JP2015085497A - ロボット、ロボットシステムおよび制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】施錠されているドアを開くことができるロボットを提供すること。【解決手段】ロボット１０は、施錠されている錠前の鍵穴に鍵４０を差し込み、鍵４０を回転させて、錠前を開錠する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット、ロボットシステムおよび制御装置に関する。

従来、ドアの開閉を行うことができるロボットがある。例えば、特許文献１には、ドアを開いて、ドア内で、ボルト締め動作を行うロボットが記載されている。

特開２０１２−１４００２４号公報

しかしながら、従来のロボットにおいては、施錠されていないドアを開けることは出来るが、施錠されていると開けることができないという問題がある。例えば、元々は、特定の人のみが出入りできるようにドアが施錠されていたものの、環境の変化などで、人が立ち入ることができなくなったときに、従来のロボットでは、ドアを開けることができないため、ドア内の状態を把握したり、ドア内での作業を行ったりすることができない。

本発明は、前記の点に鑑み為されたものであり、施錠されているドアを開けることができるロボット、ロボットシステムおよび制御装置を提供する。

本発明の一態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠することを特徴とするロボットである。
この構成により、ロボットでは、施錠されている錠前を開錠する。これにより、ロボットでは、施錠されているドアを開いたり、ドアを施錠したりすることができる。

本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記鍵穴に前記鍵を差し込む際に、差し込む方向とは異なる方向に探りながら差し込む、構成が用いられてもよい。
この構成により、差し込む方向とは異なる方向に鍵が移動する。これにより、ロボットでは、鍵の位置が鍵穴と完全には一致していなくても、鍵を鍵穴に差し込み、開錠又は施錠することができる。

本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記鍵を回転させる際に、回転以外に前記鍵を移動させる、構成が用いられてもよい。
この構成により、回転以外に鍵が移動する。これにより、ロボットでは、回転の軸が鍵穴と完全には一致していなくても、鍵を回転させ、開錠又は施錠することができる。

本発明の一態様は、ロボットにおいて、前記鍵穴に前記鍵を差し込む際に、インピーダンス制御を用いる、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットでは、オペレータなどが、動作シーケンスを設定する際に、鍵穴に鍵を差し込むときに、鍵の位置が鍵穴と完全には一致していない場合の動作を設定しなくてもよくなるため、オペレータの負担を抑えることができる。

本発明の一態様は、前記鍵を回転させる際に、インピーダンス制御を用いることを特徴とする、構成が用いられてもよい。
この構成により、ロボットでは、オペレータなどが、動作シーケンスを設定する際に、鍵を回転させるときに、鍵の位置が鍵穴と完全には一致していない場合の動作を設定しなくてもよくなるため、オペレータの負担を抑えることができる。

本発明の一態様は、ロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とを備えるロボットシステムであって、前記制御装置は、錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠するように、前記ロボットを制御することを特徴とするロボットシステムである。
この構成により、ロボットシステムでは、施錠されている錠前を開錠する。これにより、ロボットシステムでは、施錠されているドアを開くことができる。

本発明の一態様は、錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠するように、ロボットを制御することを特徴とする制御装置である。
この構成により、制御装置では、施錠されている錠前をロボットに開錠させる。これにより、制御装置では、施錠されているドアをロボットに開かせることができる。

以上のように、本発明によれば、ロボット、ロボットシステムおよび制御装置では、錠前に鍵を差し込み回転させることで、該錠前を開錠又は施錠する。これにより、ロボット、ロボットシステムおよび制御装置は、施錠されているドアを開いたり、ドアを施錠したりすることができる。

本発明の一実施形態に係るロボットシステム１００の概略的な構成例を示す図である。 同実施形態に係る制御装置２０の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態に係るドア３０などの材質を示すテーブルである。 同実施形態に係るドアノブ３１の周辺部分の拡大図である。 同実施形態に係るドアノブ３１の周辺部分の別の例の拡大図である。 同実施形態に係る開錠してドア３０を開く際の目標動作設定部２２の動作を説明するフローチャートである。 同実施形態に係るドア３０を閉じて施錠する際の目標動作設定部２２の動作を説明するフローチャートである。 同実施形態の変形例に係るロボットシステム１００ａの概略的な構成例を示す図である。 同実施形態に係るメス型ブロック５１とオス型ブロック５２の外観図である。 同実施形態に係るメス型ブロック５１の把持位置を示す図である。 同実施形態に係るオス型ブロック５２の移動経路を示す図である。 同実施形態に係るメス型ブロック５１を回転させる動作を説明する図である。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るロボットシステム１００の概略的な構成例を示す図である。ロボットシステム１００は、ドア３０に設けられたドアノブ３１の鍵穴に鍵４０を挿入し、ドア３０に設けられた錠の開錠、および、施錠を行う。ロボットシステム１００は、ロボット１０、制御装置２０を含んで構成される。ロボット１０は、把持部１１、力覚センサー１２、アーム部１３、支持台１４を含んで構成される。把持部１１は、力覚センサー１２を介して、アーム部１３の先端に設けられており、３つの指を有し、鍵４０を把持することができる。力覚センサー１２は、把持部１１とアーム部１３との間に設けられ、把持部１１とアーム部１３との間で作用している３軸方向の力と、把持部１１の取り付け方向の軸回りのトルクとを検出する。アーム部１３は、支持台１４に対して、旋回可能かつ屈伸可能に連結されている。支持台１４は、アーム部１３と連結されており、床面などに固定されている。

ロボット１０は、例えば７軸垂直多関節ロボットであり、支持台１４とアーム部１３と把持部１１との連係した動作によって７軸の自由度を有する。つまり、その７軸の自由度は、支持台１４及びアーム部１３による６軸の自由度と、把持部１１による１軸の自由度とである。なお、ロボット１０は、６軸垂直多関節ロボットなど、７軸未満の自由度であってもよいし、７軸を超える自由度であってもよい。制御装置２０は、力覚センサー１２による検出結果を取得し、該検出結果を用いて、ロボット１０の各関節を駆動するサーボモーターを制御する。なお、本実施形態では、サーボモーターにより、ロボット１０の各関節を駆動しているが、ワイヤーによる駆動や、人工筋肉による駆動など、その他の駆動方法を用いてもよい。

ドア３０は、開閉可能なように、支柱３３ｃに蝶番を用いて取り付けられている。また、ドア３０には、錠前が設けられておる。施錠されると、その錠前のデッドボルトは、ドアロック側支柱３３ａに設けられている窪みに挿入されるので、ドア３０を開くことができなくなる。なお、支柱３３ｃと、ドアロック側支柱３３ａとの最上部は、上ステー３３ｂにより、固定されている。

図２は、制御装置２０の構成を示す概略ブロック図である。制御装置２０は、動作記憶部２１、目標動作設定部２２、インピーダンス制御部２３を含んで構成される。動作記憶部２１は、ドア３０が施錠されているときに、開錠してドア３０を開くための、ロボット１０の動作シーケンスと、ドア３０が開いているときに、ドア３０を閉めて施錠するための、ロボット１０の動作シーケンスとを記憶している。目標動作設定部２２は、動作記憶部２１が記憶している動作シーケンスを読み出し、それに従い、各タイミングにおける動作（目標動作）の指示を生成し、インピーダンス制御部２３に入力する。ここで、目標動作の指示は、例えば、把持部１１の位置および姿勢と、力覚センサー１２が検出すべき３軸方向の力とトルクである。あるいは、把持部１１の位置および姿勢と、把持部１１が外部に加える力およびトルクであってもよい。

インピーダンス制御部２３は、目標動作設定部２２からの指示に従った動作をロボット１０が行うように、インピーダンス制御を行い、ロボット１０の各関節を駆動する複数のサーボモーター１５ａ〜１５ｎを制御する。このとき、インピーダンス制御部２３は、フィードバックとして、力覚センサー１２の検出結果を用いる。

なお、インピーダンス制御は、把持部１１の手先に外から力を加えた場合に生じる機械的なインピーダンス（慣性、減衰係数、剛性）を、目的とする作業に都合の良い値に設定するための公知の位置と力の制御手法である。例えば、ロボットのエンドエフェクター（ワークと接触する点）に質量と粘性係数と弾性要素が接続されるモデルにおいて、目標として設定した質量と粘性係数と弾性係数で物体に接触するようにする制御である。

なお、インピーダンス制御を行うためには、把持部１１のエンドエフェクターに加わる力やモーメントを検出する必要があるが、エンドエフェクターに加わる力やモーメントを検出する方法は、力覚センサー１２を用いるものに限らない。例えば、把持部１１およびアーム部１３の各軸トルク値からエンドエフェクターに加わる力などを推定するようにしてもよい。

図３は、ドア３０などの材質を示すテーブルである。図３に示すようにドア３０は、ＡＢＳ樹脂性であり、そのサイズは、縦２５０ミリメートル、横２５０ミリメートル、厚さ３７ミリメートルである。ドアロック側支柱３３ａ、上ステー３３ｂ、支柱３３ｃは、アルミニウム（Ａ５０５２合金）である。

図４は、ドアノブ３１の周辺部分の拡大図である。図４に示すようにドアノブ３１は、ドア３０に取り付けられており、その先端部分に鍵穴３２が設けられている。なお、図５に示すように、ドアノブ３１の先端部ではなく、ドア３０に鍵穴３２ａが設けられていてもよい。

図６は、開錠してドア３０を開く際の目標動作設定部２２の動作を説明するフローチャートである。目標動作設定部２２は、動作記憶部２１に記憶されている動作シーケンスを読み出し、該動作シーケンスに従い動作することで、図６のフローチャートのように動作する。まず、目標動作設定部２２は、鍵４０の把持位置まで、把持部１１を移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ１）。なお、鍵４０は、ロボット１０に対して、決められた位置に保管されており、鍵４０の把持位置は、把持部１１を閉じると、該決められた位置に保管されている鍵４０を把持することができる位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の把持させる指示、すなわち把持部１１を閉じる指示を、インピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ２）。次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の差し込み準備位置まで、把持部１１を移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ３）。なお、鍵４０の差し込み準備位置は、ドア３０が閉じられているときの鍵穴３２の位置に応じた位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を差し込む指示、すなわち把持部１１を鍵４０の差し込み完了位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ４）。なお、鍵４０の差し込み完了位置は、ドア３０が閉じられているときの鍵穴３２に鍵４０が差し込まれたときの把持部１１の位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。なお、鍵４０を差し込む際に、鍵穴３２の位置と、鍵４０の位置が完全には一致していないときは、制御装置２０は、把持部１１を差し込み完了位置まで直線的に移動させず、差し込み完了位置までの方向とは異なる方向に探りながら移動させる。

この探りながらの移動は、以下のようにして行われる。鍵穴３２の位置と、鍵４０の位置が完全には一致していないときには、鍵４０の側面などが鍵穴３２と接触するため、横方向の力やトルクが加わる。この横方向の力やトルクの影響で、力覚センサー１２の検出結果が変化する。すると、インピーダンス制御部２３は、該変化を打ち消すように、サーボモーター１５ａ〜１５ｎを制御する。これにより、制御装置２０は、差し込み完了位置までの方向とは異なる方向に、把持部１１を探りながら移動させる。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を回転させる指示、すなわち把持部１１を所定の角度（以降、開錠角度という）だけ回転させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ５）。なお、開錠角度は、ドア３０に設けられている錠前を開錠する際に、鍵４０を回転させる角度であり、動作記憶部２１が予め記憶している。なお、鍵４０を回転させる際に、把持部１１の回転軸と、鍵穴３２の中心軸が完全には一致していないなどの理由で、鍵４０に鍵穴３２から力が加わるときは、制御装置２０は、把持部１１を回転させるだけでなく、把持部１１を揺らしながら、回転させる。これは、鍵４０を差し込む際と、同様にインピーダンス制御部２３が力覚センサー１２の検出結果の変化を打ち消すように、サーボモーター１５ａ〜１５ｎを制御するためである。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を抜き出す指示。すなわち把持部１１を鍵４０の抜き出し完了位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ６）。なお、鍵４０の抜き出し完了位置は、ドア３０が閉じられているときの鍵穴３２から鍵４０が抜き出されたときの把持部１１の位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。抜き出し完了位置は、差し込み準備位置と同じであってもよい。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の保管位置に移動させる指示、すなわち把持部１１を鍵４０の保管位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ７）。なお、鍵４０の保管位置は、把持部１１が把持している鍵４０が、ステップＳａ１において鍵４０が保管されていた位置に来る把持部１１の位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。

次に、目標動作設定部２２は、把持部１１を開く指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ８）。これにより、把持部１１は、鍵４０を放す。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１をドアノブ把持準備位置に移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ９）。なお、ドアノブ把持準備位置は、把持部１１を閉じると、ドア３０が閉じられているときのドアノブ３１を把持することができる位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。

次に、目標動作設定部２２は、ドアノブ３１を把持する指示、すなわち把持部１１を閉じる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ１０）。次に、目標動作設定部２２は、ドア３０を開く指示、すなわち把持部１１をドア開状態位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓａ１１）。なお、ドア開状態位置は、ドア３０を開いたときの、ドアノブ３１を把持している把持部１１の位置であり、動作記憶部２１が予め記憶している。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１を開く指示をインピーダンス制御部２３に入力し（Ｓａ１２）、処理を終了する。

図７は、ドア３０を閉じて施錠する際の目標動作設定部２２の動作を説明するフローチャートである。目標動作設定部２２は、動作記憶部２１に記憶されている動作シーケンスを読み出し、該動作シーケンスに従い動作することで、図７のフローチャートのように動作する。まず、目標動作設定部２２は、把持部１１を開く指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ１）。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１の指の腹をドア３０に引っ掛ける位置まで把持部１１を移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ２）。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１を低速で移動させ、ドア３０に当たるまで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ３）。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１をドア３０が閉まる位置まで移動させる指示を、インピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ４）。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の把持位置まで、把持部１１を移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ５）。次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の把持させる指示、すなわち把持部１１を閉じる指示を、インピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ６）。次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の差し込み準備位置まで、把持部１１を移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ７）。次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を差し込む指示、すなわち把持部１１を鍵４０の差し込み完了位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ８）。なお、ステップＳａ４と同様に、ステップＳｂ８でも鍵穴３２の位置と、鍵４０の位置が完全には一致していないときは、制御装置２０は、把持部１１を差し込み完了位置まで直線的に移動させず、差し込み完了位置までの方向とは異なる方向に探りながら移動させる。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を回転させる指示、すなわち把持部１１を所定の角度（以降、施錠角度という）だけ回転させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ９）。なお、施錠角度は、ドア３０に設けられている錠前を施錠する際に、鍵４０を回転させる角度であり、動作記憶部２１が予め記憶している。なお、ステップＳａ５と同様に、ステップＳｂ９においても、鍵４０を回転させる際に、把持部１１の回転軸と、鍵穴３２が完全には一致していないなどの理由で、鍵４０に鍵穴３２から力が加わるときは、制御装置２０は、把持部１１を回転させるだけでなく、把持部１１を揺らしながら、回転させる。

次に、目標動作設定部２２は、鍵４０を抜き出す指示。すなわち把持部１１を鍵４０の抜き出し完了位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ１０）。次に、目標動作設定部２２は、鍵４０の保管位置に移動させる指示、すなわち把持部１１を鍵４０の保管位置まで移動させる指示をインピーダンス制御部２３に入力する（Ｓｂ１１）。次に、目標動作設定部２２は、把持部１１を開く指示をインピーダンス制御部２３に入力し（Ｓｂ１２）、処理を終了する。

なお、本実施形態では、把持位置、差し込み準備位置など、ロボット１０を動作させる際の目標となる情報を、動作記憶部２１が予め記憶しており、目標動作設定部２２は、該目標となる情報を用いている。しかし、これに限らず、例えばビジュアルサーボなど、制御装置２０がカメラなどドア３０、ドアノブ３１、鍵穴３２などのロボット１０に対する位置を検出可能な機器と接続されており、該機器が検出した位置を用いるようにしてもよい。さらに、該機器が、把持部１１、鍵４０などの位置も検出し、制御装置２０は、該検出された位置を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態の変形例として、図８に示すロボットシステム１００ａのように、ロボット１０を２つ有する双腕のロボットシステムであってもよいし、床面などに固定されていない移動可能なロボットシステムであってもよい。あるいは、ロボット１０を、３つ以上有するロボットシステムであってもよい。その場合、開錠動作を行うロボット１０と、ドア３０を開く動作を行うロボット１０とを異なるものとしてもよい。同様に、施錠動作を行うロボット１０と、ドア３０を閉める動作を行うロボット１０とを異なるものとしてもよい。

また、本実施形態では、制御装置２０は、ロボット１０の外部に設けられているが、ロボット１０が備えていてもよい。また、ロボット１０と、制御装置２０とは、有線接続されていてもよいし、無線通信にて接続されていてもよい。また、本実施形態では、制御装置２０は、全ての制御を、インピーダンス制御を用いて行っているが、一部の制御には、インピーダンス制御を用いないようにしてもよい。また、インピーダンス制御部２３は、力覚センサー１２による検出結果が、予め決められた範囲を超えているときは、ロボット１０が動作を停止するように、制御してもよい。これにより、ロボット１０が周囲に対して、大きな力を作用させて、周囲の物あるいはロボット１０自身を損傷させてしまうことを防ぐことができる。

また、ステップＳｂ８では鍵穴３２の位置と、鍵４０の位置が完全には一致していないときは、制御装置２０は、把持部１１を差し込み完了位置までの方向とは異なる方向に探る動作を行うと記述したが、下記のような制御を行ってもよい。
説明を簡単にするため、ブロックの中心に突起部があるオス型ブロック５２と、同じく中心に軸穴があるメス型ブロック５１を例に挙げ、ロボットが把持したオス型ブロックの突起部を、メス型ブロックの軸穴に挿入する場合の探り動作を説明する。
図９は、メス型ブロック５１とオス型ブロック５２の外観図である。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、メス型ブロック５１の中央部には、貫通した穴があり、オス型ブロック５２の突起部を差し込むことができるようになっている。図１０は、オス型ブロック５２の把持位置を示す図である。図１０において、点Ｐ１〜Ｐ４は、ロボットによるオス型ブロック５２の把持位置であり、点Ｐｃ１は、把持位置Ｐ１〜Ｐ４の中心である。把持位置の中心Ｐｃ１と、オス型ブロック５２の突起部の中心とは一致していない。

まず、ロボットの手先を対向させた際、把持中心Ｐｃ１と穴位置にずれがあるため、メス型ブロック５１とオス型ブロック５２を対向させた後、接触させても突起部が穴には入らない。そのため、まずは、制御装置は、ロボットに、ブロック同士を１０Ｎ程度で押し当てさせる。そして、オス型ブロック５２を渦巻き状に移動させる。図１１は、オス型ブロック５２の移動経路を示す図である。図１１において、点Ｐｃ２は、オス型ブロック５２の中心であり、この中心Ｐｃ２が渦巻き状の経路Ｌに沿って移動するように、オス型ブロック５２を移動させる。制御装置は、オス型ブロック５２をこのような渦巻き状の経路Ｌで移動させている最中に、先に加えた１０Ｎ程度の力が抜けることを検出すると、突起部と穴の位置があったと判定する。この力の抜けの閾値（ΔＦｚ）は１０Ｎよりも小さい値（例えば、７Ｎ）である。

その後、制御部装置は、オス型ブロック５２の突起部を押し込む方向に移動させながら、その押し込み動作の間は押し込み方向（Ｚ）と直交する方向（ＸおよびＹ）に柔らかく設定したインピーダンス制御を行う。それによって、穴に沿って突起部が挿入される。
鍵の場合は、鍵に突起部があるため、（ＸおよびＹ）方向に柔らかくする設定のみでは挿入動作が完了しないため、挿入途中で(ＸおよびＹ)方向に揺らす制御を加えてもよい。
また、鍵の場合は、渦巻き状に移動させるだけでは、鍵穴の角度ずれがあった場合は、鍵穴中心と鍵の中心が一致したとしても、鍵を挿入することができないため、鍵を時計回り、および反時計回りに回転させる方向に姿勢を変えながら、渦巻き状に探る動作を行うことが望ましい。

また、ステップＳｂ９で、鍵４０を、鍵穴３２に差し込んで回転させる際に、把持部１１の回転軸と、鍵穴３２が完全には一致していないなどの理由で、鍵４０に鍵穴３２から力が加わるときは、以下に示すような制御を行ってもよい。以下に示すような制御を行うことで、鍵穴と把持部１１の回転軸が一致していなくても、鍵４０や鍵穴３２に無理な力をかけることなく、鍵４０を回転させることができる。以下の説明では、説明を簡単にするため、上記探り動作と同じ、ブロックの中心に突起部があるオス型ブロック５２と、同じく中心に軸穴があるメス型ブロック５１を例に挙げ、回転動作を行う制御の流れを説明する。

図１２の（ａ）は、回転前のメス型ブロック５１と、オス型ブロック５２である。オス型ブロック５２の突起部はメス型ブロック５１の穴に挿入されている。制御装置は、オス型ブロックを把持しているロボットについて、回転軸（Ｚ）と直交する方向（Ｘ，Ｙ）に受ける力から逃げる、インピーダンス制御を有効にする。このインピーダンス制御の開始と同時に、各ブロックの把持中心をハンドの回転軸とした、ロボットの手先を回転させる動作を行う。

図１２の（ｂ）はオス型ブロック５２を時計回りに４５度回転させた状態である。もしこの回転動作中にインピーダンス制御を行わなかった場合は、オス型ブロック５２の突起部が破壊され、図１２（ｄ）の状態になる。図１２（ｄ）に点線で示した円がオス型ブロック５２の突起部があった場所である。つまり、点線の位置にあった突起部を斜め左下側に押す力がメス型ブロック５１からオス型ブロック５２に伝わることとなり、オス型ブロック５２を把持している側のアームの力覚センサーには右上に押し上げられる力が検出されることとなる。この力を逃がすインピーダンス制御(バネ定数０)をおこなうことで、図１２（ｂ）のように、各ブロックの中心が一致した状態にすることができる。この回転動作は、回転方向にひねる力のモーメント（Ｍｚ）を所定の閾値と比較し、閾値以上のモーメントが検出された場合に終了する。

同様に、図１２の（ｃ）はオス型ブロック５２を時計回りに90度回転した状態、図１２の（ｅ）はインピーダンス制御を行わずにオス型ブロック５２を９０度回転しなかった場合の結果である。図１２（ｅ）はインピーダンス制御を行わなかった場合の、回転後のブロックの位置ずれを表している。以上の制御は、ブロックの分解(逆方向の動作)を行うときにも適用できる。この場合、分解終了の判定は回転方向のモーメントではなく、手先の回転量が所定の値となったかどうかで判定を行う。

以上説明したように、インピーダンス制御を有効にした状態で、手先を回転させる動作を行うことで、把持中心が回転中心とずれていても、物体を破壊することなく、回転軸に沿った回転動作を行うことができる。この回転動作の制御は、上述の鍵穴３２に差した鍵３０を回転させる場合の他にも、つまみ式のロータリースイッチなどの操作などに適用できる。

このように、上述のロボットシステム１００は、施錠されている錠前の鍵穴３２に鍵４０を差し込み、該鍵４０を回転させて、該錠前を開錠する。
これにより、施錠されているドア３０を開くことができる。したがって、例えば、人が入ると汚染されてしまう場所（例えば、製薬工場）、人が入るとその人に有害な場所、あるいはその人に危険がある場所であっても、施錠されているドア３０を開き、ドア３０内の状態を把握したり、ドア３０内での作業を行ったりすることができる。

さらに、上述のロボットシステム１００は、施錠されている錠前の鍵穴３２に鍵４０を差し込む際に、差し込む方向とは異なる方向に移動させながら差し込む、あるいは、該鍵を回転させる際に、該回転以外に鍵を移動させる。
これにより、差し込む位置が鍵穴３２と完全には一致していない、あるいは、回転させる軸が鍵穴３２と完全には一致していないときであっても、錠前を開錠することができる。

さらに、上述のロボットシステムは、施錠されている錠前の鍵穴３２に鍵４０を差し込む際、あるいは、該鍵４０を回転させる際にインピーダンス制御を用いる。
これにより、オペレータなどが、動作シーケンスを設定して、動作記憶部２１に記憶させる際には、鍵４０の位置が鍵穴３２と完全には一致していないときの動作を設定しなくてもよくなるため、オペレータの負担を抑えることができる。

また、アーム部１３を移動させる際には、アーム部１３の重さや把持物（本実施形態では鍵４０）の重さによる下方向の力（重力）と反対方向の上向きの力をアーム部１３に加えている。しかし、鍵４０が鍵穴３２に入ると、鍵穴３２によってアーム部１３が支えられてしまう。このため、重力による下方向の力がアーム部１３に掛からず、上向きの力をうまくコントロールしなければ、その上向きの力によってアーム部１３が上に引っ張られてしまい、鍵４０が鍵穴３２に対して傾いた状態となってしまう。インピーダンス制御を用いることで、この上向きの力がコントロールされるため、鍵４０を鍵穴３２に挿したり、鍵４０を回転させることができる。
また、単純に穴に棒を嵌合する場合と異なり、鍵４０や鍵穴３２にギザギザがあるため、鍵４０が鍵穴３２に引っかかりやすいが、インピーダンス制御を用いることで、鍵４０を鍵穴３２に挿したり、鍵４０を回転させることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

なお、以上に説明した装置（例えば、制御装置２０）における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１００、１００ａ…ロボットシステム、１０…ロボット、１１…把持部、１２…力覚センサー、１３…アーム部、１４…支持台、１５ａ、１５ｎ…サーボモーター、２０…制御装置、２１…動作記憶部、２２…目標動作設定部、２３…インピーダンス制御部、３０…ドア、３１…ドアノブ、３２、３２ａ…鍵穴、３３ａ…ドアロック側支柱、３３ｂ…上ステー、３３ｃ…支柱、４０…鍵

Claims (7)

1. 錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠することを特徴とするロボット。
2. 前記鍵穴に前記鍵を差し込む際に、差し込む方向とは異なる方向に探りながら差し込むことを特徴とする請求項１に記載のロボット。
3. 前記鍵を回転させる際に、回転以外に前記鍵を移動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット。
4. 前記鍵穴に前記鍵を差し込む際に、インピーダンス制御を用いることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
5. 前記鍵を回転させる際に、インピーダンス制御を用いることを特徴とする請求項１に記載のロボット。
6. ロボットと、前記ロボットを制御する制御装置とを備えるロボットシステムであって、
   前記制御装置は、錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠するように、前記ロボットを制御すること
   を特徴とするロボットシステム。
7. 錠前の鍵穴に鍵を差し込み、前記鍵を回転させて、前記錠前を開錠又は施錠するように、ロボットを制御することを特徴とする制御装置。

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