JP7438777B2 - 制御方法、制御プログラム、記録媒体、ロボットシステム、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボット教示作業などにおいて、ロボット装置により操作されるツールを目標位置に位置決めする制御方法、ロボット装置、ロボットシステム、および物品の製造方法に関する。

近年では、生産現場での自動化が進んでおり、旧来、作業者が行っていた作業工程へのロボット適用が盛んになってきている。産業用の多関節ロボットでは、ロボット動作をプログラミングする、いわゆる教示作業が行われる。この種のロボット装置の教示では、例えばティーチングペンダントのようなコントローラを用いてロボットアームを制御し、自動実行させるロボット動作を教示する。一連のロボット動作に相当する教示内容は、例えばロボット手先などの基準点の位置に相当する教示点のリスト、のような形式で生成される。

教示作業は、ユーザはロボット動作を肉眼で視認しつつワークや手先の動きなどに問題がないか、確認しつつ行われる。ところが、ワークの形状や、周囲の物体の配置によっては、ユーザワークやロボット手先などを導きたい目標位置の周囲を目視することが困難になる状況が生じる。例えば、比較的、小径で深い座ぐり穴の奥などに存在する目標位置がそれである。例えば、このような座ぐり穴の奥にある、ねじやボルト頭などに、ロボットアーム手先のツールが正対するよう導く教示作業では、目標位置ないしその周囲の視認が困難である場合がある。また、ワークの比較的高い壁部の一方の側にしかユーザが立てず、しかもその壁部の他方の側に目標位置が存在するような場合も同様である。

ここで、例えば、上記の、比較的小径で深い座ぐり穴の底部に位置するねじを締め込ませる動作をロボット装置に教示する場合を考える。この場合、ロボットが用いる締結用のツールは、ドライバ（捻子廻し）、ないしその種のツールである。例えばもし対象のねじがマイナスねじであれば、ツールのドライバにはマイナスドライバが用いられる。

一般的な、ロボット教示では、作業者が目視でツールとねじとの位置関係を確認し、ロボット装置をゆっくり動かして、ツールをねじへ接近させて、ねじ頭の溝へツール先端が挿入可能な位置で教示作業を行う。ねじの挿入可能な位置とは、例えば、教示後にツール先端の位相とねじ頭の溝の位相を合わせて、ツールの軸方向へ直進してねじへ接近するだけで、ねじ頭の溝へツールが挿入できる状態となる位置である。

一方、ねじが上記のような小径で深い座ぐり穴の奥に位置するような場合、目視ではツールがねじ頭の溝へ挿入可能な位置であるかどうかを確認できない場合がある。また、ツール先端がねじ頭の溝に対してずれた位置でロボットに教示されており、ツールのねじへの挿入ができない場合にも、ずれている方向（位相）を目視では確認できず、ツールをどちらへ動かせば正しい教示位置へ移動できるのか判然としないことがある。

目視による確認が困難な位置決め対象箇所へ、ロボットを位置決めするためにガイド部材を用いる技術が提案されている（例えば特許文献１）。この技術では、ロボットのエンドエフェクタにガイドバーを、また、作業対象に、ガイドバーに対応するガイド穴を設け、力覚センサを用いてガイドバーとガイド穴の位置合わせを行う。

特開２０１７－２４０９２号公報

上記のガイドバー、およびガイド穴などを用いる技術では、加工誤差および組立誤差等の影響で、ツール先端の位置と作業対象位置との位置関係を必ずしも完全に再現できない場合が考えられる。また、ガイドバー、およびガイド穴など余計な部材や形状がワークや治具に必要であり、コスト増に繋がり、またデザインの制約などによってこのようなガイド構成が実施できない場合も考えられる。

そこで、本発明の課題は、簡単安価な構成により、例えば、ツールを移動させたい位置付近が目視困難であるような場合において、ロボット装置のツール先端などを高精度かつ容易に移動できるようにすることにある。

本発明の一つの態様は、所定部位を移動させるロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、前記所定部位の位置に関する情報を検出する位置検出手段と、を備えたロボットシステムの制御方法において、前記制御装置が、前記所定部位の形状に関する第１形状情報と、前記所定部位によって作業を実行する対象となる対象物、が配置された構造物の第２形状情報と、を取得し、前記ロボットにより、前記所定部位を所定方向へ移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記位置検出手段により、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第１位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記所定部位と前記構造物とを接触させた後に、前記所定方向とは異なる方向に移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第２位置情報を取得し、前記第１位置情報と、前記第２位置情報と、前記第１形状情報と、前記第２形状情報と、に基づき、前記構造物における前記対象物が配置された位置に関する情報である第３位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記第３位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させる、ことを特徴とする制御方法である。
また、本発明の別の一つの態様は、所定部位を移動させるロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、前記所定部位の位置に関する情報を検出する位置検出手段と、を備えたロボットシステムにおいて、前記制御装置が、前記所定部位の形状に関する第１形状情報と、前記所定部位によって作業を実行する対象となる対象物、が配置された構造物の第２形状情報と、を取得し、前記ロボットにより、前記所定部位を所定方向へ移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記位置検出手段により、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第１位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記所定部位と前記構造物とを接触させた後に、前記所定方向とは異なる方向に移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第２位置情報を取得し、前記第１位置情報と、前記第２位置情報と、前記第１形状情報と、前記第２形状情報と、に基づき、前記構造物における前記対象物が配置された位置に関する情報である第３位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記第３位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させる、ことを特徴とするロボットシステムである。

上記構成によれば、簡単安価な構成により、例えば、例えば、ツールを移動させたい位置付近が目視困難であるような場合において、ロボット装置のツール先端などを高精度かつ容易に移動することができる。

本発明の第１の実施形態に係るロボット装置の全体構成を示した図である。 本発明で使用するロボット先端部のツールへの接触検知手段（力覚センサ等）の検知方向を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るロボット装置の制御手順を示したフローチャート図である。 図１のロボットの先端に配置したツールを組み立て部品へ挿入している図である。 本発明の第１の実施形態において、目標位置を導出する際の組み立て部品の穴とツールの位置関係を示した説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るロボット装置の制御手順を示したフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態において、作業対象に対するツールの位相の導出方法を説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係るロボット装置の制御手順を示したフローチャート図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施形態において、目標位置を導出する際の組み立て部品の穴、ツール、作業対象のマイナスねじの位置関係を示した説明図である。 本発明の第４の実施形態に係るロボット装置の全体構成を示した図である。 本発明の第４の実施形態に係るロボット装置の制御手順を示したフローチャート図である。 本発明の第４の実施形態において、目標位置を導出する際の組み立て部品の壁、ツール、作業対象の位置関係を示した説明図である。 本発明の各実施形態において、ロボット制御装置を構成する制御系の構成の一例を示したブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は参考数値の例示に過ぎない。

以下では、作業用のツール（例えば１０１）と、ツールと他の物体との接触状態を検出する検出手段と、を備えたロボット装置（１００）と、ロボット装置の動作を制御する制御装置（制御部１１１）と、を備えたロボットシステムを例示する。このロボットシステムでは、制御装置がロボット装置の位置姿勢を制御して、構造物（組み立て部品２０１）とともに配置された対象物（作業対象２００）を取り扱うための目標位置にツールを位置決め（移動）する。その場合、ロボット装置によりツールを動作させて、検出手段によりツールと構造物との接触を検出する。そしてこの接触を検出した時のロボット装置の位置姿勢と、予め記憶した構造物の形状情報と、あるいはさらに対象物の形状情報と、に基づき、ツールを目標位置に移動する。

ツールを位置決めした際のロボット装置（１００）の目標位置における位置姿勢、あるいは、その目標位置を基準として得られる位置姿勢は、前記ロボット装置を制御する教示データとして取得することができる。上記のように位置決めないし教示されたツールによって対象物（作業対象２００）を操作して、対象物を含む物品を製造することができる。

＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態における、装置の全体構成図である。ロボット装置１００の各関節はそれぞれモータで駆動され、先端部の位置決め動作が可能なマニピュレータ装置として構成されている。図１ではロボット装置１００は垂直多関節ロボットとして示してあるが、本発明の実施においては、スカラー型、ＸＹ直交型等、関節数や関節配置の形態を問わない。ロボット装置１００の先端部にはツール１０１を備える。本実施形態では、ツール１０１は、例えばマイナスドライバであり、ツール先端部（図４の１０１ｂ）が先端の正面投影形状が一文字型となっている。しかしながら、このツール先端部の形状はプラスドライバや六角形、星形など、任意である。

本実施形態のツール１０１は軸形状であって、軸回りに回転可能となるようにツール１０１自体が回転機構を有している、あるいはロボット装置１００の先端部の関節が回転可能となっているものとする。また、ロボット装置１００のベース固定部１００ａからツール１０１の間に力覚センサ１０２を備える。本実施形態では、力覚センサ１０２はツール１０１と接続する位置に配置しているが、ツール１０１にかかる外力が検出可能であればどこでもよい。力覚センサ１０２は、ツール１０１と、構造物（組み立て部品２０１）や、作業対象２００と、の接触を検出する検出手段として用いられる。

また、力覚センサ１０２の力覚検出可能な方向は、少なくとも位置決めに必要な軸数だけ機能を有するものとする。一例として、この力覚センサ１０２は、図２に示すように直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向、およびそれらの軸回りのｔＸ、ｔＹ、ｔＺ方向の計６方向が検出可能な力覚センサとする。また、ツール１０１に対する接触が検知できれば、必ずしも力の大きさを検知する必要はなく、接触を検出する検出手段としては、他の検出方式の接触センサなどを用いてもよい。

ただし、力覚センサを用いる場合は、力の大きさ、方向などを検知してロボット装置１００の動作方向に反映できるメリットがある。また、教示後の実際のロボット動作で、力覚センサをコンプライアンス制御など、力覚制御に利用することもできる。

ロボット装置１００の各関節部にはそれぞれ、ロータリーエンコーダ等の関節角度を検出可能な角度センサ（詳細不図示）を備える。この関節の角度センサの出力値は、ロボット制御装置１０９の制御部１１１によって、読み出され、記憶部１１０に格納することができる。この角度センサの出力値は、ロボット装置１００の各関節角度に相当し、従って、記憶部１１０にはロボット装置１００の位置姿勢を記憶することができる。この角度センサは、ロボットの各関節の出力軸側に配置しておけば高精度に測定、位置決めが可能である。ただし、ねじ等の作業対象２００とロボット先端部のツール１０１の位置決めの必要精度が低いなどの場合は、前記角度センサはロボットの各関節の入力軸側に配置されていてもよい。

また、記憶部１１０はツール１０１、後述の作業対象２００、組み立て部品２０１、およびそれらの組み立て位置、姿勢などに係る形状情報を格納しているものとする。ロボット装置１００の各関節を駆動するモータは、ロボット制御装置１０９の制御部１１１の指令に応じて駆動される。これによりロボット装置１００の位置姿勢を所望に制御することができる。その際、関節の角度センサの値を読み取り、目標角度へ向かって動作させる制御等が可能である。

作業対象２００はロボット装置１００で取り扱う作業対象となる構造物で、本実施形態では回転動作が可能なツール１０１で操作されるマイナス捻子（ねじ）である。従って、ロボット装置１００は、ツール１０１を回転駆動するためのモータや減速機などから成る回転駆動部を備える。

マイナス捻子の作業対象２００は、組み立て部品２０１が有する穴２０１ａの奥に位置しており、作業対象２００を回転させるためにツール１０１を挿入した状態では、外部からの目視が困難である。ロボット装置１００が動作してツール側面部１０１ａ（図４）が作業対象２００や組み立て部品２０１に接触すると、力覚センサ１０２は接触力の変化を介してその「接触」の事象を検出することができる。

ここで、図１３に図１のロボット制御装置１０９（後述の図１０などにおけるロボット制御装置１０９も同様）を構成する制御系の具体的なハードウェア構成の一例を示しておく。図１３の制御系は、ロボット制御装置１０９に相当する。図１の制御部１１１は、図１３の制御系において、ＣＰＵ１６０１により実現でき、また、図１の記憶部１１０は図１３の制御系において、ＲＯＭ１６０２、ＲＡＭ１６０３、外部記憶装置１６０６（ＨＤＤ）などの記憶領域により構成される。

図１３の制御系は、主制御手段としてのＣＰＵ１６０１、記憶装置としてのＲＯＭ１６０２、およびＲＡＭ１６０３を備えた構成である。ＲＯＭ１６０２には、本実施形態の制御処理手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムや定数情報などを格納しておくことができる。また、ＲＡＭ１６０３は、その制御手順を実行する時にＣＰＵ１６０１のワークエリアなどとして使用される。また、図１３の制御系には、外部記憶装置１６０６が接続されている。外部記憶装置１６０６は、本発明の実施には必ずしも必要ではない場合があるが、ＨＤＤやＳＳＤ、ネットワークマウントされた他のシステムの外部記憶装置などから構成することができる。

本実施形態の制御を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、上記の外部記憶装置１６０６やＲＯＭ１６０２（の例えばＥＥＰＲＯＭ領域）のような記憶部に格納しておく。その場合、本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、ネットワークインターフェース１６０７を介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい（別の）プログラムに更新することができる。あるいは、後述の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムは、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置を経由して、上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。本実施形態の制御手順を実現するためのＣＰＵ１６０１の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段、記憶部、ないし記憶デバイスは、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。

ネットワークインターフェース１６０７は、例えばＩＥＥＥ ８０２．３のような有線通信、ＩＥＥＥ ８０２．１１、８０２．１５のような無線通信による通信規格を用いて構成することができる。このネットワークインターフェース１６０７、およびネットワーク１６０８を介して、ＣＰＵ１６０１は、他の装置１１０４と通信することができる。例えばロボット装置１００がネットワーク接続されるものとすれば、この他の装置１１０４は、例えばロボット装置１００に相当する。また、他の装置１１０４は、教示用のティーチングペンダントのような制御端末であってもよい。

また、図１３の制御系に、必要に応じてユーザインターフェース装置４００（ＵＩ装置）を設けることができる。このユーザインターフェース装置４００としては、例えばＬＣＤディスプレイ、キーボード、ポインティングデバイス（マウス、ジョイスティック、ジョグダイヤルなど）などから成るＧＵＩ装置が考えられる。本実施形態では、ユーザインターフェース装置４００は、例えば教示用のティーチングペンダントのような制御端末であるものとする。ティーチングペンダントを用いた教示作業では、キーボード、ポインティングデバイスなどを用いてロボット装置１００を操作して、所望の位置姿勢に制御する。そして、ロボット装置１００の手先の中心などの基準位置などが所望の位置姿勢を取った場合に、所定の操作をキーボード、ポインティングデバイスなどか行ない、その位置姿勢を教示データとして取得させる。この教示データは、例えば、教示点データである。教示点は、例えばロボット装置１００の各関節軸の制御角度などによって表現される。このロボット装置１００の各関節軸の制御角度は、ロボット装置１００の手先中心などの基準位置の位置姿勢を規定することになる。

また、本実施形態のツールの位置制御では、作業対象の視認が困難であるような状況において、半自動的ないし自動的に教示点を入力することができる。そのため、後述する半自動ないし自動教示動作を指令するスイッチやボタンなどの操作手段をユーザインターフェース装置４００、ないしこれを構成するティーチングペンダントに配置しておくことができる。また、半自動的ないし自動的に教示位置を取得し、その位置にツールを移動させた後、例えばユーザインターフェース装置４００、ないしこれを構成するティーチングペンダントによる特定操作に応じて教示点を決定し、入力することができる。

本実施形態では、図３に示すような制御手順により、ツールを目標位置に位置決めし、また、その位置を基準として教示点を入力することができる。以下の制御の説明では、ステップ番号を必要に応じて参照する。

本実施形態のツール位置決め制御では、まず、図１で示す状態のように外部から目視できる範囲でロボット装置１００を移動操作してツール１０１を穴２０１ａへ入れる（Ｓ５００）。その後、図４に示すようにロボットを図の左右方向のいずれかの第一方向へ移動させて、穴２０１ａの内側の側面にツール側面部１０１ａが接触するまで操作する。この際、ロボット装置１００、組み立て部品２０１が衝突で破損する前に力覚センサ１０２で接触を検知して停止できるように、十分ゆっくりとした速度で移動するものとする。力覚センサ１０２で接触力を検知すると、ロボット装置１００は動作を停止し、その状態での各関節の角度を関節の角度センサで検出し、記憶部１１０で記憶する（Ｓ５０１）。その後、図４の左右方向の第一方向とは異なる第二方向へ、同じくツール側面部１０１ａを穴２０１ａの内側の側面へ接触するまで移動させて、ロボット装置１００の各関節の角度を記憶する（Ｓ５０２）。その後、角度センサを介して得られる各関節の角度から、接触時のロボット装置１００の位置姿勢を取得する。関節角度からの接触位置の導出は、一般的な運動学計算などにより可能である（Ｓ５０３）。

なお、上記のロボット操作は、作業者は、ティーチングペンダントなどの作業端末を介して実行してもよく、あるいは記憶部１１０に組み立て部品２０１の３Ｄ形状に係る情報が用意されているのなら、制御部１１１の自動制御により行うこともできる。

続いて、導出した接触位置から目標位置を導出する手順の一例を、図５により説明する。図５は穴２０１ａの上端部での断面図で、穴２０１ａおよびツール１０１の断面は円形とする。Ｐ８００は第一方向へ移動した際に最初に接触を検出した位置で、その後に第二方向へ移動して接触を検知した位置がＰ８０１である。目標位置をＰ８１０とし、従って、作業対象２００は穴２０１ａの中心に位置しているものとする。

ここで、Ｐ８００、およびＰ８０１のそれぞれの点の座標をそれぞれ（Ｘ０、Ｙ０）、（Ｘ１、Ｙ１）とし、またＰ８０１、Ｐ８００、Ｐ８１０のなす角をθとし、Ｘ、Ｙの各座標軸方向はそれぞれ図５で示した向きであるものとする。また、記憶部１１０は、穴２０１ａの半径Ｒ、ツール１０１の半径rとして、それぞれの半径に関する形状データを保有している。この時、Ｐ８１０の座標（Ｘ１０、Ｙ１０）は下式（１）～（３）で示すように取得できる。

以上のような制御により目標位置Ｐ８１０を取得し、ツール１０１を目標位置であるＰ８１０（図５）へ移動させる（Ｓ５０４）ことができる。その後、教示までの手順（図３のＳ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７ａ、Ｓ５０７ｂ）は次のように行われる。

まず、ツール１０１を穴２０１ａの奥へ進入させて、作業対象２００に接触して力覚センサ１０２で接触時の力が検知できるまで移動させる（Ｓ５０５）。力覚センサ１０２で接触を検知した位置でツール１０１を停止させる。この時、ツール１０１が作業対象２００の溝に適切に挿入されて作業対象２００が回転可能な状態になるか、作業対象２００の上面に接触して停止するかで操作は異なったものとなる。例えば、ツール１０１が接触停止後に図４の左右方向へ動かす。そして、その際の左右方向に接触を検知して止まるまでの移動量が、作業対象２００の溝とツール１０１の先端部の隙間幅であるか、ツール１０１と穴２０１ａとの隙間幅であるか、の違いで挿入位置を判断することができる（Ｓ５０６）。

その後、一定距離だけ、ツール１０１を移動、この場合は上昇させて教示位置（例えば以下ではＰ８２０として言及する）へ移動させる（Ｓ５０７ａまたはＳ５０７ｂ）。この際の上昇量は、ロボット装置１００の位置決め精度、作業対象２００および組み立て部品２０１の製造組み立て誤差等を勘案し、ロボット装置１００の動作時に衝突しない十分安全な距離を確保できるよう決める。また、作業対象２００をツール１０１で回転させる製造組み立ての実工程の際には、教示位置Ｐ８２０からツール１０１が作業対象２００へゆっくりと接近するが、教示位置Ｐ８２０まではロボット装置１００は高速で動く。

このため、Ｐ８２０から作業対象２００までの距離は、上記のように衝突や干渉に関し前記十分安全な距離を保ちつつ、なるべく近い位置とするのが望ましい（Ｓ５０７ａまたはＳ５０７ｂ）。この位置で教示を行う（Ｓ５０８）ことにより、本実施形態によれば、ロボット装置にガイドバーやガイド穴といった追加の部品を必要とすることなく、高精度にツール１０１により作業対象２００を取り扱うための目標位置へ移動させることができる。そして、その目標位置を基準として教示情報（教示点、教示データ）を取得することができる。

＜実施形態２＞
以上の実施形態では、少なくとも２回、ツールと構造物（組み立て部品）を接触させて、接触時の状態を基準としてツールの位置決めを行った。ただし、力覚センサを利用することにより、本実施形態のようにより少ない回数（たかだか１回）のツールと構造物（組み立て部品）の接触の状態を基準としてツールを位置決めすることができる。

以下、図６、図７を参照して本実施形態のツールの位置決め制御につき説明する。本実施形態における装置の全体構成は、図１の実施形態１と同じであるものとする。本実施形態の図６、図７は、上述の実施形態１の図３、図５にそれぞれ相当する図である。

図６は、本実施形態のツールの位置決め制御手順を示している。まず、図１で示す状態のように外部から目視できる範囲でロボット装置１００を移動操作してツール１０１を穴２０１ａへ進入させる（Ｓ５００）。その後、図４に示すようにロボットを図の左右方向のいずれかの方向へ移動させて、穴２０１ａの内側の側面にツール側面部１０１ａを接触させる。この際、ロボット装置１００、組み立て部品２０１が衝突で破損する前に力覚センサ１０２で接触を検知して停止できるように、十分ゆっくりとした速度で移動するものとする。

本実施形態の力覚センサ１０２は図２で示すように直交する６軸方向の力覚が検出可能なセンサであるものとする。力覚センサ１０２で接触力を検知すると、ロボット装置１００は動作を停止し、その状態における各関節の角度をその関節の角度センサで検出し、記憶部１１０で記憶する（Ｓ５０１）。これにより、接触時のロボット装置１００の位置姿勢が記憶部１１０に記憶される。

さらに本実施形態では、上記の接触状態における力覚センサ１０２で検出した力覚値３００を記憶部１１０に記憶させる。力覚値３００は穴２０１ａの断面が成す円形との接触で発生する力が、ＸＹ方向で検出可能であるため、力覚値のＸ成分とＹ成分の成す角度から、穴２０１ａの中心を向く接触方向を取得することができる（Ｓ５０９）。

ここで、図７を参照して、導出した接触位置と接触方向から目標位置を取得する方法を説明する。図６は穴２０１ａの上端部の断面図で、穴２０１ａおよびツール１０１の断面は円形とする。Ｐ８００はツール１０１が穴２０１ａの内側で移動した際に最初に接触を検出した位置である。目標位置をＰ８１０とし、穴２０１ａの中心に位置しているものとする。Ｐ８００の座標を（Ｘ０、Ｙ０）とする。Ｘ、Ｙ方向はそれぞれ図５で示した向きとする。

記憶部１１０には、接触方向として、図７のようにＸＹ平面上での角度方向が特定できる値が記録される。この場合、Ｘ軸と接触方向３００のなす角θとして記録されているものとする。穴２０１ａの半径Ｒ、ツール１０１の半径rとして、それぞれの半径に関する形状データを保有している。これらの形状データと、接触角度（θ）から、ツール１０１の組み立て部品２０１に対する接触位置を取得（推定）することができる（Ｓ５０３）。

さらに、組み立て部品２０１に対する接触位置に基づき、Ｐ８１０の座標（Ｘ１０、Ｙ１０）は下式（４）、（５）のようにして取得できる。

以上のようにして、作業対象を取り扱うための目標位置Ｐ８１０を取得することができ、その目標位置Ｐ８１０にツール１０１を移動させる（Ｓ５０４）ことができる。

その後、教示までの手順（図６のＳ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７ａ、Ｓ５０７ｂ）の詳細と、技術的意義については、実施形態１の図３で説明したのと同等であるから、ここでは重複した説明は省略する。

以上のようにしてロボット装置にガイドバーやガイド穴といった追加の部品を必要とせず、高精度にツール１０１により作業対象２００を取り扱うための目標位置ないし作業位置へ移動させることができる。また、その目標位置を基準として教示情報（教示点、教示データ）を取得することができる。特に本実施形態のように力覚センサを利用することにより、穴２０１ａに対する接触動作が１度で済むため、第１の実施形態と比較して動作時間を短縮できる可能性がある。

＜実施形態３＞
作業対象２００が、初期位相が定まっている調整ネジなどである場合、本実施形態におけるように、その初期位相に合わせて教示を行うことが考えられる。初期位相に合わせて教示を行うことができれば、実際の作業工程におけるツール先端部１０１ｂの作業対象２００への挿入がスムーズになるため、本実施形態では、作業対象２００の回転位相に合わせて教示を行う場合の構成、制御につき説明する。

以下、図８、図９（ａ）、（ｂ）を参照して本実施形態のツールの位置決め制御につき本実施形態における装置の全体構成は、図１の実施形態１と同じであるものとする。本実施形態の図８、図９（ａ）は、上述の実施形態１の図３、図４にそれぞれ相当する図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ方向矢視によって、作業対象２００、ツール先端部１０１ｂと目標位置Ｐ８１０の関係を示している。

図８のステップＳ５００からＳ５０５は、図３の同じステップ番号のステップと同じであるため、以下では、その後のフローについて説明する。

作業対象２００への接触後、ツール１０１を時計回り、および反時計回りに回転させ、力覚センサ１０２（図９（ａ））を用いて接触の反力有無を計測する。この際、回転時のツール先端部１０１ｂと作業対象２００の間で発生する摩擦力は、ツール先端部１０１ｂが作業対象２００の溝にはまった際に発生する回転方向の反力と比較して十分小さく、両者の力は区別できるものとする（図８のＳ５１０）。ここで反力が小さく検出できない場合は、作業対象２００の溝にツール先端部１０１ｂは挿入されていないと判断されて、フローはステップＳ５１２へ進む。ステップＳ５１２では、ロボット装置１００はツール１０１を回転させながら挿入する動作を行う。

その後、再度Ｓ５１０の動作を行い、力覚センサ１０２で回転方向の反力を検知した時点で挿入成功と判断し、ツール１０１の回転を停止してステップＳ５１１へ進む。そして、ツール１０１を時計回り、反時計回りに回転させた際の接触位置での関節の角度センサの値を記憶部１１０で記憶しておき、その中間の回転位相へ移動する（Ｓ５１１）。

その後、ロボット装置１００の位置決め精度、作業対象２００および組み立て部品２０１の製造組み立て誤差等を勘案し、ロボット装置１００の動作時に衝突しない十分安全な距離を確保するようツール１０１を上昇させる（Ｓ５１３）。そして、この時のロボット装置１００の位置姿勢を教示データとして取得する（Ｓ５０８）。

以上のようなツールの位置決め、および教示制御によって、本実施形態によれば、ロボット装置にガイドバーやガイド穴といった追加の部品を必要とすることなく、高精度にツール１０１を適切な位置へ移動させて教示を行うことができる。しかも、本実施形態によれば、ツール先端部１０１ｂの位相を作業対象２００の対象部位の位相へ合わせた状態でロボット教示を行うことが可能である。

＜実施形態４＞
次に、図１０、図１１、図１２を参照して本発明の実施形態４について説明する。図１０～図１２において、以上に説明した実施形態で説明済みの部材については同じ参照符号を付し、これまでの実施形態と同一ないし類似の構成として説明を省略する。図１０は本実施形態のロボットシステムの全体構成を示し、図１１は、上述の実施形態の図３、図６などに相当し、本実施形態におけるツールの位置決めないし教示制御手順を示している。また、図１２はその際のツールの位置決め手法を説明する図である。

図１０の構成では、作業対象２００は、組み立て部品２０１上の周囲を覆われていない露出した位置に配置されており、外部から観察可能な位置にあって、おおまかな位置合わせは可能であるものとする。ただし、図１０の例では、装置配置の都合上、近くで観察しながらロボット装置１００を操作することができない、観察対象が微細である、などの理由で、作業者はツール１０１と作業対象２００との位置関係を目視によって確認するのが困難であるものとする。このような目視確認困難な状況には、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂによってツール１０１や作業対象２００に向かう作業者の視線が遮蔽される場合も含む。

本実施形態では、図１０に示すように、組み立て部品２０１は、作業対象２００から＋Ｘ方向、－Ｙ方向に離間した位置にＬ字型の側壁２０１ｂを備えている。この側壁２０１ｂの上面（以下、側壁上面２０１ｃとして言及する）は、作業対象２００より高い位置にある。

また、本実施形態においては、説明を容易にするため、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂは、Ｘ軸、Ｙ軸と直交しているものとする。ロボット制御装置１０９の記憶部１１０は、作業対象２００と組み立て部品２０１の側壁２０１ｂの設計上の距離に関する情報を格納している。作業対象２００と組み立て部品２０１の側壁２０１ｂのＸ方向の距離、Ｙ方向の距離は、例えばそれぞれＸｄ、Ｙｄとする。

本実施形態では、図１１に示すような制御手順により、ツールを目標位置に位置決めし、また、その位置を基準として教示点を入力することができる。以下の制御の説明では、ステップ番号を必要に応じて参照する。

本実施形態のツール位置決め制御では、まず、ロボット装置１００を操作してツール１０１を移動させ、ツール１０１の先端が組み立て部品２０１の側壁上面２０１ｃより低い位置となるよう制御する（Ｓ５１４）。その後、図１２に示すように組み立て部品２０１の側壁２０１ｂへ接近する第一の方向へ移動接触した位置Ｐ８００を記憶部１１０に記憶させる（Ｓ５１５）。その後、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂへ接近する、第一の方向とは異なる第二の方向へ移動させ、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂへ接触した位置Ｐ８０１を記憶部１１０に記憶させる（Ｓ５１６）。なお、これらのロボット操作は、作業者は、ティーチングペンダントなどの操作端末を介して実行してもよく、あるいは記憶部１１０に組み立て部品２０１の３Ｄ形状に係る情報が用意されているのなら、制御部１１１の自動制御により行うこともできる。

この段階で、制御部１１１は、ツール１０１のＬ字型の側壁２０１ｂに対する第一ないし第二の接触位置から、組み立て部品２０１に対するツール１０１の相対的な位置姿勢を認識できる。従って、制御部１１１は、作業対象２００に対する挿入方向に対して直交するＸＹ平面における目標位置を取得し、その目標位置にツール１０１を移動させる（Ｓ５１７）。この例では、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂとの距離Ｘｄ、Ｙｄからそれぞれツール１０１の半径ｒだけ減じた距離を移動すれば、目標位置Ｐ８１０（図１２）に到達することができる。

その後の教示までの手順（図１１のＳ５１８、Ｓ５１９、Ｓ５０７ａ、Ｓ５０７ｂ）は、図３、図６で説明した手順（図３、図６のＳ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７ａ、Ｓ５０７ｂ）と同等である。ここでは、図３、図６で説明した手順と同様に一定量移動（上昇）させた位置を教示位置とし、その位置までツールを移動（上昇）させ、その位置を教示点（教示データ）として取得する。以上の制御手順によって、例えば組み立て部品２０１の側壁などが遮蔽部材となって視認が困難な位置にある作業対象２００を取り扱うための目標位置にツール１０１を移動させ、教示データを取得することができる。このように、穴の奥などの作業対象２００に限らず、作業対象２００が露出した位置にあるが、位置関係の確認が困難である、といった場合でも、正確かつ確実にツールを位置決めすることができる。これにより、組み立て部品２０１（構造物、遮蔽部材）、作業対象２００（対象物）に対してツールを正確かつ確実に位置決めし、教示を行うことができる。

なお、以上では、組み立て部品２０１の側壁２０１ｂはＸ軸、Ｙ軸と直交しているものとしたが、ある程度の角度をもって傾斜していても、座標の変換等を行って方向を導出する計算等を行うことで教示が可能である。また、以上では、組み立て部品２０１の側壁上面２０１ｃは作業対象２００より高い位置にあるものとして説明した。しかしながら、上述よりも低い、あるいは側壁が上部に配置されていないような構成においても、組み立て部品２０１の側面に、外側からツール１０１を当てて接触位置を検知すれば、同様に位置を導出して教示が可能である。即ち、組み立て部品２０１（構造物、遮蔽部材）が、ツールの接触位置を検知可能である形状を有していれば本実施形態の位置決め制御は可能である。例えば、ツールの接触位置を検知するための形状は、その位置が判明しており、記憶部１１０に格納されているのであれば、小さな突起などであってもよい。そして、組み立て部品２０１（構造物、遮蔽部材）がそのような接触検知用の構造部材を有していれば、本実施形態の制御は実施できる。また、以上ではロボット装置として、垂直多関節のロボットアームを例示したが、ロボットの関節数や関節配置の形態は任意である。

本発明は上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また上述した種々の実施形態は、ロボット装置に限らず、制御装置の記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作、またはこれらの複合動作を自動的に行える種々の機械に適用可能である。

１００…ロボット装置、１０１…ツール、１０２…力覚センサ、１０９…ロボット制御装置、１１０…記憶部、１１１…制御部、２００…作業対象、２０１…組み立て部品。

Claims (21)

1. 所定部位を移動させるロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、前記所定部位の位置に関する情報を検出する位置検出手段と、を備えたロボットシステムの制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記所定部位の形状に関する第１形状情報と、前記所定部位によって作業を実行する対象となる対象物、が配置された構造物の第２形状情報と、を取得し、
   前記ロボットにより、前記所定部位を所定方向へ移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記位置検出手段により、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第１位置情報を取得し、
   前記ロボットにより、前記所定部位と前記構造物とを接触させた後に、前記所定方向とは異なる方向に移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第２位置情報を取得し、
   前記第１位置情報と、前記第２位置情報と、前記第１形状情報と、前記第２形状情報と、に基づき、前記構造物における前記対象物が配置された位置に関する情報である第３位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記第３位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させる、
   ことを特徴とする制御方法。
2. 請求項１に記載の制御方法において、
   前記ロボットシステムは、前記所定部位と他の物体との接触を検出する接触検出手段をさらに備え、
   前記制御装置が、前記接触検出手段により前記所定部位と前記構造物との接触を検出した場合の前記所定部位の位置情報に基づき、前記第１位置情報または前記第２位置情報を取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
3. 請求項２に記載の制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記接触検出手段により前記所定部位と前記構造物との接触を検出した場合の前記ロボットの位置姿勢に関する情報と、前記第２形状情報と、に基づき、前記構造物と前記所定部位との相対的な位置姿勢に関する情報を取得し、
   取得した前記相対的な位置姿勢に関する情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させる、
   ことを特徴とする制御方法。
4. 請求項３に記載の制御方法において、
   前記位置検出手段は前記ロボットに配置された角度センサであり、
   前記制御装置が、前記角度センサを用いて前記ロボットの位置姿勢に関する情報を取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記第３位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させ、前記所定部位を、前記所定部位を前記対象物に接触させる方向を基準として回転させ、当該回転により前記所定部位と前記対象物とが接触するまでの移動量に基づき、前記所定部位が、前記対象物に対する作業を実行する作業位置に位置しているか判定する、
   ことを特徴とする制御方法。
6. 請求項５に記載の制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記所定部位が前記作業位置に位置していると判定した場合、前記所定部位を前記作業位置から離間させ、
   離間させた場合の前記所定部位の位置に関する情報を教示データとして取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
7. 請求項６に記載の制御方法において、
   前記制御装置が、
   離間させた場合の前記所定部位の位置に関する情報に基づく前記ロボットの位置姿勢に関する情報を取得し、
   取得した前記ロボットの位置姿勢に関する情報も教示データとして取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記作業位置は、前記対象物に設けられた溝の位置に関する情報である、
   ことを特徴とする制御方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の制御方法において、
   前記制御装置が、
   前記第１位置情報と、前記第２位置情報と、前記対象物が配置されている前記構造物の孔部の半径と、前記所定部位の半径と、に基づき、前記第３位置情報を取得する、
   ことを特徴とする制御方法。
10. 請求項２に記載の制御方法において、
    前記接触検出手段として、前記所定部位と前記所定部位と異なる物体とが接触する場合に生じる反力の方向を検出する反力検出手段を備え、
    前記制御装置が、
    前記反力の方向に関する情報に基づき、前記所定部位が、前記対象物が配置された孔部の中心に向かう方向を取得し、
    前記第１位置情報と、前記中心に向かう方向と、前記対象物が配置されている前記構造物の孔部の半径と、前記所定部位の半径と、に基づき前記第３位置情報を取得する、
    ことを特徴とする制御方法。
11. 請求項１０に記載の制御方法において、
    前記制御装置が、
    前記所定部位を前記対象物に接触させ、前記所定部位を、前記所定部位を前記対象物に接触させる方向を基準として前記所定部位を回転させることで発生する反力に関する情報を前記反力検出手段により取得し、
    取得した当該反力に基づき、前記所定部位と前記対象物との位相合わせを行う、
    ことを特徴とする制御方法。
12. 請求項２に記載の制御方法において、前記接触検出手段が接触センサまたは力覚センサである、
    ことを特徴とする制御方法。
13. 請求項１０または１１に記載の制御方法において、前記反力検出手段は力覚センサである、
    ことを特徴とする制御方法。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記構造物の孔部に囲まれた空間に前記対象物が配置されている、
    ことを特徴とする制御方法。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記構造物が、作業者の前記対象物に向かう視線を遮蔽する遮蔽部材として機能している、
    ことを特徴とする制御方法。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記所定部位はドライバであり、前記対象物はネジである、
    ことを特徴とする制御方法。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の制御方法において、
    前記ロボットシステムは、前記制御装置と接続される端末装置をさらに備え、
    前記端末装置による作業者の指示により、前記制御装置が、前記第１形状情報と、前記対象物の形状に関する第３形状情報と、前記第２形状情報と、前記第１位置情報と、前記第２位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に半自動的または自動的に接触させる、
    ことを特徴とする制御方法。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させる制御プログラム。
19. 請求項１８に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
20. 所定部位を移動させるロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、前記所定部位の位置に関する情報を検出する位置検出手段と、を備えたロボットシステムにおいて、
    前記制御装置が、
    前記所定部位の形状に関する第１形状情報と、前記所定部位によって作業を実行する対象となる対象物、が配置された構造物の第２形状情報と、を取得し、
    前記ロボットにより、前記所定部位を所定方向へ移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記位置検出手段により、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第１位置情報を取得し、
    前記ロボットにより、前記所定部位と前記構造物とを接触させた後に、前記所定方向とは異なる方向に移動させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させ、前記所定部位と前記構造物とを接触させた場合における前記所定部位の位置に関する情報である第２位置情報を取得し、
    前記第１位置情報と、前記第２位置情報と、前記第１形状情報と、前記第２形状情報と、に基づき、前記構造物における前記対象物が配置された位置に関する情報である第３位置情報を取得し、前記ロボットにより、前記第３位置情報に基づき、前記所定部位を前記対象物に接触させる、
    ことを特徴とするロボットシステム。
21. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の制御方法によって移動された前記所定部位によって前記対象物を操作して、前記対象物を含む物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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