JP2005138245A - 人間介入型ロボットの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 イベント発生手段6と、作業者100に作業を選択させる作業選択手段2とを備え、記憶手段8は、作業環境を追加した3次元モデルファイルと作業プログラムファイルとを記憶する第1記憶部9と、前記作業選択手段2の出力に基づいて前記作業プログラムファイルと前記3次元モデルファイルとをロードし記憶する第2記憶部10から構成され、ロボット制御手段11は、作業プログラム実行部12と、作業モデル更新部13と、音声提示手段14とを備える。
【選択図】図1
Description
一方、屋外での作業の自動化の場合は屋内の場合と異なり作業環境が千差万別であるため、人間のフレキシビリティを活用した人間介入型のロボット制御装置が提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。
また、教示用コンピュータS14は、図示しないデータ書き込み部が設けられていて画面S18上におけるマニピュレータモデルS26によりシミュレーションした作業の内容を、作業情報としてメモリカードS38に書き込めるようにしてある。
また、コンピュータS48の出力側には、マニピュレータS46、ハンドS47を駆動するためのサーボドライバS54が接続してあって、メモリカードS38から読み出した作業情報とオペレータS44の操作したジョイスティックS50、操作盤S52の操作量に基づいた制御信号をサーボドライバS54に出力し、ハンドS56を用いて碍子S58(S58a〜S58c)を電柱S60の腕金S62から取り外し、または腕金S62に取り付けることができるようになっている。さらに、高所作業車の適宜の位置には、例えば位相差検出型のレーザ距離測定器からなる位置センサS56が設けてあり、作業対象となる腕金S62の位置を検出して制御コンピュータS48に与えるようになっている。グラフィックワークステーションS12の教示用コンピュータS14によってディスプレイS16の画面S18に腕金モデルS22、碍子モデルS24、マニピュレータモデルS26、ハンドモデルS27などを表示し、ジョイスティックS34などを用いて実際の作業のシミュレーションを行い、その内容を腕金モデルS22を基準にしてメモリカードS38に記録し、現場の制御コンピュータS48に与える。コンピュータS48は、位置センサS56に検出信号に基づいて、現場作業ロボットマニピュレータS46と腕金S62との相対位置、姿勢を求め、これをメモリカードS38によって与えられた教示データと合成してマニピュレータS46、ハンドS47を制御し、腕金S62の碍子S58を交換する。
また、実際の作業において、作業者とロボットが協調して作業を実行する場合、従来のような作業空間を異にする操作室から、作業者が一方的にロボットを操作するといった作業形態でなく、同一作業空間の下で協調作業を行う作業形態も存在するため、自動運転時の単純な手動操作の割り込みだけでは、ロボットと作業者が安全に協調作業を行うことが困難であるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、予め教示作成している作業内容と3次元モデルデータの情報と、実際の作業現場の情報とを容易に対応付けることができるようにするとともに、 類似した環境への適用を容易にし、更にロボットと作業者が安全に協調作業を行うことができる人間介入型ロボットの制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、作業現場において工具を用いて作業対象に対して作業を行う作業ロボットと、前記作業対象と前記工具と前記作業ロボットの3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、前記3次元モデルを表示する表示手段と、前記作業ロボットおよび前記3次元モデルのロボットを操作する操作手段と、前記操作手段を介して行った作業内容を記憶する記憶手段と、前記記憶手段内の前記作業内容に従って前記作業ロボットに作業を実行させて必要に応じて前記作業者に前記作業ロボットの作業へ介入させながら作業を実行するロボット制御手段とを備えた人間介入型ロボットの制御装置において、前記作業者により操作されるイベント発生手段と、前記作業者に複数の作業の情報を提示し作業を選択させる作業選択手段とを備え、前記記憶手段は、作業環境を追加した前記3次元モデルファイルと作業プログラムファイルとを記憶する第1記憶部と、前記作業選択手段の出力に基づいて前記作業プログラムファイルと前記3次元モデルファイルとをロードし記憶する第2記憶部から構成され、前記ロボット制御手段は、 前記イベント発生手段の出力に基づいて前記第2記憶部に記憶された前記作業プログラムを実行する作業プログラム実行部と、前記第2記憶部に記憶された前記3次元モデルファイルと前記作業プログラムとを前記イベント発生手段の出力に基づいて作業実行中に更新する作業モデル更新部と、前記作業プログラム実行部の状態などを音声にて提示する音声提示手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記イベント発生手段は、前記操作手段に近接して配置されることを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、前記操作手段は、前記イベント発生手段の出力に応じて、前記作業選択手段の操作手段に切り替わることを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、前記作業選択手段は、前記作業内容を抽象化したアイコンを前記表示手段上に提示することを特徴とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、前記作業選択手段は、前記イベント発生手段の出力に応じて、前記第2記憶部に記憶された前記作業プログラムを前記表示手段上に提示することを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、前記作業プログラム実行部は、前記作業ロボットが前記作業プログラム内で明示された範囲を実行している場合には、前記操作手段による前記作業ロボットの操作を許可することを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の発明は、前記作業プログラム実行部は、前記作業ロボットの制御点が前記作業プログラム内で明示された3次元空間内に存在する場合には、前記操作手段による前記作業ロボットの操作を許可することを特徴とするものである。
また、請求項8に記載の発明は、前記作業プログラム実行部は、前記操作手段および前記イベント発生手段の出力に応じて前記作業プログラムの実行を停止し、再度発生する前記イベント発生手段の出力に応じて前記作業ロボットの現在位置に対する前記作業プログラム内の近傍点を探索し、前記近傍点から前記作業プログラムの実行を再開することを特徴とするものである。
また、請求項9に記載の発明は、前記作業プログラム実行部は、前記作業プログラムの実行を再開する場合に、前記作業プログラムに付随されたコメント文を前記音声提示手段にて発話し、前記イベント発生手段による前記作業者の確認を求めることを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の発明によると、作業者が操作手段から手を離すことなくイベント発生手段のON/OFF操作をすることができ、操作性を損なうことが無い。
また、請求項3に記載の発明によると、作業者が操作手段から手を離すことなく作業を選択できるため、作業効率が向上する。
また、請求項4に記載の発明によると、作業者が作業内容を直感的に理解できるため、作業の熟練性に依存せず容易に適切な作業パターンの選択ができ、しかも操作ミスを防ぐことができる。
また、請求項5に記載の発明によると、作業中であっても作業者が作業プログラムの内容を確認することができるため、操作性と安全性が向上する。
また、請求項6に記載の発明によると、作業者の作業パターンとロボットの作業パターンを考慮して明示的に手動操作介入の範囲を限定できるため、安全性の確保を確実に行うことが可能である。
また、請求項7に記載の発明によると、特定の3次元空間内でのみ手動操作可能とすることができるため、最短経路での手動誘導が可能であり、作業効率が向上する。
また、請求項8に記載の発明によると、手動操作によりロボットの位置が教示点から大きくずれた場合であっても、最適な位置から自動運転を再開することができ作業効率が向上する。
また、請求項9に記載の発明によると、作業プログラム上に発話メッセージを記述できるため、教示編集が容易でかつ、安全の明示的確認が可能である。
図1において、100は作業者で、1は作業選択手段2と表示手段3で構成されるタッチパネルモニタで、4は操作手段5とイベント発生手段としてのスイッチ6で構成される操縦装置である。なお作業選択手段2と表示手段3は、コンピュータとモニタとで構成してもよい。
18はコントローラで、記憶手段8と3次元モデル生成手段7とロボット制御手段11で構成されている。
更に記憶手段8は第1記憶部9と第2記憶部10で構成され、ロボット制御手段11は作業プログラム実行部12と作業モデル更新部13と指令生成部15と音声提示手段14と比例積分制御を行う位置速度制御部16とサーボアンプ17で構成される。
19はコントローラ18によって制御されるロボットで、先端に工具20を備えている。
なお、第1の実施例は請求項1ないし請求項7の発明に対応する。
図2は本発明の作業適用例を示す図である。図2において、ロボット19は移動機構23を備え、移動機構23上部にコントローラ18が設置され、ロボット19の先端工具20はシャフト部品21を把持している。移動機構23は車輪駆動や走行軸など、水平・垂直方向に移動可能な様々な方法を用いてよい。
本実施例では、部品供給装置(図示せず)から既にシャフト部品21を取得した状況を考えている。本作業適用例では、作業者100とロボット19が協調してシャフト部品21を部品22の穴22aに挿入する。
作業開始前に作業者100はロボット19を周囲の作業環境の状況などを考慮して部品22の近傍にアプローチさせ設置する。作業環境の例を図3(a)と図3(b)に示す。第1障害物24aや第2障害物24bと部品22との位置関係によりロボット19のアプローチ方向は方向Aや、方向Bというように異なってくる。作業者100は、作業環境に存在する障害物と部品22との位置関係から、その現場に適したロボット19の配置を決定し、設置する。
図4および図5に表示された選択画面は抽象化されたアイコン画面であって、作業パターンとしての作業位置関係と作業種類を提示している。作業選択手段2の選択は、作業者100がタッチパネル1上の該当するアイコン(例えば図4(a)と図5(d))を押下することにより選択することも可能であるが、スイッチ6の信号により操作手段5による入力をタッチパネル1に入力し、タッチパネル1上のカーソルを操作して選択しても良い。
なお、作業者100が作業プログラムファイルPfの内容を作業中に確認したい場合はスイッチ6によりタッチパネルモニタ1に3次元モデルファイルMfの替わりに作業プログラムファイルPfを表示することも可能である。
作業者100がスイッチ6を押下することにより、作業プログラムファイルPfが作業プログラム実行部12に入力され、作業プログラムファイルPf内の命令列が解読実行され、各命令に対応した動作量が指令生成部15で生成され、位置速度制御部16に入力され、ロボット19が位置制御される。
その場合の具体的な動作形態を図6と図7に基づいて説明する。図6のStep1で目標位置P1までロボット19が自動で移動する。ロボット19の設置の際には作業者100が大まかな位置決めしか行っていないため、図7に示すようにP1の位置ではシャフト部品21を穴22aに挿入することができない。しかし “Manual In”というインストラクションにより、操作手段5からの入力が有効となる。そこで作業者100が手動でP1’の位置までロボット19の位置をΔLだけ補正しスイッチ6を押下することにより、作業モデル更新部13が第2記憶部に記憶されている3次元モデルファイルMfにおける部品22とロボット19の位置関係を補正し、タッチパネルモニタ1の3次元モデルを更新するとともに、作業プログラムファイルPfの目標位置(P2、P3)も(P2’、P3’)に更新する。
このように位置の微妙な調整を作業者100に委ねることにより、作業の確実性を向上させる。本実施例では、挿入直前まで位置の微調整が可能なように、Step5で手動割り込みを禁止する“Manual Out”を実行する。
図10(a)は、既に教示データとしての作業プログラムファイルPfと3次元モデルファイルMfが存在する作業パターンを示し、図10(b)は、今回新規に作業する作業パターンを示す。
また、作業プログラム実行部12はStep122で音声提示手段14に発話メッセージ“基準点3”を出力する。発話メッセージは音声提示手段14により音声信号に変換され、作業者100に注意を喚起する。
作業者100が再度スイッチ6を押下することによりStep123以下が実行される。なお一連の作業が完了したあとに、既存技術となっているプログラムの編集機能を用いて前記作業プログラムファイルPf1を編集し、第1記憶部9に保存することも可能であり、次回作業からは作業への適合性が増した作業プログラムファイルPf1を活用することが可能となる。
2 作業選択手段
3 表示手段
4 操縦装置
5 操作手段
6 イベント発生手段(スイッチ)
7 3次元モデル生成手段
8 記憶手段
9 第1記憶部
10 第2記憶部
11 ロボット制御手段
12 作業プログラム実行部
13 作業モデル更新部
14 音声提示手段
15 指令生成部
16 位置速度制御部
17 サーボアンプ
18 コントローラ
19 作業ロボット
20 工具
21 シャフト部品
22 部品
22a 穴
24a 第1障害物
24b 第2障害物
32 部品
32a 穴
32b 穴
32c 穴
42 部品
42a 穴
42b 穴
100 作業者
S10 教示システム
S12 ワークステーション
S14 教示用コンピュータ
S16 ディスプレイ
S18 画面
S20 装柱のモデル
S22 腕金のモデル
S24a 碍子のモデル
S24b 碍子のモデル
S24c 碍子のモデル
S26 ロボットマニピュレータのモデル
S27 ハンドのモデル
S30 オペレータ
S32 操作盤
S34 ジョイスティック
S36 マウス
S38 メモリカード
S40 作業ロボットシステム
S42 操作室
S44 オペレータ
S46 マニピュレータ
S47 ハンド
S48 コンピュータ
S50 ジョイスティック
S52 操作盤
S54 サーボドライバ
S56 位置センサ
S58a 碍子
S58b 碍子
S58c 碍子
S60 電柱
S70 ブーム
Claims (9)
- 作業現場において工具を用いて作業対象に対して作業を行う作業ロボットと、前記作業対象と前記工具と前記作業ロボットの3次元モデルを生成する3次元モデル生成手段と、前記3次元モデルを表示する表示手段と、前記作業ロボットおよび前記3次元モデルのロボットを操作する操作手段と、前記操作手段を介して行った作業内容を記憶する記憶手段と、前記記憶手段内の前記作業内容に従って前記作業ロボットに作業を実行させて必要に応じて前記作業者に前記作業ロボットの作業へ介入させながら作業を実行するロボット制御手段とを備えた人間介入型ロボットの制御装置において、
前記作業者により操作されるイベント発生手段と、
前記作業者に複数の作業の情報を提示し作業を選択させる作業選択手段とを備え、
前記記憶手段は、作業環境を追加した前記3次元モデルファイルと作業プログラムファイルとを記憶する第1記憶部と、前記作業選択手段の出力に基づいて前記作業プログラムファイルと前記3次元モデルファイルとをロードし記憶する第2記憶部から構成され、
前記ロボット制御手段は、 前記イベント発生手段の出力に基づいて前記第2記憶部に記憶された前記作業プログラムを実行する作業プログラム実行部と、
前記第2記憶部に記憶された前記3次元モデルファイルと前記作業プログラムとを前記イベント発生手段の出力に基づいて作業実行中に更新する作業モデル更新部と、
前記作業プログラム実行部の状態などを音声にて提示する音声提示手段とを備えたことを特徴とする人間介入型ロボットの制御装置。 - 前記イベント発生手段は、前記操作手段に近接して配置されることを特徴とする請求項1記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記操作手段は、前記イベント発生手段の出力に応じて、前記作業選択手段の操作手段に切り替わることを特徴とする請求項1乃至2記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業選択手段は、前記作業内容を抽象化したアイコンを前記表示手段上に提示することを特徴とする請求項1乃至3記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業選択手段は、前記イベント発生手段の出力に応じて、前記第2記憶部に記憶された前記作業プログラムを前記表示手段上に提示することを特徴とする請求項1乃至4記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業プログラム実行部は、前記作業ロボットが前記作業プログラム内で明示された範囲を実行している場合には、前記操作手段による前記作業ロボットの操作を許可することを特徴とする請求項1乃至5記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業プログラム実行部は、前記作業ロボットの制御点が前記作業プログラム内で明示された3次元空間内に存在する場合には、前記操作手段による前記作業ロボットの操作を許可することを特徴とする請求項1乃至6記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業プログラム実行部は、前記操作手段および前記イベント発生手段の出力に応じて前記作業プログラムの実行を停止し、再度発生する前記イベント発生手段の出力に応じて前記作業ロボットの現在位置に対する前記作業プログラム内の近傍点を探索し、前記近傍点から前記作業プログラムの実行を再開することを特徴とする請求項1乃至7記載の人間介入型ロボットの制御装置。
- 前記作業プログラム実行部は、前記作業プログラムの実行を再開する場合に、前記作業プログラムに付随されたコメント文を前記音声提示手段にて発話し、前記イベント発生手段による前記作業者の確認を求めることを特徴とする請求項8記載の人間介入型ロボットの制御装置。
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