JP2015100893A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ティーチングペンダント等の教示装置を用い、操作者がロボットの動作を開始させる場合のロボットの動作方向確認時間を短縮する。【解決手段】 ハンド４とアーム３からなるマニピュレータとマニピュレータの動作を教示する教示装置１と、教示装置１からの制御信号に基づき通常動作状態あるいは誤操作防止状態で動作するマニピュレータを制御する制御装置２と、を備え、制御装置は、マニピュレータが通常動作状態であるか誤操作防止状態であるかを判定した上で、通常動作状態の場合は設定された通常速度で動作する制御信号をマニピュレータへ送信し、誤操作防止状態の場合は通常速度に基づいて定められた安全速度以下で動作する制御信号をマニピュレータへ送信することを特徴とするロボット装置である。【選択図】 図４

Description

本発明はティーチングペンダント等の教示装置を用い、ロボットを教示する際の動作制御方式に関する。

従来、ティーチングペンダント等の教示装置を用い、操作者がハンド４とアーム３からなるマニピュレータの動作を開始させる場合には、設定されている座標系等の動作の基準とマニピュレータの現在の姿勢から、操作者自身が動作させたい方向に合った操作を判断する必要があった。マニピュレータには動作の基準となる座標を設定することができるが、設定可能な座標系は一通りではなく複数ある。したがって、例えば図５に示すように、操作者は座標系の向き（ａ）（左手系）と認識しているにもかかわらず、実際のマニピュレータに定められた座標系の向きは（ｂ）（右手系）であったなど、作業者の認識に誤りがあった場合に操作者の意図していない方向に大きく動作してしまい、マニピュレータを周辺機器などに干渉・衝突させてしまう危険性があった。このため、操作者は、想定の方向にマニピュレータが動作するかどうか確認する必要があった。この確認方法は、一般的には操作者が意図していない方向にマニピュレータが動いても、マニピュレータが周辺の機器に干渉する前に停止が可能な安全な速度にマニピュレータの動作速度を設定し、操作者が想定している方向にマニピュレータを少しだけ動作させ、確認を行うものだった。更に、確認後は操作者の所望の動作速度に設定しなおしていた。

そのため、動作方向の確認の度にマニピュレータの動作速度を変更する必要があるため、操作者の操作が煩雑になり、操作者の操作ミスにより、動作方向確認時であっても安全ではない高速な動作速度でマニピュレータが動作してしまう問題もあった。そこで特許文献１に記載されているように、動作開始から予め設定された時間の間はマニピュレータの速度を自動的に必ず安全な動作速度とし、その時間が経過した後は、設定した所望の動作速度に自動的に切り替えて、動作する制御方式が用いられていた。

しかし、特許文献１では動作開始から予め設定された時間の間は、必ず安全な動作速度で動作させることになる。そのため、操作者がある特定の方向に動作させている最中に、何らかの理由で操作が中断してしまった際、操作者が再度、操作を中断する前と同じ方向に動作させた場合においても、動作開始から予め設定された時間は安全な動作速度で動作してしまう。そのため、動作方向が確認されているマニピュレータの動作方向に動作させる際も、動作開始から予め設定された時間は、必ず安全な速度で動作してしまうため冗長となり、マニピュレータの教示に時間がかかっていた。

特開平８−３００２８０号公報

そこで本発明は、マニピュレータの動作を教示する教示時間において冗長性が少なく、短い時間で教示を行うことができるロボット装置を提供する。

上記目的を達成するために、ハンドとアームからなるマニピュレータと
前記マニピュレータの動作を教示する教示装置と、
前記教示装置からの制御信号に基づき通常動作状態あるいは誤操作防止状態で動作するマニピュレータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記マニピュレータが前記通常動作状態であるか前記誤操作防止状態であるかを判定した上で、前記通常動作状態の場合は設定された通常速度で動作する制御信号を前記マニピュレータへ送信し、前記誤操作防止状態の場合は前記通常速度に基づいて定められた安全速度以下で動作する制御信号を前記マニピュレータへ送信することを特徴とするロボット装置、を提供する。

マニピュレータが、誤操作防止動作状態であるか、通常動作状態かを判断し、状態に応じて速度を変更するので最低限の安全は確保されたままに教示にかかる時間を短縮できる。

本実施例のロボット装置のシステムの全体構成図である 実施例１における教示装置の構成図である マニピュレータの動作における、状態遷移を示す状態遷移図である ロボット動作制御を行うためのフローチャートである 操作者の認識している座標系の向きと、マニピュレータに定められた実際の座標系の向きを説明する概略図である 実施例２の教示装置の構成図である

（実施例１）
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は本実施例におけるロボット装置のシステムの全体構成図である。同図を参照すると、ロボット装置はアーム３とハンド４からなるマニピュレータを備えており、アーム３は複数のリンクを互いに連結した多関節アーム（多軸アーム）を構成しており、アーム３の先端にはハンド４が設けられている。マニピュレータは制御装置２に接続されており、制御装置２は操作者が走査可能な教示装置１（ティーチングペンダント）と接続されている。

図２は教示装置１に備えられたボタン、表示パネル等具体的な構成を図示した構成図である。図２に示すようにマニピュレータの非常停止ボタン５、マニピュレータの速度や動作方法等の設定、各軸の位置、動作方向確認済かどうか等のマニピュレータの状態が確認できる表示パネル６、マニピュレータの動作方向の軸毎のボタン７、マニピュレータの動作方向をアーム３の各関節軸の関節角を指定して動作させるか、マニピュレータに設定された絶対座標軸を基準で動作させるか、操作者が任意に設定した座標軸を基準にするか、切り替える動作方法切替ボタン８、マニピュレータにおけるアーム３のサーボをＯＮ／ＯＦＦするサーボボタン１０を備えている。本実施例では表示パネル６を表示パネルとしたが、タッチパネルでもよい。教示装置１に設けられた動作方向の軸毎のボタン７（７ａ〜７ｆ）の操作に基づいて、制御装置２が制御信号をマニピュレータに送信することでアーム３は動作する。

図３は、教示作業時に、マニピュレータを構成するアーム３の動作における、ある一つの軸の動作に関する状態間を遷移する様子を示す状態遷移図である。この状態遷移はマニピュレータの１つの動作に対応して、それぞれの関節軸毎に行われる。例えば、６軸の多関節アームを備えたマニピュレータを用いて目標となる絶対座標を指定してマニピュレータを動作させる場合、並進成分Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸と回転成分ｒＸ、ｒＹ、ｒＺの３軸の計６軸それぞれに図３の状態遷移が存在する。

状態（Ａ）は動作に対応する確認動作が未実行であることを表す誤操作防止状態である。
状態（Ｂ）は動作に対応する確認動作が実行済みであることを表す通常動作状態である。

状態（Ａ）→状態（Ｂ）に状態遷移する条件は、予め定められた時間以上、軸方向の動作を行ったとき、もしくは予め定められた距離以上（または角度以上）の軸方向の動作を行ったときその実績に基づく条件である。

状態（Ｂ）→状態（Ａ）に状態遷移する条件はマニピュレータを構成するアーム３のサーボＯＮまたはＯＦＦされたとき、もしくは教示装置１の動作方法切替ボタン８が押下されたときである。

ここでのサーボＯＮ／ＯＦＦはアーム３のサーボ状態のことであり、非常停止スイッチ５の押下によるサーボＯＦＦ、教示装置１のサーボＯＮ／ＯＦＦボタン１０の押下によるサーボＯＮ／ＯＦＦなどを含む。

また、状態（Ａ）→状態（Ｂ）、状態（Ｂ）→状態（Ａ）ともに遷移条件が発生したタイミングで随時、状態遷移が発生している。

図４は、教示が行われる際に関し、教示装置１におけるボタン７（７ａ〜７ｆ）が押下された際の制御装置２の処理手順を示すフローチャートである。

Ｓ１では本実施形態において、教示装置１のアームの動作方向の軸毎のボタン７のいずれかのボタンの押下を監視する。いずれかのボタン押下された場合、Ｓ２に移行する。ボタン押下がない場合、Ｓ１の工程を繰り返すことでボタン押下の監視を続ける。

Ｓ２では図３の状態遷移の状態図で説明したように、Ｓ２に移行した時点でマニピュレータが通常動作状態か否か（否の場合は誤操作防止動作状態）を判断する。判断の結果、通常動作状態であればＳ４に移行し、誤操作防止動作状態であれば、Ｓ３に移行する。

Ｓ３では操作者が設定した速度にかかわらず、予め決められた誤操作を防止できる安全な速度でアーム３を動作させる。安全な速度については後述する。

Ｓ４では操作者が設定した速度でアーム３を動作させる。

Ｓ５ではＳ１で押下された教示装置１のアームの動作方向の軸のボタン７の押下状態を監視する。

ボタン押下の解除を行った場合、Ｓ６に移行する。操作者がボタン押下の解除を行っていない場合、アーム３の動作を継続し、Ｓ２に移行する。

Ｓ６では動作中のアーム３の動作を停止する。

上述の安全な速度（安全速度）とは、安全速度は通常動作状態において設定された速度（通常速度）のうち最も低い速度以下の速度として設定すると良い。あるいは通常動作状態において設定された前記通常速度の平均速度以下に設定すると良い。安全速度は具体的には、２５ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度に設定すると良い。このように、マニピュレータが通常動作状態であるか誤操作防止状態であるかを判定した上で、安全速度以下で動作する。

先にも説明した通り図５にはマニピュレータに設定された座標系（ハンド４の先端に原点を設定し、アーム３が動作する際の基準として用いる座標系）を二通り描いている。

前述のように操作者が操作する場合の操作者の認識している座標系の向き（ａ）と、実際の座標系の向き（ｂ）が仮に異なったとしても、上記方法を実施することで、安全にマニピュレータは動作し、かつ冗長性も少ないため、結果的に動作方向確認時間が短縮され、教示時間を短縮することができる。

また、本実施例では操作者が誤操作防止動作状態において動作方向の確認動作を行った際に動作方向を確認し忘れた場合などで、再度動作方向を確認したい場合にはアーム３のサーボをＯＦＦし、ＯＮすることや、通常動作リセットボタンを押下することなど通常動作状態から誤操作防止動作状態に遷移する条件を意図的に発生させることで通常動作状態から、誤操作防止動作状態に遷移でき、再度安全に動作方向の確認ができる。

更に、動作方向が確認済か否かを表示パネルに表示することで、操作性を向上することができる。

（実施例２）
図６は教示装置１に備えられた本実施例で必要なボタン、表示パネルの構成を図示した構成図である。

実施例１との差は動作方向確認ボタン９である。この動作方向確認ボタンは、トグルボタンとなっており、操作者が操作している軸が、状態（Ａ）の状態の際に、操作者が意図して、状態（Ｂ）に遷移させる場合や、その逆である、状態（Ｂ）の状態の際に、操作者が意図して、状態（Ａ）に遷移させる場合に使用する。

具体的には、表示パネル６で状態を遷移させたい軸の状態を確認し、動作方向確認ボタン９を押しながら、状態を遷移させたい軸のボタンを動作方向の軸毎のボタン７から選択する。

本実施例では、状態遷移させる方法を動作方向確認ボタン９を押しながら、状態を遷移させたい軸のボタンを動作方向の軸毎のボタン７から選択することとしたが、状態（Ａ）→状態（Ｂ）に遷移する際は、動作方向の軸毎のボタン７から選択した軸を動作中に動作方向確認ボタン９を押下することや、動作方向の軸毎のボタン７から選択した軸を動作させた後に動作方向確認ボタン９を押下することや、動作方向の軸毎のボタンの数だけ動作方向確認ボタン９を用意し、押下することで、対象の軸を状態（Ａ）→状態（Ｂ）に遷移させても良い。

また、本実施例では、動作方向確認ボタン９はトグルボタンとしたが、状態（Ａ）→状態（Ｂ）と状態（Ｂ）→状態（Ａ）でそれぞれボタンを設けても良い。

また、動作方向確認ボタン９は表示パネル６がタッチパネルの場合にはタッチパネル上に設けられても良い。

１ 教示装置
２ 制御装置
３ アーム
４ ハンド
５ 非常停止スイッチ
６ 表示パネル
７ 動作方向の軸毎のボタン
７ａ １軸、またはＸ軸の動作ボタン
７ｂ ２軸、またはＹ軸の動作ボタン
７ｃ ３軸、またはＺ軸の動作ボタン
７ｄ ４軸、またはｒＸ軸の動作ボタン
７ｅ ５軸、またはｒＹ軸の動作ボタン
７ｆ ６軸、またはｒＺ軸の動作ボタン
８ 動作方法切替ボタン
９ 動作方向確認ボタン
１０ サーボＯＮ／ＯＦＦボタン

Claims (9)

1. ハンドとアームからなるマニピュレータと
   前記マニピュレータの動作を教示する教示装置と、
   前記教示装置からの制御信号に基づき通常動作状態あるいは誤操作防止状態で動作するマニピュレータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記マニピュレータが前記通常動作状態であるか前記誤操作防止状態であるかを判定した上で、前記通常動作状態の場合は設定された通常速度で動作する制御信号を前記マニピュレータへ送信し、前記誤操作防止状態の場合は前記通常速度に基づいて定められた安全速度以下で動作する制御信号を前記マニピュレータへ送信することを特徴とするロボット装置。
2. 前記安全速度は通常動作状態において設定された前記通常速度のうち最も低い速度以下の速度である請求項１記載のロボット装置。
3. 前記安全速度は通常動作状態において設定された前記通常速度の平均速度以下である請求項１記載のロボット装置。
4. 前記マニピュレータにおける前記通常動作状態と前記誤操作防止状態は、前記マニピュレータのサーボＯＮ／ＯＦＦによって前記状態間を遷移する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
5. 前記マニピュレータにおける前記通常動作状態と前記誤操作防止状態は、前記ロボットの動作方向の基準となる座標の選択によって前記状態間を遷移する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
6. 前記マニピュレータにおける前記通常動作状態と前記誤操作防止状態は、誤操作防止動作状態への切り替えスイッチの押下、あるいは通常動作状態への切り替えスイッチの押下によって前記状態間を遷移する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
7. 前記マニピュレータにおける前記通常動作状態と前記誤操作防止状態は、予め定められた時間以上にマニピュレータが動作した実績によって前記状態間を遷移する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
8. 前記マニピュレータにおける前記通常動作状態と前記誤操作防止状態は、予め定められた距離以上にマニピュレータが動作した実績によって前記状態間を遷移する請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボット装置。
9. 前記通常動作状態か、前記誤操作防止動作かを表示する表示手段を持つことを特徴とする請求項１〜８にいずれか一項記載のロボット装置。

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