JP2017052072A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットの移設に際して新たなタスクプログラムの作成を不要にすること。【解決手段】ロボット装置は手先効果器を装備可能な多関節アーム機構を備える。記憶部１０３には手先効果器が移動する軌道が作業手順とともに記述されたタスクプログラムが記憶される。鏡面変換処理部１０６は軌道を基準面に対して対称の位置関係にある鏡面軌道に変換する。操作部４００を介して操作者により通常モードと鏡面モードとの一方が選択される。タスクコントローラ１０５は、記憶部から読み出されたタスクプログラムを用いて操作部を介して選択された通常モード又は鏡面モードに応じた軌道又は鏡面軌道に従って多関節アーム機構を制御する。【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態はロボット装置に関する。

近年ロボットがユーザと同一空間にいる環境が多くなってきている。介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者と並んで協働して作業を行なう状況が今後拡大していくものと考えられる。発明者が実用化を実現した直動伸縮アーム機構は従来の垂直多関節アーム機構のような肘関節がなく、特異点もないことから、柵を不要にでき、直動伸縮アーム機構を自由に移設することができる。それは例えばある作業員が欠勤したときその作業員に代わって当該ロボットを配置することも可能となる。

一方、ロボットではその作業手順や軌道を教示して、それらが記述されたタスクプログラムを事前に作成しておく必要がある。ダイレクトティーチングでは例えばベルトコンベア上の作業エリア近傍にロボットを配置し、その位置で手先やアーム機構を実際に動かしながらロボット装置に対して作業手順や軌道等を逐次教示する。

このダイレクトティーチング作業は非常に専門性が高く、作業負担も小さくはない。当該直動伸縮アーム機構では上述の通り自由に移設する事ができるものの、その特性を活用するには、設置する可能性のある全ての位置でダイレクトティーチング作業を実施してタスクプログラムを作成しておくこと、さらに当該ロボット装置を移設する都度、ダイレクトティーチング作業を実施してタスクプログラムを新たに作成することが必要とされるが、それは現実的ではない。

目的は、ロボット装置の移設に際して新たなタスクプログラムの作成を不要にすることにある。

本実施形態に係るロボット装置は、手先効果器を装備可能な多関節アーム機構を備える。記憶部には手先効果器が移動する軌道が作業手順とともに記述されたタスクプログラムが記憶される。変換処理部は軌道を基準面に対して対称の位置関係にある鏡面軌道に変換する。操作部を介して操作者により通常モードと鏡面モードとの一方が選択される。制御部は、記憶部から読み出されたタスクプログラムを用いて操作部を介して選択された通常モード又は鏡面モードに応じた軌道又は鏡面軌道に従って多関節アーム機構を制御する。

図１は、本実施形態に係るロボット装置の直動伸縮アーム機構の外観斜視図である。 図２は、図１の直動伸縮アーム機構の内部構造を示す側面図である。 図３は、図１の直動伸縮アーム機構の構成を図記号表現により示す図である。 図４は、本実施形態に係るロボット装置の構成を示すブロック図である。 図５は、図４の鏡面変換処理部による鏡面変換により発生される鏡面軌道とタスクプログラムに記述されている元の移動軌道とを示す平面図である。 図６は、図４の操作部の操作パネルの一例を示す平面図である。 図７は、図４の鏡面変換処理部による鏡面軌道の適用例を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボット装置を説明する。本実施形態に係るロボット装置は、多関節アーム機構、特に複数の関節部のうち一が直動伸縮関節で構成される垂直多関節アーム機構を備える。詳細は後述するが、当該直動伸縮関節は屈曲可能に連結された複数の連結コマを有する。連結コマの屈曲が拘束されることにより柱状体がアーム部として構成される。柱状体は射出部に支持される。連結コマは屈曲可能な状態で基部内に収納される。

図１は、本実施形態に係るロボット装置の外観斜視図である。ロボット装置を構成する多関節アーム機構は、略円筒形状の基部１０と基部１０に接続されるアーム部２とアーム部２の先端に取り付けられる手首部４とを有する。手首部４には図示しないアダプタが設けられている。例えば、アダプタは後述の第６回転軸ＲＡ６の回転部に設けられる。手首部４に設けられたアダプタには、ハンド装置３が取り付けられる。

多関節アーム機構は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１０から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はハンド装置３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節部、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は直動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）の伸縮部分を表している。

第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。

第４関節部Ｊ４は、第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節である。第４回転軸ＲＡ４は、後述の第７関節部Ｊ７が回転していないとき、つまりアーム部２の全体が直線形状にあるとき、第３移動軸ＲＡ３と略一致する。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

基部１０を成すアーム支持体（第１支持体）１１は、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、アーム部２は第１支持体１１の軸回転とともに左右に旋回する。なお、第１支持体１１が接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持体１１とは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持体１１の上部には第２支持部１２が接続される。

第２支持部１２は第１支持部１１に連続する中空構造を有する。第２支持部１２の一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１２の他端は開放され、第３支持部１３が第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１３は第１支持部１１及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１３は、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１２に収容され、また送出される。多関節アーム機構の直動伸縮関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１と第２支持部１２の連続する中空構造の内部に収納される。

第３支持部１３はその後端下部において第２支持部１２の開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動するとき、アーム部２は第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には接する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、手首部４及び手首部４に取り付けられたハンド装置３は第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてハンド装置３とともに上下（第５回転軸ＲＡ５を中心に垂直方向）に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転すると、ハンド装置３は左右に旋回する。

上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたハンド装置３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部２の伸縮距離の長さは、基部１０の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にハンド装置３を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが特徴的である。

ハンド装置３は、ワークを把持によりピッキングするための把持機構と他のワークを吸着によりピッキングするための吸着機構とを備える。ハンド装置３は、ハンド本体３１を有する。ハンド本体３１は角柱形状を有し、その上方端面に取り付け部を備える。この取り付け部を介して、ハンド装置３は手首部４のアダプタ（関節部Ｊ６）に装着される。ハンド本体３１の下方には、エアチャックボックス３２が取り付けられる。エアチャックボックス３２は一対のスライダ３３を有する。一対のスライダ３３は接近／離反自在に支持される。エアチャックボックス３２は、エアシリンダ（図示しない）を有する。エアシリンダには一対のエアチューブが接続されている。一対のエアチューブ各々は圧縮式のエアポンプ（図示しない）に接続されている。一対のエアチューブには一対の電磁弁（図示しない）が介在されている。後述のハンドドライバユニット３０１により、一方の電磁弁の開閉と他方の電磁弁の開閉とは逆相に制御される。一方の電磁弁が開放され、他方の電磁弁が閉じられているとき、一対のスライダ３３は接近する方向に移動される。一方の電磁弁が閉じられ、他方の電磁弁が開放されているとき、一対のスライダ３３は離反する方向に移動される。一対のスライダ３３の接近／離反する方向をスライド方向という。

一対のスライダ３３には一対の把持部３４が取り付けられている。把持部３４は外観略円柱形状を有する。把持部３４の先端には、円筒状体のパッド（吸着パッド）３６が取り付けられている。一対の把持部３４には一対のエアチューブが接続されている。一対のエアチューブ各々は既出のエアポンプに接続されている。把持部３４には、エアチューブとの接続口からその先端まで配管経路が形成されている。これにより、エアポンプから把持部３４の先端までの配管経路が確保されている。エアポンプとしては圧縮式と真空式のいずれでも良いがここでは圧縮ポンプとして説明する。把持部３４のパッド３６とエアポンプとの間は負圧経路と正圧経路との２系統の配管経路で接続される。負圧経路には負圧弁とエジェクタとが介在される。正圧経路には正圧弁が介在される。負圧弁と正圧弁とは電磁弁である。後述のハンドドライバユニット３０１により負圧弁の開閉と正圧弁の開閉とは逆相に制御される。

負圧弁が開放され正圧弁が閉じられているとき、負圧経路が確保される。負圧経路が確保されているとき、エアポンプで発生された圧縮空気は負圧弁を介してエジェクタに供給される。エジェクタは吸気口とノズルと排気口とを有する。吸気口にはパッド３６の後方部分が接続されている。エジェクタに供給された圧縮空気は、ノズルから噴射され高速な空気の束となって排気口から排気される。すると、エジェクタのチャンバの内圧が低下し、これにより吸気口から空気が吸い込まれ、吸気口から吸いこまれた空気は、圧縮空気とともに排気口から排気される。これにより、吸気口に接続されたパッド３６に負圧が発生する。正圧弁が開放され負圧弁が閉じられているとき、正圧経路が確保される。正圧経路が確保されているとき、エアポンプで発生された圧縮空気は直接的にパッド３６に供給される。これにより、パッド３６に正圧が発生する。

一対のスライダ３３には一対の吸着パッド３８が取り付けられている。吸着パッド３８は弾性材料として例えばシリコーン樹脂で円筒状体に成形される。吸着パッド３８の先端面をワークを吸着する吸着面という。吸着パッド３８の胴体部分は蛇腹形に成形される。吸着パッド３８は円筒状体の軸方向の向きにワークを吸着する。この吸着方向がスライド方向に垂直になるように、吸着パッド３８はスライダ３３に取り付けられる。一対の吸着パッド３８には、一対のエアチューブが接続されている。一対のエアチューブ各々は既出のエアポンプに接続されている。吸着パッド３８とエアポンプとの間は負圧経路と正圧経路との２系統の配管経路で接続される。負圧経路には負圧弁とエジェクタとが介在される。正圧経路には正圧弁が介在される。負圧弁と正圧弁とは電磁弁である。後述のハンドドライバユニット３０１により負圧弁の開閉と正圧弁の開閉とは逆相に制御される。負圧弁が開放され正圧弁が閉じられているとき、負圧経路が確保される。負圧経路が確保されているとき吸着パッド３８に負圧が発生する。正圧弁が開放され負圧弁が閉じられているとき、正圧経路が確保される。正圧経路が確保されているとき吸着パッド３８に正圧が発生する。

図２は、図１の多関節アーム機構の内部構造を示す斜視図である。直動伸縮機構はアーム部２と射出部３０とを有する。アーム部２は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とを有する。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３は略平板形に構成される。前後の第１連結コマ２３は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第１連結コマ列２１は内側や外側に自在に屈曲できる。

第２連結コマ列２２は複数の第２連結コマ２４からなる。第２連結コマ２４は横断面コ字形状の短溝状体に構成される。前後の第２連結コマ２４は、互いの底面端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第２連結コマ列２２は内側に屈曲できる。第２連結コマ２４の断面はコ字形状であるので、第２連結コマ列２２は、隣り合う第２連結コマ２４の側板同士が衝突して、外側には屈曲しない。なお、第１、第２連結コマ２３、２４の第２回転軸ＲＡ２に向いた面を内面、その反対側の面を外面というものとする。第１連結コマ列２１のうち先頭の第１連結コマ２３と、第２連結コマ列２２のうち先頭の第２連結コマ２４とは結合コマ２７により接続される。例えば、結合コマ２７は第２連結コマ２４と第１連結コマ２３とを合成した形状を有している。

射出部３０は、複数の上部ローラ３１と複数の下部ローラ３２とが角筒形状のフレーム３５に支持されてなる。例えば、複数の上部ローラ３１は第１連結コマ２３の長さと略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列される。同様に、複数の下部ローラ３２は第２連結コマ２４の長さと略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列される。射出部３０の後方には、ガイドローラ４０とドライブギア４１とが第１連結コマ列２１を挟んで対向するように設けられる。ドライブギア４１は図示しない減速器を介してステッピングモータ３３０に接続される。第１連結コマ２３の内面には連結方向に沿ってリニアギアが形成されている。複数の第１連結コマ２３が直線状に整列されたときに互いのリニアギアは直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギア４１は、直線状のリニアギアにかみ合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア４１とともにラックアンドピニオン機構を構成する。

アーム伸長時、モータ５５が駆動し、ドライブギア４１が順回転すると、第１連結コマ列２１はガイドローラ４０により、アーム中心軸と平行な姿勢となって、上部ローラ３１と下部ローラ３２との間に誘導される。第１連結コマ列２１の移動に伴い、第２連結コマ列２２は射出部３０の後方に配置された図示しないガイドレールにより射出部３０の上部ローラ３１と下部ローラ３２との間に誘導される。上部ローラ３１と下部ローラ３２との間に誘導された第１、第２連結コマ列２１，２２は互いに押圧される。これにより、第１、第２連結コマ列２１，２２による柱状体が構成される。射出部３０は、第１、第２連結コマ列２１，２２を接合して柱状体を構成するとともに、その柱状体を上下左右に支持する。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合による柱状体が射出部３０により堅持されることで、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合状態が保持される。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合状態が維持されているとき、第１、第２連結コマ列２１，２２の屈曲は互いに拘束される。それにより第１、第２連結コマ列２１、２２は、一定の剛性を備えた柱状体を構成する。柱状体とは、第２連結コマ列２２に第１連結コマ列２１が接合されてなる柱状の棒体を言う。この柱状体は第２連結コマ２４が第１連結コマ２３とともに全体として様々な断面形状の筒状体に構成される。筒状体とは上下左右が天板、底板及び両側板で囲まれ、前端部と後端部とが開放された形状として定義される。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合による柱状体は、結合コマ２７が始端となって、第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的に第３支持部１３の開口から外に向かって送り出される。

アーム収縮時、モータ５５が駆動し、ドライブギア４１が逆回転されると、ドライブギア４１と係合している第１連結コマ列２１が第１支持体１１内に引き戻される。第１連結コマ列の移動に伴って、柱状体が第３支持体１３内に引き戻される。引き戻された柱状体は射出部３０後方で分離される。例えば、柱状体を構成する第１連結コマ列２１はガイドローラ４０とドライブギア４１とに挟まれ、柱状体を構成する第２連結コマ列２２は重力により下方に引かれ、それにより第２連結コマ列２２と第１連結コマ列２１とは互いに離反される。離反された第１、第２連結コマ列２１，２２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。収納に際しては、射出部３０から、第１支持体１１（基部１０）の内部の収納部に第２連結コマ列２２は内側に屈曲されて搬送され、第１連結コマ列２１も第２連結コマ列２２と同じ方向（内側）に屈曲されて搬送される。第１連結コマ列２１は第２連結コマ列２２に略平行な状態で格納される。

図３は、図１の多関節アーム機構２００を図記号表現により示す図である。多関節アーム機構２００において、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３とにより３つの位置自由度が実現される。また、手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの姿勢自由度が実現される。

ロボット座標系Σbは第1関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１と基台との交点を原点とした座標系である。ロボット座標系Σｂにおいて、直交３軸（Ｘｂ、Ｙｂ，Ｚｂ）が規定されている。Ｚｂ軸は第１回転軸ＲＡ１に平行な軸である。Ｘｂ軸とＹｂ軸とは互いに直交し、且つＺb軸に直交する軸である。手先座標系Σｈは、手首部４に取り付けられたハンド装置３の任意位置（手先基準点）を原点とした座標系である。例えば、ハンド装置３が２指ハンドのとき、手先基準点（以下、単に手先という。）の位置は２指先間中央位置に規定される。手先座標系Σｈにおいて、直交３軸（Ｘｈ、Ｙｈ，Ｚｈ）が規定されている。Ｚｈ軸は第６回転軸ＲＡ６に平行な軸である。Ｘｈ軸とＹｈ軸とは互いに直交し、且つＺｈ軸に直交する軸である。

第１関節部Ｊ１は、第１支持部１１と第２支持部１２との間に配設されており、回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節として構成されている。回転軸ＲＡ１は第１関節部Ｊ１の固定部が設置される基台の基準面ＢＰに垂直に配置される。

第２関節部Ｊ２は回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節として構成される。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は空間座標系上のＸb軸に平行に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１に対して垂直な向きに設けられる。さらに第２関節部Ｊ２は、第１関節部Ｊ１に対して、第１回転軸ＲＡ１の方向（Ｚb軸方向）と第１回転軸ＲＡ１に垂直なＹb軸方向との２方向に関してオフセットされる。第２関節部Ｊ２が第１関節部Ｊ１に対して上記２方向にオフセットされるように、第２支持体１２は第１支持体１１に取り付けられる。第１関節部Ｊ１に第２関節部Ｊ２を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が直角に曲がった２つの鈎形状体が組み合わされたクランク形状を有している。この仮想的なアームロッド部分は、中空構造を有する第１、第２支持体１１、１２により構成される。

第３関節部Ｊ３は移動軸ＲＡ３を中心とした直動伸縮関節として構成される。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第２関節部Ｊ２の回転角がゼロ度、つまりアーム部２の起伏角がゼロ度であってアーム部２が水平な基準姿勢においては、第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２とともに第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１にも垂直な方向に設けられる。空間座標系上では、第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３はＸb軸及びＺb軸に対して垂直なＹb軸に平行に設けられる。さらに、第３関節部Ｊ３は、第２関節部Ｊ２に対して、その回転軸ＲＡ２の方向（Ｙb軸方向）と、移動軸ＲＡ３に直交するＺb軸の方向との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３が第２関節部Ｊ２に対して上記２方向にオフセットされるように、第３支持体１３は第２支持体１２に取り付けられる。第２関節部Ｊ２に第３関節部Ｊ３を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が垂直に曲がった鈎形状体を有している。この仮想的なアームロッド部分は、第２、第３支持体１２、１３により構成される。

第４関節部Ｊ４は回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節として構成される。第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３に略一致するよう配置される。
第５関節部Ｊ５は回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節として構成される。第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３及び第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に略直交するよう配置される。
第６関節部Ｊ６は回転軸ＲＡ６を中心としたねじり関節として構成される。第６関節部Ｊ６の回転軸ＲＡ６は第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交するよう配置される。第６関節部Ｊ６は手先効果器としてのハンド装置３を左右に旋回するために設けられている。なお、第６関節部Ｊ６は、その回転軸ＲＡ６が第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交する曲げ関節として構成されてもよい。

このように複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの曲げ関節部を直動伸縮関節部に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、本実施形態に係るロボット装置の多関節アーム機構は、特異点姿勢を構造上解消している。

図４は、本実施形態に係るロボット装置の構成を示すブロック図である。ロボット装置は、多関節アーム機構２００とハンド装置３とを備える。動作制御装置１００の制御に従って、多関節アーム機構２００を構成する関節部Ｊ３が伸縮し、関節部Ｊ１、Ｊ２，Ｊ４−Ｊ６各々が回転され、ハンド装置３の移動と姿勢変更とがなされる。

多関節アーム機構２００は複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１−Ｊ６各々には、アクチュエータとして、例えばステッピングモータが設けられる。これらステッピングモータの回転はドライバユニット２０１により制御される。ドライバユニット２０１は、動作制御装置１００から送信された位置指令値に応じたパルス信号をステッピングモータに送る。これによりステッピングモータは指令値に応じた位置まで回転する。これらステッピングモータのドライブシャフトには、一定の回転角ごとにパルスを出力するロータリエンコーダ２０２が接続されている。ロータリエンコーダ２０２から出力されたエンコードパルスは、ドライバユニット２０１のカウンタ（図示しない）で加減算される。カウンタで計数されたエンコードパルスの計数値に基づいて、関節部Ｊ１、Ｊ２，Ｊ４−Ｊ６各々の関節角度と関節部Ｊ３の伸長距離が計算される。

ハンド装置３は、ハンド装置３に装備されるアクチュエータを制御するハンドドライバユニット３０１を有する。ここでは、ハンドドライバユニット３０１は、動作制御装置１００から送られた指令に従って、電磁弁の開閉を制御する。具体的には、ハンドドライバユニット３０１は、動作制御装置１００から送られた一対の把持部３４の開閉指令に従って、エアチャック構造３２の電磁弁の開閉を制御する。これにより、一対のスライダ３３が接近／離反する方向に移動される。また、ハンドドライバユニット３０１は、パッド３６の吸着動作のＯＮ／ＯＦＦの指令に従って、把持部３４のパッド３６とエアポンプとの間に介在された正圧弁と負圧弁との開閉を制御する。さらに、ハンドドライバユニット３０１は、吸着パッド３８の吸着動作のＯＮの指令に従って、吸着パッド３８とエアポンプとの間に介在された正圧弁と負圧弁との開閉を制御する。

動作制御装置１００は、システム制御部１０１を中心として制御／データバス１０９を介して各部が接続されてなる。動作制御装置１００には、操作部Ｉ／Ｆ１０４を介して操作部４００が接続されている。

タスクプログラム記憶部１０３は、タスクプログラムのデータファイルを記憶する。タスクプログラムは、ロボット装置にタスクを実行させるための作業手順、手先基準点又は手首基準点の移動軌道等が記述されているシーケンスプログラムである。ここでは移動の基準点を手先として説明する。タスクプログラムには、手先基準点の移動軌道、移動軌道上の作業点、作業点での作業内容、作業点での手先姿勢、作業時間、作業点の間の移動時間等が記述されている。軌道は、ハンド装置３の手先位置と手先姿勢とで与えられる。これらはロボット座標系Σbで与えられる。ここでは、説明の便宜上、手先位置はロボット座標系Σb上の手先基準点の位置（Ｘh、Ｙh、Ｚh）として与える。

鏡面変換処理部１０６は、タスクプログラム記憶部１０３に記憶されているタスクプログラムの手先軌道及び手先姿勢に対して鏡面変換処理（鏡映変換処理ともいう）を実行する。鏡面変換処理は、タスクプログラムで規定されている移動軌道や手先姿勢を、ロボット座標系Σｂの任意面に対して対称な座標に変換する処理をいう。なお鏡面変換処理された移動軌道を「鏡面軌道」と称して、変換されていない「軌道」と区別するものとする。

タスクコントローラ１０５は、システム制御部１０１により記憶部１０３から読み出されたタスクプログラムを用いて、後述する操作部４００を介して選択された通常モード又は鏡面モードに応じた軌道又は鏡面軌道に従って手先が移動するための各関節部の関節角度（指令値）を発生し、発生した指令値をドライバユニット２０１とハンドドライバユニット３０１とに送信する。通常モードとはタスクプログラムに記述されている軌道に従って手先を移動する制御モードであり、鏡面モードとはタスクプログラムに記述されている軌道が鏡面変換された鏡面軌道に従って手先を移動する制御モードである。

操作部４００は、操作者がロボット装置に対して並進移動操作、姿勢変更操作、通常モード／鏡面モードの選択操作、鏡面変換処理の基準面としてロボット座標系のＸＹ面、ＸＺ面、ＹＺ面のいずれかの択一的な選択操作をするための入力インターフェースとして設けられる。具体的には、図６に例示するように、ロボット座標系Σbの直交３軸の各軸に関する正負移動を入力操作するための６個の物理的押しボタン６０１−６０６と、手先座標系Σhの直交３軸の各軸に関する正負回転を入力操作をするための６個の物理的押しボタン６１１−６１６とが装備される。さらに操作部４００を起動するための電源ボタン６２１、緊急停止ボタン６２０、操作部４００が起動中か否かを操作者に通知するためのインジケータランプ６２３、及び操作ボタンが押されているか否かを操作者に通知するためのインジケータランプ６２４が装備される。

さらに操作部４００には通常モードを選択するための通常モードボタン６２５と鏡面モードを選択するための鏡面モードボタン６２６とが装備される。通常モードボタン６２５と鏡面モードボタン６２６とは択一的に機能し、つまり通常モードボタン６２５と鏡面モードボタン６２６との一方が押されたとき他方が解除される。鏡面変換処理の基準面をロボット座標系上で規定されるＸＹ面、ＸＺ面、ＹＺ面のいずれか一を選択するためのボタン６２７、６２８、６２９が装備される。これらボタン６２７、６２８、６２９は通常モードが選択されているときにアクティブ（操作可能な状態）になる。

図５(a)は、図４のタスクプログラム記憶部１０３に記憶されるタスクプログラムの手先基準点の移動軌道を示す平面図である。図５(b)は、図５(a)の元の移動軌道がＸＺ平面を基準面とした鏡面変換処理により変換されてなる鏡面軌道を示している。図５(a)に示すように、タスクプログラムの移動軌道上には例えば５個の作業点（作業点Ｐ１〜Ｐ５）が規定されている。作業点Ｐ１〜Ｐ５各々の手先基準点の位置と手先姿勢とはロボット座標系Σｂで与えられている。作業点の座標を（Ｘh，Ｙh，Ｚh）と表記する。（Ｘh，Ｙh，Ｚh）はロボット座標系Σｂ上のハンド座標系Σｈの原点（手先基準点）の座標を表している。操作部４００を介して鏡面モードが選択され、基準面としてロボット座標系ΣbのＸＺ平面が指定されているとき、鏡面変換処理部１０６は、図５(a)のタスクプログラム上の元の軌道の座標をロボット座標系Σb上の基準面として指定されたＸＺ平面に対して対称な座標に変換する。具体的には、手先位置を表す座標（Ｘh、Ｙh、Ｚh）のＹh座標の極性を逆極性に変換する。

図５(ｃ)は、図５(a)の元の移動軌道がＹＺ平面を基準面とした鏡面変換処理により変換されてなる鏡面軌道を示している。操作部４００を介して鏡面モードが選択され、基準面としてロボット座標系ΣbのＹＺ平面が指定されているとき、鏡面変換処理部１０６は、図５(a)のタスクプログラムの元の軌道の座標をロボット座標系Σb上の基準面として指定されたＹＺ平面に対して対称な座標に変換する。具体的には、手先位置を表す座標（Ｘh、Ｙh、Ｚh）のＸh座標の極性を逆極性に変換する。

図７(a)は、図５(a)のタスクプログラムの適用例を示す平面図である。図７(b)、図７(c)は、図５(b)のＸＺ平面を鏡面とした鏡面変換処理後の鏡面軌道の適用例を示す平面図である。図５(a)のタスクプログラムは、例えばコンベア装置５に近接配置されたロボット装置に対して適用される。図７(a)に示すように、コンベア装置５は、ワールド座標系Σg上の所定位置に、その搬送方向がワールド座標系ΣgのＹg軸に平行になるように配置されている。ロボット装置は、その基部１０がロボット座標系ΣbのＸb軸がコンベア装置５の搬送方向に直交し、Ｙb軸がコンベア装置５の搬送方向に平行に且つ搬送方向と同じ向きになるように配置されている。

システム制御部１０１により、タスクプログラム記憶部１０３に記憶されているタスクプログラムがタスクコントローラ１０５にロードされると、タスクコントローラ１０５の制御に従って、手先基準点が作業点Ｐ1から作業点Ｐ5まで順に移動される。ハンド装置３は、コンベア装置５上の作業点Ｐ2で、コンベア装置５により搬送される第１ワーク３００を把持によりピッキングし、ピッキングした第１ワーク３００をコンベア装置５に近接配置されたトレイ７０上の作業点Ｐ3でリリースする。その後、ハンド装置３はコンベア装置５に近接配置されたトレイ８０上の作業点Ｐ4で、トレイ８０に置かれた第２ワーク５００を吸着によりピッキングし、ピッキングした第２ワーク５００をコンベア装置５上の作業点Ｐ5でリリースする。

ロボット装置とコンベア装置５との間の相対的位置関係が変化したとき、ティーチング作業をして新たなタスクプログラムを作成する必要はなく、操作者は操作部４００を介して鏡面モードボタン６２６を押下操作して鏡面モードを選択し、基準面をボタン６２７−６２９の選択的操作により指定することで即時に対応することができる。

例えば図７(b)のように、ワールド座標系Σｇ上のロボット装置の位置とコンベア装置５の位置とが維持された状態でコンベア装置５の搬送方向が逆になった場合を想定する。また、図７(c)のように、ワールド座標系Σｇ上でロボット装置が元の位置からコンベア装置５のライン中心線に対して対称の位置に配置された場合を想定する。これらの場合、既存のタスクプログラムをロボット装置に適用しても、コンベア装置５によるワーク３００，５００の搬送方向が逆になっているため、ロボット装置は図７(a)と同じようにタスクを完遂することができない。しかしながら、図７(a)のタスクプログラムに対してＸＺ平面を鏡面とした鏡面変換処理を実行したタスクプログラムをロボット装置に適用し、トレイ７０、８０の位置をそれぞれ作業点Ｐ3´、Ｐ4´に調整することで、ロボット装置は元のタスクプログラムで規定されているタスクを完遂することができる。

すなわち、システム制御部１０１により、ＸＺ平面を鏡面とした鏡面変換処理がされたタスクプログラムがタスクコントローラ１０５にロードされ、タスクコントローラ１０５の制御に従って、手先基準点が作業点Ｐ1´から作業点Ｐ5´まで順に移動される。ハンド装置３は、コンベア装置５上の作業点Ｐ2´で、コンベア装置５により搬送される第１ワーク３００を把持によりピッキングし、ピッキングした第１ワーク３００を作業点Ｐ3´にその位置が調整されたトレイ７０上にリリースする。その後、ハンド装置３は作業点4´に位置が調整されたトレイ８０上の第２ワーク５００を吸着によりピッキングし、ピッキングした第２ワーク５００をコンベア装置５上の作業点Ｐ5´でリリースする。

本実施形態に係るロボット装置は、タスクプログラム記憶部１０３に記憶されているタスクプログラムで規定されている複数の作業点の座標をロボット座標系Σbの任意面に対して対称な座標に変換する鏡面変換処理機能を備える。これにより、ロボット装置をコンベア装置５に対して、ティーチングを行ったときの互いの相対的位置関係と異なる位置に配置した場合でも、既存のタスクプログラムを利用して、鏡面モードを指定することで別途ティーチング作業を不要にして簡易にロボット装置に既存のタスクプログラムで規定されているタスクと同じ動作をさせることができる。

なお、複数のタスクプログラムが記憶されているサーバ装置に対して本実施形態に係るロボット装置が通信ケーブル等により電気的に接続され、サーバ装置からダウンロードしたタスクプログラムに対して鏡面変換処理を行うようにシステムを構成してもよい。また、鏡面変換処理機能が当該サーバ装置側に装備されていてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

３…ハンド装置、１００…動作制御装置、１０１…システム制御部、１０２…ドライバユニットインターフェース、１０３…タスクプログラム記憶部、１０４…操作部インターフェース、１０５…タスクコントローラ、１０６…鏡面変換処理部、２００…多関節アーム機構、２０１…アームドライバユニット（関節部Ｊ１−Ｊ６）、２０２…ロータリーエンコーダ、３０１…ハンドドライバユニット。

Claims (5)

1. 手先効果器を装備可能な多関節アーム機構を備えたロボット装置において、
   前記手先効果器が移動する軌道が作業手順とともに記述されたタスクプログラムを記憶する記憶部と、
   前記軌道を基準面に対して対称の位置関係にある鏡面軌道に変換する変換処理部と、
   操作者が通常モードと鏡面モードとの一方を選択操作する操作部と、
   前記記憶部から読み出された前記タスクプログラムを用いて前記操作部を介して選択された前記通常モード又は前記鏡面モードに応じた前記軌道又は前記鏡面軌道に従って前記多関節アーム機構を制御する制御部とを具備することを特徴とするロボット装置。
2. 前記基準面は前記多関節アーム機構に対して固定されるロボット座標系上で設定されることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
3. 前記多関節アーム機構に対して固定されるロボット座標系の直交３軸のうち任意の２軸を含む平面を前記基準面として前記軌道が前記鏡面軌道に変換されることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
4. 前記多関節アーム機構に対して固定されるロボット座標系上で規定されるＸＹ面、ＸＺ面、ＹＺ面のいずれか一が前記基準面として操作者により前記操作部を介して選択されることを特徴とする請求項１記載のロボット装置。
5. 前記多関節アーム機構は、直動伸縮性を発揮する直動伸縮関節部を有し、
   前記直動伸縮関節部は、
   屈曲可能に連結された複数の連結コマと、前記連結コマの屈曲が拘束されることにより柱状体が前記アーム部として構成される、
   前記柱状体を支持する射出部と、
   前記連結コマを屈曲可能な状態で前記基部内に収納する収納部とを有することを特徴とする請求項１記載のロボット装置。

Images