ロボットおよびその制御方法
【課題】部品組立の時間が短縮でき、生産性の高いロボットおよびその制御方法を提供すること。
【解決手段】ハンド部１６５の指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部１６５の指部１６６と第１の部品２１０とがよく馴染み、第１の部品２１０の把持精度を向上することができる。
【解決手段】ハンド部１６５の指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部１６５の指部１６６と第１の部品２１０とがよく馴染み、第１の部品２１０の把持精度を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガン等のエンドエフェクターに加わる力を検出する力覚センサーを備えたロボットおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品の組立作業を自動化をするためのロボットとして、部品を把持するチャック部とアーム部との間に、平行移動方向、角度方向のズレを吸収するコンプライアンス素子としてのＲＣＣ（Remote Center Compliance）と、チャック部から加わる力とトルクとを検出する力覚センサーとを備えている部品自動組立装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ロボットが、被対象物である第１の部品を第２の部品へ挿入する作業では、予め部品の寸法や位置、作業のサイクルタイム等をコマンドとしてロボットの制御部へ入力しておく。作業を開始すると、ロボットのアーム部やハンド部は、初期位置から第１の部品を取りにいくために移動し、ハンド部が下降しハンド部が第１の部品を把持する。次に、第１の部品を把持したままハンド部を上昇させ、第１の部品の挿入位置までアーム部を移動させ、第２の部品と接触するまでハンド部を下降させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４１７３３号公報（５頁〜６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この時に、第１の部品と第２の部品との相対位置が、想定内に収まっていれば、挿入作業はうまくいくが、各種の理由から両者の相対位置にはバラツキが生じる。その結果として、挿入作業がうまくいかないことがある。一旦、こうした不具合が生じると、人間が復旧作業をすることとなり生産性は著しく低下する。
図１５に、不具合の状態を説明する図を示した。（ａ）は第１の部品２１０を第２の部品２２０に挿入する前の状態、（ｂ）は挿入作業が良好にいき、うまく第１の部品２１０が第２の部品２２０に挿入される状態、（ｃ）は第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置が少しズレており、両者が接触してハンド部１６０と第１の部品２１０との間で滑りを生じている状態、（ｄ）は第１の部品２１０が第２の部品２２０に少し斜めに挿入されている状態をそれぞれ表している図である。
【０００５】
（ｃ）の位置ズレに対して従来のロボット作業では、ひたすら位置精度を向上させ、位置のフィードバックを繰り返し行うことに注力してきた。しかしながら、部品を搬送する位置精度を向上させることや、部品をパレットなどに並べる位置精度を向上させることには限界があった。さらに、部品をロボットのハンド部１６０が把持する際の把持位置にもバラツキが生じることで、想定している部品の中心位置と実際の部品の中心位置に差が生じることもあった。
（ｄ）の斜めになった場合には、ロボットのハンド部１６０に力覚センサーや平行移動のズレや角度のズレを吸収するためのコンプライアンス素子を備えれば、力覚センサーの信号をフィードバックすることで斜めになった状態を補正しながら挿入を行うことが可能になる。これと似ている作業として、第１の部品２１０と第２の部品２２０の隙間が小さい圧入作業の場合にも、同様な制御によって行うことができる。
【０００６】
しかしながら、位置ズレによって挿入ができないのか、斜めになって挿入ができないかを判断してそれを補正するには時間がかかり、ロボットによる部品組立の自動化による生産性は、人間の手作業に比べて高くはなっていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部に加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部と、前記力覚センサーの出力に基づいて、前記摂動アクチュエーターを前記ハンド部または前記アーム部の駆動と同時に駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とするロボット。
【０００９】
この適用例によれば、ハンド部で被対象物を把持する際に、摂動アクチュエーターによって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部と被対象物とがよく馴染み、被対象物の把持精度が向上する。
また、被対象物の位置合わせの際に、摂動アクチュエーターによって摂動トルクを与えながら、コンプライアンス機能を持つ力覚センサーで、ハンド部に加わる力を検出し、摂動アクチュエーターをハンド部またはアーム部の駆動と同時に駆動制御することにより、被対象物の位置合わせが容易に行える。
したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボットが得られる。
【００１０】
［適用例２］
上記ロボットであって、前記力覚センサーは、ヨークを備えた磁界発生部で形成される磁気回路を有する第１の基体と、前記磁気回路を横切る磁気センサーを有する第２の基体と、前記第１の基体と前記第２の基体との間に介在し、両者の間に加わる荷重によって弾性変形する弾性部材と、前記磁気センサーの位置調整手段または前記ヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方とを備えていることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁気センサーの位置調整手段または磁気回路を構成するヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方を備えているので、組立後において磁気回路と磁気センサーとの相対位置または磁気回路の少なくとも一方の調整が可能である。第１の基体と第２の基体とを弾性部材を介して組立てた際に、弾性部材の弾性変形等によって、第１の基体と第２の基体との相対位置がずれることにより、磁気回路と磁気センサーとの相対位置がずれて組立てられても、磁気回路中の磁気センサーの位置または磁気回路の少なくとも一方を調整できる。したがって、感度や加わる力に応じた出力のばらつきの少ない力覚センサーが得られる。このような力覚センサーによりハンド部および摂動アクチュエーターに加わる力をより正確に検出できるので、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットが得られる。
【００１１】
［適用例３］
上記ロボットであって、前記ヨークの形状は、前記磁気センサーの出力と前記荷重によって前記磁気回路中を移動する前記磁気センサーの移動距離とが比例関係になるような前記磁気回路を形成する形状であることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁気回路が、磁気センサーの出力と磁気センサーの移動距離とが比例関係になるように、ヨークの形状が形成されている。したがって、磁気センサーがヨークによって形成された磁気回路中のどの位置にあっても、感度や力に応じた出力が一定の力覚センサーが得られる。このような力覚センサーによりハンド部および摂動アクチュエーターに加わる力をより正確に検出できるので、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットが得られる。
【００１２】
［適用例４］
上記ロボットであって、前記磁界発生部は、永久磁石を備えていることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁界発生部に、配線の不要な永久磁石を用いているので、構造が簡単で小型の製造コストの低減した力覚センサーが得られる。このような力覚センサーを備えているので、製造コストの低い生産性の向上したロボットが得られる。
【００１３】
［適用例５］
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部および前記摂動アクチュエーターに加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部とを備えたロボットの制御方法であって、前記摂動アクチュエーターの駆動信号と、前記力覚センサーの出力信号とに基づいて、前記被対象物の接触状態を判断して、前記ハンド部の把持および前記アーム部の駆動制御を行うことを特徴とするロボットの制御方法。
【００１４】
この適用例によれば、摂動アクチュエーターの駆動信号と、力覚センサーの出力信号とに基づいて、被対象物の接触状態を判断して、ハンド部の把持およびアーム部の駆動制御を行うので、被対象物の位置合わせが容易に行える。したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボットの制御方法が得られる。
【００１５】
［適用例６］
上記ロボットの制御方法であって、前記駆動制御は、前記摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御することを特徴とするロボットの制御方法。
この適用例では、摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させることにより、駆動信号と出力信号の違いにより被対象物の接触位置、安定点等の制御のための情報が増える。したがって、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットの制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるロボットの概略斜視図。
【図２】ロボットの全体構成図。
【図３】（ａ）は力覚センサーを有するハンド機構部の一例として側面図、（ｂ）および（ｃ）は、指部の例を示す（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図４】偏重心錘を使った摂動アクチュエーターの概略側面図。
【図５】圧電素子を使った摂動アクチュエーターの概略側面図。
【図６】力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図７】（ａ）は、力覚センサーの磁界発生部および磁気センサー付近の概略拡大断面図、（ｂ）は、磁気センサーの出力電圧と磁界発生部からの距離との関係図。
【図８】磁気センサーがホール素子の場合の回路図。
【図９】ロボットの動作フローチャート図。
【図１０】変形例における（ａ）は、力覚センサーの磁界発生部および磁気センサー付近の概略拡大断面図、（ｂ）は、磁気センサーの出力電圧と磁界発生部からの距離との関係図。
【図１１】弾性部材の圧縮特性を示した図。
【図１２】第２実施形態における力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ概略断面図。
【図１３】軸部の中心と物体の接触位置との関係を示した図。
【図１４】第３実施形態における力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図。
【図１５】（ａ）は挿入前の状態を表す図、（ｂ）は挿入作業が良好にいきうまく部品が挿入される状態を表す図、（ｃ）では第１の部品と第２の部品の位置が少しズレており、両者が接触してハンド部と第１の部品との間で滑りを生じている状態を表す図、（ｄ）では第１の部品と第２の部品とが少し斜めに挿入されている状態を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１に本実施形態におけるロボット１００の概略斜視図を、図２にロボット１００の全体構成図を示した。
【００１８】
図１および図２において、ロボット１００は、コマンド入力部１１０と演算部１２０と制御手段としての制御部１３０と支持部１４０とアーム部１５０とハンド機構部１６０とを備えている。
アーム部１５０は、アクチュエーター１５１とアーム１５２とを備えている。ハンド機構部１６０は、アクチュエーター１６１とスライド軸１６２と力覚センサー１６３と摂動アクチュエーター１６４とハンド部１６５とを備えている。また、ハンド部１６５は、把持部としての２つの指部１６６を備えている。
【００１９】
図１において、土台としての支持部１４０は、例えば、組立装置または床等に固定されている。ロボット１００は、水平多関節ロボットであり、アーム１５２は、アクチュエーター１５１によって水平方向に動作する。
アーム部１５０の先端には、ハンド機構部１６０が設けられている。ハンド機構部１６０のスライド軸１６２は、アクチュエーター１６１によって、縦方向（垂直方向）に動く。また、スライド軸１６２は、アクチュエーター１６１によって、回転してもよい。
スライド軸１６２には、力覚センサー１６３が設けられ、その先に摂動アクチュエーター１６４、ハンド部１６５が設けられている。ハンド部１６５が先端に位置し、ハンド部１６５と力覚センサー１６３との間に、摂動アクチュエーター１６４が設けられている。
【００２０】
ロボット１００は、例えば、第１の部品２１０を第２の部品２２０へ挿入する作業を行う。第２の部品２２０は、搬送部２３０に設けられた位置決め２２１によって位置決めされ、挿入作業が行われる挿入位置２４０に順次送られてくる。
図１には、搬送部２３０によって、第２の部品２２０が搬送されてくる方向をＸ軸、スライド軸１６２の移動方向をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標を示した。
一方、ロボット１００のアーム部１５０およびハンド部１６５は、例えば、パレット２１１に並べられた第１の部品２１０を取りにいくために、Ｘ−Ｙ平面内の水平方向に移動し、ハンド部１６５がＺ軸方向に下降し、ハンド部１６５の指部１６６が第１の部品２１０を把持する。ロボット１００は、第１の部品２１０を把持したままハンド部１６５をＺ軸方向に上昇させ、第１の部品２１０の挿入位置２４０までアーム１５２を水平方向に移動させ、ハンド部１６５をＺ軸方向に下降させる。
【００２１】
以下に、ロボット動作について詳しく述べる。
図２において、コマンド入力部１１０では、オペレーターまたは他のシステム等から被対象物である第１の部品２１０および第２の部品２２０の位置やロボット動作の命令を入力する。
演算部１２０では、コマンドまたは力覚センサー１６３により得られた信号に基づいてロボット１００のアーム部１５０およびハンド部１６５の動作目標値を決める。
制御部１３０では、動作目標値に基づきアーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御を行う。
【００２２】
以下に、演算部１２０の動作を説明する。演算部１２０は、動作目標値演算部１２１と動作目標値指令部１２２と比較部１２３と接触位置演算部１２４とを備えている。
動作目標値演算部１２１は、コマンド入力部１１０からのコマンドに基づいて、被対象物までのアーム部１５０およびハンド機構部１６０の移動量や角度を演算する。
動作目標値指令部１２２は、演算された移動量を、それぞれアーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１，１３２へ出力し、アーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御が行われる。
また、接触位置演算部１２４は、力覚センサー１６３により得られた信号を基にして、後に述べる方法での被対象物とハンド部１６５との接触位置を演算する。比較部１２３は、この接触位置とハンド部１６５の中心部とが一致しているか否か判断し、その結果を動作目標値指令部１２２へ入力する。動作目標値指令部１２２はこの比較結果に基づき、新たな動作目標値を制御部１３０へ送り、アーム部１５０およびハンド機構部１６０の移動を行わせる。
【００２３】
次に、ロボット１００のハンド機構部１６０の動作を詳しく説明する。
図３（ａ）に力覚センサー１６３を有するハンド機構部１６０の一例として側面図を示す。
図３（ｂ）および（ｃ）には、指部１６６の例として、図３（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図を２例示した。ハンド部１６５および指部１６６は、いずれも制御部１３０により移動、物体の把持、その他の動作の制御が行われる。
【００２４】
図３（ａ）において、２つの指部１６６は相互に接近および離隔する方向に開閉され、両側から挟むようにして被対象物である第１の部品２１０を把持する。
図３（ｂ）は、第１の部品２１０が円筒形の場合における指部１６６の概略断面図である。指部１６６には、円筒部を把持するためにＶ溝１６７が形成され、第１の部品２１０が垂直に把持し易い構造となっている。
【００２５】
図３（ｃ）は、第１の部品２１０が矩形状の場合の指部１６６の概略断面図である。指部１６６には、矩形部を把持するためにテーパー部１６８を有する凸部１６９が４隅に形成されている。
【００２６】
摂動アクチュエーター１６４には、周知のものを用いることができる。
図４に摂動アクチュエーター１６４の一例として摂動アクチュエーター３００の概略側面図を示した。
図４において、摂動アクチュエーター３００は、回転軸３１０と円柱形の偏重心錘３２０と歯車輪列３３０と第１のラジアル軸受３４０と第２のラジアル軸受３５０とスラスト軸受３６０とモーター３７０とこれらを収める容器３８０とを備えている。
【００２７】
回転軸３１０の一方側には、偏重心錘３２０と歯車輪列３３０の歯車３３１とが取り付けられている。回転軸３１０の他方側は、第１のラジアル軸受３４０によって支えられている。また、偏重心錘３２０の側面は、第２のラジアル軸受３５０に支えられている。さらに、偏重心錘３２０の底面は、スラスト軸受３６０によって支えられている。
モーター３７０には、歯車３３２が取り付けられ、歯車３３１と噛みあっている。歯車３３１と歯車３３２とで、歯車輪列３３０を構成している。ここで、歯車輪列３３０は、３以上の歯車から構成されていてもよい。
【００２８】
偏重心錘３２０の一部には、重さの異なる部分３２１が設けられ、重心位置が偏っている。
摂動アクチュエーター３００は、偏重心錘３２０を歯車輪列３３０を介してモーター３７０で回転させることによって振動を起こし、摂動トルクを生じるものである。
振動の周波数は、モーター３７０の回転数と歯車輪列３３０によって決まり、図３に示したハンド部１６５の大きさや重量などによって適正な値を選ぶ。また駆動電圧も同様である。
【００２９】
図３において、この摂動アクチュエーター３００（１６４）によって生じる摂動トルクにより、摂動アクチュエーター３００に取り付けられたハンド部１６５が振動して、第１の部品２１０と第２の部品２２０の嵌合部も振動し、嵌合の中心からずれている場合には、力覚センサー１６３にその信号が生じることになる。その信号がかなり大きい場合には、ハンド部１６５の位置にフィードバックをかけて補正する。その信号が、力覚センサー１６３のコンプライアンスで吸収できる範囲であれば、次の嵌合（挿入）のステップへ移行できる。
【００３０】
図５には、摂動アクチュエーター１６４の一例として、摂動アクチュエーター４００の概略側面図を示した。
図５において、摂動アクチュエーター４００は、圧電素子４１０と上下の板４２１，４２２と駆動回路４２０と弾性体４３０とを備えている。
摂動アクチュエーター４００は、圧電素子４１０を駆動回路４２０の交流電圧で駆動することによって振動を起こし、摂動アクチュエーター３００と同様に摂動トルクを生じるものである。
【００３１】
上下の板４２１，４２２は、弾性体４３０で結合されており、上下の板４２１，４２２の間に圧電素子４１０が配置されている。圧電素子４１０は、駆動回路４２０からの駆動信号によって振動する。圧電素子４１０は単層のものより積層された圧電素子４１０の方が変位量を大きく取れ、また発生する力も大きくなる。積層された圧電素子４１０の変位はその積層数や積層の厚さが大きければ、変位量も大きくなる。ハンド部１６５の大きさや重量を考慮して、十分な変位量がとれるように選ぶ。
【００３２】
図６に、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー１０の概略図を示した。（ａ）は力覚センサー１０の概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。
【００３３】
図６において、力覚センサー１０は、第１の基体としての軸部１と弾性部材２と第２の基体としてのハウジング３と４つの磁界発生部４と４つの磁気センサー５と磁気センサー５の位置調整手段５０とを備えている。
軸部１の中程にはリング状の凸部１１が形成されている。また、ハウジング３はリング状でその内面には、溝３１が形成されている。軸部１の凸部１１が弾性部材２を介してハウジング３の溝３１に嵌め込まれている。したがって、弾性部材２は、軸部１とハウジング３との間に介在している。
図には、軸部１の軸方向をＺ軸として、力を検知する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向として示した。
【００３４】
また、凸部１１と溝３１との間のＺ軸方向には、スラスト方向の受け６Ａ，６Ｂが配置され、軸部１のＺ軸方向への移動あるいは軸部１のねじれるような変形はしにくくなっている。
したがって、本実施形態における力覚センサー１０は、力のモーメントを検出しない力覚センサーである。
【００３５】
軸部１の凸部１１の外周１１１には、軸部１の中心１Ｃを挟んで、Ｘ軸方向に２ヶ所、Ｙ軸方向に２ヶ所、凹部１２が形成され、凹部１２の底面１２５には磁界発生部４が設けられている。また、磁界発生部４に対向するハウジング３の溝３１の位置には、凹部３２が形成され、凹部３２の底面３２５には、磁気センサー５が配置されている。
【００３６】
軸部１やハウジング３は、弾性部材２よりも変形し難く、しかも非磁性の材料で構成される。例えば、金属ではアルミニウム、非磁性のステンレス、黄銅、亜鉛、マグネシウムなど、その他セラミックや硬い樹脂なども使用することができる。
弾性部材２としては、シリコンゴム、フッ素系ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムなど、およびこれらを発泡成形させた、より変形量が大きく取れるものなどを、それぞれの必要な荷重や変形量に応じて適宜選択することができる。
【００３７】
磁界発生部４には、電磁石、永久磁石等を用いることができるが、配線等が不要で構造が簡単、小型にできる点から永久磁石が好ましい。
永久磁石としては、フェライト系磁石、ＮｄＦｅＢ系磁石、ＳｍＣo系磁石、アルニコ系磁石などが適している。永久磁石の数は１つでも２つでも良い。
磁気センサー５としては、ホール素子や磁気抵抗素子の半導体型のもの、フラックスゲート式のものなどが利用できる。
【００３８】
力覚センサー１０では、軸部１が、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の力を受けると、軸部１が弾性部材２を変形させるように作用し、その変形量に応じた出力が生じる仕組みとなっている。
例えば、図６（ｂ）中に示した白抜き矢印で示したように、軸部１の＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加えられた時には、弾性部材２にも＋Ｘ軸方向に力が加わり、弾性部材２が変形し、軸部１は＋Ｘ方向にある磁気センサー５に近づく。軸部１の移動に伴い磁界発生部４が移動すると、磁気センサー５を取り巻く磁界も変化し、４つの磁気センサー５の出力電圧は変化する。
【００３９】
ここで、＋Ｘ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(＋Ｘ)、−Ｘ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(−Ｘ)、＋Ｙ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(＋Ｙ)、−Ｙ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(−Ｙ)とする。
例えば、＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加わる前の出力電圧をＶ0とすると、＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加わった後の磁気センサー５の出力電圧Ｖ+X、Ｖ-X、Ｖ+Y、Ｖ-Yは、以下のとおり変化する。
磁気センサー(＋Ｘ)の出力電圧Ｖ+X＞Ｖ0
磁気センサー(−Ｘ)の出力電圧Ｖ-X＜Ｖ0
磁気センサー(＋Ｙ)の出力電圧Ｖ+Y＝Ｖ0
磁気センサー(−Ｙ)の出力電圧Ｖ-Y＝Ｖ0
これらの出力電圧の比較から、力覚センサー１０として、＋Ｘ軸方向への力Ｆｘが作用したと判断される。力Ｆｘの大きさは、予め力の大きさに応じて出力電圧Ｖの大きさを測定しておくことによって、出力電圧Ｖが分かれば、力Ｆｘの大きさが分かる。
【００４０】
＋Ｙ軸方向の力Ｆｙについても同様であり、以下のとおり変化する。
磁気センサー(＋Ｘ)の出力電圧Ｖ+X＝Ｖ0
磁気センサー(−Ｘ)の出力電圧Ｖ-X＝Ｖ0
磁気センサー(＋Ｙ)の出力電圧Ｖ+Y＞Ｖ0
磁気センサー(−Ｙ)の出力電圧Ｖ-Y＜Ｖ0
Ｘ軸方向とＹ軸方向の出力電圧の合成から、斜めからの力も計算することが出来る。
【００４１】
図７（ａ）に、力覚センサー１０の磁界発生部４および磁気センサー５付近の概略拡大断面図を示した。
図７（ｂ）に、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４に対する相対移動距離との関係図を示した。ここでは、磁界発生部４に向かう方向を正方向として表している。以下、図に基づいて検出原理を説明する。
図７（ａ）において、磁界発生部４と磁気センサー５とは、弾性部材２を介在させ、対向して配置されている。磁界発生部４は、２つの永久磁石４１，４２とヨーク４３から構成されており、磁束４４が軸部１の凸部１１の外周側へ広がるように流れて再び戻るように磁気回路４５が形成されている。
【００４２】
この磁束４４を磁気センサー５で検出し、電圧として出力する。
軸部１が磁気センサー５に向かって力を受けると、弾性部材２が変形して、磁界発生部４と磁気センサー５との距離が小さくなり、磁気センサー５の出力は磁束４４が増えて大きくなる。結果として、力を電圧として検出することができる。
図７（ｂ）において、磁気センサー５の初期位置Ｌ0からの磁界発生部４に対する相対移動距離が大きくなる（磁界発生部４と磁気センサー５との距離が小さくなる）と、磁気センサー５の出力電圧が大きくなる。
【００４３】
図８に、磁気センサー５がホール素子の場合の回路例を回路図として示した。ＯＰＡｍｐはオペレーションアンプを、Ｔｒはトランジスターを、Ｒは抵抗を表している。
回路は、定電流部と計装アンプ部とバランス調整部とを備えている。これら各部の回路は周知の回路を用いることができ、また、具体的に図に示した回路に限らない。
【００４４】
ホール素子では、以下の原理で磁束４４の密度である磁界の強度を測定する。
ｐ型またはｎ型の半導体試料において、例えば、ｘ方向に電流を流し、ｙ方向に磁場を加える。この時半導体試料を流れている荷電粒子（キャリア）は磁場によるローレンツ力を受けてｚ方向に動く。これによって電流と磁場の両方に直交する方向に電場（ホール電場）が現れる。これがホール効果であり、ホール素子はホール効果を利用して、磁界の強度を測定できる。
ホール素子に利用される半導体としては、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ヒ素（ＩｎＡｓ）、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）などであり、インジウム・アンチモンは高感度だが温度による影響を受け易く、ガリウム・ヒ素は温度による影響を受け難い等の特徴があり、用途によって使い分けることができる。
【００４５】
精度良く磁界を測定しようとすると、ホール電流は一定である方が良く、定電流部によってホール電流を一定とする。ホール電流は抵抗Ｒｈによって決めることができる。
ホール素子の出力部には、ホール電圧が発生するが、その電圧は小さいので、計装アンプ部によって増幅される。計装アンプ部は、１対の差動入力端子と基準端子を電位基準とするシングルエンド出力を持っており、入力インピーダンスが高く、同相信号除去比（ＣＭＲ：COMMON MODE REJECTION）が７０ｄＢ〜１００ｄＢ程度あり優れている。
計装アンプ部の出力電圧Ｖｏｕｔは、ホール電圧Ｖｈと計装アンプ部のゲインによって式（１）のように表される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
以上示したように、磁界に比例したホール電圧Ｖｈが出力として得られる。また、計装アンプ部によって増幅されたホール電圧Ｖｈのゼロ点がずれている場合には、バランス調整部によって調整することが出来る。
永久磁石４１，４２の材質や寸法・形状などを適切に設計することで、２つの永久磁石４１，４２に挟まれた空間の磁気回路である磁界勾配の傾きを加減することができる。
また、磁気センサー５の位置調整手段５０によって、磁気センサー５の位置を磁束４４の分布に対して移動させることができる。位置調整手段５０としては、例えば、ネジ、マイクロメーター等を用いて、機械的に磁気センサー５の位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に調整することができる。
【００４８】
次に、ロボット１００の制御方法について、制御の流れを図１および図２と図９に示すロボット１００の動作フローチャート図に基づいて説明する。
図１、図２および図９において、作業開始によって、演算部１２０は、コマンド入力部１１０からのコマンド入力（目標設定）を受け、その内容を解析して第１の部品２１０までの動作量である動作目標値を演算する。
次に、第１の部品２１０の把持命令によって、決定された動作目標値にしたがってアーム１５２をパレット２１１の把持位置へと移動する。この動作は、アーム部１５０のサーボ制御部１３２により行われる。
【００４９】
次に、ハンド部１６５が、第１の部品２１０の把持動作を行う。この動作は、ハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１により行われる。具体的には、ハンド部１６５を下降させ、第１の部品２１０を把持させる。このとき、摂動アクチュエーター１６４によって摂動させながら把持を行う。ハンド部１６５による把持は、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する。
【００５０】
次に、第１の部品２１０の挿入位置２４０への移動命令によって、ハンド部１６５を上昇させ、挿入位置２４０へ移動させ、ハンド部１６５を下降させる。このときも、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させる。
ハンド機構部１６０に設けられた力覚センサー１６３が、センサー信号を出力する。出力されたセンサー信号は、接触位置演算部１２４に入力され、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置や角度を演算する。
【００５１】
次に、演算された接触位置や角度の値は、比較部１２３へ入力され、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致しているか否かが判断される。ここで、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致している場合は、挿入動作へ移行する。
【００５２】
一方、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致していない場合は、ハンド部１６５の位置合わせのためのアーム１５２の角度の補正値を演算し、その補正値をアーム１５２のサーボ制御部１３２へ、ハンド部１６５の位置合わせの指令を出し、アーム１５２の角度を補正すべくアクチュエーター１５１を動作させる。
その後また、ハンド部１６５の移動動作を行い、その時も、力覚センサー１６３の信号を受けて、再度接触位置演算部１２４において、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置や角度を演算する。結果が良ければ次の挿入動作へ移行する。このルーチンを第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致するまで行う。
【００５３】
ハンド部１６５を挿入方向へ移動させるための指令がハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１を経由して送られ、ハンド機構部１６０のアクチュエーター１６１の動作を行う。その時も、力覚センサー１６３の信号を受けて、挿入位置の演算を行い、挿入動作が適切に行われたかを判断する。
【００５４】
挿入動作が終わっていない場合、ハンド部１６５の移動量の補正演算を行い、ハンド部１６５の移動量の補正命令を出し、ハンド部１６５の移動動作を行う。挿入動作が終了するまでこのルーチンを繰り返す。
【００５５】
挿入動作が終わった場合、把持の開放を行い、アーム１５２およびハンド部１６５の初期化を行い作業を終了する。
なお、把持動作の終了後は、物体の目的位置への移動、配置などの動作が行われる。また、把持する物体によっては慎重を期すべく、力覚センサー１６３からの信号より少なくなるまで、アームの角度を移動させるまでの動作を複数回繰り返えすように構成してもよい。
ハンド部１６５による把持またはアーム１５２の駆動制御は、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する。
【００５６】
（変形例）
図１０（ａ）に、変形例における磁界発生部４０および磁気センサー５付近の概略拡大断面図を示した。図１０（ｂ）に、第１実施形態と同様に、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４０に対する相対移動距離との関係図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付した。
【００５７】
磁界発生部４０は、永久磁石４９と２つのヨーク４６，４７から構成され、磁束４４が軸部１の外周側へ広がるように流れて、再び戻るように磁気回路４８が構成されている。
この場合、２つの４６，４７に挟まれた空間の磁界勾配を比較的均一に設計することも可能であり、ヨーク４６，４７の形状次第で磁界勾配の傾きも加減ができる。例えば、ヨーク４６，４７の形状を永久磁石から離れるに従って薄くするようにテーパーをつけ、そのテーパーの形状を変えることで磁界勾配の傾きも変えることができる。
【００５８】
図１０（ａ）において、ヨーク４６，４７に挟まれた空間の略均一になった磁界勾配中に磁気センサー５が配置されている。
また、ヨーク４６，４７の形状によっては、ヨーク４６，４７と弾性部材２が接触しないように、弾性部材２の形状を変えることも可能である。変形例では、ヨーク４６，４７の軸部１の凸部１１からはみ出した部分には、弾性部材２が配置されていない。
【００５９】
ヨーク４６，４７は、パーミアンス調整手段６０を備えており、磁界勾配の傾き等を調整できるようになっている。パーミアンス調整手段６０は、位置調整手段５０と同様に、例えば、ネジ、マイクロメーター等を用いて、機械的にヨーク４６，４７の位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に調整することができる。
【００６０】
ヨーク４６，４７に挟まれた空間の磁界勾配が均一な場合、図１０（ｂ）に示すように、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４０に対する相対移動距離とは比例関係になる。
【００６１】
第１実施形態および変形例において、ヨーク４３，４６，４７としては、飽和磁束密度が高い鉄系の材料、電磁軟鉄、低炭素鋼、珪素鋼板などが適しており、必要に応じて熱処理や防錆のためのメッキや塗装などが施される。ヨーク４３，４６，４７の形状は、永久磁石からの磁束が磁気センサー５をできるだけ多く通るように磁気抵抗が小さくなるような形状が良い。永久磁石のパーミアンスから適した形状を選択し、それに応じたヨーク４３，４６，４７の形状を設計することができる。
【００６２】
図１１には、弾性部材２の圧縮特性の例を示した。横軸が荷重を縦軸が変位量を示している。
図１１では、荷重に対して変位量が比例せず、緩やかな上に凸の曲線になるが、選択される弾性部材２の種類や発泡の仕方によってもこの曲線の形状は変化する。
力覚センサー１０の出力特性（荷重−出力電圧）は、弾性部材２の圧縮特性（荷重−変位量）と図７（ｂ）および図１０（ｂ）に示した磁気センサー５の出力特性の両方によって決まる。
弾性部材２の種類を選択するには、弾性部材２の圧縮特性やその他繰り返し荷重に対する安定性、温度特性など総合的な観点で選ばれるが、特にロボットのエンドエフェクターとしては圧縮特性が重要である。先ず、弾性部材２の圧縮特性を決めて弾性部材２の種類やグレードなどを決め、次に磁気センサー５の出力特性が比例関係となるように、磁界発生部４，４０の磁界勾配を設計する。
磁気センサー５の出力特性が比例関係であれば、出力電圧から簡単に荷重を求めることができ、弾性部材２の圧縮特性を考慮して変換する手段を必要としない。
【００６３】
また、磁気センサー５の位置調整手段５０またはヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０のうち少なくとも一方を備えていればよく、位置調整手段５０またはヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０によっても、磁界勾配の調整が可能である。
【００６４】
このような本実施形態および変形例によれば、以下の効果がある。
（１）ハンド部１６５の指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部１６５の指部１６６と第１の部品２１０とがよく馴染み、第１の部品２１０の把持精度を向上することができる。
具体例については、第１の部品２１０を支持するパレット２１１と第１の部品２１０との相対位置はそれほど正確ではないため、第１の部品２１０を把持するとＶ溝１６７に必ず収まるわけではない。そこで、指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４で摂動を与えながら把持すると、円筒形の第１の部品２１０が指部１６６のＶ溝１６７に馴染んで把持することができる。
摂動アクチュエーター１６４で摂動を与えながら把持すると、矩形状の第１の部品２１０が指部１６６のテーパー部１６８に馴染んで把持することができる。
【００６５】
また、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせの際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら、コンプライアンス機能を持つ力覚センサー１６３で、ハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力を検出し、摂動アクチュエーター１６４をハンド部１６５およびアーム部１５０の駆動と同時に駆動制御することにより、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせを容易に行うことができる。
したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６６】
（２）磁気センサー５の位置調整手段５０または磁気回路４８を構成するヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０のうち少なくとも一方を備えているので、組立て後において磁気回路４５，４８と磁気センサー５との相対位置または磁気回路４５，４８の少なくとも一方の調整を可能にできる。軸部１とハウジング３とを弾性部材２を介して組立てた際に、弾性部材２の弾性変形等によって、軸部１とハウジング３との相対位置がずれることにより、磁気回路４５，４８と磁気センサー５との相対位置がずれて組立てられても、磁気回路４５，４８中の磁気センサー５の位置または磁気回路４８の少なくとも一方を調整できる。したがって、感度や加わる力に応じた出力のばらつきの少ない力覚センサー１０を得ることができる。このような力覚センサー１０によりハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力をより正確に検出できるので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行うことができ、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６７】
（３）磁界発生部４，４０に、配線の不要な永久磁石を用いているので、構造が簡単で小型の製造コストの低減した力覚センサー１０を得ることができる。このような力覚センサー１０を備えているので、製造コストの低い生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６８】
（４）摂動アクチュエーター１６４の駆動信号と、力覚センサー１０の出力信号とに基づいて、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触状態を判断して、ハンド部１６５の把持およびアーム部１５０の駆動制御を行うので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせを容易に行うことができる。したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボット１００の制御方法を得ることができる。
【００６９】
（５）摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させることにより、駆動信号と出力信号の違いにより第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置、安定点等の制御のための情報が増える。したがって、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００の制御方法を得ることができる。
【００７０】
変形例によれば、以下の効果がある。
（６）磁気回路４８が、磁気センサー５の出力と磁気センサー５の移動距離とが比例関係になるように、ヨーク４６，４７の形状が形成されている。したがって、磁気センサー５がヨーク４６，４７によって形成された磁気回路４８中のどの位置にあっても、感度や力に応じた出力が一定の力覚センサー１０が得られる。このような力覚センサー１０によりハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力をより正確に検出できるので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００７１】
（第２実施形態）
図１２（ａ）には、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー２０の概略平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ概略断面図を示した。
本実施形態では、磁気センサー５と磁界発生部４とを多数配置して、力覚センサー２０を多軸化したものである。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の必要なものだけ符号を付した。説明のない構成要素は、大きさ、形状が異なっていても第１実施形態と同様の機能、構造である。また、磁気センサー５の位置調整手段５０およびパーミアンス調整手段６０は省略してある。
本実施形態では、磁気センサー５と磁界発生部４との対は、１２ヶ所設けられている。そのうち、８ヶ所は、Ｚ軸方向に設けられている。
【００７２】
弾性部材２１は、Ｚ軸方向に設けられた８ヶ所の磁気センサー５と磁界発生部４との対の内側にリング状に設けられている。また、第１実施形態におけるスラスト方向の受け６Ａ，６Ｂは設けられていない。したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の他に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚについても測定可能である。
一例として図中斜線矢印でモーメントＭを示した。モーメントＭは、Ｘ成分およびＹ成分を持っている。
なお、本実施形態の軸部１３には、貫通孔１４が形成されている。
【００７３】
図１３は、軸部１３の中心と物体の接触位置との関係を示した図である。
座標の原点０は軸部１３の中心１Ｃであり、Ｎ’（Ｘ１，Ｙ１）は軸部１３と物体との接触位置である。原点０を中心として物体の位置Ｎ’点の合成モーメントＭは、モーメントのＸ成分をＭｘ、モーメントのＹ成分をＭｙとして、Ｍ＝（Ｍｘ2＋Ｍｙ2）(1/2)と表される。
原点０からＮ’点までの距離をｒとすればＺ軸周りのモーメントＭは、力ＦによりＭ＝Ｆ×ｒと表される。
モーメントＭｘ、Ｍｙの符号の正負からＮ’点がどの領域（Ｘ−Ｙ平面上の第１〜第４象限のいずれか）にあるかがわかる。さらに、モーメントＭｘ、Ｍｙの比から、角度θは、ｔａｎθ＝Ｍｙ/Ｍｘとなる。
距離ｒから、Ｎ’点の座標Ｘ１、Ｙ１は、それぞれＸ１＝ｒ×ｃｏｓθおよびＹ１＝ｒ×ｓｉｎθとなる。
【００７４】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（７）Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への力だけでなく、モーメントＭの各成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚについても測定可能である。
【００７５】
（第３実施形態）
図１４には、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー７０の概略平面図を、（ｂ）には（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図を示した。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の必要なものだけ符号を付した。説明のない構成要素は、大きさが異なっていても第１実施形態と同様の機能、構造である。
本実施形態においても、磁気センサー５の位置調整手段５０およびパーミアンス調整手段６０は省略してある。
【００７６】
図１４において、力覚センサー７０は、第１の基体としての軸部７１と第２の基体としてのベース７３とを備えている。
軸部７１の片端には、円盤形状の支持板７２が設けられている。また、ベース７３の形状は、底部７３１を有する円筒形状であり、リング状の蓋部７４を備えている。蓋部７４には中央に開口部７４１が形成されている。ベース７３の底部７３１には回路部７５が設けられ、その上には支持部７６が設けられている。
支持板７２には、磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが軸部７１の中心７Ｃに対し回転対称になるように配置されている。一方、支持部７６には、磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに対向するように配置されている。
【００７７】
軸部７１の支持板７２と支持部７６とが平行になるように、軸部７１の支持板７２は、蓋部７４と支持部７６との間に弾性部材２２で保持されている。したがって、軸部７１とベース７３との間には、弾性部材２２が介在している。軸部７１は、開口部７４１から突出している。
【００７８】
軸部７１に、例えば、図中に白抜き矢印で示す＋Ｘ方向の力Ｆｘが加えられた時には、軸部７１はベース７３に対して＋Ｘ方向に変位を生じる。すると、４つの磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの出力が平衡点からずれて、出力電圧が変化する。
ここで、４つの磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの磁界勾配の向きを変えて、出力電圧の符号を変え、Ｘ−Ｙ平面上で力の方向が分かるようにしておく。例えば、表１のように各磁気センサーの出力電圧を設定しておく。
【００７９】
【表１】
【００８０】
ここで、第１象限方向への力（＋Ｘ＋Ｙ）に対して、５Ａは＋、５Ｂは〜０、５Ｃは−、５Ｄは〜０の出力となり、第２象限方向への力（−Ｘ＋Ｙ）に対して、５Ａは〜０、５Ｂは−、５Ｃは〜０、５Ｄは＋の出力となり、第３象限方向への力（＋Ｘ−Ｙ）に対して、５Ａは〜０、５Ｂは＋、５Ｃは〜０、５Ｄは−の出力となり、第４象限方向への力（−Ｘ−Ｙ）に対して、５Ａは−、５Ｂは〜０、５Ｃは＋、５Ｄは〜０の出力となる。
【００８１】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（８）磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの出力電圧の変化量から、Ｘ−Ｙ平面上で加わった力の方向および大きさを知ることができる。
【００８２】
上述した実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
ヨーク４６，４７の形状は、変形例で示した平面で囲まれた形状に限らず、曲面を持つ形状であってもよい。例えば、磁気センサー５の出力特性が比例関係となるように、磁界発生部４，４０の磁界勾配を設計する際に、弾性部材２の圧縮特性に合わせて、ヨーク４６，４７の形状を、曲面を持つ形状としてもよい。
【００８３】
また、磁界発生部と磁気センサーとの配置は、原点、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して対称な位置に配置されるものに限らず、非対称の位置に配置されていてもよい。
さらに、第１の基体としては、円柱状の軸部１，１３，７１を備えたものに限らない。例えば、三角柱や四角柱であってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１，１３，７１，７２…第１の基体としての軸部および支持板、２，２１，２２…弾性部材、３…第２の基体としてのハウジング、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４０…磁界発生部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…磁気センサー、１０，２０，７０，１６３…力覚センサー、４１，４２，４９…永久磁石、４３，４６，４７…ヨーク、４５，４８…磁気回路、５０…位置調整手段、６０…パーミアンス調整手段、７３…第２の基体としてのベース、１００…ロボット、１３０…制御手段としての制御部、１５０…アーム部、１６４…摂動アクチュエーター、１６５…ハンド部、２１０…被対象物としての第１の部品、２２０…被対象物としての第２の部品。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガン等のエンドエフェクターに加わる力を検出する力覚センサーを備えたロボットおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
部品の組立作業を自動化をするためのロボットとして、部品を把持するチャック部とアーム部との間に、平行移動方向、角度方向のズレを吸収するコンプライアンス素子としてのＲＣＣ（Remote Center Compliance）と、チャック部から加わる力とトルクとを検出する力覚センサーとを備えている部品自動組立装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ロボットが、被対象物である第１の部品を第２の部品へ挿入する作業では、予め部品の寸法や位置、作業のサイクルタイム等をコマンドとしてロボットの制御部へ入力しておく。作業を開始すると、ロボットのアーム部やハンド部は、初期位置から第１の部品を取りにいくために移動し、ハンド部が下降しハンド部が第１の部品を把持する。次に、第１の部品を把持したままハンド部を上昇させ、第１の部品の挿入位置までアーム部を移動させ、第２の部品と接触するまでハンド部を下降させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４１７３３号公報（５頁〜６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この時に、第１の部品と第２の部品との相対位置が、想定内に収まっていれば、挿入作業はうまくいくが、各種の理由から両者の相対位置にはバラツキが生じる。その結果として、挿入作業がうまくいかないことがある。一旦、こうした不具合が生じると、人間が復旧作業をすることとなり生産性は著しく低下する。
図１５に、不具合の状態を説明する図を示した。（ａ）は第１の部品２１０を第２の部品２２０に挿入する前の状態、（ｂ）は挿入作業が良好にいき、うまく第１の部品２１０が第２の部品２２０に挿入される状態、（ｃ）は第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置が少しズレており、両者が接触してハンド部１６０と第１の部品２１０との間で滑りを生じている状態、（ｄ）は第１の部品２１０が第２の部品２２０に少し斜めに挿入されている状態をそれぞれ表している図である。
【０００５】
（ｃ）の位置ズレに対して従来のロボット作業では、ひたすら位置精度を向上させ、位置のフィードバックを繰り返し行うことに注力してきた。しかしながら、部品を搬送する位置精度を向上させることや、部品をパレットなどに並べる位置精度を向上させることには限界があった。さらに、部品をロボットのハンド部１６０が把持する際の把持位置にもバラツキが生じることで、想定している部品の中心位置と実際の部品の中心位置に差が生じることもあった。
（ｄ）の斜めになった場合には、ロボットのハンド部１６０に力覚センサーや平行移動のズレや角度のズレを吸収するためのコンプライアンス素子を備えれば、力覚センサーの信号をフィードバックすることで斜めになった状態を補正しながら挿入を行うことが可能になる。これと似ている作業として、第１の部品２１０と第２の部品２２０の隙間が小さい圧入作業の場合にも、同様な制御によって行うことができる。
【０００６】
しかしながら、位置ズレによって挿入ができないのか、斜めになって挿入ができないかを判断してそれを補正するには時間がかかり、ロボットによる部品組立の自動化による生産性は、人間の手作業に比べて高くはなっていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部に加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部と、前記力覚センサーの出力に基づいて、前記摂動アクチュエーターを前記ハンド部または前記アーム部の駆動と同時に駆動制御する制御手段とを備えたことを特徴とするロボット。
【０００９】
この適用例によれば、ハンド部で被対象物を把持する際に、摂動アクチュエーターによって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部と被対象物とがよく馴染み、被対象物の把持精度が向上する。
また、被対象物の位置合わせの際に、摂動アクチュエーターによって摂動トルクを与えながら、コンプライアンス機能を持つ力覚センサーで、ハンド部に加わる力を検出し、摂動アクチュエーターをハンド部またはアーム部の駆動と同時に駆動制御することにより、被対象物の位置合わせが容易に行える。
したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボットが得られる。
【００１０】
［適用例２］
上記ロボットであって、前記力覚センサーは、ヨークを備えた磁界発生部で形成される磁気回路を有する第１の基体と、前記磁気回路を横切る磁気センサーを有する第２の基体と、前記第１の基体と前記第２の基体との間に介在し、両者の間に加わる荷重によって弾性変形する弾性部材と、前記磁気センサーの位置調整手段または前記ヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方とを備えていることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁気センサーの位置調整手段または磁気回路を構成するヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方を備えているので、組立後において磁気回路と磁気センサーとの相対位置または磁気回路の少なくとも一方の調整が可能である。第１の基体と第２の基体とを弾性部材を介して組立てた際に、弾性部材の弾性変形等によって、第１の基体と第２の基体との相対位置がずれることにより、磁気回路と磁気センサーとの相対位置がずれて組立てられても、磁気回路中の磁気センサーの位置または磁気回路の少なくとも一方を調整できる。したがって、感度や加わる力に応じた出力のばらつきの少ない力覚センサーが得られる。このような力覚センサーによりハンド部および摂動アクチュエーターに加わる力をより正確に検出できるので、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットが得られる。
【００１１】
［適用例３］
上記ロボットであって、前記ヨークの形状は、前記磁気センサーの出力と前記荷重によって前記磁気回路中を移動する前記磁気センサーの移動距離とが比例関係になるような前記磁気回路を形成する形状であることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁気回路が、磁気センサーの出力と磁気センサーの移動距離とが比例関係になるように、ヨークの形状が形成されている。したがって、磁気センサーがヨークによって形成された磁気回路中のどの位置にあっても、感度や力に応じた出力が一定の力覚センサーが得られる。このような力覚センサーによりハンド部および摂動アクチュエーターに加わる力をより正確に検出できるので、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットが得られる。
【００１２】
［適用例４］
上記ロボットであって、前記磁界発生部は、永久磁石を備えていることを特徴とするロボット。
この適用例では、磁界発生部に、配線の不要な永久磁石を用いているので、構造が簡単で小型の製造コストの低減した力覚センサーが得られる。このような力覚センサーを備えているので、製造コストの低い生産性の向上したロボットが得られる。
【００１３】
［適用例５］
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部および前記摂動アクチュエーターに加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部とを備えたロボットの制御方法であって、前記摂動アクチュエーターの駆動信号と、前記力覚センサーの出力信号とに基づいて、前記被対象物の接触状態を判断して、前記ハンド部の把持および前記アーム部の駆動制御を行うことを特徴とするロボットの制御方法。
【００１４】
この適用例によれば、摂動アクチュエーターの駆動信号と、力覚センサーの出力信号とに基づいて、被対象物の接触状態を判断して、ハンド部の把持およびアーム部の駆動制御を行うので、被対象物の位置合わせが容易に行える。したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボットの制御方法が得られる。
【００１５】
［適用例６］
上記ロボットの制御方法であって、前記駆動制御は、前記摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御することを特徴とするロボットの制御方法。
この適用例では、摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させることにより、駆動信号と出力信号の違いにより被対象物の接触位置、安定点等の制御のための情報が増える。したがって、被対象物の位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボットの制御方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態におけるロボットの概略斜視図。
【図２】ロボットの全体構成図。
【図３】（ａ）は力覚センサーを有するハンド機構部の一例として側面図、（ｂ）および（ｃ）は、指部の例を示す（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図４】偏重心錘を使った摂動アクチュエーターの概略側面図。
【図５】圧電素子を使った摂動アクチュエーターの概略側面図。
【図６】力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。
【図７】（ａ）は、力覚センサーの磁界発生部および磁気センサー付近の概略拡大断面図、（ｂ）は、磁気センサーの出力電圧と磁界発生部からの距離との関係図。
【図８】磁気センサーがホール素子の場合の回路図。
【図９】ロボットの動作フローチャート図。
【図１０】変形例における（ａ）は、力覚センサーの磁界発生部および磁気センサー付近の概略拡大断面図、（ｂ）は、磁気センサーの出力電圧と磁界発生部からの距離との関係図。
【図１１】弾性部材の圧縮特性を示した図。
【図１２】第２実施形態における力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ概略断面図。
【図１３】軸部の中心と物体の接触位置との関係を示した図。
【図１４】第３実施形態における力覚センサーの概略図。（ａ）は概略平面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図。
【図１５】（ａ）は挿入前の状態を表す図、（ｂ）は挿入作業が良好にいきうまく部品が挿入される状態を表す図、（ｃ）では第１の部品と第２の部品の位置が少しズレており、両者が接触してハンド部と第１の部品との間で滑りを生じている状態を表す図、（ｄ）では第１の部品と第２の部品とが少し斜めに挿入されている状態を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１に本実施形態におけるロボット１００の概略斜視図を、図２にロボット１００の全体構成図を示した。
【００１８】
図１および図２において、ロボット１００は、コマンド入力部１１０と演算部１２０と制御手段としての制御部１３０と支持部１４０とアーム部１５０とハンド機構部１６０とを備えている。
アーム部１５０は、アクチュエーター１５１とアーム１５２とを備えている。ハンド機構部１６０は、アクチュエーター１６１とスライド軸１６２と力覚センサー１６３と摂動アクチュエーター１６４とハンド部１６５とを備えている。また、ハンド部１６５は、把持部としての２つの指部１６６を備えている。
【００１９】
図１において、土台としての支持部１４０は、例えば、組立装置または床等に固定されている。ロボット１００は、水平多関節ロボットであり、アーム１５２は、アクチュエーター１５１によって水平方向に動作する。
アーム部１５０の先端には、ハンド機構部１６０が設けられている。ハンド機構部１６０のスライド軸１６２は、アクチュエーター１６１によって、縦方向（垂直方向）に動く。また、スライド軸１６２は、アクチュエーター１６１によって、回転してもよい。
スライド軸１６２には、力覚センサー１６３が設けられ、その先に摂動アクチュエーター１６４、ハンド部１６５が設けられている。ハンド部１６５が先端に位置し、ハンド部１６５と力覚センサー１６３との間に、摂動アクチュエーター１６４が設けられている。
【００２０】
ロボット１００は、例えば、第１の部品２１０を第２の部品２２０へ挿入する作業を行う。第２の部品２２０は、搬送部２３０に設けられた位置決め２２１によって位置決めされ、挿入作業が行われる挿入位置２４０に順次送られてくる。
図１には、搬送部２３０によって、第２の部品２２０が搬送されてくる方向をＸ軸、スライド軸１６２の移動方向をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標を示した。
一方、ロボット１００のアーム部１５０およびハンド部１６５は、例えば、パレット２１１に並べられた第１の部品２１０を取りにいくために、Ｘ−Ｙ平面内の水平方向に移動し、ハンド部１６５がＺ軸方向に下降し、ハンド部１６５の指部１６６が第１の部品２１０を把持する。ロボット１００は、第１の部品２１０を把持したままハンド部１６５をＺ軸方向に上昇させ、第１の部品２１０の挿入位置２４０までアーム１５２を水平方向に移動させ、ハンド部１６５をＺ軸方向に下降させる。
【００２１】
以下に、ロボット動作について詳しく述べる。
図２において、コマンド入力部１１０では、オペレーターまたは他のシステム等から被対象物である第１の部品２１０および第２の部品２２０の位置やロボット動作の命令を入力する。
演算部１２０では、コマンドまたは力覚センサー１６３により得られた信号に基づいてロボット１００のアーム部１５０およびハンド部１６５の動作目標値を決める。
制御部１３０では、動作目標値に基づきアーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御を行う。
【００２２】
以下に、演算部１２０の動作を説明する。演算部１２０は、動作目標値演算部１２１と動作目標値指令部１２２と比較部１２３と接触位置演算部１２４とを備えている。
動作目標値演算部１２１は、コマンド入力部１１０からのコマンドに基づいて、被対象物までのアーム部１５０およびハンド機構部１６０の移動量や角度を演算する。
動作目標値指令部１２２は、演算された移動量を、それぞれアーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１，１３２へ出力し、アーム部１５０およびハンド機構部１６０のサーボ制御が行われる。
また、接触位置演算部１２４は、力覚センサー１６３により得られた信号を基にして、後に述べる方法での被対象物とハンド部１６５との接触位置を演算する。比較部１２３は、この接触位置とハンド部１６５の中心部とが一致しているか否か判断し、その結果を動作目標値指令部１２２へ入力する。動作目標値指令部１２２はこの比較結果に基づき、新たな動作目標値を制御部１３０へ送り、アーム部１５０およびハンド機構部１６０の移動を行わせる。
【００２３】
次に、ロボット１００のハンド機構部１６０の動作を詳しく説明する。
図３（ａ）に力覚センサー１６３を有するハンド機構部１６０の一例として側面図を示す。
図３（ｂ）および（ｃ）には、指部１６６の例として、図３（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図を２例示した。ハンド部１６５および指部１６６は、いずれも制御部１３０により移動、物体の把持、その他の動作の制御が行われる。
【００２４】
図３（ａ）において、２つの指部１６６は相互に接近および離隔する方向に開閉され、両側から挟むようにして被対象物である第１の部品２１０を把持する。
図３（ｂ）は、第１の部品２１０が円筒形の場合における指部１６６の概略断面図である。指部１６６には、円筒部を把持するためにＶ溝１６７が形成され、第１の部品２１０が垂直に把持し易い構造となっている。
【００２５】
図３（ｃ）は、第１の部品２１０が矩形状の場合の指部１６６の概略断面図である。指部１６６には、矩形部を把持するためにテーパー部１６８を有する凸部１６９が４隅に形成されている。
【００２６】
摂動アクチュエーター１６４には、周知のものを用いることができる。
図４に摂動アクチュエーター１６４の一例として摂動アクチュエーター３００の概略側面図を示した。
図４において、摂動アクチュエーター３００は、回転軸３１０と円柱形の偏重心錘３２０と歯車輪列３３０と第１のラジアル軸受３４０と第２のラジアル軸受３５０とスラスト軸受３６０とモーター３７０とこれらを収める容器３８０とを備えている。
【００２７】
回転軸３１０の一方側には、偏重心錘３２０と歯車輪列３３０の歯車３３１とが取り付けられている。回転軸３１０の他方側は、第１のラジアル軸受３４０によって支えられている。また、偏重心錘３２０の側面は、第２のラジアル軸受３５０に支えられている。さらに、偏重心錘３２０の底面は、スラスト軸受３６０によって支えられている。
モーター３７０には、歯車３３２が取り付けられ、歯車３３１と噛みあっている。歯車３３１と歯車３３２とで、歯車輪列３３０を構成している。ここで、歯車輪列３３０は、３以上の歯車から構成されていてもよい。
【００２８】
偏重心錘３２０の一部には、重さの異なる部分３２１が設けられ、重心位置が偏っている。
摂動アクチュエーター３００は、偏重心錘３２０を歯車輪列３３０を介してモーター３７０で回転させることによって振動を起こし、摂動トルクを生じるものである。
振動の周波数は、モーター３７０の回転数と歯車輪列３３０によって決まり、図３に示したハンド部１６５の大きさや重量などによって適正な値を選ぶ。また駆動電圧も同様である。
【００２９】
図３において、この摂動アクチュエーター３００（１６４）によって生じる摂動トルクにより、摂動アクチュエーター３００に取り付けられたハンド部１６５が振動して、第１の部品２１０と第２の部品２２０の嵌合部も振動し、嵌合の中心からずれている場合には、力覚センサー１６３にその信号が生じることになる。その信号がかなり大きい場合には、ハンド部１６５の位置にフィードバックをかけて補正する。その信号が、力覚センサー１６３のコンプライアンスで吸収できる範囲であれば、次の嵌合（挿入）のステップへ移行できる。
【００３０】
図５には、摂動アクチュエーター１６４の一例として、摂動アクチュエーター４００の概略側面図を示した。
図５において、摂動アクチュエーター４００は、圧電素子４１０と上下の板４２１，４２２と駆動回路４２０と弾性体４３０とを備えている。
摂動アクチュエーター４００は、圧電素子４１０を駆動回路４２０の交流電圧で駆動することによって振動を起こし、摂動アクチュエーター３００と同様に摂動トルクを生じるものである。
【００３１】
上下の板４２１，４２２は、弾性体４３０で結合されており、上下の板４２１，４２２の間に圧電素子４１０が配置されている。圧電素子４１０は、駆動回路４２０からの駆動信号によって振動する。圧電素子４１０は単層のものより積層された圧電素子４１０の方が変位量を大きく取れ、また発生する力も大きくなる。積層された圧電素子４１０の変位はその積層数や積層の厚さが大きければ、変位量も大きくなる。ハンド部１６５の大きさや重量を考慮して、十分な変位量がとれるように選ぶ。
【００３２】
図６に、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー１０の概略図を示した。（ａ）は力覚センサー１０の概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。
【００３３】
図６において、力覚センサー１０は、第１の基体としての軸部１と弾性部材２と第２の基体としてのハウジング３と４つの磁界発生部４と４つの磁気センサー５と磁気センサー５の位置調整手段５０とを備えている。
軸部１の中程にはリング状の凸部１１が形成されている。また、ハウジング３はリング状でその内面には、溝３１が形成されている。軸部１の凸部１１が弾性部材２を介してハウジング３の溝３１に嵌め込まれている。したがって、弾性部材２は、軸部１とハウジング３との間に介在している。
図には、軸部１の軸方向をＺ軸として、力を検知する方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向として示した。
【００３４】
また、凸部１１と溝３１との間のＺ軸方向には、スラスト方向の受け６Ａ，６Ｂが配置され、軸部１のＺ軸方向への移動あるいは軸部１のねじれるような変形はしにくくなっている。
したがって、本実施形態における力覚センサー１０は、力のモーメントを検出しない力覚センサーである。
【００３５】
軸部１の凸部１１の外周１１１には、軸部１の中心１Ｃを挟んで、Ｘ軸方向に２ヶ所、Ｙ軸方向に２ヶ所、凹部１２が形成され、凹部１２の底面１２５には磁界発生部４が設けられている。また、磁界発生部４に対向するハウジング３の溝３１の位置には、凹部３２が形成され、凹部３２の底面３２５には、磁気センサー５が配置されている。
【００３６】
軸部１やハウジング３は、弾性部材２よりも変形し難く、しかも非磁性の材料で構成される。例えば、金属ではアルミニウム、非磁性のステンレス、黄銅、亜鉛、マグネシウムなど、その他セラミックや硬い樹脂なども使用することができる。
弾性部材２としては、シリコンゴム、フッ素系ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴムなど、およびこれらを発泡成形させた、より変形量が大きく取れるものなどを、それぞれの必要な荷重や変形量に応じて適宜選択することができる。
【００３７】
磁界発生部４には、電磁石、永久磁石等を用いることができるが、配線等が不要で構造が簡単、小型にできる点から永久磁石が好ましい。
永久磁石としては、フェライト系磁石、ＮｄＦｅＢ系磁石、ＳｍＣo系磁石、アルニコ系磁石などが適している。永久磁石の数は１つでも２つでも良い。
磁気センサー５としては、ホール素子や磁気抵抗素子の半導体型のもの、フラックスゲート式のものなどが利用できる。
【００３８】
力覚センサー１０では、軸部１が、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の力を受けると、軸部１が弾性部材２を変形させるように作用し、その変形量に応じた出力が生じる仕組みとなっている。
例えば、図６（ｂ）中に示した白抜き矢印で示したように、軸部１の＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加えられた時には、弾性部材２にも＋Ｘ軸方向に力が加わり、弾性部材２が変形し、軸部１は＋Ｘ方向にある磁気センサー５に近づく。軸部１の移動に伴い磁界発生部４が移動すると、磁気センサー５を取り巻く磁界も変化し、４つの磁気センサー５の出力電圧は変化する。
【００３９】
ここで、＋Ｘ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(＋Ｘ)、−Ｘ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(−Ｘ)、＋Ｙ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(＋Ｙ)、−Ｙ軸方向にある磁気センサー５を磁気センサー(−Ｙ)とする。
例えば、＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加わる前の出力電圧をＶ0とすると、＋Ｘ軸方向に力Ｆｘが加わった後の磁気センサー５の出力電圧Ｖ+X、Ｖ-X、Ｖ+Y、Ｖ-Yは、以下のとおり変化する。
磁気センサー(＋Ｘ)の出力電圧Ｖ+X＞Ｖ0
磁気センサー(−Ｘ)の出力電圧Ｖ-X＜Ｖ0
磁気センサー(＋Ｙ)の出力電圧Ｖ+Y＝Ｖ0
磁気センサー(−Ｙ)の出力電圧Ｖ-Y＝Ｖ0
これらの出力電圧の比較から、力覚センサー１０として、＋Ｘ軸方向への力Ｆｘが作用したと判断される。力Ｆｘの大きさは、予め力の大きさに応じて出力電圧Ｖの大きさを測定しておくことによって、出力電圧Ｖが分かれば、力Ｆｘの大きさが分かる。
【００４０】
＋Ｙ軸方向の力Ｆｙについても同様であり、以下のとおり変化する。
磁気センサー(＋Ｘ)の出力電圧Ｖ+X＝Ｖ0
磁気センサー(−Ｘ)の出力電圧Ｖ-X＝Ｖ0
磁気センサー(＋Ｙ)の出力電圧Ｖ+Y＞Ｖ0
磁気センサー(−Ｙ)の出力電圧Ｖ-Y＜Ｖ0
Ｘ軸方向とＹ軸方向の出力電圧の合成から、斜めからの力も計算することが出来る。
【００４１】
図７（ａ）に、力覚センサー１０の磁界発生部４および磁気センサー５付近の概略拡大断面図を示した。
図７（ｂ）に、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４に対する相対移動距離との関係図を示した。ここでは、磁界発生部４に向かう方向を正方向として表している。以下、図に基づいて検出原理を説明する。
図７（ａ）において、磁界発生部４と磁気センサー５とは、弾性部材２を介在させ、対向して配置されている。磁界発生部４は、２つの永久磁石４１，４２とヨーク４３から構成されており、磁束４４が軸部１の凸部１１の外周側へ広がるように流れて再び戻るように磁気回路４５が形成されている。
【００４２】
この磁束４４を磁気センサー５で検出し、電圧として出力する。
軸部１が磁気センサー５に向かって力を受けると、弾性部材２が変形して、磁界発生部４と磁気センサー５との距離が小さくなり、磁気センサー５の出力は磁束４４が増えて大きくなる。結果として、力を電圧として検出することができる。
図７（ｂ）において、磁気センサー５の初期位置Ｌ0からの磁界発生部４に対する相対移動距離が大きくなる（磁界発生部４と磁気センサー５との距離が小さくなる）と、磁気センサー５の出力電圧が大きくなる。
【００４３】
図８に、磁気センサー５がホール素子の場合の回路例を回路図として示した。ＯＰＡｍｐはオペレーションアンプを、Ｔｒはトランジスターを、Ｒは抵抗を表している。
回路は、定電流部と計装アンプ部とバランス調整部とを備えている。これら各部の回路は周知の回路を用いることができ、また、具体的に図に示した回路に限らない。
【００４４】
ホール素子では、以下の原理で磁束４４の密度である磁界の強度を測定する。
ｐ型またはｎ型の半導体試料において、例えば、ｘ方向に電流を流し、ｙ方向に磁場を加える。この時半導体試料を流れている荷電粒子（キャリア）は磁場によるローレンツ力を受けてｚ方向に動く。これによって電流と磁場の両方に直交する方向に電場（ホール電場）が現れる。これがホール効果であり、ホール素子はホール効果を利用して、磁界の強度を測定できる。
ホール素子に利用される半導体としては、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）、インジウム・ヒ素（ＩｎＡｓ）、インジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）などであり、インジウム・アンチモンは高感度だが温度による影響を受け易く、ガリウム・ヒ素は温度による影響を受け難い等の特徴があり、用途によって使い分けることができる。
【００４５】
精度良く磁界を測定しようとすると、ホール電流は一定である方が良く、定電流部によってホール電流を一定とする。ホール電流は抵抗Ｒｈによって決めることができる。
ホール素子の出力部には、ホール電圧が発生するが、その電圧は小さいので、計装アンプ部によって増幅される。計装アンプ部は、１対の差動入力端子と基準端子を電位基準とするシングルエンド出力を持っており、入力インピーダンスが高く、同相信号除去比（ＣＭＲ：COMMON MODE REJECTION）が７０ｄＢ〜１００ｄＢ程度あり優れている。
計装アンプ部の出力電圧Ｖｏｕｔは、ホール電圧Ｖｈと計装アンプ部のゲインによって式（１）のように表される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
以上示したように、磁界に比例したホール電圧Ｖｈが出力として得られる。また、計装アンプ部によって増幅されたホール電圧Ｖｈのゼロ点がずれている場合には、バランス調整部によって調整することが出来る。
永久磁石４１，４２の材質や寸法・形状などを適切に設計することで、２つの永久磁石４１，４２に挟まれた空間の磁気回路である磁界勾配の傾きを加減することができる。
また、磁気センサー５の位置調整手段５０によって、磁気センサー５の位置を磁束４４の分布に対して移動させることができる。位置調整手段５０としては、例えば、ネジ、マイクロメーター等を用いて、機械的に磁気センサー５の位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に調整することができる。
【００４８】
次に、ロボット１００の制御方法について、制御の流れを図１および図２と図９に示すロボット１００の動作フローチャート図に基づいて説明する。
図１、図２および図９において、作業開始によって、演算部１２０は、コマンド入力部１１０からのコマンド入力（目標設定）を受け、その内容を解析して第１の部品２１０までの動作量である動作目標値を演算する。
次に、第１の部品２１０の把持命令によって、決定された動作目標値にしたがってアーム１５２をパレット２１１の把持位置へと移動する。この動作は、アーム部１５０のサーボ制御部１３２により行われる。
【００４９】
次に、ハンド部１６５が、第１の部品２１０の把持動作を行う。この動作は、ハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１により行われる。具体的には、ハンド部１６５を下降させ、第１の部品２１０を把持させる。このとき、摂動アクチュエーター１６４によって摂動させながら把持を行う。ハンド部１６５による把持は、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する。
【００５０】
次に、第１の部品２１０の挿入位置２４０への移動命令によって、ハンド部１６５を上昇させ、挿入位置２４０へ移動させ、ハンド部１６５を下降させる。このときも、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させる。
ハンド機構部１６０に設けられた力覚センサー１６３が、センサー信号を出力する。出力されたセンサー信号は、接触位置演算部１２４に入力され、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置や角度を演算する。
【００５１】
次に、演算された接触位置や角度の値は、比較部１２３へ入力され、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致しているか否かが判断される。ここで、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致している場合は、挿入動作へ移行する。
【００５２】
一方、第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致していない場合は、ハンド部１６５の位置合わせのためのアーム１５２の角度の補正値を演算し、その補正値をアーム１５２のサーボ制御部１３２へ、ハンド部１６５の位置合わせの指令を出し、アーム１５２の角度を補正すべくアクチュエーター１５１を動作させる。
その後また、ハンド部１６５の移動動作を行い、その時も、力覚センサー１６３の信号を受けて、再度接触位置演算部１２４において、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置や角度を演算する。結果が良ければ次の挿入動作へ移行する。このルーチンを第１の部品２１０の中心位置と第２の部品２２０の中心位置とが一致するまで行う。
【００５３】
ハンド部１６５を挿入方向へ移動させるための指令がハンド機構部１６０のサーボ制御部１３１を経由して送られ、ハンド機構部１６０のアクチュエーター１６１の動作を行う。その時も、力覚センサー１６３の信号を受けて、挿入位置の演算を行い、挿入動作が適切に行われたかを判断する。
【００５４】
挿入動作が終わっていない場合、ハンド部１６５の移動量の補正演算を行い、ハンド部１６５の移動量の補正命令を出し、ハンド部１６５の移動動作を行う。挿入動作が終了するまでこのルーチンを繰り返す。
【００５５】
挿入動作が終わった場合、把持の開放を行い、アーム１５２およびハンド部１６５の初期化を行い作業を終了する。
なお、把持動作の終了後は、物体の目的位置への移動、配置などの動作が行われる。また、把持する物体によっては慎重を期すべく、力覚センサー１６３からの信号より少なくなるまで、アームの角度を移動させるまでの動作を複数回繰り返えすように構成してもよい。
ハンド部１６５による把持またはアーム１５２の駆動制御は、摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する。
【００５６】
（変形例）
図１０（ａ）に、変形例における磁界発生部４０および磁気センサー５付近の概略拡大断面図を示した。図１０（ｂ）に、第１実施形態と同様に、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４０に対する相対移動距離との関係図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付した。
【００５７】
磁界発生部４０は、永久磁石４９と２つのヨーク４６，４７から構成され、磁束４４が軸部１の外周側へ広がるように流れて、再び戻るように磁気回路４８が構成されている。
この場合、２つの４６，４７に挟まれた空間の磁界勾配を比較的均一に設計することも可能であり、ヨーク４６，４７の形状次第で磁界勾配の傾きも加減ができる。例えば、ヨーク４６，４７の形状を永久磁石から離れるに従って薄くするようにテーパーをつけ、そのテーパーの形状を変えることで磁界勾配の傾きも変えることができる。
【００５８】
図１０（ａ）において、ヨーク４６，４７に挟まれた空間の略均一になった磁界勾配中に磁気センサー５が配置されている。
また、ヨーク４６，４７の形状によっては、ヨーク４６，４７と弾性部材２が接触しないように、弾性部材２の形状を変えることも可能である。変形例では、ヨーク４６，４７の軸部１の凸部１１からはみ出した部分には、弾性部材２が配置されていない。
【００５９】
ヨーク４６，４７は、パーミアンス調整手段６０を備えており、磁界勾配の傾き等を調整できるようになっている。パーミアンス調整手段６０は、位置調整手段５０と同様に、例えば、ネジ、マイクロメーター等を用いて、機械的にヨーク４６，４７の位置をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に調整することができる。
【００６０】
ヨーク４６，４７に挟まれた空間の磁界勾配が均一な場合、図１０（ｂ）に示すように、磁気センサー５の出力電圧と磁気センサー５の初期位置Ｌ0としたときの磁界発生部４０に対する相対移動距離とは比例関係になる。
【００６１】
第１実施形態および変形例において、ヨーク４３，４６，４７としては、飽和磁束密度が高い鉄系の材料、電磁軟鉄、低炭素鋼、珪素鋼板などが適しており、必要に応じて熱処理や防錆のためのメッキや塗装などが施される。ヨーク４３，４６，４７の形状は、永久磁石からの磁束が磁気センサー５をできるだけ多く通るように磁気抵抗が小さくなるような形状が良い。永久磁石のパーミアンスから適した形状を選択し、それに応じたヨーク４３，４６，４７の形状を設計することができる。
【００６２】
図１１には、弾性部材２の圧縮特性の例を示した。横軸が荷重を縦軸が変位量を示している。
図１１では、荷重に対して変位量が比例せず、緩やかな上に凸の曲線になるが、選択される弾性部材２の種類や発泡の仕方によってもこの曲線の形状は変化する。
力覚センサー１０の出力特性（荷重−出力電圧）は、弾性部材２の圧縮特性（荷重−変位量）と図７（ｂ）および図１０（ｂ）に示した磁気センサー５の出力特性の両方によって決まる。
弾性部材２の種類を選択するには、弾性部材２の圧縮特性やその他繰り返し荷重に対する安定性、温度特性など総合的な観点で選ばれるが、特にロボットのエンドエフェクターとしては圧縮特性が重要である。先ず、弾性部材２の圧縮特性を決めて弾性部材２の種類やグレードなどを決め、次に磁気センサー５の出力特性が比例関係となるように、磁界発生部４，４０の磁界勾配を設計する。
磁気センサー５の出力特性が比例関係であれば、出力電圧から簡単に荷重を求めることができ、弾性部材２の圧縮特性を考慮して変換する手段を必要としない。
【００６３】
また、磁気センサー５の位置調整手段５０またはヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０のうち少なくとも一方を備えていればよく、位置調整手段５０またはヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０によっても、磁界勾配の調整が可能である。
【００６４】
このような本実施形態および変形例によれば、以下の効果がある。
（１）ハンド部１６５の指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら把持作業を行うことができ、ハンド部１６５の指部１６６と第１の部品２１０とがよく馴染み、第１の部品２１０の把持精度を向上することができる。
具体例については、第１の部品２１０を支持するパレット２１１と第１の部品２１０との相対位置はそれほど正確ではないため、第１の部品２１０を把持するとＶ溝１６７に必ず収まるわけではない。そこで、指部１６６で第１の部品２１０を把持する際に、摂動アクチュエーター１６４で摂動を与えながら把持すると、円筒形の第１の部品２１０が指部１６６のＶ溝１６７に馴染んで把持することができる。
摂動アクチュエーター１６４で摂動を与えながら把持すると、矩形状の第１の部品２１０が指部１６６のテーパー部１６８に馴染んで把持することができる。
【００６５】
また、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせの際に、摂動アクチュエーター１６４によって摂動トルクを与えながら、コンプライアンス機能を持つ力覚センサー１６３で、ハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力を検出し、摂動アクチュエーター１６４をハンド部１６５およびアーム部１５０の駆動と同時に駆動制御することにより、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせを容易に行うことができる。
したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６６】
（２）磁気センサー５の位置調整手段５０または磁気回路４８を構成するヨーク４６，４７のパーミアンス調整手段６０のうち少なくとも一方を備えているので、組立て後において磁気回路４５，４８と磁気センサー５との相対位置または磁気回路４５，４８の少なくとも一方の調整を可能にできる。軸部１とハウジング３とを弾性部材２を介して組立てた際に、弾性部材２の弾性変形等によって、軸部１とハウジング３との相対位置がずれることにより、磁気回路４５，４８と磁気センサー５との相対位置がずれて組立てられても、磁気回路４５，４８中の磁気センサー５の位置または磁気回路４８の少なくとも一方を調整できる。したがって、感度や加わる力に応じた出力のばらつきの少ない力覚センサー１０を得ることができる。このような力覚センサー１０によりハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力をより正確に検出できるので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行うことができ、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６７】
（３）磁界発生部４，４０に、配線の不要な永久磁石を用いているので、構造が簡単で小型の製造コストの低減した力覚センサー１０を得ることができる。このような力覚センサー１０を備えているので、製造コストの低い生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００６８】
（４）摂動アクチュエーター１６４の駆動信号と、力覚センサー１０の出力信号とに基づいて、第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触状態を判断して、ハンド部１６５の把持およびアーム部１５０の駆動制御を行うので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせを容易に行うことができる。したがって、部品組立の時間が短く、生産性の向上したロボット１００の制御方法を得ることができる。
【００６９】
（５）摂動アクチュエーター１６４の駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させることにより、駆動信号と出力信号の違いにより第１の部品２１０と第２の部品２２０との接触位置、安定点等の制御のための情報が増える。したがって、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００の制御方法を得ることができる。
【００７０】
変形例によれば、以下の効果がある。
（６）磁気回路４８が、磁気センサー５の出力と磁気センサー５の移動距離とが比例関係になるように、ヨーク４６，４７の形状が形成されている。したがって、磁気センサー５がヨーク４６，４７によって形成された磁気回路４８中のどの位置にあっても、感度や力に応じた出力が一定の力覚センサー１０が得られる。このような力覚センサー１０によりハンド部１６５および摂動アクチュエーター１６４に加わる力をより正確に検出できるので、第１の部品２１０と第２の部品２２０との位置合わせがより容易に行え、部品組立の時間が短く、より生産性の向上したロボット１００を得ることができる。
【００７１】
（第２実施形態）
図１２（ａ）には、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー２０の概略平面図を、（ｂ）には、（ａ）におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ概略断面図を示した。
本実施形態では、磁気センサー５と磁界発生部４とを多数配置して、力覚センサー２０を多軸化したものである。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の必要なものだけ符号を付した。説明のない構成要素は、大きさ、形状が異なっていても第１実施形態と同様の機能、構造である。また、磁気センサー５の位置調整手段５０およびパーミアンス調整手段６０は省略してある。
本実施形態では、磁気センサー５と磁界発生部４との対は、１２ヶ所設けられている。そのうち、８ヶ所は、Ｚ軸方向に設けられている。
【００７２】
弾性部材２１は、Ｚ軸方向に設けられた８ヶ所の磁気センサー５と磁界発生部４との対の内側にリング状に設けられている。また、第１実施形態におけるスラスト方向の受け６Ａ，６Ｂは設けられていない。したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の他に、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向へのモーメントＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚについても測定可能である。
一例として図中斜線矢印でモーメントＭを示した。モーメントＭは、Ｘ成分およびＹ成分を持っている。
なお、本実施形態の軸部１３には、貫通孔１４が形成されている。
【００７３】
図１３は、軸部１３の中心と物体の接触位置との関係を示した図である。
座標の原点０は軸部１３の中心１Ｃであり、Ｎ’（Ｘ１，Ｙ１）は軸部１３と物体との接触位置である。原点０を中心として物体の位置Ｎ’点の合成モーメントＭは、モーメントのＸ成分をＭｘ、モーメントのＹ成分をＭｙとして、Ｍ＝（Ｍｘ2＋Ｍｙ2）(1/2)と表される。
原点０からＮ’点までの距離をｒとすればＺ軸周りのモーメントＭは、力ＦによりＭ＝Ｆ×ｒと表される。
モーメントＭｘ、Ｍｙの符号の正負からＮ’点がどの領域（Ｘ−Ｙ平面上の第１〜第４象限のいずれか）にあるかがわかる。さらに、モーメントＭｘ、Ｍｙの比から、角度θは、ｔａｎθ＝Ｍｙ/Ｍｘとなる。
距離ｒから、Ｎ’点の座標Ｘ１、Ｙ１は、それぞれＸ１＝ｒ×ｃｏｓθおよびＹ１＝ｒ×ｓｉｎθとなる。
【００７４】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（７）Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への力だけでなく、モーメントＭの各成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚについても測定可能である。
【００７５】
（第３実施形態）
図１４には、本実施形態における力覚センサー１６３の一例として、力覚センサー７０の概略平面図を、（ｂ）には（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図を示した。同じ構成要素には同じ符号を付し、説明の必要なものだけ符号を付した。説明のない構成要素は、大きさが異なっていても第１実施形態と同様の機能、構造である。
本実施形態においても、磁気センサー５の位置調整手段５０およびパーミアンス調整手段６０は省略してある。
【００７６】
図１４において、力覚センサー７０は、第１の基体としての軸部７１と第２の基体としてのベース７３とを備えている。
軸部７１の片端には、円盤形状の支持板７２が設けられている。また、ベース７３の形状は、底部７３１を有する円筒形状であり、リング状の蓋部７４を備えている。蓋部７４には中央に開口部７４１が形成されている。ベース７３の底部７３１には回路部７５が設けられ、その上には支持部７６が設けられている。
支持板７２には、磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが軸部７１の中心７Ｃに対し回転対称になるように配置されている。一方、支持部７６には、磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに対向するように配置されている。
【００７７】
軸部７１の支持板７２と支持部７６とが平行になるように、軸部７１の支持板７２は、蓋部７４と支持部７６との間に弾性部材２２で保持されている。したがって、軸部７１とベース７３との間には、弾性部材２２が介在している。軸部７１は、開口部７４１から突出している。
【００７８】
軸部７１に、例えば、図中に白抜き矢印で示す＋Ｘ方向の力Ｆｘが加えられた時には、軸部７１はベース７３に対して＋Ｘ方向に変位を生じる。すると、４つの磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの出力が平衡点からずれて、出力電圧が変化する。
ここで、４つの磁界発生部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの磁界勾配の向きを変えて、出力電圧の符号を変え、Ｘ−Ｙ平面上で力の方向が分かるようにしておく。例えば、表１のように各磁気センサーの出力電圧を設定しておく。
【００７９】
【表１】
【００８０】
ここで、第１象限方向への力（＋Ｘ＋Ｙ）に対して、５Ａは＋、５Ｂは〜０、５Ｃは−、５Ｄは〜０の出力となり、第２象限方向への力（−Ｘ＋Ｙ）に対して、５Ａは〜０、５Ｂは−、５Ｃは〜０、５Ｄは＋の出力となり、第３象限方向への力（＋Ｘ−Ｙ）に対して、５Ａは〜０、５Ｂは＋、５Ｃは〜０、５Ｄは−の出力となり、第４象限方向への力（−Ｘ−Ｙ）に対して、５Ａは−、５Ｂは〜０、５Ｃは＋、５Ｄは〜０の出力となる。
【００８１】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（８）磁気センサー５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの出力電圧の変化量から、Ｘ−Ｙ平面上で加わった力の方向および大きさを知ることができる。
【００８２】
上述した実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
ヨーク４６，４７の形状は、変形例で示した平面で囲まれた形状に限らず、曲面を持つ形状であってもよい。例えば、磁気センサー５の出力特性が比例関係となるように、磁界発生部４，４０の磁界勾配を設計する際に、弾性部材２の圧縮特性に合わせて、ヨーク４６，４７の形状を、曲面を持つ形状としてもよい。
【００８３】
また、磁界発生部と磁気センサーとの配置は、原点、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して対称な位置に配置されるものに限らず、非対称の位置に配置されていてもよい。
さらに、第１の基体としては、円柱状の軸部１，１３，７１を備えたものに限らない。例えば、三角柱や四角柱であってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１，１３，７１，７２…第１の基体としての軸部および支持板、２，２１，２２…弾性部材、３…第２の基体としてのハウジング、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４０…磁界発生部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…磁気センサー、１０，２０，７０，１６３…力覚センサー、４１，４２，４９…永久磁石、４３，４６，４７…ヨーク、４５，４８…磁気回路、５０…位置調整手段、６０…パーミアンス調整手段、７３…第２の基体としてのベース、１００…ロボット、１３０…制御手段としての制御部、１５０…アーム部、１６４…摂動アクチュエーター、１６５…ハンド部、２１０…被対象物としての第１の部品、２２０…被対象物としての第２の部品。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物を把持するハンド部と、
前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、
前記ハンド部に加わる力を検出する力覚センサーと、
前記ハンド部を移動させるアーム部と、
前記力覚センサーの出力に基づいて、前記摂動アクチュエーターを前記ハンド部または前記アーム部の駆動と同時に駆動制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記力覚センサーは、
ヨークを備えた磁界発生部で形成される磁気回路を有する第１の基体と、
前記磁気回路を横切る磁気センサーを有する第２の基体と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間に介在し、両者の間に加わる荷重によって弾性変形する弾性部材と、
前記磁気センサーの位置調整手段または前記ヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方とを備えている
ことを特徴とするロボット。
【請求項３】
請求項２に記載のロボットにおいて、
前記ヨークの形状は、前記磁気センサーの出力と前記荷重によって前記磁気回路中を移動する前記磁気センサーの移動距離とが比例関係になるような前記磁気回路を形成する形状である
ことを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のロボットにおいて、
前記磁界発生部は、永久磁石を備えている
ことを特徴とするロボット。
【請求項５】
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部および前記摂動アクチュエーターに加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部とを備えたロボットの制御方法であって、
前記摂動アクチュエーターの駆動信号と、前記力覚センサーの出力信号とに基づいて、
前記被対象物の接触状態を判断して、
前記ハンド部の把持または前記アーム部の駆動制御を行う
ことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットの制御方法において、
前記駆動制御は、前記摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する
ことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項１】
被対象物を把持するハンド部と、
前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、
前記ハンド部に加わる力を検出する力覚センサーと、
前記ハンド部を移動させるアーム部と、
前記力覚センサーの出力に基づいて、前記摂動アクチュエーターを前記ハンド部または前記アーム部の駆動と同時に駆動制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とするロボット。
【請求項２】
請求項１に記載のロボットにおいて、
前記力覚センサーは、
ヨークを備えた磁界発生部で形成される磁気回路を有する第１の基体と、
前記磁気回路を横切る磁気センサーを有する第２の基体と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間に介在し、両者の間に加わる荷重によって弾性変形する弾性部材と、
前記磁気センサーの位置調整手段または前記ヨークのパーミアンス調整手段のうち少なくとも一方とを備えている
ことを特徴とするロボット。
【請求項３】
請求項２に記載のロボットにおいて、
前記ヨークの形状は、前記磁気センサーの出力と前記荷重によって前記磁気回路中を移動する前記磁気センサーの移動距離とが比例関係になるような前記磁気回路を形成する形状である
ことを特徴とするロボット。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のロボットにおいて、
前記磁界発生部は、永久磁石を備えている
ことを特徴とするロボット。
【請求項５】
被対象物を把持するハンド部と、前記ハンド部を振動させる摂動アクチュエーターと、前記ハンド部および前記摂動アクチュエーターに加わる力を検出する力覚センサーと、前記ハンド部を移動させるアーム部とを備えたロボットの制御方法であって、
前記摂動アクチュエーターの駆動信号と、前記力覚センサーの出力信号とに基づいて、
前記被対象物の接触状態を判断して、
前記ハンド部の把持または前記アーム部の駆動制御を行う
ことを特徴とするロボットの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のロボットの制御方法において、
前記駆動制御は、前記摂動アクチュエーターの駆動周波数または振幅のうち少なくとも一方を変化させて制御する
ことを特徴とするロボットの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２１４５７３（Ｐ２０１０−２１４５７３Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７５４６（Ｐ２００９−６７５４６）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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