JP2014217913A - パラレルリンクロボットの動作教示方法およびパラレルリンクロボット - Google Patents

Abstract

【課題】教示する位置がロボットの可動範囲から外れても、作業者が認知できず、そのまま再生すると、動作が不安定になったり、リンクが干渉したりするおそれがある課題を解決するために、作業者がロボットに動作教示を行なう際に、教示位置がロボットの可動範囲を越えているか否かを、作業者に通知可能なロボットを提供すること。
【解決手段】アーム４に接続された可動プレート２が６自由度で動作可能なパラレルリンクロボットにおいて、アーム４の駆動源であるモータ５の電源を切った状態で教示を行う際に、該パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲である第１可動範囲１０ａよりも小さい範囲である第２可動範囲１０ｂを予め設定しておき、可動プレート２の現在位置が、第２可動範囲１０ｂから外れた場合に警告を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、関節を複数有するパラレルリンクロボットへの動作教示に関するものである。

多関節ロボットの動作の教示方法として、例えば、作業者がロボットの手先を直接保持して教示する方法がある。この教示方法では、ロボットのモータのブレーキを解除し、ロボットの手先を作業者が持ちながら動かし、モータのエンコーダがその位置をサンプリングし、手先の軌跡を記憶することで教示を行う。

また、多関節ロボットには、手先の可動範囲や回転角度の制限がある。そのため、多関節ロボットの動作範囲を制限するものとして、例えば、モータのトルク制限を行う特許文献１に開示のものがある。図４は、特許文献１の多関節ロボットの制限された動作範囲を示す図である。

図４に示すように、この多関節ロボットは、基台１０１上に、第１アーム１０２、第２アーム１０３が備えられ、第１、第２アーム１０２、１０３を６つの関節にて回転させる多関節ロボットにおいて、各関節の可動範囲を予め定めた広角の限界値に制限すると共に、各関節の角度指令値が所定の角度関係を満たすか否かを判定して、基台１０１と第２アーム１０３が干渉しないように可動範囲を制限している。

特開平９−１９０２０７号公報

しかしながら、手先を作業者が直接保持してロボットに教示する方法では、手先を作業者が動かせるように、ロボットの電源を入れない場合がある。この場合、電源が入っていないため、モータのトルク制限などを用いてロボットの可動範囲を制限することはできない。そのため、教示する位置がロボットの可動範囲から外れても、作業者が認知できず、そのまま再生すると、動作が不安定になったり、リンクが干渉したりするおそれがある。また、教示の途中でロボットの動作の可否の判定ができず、教示中に可動範囲を越えても、再生するまで確認ができず、何度も修正が必要となる可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、作業者がロボットに動作教示を行なう際に、教示位置がロボットの可動範囲を越えているか否かを、作業者に通知可能なロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のパラレルリンクロボットの動作教示方法は、アームに接続された可動プレートが６自由度で動作可能なパラレルリンクロボットにおいて、前記アームの駆動源であるモータの電源を切った状態で教示を行う際に、該パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲である第１可動範囲よりも小さい範囲である第２可動範囲を予め設定しておき、前記可動プレートの現在位置が、前記第２可動範囲から外れた場合に警告を行うことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明のパラレルリンクロットは、アームに接続されて６自由度で動作可能な可動プレートと、前記アームの駆動源であるモータと、前記アームの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アームの駆動源であるモータの電源を切った状態で教示を行う際に、該パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲である第１可動範囲よりも小さい範囲である第２可動範囲を予め設定しておき、前記可動プレートの現在位置が、前記第２可動範囲から外れた場合に警告を行うことを特徴とする。

以上のように、本発明のパラレルリンクロボットの動作教示方法および装置によれば、作業者がロボットに動作教示を行う際に、教示位置がロボットの可動範囲を超えているか否かを作業者に通知可能なロボットを提供することができる。

本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの概略構成図 本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの動作範囲を示す図 本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの動作範囲を外れた状態を示す図 特許文献１の多関節ロボットの制限された動作範囲を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの概略構成図である。図２は、本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの動作範囲を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１のパラレルリンクロボットの動作範囲を外れた状態を示す図である。

図１、２において、パラレルリンクロボットは、基台７が内蔵された固定プレート１１と可動プレート２とを、３組６本のアーム４およびリンク３で連結している。それぞれの連結部は、関節１により連結されている。すなわち、可動プレート２は、それぞれリンク３を介してアーム４に接続されている。そして、このパラレルリンクロボットは、制御部２０により、このアーム４およびリンク３の位置や姿勢を制御することで、可動プレート２の動作を制御する。アーム４は、固定プレート１１に内蔵されたモータ５の主軸に接続されている。なお、図１では、モータ５は１つだけ図示している。可動プレート２には、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と各軸まわりの角度（θｘ，θｙ，θｚ）が設定されている。

制御部２０は、可動プレート２を作業者が直接動かすことでダイレクトに教示された教示動作軌跡の時系列座標値を記憶する。表示部１６は、例えば、制御部２０で記憶した教示動作軌跡の時系列座標値をグラフ表示する。入力部１７は、例えば、各種条件などを制御部２０に入力するためのものである。

本実施の形態のパラレルリンクロボットの可動プレート２は、駆動源等の重量物が無く極めて軽量な構造であるため、可動プレート２を作業者が直接手に持って教示を行う手づたえ教示に有用である。なお、手づたえ教示とは、可動プレート２を作業者が直接手に取って直接的に移動させ、この作業者の手による教示の動作軌跡を制御部２０で記録することにより、可動プレート２の動作軌跡をダイレクトにパラレルリンクロボットの制御部２０に教示する方法である。

アーム４は、図２に示す基台７に固定されたモータ５の主軸に接続されている。モータ５は、関節角度検出手段としてのエンコーダ６を備えている。エンコーダ６を用いることで、アーム４の角度を検出することができる。モータ５は、パラレルリンクロボットの駆動源の一例である。本実施の形態１のパラレルリンクロボットは、６つのアーム４それぞれにモータ５が接続されている。すなわち、本実施の形態１のパラレルリンクロボットの基台７には、モータ５およびエンコーダ６が６つ接続されている。アーム４は、その一端がモータ５に取り付けられており、所定の１軸周りに所定の面内を旋回するように構成されている。リンク３の両端は、空間内を自由旋回することが可能な関節１で接続されている。リンク３の一端は関節１によりアーム４の他端に接続され、リンク３の他端は関節１により可動プレート２に接続されている。リンク３と可動プレート２とを接続する関節には、交差した２つのジョイントであるユニバーサルジョイントを用いることが望ましい。

ここで、所定の空間内に設定される固定座標系において、パラレルリンクロボットの可動プレート２の位置および姿勢が自由に定義されるためには、可動プレート２が６つの自由度（可動軸）を有する必要がある。本実施の形態１のパラレルリンクロボットは、１つのアーム４および１つのリンク３および１つのモータ５からなる組を６組用いると共に、モータ５の回転を１組毎に独立に制御することによって、可動プレート２の位置および姿勢を、所定の空間内で自在に設定することができる。つまり、可動プレート２は、３組６つのアーム４及び３組６つのリンク３によりモータ５に対して姿勢変更自在に接続され、６つのアーム４の回転角度に応じてその位置および姿勢が変化する。そして、可動プレート２の位置および姿勢は、アーム４およびリンク３によって連結および拘束されることにより、アーム４およびリンク３の位置および姿勢に応じて、空間内で変化することができる。つまり、可動プレート２の位置および姿勢は、アーム４の回転角度をモータ５などの駆動源で制御部２０により制御することによって、変えることができる。なお、可動プレート２には、作業者により、例えば、対象物を把持するためのチャックなどのエンドエフェクタが取り付けられる。

本実施の形態１のパラレルリンクロボットは、制御部２０により、可動プレート２に対して図２に示す第１可動範囲１０ａおよび第２可動範囲１０ｂを設定することを特徴とする。すなわち、本実施の形態１のパラレルリンクロボットは、異なる条件で設定された２つの可動範囲に基づいて制御されることを特徴とする。

ここで、第１可動範囲１０ａは、パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲であり、第２可動範囲１０ｂは、パラレルリンクロボットが駆動源を用いて動作制御可能な可動範囲である。そのため、第１可動範囲１０ａは、第２可動範囲を包含すると共に、第２可動範囲より大きな範囲として設定される。

第１可動範囲１０ａと第２可動範囲１０ｂとが異なる範囲である理由について説明する。第１可動範囲１０ａは、リンク３及びアーム４の長さ、各関節１の可動角度、およびリンク３と基台７の干渉によって決まる。それに対し、第２可動範囲１０ｂは、モータ５を駆動源とするリンク３及びアーム４の動きによって決まるため、モータ５のトルク制限によって制限される。本実施の形態のパラレルリンクロボットの構成では、第２可動範囲１０ｂの外で可動プレート２を動かそうとすると、モータ５のトルク制限を超え、モータ５のサーボが停止して、パラレルリンクロボットが制御不能となる場合が発生する。よって、一般的に、そのような不具合が発生しないような範囲をロボットの可動範囲として、ソフトで制限を設ける。そのため、ソフトで制限を設けた第２可動範囲１０ｂは、この制限が設けられていない第１可動範囲１０ａとは異なる範囲となる。

例えば、アーム４の長さが１５０ｍｍでリンク３の長さが５００ｍｍのパラレルリンクロボットについて考える。このパラレルリンクロボットにおいて、メカ的な第１可動範囲１０ａは、Φ６００ｍｍで縦１５０ｍｍとなり、可動プレート２の角度は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸まわりを６０°以上の傾斜をつけることができる。それに対し、このパラレルリンクロボットにおいて、ロボットが制御できる第２可動範囲１０ｂは、Φ４００ｍｍで縦１５０ｍｍとなり、可動プレート２の角度は、６０°より小さい傾斜しかつけられなくなる。

この第２可動範囲１０ｂは、特に、パラレルリンクロボットにおいてモータのサーボを落とした状態で手づたえ教示するときなど、ロボットに複雑な姿勢をとらせる場合に、小さい範囲となる。

次に、具体的な制御方法について説明する。本実施の形態１では、パラレルリンクロボットのモータ５のトルク制限による第２可動範囲１０ｂを、事前に制御部２０に設定しておく。この第２可動範囲１０ｂは、例えば、入力部１７を用いて事前に作業者により制御部２０に入力される。そして、第２可動範囲１０ｂが設定された状態で、パラレルリンクロボットの手づたえ教示中に、可動プレート２の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と各軸まわりの角度（θｘ，θｙ，θｚ）をリアルタイムで制御部２０に通信し、制御部２０は、可動プレート２の現在位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）を表示部１６に表示する。さらに、制御部２０は、可動プレート２の現在位置と、事前に設定した第２可動範囲１０ｂとの関係に基づいて、警告情報を、表示部１６での表示又は音声出力部１８での音声出力により、作業者に伝える。表示部１６への表示としては、例えば、可動プレート２の現在位置が第２可動範囲１０ｂ内の場合は「制御可能な範囲内」と表示し、可動プレート２の現在位置が第２可動範囲１０ｂの外に位置する場合は「制御不可能な範囲」と表示する。また、音声出力部１８での音声出力としては、警告音にて作業者に第２可動範囲１０ｂ外であることを警告する。これにより、第２可動範囲１０ｂ内での教示動作を、作業者が表示部１６を見ずに行うことができる。なお、このとき、第２可動範囲１０ｂの限界付近に近づいた場合と第２可動範囲１０ｂ外の場合で、表示、音量または音質を変えることで、パラレルリンクロボットが制御可能な範囲の限界を、作業者に直感的に伝達することも可能となる。

このように、本実施の形態１のパラレルリンクロボットの教示を行うことで、モータ５などの駆動源が作用していない状態での手づたえ教示を行う際に、駆動源が作用した状態においてロボットの制御可能な範囲（第２可動範囲１０ｂ）から外れてしまうことを、作業者に直感的に警告することが可能になる。そのため、本実施の形態１のパラレルリンクロボットの手づたえ教示を行うことで、教示位置（可動プレート２の現在位置）が、ロボットの可動範囲を超えているか否かを作業者に通知可能なロボットを提供することができる。

本発明のパラレルリンクロボットの教示を利用することで、パラレルリンクロボットの直感的な教示がさらに簡単となり、有用である。

１ 関節
２ 可動プレート
３ リンク
４ アーム
５ モータ
６ エンコーダ
７ 基台
１０ａ 第１可動範囲
１０ｂ 第２可動範囲
１１ 固定プレート
１６ 表示部
１７ 入力部
１８ 音声出力部
２０ 制御部
１０１ 基台
１０２ 第１アーム
１０３ 第２アーム

Claims (5)

1. アームに接続された可動プレートが６自由度で動作可能なパラレルリンクロボットにおいて、前記アームの駆動源であるモータの電源を切った状態で教示を行う際に、
   該パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲である第１可動範囲よりも小さい範囲である第２可動範囲を予め設定しておき、
   前記可動プレートの現在位置が、前記第２可動範囲から外れた場合に警告を行う、
   パラレルリンクロボットの動作教示方法。
2. 前記第２可動範囲は、前記第１可動範囲に含まれる範囲である、
   請求項１に記載のパラレルリンクロボットの動作教示方法。
3. 前記第２可動範囲は、該パラレルリンクロボットが駆動源を用いて動作制御可能な範囲である、
   請求項２に記載のパラレルリンクロボットの動作教示方法。
4. 前記可動プレートの現在位置が、前記第２可動範囲の限界に近づいた場合に、前記第２可動範囲から外れた場合とは異なる警告を行う、
   請求項１から３いずれか１項に記載のパラレルリンクロボットの動作教示方法。
5. アームに接続されて６自由度で動作可能な可動プレートと、
   前記アームの駆動源であるモータと、
   前記アームの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記アームの駆動源であるモータの電源を切った状態で教示を行う際に、該パラレルリンクロボットの構成に基づく構造上の可動範囲である第１可動範囲よりも小さい範囲である第２可動範囲を予め設定しておき、前記可動プレートの現在位置が、前記第２可動範囲から外れた場合に警告を行う、
   パラレルリンクロボット。

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