机器人系统
阅读：189发布：2023-01-09
专利汇可以提供机器人系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 机器人 系统，通过一个 力 检测部来进行 接触 检测和力控制。机器人系统具备：机器人，具有 基座 、臂以及力检测部，所述臂支承于所述基座，所述力检测部设置于所述基座，并检测施加于所述臂的第一力；以及控制部，控制所述机器人的动作。所述控制部根据所述力检测部的输出来进行所述臂的力控制以及进行对应于所述机器人与物体的接触的所述臂的减速。，下面是机器人系统专利的具体信息内容。
1.一种机器人系统，其特征在于，用于进行与物体的接触检测，所述机器人系统具备：
机器人，具有基座、臂以及力检测部，所述臂支承于所述基座，所述力检测部设置于所述基座，并检测施加于所述臂的第一力；以及
控制装置，具有控制部，所述控制部根据所述力检测部的输出来进行所述臂的力控制以及进行所述机器人与所述物体的所述接触检测。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述第一力中包含第二力及转矩，
所述控制部在所述第二力在第一方向上的力分量的大小超过第一力阈值的情况下、以及所述第二力在第二方向上的力分量的大小超过比所述第一力阈值小的第二力阈值的情况下，根据所述接触检测执行所述臂的减速。
3.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制部根据从所述第二力中减去起因于作用于所述臂的重力的力以及起因于所述臂的动作的惯性力而得的力，来进行所述力控制以及所述接触检测。
4.根据权利要求2或3所述的机器人系统，其特征在于，
所述第一方向为所述控制部所接受的所述力控制的目标力的方向。
5.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制部在所述转矩在第一旋转方向上的转矩分量的大小超过第一转矩阈值的情况下、以及所述转矩在第二旋转方向上的转矩分量的大小超过比第一转矩阈值大的第二转矩阈值的情况下，执行所述臂的所述减速。
6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制部根据从所述转矩中减去起因于作用于所述臂的重力的转矩以及起因于所述臂的动作而产生的惯性力的转矩而得的转矩，进行所述力控制以及所述接触检测。
7.根据权利要求1所述的机器人系统，其特征在于，
所述机器人为水平多关节机器人。
机器人系统
技术领域
背景技术
[0002] 以往存在一种对施加于物体的力进行控制的力控制的机器人。在专利文献1的技术中，机器人系统具备第一力传感器以及第二力传感器。第一力传感器介于固定板和机器人底座之间。第二力传感器介于操作部和适配器之间。
[0003] 在专利文献1的技术中，通过第一力传感器检测施加于机器人的任意部位的作用力。通过第二力传感器检测施加于作业员所把持的操作部的操作力。通过从由第一力传感器检测到的作用力减去操作力的分量，算出机器人的任意部位与外部的物体接触时从物体施加于机器人的接触力。
[0004] 在操作力的大小在阈值以上时，执行手部引导动作。具体而言，根据操作力，生成用于使机器人动作的速度指令。在接触力在阈值以上的情况下，执行紧急停止方案。
[0005] 专利文献1：日本特开2017-177293号公报
[0006] 但是，在专利文献1的技术中，为了实现力控制，除了用于接触检测的力传感器之外，还需要在机器人的手指尖准备第二个力传感器。其结果是，与在机器人的手指尖未具备力传感器的方式相比，机器人的手指尖的质量变大，从而以相同程度的电机的输出能够实现的机器人的手指尖的移动速度低。
发明内容
[0007] 一种机器人系统，其特征在于，用于进行与物体的接触检测，所述机器人系统具备：机器人，具有基座、臂以及力检测部，所述臂支承于所述基座，所述力检测部设置于所述基座，并检测施加于所述臂的第一力；以及控制装置，具有控制部，所述控制部根据所述力检测部的输出来进行所述臂的力控制以及进行所述机器人与所述物体的所述接触检测。附图说明
[0008] 图1为示意性示出第一实施方式的机器人系统1的说明图。
[0009] 图2为示出执行力控制时的机器人100、动作控制装置30以及示教装置50的功能的图。
[0012] 图5为示出在使机器人100动作时，在动作控制装置30中实现接触检测和力控制的处理的流程图。
[0013] 图6为示出在通过作用力fS在X轴方向上的力分量Fx、在Y轴方向上的力分量Fy以及在Z轴方向上的力分量Fz所规定的假想空间内推定为非接触的区域Thf的图。
[0014] 图7为示出在通过作用力fS在U轴方向上的转矩分量Tu、在V轴方向上的转矩分量Tv以及在W轴方向上的转矩分量Tw所规定的假想空间内推定为非接触的区域Tht的图。
[0015] 图8为通过多个处理器构成机器人的控制装置的一个例子的概念图。
[0016] 图9为通过多个处理器构成机器人的控制装置的其他例子的概念图。
[0017] 符号说明
[0018] 1…机器人系统；25…机器人控制装置；30…动作控制装置；50…示教装置；53…接收部；57…输入装置；58…输出装置；100…机器人；110…臂；110a～110c…臂元件；180…基座；190…力检测部；200…末端执行器；301…CPU；302…RAM；303…ROM；400、400b…个人计算机；410a～410d…伺服电机；410v1、410v2…伺服电机；420、420a～420d…编码器；420v、420v1、420v2…编码器；500…云服务；501…CPU；502…RAM；503…ROM；510a～510d…减速器；510v1、510v2…减速器；700…车辆；710…惯性计测装置(IMU)；B01、B02…按钮；Cf1、Cf2…力阈值的值；Ct1、Ct2…转矩阈值的值；Da…伺服电机410a～410d的旋转角度；Dc…控制量；De…旋转角度Da与目标角度Dt间的偏差；Dj1、Dj2、Dj4…关节J11、J12、J14的旋转方向；Dt…目标角度；Dv…伺服电机410v1、410v2的旋转角度；Fx…作用力fS在X轴方向上的力分量；Fy…作用力fS在Y轴方向上的力分量；Fz…作用力fS在Z轴方向上的力分量；J11～J14…关节；Kpd…微分增益；Kpi…积分增益；Kpp…比例增益；Kvd…微分增益；Kvi…积分增益；
Kvp…比例增益；O…原点；RC…机器人坐标系；S…位置；St…目标位置；Thf…推定为非接触的区域；Thfc…在比较例中推定为非接触的区域；Tht…推定为非接触的区域；Thtc…在比较例中推定为非接触的区域；Tu…作用力fS在U轴方向上的转矩分量；Tv…作用力fS在V轴方向上的转矩分量；Tw…作用力fS在W轴方向上的转矩分量；U…电机M1～M6的角度位置的组合和机器人坐标系RC中的TCP的位置的对应关系；UI12…用户界面；W1、W2…车轮；W11～W16…输入窗；fg…起因于重力的力及转矩；fi1…起因于臂的动作而产生的惯性力的力；
fi2…起因于车辆的动作而产生的惯性力的力；fm…通过力检测部190检测到的力；fS…作用力；fSt…目标力；k、d、m…阻抗控制的参数；ΔfS(t)…力偏差；ΔS…基于力的校正量。
Kvp…比例增益；O…原点；RC…机器人坐标系；S…位置；St…目标位置；Thf…推定为非接触的区域；Thfc…在比较例中推定为非接触的区域；Tht…推定为非接触的区域；Thtc…在比较例中推定为非接触的区域；Tu…作用力fS在U轴方向上的转矩分量；Tv…作用力fS在V轴方向上的转矩分量；Tw…作用力fS在W轴方向上的转矩分量；U…电机M1～M6的角度位置的组合和机器人坐标系RC中的TCP的位置的对应关系；UI12…用户界面；W1、W2…车轮；W11～W16…输入窗；fg…起因于重力的力及转矩；fi1…起因于臂的动作而产生的惯性力的力；
fi2…起因于车辆的动作而产生的惯性力的力；fm…通过力检测部190检测到的力；fS…作用力；fSt…目标力；k、d、m…阻抗控制的参数；ΔfS(t)…力偏差；ΔS…基于力的校正量。
具体实施方式
[0019] A.第一实施方式：
[0020] A1：机器人系统的结构：
[0021] 图1为示意性示出第一实施方式的机器人系统1的说明图。在图1中，为了使技术的理解变得容易，示出机器人坐标系RC。机器人坐标系RC为通过在水平面上相互正交的X轴和Y轴、以铅直向上方向为正方向的Z轴规定的三维的直角坐标系。本实施方式的机器人系统1具备：机器人100、末端执行器200、车辆700和机器人控制装置25。
[0022] 机器人100为水平关节型机器人。在本说明书中，所谓“水平关节型机器人”是指，具备以相互平行的方向作为旋转轴而旋转的多个臂元件作为构成臂的臂元件，而不具备以与上述多个臂元件的旋转轴垂直的方向作为旋转轴的臂元件的机器人，即水平多关节机器人。
[0023] 机器人100为具有臂110的四轴机器人，该臂100具备四个关节J11～J14。臂110经由关节J11被支承于基座180。机器人100分别通过伺服电机使四个关节J11～J14旋转或者前进，并能够将安装于臂110的前端部的末端执行器200以指定的姿态配置于三维空间中的指定的位置。此外，也将代表三维空间中的末端执行器200的位置的地点称为TCP(Tool Center Point，工具中心点)。
[0024] 在臂110中，关节J11、J12、J14为以平行于机器人坐标系RC在Z轴方向上的方向为旋转轴的旋转关节。在图1中，将关节J11、J12、J13中的旋转方向分别示为Dj1、Dj2、Dj4。关节J13为在平行于Z轴方向的方向上动作的直线运动关节。在本说明书中，将构成臂110的多个关节中相互邻接的关节和关节之间的结构元素称为“臂元件”。在图1中，对于关节J11和关节J12之间的臂元件110a、关节J12和关节J13之间的臂元件110b以及构成臂110的前端并通过关节J13、J14而动作的臂元件110c附加符号而示出。臂元件110a经由关节J11连接于基座180。
[0025] 机器人100在关节J11～J14上分别具备伺服电机410、编码器420和减速器510。伺服电机410被动作控制装置30控制，从而使其输出轴旋转。减速器510使伺服电机410的输出轴的旋转减速并传递至臂元件。编码器420检测伺服电机410的输出轴的旋转角度。
[0026] 在图1中，对于驱动关节J11的伺服电机410a和编码器420a和减速器510a、驱动关节J13的伺服电机410c和编码器420c和减速器510c、驱动关节J14的伺服电机410d和编码器420d和减速器510d附加符号并示出。在本说明书中，关于伺服电机410a～410d，在不相互区别谈及的情况下，记述为“伺服电机410”。在本说明书中，关于编码器420a～420d，在不相互区别而谈及的情况下，记述为“编码器420”。关于减速器510a～510d，在不相互区别而谈及的情况下，记述为“减速器510”。
[0027] 经由关节J11旋转的臂元件110a、经由关节J12旋转的臂元件110b、经由关节J14旋转的臂元件110c，分别在水平方向上旋转。
[0028] 在臂元件110c的一部分的外表面上形成有凸螺纹。臂元件110c的该部分作为滚珠螺杆而发挥作用。通过伺服电机410d，作为滚珠螺杆的臂元件110c相对于臂元件110b沿着箭头J13所示的方向移动。
[0029] 基座180支承臂110。力检测部190设置于基座180的下部。力检测部190能够检测施加于臂110的力。更具体而言，力检测部190能够检测从外部即力检测部190以外的结构施加在X轴、Y轴、Z轴三轴方向上的力，以及检测围绕作为旋转轴的U轴、V轴、W轴的转矩。其结果是，力检测部190能够测定作用于力检测部190以外的结构即臂110在X轴、Y轴、Z轴三轴方向上的力，以及测定围绕U轴、V轴、W轴的转矩。力检测部190的输出被发送至动作控制装置30，用于机器人100的控制。
[0030] 车辆700经由力检测部190支承基座180。车辆700能够使机器人100移动至地面上的任意的位置。车辆700包括：两组车轮W1、W2、伺服电机410v1、410v2、编码器420v1、420v2、减速器510v1、510v2。此外，在本说明书中，关于伺服电机410v1、410v2，在不相互区别而谈及的情况下，记述为“伺服电机410v”。在本说明书中，关于编码器420v1、420v2，在不相互区别而谈及的情况下，记述为“编码器420v”。关于减速器510v1、510v2，在不相互区别而谈及的情况下，记述为“减速器510v”。
[0031] 伺服电机410v1、410v2被动作控制装置30控制，从而使其输出轴旋转。减速器510v1、510v2使伺服电机410v1、410v2的各输出轴的旋转减速并分别传递至车轮W1、W2。编码器420v1、420v2分别检测伺服电机410v1、410v2的输出轴的旋转角度。
[0032] 末端执行器200安装于臂110的前端。末端执行器200被动作控制装置30控制，能够抓握作为作业的对象物的工件，并且，能够松开所抓握的工件。其结果是，例如，末端执行器200、机器人100以及车辆700被动作控制装置30控制，从而能够抓握工件并使其移动。此外，在图1中，为了使得技术的理解容易，以单纯的四边形示出末端执行器200。
[0033] 机器人控制装置25控制机器人100。机器人控制装置25由动作控制装置30和示教装置50构成。
[0034] 动作控制装置30为控制机器人100的动作的控制装置。动作控制装置30连接于机器人100。动作控制装置30包括：作为处理器的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)301、RAM(Random Access Memory，随机存储器)302、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)303。用于控制机器人100的控制程序安装于动作控制装置30。在动作控制装置30中，作为硬件资源的CPU301、RAM302、ROM303与控制程序协同动作。具体而言，CPU301通过将存储于ROM303的计算机程序下载至RAM302并执行，实现各种功能。
[0035] 示教装置50为用于向动作控制装置30示教目标位置St和目标力fSt的装置。此外，目标力fSt作为分量可以包含直线作用的力和转矩。示教装置50具备：作为处理器的CPU501、RAM502、ROM503。用于向动作控制装置30示教目标位置St和目标力fSt的控制程序安装于示教装置50。在示教装置50中，作为硬件资源的CPU501、RAM502、ROM503与控制程序协同动作。具体而言，CPU501通过将存储于ROM503的计算机程序下载至RAM502并执行，从而实现各种功能。
[0036] 示教装置50进一步具备输入装置57和输出装置58。输入装置57接收来自用户的指示。输入装置57例如为鼠标、键盘、触摸面板等。输出装置58向用户输出各种信息。输出装置58例如为显示器、扬声器等。
[0037] A2.通过动作控制装置30进行力控制的处理：
[0038] 图2为示出执行力控制时的机器人100和动作控制装置30和示教装置50的功能的图。图2所示的“S”表示规定机器人坐标系RC的轴的方向，即X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向，以及作为旋转轴方向的U轴方向、V轴方向、W轴方向中的任一个方向。此外，U轴方向为以X轴方向作为旋转轴的旋转方向。V轴方向为以Y轴方向作为旋转轴的旋转方向。W轴方向为以Z轴方向作为旋转轴的旋转方向。例如，当S表示的方向为X轴方向时，在机器人坐标系RC中设定的目标位置的X轴方向分量记述为St＝Xt，目标力的X轴方向分量记述为fSt＝fXt。并且，S也表示沿着S所表示的方向的轴的位置。
[0039] 动作控制装置30将机器人100的伺服电机410a～410d的旋转角度的组合和机器人坐标系RC中的TCP的位置的对应关系U存储于RAM内(参照图2的中段右侧)。动作控制装置30，在机器人100所进行的作业的每个工序中，将目标位置St和目标力fSt相对应，并存储于RAM内。目标位置St和目标力fSt通过使用示教装置50的示教作业设定。
[0040] 若从编码器420a～420d取得伺服电机410a～410d的旋转角度Da，则动作控制装置30基于对应关系U，将旋转角度Da转换为机器人坐标系RC中的TCP的位置S(参照图2的右侧中段)。更具体而言，旋转角度Da被转换为表示TCP的位置的位置DX、位置DY、位置DZ、旋转角度RX、旋转角度RY以及旋转角度RZ的组合。
[0041] 力检测部190在独自的坐标系中检测施加于臂110的力fm(参照图2的右上部)。施加于臂110的力fm，作为分量可以包含直线作用的力和转矩。力检测部190的坐标系和机器人坐标系RC的关系，作为已知的数据被预先存储于动作控制装置30的RAM302。因此，基于力检测部190的输出，动作控制装置30能够确定机器人坐标系RC中的力fm。此外，为了使技术的理解变得容易，在图2中省略力检测部190的坐标系和机器人坐标系RC的关系。
[0042] 动作控制装置30对于在机器人坐标系RC中转换后的力fm，进行重力以及惯性力的补偿(参照图2的右下部)。所谓“重力的补偿”是指从力检测部190检测到的力fm中除去起因于重力的分量的处理。所谓“惯性力的补偿”是指从力检测部190检测到的力fm中除去起因于惯性力的分量的处理。以下，也将力检测部190检测到的力中起因于重力的力以及惯性力以外的力称为“作用力fS”。在本说明书中，作用力作为分量可以包含直线作用的力和转矩。
[0043] 作用力fS可以包含：(i)在力控制中，从末端执行器200所设定的作业对象物受到的力、(ii)作为与末端执行器200或者机器人100在作业中设定的作业对象物以外的结构接触的结果，而从该结构受到的力。通常，作用力fS是指(i)在力控制中，从末端执行器200所设定的作业对象物受到的力。
[0044] 动作控制装置30通过将目标力fSt和作用力fS代入柔顺运动控制的运动方程式，确定基于力的校正量ΔS(参照图2的左侧中段)。在本实施方式中，作为柔顺运动控制，采用阻抗控制。所谓“阻抗控制”是指通过伺服电机410a～410d实现假想的机械性阻抗的控制。以下所示的式(1)为阻抗控制的运动方程式。
[0045] 式(1)
[0046]
[0047] 在式(1)中，m为质量参数。质量参数也被称为惯性参数。d为粘性参数。k为弹性参数。各参数m、d、k从示教装置50取得。各参数m、d、k既可以为每个方向设定为不同的值的结构，也可以不依赖于方向而设定为共通的值。
[0048] 在式(1)中，ΔfS(t)为作用力fS相对于目标力fSt的偏差。ΔfS(t)中的t表示时间。目标力fSt，在机器人100进行的工序中，既可以设定为固定值，也可以根据依存于时间的函数设定。式(1)中的微分是指基于时间的微分。
[0049] 从式(1)得到的基于力的校正量ΔS是指，在TCP受到机械性阻抗产生的作用力fS的情况下，为了消除目标力fSt和作用力fS的力偏差ΔfS(t)、达成目标力fSt，TCP应该移动的位移。在此，“位移”通过直线距离及/或旋转角表示。
[0050] 动作控制装置30通过将基于力的校正量ΔS加入目标位置St，确定考虑了阻抗控制的校正目标位置(St+ΔS)(参照图2的中段右侧)。
[0051] 动作控制装置30，基于对应关系U，将针对机器人坐标系RC中的六个方向，即，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、U轴方向、V轴方向以及W轴方向上的校正目标位置(St+ΔS)，转换为伺服电机410a～410d各自的目标的驱动位置即目标角度Dt(参照图2的中段右侧)。
[0052] 动作控制装置30执行使编码器420a～420d的输出所示出的伺服电机410a～410d的旋转角度Da和作为控制目标的目标角度Dt一致的反馈控制。更具体而言，动作控制装置30使用旋转角度Da和目标角度Dt的偏差De、该偏差De的积分、以及该偏差De的微分，来执行针对位置的PID控制。在图2中，示出比例增益Kpp、积分增益Kpi、微分增益Kpd(参照图2的中央部)。
[0053] 动作控制装置30使用针对使用了上述的Kpp、Kpi、Kpd的位置的PID控制的输出和旋转角度Da的微分的偏差、该偏差的积分、该偏差的微分，执行针对速度的PID控制。在图2中，示出比例增益Kvp、积分增益Kvi、微分增益Kvd(参照图2的中段左侧)。
[0054] 以上处理的结果是，决定了伺服电机410a～410d的控制量Dc。动作控制装置30通过各伺服电机410a～410d的控制量Dc控制各伺服电机410a～410d。
[0055] 通过以上的处理，基于通过示教装置50设定的目标位置St和目标力fSt(参照图2的下段)，动作控制装置30能够控制臂110。
[0056] 图3为示出动作控制装置30中的重力的补偿以及惯性力的补偿的处理的框图。如前所述，动作控制装置30根据通过力检测部190检测到的力fm、作用于臂110的重力、起因于臂110的动作的惯性力，来进行补偿，并决定作用力fS(参照图2的右下)。
[0057] 动作控制装置30从力检测部190接收力fm的信息。动作控制装置30从机器人100的编码器420接收机器人100的伺服电机410的旋转角度Da的信息。动作控制装置30从车辆700的编码器420v接收车辆700的伺服电机410v的旋转角度Dv的信息。
[0058] 动作控制装置30如下地计算力检测部190测定的力及转矩中起因于施加于臂110等的重力的力及转矩。此外，在图3中，将起因于施加于臂110等的重力的直线力及转矩，汇总地记述为起因于重力的力fg。
[0059] 动作控制装置30计算(i)由在作业中被保持于末端执行器200的工件、末端执行器200、基座180以及臂110构成的构造的重心、(ii)该重心和力检测部190的位置的相对位置。
该计算基于(a)工件、末端执行器200、臂元件110a～110d以及基座180的各个的长度、重心位置以及重量、以及(b)从旋转角度Da确定时的臂110的姿态而执行。
该计算基于(a)工件、末端执行器200、臂元件110a～110d以及基座180的各个的长度、重心位置以及重量、以及(b)从旋转角度Da确定时的臂110的姿态而执行。
[0060] 并且，动作控制装置30基于该相对位置、上述构造的重量，计算施加于力检测部190的起因于施加于基座180以及臂110的重力的转矩(参照图3的fg)。此外，上述构造的重量为施加于力检测部190的起因于施加于基座180以及臂110的重力的力(参照图3的fg)。
[0061] 动作控制装置30如下地计算力检测部190测定的力及转矩中起因于由于臂110的动作而产生的惯性力的力及转矩。此外，在图3中，将起因于由于臂110的动作而产生的惯性力的直线力及转矩，汇总地记述为起因于惯性力的力fi1。
[0062] 动作控制装置30计算由工件、末端执行器200、基座180以及臂110构成的构造的重心与力检测部190的位置的相对位置的变化。并且，动作控制装置30基于将该相对位置的变化微分得到的加速度矢量、上述构造的重量，计算施加于力检测部190的起因于施加于基座180以及臂110的惯性力的力fi1。
[0063] 动作控制装置30如下地计算力检测部190检测的力及转矩中起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的力及转矩。此外，在图3中，将起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的直线力及转矩，汇总地记述为起因于惯性力的力fi2。
[0064] 动作控制装置30基于(i)由工件、末端执行器200、基座180以及臂110构成的构造的重心与力检测部190的位置的相对位置、(ii)上述构造的质量、(iii)从旋转角度Dv的变化确定的当时的车辆700的加速度矢量，计算施加于力检测部190的起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的力fi2。
[0065] 动作控制装置30通过从力检测部190检测到的力fm减去上述的力fg、fi1、fi2，算出作用力fS(也参照图2的右下部)
[0066] 通过进行上述的处理，正确地决定作用于机器人100的作用力fS中直线作用的力及转矩，能够执行臂110的力控制或臂110的动作的停止。
[0067] A3.示教装置50中的力控制的参数的输入处理：
[0068] 图4示出显示于示教装置50的输出装置58的用户界面UI12。经由示教装置50的输入装置57向用户界面UI12输入信息。用户界面UI12具备：输入窗W11～W16、按钮B01、B02。
[0069] 输入窗W11为用于输入力控制中的目标力的朝向的界面。在图4的示例中，指定了Z轴方向的负侧的朝向。输入窗W12为用于输入作为力信息的一部分的力控制中的目标力的大小的界面。在图4的示例中，指定了10N。
[0070] 输入窗W13为用于输入末端执行器200的重量的信息的界面。在图4的示例中指定了1kg。
[0071] 输入窗W14～W16为用于输入末端执行器的信息的一部分的臂110的前端的位置和安装于臂110的末端执行器200的重心位置的相对位置关系的信息的界面。在图4的示例中，作为相对的位置关系的信息，指定了X轴方向0、Y轴方向0以及Z轴方向的正侧50mm的相对位置。
[0072] 按钮B01为结束了向输入窗W11～W16的输入的用户用于使示教装置50进行下一项处理的按钮。按钮B02为用于返回至经由用户界面UI12的信息的输入之前的处理的按钮。
[0073] 经由上述的用户界面UI12，力控制中的目标力fSt的方向及大小被输入示教装置50及动作控制装置30(参照图2的下段)。针对动作的目标位置St，经由同样的界面，从示教装置50的输入装置57输入。在示教装置50中，将接收目标力fSt的方向及大小的输入、接收动作的目标位置St的输入的功能部，在图2中作为“接收部53”示出。
[0074] A4.接触检测和力控制：
[0075] 图5为示出使机器人100动作时，在动作控制装置30中实现接触检测和力控制的处理的流程图。基于力检测部190的输出，动作控制装置30进行臂110的力控制和对应于机器人100和物体的接触的臂110的停止。具体来说，图5的处理通过动作控制装置30的CPU301实现。此外，力控制中的目标力fSt和目标位置St，先于图5的处理，被预先地输入(参照图4)。
[0076] 在步骤S110中，动作控制装置30通过力检测部190检测施加于力检测部190的力fm(参照图2的右上部)。在步骤S120中，动作控制装置30，根据检测力fm除去起因于重力的力fg、起因于惯性力的力fi1、fi2，决定作用力fS(参照图2的右下部以及图3)。
[0077] 在步骤S130中，动作控制装置30，判定作用力fS的针对X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向分量是否分别小于力阈值Thfx、Thfy、Thfz，并且，作用力fS的针对U轴方向、V轴方向、W轴方向的各方向分量是否小于转矩阈值Thtu、Thtv、Thtw。根据应该通过机器人100实现的力控制的动作，力阈值Thfx、Thfy、Thfz以及转矩阈值Thtu、Thtv、Thtw被预先决定。
[0078] 例如，在通过力检测部190检测到的作用力fS在Z轴方向上的力分量Fz的大小超过力阈值Thfz的情况下、作用力fS在X轴方向上的力分量Fx的大小超过力阈值Thfx的情况下、或者作用力fS在Y轴方向上的力分量Fy的大小超过力阈值Thfy的情况下，步骤S130中的判定为“否”。
[0079] 此外，例如，在通过力检测部190检测到的作用力fS在W轴方向上的转矩分量Tw的大小超过转矩阈值Thtw的情况下、作用力fS在U轴方向上的转矩分量Fu的大小超过转矩阈值Thtu的情况下、或者作用力fS在V轴方向上的转矩分量Fv的大小超过转矩阈值Thtv的情况下，步骤S130中的判定为“否”。
[0080] 步骤S130中的判定结果为“否”的情况下，处理跳转至步骤S140。判定结果为“是”的情况下，处理跳转至步骤S150。也将步骤S130中进行的针对作用力大小的判定称为“接触检测”。
[0081] 在步骤S140中，动作控制装置30使臂110停止。在力的各方向分量的任一个超过阈值的情况下，或者，在转矩的各方向分量的任一个超过阈值的情况下，能够推定末端执行器200或者机器人100意外地接触了物体。因此，中止通过动作控制装置30的臂110的动作，从而臂110停止。其结果是，能够降低物体被臂110损伤的可能性。此外，“物体”指广泛地能够接触机器人100的物体。“物体”包含作业者、机器人100以外的机器人、配置于机器人100的周边的装置等。
[0082] 在步骤S150中，动作控制装置30执行实现目标力fSt的力控制(参照图2)。在步骤S160中，动作控制装置30判定TCP是否达到了目标位置St。在判定结果为“是”的情况下，处理结束。在判定结果为“否”的情况下，处理返回至步骤S110。
[0083] 通过进行上述的处理，动作控制装置30，基于设置于基座180的力检测部190，能够进行臂110的力控制、对应于机器人100和作业对象物以外的结构接触的臂110的减速。
[0084] 图6为示出在通过作用力fS在X轴方向上的力分量Fx、在Y轴方向上的力分量Fy以及在Z轴方向上的力分量Fz规定的假想空间内推定与作业对象物以外的物体的非接触的区域Thf的图。在以作用力fS在X轴方向上的力分量Fx、在Y轴方向上的力分量Fy、以及在Z轴方向上的力分量Fz为各轴的假想空间内，区域Thf为能够推定末端执行器200或者机器人100不会与物体意外地接触的区域(参照图5的S130)。图6示出推定进行向Z轴方向施加力的力控制的情况(参照图4的W11)的非接触的区域Thf。
[0085] 在将推定为末端执行器200或者机器人100与物体接触时的作用力fS的力分量的大小的阈值设为不依赖于作用力fS的力分量的方向的固定值的情况下，在图6中将推定为非接触的区域作为区域Thfc来示出。区域Thfc在以Fx轴、Fy轴、以及Fz轴规定的空间内为球形。
[0086] 在本实施方式中，与之对比，推定为非接触的区域Thf为以Fz轴方向为中心轴的圆柱形状。区域Thf为在Fx-Fy平面内与球形区域Thfc的外缘接触，在Fz轴方向上，相比球形区域Thfc达到更远离原点O的位置的圆柱。区域Thf在Fz轴方向的正侧的外缘以及Fz轴方向的负侧的外缘为垂直于Fz轴的平面。也就是说，区域Thf为相比底面的圆的半径，沿着轴方向上的长度更大的圆柱。当设区域Thf的外缘上的点的坐标为(Thfx，Thfy，Thfz)时，区域Thf的外缘通过下式(2)规定。
[0087] Thfx2+Thfy2＝Cf12并且Thfz＝±Cf2…(2)
[0088] 其中，0
[0089] 其结果是，Fz轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfz|比Fx轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfx|以及Fy轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfy|更大。
[0090] 在基于设置于基座180的力检测部190检测到的作用力fS进行力控制(参照图5的S150)，并且进行对应于接触的臂110的停止的情况下(参照图5的S140)，若针对各方向设定相等的力阈值，则会产生如下的问题。也就是说，针对通过机器人100的动作而力易于施加于力检测部190的方向(在本实施方式中为Z轴方向)，被检测到的力分量的大小频繁地超过力阈值Thfz，频繁地进行臂110的停止。但是，在本实施方式中，将通过机器人100的动作而力易于施加于力检测部190的方向(在本实施方式中为Z轴方向)设定为力阈值相比其他较大地设定的方向，从而，能够适当地进行对应于接触的臂110的停止。
[0091] 更具体而言，在本实施方式中，力阈值相比其他较大地设定的方向为动作控制装置30受到的力控制的目标力fSt的方向(参照图4的W11及图6)。因此，能够降低起因于机器人100的力控制而执行臂110的停止的可能性。另一方面，针对其他的方向，能够灵敏地检测与物体的接触。
[0092] 此外，在本实施方式中，力阈值相比其他较大地设定的方向为与臂元件110a、110b的关节J11、J12的旋转轴平行的方向(参照图1及图6)。因此，针对臂元件110a、110b不旋转移动的方向的力阈值Thfz，相比针对其他方向的力阈值Thfx、Thfy较大地设定。也就是说，针对由于臂元件110a、110b的移动而与物体接触的可能性低的旋转轴的方向，较大地设定力阈值。因此，针对由于臂元件110a、110b的移动而与物体接触的可能性低的旋转轴的方向，能够降低起因于机器人100的力控制而执行臂110的停止的可能性。另一方面，针对其他的X轴方向、Y轴方向，能够灵敏地检知由于臂元件110a、110b的移动而导致的与物体的接触。
[0093] 图7为示出在通过作用力fS在U轴方向上的转矩分量Tu、在V轴方向上的转矩分量Tv以及在W轴方向上的转矩分量Tw规定的假想空间内推定为非接触的区域Tht的图。在以作用力fS在U轴方向上的转矩分量Tu、在V轴方向上的转矩分量Tv、以及在W轴方向上的转矩分量Tw为各轴的假想空间内，区域Tht为能够推定末端执行器200或者机器人100不会与作业对象物以外的物体意外地接触的区域(参照图5的S130)。图7示出推定具有平行于Z轴方向的臂元件的旋转轴的水平关节型机器人(参照图1)的非接触的区域Tht。
[0094] 在将推定为末端执行器200或者机器人100与物体接触时的作用力fS的转矩分量的大小的阈值设为不依赖于作用力fS的转矩分量的旋转轴方向的固定值的情况下，在图7中将推定为非接触的区域作为区域Thtc而示出。区域Thtc在以Tu轴、Tv轴、以及Tw轴规定的空间内为球形。
[0095] 与之对比，在本实施方式中，推定为非接触的区域Tht为以Tw轴方向为中心轴的圆柱形状。区域Tht为在圆柱的两端面的中心点分别与球形区域Thtc的外缘接触，在Tu-Tw平面内，相比球形区域Thtc的外缘达到更远离原点O的位置的圆柱。区域Tht的Tw轴方向的正侧的外缘以及Fz轴方向的负侧的外缘为垂直于Tw轴的平面。当设区域Tht的外缘上的点的坐标为(Thtu，Thtv，Thtw)时，区域Tht的外缘通过下式(3)规定。
[0096] Thtu2+Thtv2＝Ct12并且Thtw＝±Ct2…(3)
[0097] 其中，0
[0098] 其结果是，Tw轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thfz|，比Tu轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thfx|以及Tv轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thfy|的最大值更小。
[0099] 在基于设置于基座180的力检测部190检测到的作用力fS进行力控制(参照图5的S150)，并且进行对应于接触的臂110的停止的情况下(参照图5的S140)，若针对各旋转方向设定相等的转矩阈值，则会产生如下的问题。也就是说，与由于机器人100的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向(在本实施方式中为W轴方向)相配合设定转矩阈值，其结果是，针对其他的旋转方向，起因于力控制而检测到的转矩分量的大小不必要地频繁地超过转矩阈值，频繁地进行臂110的减速。但是，在上述方式中，将由于机器人100的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向(在本实施方式中为W轴方向)设定为转矩阈值相比其他较小地设定的方向，从而，能够适当地进行对应于接触的臂110的停止。
[0100] 更具体而言，在本实施方式中，转矩阈值相比其他的方向的转矩阈值的最大值较小地设定的方向为与臂元件110a、110b的关节J11、J12的旋转轴平行的方向。也就是说，针对由于臂元件110a、110b的移动而与物体接触的可能性高的W轴方向，转矩阈值Thtw相比针对其他方向的转矩阈值Thtu、Thtv较小地设定。因此，针对由于臂元件110a、110b的移动而与物体接触的可能性高的W轴方向，能够灵敏地检知由于臂元件110a、110b的移动而导致的与物体的接触。另一方面，针对其他的U轴方向、V轴方向，能够降低起因于机器人100的力控制而执行臂110的停止的可能性。
[0101] 根据以上说明的第一实施方式的机器人系统1，基于设置于基座180的力检测部190，能够实现臂110的力控制(参照图5的S150)和机器人100和物体接触情况下的停止(参照图5的S140)。
[0102] 第一实施方式的机器人系统1，在臂110的前端不具备用于力控制的第二个力检测部。其结果是，与在臂110的前端具备力检测部的方式相比，臂110的前端的质量小。因此，与在臂110的前端具备力检测部的方式相比，以相同电机的输出能够实现的臂110的前端的移动速度更高。并且，能够进一步减小为了同程度地高速地使臂110的前端移动所必要的电机的输出。进一步，与臂的前端具备用于力控制的力检测部的方式相比，能够降低制造成本。
[0103] 也将本实施方式中的动作控制装置30称为“控制部”。也将机器人坐标系RC中的Z轴方向称为“第一方向”。也将机器人坐标系RC中的X轴方向以及Y轴方向称为“第二方向”。也将力阈值Thfz称为“第一力阈值”。也将力阈值Thfx、Thfy称为“第二力阈值”。
[0104] 也将本实施方式中的机器人坐标系RC中的W轴方向称为“第一旋转方向”。也将机器人坐标系RC中的U轴方向以及V轴方向称为“第二旋转方向”。也将转矩阈值Thtw称为“第一转矩阈值”。也将转矩阈值Thtu、Thtv称为“第二转矩阈值”。
[0105] B.第二实施方式：
[0106] 在上述第一实施方式中，对于机器人系统1进行作业时的力控制和接触检测的示例进行了说明。但是，图5的力控制和接触检测也能够先于通过机器人系统1的作业，在向机器人100进行动作的示教时适用。以下，对于向机器人100进行动作的示教时的力控制和接触检测进行说明。在第二实施方式中，向机器人100示教时执行图5的处理的点、以及动作控制装置30执行图5的处理中步骤S150和步骤S160的处理内容不同。在第二实施方式中，其他点与第一实施方式相同。
[0107] 向机器人100的动作的示教包含所谓的直接示教的处理。在直接示教中，用户使臂元件110c(参照图1)的前端移动至希望的位置，该位置被示教给机器人系统1。经由示教装置50的输入装置57进行应该存储位置的指示。也可以以上述的方式进行向机器人系统1的目标位置St(参照图2的下段)的输入。发挥这种功能的示教装置50的功能部为接收部53。
[0108] 动作控制装置30在直接示教中执行图5的处理。在直接示教中，用户在未向臂元件110c的前端施加力的期间，动作控制装置30不使臂110移动而维持臂110的姿态。在直接示教中，用户在向臂元件110c的前端施加力的期间，动作控制装置30根据通过力检测部190检测到的力使臂110的前端移动以及旋转。
[0109] 动作控制装置30，在图5的步骤S150中，以通过力检测部190检测到的力及转矩不大于基准值的方式，使臂110的前端移动以及旋转。针对各轴方向来决定上述的力的基准值以及转矩的基准值。上述的力的基准值以及转矩的基准值分别比步骤S130中的力阈值Thfx、Thfy、Thfz、以及转矩阈值Thtu、Thtv、Thtw小。
[0110] 此外，在步骤S150中，动作控制装置30在通过力检测部190未检测到作用力的情况下，即用户在未向臂元件110c的前端施加力的情况下，动作控制装置30不使臂110移动而维持臂110的姿态。
[0111] 在步骤S160中，用户判定臂110的前端是否到达了应该示教机器人100的目标位置St。在判定结果为“否”的情况下，处理返回至步骤S110，用户使臂元件110c的前端继续移动。在判定结果为“是”的情况下，图5的处理结束，用户经由示教装置50的输入装置57使机器人系统1存储当时的臂110c的前端的位置。
[0112] 在第二实施方式中，在进行直接示教时，在臂110接触物体的情况下，经由步骤S130的判定，在步骤S140中使臂110的动作停止。因此，在直接示教时，能够降低用户误使物体损伤的可能性。
[0113] 在第二实施方式中，在向机器人系统1的动作的示教中，基于设置于基座180的力检测部190，能够进行臂110的力控制(参照图5的S150)和机器人和物体接触情况下的停止(参照图5的S140)。
[0114] C.第三实施方式：
[0115] 图8为通过多个处理器构成机器人的控制装置的一个例子的概念图。在该示例中，除了机器人100以及其动作控制装置30之外，还描绘了个人计算机400、400b、经由LAN等的网络环境提供的云服务500。个人计算机400、400b分别包含处理器和存储器。并且，在云服务500中，能够利用处理器和存储器。处理器执行计算机能够执行的命令。利用上述多个处理器的一部分或者全部，能够实现包含动作控制装置30以及示教装置50的机器人控制装置25。此外，存储各种信息的存储部，也能够利用上述多个存储器的一部分或者全部而实现。
[0116] D.第四实施方式：
[0117] 图9为通过多个处理器构成机器人的控制装置的其他例子的概念图。在该例中，机器人100的动作控制装置30存储于机器人100中这点与图8不同。在该示例中，也能够利用多个处理器的一部分或者全部，实现机器人100的控制装置。此外，存储各种信息的存储部，也能够利用多个存储器的一部分或者全部而实现。
[0118] E.其他实施方式：
[0119] E1.其他实施方式1：
[0120] (1)在上述实施方式中，动作控制装置30从编码器420v1、420v2取得伺服电机410v1、410v2的输出轴的旋转角度，基于该旋转角度的变化，来计算起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的力fi2。
[0121] 但是，在车辆700具备惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)的方式中，动作控制装置30能够从惯性计测装置取得车辆700在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的加速度、以及在U轴方向、V轴方向、W轴方向上的角速度的信息。并且，基于上述的加速度、以及从角速度得到的角加速度，动作控制装置30能够计算起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的力fi2。在图1中，将惯性计测装置作为IMU710而示出。
[0122] 此外，惯性计测装置可以设置于机器人100等的车辆700以外的部位。例如，可以为机器人100的基座180具备惯性计测装置的方式。惯性计测装置在机器人中也可以设置于基座以外的部位。不过，优选的是，惯性计测装置在机器人中设置于比能够相对于基座移动的构成要素更靠近基座侧的部位。
[0123] (2)在上述实施方式中，机器人100被车辆700支承(参照图1)。但是，也可以为机器人100的基座180不移动的方式。在这种方式中，不需要进行从力检测部190测定的力fm中除去起因于由于车辆700的动作而产生的惯性力的力fi2的处理(参照图3的下段)。
[0124] (3)在上述实施方式中，动作控制装置30执行实现目标力fSt的力控制(参照图2以及图5的S150)。并且，目标力fSt作为分量可以包含直线作用的力和转矩。也就是说，力控制对于直线作用的力和转矩进行。但是，力控制也可以仅针对直线作用的力进行。在这种方式中，力检测部190可以为不进行转矩的检测的方式。并且，在这种方式中，也不必进行与转矩相关的阈值的比较(参照图5的S130)。例如，在水平关节型机器人中进行力控制的情况下，即使仅关于直线作用的力进行力控制，也能够以足够的精度进行力控制。不过，如果进一步也考虑转矩进行力控制的话，能够以更高精度进行力控制以及接触检测。
[0125] (4)在上述实施方式中，以具备一个臂110的水平关节型机器人100为例说明了本发明的技术。但是，本发明的技术也能够适用于具备两个臂的机器人等具备多个臂的机器人。
[0126] (5)在上述实施方式中，在作用力fS的针对X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向分量的任一个大于力阈值，或者，作用力fS的针对U轴方向、V轴方向、W轴方向的各方向分量大于转矩阈值的情况下，动作控制装置30使臂110停止。但是，在这种情况下，也可以为动作控制装置30使臂的动作速度下降的并且使臂继续动作的方式。在本说明书中，将不依赖于最终动作速度是否变为0而使臂的动作速度下降的情况称为“臂的减速”。
[0127] 此外，在作用力fS的针对X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向分量的任一个大于力阈值，或者，作用力fS的针对U轴方向、V轴方向、W轴方向的各方向分量大于转矩阈值的情况下(参照图5的S130)，即，在接触检测中进行了存在与物体的接触的内容的判定的情况下所进行的处理为臂的减速。但是，在做出了接触检测的肯定判定的情况下，所进行的处理可以为通过图像、语音或者灯的点亮等的处理进行的警告的输出。
[0128] (6)在上述实施方式中，臂元件110a、110b的关节J11、J12的旋转轴的方向与重力方向平行。但是，水平关节型机器人中的多个臂元件的关节的旋转轴的方向，也可以为与重力方向不同的方向。此外，也可以将本发明的技术适用于无重力环境下使用的机器人。
[0129] E2.其他实施方式2：
[0130] (1)在上述实施方式中，Z轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfz|，比X轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfx|以及Y轴方向上的非接触的力阈值的大小|Thfy|更大(参照图6)。但是，各方向的力阈值的大小也可以彼此相等(参照图6的Thfc)。在这种方式中，基于设置于基座的力检测部，能够进行臂的力控制、以及机器人与物体接触的情况下的减速。
[0131] (2)在上述实施方式中，力阈值相对于针对机器人坐标系RC的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向分量设定。但是，力阈值也可以针对与机器人坐标系RC不同的坐标系的各轴方向设定。在上述方式中，作用力fS在被坐标转换为基于设定了力阈值的坐标系的力矢量之后，执行与阈值的比较(参照图5的S130)。
[0132] E3.其他实施方式3：
[0133] 在上述实施方式中，动作控制装置30通过从力检测部190检测到的力fm减去起因于重力的力fg、以及起因于惯性力的fi1、fi2，算出作用力fS(参照图3以及图2的右下部)。但是，也可以为不进行基于起因于重力的力以及惯性力的补偿的方式。在这种方式中，优选的是，预先考虑起因于重力的力以及起因于机器人或车辆的动作的惯性力，来决定各方向的力阈值以及转矩阈值。此外，也可以为仅进行基于起因于重力的力的补偿、基于惯性力的补偿的任一方的方式。
[0134] E4.其他实施方式4：
[0135] (1)在上述实施方式中，力阈值相比其他较大地设定的方向为与臂元件110a、110b的关节J11、J12的旋转轴平行的方向(参照图1及图6)。但是，力阈值相比其他较大地设定的方向，可以为不与臂元件的关节的旋转轴平行的方向。
[0136] (2)在上述实施方式中，机器人100为水平关节型机器人(参照图1)。但是，适用本发明的技术的对象可以为垂直多关节机器人等的其他机器人。
[0137] E5.其他实施方式5：
[0138] 在上述实施方式中，力阈值相比其他较大地设定的方向为动作控制装置30受到的力控制的目标力fSt的方向(参照图4的W11及图6)。但是，力阈值相比其他较大地设定的方向，可以为与力控制的目标力的方向不同的方向。力阈值相比其他较大地设定的方向，能够基于机器人的旋转轴的方向、重力方向等各种方向来决定。
[0139] E6.其他实施方式6：
[0140] (1)在上述实施方式中，W轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thtw|，比U轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thtu|以及V轴方向上的非接触的转矩阈值的大小|Thtv|更小(参照图7)。但是，各方向的转矩阈值的大小也可以彼此相等(参照图7的Thtc)。在这种方式中，基于设置于基座的力检测部，能够进行臂的力控制、以及机器人与物体接触的情况下的减速。
[0141] (2)在上述实施方式中，转矩阈值相对于针对机器人坐标系RC的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向，更具体而言，U轴方向、V轴方向、W轴方向的各方向分量来设定。但是，转矩阈值也可以针对与机器人坐标系RC不同的坐标系的各轴方向来设定。在上述方式中，作用力fS在被坐标转换为基于设定了转矩阈值的坐标系的转矩矢量之后，执行与阈值的比较(参照图5的S130)。
[0142] E7.其他实施方式7：
[0143] 在上述实施方式中，动作控制装置30，通过从力检测部190检测到的力fm中减去起因于重力的力fg、以及起因于惯性力的fi1、fi2，算出作用力fS(参照图3以及图2的右下部)。但是，也可以为仅针对直线力和转矩中的一方，进行基于起因于重力的力以及惯性力的补偿的方式。
[0144] 在对于转矩不进行基于起因于重力的力以及惯性力的补偿的方式中，优选的是，预先考虑起因于重力的力以及起因于机器人或车辆的动作的惯性力，来决定各方向的转矩阈值。在对于直线力不进行基于起因于重力的力以及惯性力的补偿的方式中，优选的是，预先考虑起因于重力的力以及起因于机器人或车辆的动作的惯性力，来决定各方向的力阈值。
[0145] E8.其他实施方式8：
[0146] 在上述实施方式中，转矩阈值相比其他较小地设定的旋转轴方向为与臂元件110a、110b的关节J11、J12的旋转轴平行的旋转轴方向(参照图1及图6)。但是，转矩阈值相比其他较小地设定的旋转轴方向，可以为不与臂元件的关节的旋转轴平行的旋转轴方向。
[0147] F.其他方式：
[0148] 本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实现。例如，本发明能够通过以下的方式实现。与以下记载的各方式中的技术特征相对应的上述实施方式中的技术特征，为了解决本发明的课题的一部分或者全部，或者，为了达成本发明的效果的一部分或者全部，能够进行适当地替换、组合。并且，如果该技术特征在本说明书中没有作为必须事项说明的话，能够适当地删除。
[0149] (1)根据本发明的一方式，提供一种机器人系统。该机器人系统，具备：机器人，具有基座、臂以及力检测部，所述臂支承于所述基座，所述力检测部设置于所述基座，并检测施加于所述臂的力；以及控制装置，具有控制部，所述控制部基于所述力检测部的输出来进行所述臂的力控制以及进行所述机器人与物体的接触检测。
[0150] 若作为该种方式，基于设置于基座的力检测部，能够进行臂的力控制、以及机器人与物体的接触检测。其结果是，与在臂的前端具备用于力控制的力检测部的方式相比，以相同输出能够实现的臂的前端的移动速度更高。
[0151] 此外，在本说明书中，狭义的力是第二力，是指直线作用的力。另一方面，广义的力是第一力，包括第二力和转矩。
[0152] 根据本发明的一方式，提供一种机器人系统。该机器人系统为进行与物体的接触检测的机器人系统，具备：机器人，具有基座、臂以及力检测部，所述臂支承于所述基座，所述力检测部设置于所述基座，并检测施加于所述臂的第一力；以及控制所述机器人的动作的控制部。所述控制部根据所述力检测部的输出来进行所述臂的力控制以及进行对应于所述机器人和物体的接触的所述臂的减速。
[0153] 若作为该种方式，基于设置于基座的力检测部能够进行臂的力控制、以及机器人与物体接触的情况下的减速。其结果是，与在臂的前端具备用于力控制的力检测部的方式相比，以相同输出能够实现的臂的前端的移动速度更高。并且，为了同程度地高速地使臂的前端移动所必要的输出小。进一步，与臂的前端具备用于力控制的力检测部的方式相比，能够降低制造成本。
[0154] (2)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：在所述第一力中包含第二力以及转矩，所述控制部在所述第二力在第一方向上的力分量的大小超过第一力阈值的情况于所述第二力在第二方向上的力分量的大小超过比所述第一力阈值小的第二力阈值的情况下，根据所述接触检测执行所述臂的减速。
[0155] 在基于设置于基座的力检测部检测到的力进行力控制并且进行接触检测的情况下，若针对各方向设定相等的力阈值，则会产生如下的问题。也就是说，存在如下可能性：针对通过机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向，被检测到的力分量的大小频繁地超过力阈值，频繁地进行接触检测。但是，在上述方式中，通过根据由于机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向设定第一方向，针对由于机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向，也能够适当地进行接触检测。
[0156] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述力检测部能够检测到所述第二力的相互不同的三方向的力分量，所述控制部在通过所述力检测部检测到的作用力在第一方向上的力分量的大小超过第一力阈值的情况，或者所述作用力在第二方向上的力分量的大小超过第二力阈值的情况下，执行所述臂的所述减速，所述第二方向为与所述第一方向不同的方向，所述第一力阈值大于所述第二力阈值。
[0157] 在基于设置于基座的力检测部检测到的作用力进行力控制并且进行对应于接触的臂的减速的情况下，若针对各方向设定相等的力阈值，则会产生如下的问题。也就是说，存在如下可能性：针对通过机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向，被检测到的力分量的大小频繁地超过力阈值，频繁地进行臂的减速。但是，在上述方式中，通过根据由于机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向设定第一方向，针对由于机器人的动作而力易于施加于力检测部的方向，也能够适当地进行对应于接触的臂的减速。
[0158] 此外，在本说明书中，方向A和方向B“不同”是指，方向A和方向B具有不包含相同以及平行的关系。
[0159] (3)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述控制部根据从所述第二力中减去起因于作用于所述臂的重力的力以及起因于所述臂的动作的惯性力而得的力，来进行所述力控制以及所述接触检测。
[0160] 若作为该种方式，能够正确地决定作用于机器人的力，且能够执行接触检测。
[0161] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述控制部根据所述第二力、起因于作用于所述臂的重力的力、起因于所述臂的动作的惯性力，来决定所述作用力。
[0162] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述臂具备以相互平行的方向为旋转轴而旋转的多个臂元件，而不具备以与所述多个臂元件的旋转轴垂直的方向为旋转轴的臂元件，所述第一方向为平行于所述多个臂元件的旋转轴的方向。
[0163] 在上述方式中，针对臂元件不旋转移动的方向的第一力阈值，相比针对其他方向的第二力阈值较大地设定。也就是说，针对由于臂元件的移动而与物体接触的可能性低的方向，较大地设定第一力阈值。因此，针对由于臂元件的移动而与物体接触的可能性低的方向，能够降低起因于机器人的力控制而执行臂的减速的可能性。另一方面，针对其他的方向，能够灵敏地检知由于臂元件的移动而导致的与物体的接触。
[0164] (4)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述第一方向为所述控制部所接受的所述力控制的目标力的方向。
[0165] 在上述方式中，针对目标力的方向的第一力阈值，相比针对其他方向的第二力阈值较大地设定。因此，能够降低起因于机器人的力控制而执行臂的减速的可能性。另一方面，针对其他的方向，能够灵敏地检测与物体的接触。
[0166] (5)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述控制部在所述转矩在第一旋转方向上的转矩分量的大小超过第一转矩阈值的情况下、以及所述转矩在第二旋转方向上的转矩分量的大小超过比第一转矩阈值大的第二转矩阈值的情况下，执行所述臂的所述减速。
[0167] 在基于设置于基座的力检测部检测到的转矩进行力控制并且进行接触检测的情况下，若针对各旋转方向设定相等的转矩阈值，则会产生如下的问题。也就是说，与由于机器人的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向相配合设定转矩阈值，其结果是，存在如下可能性：针对其他的旋转方向，起因于力控制而检测到的转矩分量的大小不必要地频繁地超过转矩阈值，频繁地进行接触检测。但是，在上述方式中，通过根据由于机器人的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向设定第一旋转方向，针对其他方向也能够适当地进行接触检测。
[0168] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述力检测部进一步能够检测到所述转矩的相互不同的三个旋转方向的转矩分量，所述控制部在所述作用力的第一旋转方向的转矩分量的大小超过第一转矩阈值的情况，或者，所述作用力的第二旋转方向的转矩分量的大小超过第二转矩阈值的情况下，执行所述臂的所述减速，所述第二旋转方向为与所述第一旋转方向不同的旋转方向，所述第一转矩阈值小于所述第二转矩阈值的最大值。
[0169] 在基于设置于基座的力检测部检测到的作用力进行力控制并且进行对应于接触的臂的减速的情况下，若针对各旋转方向设定相等的转矩阈值，则会产生如下的问题。也就是说，与由于机器人的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向相配合设定转矩阈值，其结果是，存在如下可能性：针对其他的旋转方向，起因于力控制而检测到的转矩分量的大小不必要地频繁地超过转矩阈值，频繁地进行臂的减速。但是，在上述方式中，通过根据由于机器人的动作而与物体接触的可能性高的旋转方向设定第一旋转方向，针对其他方向，也能够适当地进行对应于接触的臂的减速。
[0170] 此外，在本说明书中，旋转方向P和旋转方向Q“不同”是指，旋转方向P和旋转方向Q具有不包含相同以及平行的关系。
[0171] (6)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述控制部根据从所述力检测部检测到的所述转矩减去起因于作用于所述臂的重力的转矩以及起因于由于所述臂的动作产生的惯性力的转矩而得到的转矩，进行所述力控制以及所述接触检测。
[0172] 若作为该种方式，能够正确地决定作用于机器人的转矩，并能够执行臂的减速。
[0173] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述控制部基于所述力检测部检测到的所述转矩、起因于作用于所述臂的重力的力、起因于所述臂的动作的惯性力，来决定所述作用力。
[0174] 若作为该种方式，能够正确地决定作用于机器人的作用力中的转矩，能够执行臂的减速。
[0175] (7)在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述机器人为水平多关节机器人。
[0176] 在上述方式中，针对与物体接触的可能性高的方向，能够以灵敏地检知与物体接触的方式设定。另一方面，针对其他方向，能够降低起因于机器人的力控制而进行接触检测的可能性。
[0177] 在上述方式的机器人系统中也可以为如下方式：所述臂具备以相互平行的方向为旋转轴而旋转的多个臂元件、不具备以与所述多个臂元件的旋转轴垂直的方向为旋转轴的臂元件，所述第一旋转方向为平行于所述多个臂元件的旋转轴的方向。
[0178] 在上述方式中，针对臂元件移动的旋转方向的第一力阈值，相比针对其他方向的第二力阈值较小地设定。也就是说，针对由于臂元件的移动而与物体接触的可能性高的方向，较小地设定第一转矩阈值。因此，针对由于臂元件的移动而与物体接触的可能性高的方向，能够灵敏地检知由于臂元件的移动而导致的与物体的接触。另一方面，针对其他方向，能够降低起因于机器人的力控制而执行臂的减速的可能性。
[0179] 上述的本发明的各方式具有的多个构成要素，并非全部是必须的，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者，达成本说明书记载的效果的一部分或者全部，关于所述多个构成要素的一部分的构成要素，能够适当地进行其变更、删除、与新的其他的构成要素的替换、限定内容的部分删除。此外，为了解决上述的课题的部分或者全部，或者，为了达成本说明书记载的效果的一部分或者全部，可以将上述本发明的一方式所包含的技术特征的部分或者全部与本发明的其他方式所包含的技术特征的部分或者全部组合，作为本发明的独立的一个方式。
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