JP2009178820A - 遠隔操作ロボット装置 - Google Patents
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Abstract
ロボットハンド5aには、赤と緑の表示ランプ5G、5Rが設けられており、操作者により操作手段2の制御スイッチ2Aが押されると緑の表示ランプ5Gが点灯される。その後、操作者が操作手段2を速く動かしすぎた場合等のオペレータ異常が生じると赤の表示ランプ5Rが点灯される。
【効果】 操作者が操作手段2を動かす際に、オペレータ異常が生じたことを容易に認識できる。
【選択図】 図1
Description
この特許文献1のロボット制御システムにおいては、操作者が操作手段の制御スイッチを押した状態で移動させると、その移動軌跡がセンサによって検出されるようになっており、該センサによって検出した操作手段の移動軌跡のとおりに制御手段によりロボットを追従作動させるようになっている。
この原因としては以下の原因(1)〜(4)が考えられる。
(1)ロボットは安全上移動速度や加速度の上限が設定されているので、操作者が操作手段を上限以上の速度や加速度で動かすとロボットは追従作動しない。
(2)センサによる操作手段を検出できる検出範囲には限界があるので、操作手段が検出範囲から外れるとロボットは追従作動しない。また、センサによる検出範囲外で操作手段を動かしてもロボットは追従作動しない。
(3)従来一般的な6軸多関節型のロボットには軸移動範囲の限界があるため、その範囲を超えてロボットは作動できない。
(4)操作者によって制御スイッチが完全に押されていないとロボットは追従作動しない。
なお、従来一般に上記(1)から(3)はオペレータ異常と称されている。
このように操作者が操作手段を動かしたとしても上記(1)〜(4)が原因となってロボットが追従作動しないことがあり、従来では、そのような場合であっても操作者はセンサの反応が悪いものと勘違いして操作手段を何度も繰り返し動かすので、操作者の作業負担が大きいという欠点があった。
そこで、本発明の目的は、ロボットが正常な追従作動中なのか、上記のようなオペレータ異常が発生したのかを操作者が容易に認識することができる遠隔操作ロボット装置を提供するものである。
操作者が上記操作手段を動かす際に、該操作者による操作手段の操作情報を表示する表示手段を上記ロボット本体又はその近傍に設けたものである。
遠隔操作ロボット装置1は、基本構成が従来公知のものと同様の6軸型多関節のロボット本体5と、このロボット本体5を遠隔操作で作動させるために操作者が所持して動かす操作手段2と、XYZで示した基準座標系Bにおける操作手段2の位置と姿勢を検出するセンサ3と、このセンサ3が検出した操作手段2の位置と姿勢の変化を基にして上記ロボットハンド5aを操作手段2の動きに追従するように作動させる制御手段4とを備えている。
操作者がセンサ3による検出可能範囲内で操作手段2に設けられた制御スイッチ2Aを押した状態では制御手段4により緑のランプ5Gが点灯されるようになっている。そして、操作手段2がロボットハンド5aの上限の移動速度以上で動かされたようなオペレータ異常が発生すると、制御手段4により赤の表示ランプ5Rが点灯されるようになっている。
これにより、操作者が操作手段2の制御スイッチ2Aを押して操作手段2を動かしている際に、ロボットハンド5aの動きを目視で確認しながらロボット本体5が正常な作動状態にあるか否かおよびオペレータ異常が発生しているか否かを容易に確認できるようになっている。なお、ロボット本体5の構成は、表示ランプ5G,5Rを設けたこと以外は従来公知の産業用ロボットと同じなので、詳細な説明は省略する。また、上記ロボットハンド5aとしては、物品を把持するグリッパの他に、塗装用の噴射手段や、溶接用のガン等を装着することができる。
次に、上記センサ3は、図1に示すように操作手段2を所持する操作者の隣接位置に設置される原点部12と、図2に示すように上記操作手段2のケース11内に設けられた移動部13と、これら原点部12と移動部13とが接続される本体部14とを備えている。
なお、このセンサ3は、移動部13を所持してロボット本体5を操作しようとする操作者からロボット本体5を視認可能な位置に設置されている。
上記原点部12は、図示しない3つのコイルを備えており、各コイルは、水平に向けられたX軸方向、水平に向けられてX軸方向に直交するY軸方向、鉛直方向に向けられたZ軸方向のそれぞれを向いており、これらX軸、Y軸、Z軸の各座標軸により、これらの座標軸の交点を原点とする基準座標系Bが設定されている。
上記基準座標系Bには、各座標軸を回転中心とする回転座標が設定されており、X軸を中心に回転するΨ座標、Y軸を中心に回転するΘ座標、Z軸を中心に回転するΦ座標がそれぞれ設定されている。そしてこの基準座標系Bを基準として操作手段2の位置および姿勢を検出するようになっている。
そして、上記ロボット本体5にはロボット座標系Rが設定されており、上記ロボットハンド5aの位置および姿勢はこのロボット座標系Rに基づいて変化し、上記基準座標系Bを該ロボット座標系Rと平行に設定している。
また、移動部13の下部には、移動部13を上記ケース11に固定するための固定片13aが両側に伸びて設けられており、当該固定片13aが伸びる方向をY軸とし、Y軸と直交する移動部13の上下方向をZ軸とし、これらY,Z軸と直交する方向をX軸としている。
そして、この移動部13の3つのコイルによるXYZ軸の向きと原点部12の3つのコイルによるXYZ軸の向きとが一致するときの操作手段2の姿勢、すなわち基準座標系BのXYZ軸の向きと、移動部13のXYZ軸の向きとが一致する時の姿勢、さらには移動部13のXYZ軸の向きとロボット座標系Rとが一致する姿勢を、以下、操作手段2の基準姿勢と呼ぶものとする。
上記本体部14は、上記原点部12に電力を供給して上記3つのコイルから磁場を発生させ、上記移動部13からは、この磁場によって該移動部13の各コイルに生じた誘導電流を検出して、原点部12に設定された基準座標系Bに対する移動部13の位置および姿勢が検出されるようになっている。なお、センサ3は6自由度磁気センサであり、その構成は従来公知であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。
さらに、上記指令出力部21には、上記センサ3が検出した移動部13の位置の変化を認識する位置認識部23と、移動部13の姿勢の変化を認識する姿勢認識部24と、姿勢認識部24が認識した操作手段2の姿勢の変化にロボットハンド5aの姿勢を追従させるための姿勢の変換を行う姿勢変換部25とが備えられている。
上記姿勢認識部24は、移動部13の姿勢の変化による上記基準座標系BのXYZ軸に対する移動部13のXYZ軸の角度差を姿勢ベクトルとして認識するようになっており、上記操作者が操作手段2の制御スイッチ2Aを入れたときの姿勢ベクトルを初期姿勢として認識し、また制御スイッチ2Aが押された状態で操作手段2の姿勢が変化すると、変化する姿勢ベクトルの差を求めて、初期姿勢からの姿勢の変化を示す変位ベクトルとして認識するようになっている。
ロボットコントローラ22は、操作者が制御スイッチ2Aを押した時のロボットハンド5aの位置および姿勢を、上記ロボット座標系Rを基準とする動作開始点として認識し、その後、制御スイッチ2Aが押された状態で上記位置認識部23が認識した位置の変位ベクトルに応じてロボットハンド5aの位置を変化させ、上記姿勢変換部25が変換した基準姿勢からの姿勢の変位ベクトルに応じてロボットハンド5aの姿勢を変化させるよう、ロボット本体5の制御を行うようになっている。
そして、操作者が制御スイッチ2Aを切ることで、ロボットコントローラ22は直ちにロボット本体5の作動を停止させるようになっている。
このように、遠隔操作ロボット装置1は、操作者が操作手段2の制御スイッチ2Aを押した状態において操作手段2の位置と姿勢を変化させると、センサ3によってその位置および姿勢の変化が検出され、制御手段4は操作手段2の位置と姿勢の変化にロボットハンド5aの位置と姿勢が追従作動するようにロボット本体5の作動を制御するようになっている。なお、このような制御手段4によるロボット本体5の制御技術は、上記特許文献1において既に公知である。
そして、このように緑のランプ5Gが点灯されると、操作者はロボット本体5が正常に追従作動可能な状態であると目視で容易に確認することができる。その後、操作者は上述したように制御スイッチ2Aを押した状態で操作手段2を動かすので、操作手段2の位置と姿勢はセンサ3によって検出され、制御手段4によりロボットハンド5aが操作手段2に追従して作動される。
このように、操作者が操作手段2を動かして、ロボットハンド5aを追従作動させている時に、例えば以下に示す(1)ないし(3)が原因によるオペレータ異常が生じてロボット本体5が正常に追従作動しない状態となると、制御手段4は緑の表示ランプ5Gを消灯して赤のランプ5Rを点灯させる。
(1)ロボット本体5の移動速度の上限よりも高速で操作者が操作手段2を動かした場合および上限の加速度よりも急激に操作手段2を動かした場合。(2)センサ3による検出可能な範囲外に操作手段2が動かされた場合。(3)ロボット本体5の軸移動限界を越えるように操作手段2が動かされた場合。
このように、オペレータ異常によりロボット本体5が正常に追従作動しない異常事態となると、赤の表示ランプ5Rが点灯されるので、その時点で操作者はオペレータ異常が生じてロボット本体5が正常に作動しない状態となったことを目視で容易に確認することができる。オペレータ異常が発生したことを認識した操作者は、その時点で操作手段2の制御スイッチ2Aを切ることになる。なお、オペレータ異常が発生した後、再度操作者が制御スイッチ2Aを押すことによってリセットされるようになっており、センサ3の検出可能範囲であれば緑のランプ5Gが点灯し、追従作動が可能な状態となるようになっている。
以上のように、本実施例によれば、操作者が操作手段2の制御スイッチ2Aを押して動かす際には緑の表示ランプ5Gが点灯され、オペレータ異常が発生すると赤の表示ランプ5Rが点灯されるので、ロボット本体5が正常な追従作動状態にあるか否かを操作者は目視で容易に確認することができる。
そのため、操作者は、上述した従来技術のように不必要に操作手段2を繰り返し動かす必要がなく、上記従来と比較して操作者が操作手段2を動かす際の作業負担を大幅に軽減させることができる。
また、上記実施例において、緑の表示ランプ5Gを省略して赤の表示ランプ5Rだけを設けて、上述した異常事態が生じた時に表示ランプ5Rを点灯させるようにしても良い。
さらに、上記表示ランプ5G、5Rの代わりに、ロボットハンド5aに小型の液晶モニタを埋設して、上述した異常事態が発生した際には、その原因に応じた数字や文字を液晶モニタに表示するようにしてもよい。
表示手段の設置位置としては、ロボットハンド5aに設ける代わりに、ロボット本体5のベース部など操作者から視認可能な位置であればよい。また操作者の視野の範囲内に例えば支柱を立てて、それに上述した表示ランプを設けても良い。この場合、ロボットハンド5aの作動範囲内であれば、容易に操作者が視認することができる。
さらに、表示手段を1箇所だけでなく複数箇所に設ければ、ロボット本体5がどのような体制になっても操作者は確実に視認できるようになる。
2A‥制御スイッチ 3‥センサ
4‥制御手段 5‥ロボット本体
5G‥表示ランプ 5R‥表示ランプ
Claims (3)
- ロボットハンドによって所要の処理を行うロボット本体と、操作者に所持されて動かされる操作手段と、上記ロボット本体を視認可能な位置にいる操作者に所持される操作手段の位置と姿勢を検出するセンサと、上記ロボット本体の作動を制御する制御手段とを備えて、上記センサによって検出された上記操作手段の位置と姿勢の変化にロボットハンドが追従するように上記ロボット本体の作動を遠隔制御するようにした遠隔操作ロボット装置において、
操作者が上記操作手段を動かす際に、該操作者による操作手段の操作情報を表示する表示手段を上記ロボット本体又はその近傍に設けたことを特徴とする遠隔操作ロボット装置。 - 上記表示手段によって表示される操作情報は、操作者による操作手段の誤った操作であることを特徴とする請求項1に記載の遠隔操作ロボット装置。
- 上記表示手段は、操作者による操作手段の正常な操作と誤った操作を区別して表示することを特徴とする請求項2に記載の遠隔操作ロボット装置。
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