具体实施方式
以下，基于附图所示的优选实施方式，对本发明的机器人以及机器人的操作方法进行详细地说明。
图1是表示本发明的机器人的优选实施方式的立体图。图2是表示图1所示的机器人所具有的升降机构的剖视图。图3是表示图1所示的机器人的转动轴的简图。图4是表示安装于图1所示的机器人的手端操作装置的图。图5是表示图1所示的机器人的控制系统的框图。图6是表示图1所示的机器人的驱动控制的框图。图7是对检测作业台的高度的方法进行说明的图。图8是对检测作业台的高度的方法进行说明的图。
图1所示的机器人100是双臂机器人，例如能够在制造手表那样的精密仪器等的制造工序中使用。这种机器人100具有机器人主体200、和对机器人主体200的动作进行控制的机器人控制装置900。此外，作为机器人100的配置，虽未特殊限定，但以下为了便于说明而对将机器人100垂直地（后述的转动轴O1垂直）配置于水平的地面的情况进行说明。
（机器人主体）
如图1所示，机器人主体200具有底座（基台）210、与底座210连结的躯干220、与躯干220的左右连结的一对多关节臂230、240、设置于躯干220的立体照相机250以及信号灯260、设置于各多关节臂230、240的未图示的手持照相机、以及设置于躯干220的背面侧的显示器270。
根据这种机器人100，能够使用立体照相机250、手持照相机一边确认作业台上的部件、工具等的位置，一边进行作业。另外，能够通过信号灯260而容易地确认机器人100的状态（驱动状态、正常停止状态、异常停止状态等）。另外，由于在显示器270上显示与机器人100相关的信息，所以能够简单地确认机器人100的状态。显示器270例如为触摸面板，能够通过操作触摸面板来切换显示画面、给予机器人100指令、或改变给予的指令。
底座
在底座210设置有使机器人100的移动变得容易的多个车轮（旋转部件）、锁定各车轮的锁定机构（未图示）、以及在移动机器人100时供把持的手柄（把持部）211。能够通过解除锁定机构并把持手柄211进行推拉，从而使机器人100自由地移动，并且能够通过利用锁定机构来锁定车轮，从而将机器人100固定在规定的位置。这样，通过使机器人100容易移动，从而提高机器人100的便利性。此外，也可以分别省略车轮、锁定机构以及手柄211。
另外，在底座210设置有用于与未图示的作业台抵接的缓冲器213。通过使缓冲器213与作业台的侧面抵接，从而能够使机器人100以隔开规定的间隔的方式面对作业台。因此能够防止机器人100与作业台意外地接触等。此外，缓冲器213具有：与作业台抵接的抵接部213a、和固定于底座210的固定部213b，在图1中，抵接部213a以位于比固定部213b靠下侧的方式安装于底座210。这种缓冲器213能够相对于底座210拆装，并能够使缓冲器213的朝向进行上下反转。即，也能够与图1相反地将缓冲器213以抵接部213a位于比固定部213b靠上方的的方式安装于底座210。这样，通过改变抵接部213a的高度，从而能够对应于不同高度的作业台。
此外，缓冲器213也可以不固定于底座210，而固定于后述的升降部810。由此，由于缓冲器213与躯干220一起一体地进行升降，所以能够利用升降机构800自动地调节缓冲器213的高度。因此成为便利性高的机器人100。
另外，在底座210设置有紧急停止按钮214，在紧急时通过按下该紧急停止按钮214就能够使机器人100紧急停止。
躯干
如图2所示，躯干220经由升降机构（移动机构）800，以能够沿垂直方向（转动轴O1方向）升降的方式相对于底座210连结。作为升降机构800的结构，只要能够使躯干220相对于底座210升降，则不作特殊限定。如图2所示，本实施方式的升降机构800具有：在内部设置有齿条811的筒状的升降部810、与齿条811啮合的小齿轮820、使小齿轮820旋转的蜗轮830、使蜗轮830旋转的蜗杆840、作为使蜗杆840旋转的驱动源的马达850、以及检测马达850的旋转角度的位置传感器860。上述结构中，升降部810与躯干220连结，并且小齿轮820、蜗轮830、蜗杆840以及马达850分别固定于底座210。若驱动马达850，则其动力经由蜗杆840以及蜗轮830传递至小齿轮820，并且齿条811伴随小齿轮820的旋转而移动。由此，升降部810与躯干220一起相对于底座210上升或下降。另外，通过使用蜗轮830以及蜗杆840，由此即使停止马达850，也能够维持升降部810的位置（高度）。此外，作为马达850，例如能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达，作为位置传感器860，例如能够使用编码器、回转式编码器、旋转变压器、电位计等。另外，也可以在马达850与蜗杆840之间设置降低马达850的旋转速度的减速机。
此外，躯干220经由关节机构310而以能够绕转动轴O1转动的方式相对于底座210（升降部810）连结。转动轴O1沿垂直方向延伸。作为关节机构310的结构，只要能够使躯干220相对于底座210（升降部810）而绕转动轴O1转动，则不作特殊限定，但在本实施方式中，如图5所示，关节机构310具有：作为驱动源的马达311、降低马达311的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达311的旋转角度的位置传感器312。作为马达311，例如能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达；作为减速机，例如能够使用行星齿轮型的减速机、谐波传动（“谐波传动”是注册商标）等；作为位置传感器312，例如能够使用编码器、回转式编码器、旋转变压器、电位计等。
多关节臂
如图1所示，多关节臂230具有：经由关节机构410而与躯干220连结的第一肩部（第一臂）231、经由关节机构420而与第一肩部231连结的第二肩部（第二臂）232、经由扭转机构430而与第二肩部232的前端连结的上臂部（第三臂）233、经由关节机构440而与上臂部233的前端连结的第一前臂部（第四臂）234、经由扭转机构450而与第一前臂部234的前端连结的第二前臂部（第五臂）235、经由关节机构460而与第二前臂部235的前端连结的手腕部（第六臂）236、以及经由扭转机构470而与手腕部236的前端连结的连结部（第七臂）237。另外，在连结部237设置有手部238，如图4所示，在手部238经由力觉传感器740而安装有与机器人100所执行的作业对应的手端操作装置610。
另外，如图3所示，关节机构410使第一肩部231相对于躯干220而绕与转动轴O1正交的转动轴O2转动，关节机构420使第二肩部232相对于第一肩部231而绕与转动轴O2正交的转动轴O3转动，扭转机构430使上臂部233相对于第二肩部232而绕与转动轴O3正交的转动轴O4转动（扭转），关节机构440使第一前臂部234相对于上臂部233而绕与转动轴O4正交的转动轴O5转动，扭转机构450使第二前臂部235相对于第一前臂部234而绕与转动轴O5正交的转动轴O6转动（扭转），关节机构460使手腕部236相对于第二前臂部235而绕与转动轴O6正交的转动轴O7转动，扭转机构470使连结部237相对于手腕部236而绕与转动轴O7正交的转动轴O8转动（扭转）。根据这种多关节臂230，能够利用比较简单的结构，与人类的臂部同样地实现关节（肩、肘、手腕）的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构410、关节机构420、扭转机构430、关节机构440、扭转机构450、关节机构460以及扭转机构470各自的结构，虽未特殊限定，但在本实施方式中形成为与上述的关节机构310同样的结构。即，如图5所示，关节机构410具有：作为驱动源的马达411、降低马达411的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达411的旋转角度的位置传感器412。另外，关节机构420具有：作为驱动源的马达421、降低马达421的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达421的旋转角度的位置传感器422。另外，扭转机构430具有：作为驱动源的马达431、降低马达431的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达431的旋转角度的位置传感器432。另外，关节机构440具有：作为驱动源的马达441、降低马达441的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达441的旋转角度的位置传感器442。另外，扭转机构450具有：作为驱动源的马达451、降低马达451的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达451的旋转角度的位置传感器452。另外，关节机构460具有：作为驱动源的马达461、降低马达461的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达461的旋转角度的位置传感器462。另外，扭转机构470具有：作为驱动源的马达471、降低马达471的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达471的旋转角度的位置传感器472。
多关节臂240是与上述多关节臂230同样的结构。即，如图1所示，多关节臂240具有：经由关节机构510而与躯干220连结的第一肩部（第一臂）241、经由关节机构520而与第一肩部241连结的第二肩部（第二臂）242、经由扭转机构530而与第二肩部242的前端连结的上臂部（第三臂）243、经由关节机构540而与上臂部243的前端连结的第一前臂部（第四臂）244、经由扭转机构550而与第一前臂部244的前端连结的第二前臂部（第五臂）245、经由关节机构560而与第二前臂部245的前端连结的手腕部（第六臂）246、经由扭转机构570而与手腕部246的前端连结的连结部247。另外，在连结部247设置有手部248，在手部248经由力觉传感器750而安装有与机器人100所执行的作业对应的手端操作装置620。
另外，如图3所示，关节机构510使第一肩部241相对于躯干220而绕与转动轴O1正交的转动轴O2’转动，关节机构520使第二肩部242相对于第一肩部241而绕与转动轴O2’正交的转动轴O3’转动，扭转机构530使上臂部243相对于第二肩部242而绕与转动轴O3’正交的转动轴O4’转动（扭转），关节机构540使第一前臂部244相对于上臂部243而绕与转动轴O4’正交的转动轴O5’转动，扭转机构550使第二前臂部245相对于第一前臂部244而绕与转动轴O5’正交的转动轴O6’转动（扭转），关节机构560使手腕部246相对于第二前臂部245而绕与转动轴O6’正交的转动轴O7’转动，扭转机构570使连结部247相对于手腕部246而绕与转动轴O7’正交的转动轴O8’转动（扭转）。根据这种多关节臂240，能够利用比较简单的结构，与人类的臂部同样地实现关节（肩、肘、手腕）的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构510、关节机构520、扭转机构530、关节机构540、扭转机构550、关节机构560以及扭转机构570各自的结构，虽未特殊限定，但是在本实施方式中，构成为与上述的关节机构310相同。即，如图5所示，关节机构510具有：作为驱动源的马达511、降低马达511的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达511的旋转角度的位置传感器512。另外，关节机构520具有：作为驱动源的马达521、降低马达521的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达521的旋转角度的位置传感器522。另外，扭转机构530具有：作为驱动源的马达531、降低马达531的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达531的旋转角度的位置传感器532。另外，关节机构540具有：作为驱动源的马达541、降低马达541的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达541的旋转角度的位置传感器542。另外，扭转机构550具有：作为驱动源的马达551、降低马达551的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达551的旋转角度的位置传感器552。另外，关节机构560具有：作为驱动源的马达561、降低马达561的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达561的旋转角度的位置传感器562。另外，扭转机构570具有：作为驱动源的马达571、降低马达571的旋转速度的减速机（未图示）、以及检测马达571的旋转角度的位置传感器572。
手端操作装置
安装于多关节臂230、240的前端的手端操作装置610、620例如具有把持对象物的功能。虽然手端操作装置610、620的结构根据所执行的作业而不同，但是例如能够如图4所示，形成为具有第一指611、621与第二指612、622的结构。这种结构的手端操作装置610、620，能够通过调整第一指611、621与第二指612、622的分离距离来把持对象物。
配置在手部238、248与手端操作装置610、620之间的力觉传感器740、750，具有检测出施加于手端操作装置610、620的外力的功能。而且，通过将力觉传感器740、750检测出的力反馈至机器人控制装置900，从而机器人100能够更精密地执行作业。另外，能够根据力觉传感器740、750检测出的力、力矩，来检测手端操作装置610、620对障碍物的接触等。因此能够容易地进行障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等。作为这种力觉传感器740、750，只要能够检测出彼此正交的三个轴的各轴的分力与分力矩，则不作特殊限定，能够使用公知的力觉传感器。
（机器人控制装置）
机器人控制装置900能够使躯干220、多关节臂230、240各自独立地动作。换言之，机器人控制装置900能够经由马达驱动器等独立地控制各关节机构310、410、420、440、460、510、520、540、560以及各扭转机构430、450、470、530、550、570所具备的各马达311、411～471、511～571。在该情况下，机器人控制装置900通过位置传感器312、412～472、512～572进行检测，并基于其检测结果而对各马达311、411～471、511～571的驱动（例如角速度、转动角度等）进行控制。该控制程序预先存储在内置于机器人控制装置900的未图示的记录介质中。
另外，机器人控制装置900也能够使升降机构800独立地动作。
具体而言，如图5所示，机器人控制装置900具有：控制马达311的驱动的第一驱动源控制部901、控制马达411的驱动的第二驱动源控制部902、控制马达421的驱动的第三驱动源控制部903、控制马达431的驱动的第四驱动源控制部904、控制马达441的驱动的第五驱动源控制部905、控制马达451的驱动的第六驱动源控制部906、控制马达461的驱动的第七驱动源控制部907、控制马达471的驱动的第八驱动源控制部908、控制马达511的驱动的第九驱动源控制部909、控制马达521的驱动的第十驱动源控制部910、控制马达531的驱动的第十一驱动源控制部911、控制马达541的驱动的第十二驱动源控制部912、控制马达551的驱动的第十三驱动源控制部913、控制马达561的驱动的第十四驱动源控制部914、控制马达571的驱动的第十五驱动源控制部915、以及控制马达850的驱动的第十六驱动源控制部916。
由于第一至第十五驱动源控制部901～915的结构彼此相同，所以以下代表性地对第一驱动源控制部901的一个例子进行说明，对于其他第二至第十五驱动源控制部902～915则省略其说明。
如图6所示，第一驱动源控制部901具有减法器901a、位置控制部901b、减法器901c、角速度控制部901d、转动角度计算部901e、以及角速度计算部901f。而且，除了向第一驱动源控制部901输入马达311的位置指令Pc之外，还从位置传感器312输入检测信号。第一驱动源控制部901以将根据位置传感器312的检测信号计算出的马达311的转动角度（位置反馈值Pfb）作为位置指令Pc，并且将后述的角速度反馈值ωfb作为后述的角速度指令ωc的方式，通过使用了各检测信号的反馈控制来驱动马达311。
即，向减法器901a输入位置指令Pc，另外从转动角度计算部901e输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部901e中，对从位置传感器312输入的脉冲数进行计数，并且将与该计数值对应的马达311的转动角度作为位置反馈值Pfb输出至减法器901a。减法器901a将上述位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差（从马达311的转动角度的目标值中减去位置反馈值Pfb所得到的值）输出至位置控制部901b。
位置控制部901b通过进行使用了从减法器901a输入的偏差和预先设定的系数亦即比例增益等的规定的运算处理，从而运算与该偏差对应的马达311的角速度的目标值。位置控制部901b将该表示马达311的角速度的目标值（指令值）的信号作为角速度指令ωc而输出至减法器901c。
另外，在角速度计算部901f中，基于从位置传感器312输入的脉冲信号的频率来计算马达311的角速度，并将该角速度作为角速度反馈值ωfb而输出至减法器901c。
向减法器901c输入角速度指令ωc和角速度反馈值ωfb。减法器901c将上述角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差（从马达311的角速度的目标值中减去角速度反馈值ωfb所得到的值）输出至角速度控制部901d。
角速度控制部901d通过使用从减法器901c输入的偏差和预先设定的系数亦即比例增益、积分增益等，进行包含积分的规定的运算处理，从而生成与该偏差对应的马达311的驱动信号，并经由马达驱动器将其供给至马达311。
由此，以位置反馈值Pfb尽量与位置指令Pc相等并且角速度反馈值ωfb尽量与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制，从而控制马达311的驱动（躯干220的转动）。
接下来，对升降机构800的驱动（基于第十六驱动源控制部916的控制）进行说明。升降机构800用于调节躯干220相对于作业台的高度（位置）。能够通过将躯干220相对于作业台设为适当的高度，从而使多关节臂230、240的驱动范围成为适合的范围，因此能够防止驱动范围、姿势被不得已地限定。因此能够发挥优异的作业性以及安全性。
躯干220的高度（距离地面的高度）例如以如下方式设定。首先，如图7（a）所示，使机器人100面对作业台1000设置，并根据需要使升降机构800动作以使躯干220处于躯干基准位置。将躯干基准位置相对于假定的作业台的高度设定在足够高的位置，并将该信息预先存储于机器人控制装置900所具备的未图示的存储部。但是躯干基准位置也可以由管理者（机器人100的操作者）结合作业台1000的高度而适当地设定。
另外，根据需要来驱动各关节机构410、420、440、460、510、520、540、560以及各扭转机构430、450、470、530、550、570，并且如图7（a）所示，将多关节臂230、240分别设为臂基准姿势。将臂基准姿势设定为：在使躯干220下降时，手端操作装置610、620比多关节臂230、240先接触作业台1000。将本实施方式的臂基准姿势设定为：手端操作装置610、620位于比多关节臂230、240靠下侧，并且其指尖朝向下侧。另外，将本实施方式的臂基准姿势设定为：手端操作装置610、620的下端的高度相等（即，沿水平方向排列）。由此能够如后述那样，容易地检测作业台1000的倾斜度。此外，关于躯干220位于躯干基准位置、且多关节臂230、240位于臂基准姿势时手端操作装置610、620的高度（位置）信息（以下，仅称为“位置信息”），预先存储于机器人控制装置900。
接下来，将多关节臂230、240保持为臂基准姿势不变，利用升降机构800使躯干220从躯干基准位置下降。若使躯干220下降，则多关节臂230、240也与其一起下降，不久，如图7（b）所示，手端操作装置610、620的下端与作业台1000接触。若手端操作装置610、620与作业台1000接触，则通过力觉传感器740、750检测由于该接触所产生的应力（力成分）。因此，机器人控制装置900基于来自力觉传感器740、750的检测结果，检测出手端操作装置610、620接触到作业台1000。然后，在手端操作装置610、620与作业台1000接触之后，迅速停止躯干220的下降。此外，以下为了便于说明，将手端操作装置610、620与作业台接触时躯干220的高度作为“臂接触位置”。
接下来，机器人控制装置900基于从位置传感器312输出的信号，求出躯干220从躯干基准位置下降至臂接触位置为止的下降量（移动距离），并根据该下降量和手端操作装置610、620的上述位置信息，来检测作业台1000的高度。由此能够简单且可靠地检测作业台1000的高度。
而且，机器人控制装置900求出与作业台1000的高度相适应的躯干220的高度。然后机器人控制装置900对升降机构800的驱动进行控制，并且在使躯干220成为求出的高度的状态下，对机器人100的驱动进行控制。此外，也可以将作业台1000的高度、与适应该高度的躯干220的高度的关系预先作为表格存储。
其中，通常情况下，作业台1000为水平。因此，机器人程序也以作业台1000为水平的情况为前提来生成。因此若作业台1000相对于水平面倾斜，则有可能对机器人100的作业产生妨碍。因此机器人100构成为：检测作业台1000的倾斜度，并基于该结果来修正机器人程序。
例如，在臂基准姿势中，由于手端操作装置610、620的下端沿水平方向排列，所以若作业台1000为水平，则如图7（b）所示，手端操作装置610、620几乎同时与作业台1000接触。因此，在将多关节臂230、240保持为臂基准姿势不变，并利用升降机构800使躯干220从躯干基准位置下降时，在手端操作装置610、620几乎同时与作业台接触的情况下（换言之，在几乎同时从力觉传感器740、750检测出力成分的情况下），机器人控制装置900判断为作业台1000是水平的，从而不进行机器人程序的修正。相反，例如如图8（a）、图8（b）所示，在手端操作装置610先与作业台1000接触，且手端操作装置620在手端操作装置610之后与作业台1000接触的情况下，基于手端操作装置610与作业台1000接触时躯干220的高度T1和手端操作装置620与作业台1000接触时躯干220的高度T2之差ΔT（＝T1－T2）、以及手端操作装置610、620的与作业台1000接触的部位彼此的分离距离D，来检测作业台1000的倾斜度θ，并且根据作业台1000的倾斜度θ来修正机器人程序。由此，能够考虑作业台1000的倾斜度来发挥优异的作业性。此外，若为了使手端操作装置620与作业台1000接触，而使躯干220从手端操作装置610与作业台1000接触的状态进一步下降，则有可能对手端操作装置610施加过度的负荷。因此在这种情况下，优选在手端操作装置610与作业台1000接触之后，使多关节臂230动作，从而使手端操作装置610成为从作业台1000抬起的状态。
以上，虽然基于图示的实施方式对本发明的机器人以及机器人的操作方法进行了说明，但是本发明并不限定于此，各部的结构能够置换为具有相同功能的任意的结构。另外，也可以对本发明添加其他任意的构成物。
另外，在上述实施方式中，虽然对能够移动的机器人进行了说明，但是也可以利用螺栓等将机器人固定于作业室的地板、顶棚、墙壁等。另外，在上述实施方式中，虽然将机器人配置于地面且躯干沿垂直方向移动，但是机器人的配置并不限定于此，例如可以构成为将底座固定于顶棚且躯干沿垂直方向移动，也可以构成为将底座固定于壁面且躯干沿水平方向移动。
另外，在上述实施方式中，虽然机器人的转动轴的数量为15，但是本发明并不限定于此，机器人的转动轴的数量可以为1～14，也可以为16以上。
附图标记的说明：100...机器人；200...机器人主体；210...底座；211...手柄；213...缓冲器；213a...抵接部；213b...固定部；214...紧急停止按钮；220...躯干；230...多关节臂；231...第一肩部；232...第二肩部；233...上臂部；234...第一前臂部；235...第二前臂部；236...手腕部；237...连结部；238...手部；240...多关节臂；241...第一肩部；242...第二肩部；243...上臂部；244...第一前臂部；245...第二前臂部；246...手腕部；247...连结部；248...手部；250...立体照相机；260...信号灯；270...显示器；310...关节机构；311...马达312...位置传感器；410...关节机构；411...马达；412...位置传感器；420...关节机构；421...马达；422...位置传感器；430...扭转机构；431...马达；432...位置传感器；440...关节机构；441...马达；442...位置传感器；450...扭转机构；451...马达；452...位置传感器；460...关节机构；461...马达；462...位置传感器；470...扭转机构；471...马达；472...位置传感器；510...关节机构；511...马达；512...位置传感器；520...关节机构；521...马达；522...位置传感器；530...扭转机构；531...马达；532...位置传感器；540...关节机构；541...马达；542...位置传感器；550...扭转机构；551...马达；552...位置传感器；560...关节机构；561...马达；562...位置传感器；570...扭转机构；571...马达；572...位置传感器；610...手端操作装置；611...第一指；612...第二指；620...手端操作装置；621...第一指；622...第二指；740...力觉传感器；750...力觉传感器；800...升降机构；810...升降部；811...齿条；820...小齿轮；830...蜗轮；840...蜗杆；850...马达；860...位置传感器；900...机器人控制装置；901...第一驱动源控制部；901a...减法器；901b...位置控制部；901c...减法器；901d...角速度控制部；901e...转动角度计算部；901f...角速度计算部；902...第二驱动源控制部；903...第三驱动源控制部；904...第四驱动源控制部；905...第五驱动源控制部；906...第六驱动源控制部；907...第七驱动源控制部；908...第八驱动源控制部；909...第九驱动源控制部；910...第十驱动源控制部；911...第十一驱动源控制部；912...第十二驱动源控制部；913...第十三驱动源控制部；914...第十四驱动源控制部；915...第十五驱动源控制部；916...第十六驱动源控制部；1000...作业台；O1、O2、O2’、O3、O3’、O4、O4’、O5、O5’、O6、O6’、O7、O7’、O8、O8’...转动轴。