WO2022220217A1 - ロボットシステム、その制御方法及び制御プログラム - Google Patents

ロボットシステム、その制御方法及び制御プログラム Download PDF

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WO2022220217A1
WO2022220217A1 PCT/JP2022/017490 JP2022017490W WO2022220217A1 WO 2022220217 A1 WO2022220217 A1 WO 2022220217A1 JP 2022017490 W JP2022017490 W JP 2022017490W WO 2022220217 A1 WO2022220217 A1 WO 2022220217A1
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WO
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unit
action
command
component
robot system
Prior art date
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PCT/JP2022/017490
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English (en)
French (fr)
Inventor
健太郎 東
智輝 佐久間
雅幸 掃部
裕和 杉山
政彦 赤松
崇功 上月
隆則 切通
潤 藤森
博貴 木下
大樹 ▲高▼橋
開 清水
義貴 内藤
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • 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
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine

Definitions

  • the technology disclosed here relates to a robot system, its control method, and control program.
  • Patent Document 1 discloses a robot system that processes an object with a robot arm having a tool such as a grinder.
  • a control device controls a robot arm to achieve desired processing with a tool.
  • the technology disclosed here has been made in view of this point, and its purpose is to improve the operability when operating the master device to operate the slave device.
  • a robot system of the present disclosure includes a master device operated by a user, a slave device having an action unit that applies an action to an object, and an action unit that operates the action unit, and an operation input via the master device. a control device that outputs a command to the action unit to operate the action unit according to the information, wherein the control device is configured such that the reference plane in the operation coordinate system set in the master device is the object. A coordinate transformation associated with the surface is performed to generate a command to the action unit based on the operation information.
  • a control method for a robot system is a control method for a robot system including a master device operated by a user and a slave device having an action unit that applies an action to an object and an action unit that operates the action unit. outputting a command to the action unit to operate the action unit according to operation information input via the master device; and outputting a command to the action unit based on the operation information.
  • generating performing coordinate transformation such that a reference plane in the operation coordinate system set in the master device is associated with the surface of the object.
  • a control program is a control program for causing a computer to realize a function of controlling a robot system comprising a master device operated by a user and a slave device acting on an object according to the operation of the master device. a function of outputting a command to the action unit to operate the action unit according to operation information input via the master device; and a function of outputting a command to the action unit based on the operation information. is generated, the computer realizes a function of performing coordinate transformation in which the reference plane in the operation coordinate system set in the master device is associated with the surface of the object.
  • the robot system it is possible to improve operability when operating the master device to operate the slave device.
  • the robot system control method it is possible to improve operability when operating the master device to operate the slave device.
  • control program it is possible to improve operability when operating the master device to operate the slave device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a robot system.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the end effector.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the robot controller.
  • FIG. 4 is a perspective view of the operating device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the operation control device.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the control device.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the control system of the robot system.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the normal line of the object at the intersection of the reference axis and the object.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the robot system.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an operation unit that is moved by a user.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an operation unit that is moved by a user.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the operation of the end effector when coordinate transformation is not performed.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the operation of the end effector when coordinate conversion is performed.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an operation unit that is moved by a user in a modified example.
  • the work performed by the robot does not include teaching work and teaching confirmation and correction work. Therefore, the operating device 2 in the following description does not include a teach pendant.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a robot system 100 according to an embodiment.
  • the robot system 100 includes a robot 1 , an operation device 2 operated by a user, and a control device 3 that controls the robot 1 .
  • the robot system 100 constitutes a master-slave system.
  • the operating device 2 functions as a master device, and the robot 1 functions as a slave device.
  • the control device 3 controls the entire robot system 100 and performs bilateral control between the robot 1 and the operation device 2 .
  • the robot 1 is, for example, an industrial robot.
  • the robot 1 has an end effector 11 that acts on the object W and a robot arm 12 that operates the end effector 11 .
  • the end effector 11 is connected to the tip of the robot arm 12 .
  • the robot 1 operates, that is, moves the end effector 11 by the robot arm 12 and applies an action to the object W by the end effector 11 .
  • the action is processing.
  • the object W is a curved wall of a large tank, or the like.
  • the robot 1 may further include a base 10 that supports the robot arm 12 and a robot controller 14 that controls the robot 1 as a whole.
  • the robot arm 12 changes the position and posture of the end effector 11.
  • the robot arm 12 is a vertically articulated robot arm.
  • the robot arm 12 has a plurality of links 12a, joints 12b that connect the plurality of links 12a, and a servo motor 15 (see FIG. 3) that rotationally drives the plurality of joints 12b.
  • a link 12a positioned at one end of the robot arm 12 (the end opposite to the end effector 11) is connected to the base 10 via a joint 12b so as to be rotatable about a rotation axis R1 extending in the vertical direction.
  • the robot arm 12 is an example of an action unit.
  • the robot arm 12 may be a horizontal articulated robot arm, a parallel link robot arm, a rectangular coordinate robot arm, a polar coordinate robot arm, or the like.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the end effector 11.
  • FIG. The end effector 11 has a grinding device 11a and applies grinding to the object W as an action.
  • the end effector 11 is an example of an action part.
  • the action applied to the object W by the end effector 11 may be cutting, polishing, or the like instead of grinding.
  • the grinding device 11a may be a grinder, an orbital sander, a random orbit sander, a delta sander, a belt sander, or the like.
  • the grinder may be of a type that rotates a disk-shaped grinding wheel, a type that rotates a conical or cylindrical grinding wheel, or the like.
  • the grinding device 11a is a grinder of a type that rotates a disk-shaped grinding wheel.
  • a slave coordinate system with three orthogonal axes is defined for the robot 1.
  • the slave coordinate system is set with the robot 1 as a reference.
  • the slave coordinate system has Xr-, Yr-, and Zr-axes that are orthogonal to each other.
  • the Xr-axis, Yr-axis, and Zr-axis cross each other at the origin Or.
  • the origin Or is located on the upper surface of the base 10 .
  • the Xr-axis and Yr-axis extend horizontally, that is, parallel to the upper surface of the base 10 .
  • the Zr axis extends vertically.
  • the Zr axis coincides with the rotation axis R1 of the joint 12b connecting the robot arm 12 and the base 10. As shown in FIG.
  • the Yr axis extends perpendicular to the plane of the paper in FIG.
  • the end effector 11 is defined with an orthogonal three-axis tool coordinate system.
  • a tool coordinate system is a coordinate system fixed to the end effector 11 .
  • the tool coordinate system as shown in FIG. 2, has Xt-axis, Yt-axis, and Zt-axis that are orthogonal to each other.
  • the Xt-axis, Yt-axis, and Zt-axis intersect each other at the origin Ot.
  • the origin Ot is positioned at the point of contact with the object W in the grinding device 11a.
  • the rotation axis B of the grinding wheel of the grinding device 11a is inclined with respect to the rotation axis R2 of the link 12a to which the end effector 11 is attached.
  • the tool coordinate system changes according to the position/orientation of the end effector 11 when viewed from the slave coordinate system. That is, the tool coordinate system moves together with the end effector 11 as the robot arm 12 moves.
  • the robot 1 may further include a contact force sensor 13 that detects the reaction force (hereinafter referred to as "contact force”) that the end effector 11 receives from the object.
  • contact force the reaction force
  • the contact force sensor 13 is provided between the robot arm 12 and the end effector 11 (specifically, the connecting portion between the robot arm 12 and the end effector 11).
  • the contact force sensor 13 detects forces in directions of three orthogonal axes and moments around the three axes.
  • the contact force sensor 13 is an example of a contact force detector.
  • the contact force detection unit is not limited to the contact force sensor 13.
  • the contact force sensor 13 may detect only uniaxial, biaxial, or triaxial forces.
  • the contact force detector may be a current sensor that detects the current of the servomotor 15 of the robot arm 12 or a torque sensor that detects the torque of the servomotor 15 .
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the robot control device 14.
  • the robot controller 14 controls the servo motor 15 of the robot arm 12 and the grinding device 11a.
  • the robot controller 14 receives detection signals from the contact force sensor 13 .
  • the robot control device 14 transmits and receives information, commands, data, etc. to and from the control device 3 .
  • the robot control device 14 has a control section 16 , a storage section 17 and a memory 18 .
  • the control unit 16 controls the robot control device 14 as a whole.
  • the control unit 16 performs various arithmetic processing.
  • the control unit 16 is formed by a processor such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 16 may be formed of MCU (Micro Controller Unit), MPU (Micro Processor Unit), FPGA (Field Programmable Gate Array), PLC (Programmable Logic Controller), or the like.
  • the storage unit 17 stores programs executed by the control unit 16 and various data.
  • the storage unit 17 is formed of a nonvolatile memory, HDD (Hard Disc Drive), SSD (Solid State Drive), or the like.
  • the memory 18 temporarily stores data and the like.
  • memory 18 is formed of volatile memory.
  • the operating device 2 has, as shown in FIG.
  • the operation device 2 receives an input for manually operating the robot 1 and outputs operation information, which is the input information, to the control device 3 .
  • the user operates the operation device 2 by gripping the operation unit 21 .
  • the operating force sensor 23 detects the force applied to the operating portion 21 at that time.
  • the operating force detected by the operating force sensor 23 is output to the control device 3 as operation information.
  • the operation device 2 may further include a base 20 , a support mechanism 22 provided on the base 20 to support the operation section 21 , and an operation control device 24 that controls the entire operation device 2 .
  • the operation device 2 gives the user a reaction force against the operation force under the control of the control device 3 .
  • the operation control device 24 receives a command from the control device 3 and controls the support mechanism 22 to allow the user to sense the reaction force.
  • the support mechanism 22 is an example of a support section.
  • FIG. 4 is a perspective view of the operating device 2.
  • the support mechanism 22 has six arms 22a. Two arms 22a form one set. That is, the support mechanism 22 has three sets of arms 22a. The three sets of arms 22 a radially extend from the operating portion 21 .
  • Each arm 22a has a joint 22b.
  • Each joint 22b connects two links forming the arm 22a via a universal joint such as a ball joint so as to be rotatable around three orthogonal axes.
  • Each arm 22a is bendable at a joint 22b.
  • One end of each arm 22a is connected to the operating portion 21 via a universal joint such as a ball joint so as to be rotatable about three orthogonal axes.
  • the other end of each arm 22a is connected to a servomotor 25 via a reduction gear or the like (not shown).
  • a servo motor 25 is arranged on the base 20 .
  • Six servo motors 25 are arranged on the upper surface of the base 20 . Two servomotors 25 connected to the same set of two arms 22a form one set. The rotation axes of the two servo motors 25 of each set extend in a straight line, that is, coaxially. The six servo motors 25 are arranged such that the rotation axes of the three sets of servo motors 25 form a triangle.
  • the support mechanism 22 configured in this manner supports the operating section 21 so that the operating section 21 can assume any position and posture within the three-dimensional space.
  • a servomotor 25 rotates in accordance with the position and orientation of the operation unit 21 .
  • the amount of rotation of the servomotor 25, that is, the rotation angle is uniquely determined.
  • a master coordinate system with three orthogonal axes is defined for the operation device 2 .
  • the master coordinate system is set with the operating device 2 as a reference.
  • the master coordinate system has Xm-axis, Ym-axis, and Zm-axis that are orthogonal to each other.
  • the Xm-axis, Ym-axis, and Zm-axis intersect each other at the origin Om.
  • the origin Om is located on the upper surface of the base 20 .
  • the Xm-axis and Ym-axis extend horizontally, that is, parallel to the upper surface of the base 20 .
  • the Zm-axis extends vertically.
  • the Zm axis passes through the center of gravity of the triangle formed by the axes of rotation of the three sets of servo motors 25 .
  • a master coordinate system is a coordinate system fixed to the base 20 of the operation device 2 .
  • an orthogonal three-axis operation coordinate system is defined in the operation unit 21 .
  • the operation coordinate system is a coordinate system fixed to the operation unit 21 .
  • the operation coordinate system has Xn-axis, Yn-axis and Zn-axis which are orthogonal to each other.
  • the Xn-axis, Yn-axis and Zn-axis are orthogonal to each other at the origin On.
  • the origin On is positioned at the center of the operation unit 21 .
  • the operation coordinate system changes according to the position/orientation of the operation unit 21 when viewed from the master coordinate system. That is, the operation coordinate system moves together with the operation unit 21 as the operation unit 21 moves.
  • the operation coordinate system corresponds to the tool coordinate system.
  • a reference plane RP is set in the operation coordinate system.
  • the reference plane RP is a plane, specifically a plane parallel to the Xn-Yn plane.
  • the operating force sensor 23 is provided between the operating portion 21 and the support mechanism 22 (specifically, the connecting portion between the operating portion 21 and the support mechanism 22) as shown in FIG.
  • the operating force sensor 23 detects forces in directions of three orthogonal axes and moments around the three axes.
  • the operating force sensor 23 is an example of an operating force detector.
  • the operating force detection unit is not limited to the operating force sensor 23.
  • the operating force sensor 23 may detect only uniaxial, biaxial, or triaxial forces.
  • the operating force detection unit may be a current sensor that detects the current of the servomotor 25 of the support mechanism 22, a torque sensor that detects the torque of the servomotor 25, or the like.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the operation control device 24.
  • the operation control device 24 operates the support mechanism 22 by controlling the servomotor 25 .
  • the operation control device 24 receives detection signals from the operation force sensor 23 .
  • the operation control device 24 transmits and receives information, commands, data, etc. to and from the control device 3 .
  • the operation control device 24 has a control section 26 , a storage section 27 and a memory 28 .
  • the control unit 26 controls the operation control device 24 as a whole.
  • the control unit 26 performs various arithmetic processing.
  • the control unit 26 is formed by a processor such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 26 may be formed of an MCU (Micro Controller Unit), an MPU (Micro Processor Unit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), a PLC (Programmable Logic Controller), or the like.
  • the storage unit 27 stores programs executed by the control unit 26 and various data.
  • the storage unit 27 is formed of a nonvolatile memory, HDD (Hard Disc Drive), SSD (Solid State Drive), or the like.
  • the memory 28 temporarily stores data and the like.
  • memory 28 is formed of volatile memory.
  • the control device 3 controls the robot 1 and the operating device 2.
  • the control device 3 outputs a slave command, which is a command to the robot arm 12 , to the robot 1 so as to operate the end effector 11 according to operation information input via the operation device 2 .
  • the control device 3 causes the end effector 11 to apply an action to the object W by controlling the robot arm 12 according to the operation via the operation device 2 .
  • the control device 3 outputs a master command, which is a command to the support mechanism 22 , to the operating device 2 so as to operate the operating section 21 according to the reaction force that the robot 1 receives from the object W.
  • the control device 3 presents the reaction force that the end effector 11 receives from the object W to the user by controlling the support mechanism 22 .
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic hardware configuration of the control device 3. As shown in FIG.
  • the control device 3 transmits and receives information, commands, data, etc. to and from the robot control device 14 and the operation control device 24 .
  • the control device 3 has a control section 31 , a storage section 32 and a memory 33 .
  • the control unit 31 controls the control device 3 as a whole.
  • the control unit 31 performs various kinds of arithmetic processing.
  • the control unit 31 is formed by a processor such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 31 may be formed of MCU (Micro Controller Unit), MPU (Micro Processor Unit), FPGA (Field Programmable Gate Array), PLC (Programmable Logic Controller), or the like.
  • the storage unit 32 stores programs executed by the control unit 31 and various data.
  • the storage unit 32 is formed of a non-volatile memory, HDD (Hard Disc Drive), SSD (Solid State Drive), or the like.
  • HDD Hard Disc Drive
  • SSD Solid State Drive
  • the storage unit 32 stores a control program 321 and three-dimensional information 322 of the object W.
  • FIG. 1 A block diagram illustrating an exemplary computing environment in accordance with various data.
  • the control program 321 is a program for causing the control unit 31 as a computer to realize the function of controlling the robot system 100 .
  • the three-dimensional information 322 of the object W is information representing the surface of the object W.
  • the three-dimensional information 322 of the object W is STL (Standard Triangulated Language) data of the object W. That is, the surface of the object W is represented by a plurality of polygons, and the coordinate information of each polygon is stored in the storage section 32 as the three-dimensional information 322 .
  • the coordinate information of each polygon is coordinate information in the work coordinate system set for the object W.
  • the storage unit 32 also stores the positional relationship between the origin of the work coordinate system and the origin of the slave coordinate system.
  • the three-dimensional information 322 of the object W is acquired in advance and stored in the storage unit 32 .
  • the surface of the object W is measured by a three-dimensional scanner or the like, and point cloud data of the object W is obtained.
  • the object W is polygonized from the point cloud data, and STL data is obtained.
  • STL data may be acquired from design data such as CAD data of the object W.
  • the memory 33 temporarily stores data and the like.
  • memory 33 is formed of volatile memory.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the control system of the robot system 100. As shown in FIG.
  • the control unit 16 of the robot control device 14 implements various functions by reading programs from the storage unit 17 to the memory 18 and expanding them. Specifically, the control unit 16 functions as an input processing unit 41 and an operation control unit 42 .
  • the input processing unit 41 outputs information, data, commands, etc. received from the contact force sensor 13 and the servomotor 15 to the control device 3 . Specifically, the input processing unit 41 receives detection signals of six-axis forces from the contact force sensor 13 and outputs the detection signals to the control device 3 as operation information. The input processing unit 41 also receives detection signals from a rotation sensor (for example, an encoder) and a current sensor from the servomotor 15 . The input processing unit 41 outputs the detection signal to the motion control unit 42 for feedback control of the robot arm 12 by the motion control unit 42 . The input processing unit 41 also outputs the detection signal to the control device 3 as positional information of the robot arm 12 .
  • a rotation sensor for example, an encoder
  • a current sensor from the servomotor 15
  • the input processing unit 41 outputs the detection signal to the motion control unit 42 for feedback control of the robot arm 12 by the motion control unit 42 .
  • the input processing unit 41 also outputs the detection signal to the control device 3 as positional information of the
  • the motion control unit 42 receives a slave command (specifically, command position xds) from the control device 3 and generates a control command for operating the robot arm 12 according to the slave command.
  • the motion control unit 42 outputs a control command to the servomotor 15 to operate the robot arm 12 and move the grinding device 11a to a position corresponding to the commanded position.
  • the motion control unit 42 feedback-controls the motion of the robot arm 12 based on the detection signal of the rotation sensor and/or the current sensor of the servomotor 15 from the input processing unit 41 .
  • the operation control unit 42 outputs a control command to the grinding device 11a to operate the grinding device 11a.
  • the grinding device 11a grinds the target object W.
  • the control unit 26 of the operation control device 24 implements various functions by reading programs from the storage unit 27 into the memory 28 and expanding them. Specifically, the control unit 26 functions as an input processing unit 51 and an operation control unit 52 .
  • the input processing unit 51 outputs information, data, commands, etc. received from the operating force sensor 23 to the control device 3 . Specifically, the input processing unit 51 receives detection signals of six-axis forces from the operating force sensor 23 and outputs the detection signals to the control device 3 as reaction force information. The input processing unit 51 also receives detection signals from a rotation sensor (for example, an encoder) and a current sensor from the servomotor 25 . The input processing unit 51 outputs the detection signal to the operation control unit 52 for feedback control of the support mechanism 22 by the operation control unit 52 .
  • a rotation sensor for example, an encoder
  • a current sensor from the servomotor 25
  • the motion control unit 52 receives a master command (specifically, command position xdm) from the control device 3 and generates a control command for operating the support mechanism 22 according to the master command.
  • the motion control unit 52 outputs a control command to the servomotor 25 to operate the support mechanism 22 and move the operation unit 21 to a position corresponding to the commanded position.
  • the motion control unit 52 feedback-controls the motion of the support mechanism 22 based on the detection signal of the rotation sensor and/or the current sensor of the servomotor 25 from the input processing unit 51 .
  • a reaction force is applied to the operation force applied to the operation unit 21 by the user.
  • the user can operate the operation unit 21 while feeling the reaction force of the object W from the operation unit 21 in a pseudo manner.
  • the control unit 31 of the control device 3 implements various functions by reading the control program 321 from the storage unit 32 into the memory 33 and developing it. Specifically, the control unit 31 functions as an operating force acquisition unit 61, a contact force acquisition unit 62, an addition unit 63, a force/velocity conversion unit 64, a slave output unit 69, a gain processing unit 610, and a master output unit 611. .
  • the control device 3 generates a slave command and a master command according to the operation information and the reaction force information.
  • the control device 3 performs coordinate transformation such that the reference plane RP in the operation coordinate system set in the operation device 2 is associated with the surface of the object W.
  • the coordinate transformation is performed in the same correspondence relationship as the correspondence relationship between the reference plane RP and the surface of the object W. to run.
  • the control device 3 when the user operates the operation device 2 along the reference plane RP, the control device 3 generates a slave command that causes the end effector 11 to move along the surface of the object W.
  • the reference plane RP is a virtual plane in the operation coordinate system, and in this example is a plane in the operation coordinate system (for example, a plane parallel to the Xn-Yn plane of the operation coordinate system).
  • Coordinate transformation means that the generated slave command is coordinate-transformed with respect to the operation information. That is, it does not matter at which stage the coordinate transformation is performed, whether the operation information is first subjected to coordinate transformation or the coordinate transformation is performed at the final stage of generating the slave command.
  • control device 3 maintains a constant attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W in the coordinate transformation. Specifically, the control device 3 makes the reference axis A coincide with the normal line of the object W at the intersection of the reference axis A defined by the tool coordinate system set in the end effector 11 and the surface of the object W. The posture of the end effector 11 with respect to the surface of the object W is maintained constant by changing the posture of the end effector 11 as shown in FIG. In this example, the reference axis A is the Zt axis of the tool coordinate system.
  • the operating force acquiring unit 61 receives the detection signal of the operating force sensor 23 via the input processing unit 51 and acquires the operating force fm based on the detection signal. For example, from the detection signal of the operating force sensor 23, the operating force acquiring unit 61 obtains the force acting on the center of the operating unit 21 and represented by the operating coordinate system as the operating force fm. The operating force acquisition unit 61 inputs the operating force fm to the adding unit 63 .
  • the contact force acquisition unit 62 receives the detection signal of the contact force sensor 13 via the input processing unit 41 and acquires the contact force fs based on the detection signal. For example, from the detection signal of the contact force sensor 13, the contact force acquisition unit 62 obtains the force acting on the contact point of the end effector 11 with the object W and expressed in the tool coordinate system as the contact force fs. . The contact force acquisition unit 62 inputs the contact force fs to the addition unit 63 .
  • the adding section 63 calculates the sum of the operating force fm input from the operating force acquiring section 61 and the contact force fs input from the contact force acquiring section 62 .
  • the operating force fm and the contact force fs are forces in opposite directions, the positive and negative signs of the operating force fm and the contact force fs are different. That is, the absolute value of the operating force fm becomes smaller by adding the operating force fm and the contact force fs.
  • the force/velocity conversion unit 64 generates the command velocity xd' that is the basis of the slave command and the master command.
  • the force/velocity conversion unit 64 has an operation conversion unit 65 that generates an operation component that corresponds to operation information from the operation device 2, and a transformation unit 66 that generates a transformation component that is a component corresponding to coordinate transformation. .
  • a force/velocity conversion unit 64 adds a conversion component to the operation component to generate the command velocity xd'.
  • the operation conversion unit 65 generates an operation component using the operation force fm detected by the operation force sensor 23 as operation information. In addition to the operation information, the operation conversion unit 65 also considers the reaction force information about the reaction force that the robot 1 receives from the object W to generate the operation component. Specifically, the operation conversion unit 65 uses the contact force fs detected by the contact force sensor 13 as reaction force information, and generates an operation component based on the operation information and the reaction force information. That is, the operation component is at least a command component according to the operation information, more specifically a command component according to the operation information and the reaction force information.
  • the operation conversion unit 65 converts the resultant force fm+fs, which is the sum of the operation force fm and the contact force fs, into the velocity e'.
  • the operation conversion unit 65 uses a motion model based on an equation of motion including an inertia coefficient, a viscosity coefficient (damper coefficient), and a stiffness coefficient (spring coefficient) to calculate the velocity e' of the object when the resultant force fm+fs acts. .
  • the operation conversion unit 65 calculates the velocity e' based on the following equation of motion.
  • e is the position of the object.
  • md is the inertia coefficient.
  • cd is the viscosity coefficient.
  • kd is the stiffness coefficient.
  • fm is the operating force.
  • fs is the contact force.
  • "'" represents one-time differentiation, and """ represents two-time differentiation.
  • the function V (fm, fs) is stored in the storage unit 32.
  • the operation conversion unit 65 reads out the function V(fm, fs) from the storage unit 32 and obtains the velocity e'.
  • Velocity e' is the operating component.
  • the speed e' will be referred to as "manipulation component e'".
  • the conversion unit 66 generates a conversion component s'. More specifically, the transformation component s′ achieves coordinate transformation in which the reference plane RP in the operation coordinate system is associated with the surface of the object W while maintaining a constant orientation of the end effector 11 with respect to the surface of the object W. is a command component for
  • the conversion unit 66 includes an acquisition unit 67 that acquires the normal of the object at the intersection of the reference axis A defined in the tool coordinate system and the surface of the object W, and an end effector that aligns the reference axis with the normal. and a calculator 68 that obtains a command speed for moving 11 as a conversion component s'.
  • the acquisition unit 67 obtains the position of the origin Ot and the direction of the Zt axis in the tool coordinate system.
  • the Zt axis of the tool coordinate system is set as the reference axis A.
  • the control device 3 receives detection signals from the rotation sensor and the current sensor of the servomotor 15 as position information of the robot arm 12 from the input processing unit 41, and determines the state (specifically, the position and orientation) of the robot arm 12. Continuously monitored.
  • the obtaining unit 67 obtains the current position of the origin Ot of the tool coordinate system and the direction of the Zt axis from the current state of the robot arm 12 .
  • the acquisition unit 67 also reads the three-dimensional information 322 of the object W from the storage unit 32 .
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the normal line N of the object W at the intersection point P between the reference axis A and the object W. As shown in FIG.
  • the obtaining unit 67 obtains polygons through which the reference axis A penetrates, among a plurality of polygons forming the surface of the object W (that is, triangular minute portions).
  • the obtaining unit 67 obtains the normal line N of the polygon through which the reference axis A passes.
  • the obtaining unit 67 obtains a normal N that is a normal to a plane that passes through the three vertices of the polygon and that passes through the intersection of the polygon and the reference axis A.
  • the calculation unit 68 obtains the command speed for moving the end effector 11 so that the reference axis A coincides with the normal line N obtained by the acquisition unit 67 as the conversion component s'.
  • the conversion component s' is a command velocity for moving the end effector 11 indicated by the solid line to the position of the end effector 11 indicated by the two-dot chain line.
  • the force/velocity conversion unit 64 adds the conversion component s' to the operation component e' to generate the command velocity xd'. Adding the transformation component s' to the operation component e' is equivalent to subjecting the operation component e' to coordinate transformation having the same correspondence relationship as the correspondence relationship between the reference plane RP and the surface of the object W. Force/velocity conversion section 64 outputs the generated command velocity xd′ to slave output section 69 and gain processing section 610 .
  • the slave output unit 69 generates a slave command based on the command speed xd' (that is, the operation component e' and the conversion component s'). Specifically, the slave output unit 69 converts the command speed xd′ into the command position xds of the end effector 11 .
  • the command position xds is a position in the tool coordinate system.
  • Command position xds is a slave command. For example, when the ratio of the movement amount of the robot 1 to the movement amount of the operation device 2 is set, the slave output unit 69 multiplies the command position obtained from the command speed xd' according to the movement ratio to obtain the command position xds Ask for The command speed xd' is finally converted into a slave command.
  • the operation component e' can be regarded as a command component corresponding to the operation information of the slave command expressed in the form of velocity.
  • the transformation component s' can be regarded as a command component corresponding to coordinate transformation in the slave command expressed in the form of velocity.
  • the slave output unit 69 outputs the command position xds to the robot control device 14, specifically the motion control unit 42.
  • the motion control unit 42 generates a control command to the servomotor 15 to move the end effector 11 to the command position xds.
  • the motion control unit 42 outputs the generated control command to the servo motor 15 to operate the robot arm 12 and move the end effector 11 to the position corresponding to the command position xds.
  • a gain processing unit 610 performs gain processing on the command speed xd'.
  • a gain processing unit 610 adjusts the gain of each component of the command speed xd'.
  • the gain processing unit 610 sets the gain of the conversion component s' of the command speed xd' to zero. That is, the gain processing unit 610 cancels the transform component s' and outputs only the operation component e'.
  • Gain processing unit 60 outputs command speed xd′ after processing to master output unit 611 .
  • the master output unit 611 generates a master command based on the gain-processed command speed xd'. Specifically, the master output unit 611 converts the gain-processed command speed xd′ into the command position xdm of the operation unit 21 .
  • the command position xdm is a position in the operation coordinate system. Command position xdm is the master command.
  • the master output unit 611 outputs the commanded position xdm to the operation control device 24, specifically the motion control unit 52.
  • the motion control unit 52 generates a control command to the servomotor 25 to move the operation unit 21 to the command position xdm.
  • the motion control unit 52 outputs the generated control command to the servomotor 25 to operate the support mechanism 22 and move the operation unit 21 to the position corresponding to the command position xdm.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the robot system 100.
  • the user operates the operating device 2 to grind the object W by the robot 1 .
  • the control device 3 repeatedly executes the processing of the flowchart shown in FIG. 9 at a predetermined control cycle.
  • the control device 3 acquires the operation force and the contact force in step S1.
  • the operating force sensor 23 detects the operating force applied by the user via the operating section 21 .
  • the operating force detected by the operating force sensor 23 is input to the control device 3 as a detection signal by the input processing unit 51 .
  • the contact force detected by the contact force sensor 13 of the robot 1 is input as a detection signal to the contact force acquisition unit 62 of the control device 3 via the input processing unit 41 .
  • the operating force acquisition unit 61 inputs the operating force fm based on the detection signal to the adding unit 63.
  • the contact force acquisition unit 62 inputs the contact force fs based on the detection signal to the addition unit 63 .
  • step S2 the control device 3 generates the operating component e' of the master command and the slave command.
  • the adder 63 inputs the resultant force fm+fs to the force/velocity converter 64 .
  • the force/velocity conversion unit 64 uses the function V(fm, fs) to obtain the operation component e' from the resultant force fm+fs.
  • the control device 3 In parallel with steps S1 and S2, the control device 3 generates a transform component s' in step S3. Specifically, the conversion unit 66 derives the position of the origin Ot of the current tool coordinate system and the direction of the Zt axis. The conversion unit 66 reads out the three-dimensional information 322 of the object W from the storage unit 32, and obtains the Zt axis, that is, the intersection point P between the reference axis A and the surface of the object W. FIG. The conversion unit 66 obtains the normal line N of the surface of the object W at the obtained intersection point P. FIG. Then, the conversion unit 66 obtains a command speed for moving the end effector 11 so that the reference axis A coincides with the normal line N of the object W as the conversion component s'.
  • step S4 the control device 3 adds the conversion component s' to the operation component e' to generate the command speed xd'.
  • Steps S1, S2, S3, and S4 perform coordinate transformation in which a reference plane in the operation coordinate system set in the master device is associated with the surface of the object when a command to the action unit is generated based on the operation information. Equivalent to doing.
  • step S5 the control device 3 generates a slave command, that is, a command position xds of the end effector 11 from the command speed xd'.
  • Step S5 corresponds to outputting a command to the action section to operate the action section according to the operation information input via the master device.
  • step S7 the control device 3 performs gain processing on the command speed xd' to make the angular velocity component of the command speed xd' zero.
  • step S8 the control device 3 generates a master command, that is, a command position xdm of the operation unit 21 from the gain-processed command speed xd'.
  • control device 3 outputs the command position xds to the robot 1 in step S6, and outputs the command position xdm to the operation device 2 in step S9.
  • the robot 1 operates according to the command position xds to perform grinding.
  • the operation device 2 operates according to the commanded position xdm and presents the reaction force to the user.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the operation unit 21 that is moved by the user.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the operation of the end effector 11 when coordinate conversion is not performed.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the operation of the end effector 11 when coordinate conversion is performed.
  • the user moves the operation unit 21 of the operation device 2 along the reference plane RP, for example, in the X direction, as shown in FIG.
  • an operating force in the X direction that does not include a Y-direction component and a Z-direction component is input from the operating device 2 to the control device 3 .
  • the contact force acting on the robot 1 is also input to the control device 3 .
  • the control device 3 obtains the operation component e' according to the operation force from the operation device 2, that is, according to the resultant force fm+fs.
  • the operation component e' is only an X-direction component and does not include a Y-direction component, a Z-direction component, and a rotation component.
  • the end effector 11 moves only in the X direction of the tool coordinate system, as shown in FIG. .
  • the end effector 11 performs an operation similar to or similar to the operation of the operation unit 21 in the operation coordinate system in the tool coordinate system.
  • the user in order to move the end effector 11 along the surface of the object W, the user needs to input a corresponding operation to the operation section 21 .
  • the user needs to move the operation unit 21 in the Z direction as well as in the X direction. Therefore, the user needs to perform an operation such as adjusting the processing position of the end effector 11 while performing an operation to bring the end effector 11 along the surface of the object W.
  • the control device 3 performs coordinate transformation that associates the reference plane RP in the operation coordinate system with the surface of the object W when generating the slave command from the operation information. Specifically, as shown in FIG. 8, the control device 3 moves the end effector 11 so that the reference axis A coincides with the normal line N at the intersection point P between the reference axis A and the surface of the object W ( This operation corresponds to coordinate transformation). This changes the orientation of the tool coordinate system.
  • the operation component e' corresponds to the tool coordinate system.
  • the current operation component e' is only the X-direction component, but since the direction of the Xt-axis of the tool coordinate system changes, the end effector 11 moves in the changed direction of the Xt-axis. In the example of FIG.
  • the Zt-axis of the tool coordinate system is aligned with the normal line N of the intersection point P, so the Xt-axis of the tool coordinate system faces the tangential direction of the object W at the intersection point P. That is, the operation component e', which is only the X-direction component, is a component pointing in the tangential direction of the object W.
  • Such processing is repeated in the control cycle. That is, in each cycle, the reference axis A and the normal line N of the object W corresponding to the reference axis A are obtained, and the posture of the end effector 11, that is, the orientation of the tool coordinate system is changed successively. Specifically, the orientation of the tool coordinate system is sequentially changed so that the XtYt plane of the tool coordinate system becomes parallel to the tangent plane at the intersection point P of the object W.
  • the end effector 11 moves along the surface of the target object W, as shown in FIG.
  • the user does not need to perform an intentional operation to bring the end effector 11 along the surface of the object W.
  • the user can adjust the processing position by the end effector 11 on the surface of the object W, the movement trajectory of the end effector 11 during processing (for example, during grinding) (that is, how to move the end effector 11), and the end effector 11 It is possible to concentrate on operations other than bringing the end effector 11 along the surface of the object W, such as the amount of processing (for example, the depth of grinding).
  • the user can move the end effector 11 along the surface of the target object W by moving the operation part 21 along the reference plane RP, so the operation range of the operation part 21 is limited. Even when the end effector 11 is set, the end effector 11 can be moved relatively flexibly and over a wide range.
  • the end effector 11 can be moved relatively flexibly and over a wide range.
  • there are various surface shapes of the object W and there may be a surface shape in which the normal direction of the surface of the object W changes by approximately 180 degrees.
  • the operating range of the operation portion 21 depends on the support mechanism 22 . It is difficult to rotate the operation unit 21 by approximately 180 degrees.
  • the control device 3 converts the movement of the operation part 21 along the reference plane RP into movement of the end effector 11 along the surface of the object W.
  • FIG. As described above, even if the operation is limited to the movement of the operation unit 21 along the reference plane RP, the end effector 11 can be flexibly and widely moved according to various surface shapes of the object W. can be done. In this respect as well, the operability when operating the operating device 2 to operate the robot 1 can be improved.
  • the orientation of the end effector 11 with respect to the surface of the target object W is maintained constant in the coordinate transformation.
  • the attitude (that is, the angle) of the operation unit 21 with respect to the reference plane RP is maintained constant, the end effector 11 can move toward the surface of the object W while maintaining the attitude with respect to the surface of the object W. move along.
  • the fact that the posture of the end effector 11 is maintained constant means that the angle of the reference axis A with respect to the normal N or tangent to the object W at the intersection point P between the reference axis A defined in the tool coordinate system and the surface of the object W. is kept constant.
  • the operation of the operation unit 21 along the reference plane RP with a constant attitude with respect to the reference plane RP in the operation coordinate system can be performed by the end effector with a constant attitude with respect to the surface of the target object W and along the surface of the target object W. converted to 11 moves.
  • the object W When the surface of the object W is curved, in order to keep the posture of the end effector 11 with respect to the surface of the object W constant while moving the end effector 11 along the surface of the object W, the object Depending on the position of the end effector 11 on the surface of W, the end effector 11 needs to be rotated. According to the coordinate conversion of the control device 3, the user moves the operation unit 21 along the reference plane RP while maintaining the attitude (that is, the angle) of the operation unit 21 with respect to the reference plane RP. The end effector 11 can be moved along the surface of the object W while maintaining a constant attitude with respect to the surface of the object W without performing any special operation. In particular, even if the surface of the object W has a complicated shape, it is possible to maintain a constant posture of the end effector 11 with respect to the surface of the object W with an easy operation.
  • the tool in the case of grinding, it is possible to easily move the tool along the surface of the object W while maintaining a constant angle of the tool such as a grinder with respect to the surface of the object W.
  • the surface of the object W can be ground evenly, ie, homogeneously, by an easy operation.
  • the action of the action part is not limited to grinding, and may be cutting or polishing, welding, painting or assembly.
  • a tool such as an end mill, a welding torch, or a coating gun can be moved along the surface of the object W with a simple operation while maintaining a fixed attitude (for example, angle) of the tool with respect to the surface of the object W. .
  • the opening extends in a predetermined direction with respect to the surface of the object W in assembly such as inserting another part into an opening formed in the object W
  • the end effector 11 with respect to the surface of the object W Maintaining a constant orientation of the part facilitates maintaining a constant orientation of the part with respect to the opening. Thereby, it is possible to easily insert the component into the opening. As a result, the surface of the object W can be uniformly cut or polished, welded, painted or assembled with a simple operation.
  • the coordinate transformation of the control device 3 does not mean that the end effector 11 can only be moved along the surface of the object W.
  • the operation section 21 is moved in a direction that intersects the reference plane RP
  • the end effector 11 is moved in a direction that intersects the surface of the target object W according to such operation information.
  • the coordinate transformation is executed in the same correspondence relationship as the reference plane RP is associated with the surface of the object W.
  • the attitude of the operation unit 21 with respect to the reference plane RP is constant, the attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W is maintained constant. 11 is kept constant. That is, even if the position of the end effector 11 on the surface of the object W changes, the operation part 21 for moving the end effector 11 in a specific direction such as a normal direction or a tangential direction to the surface of the object W
  • the operation direction in the operation coordinate system does not change.
  • the operation of the operation unit 21 in the Zn-axis direction in the operation coordinate system is always normal to the surface of the object W. This is converted into movement of the end effector 11 in the linear direction. Therefore, the user can operate the operation unit 21 without being too conscious of the posture of the end effector 11 with respect to the surface of the target object W.
  • the conversion component s' of the command speed xd' is set to zero, and the master command is generated using only the operation component e' of the command speed xd'. be.
  • the movement of the operation part 21 corresponding to the movement of the end effector 11 along the surface of the object W is cancelled.
  • the operation unit 21 is controlled so as to correspond to the movement of the end effector 11 along the surface of the object W, the end effector 11 for maintaining the posture of the end effector 11 with respect to the surface of the object W.
  • the operation part 21 can also rotate with the rotation of 11 . In that case, the reference plane RP is inclined with respect to the horizontal direction.
  • the master command is generated from the command speed xd′ without considering the conversion component s′ of the command speed xd′, thereby reducing the rotation of the operation unit 21 and making it easier to keep the reference plane RP horizontal.
  • the user can easily move the operation unit 21 along the reference plane RP by horizontally moving the operation unit 21 without being conscious of rotational fluctuations of the reference plane RP.
  • the robot system 100 includes the operation device 2 (master device) operated by the user, the end effector 11 (action part) that applies an action to the object W, and the robot arm 12 (action part) that operates the end effector 11 (action part). and a control device 3 for outputting a command to the robot arm 12 to operate the end effector 11 according to operation information input via the operation device 2.
  • the control device 3 performs coordinate transformation in which the reference plane RP in the operation coordinate system set in the operation device 2 is associated with the surface of the object W, and generates a command to the robot arm 12 based on the operation information. .
  • the robot 1 has an operation device 2 (master device) operated by a user, an end effector 11 (action section) that applies an action to the object W, and a robot arm 12 (action section) that operates the end effector 11.
  • (slave device) includes: outputting a command to the robot arm 12 to operate the end effector 11 according to operation information input via the operation device 2; This includes performing coordinate transformation so that the reference plane RP in the operation coordinate system set in the operation device 2 is associated with the surface of the object W when the command to the robot arm 12 is generated based on the information.
  • a robot having an operation device 2 (master device) operated by a user, an end effector 11 (action section) that applies an action to the object W, and a robot arm 12 (action section) that operates the end effector 11. 1 (slave device), a control program 321 for causing a computer to realize a function of controlling the robot system 100, which controls the robot to operate the end effector 11 according to operation information input via the operation device 2.
  • a function of outputting a command to the arm 12 and a reference plane RP in the operation coordinate system set in the operation device 2 when generating the command to the robot arm 12 based on the operation information corresponds to the surface of the object W.
  • the computer is made to realize the function of performing the coordinate transformation to be attached.
  • the operation of the operating device 2 along the reference plane RP is converted into movement of the end effector 11 along the surface of the target object W.
  • the user does not need to consider the surface shape of the object W when operating the operation device 2, and moves the end effector 11 along the surface of the object W by moving the operation device 2 along the reference plane RP. can be made Even if the surface of the object W is curved or has a complicated shape, the user can move the end effector 11 along the surface of the object W by simply operating the operation device 2. . As a result, it is possible to improve the operability when operating the operating device 2 to operate the robot 1 .
  • the user does not need to consider the surface shape of the object W to operate the operation device 2, so the user can adjust the position of the end effector 11 on the surface of the object W or adjust the force applied to the operation unit 21. etc., and the accuracy of the operation can be improved.
  • the operation range of the operation unit 21 is limited. Even so, the end effector 11 can be moved relatively flexibly and over a wide range. The end effector 11 can be moved flexibly and over a wide range according to various surface shapes of the object W, even if the operation is limited to moving the operation portion 21 along the reference plane RP. In this respect as well, the operability when operating the operating device 2 to operate the robot 1 can be improved.
  • the reference plane RP is a plane in the operation coordinate system.
  • the user can move the end effector 11 along the surface of the object W by moving the operation device 2 planarly in the operation coordinate system. That is, the user can move the end effector 11 along the surface of the object W by performing an operation via the operation device 2 as if applying an action to the plane.
  • control device 3 maintains a constant attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W in the coordinate transformation.
  • the controller 3 makes the posture of the end effector 11 with respect to the surface of the target object W constant when performing coordinate conversion to associate the reference plane RP in the operation coordinate system with the surface of the target object W.
  • the posture of the end effector 11 is adjusted as follows. Therefore, the user can automatically adjust the attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W so that the attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W is constant without performing a special operation for making the attitude of the end effector 11 with respect to the surface of the object W constant. adjusted to As a result, a uniform or homogenous action on the object W can be applied by the end effector 11 .
  • control device 3 causes the reference axis A defined in the tool coordinate system set in the end effector 11 to match the normal line N of the object W at the intersection point P between the reference axis A and the surface of the object W.
  • the posture of the end effector 11 with respect to the surface of the object W is maintained constant by changing the posture of the end effector 11 as shown in FIG.
  • the operation device 2 has an operation unit 21 operated by a user, and a support mechanism 22 (support unit) that supports the operation unit 21 and operates the operation unit 21. Fixed.
  • the operating section 21 is supported by the support mechanism 22 and operated by the support mechanism 22 . That is, the operation unit 21 can move.
  • the reference plane RP moves as the operation unit 21 moves. Even if the operation unit 21 moves, the relationship between the reference plane RP and the operation unit 21 is constant, so the user can move the reference plane RP while easily grasping it.
  • the operation device 2 further has an operation force sensor 23 that detects an operation force applied by the user to the operation unit 21, and the control device 3 detects an operation component e', which is a command component corresponding to operation information, as an operation force.
  • the conversion unit 66 Based on the operation conversion unit 65 that obtains the operation force detected by the sensor 23 as operation information, the conversion unit 66 that obtains the conversion component s′ that is the command component corresponding to the coordinate conversion, and the operation component e′ and the conversion component s′. and a slave output 69 for generating commands to the robot arm 12 .
  • the operation force sensor 23 of the operation device 2 detects the operation force applied by the user to the operation unit 21 as operation information.
  • the operation conversion unit 65 of the control device 3 obtains an operation component e' corresponding to the operation force detected by the operation force sensor 23.
  • the transformation unit 66 of the control device 3 obtains a transformation component s' corresponding to coordinate transformation.
  • the slave output section 69 of the control device 3 generates a command based on the operation component e' and the conversion component s'. In this way, by dividing the operation component e' and the conversion component s' and obtaining them by the operation conversion unit 65 and the conversion unit 66, respectively, the processing for obtaining the operation component e' and the conversion component s' can be simplified. can.
  • the conversion unit 66 includes an acquisition unit 67 that acquires the normal N of the object W at the intersection point P between the reference axis A defined in the tool coordinate system fixed to the end effector 11 and the surface of the object W. , and a calculation unit 68 that obtains a command component for moving the end effector 11 so that the reference axis A coincides with the normal line N as a transformation component s′.
  • the acquisition unit 67 first acquires the normal N of the object W at the intersection point P between the reference axis A defined in the tool coordinate system of the end effector 11 and the surface of the object W.
  • the calculator 68 obtains a transformation component s′ for moving the end effector 11 so that the reference axis A coincides with the normal line N.
  • the posture of the end effector 11 is adjusted so that the reference axis A coincides with the normal line N of the object W.
  • the robot system 100 further includes a contact force sensor 13 (contact force detection unit) that detects a contact force that is a reaction force acting on the end effector 11 from the object W. and the contact force detected by the contact force sensor 13, and the control device 3 outputs a command to the support mechanism 22 to operate the operation unit 21.
  • the operation component e ' further includes a master output 611 that generates based on .
  • the operation conversion unit 65 obtains the operation component e' based on the contact force detected by the contact force sensor 13 in addition to the operation force detected by the operation force sensor 23.
  • the end effector 11 operates according to not only the operation force but also the contact force.
  • the manipulation component e' is used not only to generate commands to the robot arm 12, but also to generate commands to the support mechanism 22 of the manipulation device 2.
  • the operating device 2 can present the reaction force according to the contact force to the user. That is, the user can operate the operation device 2 while feeling the reaction force acting on the end effector 11 .
  • the master output unit 611 generates a command to the support mechanism 22 based on the operation component e' without considering the conversion component s'.
  • commands to the robot arm 12 are generated based on the operation component e' and the conversion component s'.
  • the command to the support mechanism 22 is generated based on the operation component e' and does not reflect the conversion component s'.
  • the end effector 11 operates according to the operation information and the coordinate conversion
  • the support mechanism 22 operates according to the operation information without reflecting the coordinate conversion. Specifically, even if the end effector 11 moves along the surface of the object W, the operation part 21 does not move following the surface shape of the object W. Therefore, the user can easily move the operation unit 21 along the reference plane RP.
  • the action applied to the object W by the end effector 11 is grinding, cutting or polishing.
  • the end effector 11 contacts the object W, and a reaction force acts on the end effector 11 from the object W.
  • the user operates the operating device 2 while being presented with the reaction force based on the contact force detected by the contact force sensor 13 .
  • the user moves the end effector 11 along the surface of the object W by operating the operation unit 21 while feeling the reaction force.
  • the user can move the end effector 11 along the surface of the object W while feeling the reaction force from the object W only by operating the operation unit 21 in the direction along the reference plane RP. .
  • the operability of the robot 1 when grinding, cutting, or polishing the object W can be improved.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the operation unit 21 moved by the user in a modification.
  • the method of obtaining the master command from the command speed xd' is different from the above-described example.
  • the gain processing unit 610 of the control device 3 outputs the command speed xd′ to the master output unit 611 without setting the gain of the conversion component s′ of the command speed xd′ to zero, that is, without canceling the gain. do. Therefore, the master output unit 611 generates a master command, that is, a command position xdm based on the operation component e' and the conversion component s'.
  • the operation of the end effector 11 is the same as the above example. That is, when the operation unit 21 is moved along the reference plane RP, the end effector 11 moves along the surface of the object W while maintaining a constant attitude with respect to the surface of the object W, as shown in FIG. Moving.
  • the operation unit 21 performs an operation reflecting both the operation of the end effector 11 caused by the operation component e' and the operation of the end effector 11 caused by the conversion component s'.
  • the operation unit 21 is moved by the support mechanism 22 so as to draw a trajectory along the surface of the object W with its attitude relative to the surface of the object W generally constant.
  • the user applies an operation force to the operation unit 21 in a direction along the reference plane RP, and intentionally operates the operation unit 21 so that the operation unit 21 draws a trajectory along the surface of the target object W. Do not mean. That is, the user can operate the operation unit 21 while sensing the surface shape of the object W without intentionally operating the operation unit 21 along the surface of the object W.
  • the reference plane RP is defined by the operation coordinate system fixed to the operation unit 21, it moves in the same manner as the operation unit 21 moves.
  • the attitude that is, the angle of the reference plane RP also changes accordingly. Since the user holds the operation unit 21, the user can perceive the posture of the operation unit 21 and can roughly grasp the angle of the reference plane RP. Therefore, even if the posture of the operation unit 21 changes, the user can easily move the operation unit 21 along the reference plane RP.
  • the master output unit 611 generates a command to the support mechanism 22 based on the conversion component s' in addition to the operation component e'.
  • the operation part 21 can be moved in the same manner as the end effector 11 is moved along the surface of the object W.
  • the user can operate the operation unit 21 while sensing the surface shape of the object W without intentionally operating the operation unit 21 along the surface of the object W.
  • the master device is not limited to the operation device 2, and can adopt any configuration as long as the user can input operation information.
  • the slave device is not limited to the robot 1, and any configuration can be adopted as long as it has an action section that applies an action to an object and an action section that operates the action section.
  • the three-dimensional information 322 of the object W is not limited to STL data.
  • the three-dimensional information 322 of the object may be any data from which the normal of any part of the surface of the object can be obtained, and may be point cloud data, for example.
  • the three-dimensional information 322 of the object may be the information itself of the normal line in each portion of the surface of the object.
  • the coordinate transformation method described above is merely an example and is not limited to this.
  • the coordinate transformation may be any one that allows the reference plane in the master coordinate system to correspond to the surface of the object, and it is not essential to maintain a constant orientation of the action portion with respect to the surface of the object.
  • the distance between the end effector 11 and the surface of the object W in the direction of the Zr axis of the master coordinate system becomes constant without rotating the end effector 11 in the coordinate transformation. Only the position of the end effector 11 in the Zr-axis direction may be adjusted.
  • the method of calculating the commanded position xds and the commanded position xdm from the combined force fm+fs described above is merely an example.
  • the exercise model is only an example, and different exercise models may be used.
  • the gain processing unit 610 may set the gain of the rotation component of each of the three axes of the command speed xd' to zero instead of the conversion component s'. In other words, the gain processing unit 610 may cancel the angular velocity component of the command speed xd' and output only the translational component of each of the three axes of the command speed xd'. The rotation of the operation unit 21 is suppressed by canceling the rotation component of the command speed xd'. Such a method also makes it easier for the user to move the operation unit 21 horizontally.
  • the technology of the present disclosure may be a non-transitory computer-readable recording medium on which the program is recorded.
  • the program may be one that can be distributed via a transmission medium such as the Internet.
  • a processor is a processing circuit or the like that includes transistors and other circuits.
  • a unit, controller or means is hardware or programmed to perform the functions described.
  • the hardware is hardware disclosed in this embodiment or known hardware configured or programmed to perform the functions disclosed in this embodiment.
  • the circuit, means or unit is a combination of hardware and software, the software being used to configure the hardware and/or the processor.

Abstract

ロボットシステム１００は、ユーザに操作される操作装置２と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２とを有するロボット１と、操作装置２を介して入力される操作情報に応じてエンドエフェクタ１１を動作させるようにロボットアーム１２への指令を出力する制御装置３とを備えている。制御装置３は、操作装置２に設定された操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を行って、操作情報に基づいてロボットアーム１２への指令を生成する。

Description

ロボットシステム、その制御方法及び制御プログラム
　ここに開示された技術は、ロボットシステム、その制御方法及び制御プログラムに関する。
　従来より、ロボットを動作させることによって対象物に作用を加えるロボットシステムが知られている。
　例えば、特許文献１では、グラインダ等のツールを有するロボットアームによって対象物を加工するロボットシステムが開示されている。このロボットシステムにおいては、制御装置がロボットアームを制御して、ツールによる所望の加工を実現させている。
特開２０１７－１１２２号公報
　ところで、ロボットアームを制御装置による自動制御ではなく、ユーザの操作を介した手動制御することが考えられる。つまり、ユーザがマスタ装置を操作して、ロボットのようなスレーブ装置を動作させることが考えられる。そのようなロボットシステムにおいては、例えば、スレーブ装置が配置された現場から離れた位置からユーザがマスタ装置を操作、即ち、遠隔操作することができる。
　しかしながら、遠隔操作においては、ユーザがツール等を実際に把持して行う作業時とは異なり、視覚、触覚又は聴覚等からのフィードバックを得ることが難しく、実際の作業とは異なる操作の難しさがある。
　ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マスタ装置を操作してスレーブ装置を動作させる際の操作性を向上させることにある。
　本開示のロボットシステムは、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行って、前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成する。
　本開示のロボットシステムの制御方法は、ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力することと、前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成する際に、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行うこととを含む。
　本開示の制御プログラムは、ユーザに操作されるマスタ装置と、前記マスタ装置の動作に応じて対象物に作用を加えるスレーブ装置とを備えるロボットシステムを制御する機能をコンピュータに実現させるための制御プログラムであって、前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力する機能と、前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成する際に、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行う機能とをコンピュータに実現させる。
　前記ロボットシステムによれば、マスタ装置を操作してスレーブ装置を動作させる際の操作性を向上させることができる。
　前記ロボットシステムの制御方法によれば、マスタ装置を操作してスレーブ装置を動作させる際の操作性を向上させることができる。
　前記制御プログラムによれば、マスタ装置を操作してスレーブ装置を動作させる際の操作性を向上させることができる。
図１は、ロボットシステムの構成を示す模式図である。 図２は、エンドエフェクタの拡大図である。 図３は、ロボット制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図４は、操作装置の斜視図である。 図５は、操作制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図６は、制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図７は、ロボットシステムの制御系統の構成を示すブロック図である。 図８は、基準軸と対象物との交点における対象物の法線を示す模式図である。 図９は、ロボットシステムの動作を示すフローチャートである。 図１０は、ユーザによって動かされる操作部の模式図である。 図１１は、座標変換が行われない場合のエンドエフェクタの動作を示す模式図である。 図１２は、座標変換が行われた場合のエンドエフェクタの動作を示す模式図である。 図１３は、変形例において、ユーザによって動かされる操作部の模式図である。
　以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　本開示において、ロボットが行う作業は、ティーチング作業並びに教示の確認及び修正作業を含まない。したがって、以下の説明における操作装置２は、ティーチペンダントを含まない。
　図１は、実施形態に係るロボットシステム１００の構成を示す模式図である。
　ロボットシステム１００は、ロボット１と、ユーザに操作される操作装置２と、ロボット１を制御する制御装置３とを備える。ロボットシステム１００は、マスタスレーブシステムを構成する。操作装置２は、マスタ装置として機能し、ロボット１は、スレーブ装置として機能する。制御装置３は、ロボットシステム１００の全体を制御し、ロボット１と操作装置２との間でバイラテラル制御を行う。
　ロボット１は、例えば、産業用ロボットである。ロボット１は、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１と、エンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２とを有している。エンドエフェクタ１１は、ロボットアーム１２の先端に連結されている。ロボット１は、ロボットアーム１２によってエンドエフェクタ１１を動作、即ち、移動させて、エンドエフェクタ１１によって対象物Ｗに作用を加える。例えば、作用は、加工である。例えば、対象物Ｗは、大型タンクの湾曲した壁等である。
　ロボット１は、ロボットアーム１２を支持するベース１０と、ロボット１の全体を制御するロボット制御装置１４とをさらに有していてもよい。
　ロボットアーム１２は、エンドエフェクタ１１の位置及び姿勢を変更する。ロボットアーム１２は、垂直多関節型のロボットアームである。ロボットアーム１２は、複数のリンク１２ａと、複数のリンク１２ａを接続する関節１２ｂと、複数の関節１２ｂを回転駆動するサーボモータ１５（図３参照）とを有している。例えば、ロボットアーム１２の一端部（エンドエフェクタ１１とは反対側の端部）に位置するリンク１２ａは、関節１２ｂを介して、鉛直方向に延びる回転軸Ｒ１回りに回転可能にベース１０に連結されている。ロボットアーム１２は、動作部の一例である。
　尚、ロボットアーム１２は、水平多関節型、パラレルリンク型、直角座標型、又は極座標型のロボットアーム等であってもよい。
　図２は、エンドエフェクタ１１の拡大図である。エンドエフェクタ１１は、研削装置１１ａを有し、対象物Ｗに作用としての研削を加える。エンドエフェクタ１１は、作用部の一例である。尚、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗに加える作用は、研削ではなく、切削又は研磨等であってもよい。
　例えば、研削装置１１ａは、グラインダ、オービタルサンダ、ランダムオービットサンダ、デルタサンダ又はベルトサンダ等であってもよい。グラインダは、円盤状の研削砥石を回転させるタイプ、円錐状又は円柱状の研削砥石を回転させるタイプ等であってもよい。ここでは、研削装置１１ａは、円盤状の研削砥石を回転させるタイプのグラインダである。
　ロボット１には、直交３軸のスレーブ座標系が規定されている。スレーブ座標系は、ロボット１を基準に設定されている。スレーブ座標系は、互いに直交するＸｒ軸、Ｙｒ軸、及びＺｒ軸を有している。Ｘｒ軸、Ｙｒ軸、及びＺｒ軸は、原点Ｏｒにおいて互いに交差している。原点Ｏｒは、ベース１０の上面に位置している。Ｘｒ軸及びＹｒ軸は、水平方向に、即ち、ベース１０の上面と平行に延びている。Ｚｒ軸は、鉛直方向に延びている。Ｚｒ軸は、ロボットアーム１２とベース１０とを連結する関節１２ｂの回転軸Ｒ１と一致している。Ｙｒ軸は、図１における紙面と垂直に延びている。
　また、エンドエフェクタ１１には、直交３軸のツール座標系が規定されている。ツール座標系は、エンドエフェクタ１１に固定された座標系である。ツール座標系は、図２に示すように、互いに直交するＸｔ軸、Ｙｔ軸、及びＺｔ軸を有している。Ｘｔ軸、Ｙｔ軸、及びＺｔ軸は、原点Ｏｔにおいて互いに交差している。例えば、原点Ｏｔは、研削装置１１ａのうち対象物Ｗとの接点に位置している。詳しくは、研削装置１１ａの研削砥石の回転軸Ｂは、エンドエフェクタ１１が取り付けられたリンク１２ａの回転軸Ｒ２に対して傾斜している。研削砥石の外周縁のうち回転軸Ｒ２の方向においてリンク１２ａから最も離れた部分が、対象物Ｗとの接点として想定されている。Ｚｔ軸は、回転軸Ｒ２と平行に延びている。Ｘｔ軸は、研削砥石の回転軸ＢがＸｔ－Ｚｔ平面内で延びるように設定されている。Ｙｔ軸は、図１における紙面と垂直に延びている。ツール座標系は、スレーブ座標系から見ると、エンドエフェクタ１１の位置・姿勢に応じて変化する。つまり、ツール座標系は、ロボットアーム１２の移動に応じて、エンドエフェクタ１１と共に移動する。
　ロボット１は、エンドエフェクタ１１が対象物から受ける反力（以下、「接触力」という）を検出する接触力センサ１３をさらに有していてもよい。
　接触力センサ１３は、この例では、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との間（具体的には、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との連結部）に設けられている。接触力センサ１３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。接触力センサ１３は、接触力検出部の一例である。
　尚、接触力検出部は、接触力センサ１３に限定されない。例えば、接触力センサ１３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、接触力検出部は、ロボットアーム１２のサーボモータ１５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ１５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。
　図３は、ロボット制御装置１４の概略的なハードウェア構成を示す図である。ロボット制御装置１４は、ロボットアーム１２のサーボモータ１５及び研削装置１１ａを制御する。ロボット制御装置１４は、接触力センサ１３の検出信号を受け付ける。ロボット制御装置１４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。ロボット制御装置１４は、制御部１６と、記憶部１７と、メモリ１８とを有している。
　制御部１６は、ロボット制御装置１４の全体を制御する。制御部１６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部１６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。
　記憶部１７は、制御部１６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部１７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。
　メモリ１８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ１８は、揮発性メモリで形成される。
　操作装置２は、図１に示すように、ユーザが操作する操作部２１と、操作部２１にユーザから加えられる操作力を検出する操作力センサ２３とを有している。操作装置２は、ロボット１を手動運転で操作するための入力を受け付け、入力された情報である操作情報を制御装置３へ出力する。具体的には、ユーザは、操作部２１を把持して操作装置２を操作する。その際に操作部２１に加えられる力を操作力センサ２３が検出する。操作力センサ２３によって検出される操作力は、操作情報として制御装置３へ出力される。
　操作装置２は、ベース２０と、ベース２０に設けられ、操作部２１を支持する支持機構２２と、操作装置２の全体を制御する操作制御装置２４とをさらに有していてもよい。操作装置２は、制御装置３からの制御によって、操作力に対する反力をユーザに与える。具体的には、操作制御装置２４は、制御装置３からの指令を受けて、支持機構２２を制御することによって、反力をユーザに感知させる。支持機構２２は、支持部の一例である。
　図４は、操作装置２の斜視図である。支持機構２２は、６つのアーム２２ａを有している。２つのアーム２２ａが１つの組を形成している。つまり、支持機構２２は、３組のアーム２２ａを有している。３組のアーム２２ａは、操作部２１から放射状に延びている。各アーム２２ａは、関節２２ｂを有している。各関節２２ｂは、アーム２２ａを形成する２つのリンクを直交する３軸回りに回転可能にボールジョイント等の自在継手を介して連結している。各アーム２２ａは、関節２２ｂで屈曲可能である。各アーム２２ａの一端は、直交する３軸回りに回転可能に操作部２１にボールジョイント等の自在継手を介して連結されている。各アーム２２ａの他端は、サーボモータ２５に減速機等（図示省略）を介して連結されている。サーボモータ２５は、ベース２０上に配置されている。
　ベース２０の上面には、６つのサーボモータ２５が配置されている。同組の２つのアーム２２ａに連結された２つのサーボモータ２５が１つの組を形成している。各組の２つのサーボモータ２５の回転軸は、一直線上に、即ち、同軸上に延びている。３組のサーボモータ２５の回転軸が三角形を形成するように、６つのサーボモータ２５は配置されている。
　このように構成された支持機構２２は、操作部２１が３次元空間内で任意の位置及び姿勢をとることができるように、操作部２１を支持する。操作部２１の位置及び姿勢に対応して、サーボモータ２５が回転する。サーボモータ２５の回転量、即ち、回転角は、一義的に決まる。
　操作装置２には、直交３軸のマスタ座標系が規定されている。マスタ座標系は、操作装置２を基準に設定されている。マスタ座標系は、互いに直交するＸｍ軸、Ｙｍ軸、及びＺｍ軸を有している。Ｘｍ軸、Ｙｍ軸、及びＺｍ軸は、原点Ｏｍにおいて互いに交差している。原点Ｏｍは、ベース２０の上面に位置している。Ｘｍ軸及びＹｍ軸は、水平方向に、即ち、ベース２０の上面と平行に延びている。Ｚｍ軸は、鉛直方向に延びている。Ｚｍ軸は、３組のサーボモータ２５の回転軸によって形成される三角形の重心を通る。マスタ座標系は、操作装置２のベース２０に固定された座標系である。
　また、操作部２１には、直交３軸の操作座標系が規定されている。操作座標系は、操作部２１に固定された座標系である。操作座標系は、互いに直交するＸｎ軸、Ｙｎ軸及びＺｎ軸を有している。Ｘｎ軸、Ｙｎ軸及びＺｎ軸は、原点Ｏｎにおいて互いに直交している。例えば、原点Ｏｎは、操作部２１の中央に位置している。操作座標系は、マスタ座標系から見ると、操作部２１の位置・姿勢に応じて変化する。つまり、操作座標系は、操作部２１の移動に応じて、操作部２１と共に移動する。この例では、操作座標系は、ツール座標系と対応している。
　さらに、操作座標系においては、基準面ＲＰが設定されている。この例では、基準面ＲＰは、平面であり、具体的には、Ｘｎ－Ｙｎ平面に平行な面である。
　操作力センサ２３は、この例では、図１に示すように操作部２１と支持機構２２との間（具体的には、操作部２１と支持機構２２との連結部）に設けられている。操作力センサ２３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。操作力センサ２３は、操作力検出部の一例である。
　尚、操作力検出部は、操作力センサ２３に限定されない。例えば、操作力センサ２３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、操作力検出部は、支持機構２２のサーボモータ２５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ２５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。
　図５は、操作制御装置２４の概略的なハードウェア構成を示す図である。操作制御装置２４は、サーボモータ２５を制御することによって支持機構２２を動作させる。操作制御装置２４は、操作力センサ２３の検出信号を受け付ける。操作制御装置２４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。操作制御装置２４は、制御部２６と、記憶部２７と、メモリ２８とを有している。
　制御部２６は、操作制御装置２４の全体を制御する。制御部２６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部２６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。
　記憶部２７は、制御部２６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部２７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。
　メモリ２８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ２８は、揮発性メモリで形成される。
　制御装置３は、ロボット１及び操作装置２を制御する。制御装置３は、操作装置２を介して入力される操作情報に応じてエンドエフェクタ１１を動作させるように、ロボットアーム１２への指令であるスレーブ指令をロボット１へ出力する。制御装置３は、操作装置２を介した操作に応じてロボットアーム１２を制御することによってエンドエフェクタ１１に対象物Ｗへ作用を加えさせる。さらに、制御装置３は、対象物Ｗからロボット１が受ける反力に応じて操作部２１を動作させるように、支持機構２２への指令であるマスタ指令を操作装置２へ出力する。制御装置３は、支持機構２２を制御することによって、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗから受ける反力をユーザに提示する。
　図６は、制御装置３の概略的なハードウェア構成を示す図である。制御装置３は、ロボット制御装置１４及び操作制御装置２４と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。制御装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、メモリ３３とを有している。
　制御部３１は、制御装置３の全体を制御する。制御部３１は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部３１は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で形成されていてもよい。
　記憶部３２は、制御部３１で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部３２は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。例えば、記憶部３２は、制御プログラム３２１及び対象物Ｗの三次元情報３２２を格納している。
　制御プログラム３２１は、ロボットシステム１００を制御する機能をコンピュータとしての制御部３１に実現させるためのプログラムである。
　対象物Ｗの三次元情報３２２は、対象物Ｗの表面を表す情報である。例えば、対象物Ｗの三次元情報３２２は、対象物ＷのＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データである。つまり、対象物Ｗの表面が複数のポリゴンで表現され、各ポリゴンの座標情報が三次元情報３２２として記憶部３２に格納されている。各ポリゴンの座標情報は、対象物Ｗに設定されたワーク座標系における座標情報である。記憶部３２には、ワーク座標系の原点とスレーブ座標系の原点との位置関係も格納されている。
　対象物Ｗの三次元情報３２２は、予め取得され、記憶部３２に格納されている。例えば、三次元スキャナ等で対象物Ｗの表面が測定され、対象物Ｗの点群データが取得される。点群データから、対象物Ｗがポリゴン化され、ＳＴＬデータが取得される。あるいは、対象物ＷのＣＡＤデータ等の設計データから、ＳＴＬデータが取得されてもよい。
　メモリ３３は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ３３は、揮発性メモリで形成される。
　図７は、ロボットシステム１００の制御系統の構成を示すブロック図である。
　ロボット制御装置１４の制御部１６は、記憶部１７からプログラムをメモリ１８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部１６は、入力処理部４１と動作制御部４２として機能する。
　入力処理部４１は、接触力センサ１３及びサーボモータ１５から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部４１は、接触力センサ１３から６軸の力の検出信号を受け取り、該検出信号を操作情報として制御装置３へ出力する。また、入力処理部４１は、サーボモータ１５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部４１は、動作制御部４２によるロボットアーム１２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部４２へ出力する。また、入力処理部４１は、ロボットアーム１２の位置情報として該検出信号を制御装置３へ出力する。
　動作制御部４２は、制御装置３からスレーブ指令（具体的には、指令位置ｘｄｓ）を受け取り、スレーブ指令に従ってロボットアーム１２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部４２は、サーボモータ１５へ制御指令を出力し、ロボットアーム１２を動作させ、研削装置１１ａを指令位置に対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部４２は、入力処理部４１からのサーボモータ１５の回転センサ及び／又は電流センサの検出信号に基づいて、ロボットアーム１２の動作をフィードバック制御する。また、動作制御部４２は、研削装置１１ａへ制御指令を出力し、研削装置１１ａを動作させる。これにより、研削装置１１ａが対象物Ｗを研削する。
　操作制御装置２４の制御部２６は、記憶部２７からプログラムをメモリ２８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部２６は、入力処理部５１と動作制御部５２として機能する。
　入力処理部５１は、操作力センサ２３から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部５１は、操作力センサ２３から６軸の力の検出信号を受け取り、該検出信号を反力情報として制御装置３へ出力する。また、入力処理部５１は、サーボモータ２５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部５１は、動作制御部５２による支持機構２２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部５２へ出力する。
　動作制御部５２は、制御装置３からマスタ指令（具体的には、指令位置ｘｄｍ）を受け取り、マスタ指令に従って支持機構２２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部５２は、サーボモータ２５へ制御指令を出力し、支持機構２２を動作させ、操作部２１を指令位置に対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部５２は、入力処理部５１からのサーボモータ２５の回転センサ及び／又は電流センサの検出信号に基づいて、支持機構２２の動作をフィードバック制御する。これにより、ユーザが操作部２１に与える操作力に対して反力が与えられる。その結果、ユーザは、対象物Ｗから反力を操作部２１から疑似的に感じつつ、操作部２１を操作することができる。
　制御装置３の制御部３１は、記憶部３２から制御プログラム３２１をメモリ３３に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部３１は、操作力取得部６１と接触力取得部６２と加算部６３と力／速度換算部６４とスレーブ出力部６９とゲイン処理部６１０とマスタ出力部６１１として機能する。
　これらの機能によって、制御装置３は、操作情報及び反力情報に応じてスレーブ指令及びマスタ指令を生成する。制御装置３は、操作情報からスレーブ指令を生成する際に、操作装置２に設定された操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を行う。つまり、制御装置３は、エンドエフェクタ１１を動作させるためのスレーブ指令を操作装置２の操作情報から生成する際に、基準面ＲＰと対象物Ｗの表面との対応関係と同じ対応関係で座標変換を実行する。例えば、ユーザが操作装置２を基準面ＲＰに沿って操作した場合、制御装置３は、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗの表面に沿った動作を行うようなスレーブ指令を生成する。基準面ＲＰは、操作座標系における仮想面であり、この例では、操作座標系における平面（例えば、操作座標系のＸｎ－Ｙｎ平面と平行な面）である。座標変換は、生成されたスレーブ指令が操作情報に対して座標変換されていることを意味する。つまり、操作情報をまず座標変換するとか、スレーブ指令を生成する最終段階で座標変換するとか、どの段階で座標変換されるかは問わない。
　さらに、制御装置３は、座標変換において、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持する。具体的には、制御装置３は、エンドエフェクタ１１に設定されたツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点における対象物Ｗの法線に基準軸Ａが一致するようにエンドエフェクタ１１の姿勢を変更することによって、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持する。この例では、基準軸Ａは、ツール座標系のＺｔ軸である。
　操作力取得部６１は、入力処理部５１を介して、操作力センサ２３の検出信号を受け取り、検出信号に基づいて操作力ｆｍを取得する。例えば、操作力取得部６１は、操作力センサ２３の検出信号から、操作部２１の中央に作用する力であって操作座標系で表される力を操作力ｆｍとして求める。操作力取得部６１は、操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。
　接触力取得部６２は、入力処理部４１を介して、接触力センサ１３の検出信号を受け取り、検出信号に基づいて接触力ｆｓを取得する。例えば、接触力取得部６２は、接触力センサ１３の検出信号から、エンドエフェクタ１１のうち対象物Ｗとの接点に作用する力であってツール座標系で表される力を接触力ｆｓとして求める。接触力取得部６２は、接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。
　加算部６３は、操作力取得部６１から入力された操作力ｆｍと接触力取得部６２から入力された接触力ｆｓとの和を算出する。ここで、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは、反対向きの力なので、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは正負の符号が異なる。つまり、操作力ｆｍと接触力ｆｓとが足されることによって、操作力ｆｍの絶対値は小さくなる。
　力／速度換算部６４は、スレーブ指令及びマスタ指令の基になる指令速度ｘｄ’を生成する。力／速度換算部６４は、操作装置２による操作情報に応じた成分である操作成分を生成する操作換算部６５と、座標変換に相当する成分である変換成分を生成する変換部６６とを有する。力／速度換算部６４は、操作成分に変換成分を付加して指令速度ｘｄ’を生成する。
　操作換算部６５は、操作力センサ２３によって検出される操作力ｆｍを操作情報として操作成分を生成する。操作換算部６５は、操作情報に加えて、ロボット１が対象物Ｗから受ける反力に関する反力情報も考慮して操作成分を生成する。具体的には、操作換算部６５は、接触力センサ１３によって検出される接触力ｆｓを反力情報として、操作情報及び反力情報に基づいて操作成分を生成する。つまり、操作成分は、少なくとも操作情報に応じた指令成分であり、より具体的には操作情報及び反力情報に応じた指令成分である。
　詳しくは、操作換算部６５は、操作力ｆｍと接触力ｆｓとの和である合成力ｆｍ＋ｆｓを速度ｅ’に換算する。操作換算部６５は、慣性係数、粘性係数（ダンパ係数）及び剛性係数（バネ係数）を含む運動方程式に基づく運動モデルを用いて、合成力ｆｍ＋ｆｓが作用した場合の物体の速度ｅ’を算出する。具体的には、操作換算部６５は、以下の運動方程式に基づいて速度ｅ’を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｅは、物体の位置である。ｍｄは、慣性係数である。ｃｄは、粘性係数である。ｋｄは、剛性係数である。ｆｍは、操作力である。ｆｓは、接触力である。尚、「’」は１回微分を表し、「”」は２回微分を表す。
　式（１）は線形微分方程式であり、式（１）を速度ｅ’について解くと、ｅ’＝Ｖ（ｆｍ，ｆｓ）となる。Ｖ（ｆｍ，ｆｓ）は、ｆｍ，ｆｓを変数とし，ｍｄ，ｃｄ，ｋｄ等を定数とする関数である。
　関数Ｖ（ｆｍ，ｆｓ）は、記憶部３２に格納されている。操作換算部６５は、記憶部３２から関数Ｖ（ｆｍ，ｆｓ）を読み出して速度ｅ’を求める。速度ｅ’が操作成分である。以下、速度ｅ’を「操作成分ｅ’」と称する。
　変換部６６は、変換成分ｓ’を生成する。より詳しくは、変換成分ｓ’は、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持しつつ、操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を実現するための指令成分である。
　変換部６６は、ツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点における対象物の法線を取得する取得部６７と、基準軸を法線に一致させるようにエンドエフェクタ１１を移動させるための指令速度を変換成分ｓ’として求める算出部６８とを有している。
　取得部６７は、ツール座標系における原点Ｏｔの位置及びＺｔ軸の向きを求める。この例では、ツール座標系のＺｔ軸が基準軸Ａとして設定されている。制御装置３は、サーボモータ１５の回転センサ及び電流センサの検出信号が入力処理部４１から、ロボットアーム１２の位置情報として入力され、ロボットアーム１２の状態（具体的には、位置及び姿勢）を逐次監視している。取得部６７は、現在のロボットアーム１２の状態から、現在のツール座標系の原点Ｏｔの位置及びＺｔ軸の向きを求める。また、取得部６７は、対象物Ｗの三次元情報３２２を記憶部３２から読み出す。
　そして、取得部６７は、図８に示すように、基準軸Ａ（Ｚｔ軸）と対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける法線Ｎを求める。図８は、基準軸Ａと対象物Ｗとの交点Ｐにおける対象物Ｗの法線Ｎを示す模式図である。
　具体的には、取得部６７は、対象物Ｗの表面を形成する複数のポリゴン（即ち、三角形の微小部分）のうち基準軸Ａが貫通するポリゴンを求める。取得部６７は、基準軸Ａが貫通するポリゴンの法線Ｎを求める。例えば、取得部６７は、該ポリゴンの３つの頂点を通る平面の法線であって、該ポリゴンと基準軸Ａとの交点を通る法線Ｎを求める。
　算出部６８は、取得部６７によって求められた法線Ｎに基準軸Ａが一致するようにエンドエフェクタ１１を移動させるための指令速度を変換成分ｓ’として求める。図８の例では、変換成分ｓ’は、実線のエンドエフェクタ１１を二点鎖線のエンドエフェクタ１１の位置へ移動させるための指令速度である。
　力／速度換算部６４は、操作成分ｅ’に変換成分ｓ’を付加し、指令速度ｘｄ’を生成する。操作成分ｅ’に変換成分ｓ’を付加することは、基準面ＲＰと対象物Ｗの表面との対応関係と同じ対応関係の座標変換を操作成分ｅ’に施すことに等しい。力／速度換算部６４は、生成された指令速度ｘｄ’をスレーブ出力部６９とゲイン処理部６１０とへ出力する。
　スレーブ出力部６９は、指令速度ｘｄ’（即ち、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’）に基づいてスレーブ指令を生成する。詳しくは、スレーブ出力部６９は、指令速度ｘｄ’をエンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓに換算する。指令位置ｘｄｓは、ツール座標系における位置である。指令位置ｘｄｓがスレーブ指令である。例えば、操作装置２の移動量に対するロボット１の移動量の比が設定されている場合、スレーブ出力部６９は、指令速度ｘｄ’から求めた指令位置を移動比に応じて逓倍して指令位置ｘｄｓを求める。指令速度ｘｄ’は、最終的にスレーブ指令に換算される。そのため、操作成分ｅ’は、スレーブ指令のうち操作情報に応じた指令成分が速度の形式で表されたものとみなすことができる。変換成分ｓ’は、スレーブ指令のうち座標変換に相当する指令成分が速度の形式で表されたものとみなすことができる。
　スレーブ出力部６９は、指令位置ｘｄｓをロボット制御装置１４、具体的には、動作制御部４２へ出力する。動作制御部４２は、指令位置ｘｄｓへのエンドエフェクタ１１の移動を実現させるための、サーボモータ１５への制御指令を生成する。動作制御部４２は、生成された制御指令をサーボモータ１５へ出力することによって、ロボットアーム１２を動作させ、エンドエフェクタ１１を指令位置ｘｄｓに対応する位置へ移動させる。
　ゲイン処理部６１０は、指令速度ｘｄ’にゲイン処理を施す。ゲイン処理部６１０は、指令速度ｘｄ’の各成分のゲインを調整する。この例では、ゲイン処理部６１０は、指令速度ｘｄ’のうち変換成分ｓ’のゲインをゼロにする。つまり、ゲイン処理部６１０は、変換成分ｓ’をキャンセルして、操作成分ｅ’のみを出力する。ゲイン処理部６０は、処理後の指令速度ｘｄ’をマスタ出力部６１１へ出力する。
　マスタ出力部６１１は、ゲイン処理された指令速度ｘｄ’に基づいてマスタ指令を生成する。詳しくは、マスタ出力部６１１は、ゲイン処理された指令速度ｘｄ’を操作部２１の指令位置ｘｄｍに換算する。指令位置ｘｄｍは、操作座標系における位置である。指令位置ｘｄｍがマスタ指令である。
　マスタ出力部６１１は、指令位置ｘｄｍを操作制御装置２４、具体的には、動作制御部５２へ出力する。動作制御部５２は、指令位置ｘｄｍへの操作部２１の移動を実現させるための、サーボモータ２５への制御指令を生成する。動作制御部５２は、生成された制御指令をサーボモータ２５へ出力することによって、支持機構２２を動作させ、操作部２１を指令位置ｘｄｍに対応する位置へ移動させる。
　［ロボットシステムの動作］
　次に、このように構成されたロボットシステム１００の動作について説明する。図９は、ロボットシステム１００の動作を示すフローチャートである。この例では、ユーザは、操作装置２を操作して、ロボット１によって対象物Ｗに研削加工を行う。制御装置３は、図９に示すフローチャートの処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。
　まず、制御装置３は、ステップＳ１において、操作力及び接触力を取得する。ユーザが操作装置２を操作すると、ユーザが操作部２１を介して加えた操作力を操作力センサ２３が検出する。操作力センサ２３に検出された操作力は、入力処理部５１によって検出信号として制御装置３へ入力される。このとき、ロボット１の接触力センサ１３によって検出される接触力が入力処理部４１を介して制御装置３の接触力取得部６２に検出信号として入力される。
　制御装置３では、操作力取得部６１が、検出信号に基づく操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。接触力取得部６２は、検出信号に基づく接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。
　続いて、ステップＳ２において、制御装置３は、マスタ指令及びスレーブ指令の操作成分ｅ’を生成する。具体的には、加算部６３は、合成力ｆｍ＋ｆｓを力／速度換算部６４へ入力する。力／速度換算部６４は、関数Ｖ（ｆｍ，ｆｓ）を用いて、合成力ｆｍ＋ｆｓから操作成分ｅ’を求める。
　ステップＳ１，Ｓ２と並行して、制御装置３は、ステップＳ３において変換成分ｓ’を生成する。具体的には、変換部６６は、現在のツール座標系の原点Ｏｔの位置及びＺｔ軸の向きを導出する。変換部６６は、対象物Ｗの三次元情報３２２を記憶部３２から読み出し、Ｚｔ軸、即ち、基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐを求める。変換部６６は、求められた交点Ｐにおける対象物Ｗの表面の法線Ｎを求める。そして、変換部６６は、基準軸Ａが対象物Ｗの法線Ｎに一致するようにエンドエフェクタ１１を移動させるための指令速度を変換成分ｓ’として求める。
　ステップＳ４において、制御装置３は、操作成分ｅ’に変換成分ｓ’を付加して、指令速度ｘｄ’を生成する。ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、操作情報に基づいて動作部への指令を生成する際に、マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が対象物の表面に対応付けられる座標変換を行うこととに相当する。
　ステップＳ５において、制御装置３は、指令速度ｘｄ’からスレーブ指令、即ち、エンドエフェクタ１１の指令位置ｘｄｓを生成する。ステップＳ５は、マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて作用部を動作させるように動作部への指令を出力することに相当する。
　それと並行して、制御装置３は、ステップＳ７において、指令速度ｘｄ’にゲイン処理を施し、指令速度ｘｄ’のうちの角速度成分をゼロにする。その後、制御装置３は、ステップＳ８において、ゲイン処理された指令速度ｘｄ’からマスタ指令、即ち、操作部２１の指令位置ｘｄｍを生成する。
　その後、制御装置３は、ステップＳ６において指令位置ｘｄｓをロボット１へ出力すると共に、ステップＳ９において指令位置ｘｄｍを操作装置２へ出力する。これにより、ロボット１は、指令位置ｘｄｓに応じて動作して研削を実行する。それと並行して、操作装置２は、指令位置ｘｄｍに応じて動作して、ユーザに反力を提示する。
　このような処理が行われた場合のエンドエフェクタ１１等の動作について詳しく説明する。図１０は、ユーザによって動かされる操作部２１の模式図である。図１１は、座標変換が行われない場合のエンドエフェクタ１１の動作を示す模式図である。図１２は、座標変換が行われた場合のエンドエフェクタ１１の動作を示す模式図である。
　この例では、ユーザは、図１０に示すように、操作装置２の操作部２１を基準面ＲＰに沿って、例えば、Ｘ方向へ移動させる。これにより、Ｙ方向成分及びＺ方向成分を含まないＸ方向への操作力が、操作装置２から制御装置３へ入力される。このとき、ロボット１に作用する接触力も、制御装置３へ入力される。
　制御装置３は、操作装置２からの操作力に応じて、即ち、合成力ｆｍ＋ｆｓに応じて操作成分ｅ’を求める。ここで、操作部２１はＸ方向へのみ動かされているので、合成力ｆｍ＋ｆｓもＸ方向成分のみである。そのため、操作成分ｅ’は、Ｘ方向成分のみであり、Ｙ方向成分、Ｚ方向成分及び回転成分を含まない。
　仮に、制御装置３が座標変換を行うことなく、単純に操作成分ｅ’からスレーブ指令を生成したとすると、エンドエフェクタ１１は、図１１に示すように、ツール座標系のＸ方向にのみ移動する。つまり、エンドエフェクタ１１は、操作座標系における操作部２１の動作と同様の動作、又は、相似的な動作をツール座標系において実行する。この場合、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させるためには、ユーザは、それに相当する操作を操作部２１に対して入力する必要がある。例えば、ユーザは、操作部２１をＸ方向に加えて、Ｚ方向へも動かす必要がある。そのため、ユーザは、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿わせるための操作を行いつつ、エンドエフェクタ１１による加工位置を調整する等の操作を行う必要がある。
　それに対し、制御装置３は、操作情報からスレーブ指令を生成する際に、操作座標系における基準面ＲＰを対象物Ｗの表面に対応付ける座標変換を行う。具体的には、図８に示すように、制御装置３は、基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける法線Ｎに基準軸Ａが一致するようにエンドエフェクタ１１を移動させる（この動作が座標変換に相当する）。これにより、ツール座標系の向きが変わる。操作成分ｅ’は、ツール座標系に対応している。今回の操作成分ｅ’は、Ｘ方向成分のみであるが、ツール座標系のＸｔ軸の向きが変わるので、エンドエフェクタ１１は、変更されたＸｔ軸の向きへ移動する。図１２の例では、ツール座標系のＺｔ軸が交点Ｐの法線Ｎに一致させられるので、ツール座標系のＸｔ軸は、交点Ｐにおける対象物Ｗの接線方向を向くことになる。つまり、Ｘ方向成分のみの操作成分ｅ’は、対象物Ｗの接線方向を向く成分となる。
　このような処理が制御周期で繰り返される。つまり、各周期において、基準軸Ａ、及び、基準軸Ａに対応する、対象物Ｗの法線Ｎが求められ、エンドエフェクタ１１の姿勢、即ち、ツール座標系の向きが逐次変更される。具体的には、ツール座標系のＸｔＹｔ平面が対象物Ｗの交点Ｐにおける接平面と平行となるように、ツール座標系の向きが逐次変更される。
　その結果、ユーザは、操作部２１を基準面ＲＰに沿って移動させると、エンドエフェクタ１１は、図１２に示すように、対象物Ｗの表面に沿うように移動する。ユーザは、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿わせるための意図的な操作が不要となる。ユーザは、対象物Ｗの表面上のエンドエフェクタ１１による加工位置の調整、加工時（例えば、研削時）のエンドエフェクタ１１の移動軌跡（即ち、エンドエフェクタ１１の動かし方）、及び、エンドエフェクタ１１による加工量（例えば、研削の深さ）等の、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿わせる以外の操作に集中することができる。
　別の観点からは、ユーザは、操作部２１を基準面ＲＰに沿って移動させることによってエンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができるので、操作部２１の動作範囲が限定されている場合であっても、エンドエフェクタ１１を比較的柔軟かつ広範囲に移動させることができる。例えば、対象物Ｗの表面形状は様々であり、対象物Ｗの表面の法線方向が略１８０度変化するような表面形状もあり得る。一方、前述のように操作部２１が支持機構２２によって支持されている構成においては、操作部２１の動作範囲は、支持機構２２に依存する。操作部２１を略１８０度回転させることは難しい。そのような場合であっても、制御装置３は、基準面ＲＰに沿った操作部２１の移動を対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に変換する。このように、基準面ＲＰに沿った操作部２１の移動という限られた範囲の操作であっても、対象物Ｗの様々な表面形状に応じてエンドエフェクタ１１を柔軟に且つ広範囲に移動させることができる。この点においても、操作装置２を操作してロボット１を動作させる際の操作性を向上させることができる。
　さらに、この例では、座標変換において、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢が一定に維持される。つまり、基準面ＲＰに対する操作部２１の姿勢（即ち、角度）が一定に維持されていれば、エンドエフェクタ１１は、対象物Ｗの表面に対する姿勢が一定に維持されつつ、対象物Ｗの表面に沿って移動する。エンドエフェクタ１１の姿勢が一定に維持されるとは、ツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける対象物Ｗの法線Ｎ又は接線に対する基準軸Ａの角度が一定に維持されることを意味する。これにより、操作座標系における基準面ＲＰに対する姿勢が一定での基準面ＲＰに沿った操作部２１の操作は、対象物Ｗの表面に対する姿勢が一定で且つ対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に変換される。
　対象物Ｗの表面が湾曲している場合、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させつつ、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持するためには、対象物Ｗの表面におけるエンドエフェクタ１１の位置に応じてエンドエフェクタ１１を回転させる必要がある。制御装置３の座標変換によれば、ユーザは、基準面ＲＰに対する操作部２１の姿勢（即ち、角度）を一定に維持したまま操作部２１を基準面ＲＰに沿って移動させることによって、それ以外の特段の操作をしなくても、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に対する姿勢を一定に維持したまま対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。特に、対象物Ｗの表面が複雑な形状であっても、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持することを容易な操作で実現できる。
　その結果、研削の場合には、対象物Ｗの表面に対するグラインダ等のツールの角度を一定に維持したまま、ツールを対象物Ｗの表面に沿って移動させることを容易な操作で実現できる。これにより、対象物Ｗの表面の一様な、即ち、均質な研削を容易な操作で実現できる。作用部による作用は、研削に限定されず、切削若しくは研磨、溶接、塗装又は組立であってもよい。対象物Ｗの表面に対するエンドミル、溶接トーチ又は塗装ガン等のツールの姿勢（例えば、角度）を一定に維持したまま、ツールを対象物Ｗの表面に沿って移動させることを容易な操作で実現できる。あるいは、対象物Ｗに形成された開口に別の部品を挿入する等の組立において、開口が対象物Ｗの表面に対して所定の方向に延びている場合、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持することによって、開口に対する部品の向きを一定に維持することが容易になる。それにより、開口への部品の挿入を容易に行うことができる。その結果、対象物Ｗの表面の一様な、即ち、均質な切削若しくは研磨、溶接、塗装又は組立を容易な操作で実現できる。
　ただし、制御装置３の座標変換は、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿った方向にしか移動させることができないことを意味するものではない。例えば、操作部２１が基準面ＲＰと交差する方向に動かされた場合には、そのような操作情報に応じて、エンドエフェクタ１１は、対象物Ｗの表面と交差する方向に移動させられる。ただし、操作情報からスレーブ指令が生成される際には、基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられるのと同じ対応関係で座標変換が実行される。
　さらに、基準面ＲＰに対する操作部２１の姿勢が一定であれば対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢が一定に維持されるので、操作部２１の操作方向と対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の移動方向との対応関係が一定に維持される。すなわち、対象物Ｗの表面上のエンドエフェクタ１１の位置が変化しても、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面の法線方向又は接線方向等の特定の方向に移動させるための操作部２１の操作座標系における操作方向は変化しない。例えば、前述の例では、対象物Ｗの表面上のエンドエフェクタ１１の位置が変化しても、操作座標系におけるＺｎ軸方向への操作部２１の操作は、常に、対象物Ｗの表面に対する法線方向へのエンドエフェクタ１１の移動に変換される。そのため、ユーザは、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢をあまり意識することなく、操作部２１を操作することができる。
　また、指令速度ｘｄ’からマスタ指令が生成される際に、指令速度ｘｄ’のうち変換成分ｓ’がゼロにされ、指令速度ｘｄ’のうち操作成分ｅ’のみを用いてマスタ指令が生成される。これにより、対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に対応する操作部２１の移動がキャンセルされる。仮に、対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に対応するように操作部２１が動作制御されると、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持するためのエンドエフェクタ１１の回転に伴って操作部２１も回転し得る。その場合、基準面ＲＰが水平方向に対して傾斜する。つまり、指令速度ｘｄ’のうち変換成分ｓ’を考慮することなく、指令速度ｘｄ’からマスタ指令が生成されることによって、操作部２１の回転を低減し、基準面ＲＰを水平に維持しやすくなる。ユーザは、基準面ＲＰの回転変動を意識することなく、操作部２１を水平に動かすことによって操作部２１を基準面ＲＰに沿って容易に移動させることができる。
　以上のように、ロボットシステム１００は、ユーザに操作される操作装置２（マスタ装置）と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１（作用部）とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２（動作部）とを有するロボット１（スレーブ装置）と、操作装置２を介して入力される操作情報に応じてエンドエフェクタ１１を動作させるようにロボットアーム１２への指令を出力する制御装置３とを備え、制御装置３は、操作装置２に設定された操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を行って、操作情報に基づいてロボットアーム１２への指令を生成する。
　換言すると、ユーザに操作される操作装置２（マスタ装置）と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１（作用部）とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２（動作部）とを有するロボット１（スレーブ装置）とを備えるロボットシステム１００の制御方法は、操作装置２を介して入力される操作情報に応じてエンドエフェクタ１１を動作させるようにロボットアーム１２への指令を出力することと、操作情報に基づいてロボットアーム１２への指令を生成する際に、操作装置２に設定された操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を行うこととを含む。
　さらに換言すると、ユーザに操作される操作装置２（マスタ装置）と、対象物Ｗに作用を加えるエンドエフェクタ１１（作用部）とエンドエフェクタ１１を動作させるロボットアーム１２（動作部）とを有するロボット１（スレーブ装置）とを備えるロボットシステム１００を制御する機能をコンピュータに実現させるための制御プログラム３２１は、操作装置２を介して入力される操作情報に応じてエンドエフェクタ１１を動作させるようにロボットアーム１２への指令を出力する機能と、操作情報に基づいてロボットアーム１２への指令を生成する際に、操作装置２に設定された操作座標系における基準面ＲＰが対象物Ｗの表面に対応付けられる座標変換を行う機能とをコンピュータに実現させる。
　これらの構成によれば、基準面ＲＰに沿った操作装置２の操作が、対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に変換される。ユーザは、対象物Ｗの表面形状を考慮して操作装置２を操作する必要はなく、操作装置２を基準面ＲＰに沿って動かすことによって、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。対象物Ｗの表面が湾曲したり、複雑な形状をしていたりしても、ユーザは、操作装置２の単純な操作によって、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。その結果、操作装置２を操作してロボット１を動作させる際の操作性を向上させることができる。例えば、ユーザは、対象物Ｗの表面形状を考慮して操作装置２を操作する必要がない分、対象物Ｗの表面上のエンドエフェクタ１１の位置の調整又は操作部２１への力加減の調整等に注力することができ、操作の精度を向上させることができる。
　別の観点からは、基準面ＲＰに沿った操作装置２の操作が、対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動に変換されるので、操作部２１の動作範囲が限定されている場合であっても、エンドエフェクタ１１を比較的柔軟かつ広範囲に移動させることができる。基準面ＲＰに沿った操作部２１の移動という限られた範囲の操作であっても、対象物Ｗの様々な表面形状に応じてエンドエフェクタ１１を柔軟に且つ広範囲に移動させることができる。この点においても、操作装置２を操作してロボット１を動作させる際の操作性を向上させることができる。
　また、基準面ＲＰは、操作座標系における平面である。
　この構成によれば、ユーザは、操作装置２を操作座標系において平面的に動かすことによって、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。つまり、ユーザは、平面に対して作用を加えるかのような操作を操作装置２を介して行うことによって、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。
　さらに、制御装置３は、座標変換において、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持する。
　この構成によれば、制御装置３は、操作座標系における基準面ＲＰを対象物Ｗの表面に対応付けるような座標変換を行う際に、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢が一定になるようにエンドエフェクタ１１の姿勢を調整する。そのため、ユーザは、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定にするための特段の操作を行わなくても、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢が一定になるように自動的に調整される。その結果、対象物Ｗに対する一様な、即ち、均質な作用をエンドエフェクタ１１によって加えることができる。
　詳しくは、制御装置３は、エンドエフェクタ１１に設定されたツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける対象物Ｗの法線Ｎに基準軸Ａが一致するようにエンドエフェクタ１１の姿勢を変更することによって、対象物Ｗの表面に対するエンドエフェクタ１１の姿勢を一定に維持する。
　この構成によれば、対象物Ｗの表面の法線Ｎに対するエンドエフェクタ１１の姿勢が一定に維持される。
　また、操作装置２は、ユーザが操作する操作部２１と、操作部２１を支持すると共に操作部２１を動作させる支持機構２２（支持部）とを有し、操作座標系は、操作部２１に固定されている。
　この構成によれば、操作部２１は、支持機構２２によって支持されると共に、支持機構２２によって動作させられる。つまり、操作部２１は、移動し得る。ここで、操作座標系は、操作部２１に固定されているので、基準面ＲＰは、操作部２１の移動に伴って移動する。操作部２１が移動しても、操作部２１に対する基準面ＲＰの関係が一定なので、ユーザは、基準面ＲＰを容易に把握しながら移動させることができる。
　さらに、操作装置２は、操作部２１にユーザから加えられる操作力を検出する操作力センサ２３をさらに有し、制御装置３は、操作情報に応じた指令成分である操作成分ｅ’を操作力センサ２３によって検出される操作力を操作情報として求める操作換算部６５と、座標変換に相当する指令成分である変換成分ｓ’を求める変換部６６と、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’に基づいてロボットアーム１２への指令を生成するスレーブ出力部６９とを有している。
　この構成によれば、操作装置２の操作力センサ２３が、操作部２１にユーザから加えられる操作力を操作情報として検出する。制御装置３の操作換算部６５は、操作力センサ２３によって検出された操作力に応じた操作成分ｅ’を求める。さらに、制御装置３の変換部６６は、座標変換に相当する変換成分ｓ’を求める。そして、制御装置３のスレーブ出力部６９は、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’に基づいて指令を生成する。このように、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’を分けて、それぞれを操作換算部６５及び変換部６６が求めることによって、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’を求める処理を簡単にすることができる。
　詳しくは、変換部６６は、エンドエフェクタ１１に固定されたツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける対象物Ｗの法線Ｎを取得する取得部６７と、基準軸Ａが法線Ｎに一致するようにエンドエフェクタ１１を移動させるための指令成分を変換成分ｓ’として求める算出部６８とを有する。
　この構成によれば、まず、取得部６７が、エンドエフェクタ１１のツール座標系で定義された基準軸Ａと対象物Ｗの表面との交点Ｐにおける対象物Ｗの法線Ｎを取得する。その後、算出部６８は、基準軸Ａが法線Ｎに一致するようにエンドエフェクタ１１を移動させるための変換成分ｓ’を求める。この変換成分ｓ’を用いてロボットアーム１２への指令が生成されることによって、基準軸Ａが対象物Ｗの法線Ｎと一致するように、エンドエフェクタ１１の姿勢が調整される。
　さらに、ロボットシステム１００は、対象物Ｗからエンドエフェクタ１１へ作用する反力である接触力を検出する接触力センサ１３（接触力検出部）をさらに備え、操作換算部６５は、操作力センサ２３によって検出される操作力及び接触力センサ１３によって検出される接触力に基づいて操作成分ｅ’を求め、制御装置３は、操作部２１を動作させるための支持機構２２への指令を操作成分ｅ’に基づいて生成するマスタ出力部６１１をさらに有している。
　この構成によれば、操作換算部６５は、操作力センサ２３によって検出される操作力に加えて、接触力センサ１３によって検出される接触力に基づいて操作成分ｅ’を求める。その結果、エンドエフェクタ１１は、操作力だけでなく接触力にも応じた動作を行う。さらに、操作成分ｅ’は、ロボットアーム１２への指令を生成するために用いられるだけでなく、操作装置２の支持機構２２への指令を生成するために用いられる。その結果、操作装置２は、ユーザに接触力に応じた反力を提示することができる。つまり、ユーザは、エンドエフェクタ１１に作用する反力を感じながら、操作装置２を操作することができる。
　詳しくは、マスタ出力部６１１は、変換成分ｓ’を考慮せずに、操作成分ｅ’に基づいて支持機構２２への指令を生成する。
　この構成によれば、ロボットアーム１２への指令は、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’に基づいて生成される。一方、支持機構２２への指令は、操作成分ｅ’に基づいて生成され、変換成分ｓ’が反映されない。つまり、エンドエフェクタ１１は、操作情報及び座標変換に応じた動作を行うのに対し、支持機構２２は、座標変換を反映せず、操作情報に応じた動作を行う。具体的には、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗの表面に沿って移動しても、操作部２１は、対象物Ｗの表面形状に倣った移動をしない。そのため、ユーザは、操作部２１を基準面ＲＰに沿って移動させることが容易になる。
　また、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗに加える作用は、研削、切削又は研磨である。
　研削、切削又は研磨においては、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗに接触し、対象物Ｗからエンドエフェクタ１１へ反力が作用する。ユーザは、接触力センサ１３によって検出される接触力に基づく反力を提示されながら操作装置２を操作する。ユーザは、反力を感じながら、操作部２１を操作して、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿うように移動させる。このとき、ユーザは、操作部２１を基準面ＲＰに沿う方向へ操作するだけで、対象物Ｗからの反力を感じつつ、エンドエフェクタ１１を対象物Ｗの表面に沿って移動させることができる。その結果、対象物Ｗに研削、切削又は研磨を実行する際のロボット１の操作性を向上させることができる。
　〈変形例〉
　次に、ロボットシステム１００の変形例について説明する。図１３は、変形例において、ユーザによって動かされる操作部２１の模式図である。この変形例では、指令速度ｘｄ’からのマスタ指令の求め方が前述の例とは異なる。
　詳しくは、制御装置３のゲイン処理部６１０は、指令速度ｘｄ’のうち変換成分ｓ’のゲインをゼロにすることなく、即ち、キャンセルすることなく、指令速度ｘｄ’をマスタ出力部６１１へ出力する。そのため、マスタ出力部６１１は、操作成分ｅ’及び変換成分ｓ’に基づいてマスタ指令、即ち、指令位置ｘｄｍを生成する。
　これにより、エンドエフェクタ１１の動作は、前述の例と変わらない。つまり、操作部２１が基準面ＲＰに沿って動かされると、エンドエフェクタ１１は、図１２に示すように、対象物Ｗの表面に対する姿勢が一定に維持されつつ、対象物Ｗの表面に沿って移動する。
　このとき、操作部２１は、操作成分ｅ’に起因するエンドエフェクタ１１の動作と変換成分ｓ’に起因するエンドエフェクタ１１の動作との両方を反映させた動作を行う。つまり、図１３に示すように、操作部２１は、概ね、対象物Ｗの表面に対する姿勢が一定で対象物Ｗの表面に沿った軌跡を描くように支持機構２２によって移動させられる。ユーザは、基準面ＲＰに沿った方向へ操作部２１に操作力を加えており、操作部２１が対象物Ｗの表面に沿った軌跡を描くように操作部２１を意図的に操作しているわけではない。つまり、ユーザは、操作部２１を対象物Ｗの表面に沿うように意図的に操作しなくても、対象物Ｗの表面形状を感知しながら、操作部２１を操作することができる。
　尚、基準面ＲＰは、操作部２１に固定された操作座標系で規定されているので、操作部２１の移動と同様に移動する。操作部２１の姿勢が変化すると、それに伴って基準面ＲＰの姿勢、即ち、角度も変化する。ユーザは、操作部２１を把持しているので、操作部２１の姿勢を知覚することができ、基準面ＲＰの角度を概ね把握することができる。そのため、操作部２１の姿勢が変化しても、ユーザは、操作部２１を容易に基準面ＲＰに沿って移動させることができる。
　以上のように、変形例においては、マスタ出力部６１１は、支持機構２２への指令を操作成分ｅ’に加えて変換成分ｓ’に基づいて生成する。
　この構成によれば、基準面ＲＰに沿った操作部２１の操作であっても、対象物Ｗの表面に沿ったエンドエフェクタ１１の移動と同様に操作部２１を移動させることができる。その結果、ユーザは、操作部２１を対象物Ｗの表面に沿うように意図的に操作しなくても、対象物Ｗの表面形状を感知しながら、操作部２１を操作することができる。
　《その他の実施形態》
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　例えば、マスタ装置は、操作装置２に限定されず、ユーザによる操作情報を入力できる限り、任意の構成を採用することができる。スレーブ装置は、ロボット１に限定されず、対象物に作用を加える作用部と作用部を動作させる動作部とを有する限り、任意の構成を採用することができる。
　対象物Ｗの三次元情報３２２は、ＳＴＬデータに限定されない。対象物の三次元情報３２２は、対象物の表面の任意の部分の法線を取得することができるデータであればよく、例えば、点群データでもよい。あるいは、対象物の三次元情報３２２は、対象物の表面の各部分における法線の情報そのものであってもよい。
　前述の座標変換の手法は、一例に過ぎず、これに限定されない。座標変換は、マスタ座標系における基準面が対象物の表面に対応付けられるものであればよく、対象物の表面に対する作用部の姿勢を一定に維持することは必須ではない。つまり、前述の図１１，１２の例で、座標変換において、エンドエフェクタ１１を回転させずに、マスタ座標系のＺｒ軸の方向におけるエンドエフェクタ１１と対象物Ｗの表面との距離が一定になるようにエンドエフェクタ１１のＺｒ軸の方向の位置だけを調整してもよい。
　前述の合成力ｆｍ＋ｆｓから指令位置ｘｄｓ及び指令位置ｘｄｍを算出する方法は、一例に過ぎない。例えば、運動モデルは一例に過ぎず、異なる運動モデルを用いてもよい。
　ゲイン処理部６１０は、変換成分ｓ’ではなく、指令速度ｘｄ’のうち３軸それぞれの回転成分のゲインをゼロにしてもよい。つまり、ゲイン処理部６１０は、指令速度ｘｄ’のうち角速度の成分をキャンセルして、指令速度ｘｄ’のうち３軸それぞれの並進成分のみを出力してもよい。指令速度ｘｄ’のうちの回転成分がキャンセルされることによって、操作部２１の回転が抑制される。このような方法でも、ユーザは、操作部２１を水平に移動させやすくなる。　
　前述のブロック図は一例であり、複数のブロックを１つのブロックとして実現したり、１つのブロックを複数のブロックに分割したり、一部の機能を別のブロックに移したりしてもよい。
　前述のフローチャートは一例であり、ステップを省略又は変更してもよい。または、ステップの順番を変更したり、直列的な複数のステップを並列に処理したり、又は、並列的な複数のステップを直列的に処理したりしてもよい。
　本開示の技術は、前記プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるものであってもよい。
　本実施形態で開示された構成の機能は、電気回路又は処理回路を用いて実行されてもよい。プロセッサは、トランジスタ及びその他の回路を含む処理回路等である。本開示において、ユニット、コントローラ又は手段は、記載した機能を実行するためのハードウェア又はプログラムされたものである。ここで、ハードウェアは、本実施形態で開示された機能を実行するように構成若しくはプログラムされた、本実施形態で開示されたもの又は公知のハードウェアである。ハードウェアが、プロセッサ又はコントローラの場合、回路、手段又はユニットは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアは、ハードウェア及び／又はプロセッサを構成するために用いられる。

Claims (13)

  1. 　ユーザに操作されるマスタ装置と、
    　対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置と、
    　前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行って、前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成するロボットシステム。
  2. 　請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記基準面は、前記操作座標系における平面であるロボットシステム。
  3. 　請求項１又は２に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記制御装置は、前記座標変換において、前記対象物の表面に対する前記作用部の姿勢を一定に維持するロボットシステム。
  4. 　請求項３に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記制御装置は、前記作用部に設定されたツール座標系で定義された基準軸と前記対象物の表面との交点における前記対象物の法線に前記基準軸が一致するように前記作用部の姿勢を変更することによって、前記対象物の表面に対する前記作用部の姿勢を一定に維持するロボットシステム。
  5. 　請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記マスタ装置は、ユーザが操作する操作部と、前記操作部を支持すると共に前記操作部を動作させる支持部とを有し、
    　前記操作座標系は、前記操作部に固定されているロボットシステム。
  6. 　請求項５に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記マスタ装置は、前記操作部にユーザから加えられる操作力を検出する操作力検出部をさらに有し、
    　前記制御装置は、
    　　前記操作情報に応じた指令成分である操作成分を前記操作力検出部によって検出される前記操作力を前記操作情報として求める操作換算部と、
    　　前記座標変換に相当する指令成分である変換成分を求める変換部と、
    　　前記操作成分及び前記変換成分に基づいて前記動作部への指令を生成するスレーブ出力部とを有しているロボットシステム。
  7. 　請求項６に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記変換部は、
    　　前記作用部に固定されたツール座標系で定義された基準軸と前記対象物の表面との交点における前記対象物の法線を取得する取得部と、
    　　前記基準軸が前記法線に一致するように前記作用部を移動させるための指令成分を前記変換成分として求める算出部とを有するロボットシステム。
  8. 　請求項６又は７に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記対象物から前記作用部へ作用する反力である接触力を検出する接触力検出部をさらに備え、
    　前記操作換算部は、前記操作力検出部によって検出される前記操作力及び前記接触力検出部によって検出される前記接触力に基づいて前記操作成分を求め、
    　前記制御装置は、前記操作部を動作させるための前記支持部への指令を前記操作成分に基づいて生成するマスタ出力部をさらに有しているロボットシステム。
  9. 　請求項８に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記マスタ出力部は、前記変換成分を考慮せずに、前記操作成分に基づいて前記支持部への指令を生成するロボットシステム。
  10. 　請求項８に記載のロボットシステムにおいて、
    　前記マスタ出力部は、前記支持部への指令を前記操作成分に加えて前記変換成分に基づいて生成するロボットシステム。
  11. 　請求項８乃至１０の何れか１つに記載のロボットシステムにおいて、
    　前記作用部が前記対象物に加える作用は、研削、切削又は研磨であるロボットシステム。
  12. 　ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムの制御方法であって、
    　前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力することと、
    　前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成する際に、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行うこととを含む、ロボットシステムの制御方法。
  13. 　ユーザに操作されるマスタ装置と、対象物に作用を加える作用部と前記作用部を動作させる動作部とを有するスレーブ装置とを備えるロボットシステムを制御する機能をコンピュータに実現させるための制御プログラムであって、
    　前記マスタ装置を介して入力される操作情報に応じて前記作用部を動作させるように前記動作部への指令を出力する機能と、
    　前記操作情報に基づいて前記動作部への指令を生成する際に、前記マスタ装置に設定された操作座標系における基準面が前記対象物の表面に対応付けられる座標変換を行う機能とをコンピュータに実現させるための制御プログラム。
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