts 11 (1) -11 (6) based on a drive command from the robot control device 2, thereby driving a movable member such as an arm portion 12. To drive.
  • a tool 13 such as a grinder or a screwdriver is attached to the tip of the manipulator of the robot 1, for example, the tip of the joint shaft 11 (6).
  • a 6-axis force sensor is arranged as a sensor 10 on the base of the robot 1.
  • the robot 1 is a 6-axis vertical articulated robot, it may be a vertical articulated robot other than the 6-axis robot, a horizontal articulated robot, a parallel link robot, or the like. Further, in the following, when it is not necessary to individually distinguish each of the joint axes 11 (1) -11 (6), these are collectively referred to as "joint axis 11". Further, the robot 1 has a world coordinate system ⁇ w of a three-dimensional Cartesian coordinate system fixed in space and a mechanical interface coordinate system of three-dimensional Cartesian coordinates set on the flange at the tip of the joint axis 11 (6) of the robot 1. And have.
  • the position correlation between the world coordinate system ⁇ w and the mechanical interface coordinate system is taken by a calibration known in advance.
  • the robot control device 2 described later can control the position of the tip portion of the robot 1 to which the tool 13 described later is attached by using the position defined by the world coordinate system ⁇ w.
  • the robot control device 2 outputs a drive command to the robot 1 based on the program and controls the operation of the robot 1.
  • the teaching operation panel 25 that teaches the operation to the robot 1 is connected to the robot control device 2.
  • the robot control device 2 has a control unit 20, an input unit 21, a storage unit 22, and a display unit 23.
  • the control unit 20 includes an acquisition unit 201, an action point calculation unit 202, a setting unit 203, and a display control unit 204.
  • the input unit 21 is, for example, a keyboard or button (not shown) included in the robot control device 2, a touch panel of the display unit 23 described later, or the like, and receives an operation from the user U of the robot control device 2.
  • the storage unit 22 is, for example, a ROM (Read Only Memory), an HDD (Hard Disk Drive), or the like, and stores a system program, an application program, or the like executed by the control unit 20 described later. Further, the storage unit 22 may store the action points calculated by the action point calculation unit 202, which will be described later.
  • the display unit 23 is, for example, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), and is a message instructed to the user U based on a control command of the display control unit 204 described later, or an action point calculation unit 202 described later. A screen showing the positional relationship between the action point calculated by the above and the robot 1 is displayed.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the control unit 20 has a CPU (Central Processing Unit), a ROM, a RAM, a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Processor) memory, and the like, and these are known to those skilled in the art, which are configured to be communicable with each other via a bus. belongs to.
  • the CPU is a processor that controls the robot control device 2 as a whole.
  • the CPU reads out the system program and the application program stored in the ROM via the bus, and controls the entire robot control device 2 according to the system program and the application program.
  • the control unit 20 is configured to realize the functions of the acquisition unit 201, the action point calculation unit 202, the setting unit 203, and the display control unit 204.
  • CMOS memory is backed up by a battery (not shown), and is configured as a non-volatile memory in which the storage state is maintained even when the power of the robot control device 2 is turned off.
  • the acquisition unit 201 acquires force data indicating an external force applied to the tool 13 detected by the sensor 10 when the user U applies a force to the tool 13. Specifically, the acquisition unit 201 acquires force data of the force vector and the torque vector of the external force applied to the tool 13 detected by the sensor 10.
  • the action point calculation unit 202 calculates the action point of the external force, which is the position where the user U applies the force to the tool 13, based on the force data acquired by the acquisition unit 201.
  • the vector of the force F and the torque M acquired by the acquisition unit 201 is obtained from the sensor 10.
  • M d ⁇ F ( "X" indicates the outer product).
  • the black circle in the sensor 10 in FIG. 2 indicates the start point of the position vector d.
  • the position vector d to the nearest contact point to the straight line passing through the point of action is calculated.
  • the user U applies a force to the tip of the tool 13 in the Z-axis direction, but a force may be applied to an arbitrary position of the tool 13 in any direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example in which the user U applies a force in another direction to the tip of the tool 13.
  • the action point calculation unit 202 may perform a force.
  • the point of action calculation unit 202 calculates the position vector d'to the nearest contact point to the straight line passing through the point of action by solving three simultaneous equations of unknowns (d'x , d' y , d' z). .. Then, the action point calculation unit 202 passes through the position vector d and has a straight line in the direction of the vector F (broken line in FIG. 2) and a straight line passing through the position vector d'in the direction of the vector F'(broken line in FIG. 3). The intersection of is found as the point of action. In this way, when the user U applies a force to the tool 13 in two different directions, the action point calculation unit 202 can accurately calculate the action point (intersection point).
  • the action point calculation unit 202 is the closest point of the two straight lines. May be obtained and the midpoint thereof may be used as the point of action. Further, although the user U applies a force in two different directions to the tip of the tool 13, a force in three or more different directions may be applied to the tip of the tool 13.
  • the setting unit 203 sets the action point calculated by the action point calculation unit 202 as the tool tip point of the tool 13 of the robot 1.
  • the display control unit 204 displays a message instructing the user U to press the tool 13 of the robot 1 when setting the tool tip point on the display unit 23, or is calculated by the action point calculation unit 202.
  • a screen showing the positional relationship between the robot 1 and the robot 1 is displayed on the display unit 23.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the calculation process of the robot control device 2. The flow shown here is executed every time the user U receives a tool tip point setting instruction via the input unit 21.
  • step S1 the display control unit 204 displays a message such as "press the tip of the tool” on the display unit 23 to force the user U to apply force to the tool 13.
  • step S2 the acquisition unit 201 acquires the force data of the external force F and the torque M applied to the tool 13 detected by the sensor 10 when the user U applies a force to the tool 13.
  • step S3 the action point calculation unit 202 calculates the position vector d to the nearest contact point to the straight line passing through the action point of the tool 13 based on the force data acquired in step S2.
  • step S4 the action point calculation unit 202 determines whether or not the force data has been acquired a predetermined number of times (for example, twice). When the force data is acquired a predetermined number of times, the process proceeds to step S5. On the other hand, if the force data has not been acquired a predetermined number of times, the process returns to step S1. In this case, in step S1, the display control unit 204 preferably displays a message such as "Please push the tip of the tool in another direction" on the display unit 23.
  • step S5 the action point calculation unit 202 calculates the intersection of two straight lines as the action point based on the detected vectors F and F'and the calculated position vectors d and d'.
  • step S6 the setting unit 203 sets the action point calculated in step S5 as the tool tip point of the tool 13 of the robot 1.
  • the external force applied by the user U to the tool 13 mounted on the robot 1 is detected by the sensor 10 arranged on the robot 1 and the force F. Acquired as force data of torque M.
  • the robot control device 2 calculates the action point of the external force based on the acquired force data, and sets the action point as the tool tip point of the robot 1. As a result, the robot control device 2 can easily and intuitively set the tool tip point without operating the robot 1.
  • the first embodiment has been described above.
  • the robot control device 2 according to the first embodiment and the robot control device 2a according to the second embodiment are based on force data detected by the user U applying a force to the tip of the tool 13. It is common in that the tool tip point is set. However, in the first embodiment, the force data is detected by using the 6-axis force sensor. On the other hand, the second embodiment is different from the first embodiment in that the force data is detected by using the torque sensors arranged on each joint axis 11 of the robot 1. As a result, the robot control device 2a according to the second embodiment can easily and intuitively set the tool tip point without operating the robot 1a.
  • the second embodiment will be described below.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing a functional configuration example of the robot system according to the second embodiment.
  • the elements having the same functions as the elements of the robot system 100 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the robot system 100A has a robot 1a and a robot control device 2a as in the first embodiment.
  • the robot 1a is an industrial robot or the like known to those skilled in the art, as in the case of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the robot 1a.
  • the robot 1a is, for example, a 6-axis vertical articulated robot, as in the case of the first embodiment, and has 6 joint axes 11 (1) -11 (6) and joint axes 11 (1) -11 ( It has an arm portion 12 connected by each of 6).
  • the robot 1a drives a servomotor (not shown) arranged on each of the joint shafts 11 (1) -11 (6) based on a drive command from the robot control device 2a to drive a movable member such as an arm portion 12. To drive.
  • a tool 13 such as a grinder or a screwdriver is attached to the tip of the manipulator of the robot 1, for example, the tip of the joint shaft 11 (6).
  • a torque sensor sensor 10a (not shown) for detecting torque around the rotation axis is arranged on each of the joint shafts 11 (1) -11 (6) of the robot 1a.
  • the sensor 10a of each joint shaft 11 periodically detects the torque M as the pressing force of the tool 13 at a predetermined sampling time.
  • the sensor 10a of each joint shaft 11 detects the torque M of the force applied by the user U even when the user U applies a force to the tool 13.
  • the sensor 10a of each joint axis 11 outputs the detected force data to the robot control device 2a via a connection interface (not shown).
  • the robot control device 2a outputs a drive command to the robot 1a based on the program and controls the operation of the robot 1a, as in the case of the first embodiment.
  • the robot control device 2a according to the second embodiment has a control unit 20a, an input unit 21, a storage unit 22, and a display unit 23.
  • the control unit 20a includes an acquisition unit 201, an action point calculation unit 202a, a setting unit 203, and a display control unit 204.
  • the control unit 20a, the input unit 21, the storage unit 22, and the display unit 23 have the same functions as the control unit 20, the input unit 21, the storage unit 22, and the display unit 23 according to the first embodiment. Further, the acquisition unit 201, the setting unit 203, and the display control unit 204 have the same functions as the acquisition unit 201, the setting unit 203, and the display control unit 204 according to the first embodiment.
  • the action point calculation unit 202a is a sensor of each joint axis 11 when the user U applies a force to an arbitrary point of the tool 13 (for example, the tip of the tool 13) in the Z-axis direction.
  • the position of the point of action is determined using the torque M detected by 10a.
  • the rotation centers of the joint shaft 11 (4) and the joint shaft 11 (6) are offset.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the offset of the rotation center between the joint axis 11 (4) and the joint axis 11 (6). As shown in FIG. 7, the rotation centers of the joint axis 11 (4) and the joint axis 11 (6) are offset from each other by the distance D3.
  • a force may be applied to an arbitrary position of the tool 13 in a predetermined direction.
  • the display control unit 204 displays a message such as "press the point you want to set in the + Z axis direction" on the display unit 23.
  • the sensor 10a of the joint axis 11 (3) and the sensor of the joint axis 11 (5) Using the torques M3 and M5 detected by 10a and the equation (1), the distance D2 from the joint axis 11 (5) to the straight line passing through the point of action indicated by the broken line is calculated.
  • D2 (M5 / (M3-M5)) D1 (1)
  • D1 is a known distance in which the direction of the force between the joint axis 11 (3) and the joint axis 11 (5) is orthogonal to the direction vector projected on the rotation plane of the joint axis. ..
  • the action point calculation unit 202a uses the torques M4 and M6 detected by the sensor 10a of the joint axis 11 (4) and the sensor 10a of the joint axis 11 (6), and the equation (2), as shown in FIG.
  • the offset distance D3 due to the user U applying a force (for example, a force in the Z-axis direction) to the tip of the tool 13 is calculated.
  • D3 (M6 / (M4-M6)) D4 (2)
  • D4 is a horizontal distance (distance in the X-axis direction) between the joint axis 11 (4) and the joint axis 11 (6).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which the user U applies a horizontal force to the tip of the tool 13.
  • the action point calculation unit 202a has the joint axis 11 (2) and the joint axis 11 (5) when the user U applies a force in the horizontal direction (-X-axis direction) in the same manner as when the distances D2 and D3 are calculated.
  • the action point calculation unit 202a uses the calculated distances D2, D3, and height H together with the known distance D1, so that the force F is applied at the distance D2 from the joint axis 11 (5) shown by the broken line in FIG. Two three-dimensional straight lines, a straight line in the direction and a straight line in the direction of the force F'at the height H shown by the broken line in FIG. 8, are obtained.
  • the action point calculation unit 202a can calculate the intersection of the two obtained three-dimensional straight lines as the action point of the tool 13. That is, when the user U applies a force to the tip of the tool 13 in two different directions, the action point calculation unit 202a can accurately calculate the action point.
  • the two three-dimensional straight lines You may find the closest point of the above and use the middle point as the point of action. Further, although the user U applies a force in two different directions to the tip of the tool 13, a force in three or more different directions may be applied to the tip of the tool 13.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the calculation process of the robot control device 2a. The flow shown here is executed every time the user U receives a tool tip point setting instruction via the input unit 21.
  • the processes of steps S11, S12, and S16 shown in FIG. 9 are the same as those of steps S1, S2, and S6 according to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
  • step S13 the action point calculation unit 202a calculates the distance to the straight line in the direction in which the force F is applied based on the force data acquired in step S12.
  • step S14 the action point calculation unit 202a determines whether or not the force data has been acquired a predetermined number of times (for example, twice). When the force data is acquired a predetermined number of times, the process proceeds to step S15. On the other hand, if the force data has not been acquired a predetermined number of times, the process returns to step S11. In this case, in step S11, it is preferable that the display control unit 204 displays a message such as "Please push the tip of the tool at the same point in the -X-axis direction" on the display unit 23.
  • step S15 the action point calculation unit 202 obtains two three-dimensional straight lines based on the distance to the straight line to which the force F calculated for each predetermined number of times is applied, and uses the intersection of the obtained two three-dimensional straight lines as the action point. calculate.
  • the robot control device 2a detects the external force applied by the user U to the tool 13 mounted on the robot 1a by the sensors 10a arranged on each joint axis 11 of the robot 1a. It is acquired as the force data of the obtained torque M.
  • the robot control device 2a calculates the action point of the external force based on the acquired force data, and sets the action point as the tool tip point of the robot 1a. As a result, the robot control device 2a can easily and intuitively set the tool tip point without operating the robot 1a.
  • the second embodiment has been described above.
  • the robot control devices according to each embodiment are common in that the tool tip point is set based on the force data detected by applying a force to the tool 13 by the user U.
  • the user U cannot directly apply a force to the tip of the tool 13, and by applying a force to any two points of the tool 13, the action points of each of the two points are calculated and calculated.
  • the midpoint of the straight line connecting the two points of action is set as the tool tip point.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing a functional configuration example of the robot system according to the third embodiment.
  • the elements having the same functions as the elements of the robot system 100 of FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the robot system 100B has a robot 1 and a robot control device 2b as in the first embodiment.
  • the robot 1 has a sensor 10 of a 6-axis force sensor on the base, as in the case of the first embodiment shown in FIG.
  • the robot 1 according to the third embodiment is equipped with, for example, a two-claw chuck that holds the tool as the tool 13.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a chuck. As shown in FIG. 11, the chuck, which is the tool 13, has two claws 14a and 14b, and the two claws 14a and 14b move in the direction indicated by the arrow based on the operation command from the robot control device 2b. Holds tools etc.
  • the robot control device 2b calculates the action points of the claws 14a and 14b by applying a force to the user U to each of the two claws 14a and 14b of the chuck which is the tool 13, and the two calculated points are calculated. Set the midpoint of the straight line connecting the points of action as the tool tip point.
  • the robot 1 has the sensor 10 of the 6-axis force sensor in the third embodiment, the robot 1a having the sensor 10a of the torque sensor on each joint axis 11 may be used.
  • the robot control device 2b outputs a drive command to the robot 1 based on the program and controls the operation of the robot 1, as in the case of the first embodiment.
  • the robot control device 2b according to the third embodiment has a control unit 20b, an input unit 21, a storage unit 22, and a display unit 23.
  • the control unit 20b includes an acquisition unit 201, an action point calculation unit 202b, a setting unit 203b, and a display control unit 204.
  • control unit 20b, the input unit 21, the storage unit 22, and the display unit 23 have the same functions as the control unit 20, the input unit 21, the storage unit 22, and the display unit 23 according to the first embodiment. Further, the acquisition unit 201, the setting unit, and the display control unit 204 have the same functions as the acquisition unit 201 and the display control unit 204 according to the first embodiment.
  • the action point calculation unit 202b is the action of an external force which is a position where the user U applies a force to the tool 13 based on the force data acquired by the acquisition unit 201. Calculate the points. Specifically, the action point calculation unit 202b sets the vector values of the force F and the torque M detected by the sensor 10 by the user U applying a force to the claw 14a of the tool 13 which is a chuck, for example. Substituting into d ⁇ F, the position vector d to the nearest contact point to the straight line passing through the point of action of the claw 14a is calculated.
  • the action point calculation unit 202b obtains the intersection of the straight line passing through the position vector d and in the direction of the vector F and the straight line passing through the position vector d'and in the direction of the vector F'as the action point of the claw 14b.
  • the action point calculation unit 202b stores the obtained action point of the claw 14b in the storage unit 22.
  • the setting unit 203b reads out the action points of the two claws 14a and 14b stored in the storage unit 22, and sets the midpoint of the straight line connecting the read out two action points as the tool tip point.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating the calculation process of the robot control device 2b. The flow shown here is executed every time the user U receives a tool tip point setting instruction via the input unit 21.
  • step S21 the display control unit 204 displays on the display unit 23 a message such as "Please press one place of the tool” to force the user U to apply force to one of the claws 14a and 14b of the tool 13.
  • step S22 the acquisition unit 201 acquires the force data of the external force force F and the torque M applied to the claw 14a detected by the sensor 10 when the user U applies a force to the claw 14a of the tool 13.
  • step S23 the action point calculation unit 202b calculates the position vector d to the nearest contact point to the straight line passing through the action point of the claw 14a based on the force data acquired in step S22.
  • step S24 the action point calculation unit 202b determines whether or not the force data has been acquired a predetermined number of times (for example, twice, etc.) for one location.
  • the process proceeds to step S25.
  • the display control unit 204 displays a message such as "Please push the same place in a different direction" on the display unit 23.
  • step S25 the action point calculation unit 202b calculates the intersection of two straight lines as the action point based on the detected vectors F and F'and the calculated position vectors d and d'.
  • step S26 the action point calculation unit 202b determines whether or not the action points have been calculated at all the points (for example, the two claws 14a and 14b) of the tool 13. When the points of action are calculated at all points, the process proceeds to step S27. On the other hand, if the points of action have not been calculated at all points, the process returns to step S21. In this case, in step S21, it is preferable that the display control unit 204 displays a message such as "Please press another place" on the display unit 23.
  • step S27 the setting unit 203b reads out the action points of the two claws 14a and 14b stored in the storage unit 22, and sets the midpoint of the straight line connecting the read out two action points as the tool tip point.
  • the robot control device 2b is a sensor arranged on the robot 1 by applying an external force applied by the user U to each of the two claws 14a and 14b of the tool 13 mounted on the robot 1. It is acquired as force data of the force F and the torque M detected by 10.
  • the robot control device 2b calculates the action points for each of the claws 14a and 14b of the tool 13 based on the acquired force data, and the midpoint of the straight line connecting the action points of the two claws 14a and 14b is the tool tip point of the robot 1. Set as. As a result, the robot control device 2b can easily and intuitively set the tool tip point without operating the robot 1.
  • the third embodiment has been described above.
  • the tool 13 which is a chuck has two claws 14a and 14b, but the present invention is not limited to this.
  • the tool 13 may be a chuck having a plurality of claws of 3 or more.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a chuck. As shown in FIG. 13, the chuck, which is the tool 13, has three claws 15a, 15b, and 15c, and the three claws 15a, 15b, and 15c are in the directions indicated by the arrows based on the operation command from the robot control device 2b. Hold tools etc. by moving to.
  • the action point calculation unit 202b may calculate the action points on the plurality of claws by causing the user U to apply a force to each of the plurality of claws of the chuck of the tool 13.
  • the setting unit 203b may set the midpoint of a polygon having a triangle or more connecting the calculated action points of the plurality of claws as the tool tip point of the robot 1.
  • the setting unit 203b sets the midpoint of the straight line connecting the action points of the two claws 14a and 14b of the chuck of the tool 13 as the tool tip point of the robot 1, but the present invention is not limited to this.
  • the display control unit 204 displays a screen showing the positional relationship between the robot 1 and the straight line connecting the action points of the two claws 14a and 14b on the display unit 23, and the setting unit 203b via the input unit 21.
  • An arbitrary position on a straight line designated based on the input of the user U may be set as the tool tip point of the robot 1.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example in which an arbitrary position on a straight line connecting two points of action is designated by the user U.
  • FIG. 14 a position designated by the user U is shown on a straight line connecting the points of action of the two claws 14a and 14b indicated by circles.
  • the display control unit 204 displays a screen showing the positional relationship between the robot 1 and the polygon connecting the points of action of the plurality of claws on the display unit 23.
  • the setting unit 203b may set an arbitrary position in the polygon designated based on the input of the user U via the input unit 21 as the tool tip point of the robot 1.
  • the robot control devices 2, 2a and 2b have been described.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes modifications, improvements, and the like to the extent that the object can be achieved.
  • the robots 1 and 1a when the user U applies a force As the posture, the case of the posture shown in FIGS. 2 and 6 is shown, but the posture is not limited to this.
  • the robots 1 and 1a can take any posture.
  • the user U applies a force to Z.
  • the direction in which the user U applies the force may be any two directions as long as they are different from each other.
  • an arbitrary point on the straight line connecting the two points of action is set as the tool tip point, but the present invention is not limited to this.
  • the user U presses only once to calculate a straight line in the external force direction passing through the point of action, and a screen showing the positional relationship between the calculated straight line and the robots 1, 1a is displayed on the display unit 23, and the setting unit 203 is displayed. May set an arbitrary position on a straight line designated based on the input of the user U via the input unit 21 as the tool tip point of the robots 1 and 1a.
  • the functions included in the robot control devices 2, 2a and 2b according to the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the modified example 1 of the third embodiment, and the modified example 2 of the third embodiment. Can be realized by hardware, software, or a combination thereof, respectively.
  • what is realized by software means that it is realized by a computer reading and executing a program.
  • each component included in the robot control devices 2, 2a and 2b can be realized by hardware, software including an electronic circuit or the like, or a combination thereof.
  • Non-transitory computer-readable media include various types of tangible recording media (Tangible storage media).
  • Examples of non-temporary computer-readable media include magnetic recording media (eg, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), and CD-.
  • the program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer-readable media (Transity computer readable medium).
  • temporary computer-readable media include electrical, optical, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • the step of describing the program to be recorded on the recording medium is not only the processing performed in chronological order but also the processing executed in parallel or individually even if it is not necessarily processed in chronological order. Also includes.
  • the robot control device of the present disclosure can take various embodiments having the following configurations.
  • the robot control device 2 of the present disclosure has an acquisition unit 201 for acquiring force data indicating an external force applied to a tool mounted on the robot 1 detected by a sensor 10 arranged on the robot 1, and an acquisition unit 201. It includes an action point calculation unit 202 that calculates the action point of the external force based on the acquired force data, and a setting unit 203 that sets the action point of the external force as the tool tip point of the robot 1. According to the robot control device 2, the tool tip point can be easily and intuitively set without operating the robot 1.
  • the sensors 10 and 10a may be a 6-axis force sensor or a torque sensor. By doing so, the robot control devices 2 and 2a can exert the same effect as in (1).
  • a storage unit 22 for storing the action point calculated by the action point calculation unit 202b is provided, and two setting units 203b are stored in the storage unit 22.
  • the midpoint of the straight line connecting the two action points may be set as the tool tip point.
  • a display unit 23 that displays a screen showing the positional relationship between the robot 1 and the straight line connecting the two points of action, and an arbitrary on the straight line displayed on the screen.
  • An input unit 21 for designating the position of the above may be provided. By doing so, the robot control device 2b can set the optimum position as the tool tip point according to the tool 13 mounted on the robot 1.
  • a storage unit 22 for storing the action points calculated by the action point calculation unit 202b is provided, and the setting unit 203b has three or more in the storage unit 22.
  • the midpoint of a polygon connecting the plurality of action points may be set as the tool tip point.
  • a display unit 23 that displays a screen showing a positional relationship between the robot 1 and a polygon connecting a plurality of points of action, and the inside of the polygon displayed on the screen.
  • An input unit 21 for designating an arbitrary position of the above may be provided. By doing so, the robot control device 2b can achieve the same effect as in (4).
  • the display unit 23 and the input unit 21 are provided, and the action point calculation units 202 and 202a pass through the action point of the external force.
  • the straight line is calculated, the display unit 23 displays a screen showing the positional relationship between the straight line and the robots 1, 1a, and the input unit 21 specifies an arbitrary position on the straight line displayed on the screen, and the setting unit 203. May set any designated position as the tool tip point of the robots 1, 1a. By doing so, the robot control devices 2 and 2a can exert the same effect as in (4).
  • Robot 10 1, 1a Robot 10, 10a Sensor 2, 2a, 2b Robot control device 20, 20a, 20b Control unit 201 Acquisition unit 202, 202a, 202b Action point calculation unit 203, 203b Setting unit 204 Display control unit 21 Input unit 22 Storage unit 23 Display unit 100, 100A, 100B Robot system

Abstract

ロボットを動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定すること。　ロボット制御装置は、ロボットに配置されたセンサにより検出された前記ロボットに装着されたツールに加わる外力を示す力データを取得する取得部と、前記取得部により取得された前記力データに基づいて前記外力の作用点を算出する作用点算出部と、前記外力の作用点を前記ロボットのツール先端点として設定する設定部と、を備える。

Description

ロボット制御装置
　本発明は、ロボット制御装置に関する。
　ロボットのツール先端点を設定する方法として、ロボットを動作させ、ツール先端点を治具等に複数姿勢で接するように教示し、各姿勢での関節角度からツール先端点を算出する方法が知られている。例えば、特許文献１参照。
特開平８－０８５０８３号公報
　しかしながら、ツール先端点を算出するには、ツール先端点が治具等に接するようにロボットを動作させる必要があり、時間と技術が必要である。また、ツール先端点の設定精度と設定作業に要する時間とが作業者の熟練度に応じて定まり、設定精度及び設定時間が安定しない場合がある。
　そこで、ロボットを動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することが望まれている。
　本開示のロボット制御装置の一態様は、ロボットに配置されたセンサにより検出された前記ロボットに装着されたツールに加わる外力を示す力データを取得する取得部と、前記取得部により取得された前記力データに基づいて前記外力の作用点を算出する作用点算出部と、前記外力の作用点を前記ロボットのツール先端点として設定する設定部と、を備える。
　一態様によれば、ロボットを動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
第１実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。 ロボットの一例を示す図である。 ユーザがツールの先端に別の方向の力を加えた一例を示す図である。 ロボット制御装置の算出処理について説明するフローチャートである。 第２実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。 ロボットの一例を示す図である。 関節軸の回転中心のオフセットの一例を示す図である。 ユーザがツールの先端に水平方向の力を加えた一例を示す図である。 ロボット制御装置の算出処理について説明するフローチャートである。 第３実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。 チャックの一例を示す図である。 ロボット制御装置の算出処理について説明するフローチャートである。 チャックの一例を示す図である。 ユーザＵにより２つの作用点を結んだ直線上の任意の位置が指定された一例を示す図である。
　以下、第１実施形態について図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。
　図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１、及びロボット制御装置２を有する。
　ロボット１とロボット制御装置２とは、図示しない接続インタフェースを介して互いに直接接続されてもよい。なお、ロボット１とロボット制御装置２とは、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークを介して相互に接続されていてもよい。この場合、ロボット１、及びロボット制御装置２は、かかる接続によって相互に通信を行うための図示しない通信部を備えてもよい。
＜ロボット１＞
　ロボット１は、例えば、当業者にとって公知の産業用ロボット等である。
　図２は、ロボット１の一例を示す図である。
　ロボット１は、例えば、図２に示すように、６軸の垂直多関節ロボットであり、６つの関節軸１１（１）－１１（６）と、関節軸１１（１）－１１（６）の各々により連結されるアーム部１２を有する。ロボット１は、ロボット制御装置２からの駆動指令に基づいて、関節軸１１（１）－１１（６）の各々に配置される図示しないサーボモータを駆動することにより、アーム部１２等の可動部材を駆動する。また、ロボット１のマニピュレータの先端部、例えば、関節軸１１（６）の先端部には、例えば、グラインダやスクリュードライバー等のツール１３が取り付けられる。
　また、図２では、ロボット１のベースにセンサ１０として６軸力センサが配置されている。これにより、センサ１０は、ツール１３の押付力として、所定のサンプリング時間で周期的に力Ｆ（＝（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ））とトルクＭ（＝（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ））とを検出する。また、センサ１０は、ユーザＵがツール１３に力を加える場合も、ユーザＵにより加えられた力の力ＦとトルクＭとを検出する。センサ１０は、図示しない接続インタフェースを介して、検出した力データをロボット制御装置２に出力する。
　なお、ロボット１は、６軸の垂直多関節ロボットとしたが、６軸以外の垂直多関節ロボットでもよく、水平多関節ロボットやパラレルリンクロボット等でもよい。
　また、以下において、関節軸１１（１）－１１（６）のそれぞれを個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて「関節軸１１」ともいう。
　また、ロボット１は、空間上に固定された３次元直交座標系のワールド座標系Σｗと、ロボット１の関節軸１１（６）の先端のフランジに設定された３次元直交座標のメカニカルインタフェース座標系とを有する。本実施形態においては、事前に公知のキャリブレーションによってワールド座標系Σｗとメカニカルインタフェース座標系との位置の相関が取られている。これにより、後述するロボット制御装置２は、ワールド座標系Σｗで定義される位置を用いて、後述するツール１３が取付けられたロボット１の先端部の位置を制御することができる。
＜ロボット制御装置２＞
　ロボット制御装置２は、図１及び図２に示すように、プログラムに基づいて、ロボット１に対して駆動指令を出力し、ロボット１の動作を制御する。なお、図２では、ロボット１に対して動作を教示する教示操作盤２５がロボット制御装置２に接続される。
　図１に示すように、本実施形態に係るロボット制御装置２は、制御部２０、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３を有する。また、制御部２０は、取得部２０１、作用点算出部２０２、設定部２０３、及び表示制御部２０４を有する。
　入力部２１は、例えば、ロボット制御装置２に含まれる図示しないキーボードやボタン、後述する表示部２３のタッチパネル等であり、ロボット制御装置２のユーザＵからの操作を受け付ける。
　記憶部２２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）等であり、後述する制御部２０が実行するシステムプログラム及びアプリケーションプログラム等を格納する。また、記憶部２２は、後述する作用点算出部２０２により算出された作用点を格納してもよい。
　表示部２３は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置であり、後述する表示制御部２０４の制御指令に基づいて、ユーザＵに対して指示するメッセージや、後述する作用点算出部２０２により算出された作用点とロボット１との位置関係等を示す画面を表示する。
＜制御部２０＞
　制御部２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）メモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。
　ＣＰＵはロボット制御装置２を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムを、バスを介して読み出し、前記システムプログラム及びアプリケーションプログラムに従ってロボット制御装置２全体を制御する。これにより、図１に示すように、制御部２０が、取得部２０１、作用点算出部２０２、設定部２０３、及び表示制御部２０４の機能を実現するように構成される。ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。また、ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、ロボット制御装置２の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。
　取得部２０１は、例えば、図２に示すように、ユーザＵがツール１３に力を加えることにより、センサ１０により検出されたツール１３に加わる外力を示す力データを取得する。
　具体的には、取得部２０１は、センサ１０により検出されたツール１３に加わる外力の力ベクトルとトルクベクトルとの力データを取得する。
　作用点算出部２０２は、取得部２０１により取得された力データに基づいて、ユーザＵがツール１３に力を加えた位置である外力の作用点を算出する。
　ここで、例えば、図２に示すように、ユーザＵがツール１３の先端にＺ軸方向の力を加えることで、取得部２０１により取得された力ＦとトルクＭとのベクトルは、センサ１０からの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄ（＝（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ））とする場合、当業者にとって公知の力モーメントのつり合いにより、Ｍ＝ｄ×Ｆ（「×」は外積を示す）が成り立つ。なお、図２のセンサ１０における黒丸は、位置ベクトルｄの始点を示す。作用点算出部２０２は、取得部２０１により取得された力ＦとトルクＭとのベクトルの値を、Ｍ＝ｄ×Ｆに代入し、未知数（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）の３つの連立方程式を解くことにより、作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄを算出する。
　これにより、作用点算出部２０２は、ツール先端点が存在する、センサ１０の検出点から位置ベクトルｄを通過しベクトルＦ（＝（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ））の向きの直線（図２の破線）を求めることができる。
　なお、図２では、ユーザＵはツール１３の先端にＺ軸方向に力を加えたが、ツール１３の任意の位置を任意の方向に力を加えてもよい。
　次に、作用点算出部２０２はツール先端点を求めるために、例えば、後述する表示制御部２０４は「別の方向に押してください」等のメッセージを表示部２３に表示して、ユーザＵに対してツール１３の先端に別の方向の力を加えさせる。
　図３は、ユーザＵがツール１３の先端に別の方向の力を加えた一例を示す図である。
　図３に示すように、例えば、ユーザＵがツール１３の先端に図２の場合と異なる方向（例えば、水平方向（－Ｘ軸方向））の力を加えることで、作用点算出部２０２は、取得部２０１により取得された力Ｆ’とトルクＭ’とのベクトルの値を、Ｍ＝ｄ×Ｆに代入する。作用点算出部２０２は、未知数（ｄ’ｘ，ｄ’ｙ，ｄ’ｚ）の３つの連立方程式を解くことにより、作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄ’を算出する。
　そして、作用点算出部２０２は、位置ベクトルｄを通過しベクトルＦの向きの直線（図２の破線）と、位置ベクトルｄ’を通過しベクトルＦ’の向きの直線（図３の破線）との交点を作用点として求める。
　このように、ユーザＵが互いに異なる２方向にツール１３に力を加えることにより、作用点算出部２０２は、作用点（交点）を精度良く算出することができる。
　なお、作用点算出部２０２は、センサ１０の検出誤差、及び／又はユーザＵが力を加えるツール１３の先端位置の誤差により２つの直線の交点が求められない場合、２つの直線の最接近点を求めて、その中点を作用点とするようにしてもよい。
　また、ユーザＵはツール１３の先端に互いに異なる２方向の力を加えたが、ツール１３の先端に互いに異なる３以上の方向の力を加えるようにしてもよい。
　設定部２０３は、作用点算出部２０２により算出された作用点をロボット１のツール１３のツール先端点として設定する。
　表示制御部２０４は、例えば、ツール先端点を設定するにあたりロボット１のツール１３を押すように、ユーザＵに対して指示するメッセージを表示部２３に表示したり、作用点算出部２０２により算出された作用点をロボット１との位置関係を示す画面を表示部２３に表示したりする。
＜ロボット制御装置２の算出処理＞
　次に、本実施形態に係るロボット制御装置２の算出処理に係る動作について説明する。
　図４は、ロボット制御装置２の算出処理について説明するフローチャートである。ここで示すフローは、入力部２１を介してユーザＵからツール先端点の設定指示を受ける度に実行される。
　ステップＳ１において、表示制御部２０４は、「ツールの先端を押してください」等のユーザＵに対してツール１３に力を加えさせるメッセージを表示部２３に表示する。
　ステップＳ２において、取得部２０１は、ユーザＵがツール１３に力を加えることにより、センサ１０により検出されたツール１３に加えられた外力の力Ｆ及びトルクＭの力データを取得する。
　ステップＳ３において、作用点算出部２０２は、ステップＳ２で取得された力データに基づいてツール１３の作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄを算出する。
　ステップＳ４において、作用点算出部２０２は、力データを所定回数（例えば、２回等）取得したか否かを判定する。力データを所定回数取得した場合、処理はステップＳ５に進む。一方、力データを所定回数取得していない場合、処理はステップＳ１に戻る。なお、この場合、ステップＳ１において、表示制御部２０４は、「別の方向にツールの先端を押してください」等のメッセージを表示部２３に表示することが好ましい。
　ステップＳ５において、作用点算出部２０２は、検出されたベクトルＦ、Ｆ’と算出した位置ベクトルｄ、ｄ’とに基づいて２つの直線の交点を作用点として算出する。
　ステップＳ６において、設定部２０３は、ステップＳ５で算出された作用点をロボット１のツール１３のツール先端点として設定する。
　以上のように、第１実施形態に係るロボット制御装置２は、ロボット１に装着されたツール１３にユーザＵにより加えられた外力を、ロボット１に配置されたセンサ１０により検出された力Ｆ及びトルクＭの力データとして取得する。ロボット制御装置２は、取得した力データに基づいて外力の作用点を算出し、作用点をロボット１のツール先端点として設定する。これにより、ロボット制御装置２は、ロボット１を動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　以上、第１実施形態について説明した。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態について説明する。
　ここで、第１実施形態に係るロボット制御装置２と、第２実施形態に係るロボット制御装置２ａは、ユーザＵによりツール１３の先端に力が加えられたことにより検出された力データに基づいてツール先端点を設定するという点において共通する。
　ただし、第１実施形態では力データは６軸力センサを用いて検出される。これに対して第２実施形態では力データはロボット１の各関節軸１１に配置されたトルクセンサを用いて検出される点で、第１実施形態と異なる。
　これにより、第２実施形態に係るロボット制御装置２ａは、ロボット１ａを動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　以下に、第２実施形態について説明する。
　図５は、第２実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１のロボットシステム１００の要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　図５に示すように、ロボットシステム１００Ａは、第１実施形態と同様に、ロボット１ａ、及びロボット制御装置２ａを有する。
＜ロボット１ａ＞
　ロボット１ａは、第１実施形態の場合と同様に、当業者にとって公知の産業用ロボット等である。
　図６は、ロボット１ａの一例を示す図である。
　ロボット１ａは、例えば、第１実施形態の場合と同様に、６軸の垂直多関節ロボットであり、６つの関節軸１１（１）－１１（６）と、関節軸１１（１）－１１（６）の各々により連結されるアーム部１２を有する。ロボット１ａは、ロボット制御装置２ａからの駆動指令に基づいて、関節軸１１（１）－１１（６）の各々に配置される図示しないサーボモータを駆動することにより、アーム部１２等の可動部材を駆動する。また、ロボット１のマニピュレータの先端部、例えば、関節軸１１（６）の先端部には、例えば、グラインダやスクリュードライバー等のツール１３が取り付けられる。
　また、ロボット１ａの関節軸１１（１）－１１（６）の各々には、回転軸周りのトルクを検出するトルクセンサのセンサ１０ａ（図示しない）が配置されている。これにより、各関節軸１１のセンサ１０ａは、ツール１３の押付力として、所定のサンプリング時間で周期的にトルクＭを検出する。また、各関節軸１１のセンサ１０ａは、ユーザＵがツール１３に力を加える場合も、ユーザＵにより加えられた力のトルクＭを検出する。各関節軸１１のセンサ１０ａは、図示しない接続インタフェースを介して、検出した力データをロボット制御装置２ａに出力する。
＜ロボット制御装置２ａ＞
　ロボット制御装置２ａは、第１実施形態の場合と同様に、プログラムに基づいて、ロボット１ａに対して駆動指令を出力し、ロボット１ａの動作を制御する。
　図５に示すように、第２実施形態に係るロボット制御装置２ａは、制御部２０ａ、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３を有する。また、制御部２０ａは、取得部２０１、作用点算出部２０２ａ、設定部２０３、及び表示制御部２０４を有する。
　制御部２０ａ、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３は、第１実施形態に係る制御部２０、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３と同等の機能を有する。
　また、取得部２０１、設定部２０３、及び表示制御部２０４は、第１実施形態に係る取得部２０１、設定部２０３、及び表示制御部２０４と同等の機能を有する。
　作用点算出部２０２ａは、例えば、図６に示すように、ユーザＵがＺ軸方向にツール１３の任意の点（例えば、ツール１３の先端）に力を加えることにより、各関節軸１１のセンサ１０ａにより検出されたトルクＭを用いて作用点の位置を求める。なお、この場合、関節軸１１（４）と関節軸１１（６）との回転中心はオフセットする。
　図７は、関節軸１１（４）と関節軸１１（６）との回転中心のオフセットの一例を示す図である。図７に示すように、関節軸１１（４）と関節軸１１（６）との回転中心は互いに距離Ｄ３だけオフセットしている。
　なお、図６では、ユーザＵはＺ軸方向にツール１３の任意の点に力を加えるとしたが、ツール１３の任意の位置を所定の方向に力を加えてもよい。例えば、表示制御部２０４は「設定したい点を＋Ｚ軸方向に押してください」等のメッセージを表示部２３に表示する。
　具体的には、作用点算出部２０２ａは、例えば、ユーザＵがツール１３の先端をＺ軸方向に力を加えることにより、関節軸１１（３）のセンサ１０ａと関節軸１１（５）のセンサ１０ａとにより検出されたトルクＭ３、Ｍ５と式（１）とを用いて関節軸１１（５）から破線で示す作用点を通る直線までの距離Ｄ２を算出する。
Ｄ２＝（Ｍ５／（Ｍ３－Ｍ５））Ｄ１　　（１）
　なお、Ｄ１は関節軸１１（３）と関節軸１１（５）との間の力の方向を、関節軸の回転平面に射影した方向ベクトルに対して直交する方向の距離であり、既知である。力の方向が＋Ｚ軸方向である場合は、関節軸１１（３）と関節軸１１（５）との間の水平距離（Ｘ軸方向の距離）である。また、式（１）は、Ｍ３＝（Ｄ１＋Ｄ２）×Ｆと、Ｍ５＝Ｄ２×Ｆとの関係から算出される。
　また、作用点算出部２０２ａは、関節軸１１（４）のセンサ１０ａと関節軸１１（６）のセンサ１０ａとにより検出されたトルクＭ４、Ｍ６と式（２）とを用いて、図７に示すように、ユーザＵがツール１３の先端に力（例えば、Ｚ軸方向の力）を加えたことによるオフセットの距離Ｄ３を算出する。
Ｄ３＝（Ｍ６／（Ｍ４－Ｍ６））Ｄ４　　（２）
　なお、Ｄ４は、図７に示すように、関節軸１１（４）と関節軸１１（６）との間の水平距離（Ｘ軸方向の距離）である。
　次に、作用点算出部２０２ａはツール先端点を求めるために、例えば、表示制御部２０４は「同じ点を－Ｘ軸方向に押してください」等のメッセージを表示部２３に表示して、ユーザＵに対してツール１３の先端に別の所定の方向の力を加えさせる。
　図８は、ユーザＵがツール１３の先端に水平方向の力を加えた一例を示す図である。
　作用点算出部２０２ａは、距離Ｄ２、Ｄ３を算出した場合と同様に、ユーザＵが水平方向（－Ｘ軸方向）の力を加えたときの関節軸１１（２）と関節軸１１（５）とのセンサ１０ａにより検出されたトルクＭ２’、Ｍ５’を用いて、破線で示す直線までの距離（高さ方向（Ｚ軸方向）の位置）Ｈ（＝Ｄ５ｓｉｎθ））を算出する。
　そして、作用点算出部２０２ａは、既知の距離Ｄ１とともに、算出した距離Ｄ２、Ｄ３、及び高さＨを用いることで、図６の破線で示す関節軸１１（５）から距離Ｄ２で力Ｆの向きの直線と、図８の破線で示す高さＨで力Ｆ’の向きの直線と、の２つの３次元直線を求める。作用点算出部２０２ａは、求めた２つの３次元直線の交点をツール１３の作用点として算出することができる。
　すなわち、ユーザＵが互いに異なる２方向にツール１３の先端に力を加えることにより、作用点算出部２０２ａは、作用点を精度良く算出することができる。
　なお、作用点算出部２０２ａは、センサ１０ａの検出誤差、及び／又はユーザＵが力を加えるツール１３の先端位置の誤差により２つの３次元直線の交点が求められない場合、２つの３次元直線の最接近点を求めて、その中点を作用点とするようにしてもよい。
　また、ユーザＵはツール１３の先端に互いに異なる２方向の力を加えたが、ツール１３の先端に互いに異なる３以上の方向の力を加えるようにしてもよい。
＜ロボット制御装置２ａの算出処理＞
　次に、本実施形態に係るロボット制御装置２ａの算出処理に係る動作について説明する。
　図９は、ロボット制御装置２ａの算出処理について説明するフローチャートである。ここで示すフローは、入力部２１を介してユーザＵからツール先端点の設定指示を受ける度に実行される。
　なお、図９に示すステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１６の処理は、第１実施形態に係るステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ６と同様であり、詳細な説明は省略する。
　ステップＳ１３において、作用点算出部２０２ａは、ステップＳ１２で取得された力データに基づいて、力Ｆを加えた方向の直線までの距離を算出する。
　ステップＳ１４において、作用点算出部２０２ａは、力データを所定回数（例えば、２回等）取得したか否かを判定する。力データを所定回数取得した場合、処理はステップＳ１５に進む。一方、力データを所定回数取得していない場合、処理はステップＳ１１に戻る。なお、この場合、ステップＳ１１において、表示制御部２０４は、「同じ点を－Ｘ軸方向にツールの先端を押してください」等のメッセージを表示部２３に表示することが好ましい。
　ステップＳ１５において、作用点算出部２０２は、所定回数それぞれで算出した力Ｆを加えた直線までの距離に基づいて２つの３次元直線を求め、求めた２つの３次元直線の交点を作用点として算出する。
　以上のように、第２実施形態に係るロボット制御装置２ａは、ロボット１ａに装着されたツール１３にユーザＵにより加えられた外力を、ロボット１ａの各関節軸１１に配置されたセンサ１０ａにより検出されたトルクＭの力データとして取得する。ロボット制御装置２ａは、取得した力データに基づいて外力の作用点を算出し、作用点をロボット１ａのツール先端点として設定する。これにより、ロボット制御装置２ａは、ロボット１ａを動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　以上、第２実施形態について説明した。
＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態について説明する。
　ここで、各実施形態に係るロボット制御装置は、ユーザＵによりツール１３に力を加えることにより検出された力データに基づいてツール先端点を設定するという点において共通する。
　ただし、第３実施形態ではユーザＵがツール１３の先端に直接力を加えることができず、ツール１３の任意の２つの箇所に力を加えることで２つの箇所それぞれの作用点を算出し、算出した２つの箇所の作用点を結んだ直線の中点をツール先端点として設定する点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。
　こうすることで、第３実施形態に係るロボット制御装置２ｂは、ロボット１を動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　以下に、第３実施形態について説明する。
　図１０は、第３実施形態に係るロボットシステムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１のロボットシステム１００の要素と同様の機能を有する要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　図１０に示すように、ロボットシステム１００Ｂは、第１実施形態と同様に、ロボット１、及びロボット制御装置２ｂを有する。
＜ロボット１＞
　ロボット１は、図２に示す第１実施形態の場合と同様に、ベースに６軸力センサのセンサ１０を有する。なお、第３実施形態に係るロボット１は、例えば、ツール１３としてツールを保持する２つ爪のチャックが装着される。
　図１１は、チャックの一例を示す図である。
　図１１に示すように、ツール１３であるチャックは、２つの爪１４ａ、１４ｂを有し、２つの爪１４ａ、１４ｂがロボット制御装置２ｂからの動作指令に基づいて矢印で示す方向に移動することにより工具等を保持する。この場合、ツール１３のツール先端点は、２つの爪１４ａ、１４ｂの間の位置、すなわち宙に浮いた位置のためユーザＵが直接当該位置に力を加えることができない。
　そこで、後述するロボット制御装置２ｂは、ツール１３であるチャックの２つの爪１４ａ、１４ｂそれぞれにユーザＵに力を加えさせることで、各爪１４ａ、１４ｂの作用点を算出し、算出した２つの作用点を結んだ直線の中点をツール先端点として設定する。
　なお、第３実施形態では、６軸力センサのセンサ１０を有するロボット１としたが、各関節軸１１にトルクセンサのセンサ１０ａを有するロボット１ａでもよい。
＜ロボット制御装置２ｂ＞
　ロボット制御装置２ｂは、第１実施形態の場合と同様に、プログラムに基づいて、ロボット１に対して駆動指令を出力し、ロボット１の動作を制御する。
　図１０に示すように、第３実施形態に係るロボット制御装置２ｂは、制御部２０ｂ、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３を有する。また、制御部２０ｂは、取得部２０１、作用点算出部２０２ｂ、設定部２０３ｂ、及び表示制御部２０４を有する。
　制御部２０ｂ、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３は、第１実施形態に係る制御部２０、入力部２１、記憶部２２、及び表示部２３と同等の機能を有する。
　また、取得部２０１、設定部及び表示制御部２０４は、第１実施形態に係る取得部２０１、及び表示制御部２０４と同等の機能を有する。
　作用点算出部２０２ｂは、第１実施形態の作用点算出部２０２と同様に、取得部２０１により取得された力データに基づいて、ユーザＵがツール１３に力を加えた位置である外力の作用点を算出する。
　具体的には、作用点算出部２０２ｂは、例えば、チャックであるツール１３の爪１４ａにユーザＵが力を加えることで、センサ１０に検知された力Ｆ及びトルクＭのベクトルの値をＭ＝ｄ×Ｆに代入し、爪１４ａの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄを算出する。また、作用点算出部２０２ｂは、爪１４ａにユーザＵが別の方向の力を加えることで、センサ１０に検知された力Ｆ’及びトルクＭ’のベクトルの値を、Ｍ’＝ｄ’×Ｆ’に代入し、爪１４ａの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄ’を算出する。そして、作用点算出部２０２ｂは、位置ベクトルｄを通過しベクトルＦの向きの直線と、位置ベクトルｄ’を通過しベクトルＦ’の向きの直線との交点を爪１４ａの作用点として求める。作用点算出部２０２ｂは、求めた爪１４ａの作用点を記憶部２２に記憶する。
　次に、作用点算出部２０２ｂは、チャックであるツール１３の爪１４ｂにユーザＵが力を加えることで、センサ１０に検知された力Ｆ及びトルクＭのベクトルの値をＭ＝ｄ×Ｆに代入し、爪１４ｂの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄを算出する。また、作用点算出部２０２ｂは、爪１４ｂにユーザＵが別の方向の力を加えることで、センサ１０に検知された力Ｆ’及びトルクＭ’のベクトルの値をＭ’＝ｄ’×Ｆ’に代入し、爪１４ｂの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄ’を算出する。そして、作用点算出部２０２ｂは、位置ベクトルｄを通過しベクトルＦの向きの直線と、位置ベクトルｄ’を通過しベクトルＦ’の向きの直線との交点を爪１４ｂの作用点として求める。作用点算出部２０２ｂは、求めた爪１４ｂの作用点を記憶部２２に記憶する。
　設定部２０３ｂは、記憶部２２に記憶された２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を読み出し、読み出した２つの作用点を結んだ直線の中点をツール先端点として設定する。
＜ロボット制御装置２ｂの算出処理＞
　次に、本実施形態に係るロボット制御装置２ｂの算出処理に係る動作について説明する。
　図１２は、ロボット制御装置２ｂの算出処理について説明するフローチャートである。ここで示すフローは、入力部２１を介してユーザＵからツール先端点の設定指示を受ける度に実行される。
　ステップＳ２１において、表示制御部２０４は、「ツールの１箇所を押してください」等のユーザＵに対してツール１３の爪１４ａ、１４ｂの１つに力を加えさせるメッセージを表示部２３に表示する。
　ステップＳ２２において、取得部２０１は、ユーザＵがツール１３の爪１４ａに力を加えることにより、センサ１０により検出された爪１４ａに加えられた外力の力Ｆ及びトルクＭの力データを取得する。
　ステップＳ２３において、作用点算出部２０２ｂは、ステップＳ２２で取得された力データに基づいて爪１４ａの作用点を通過する直線への最近接点への位置ベクトルｄを算出する。
　ステップＳ２４において、作用点算出部２０２ｂは、１箇所について力データを所定回数（例えば、２回等）取得したか否かを判定する。力データを所定回数取得した場合、処理はステップＳ２５に進む。一方、力データを所定回数取得していない場合、処理はステップＳ２１に戻る。なお、この場合、ステップＳ２１において、表示制御部２０４は、「同じ個所を別の方向に押してください」等のメッセージを表示部２３に表示することが好ましい。
　ステップＳ２５において、作用点算出部２０２ｂは、検出されたベクトルＦ、Ｆ’と算出した位置ベクトルｄ、ｄ’とに基づいて２つの直線の交点を作用点として算出する。
　ステップＳ２６において、作用点算出部２０２ｂは、ツール１３の全ての箇所（例えば、２つの爪１４ａ、１４ｂ）において作用点を算出したか否かを判定する。全ての箇所において作用点を算出した場合、処理はステップＳ２７に進む。一方、全ての箇所において作用点を算出していない場合、処理はステップＳ２１に戻る。なお、この場合、ステップＳ２１において、表示制御部２０４は、「別の箇所を押してください」等のメッセージを表示部２３に表示することが好ましい。
　ステップＳ２７において、設定部２０３ｂは、記憶部２２に記憶された２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を読み出し、読み出した２つの作用点を結んだ直線の中点をツール先端点として設定する。
　以上のように、第３実施形態に係るロボット制御装置２ｂは、ロボット１に装着されたツール１３の２つの爪１４ａ、１４ｂ毎にユーザＵにより加えられた外力を、ロボット１に配置されたセンサ１０により検出された力Ｆ及びトルクＭの力データとして取得する。ロボット制御装置２ｂは、取得した力データに基づいてツール１３の爪１４ａ、１４ｂ毎の作用点を算出し、２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を結ぶ直線の中点をロボット１のツール先端点として設定する。これにより、ロボット制御装置２ｂは、ロボット１を動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　以上、第３実施形態について説明した。
＜第３実施形態の変形例１＞
　第３実施形態では、チャックであるツール１３が２つの爪１４ａ、１４ｂを有するとしたが、これに限定されない。例えば、ツール１３が３以上の複数の爪を有するチャックでもよい。
　図１３は、チャックの一例を示す図である。
　図１３に示すように、ツール１３であるチャックは、３つの爪１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有し、３つの爪１５ａ、１５ｂ、１５ｃがロボット制御装置２ｂからの動作指令に基づいて矢印で示す方向に移動することにより工具等を保持する。
　この場合、作用点算出部２０２ｂは、ツール１３のチャックの複数の爪それぞれをユーザＵに力を加えさせることで、複数の爪における作用点を算出するようにしてもよい。設定部２０３ｂは、算出した複数の爪の作用点を結んだ３角形以上の多角形の中点をロボット１のツール先端点として設定するようにしてもよい。
＜第３実施形態の変形例２＞
　第３実施形態では、設定部２０３ｂは、ツール１３のチャックの２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を結んだ直線の中点をロボット１のツール先端点として設定したが、これに限定されない。例えば、表示制御部２０４は、２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を結んだ直線とロボット１との位置関係を示す画面を表示部２３に表示し、設定部２０３ｂは、入力部２１を介したユーザＵの入力に基づいて指定された直線上の任意の位置をロボット１のツール先端点として設定するようにしてもよい。
　図１４は、ユーザＵにより２つの作用点を結んだ直線上の任意の位置が指定された一例を示す図である。図１４では、丸印で示す２つの爪１４ａ、１４ｂの作用点を結ぶ直線上に、ユーザＵにより指定された位置を示す。
　なお、ツール１３のチャックが複数の爪を有する場合についても、表示制御部２０４は、複数の爪の作用点を結んだ多角形とロボット１との位置関係を示す画面を、表示部２３に表示し、設定部２０３ｂは、入力部２１を介したユーザＵの入力に基づいて指定された多角形内の任意の位置をロボット１のツール先端点として設定するようにしてもよい。
　以上、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の変形例１、及び第３実施形態の変形例２について説明したが、ロボット制御装置２、２ａ、２ｂは、上述の実施形態に限定されるものではなく、目的を達成できる範囲での変形、改良等を含む。
＜変形例１＞
　上述の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の変形例１、及び第３実施形態の変形例２では、ユーザＵが力を加える際のロボット１、１ａの姿勢として、図２や図６に示す姿勢の場合を示したが、これに限定されない。例えば、ロボット１、１ａは、任意の姿勢を取ることができる。
＜変形例２＞
　また例えば、上述の第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の変形例１、及び第３実施形態の変形例２では、ユーザＵが力を加える方向として、Ｚ軸方向と水平方向（例えば、－Ｘ軸方向）との２つの方向としたが、これに限定されない。例えば、ユーザＵが力を加える方向は、互いに異なる方向であれば任意の２つの方向でもよい。
＜変形例３＞
　また例えば、第３実施形態の変形例２では、２つの作用点を結ぶ直線上の任意の点をツール先端点として設定したが、これに限定されない。例えば、ユーザＵが一度だけ押して、作用点を通過する外力方向の直線を算出し、算出された直線とロボット１、１ａとの位置関係を示す画面を、表示部２３に表示し、設定部２０３は、入力部２１を介したユーザＵの入力に基づいて指定された直線上の任意の位置をロボット１、１ａのツール先端点として設定するようにしてもよい。
　なお、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の変形例１、及び第３実施形態の変形例２に係るロボット制御装置２、２ａ、２ｂに含まれる各機能は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
　また、ロボット制御装置２、２ａ、２ｂに含まれる各構成部は、電子回路等を含むハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。
　プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（Ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｒｅａｄａｂｌｅ　ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（Ｔａｎｇｉｂｌｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｒｅａｄａｂｌｅ　ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は、無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　なお、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
　以上を換言すると、本開示のロボット制御装置は、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
　（１）本開示のロボット制御装置２は、ロボット１に配置されたセンサ１０により検出されたロボット１に装着されたツールに加わる外力を示す力データを取得する取得部２０１と、取得部２０１により取得された力データに基づいて外力の作用点を算出する作用点算出部２０２と、外力の作用点をロボット１のツール先端点として設定する設定部２０３と、を備える。
　このロボット制御装置２によれば、ロボット１を動作させることなく、ツール先端点を容易かつ直感的に設定することができる。
　（２）　（１）に記載のロボット制御装置２、２ａにおいて、センサ１０、１０ａは、６軸力センサ又はトルクセンサであってもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２、２ａは、（１）と同様の効果を奏することができる。
　（３）　（１）又は（２）に記載のロボット制御装置２ｂにおいて、作用点算出部２０２ｂにより算出された作用点を記憶する記憶部２２を備え、設定部２０３ｂは、記憶部２２に２つの作用点が記憶されている場合、２つの作用点を結んだ直線の中点をツール先端点として設定してもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２ｂは、宙に浮いた位置等のためユーザＵが直接ツール１３に力を加えることができない場合でもツール先端点を設定することができる。
　（４）　（３）に記載のロボット制御装置２ｂにおいて、２つの作用点を結んだ直線とロボット１との位置関係を示す画面を表示する表示部２３と、画面に表示された直線上の任意の位置を指定する入力部２１と、を備えてもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２ｂは、ロボット１に装着されるツール１３に応じて最適な位置をツール先端点として設定することができる。
　（５）　（１）又は（２）に記載のロボット制御装置２ｂにおいて、作用点算出部２０２ｂにより算出された作用点を記憶する記憶部２２を備え、設定部２０３ｂは、記憶部２２に３以上の複数の作用点が記憶されている場合、複数の作用点を結んだ多角形の中点をツール先端点として設定してもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２ｂは、（３）と同様の効果を奏することができる。
　（６）　（５）に記載のロボット制御装置２ｂにおいて、複数の作用点を結んだ多角形とロボット１との位置関係を示す画面を表示する表示部２３と、画面に表示された多角形内の任意の位置を指定する入力部２１と、を備えてもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２ｂは、（４）と同様の効果を奏することができる。
　（７）　（１）又は（２）に記載のロボット制御装置２、２ａにおいて、表示部２３と、入力部２１と、を備え、作用点算出部２０２、２０２ａは、外力の作用点を通過する直線を算出し、表示部２３は、直線とロボット１、１ａとの位置関係を示す画面を表示し、入力部２１は、画面に表示された直線上の任意の位置を指定し、設定部２０３は、指定された任意の位置をロボット１、１ａのツール先端点として設定してもよい。
　そうすることで、ロボット制御装置２、２ａは、（４）と同様の効果を奏することができる。
　１、１ａ　ロボット
　１０、１０ａ　センサ
　２、２ａ、２ｂ　ロボット制御装置
　２０、２０ａ、２０ｂ　制御部
　２０１　取得部
　２０２、２０２ａ、２０２ｂ　作用点算出部
　２０３、２０３ｂ　設定部
　２０４　表示制御部
　２１　入力部
　２２　記憶部
　２３　表示部
　１００、１００Ａ、１００Ｂ　ロボットシステム

Claims (7)

  1. 　ロボットに配置されたセンサにより検出された前記ロボットに装着されたツールに加わる外力を示す力データを取得する取得部と、
    　前記取得部により取得された前記力データに基づいて前記外力の作用点を算出する作用点算出部と、
    　前記外力の作用点を前記ロボットのツール先端点として設定する設定部と、
    　を備えるロボット制御装置。
  2. 　前記センサは、６軸力センサ又はトルクセンサである、請求項１に記載のロボット制御装置。
  3. 　前記作用点算出部により算出された前記作用点を記憶する記憶部を備え、
    　前記設定部は、前記記憶部に２つの前記作用点が記憶されている場合、２つの前記作用点を結んだ直線の中点を前記ツール先端点として設定する、請求項１又は請求項２に記載のロボット制御装置。
  4. 　２つの前記作用点を結んだ直線と前記ロボットとの位置関係を示す画面を表示する表示部と、
    　前記画面に表示された前記直線上の任意の位置を指定する入力部と、を備える、前記請求項３に記載のロボット制御装置。
  5. 　前記作用点算出部により算出された前記作用点を記憶する記憶部を備え、
    　前記設定部は、前記記憶部に３以上の複数の前記作用点が記憶されている場合、複数の前記作用点を結んだ多角形の中点を前記ツール先端点として設定する、請求項１又は請求項２に記載のロボット制御装置。
  6. 　複数の前記作用点を結んだ多角形と前記ロボットとの位置関係を示す画面を表示する表示部と、
    　前記画面に表示された前記多角形内の任意の位置を指定する入力部と、を備える、前記請求項５に記載のロボット制御装置。
  7. 　表示部と、
    　入力部と、を備え、
    　前記作用点算出部は、前記外力の作用点を通過する直線を算出し、
    　前記表示部は、前記直線と前記ロボットとの位置関係を示す画面を表示し、
    　前記入力部は、前記画面に表示された前記直線上の任意の位置を指定し、
    　前記設定部は、指定された前記任意の位置を前記ロボットのツール先端点として設定する、請求項１又は請求項２に記載のロボット制御装置。
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