JP2019093536A - ロボット教示システム、制御装置およびハンドガイドユニット - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の安全を確保しつつ、ロボットを所望の方向に正確に移動させる。【解決手段】ロボット教示システム（１）は、ロボット（１０）の教示操作に用いられるスティック（１９）と教示操作盤（３０）に対して無線で通信する無線通信部（４１）とを有するハンドガイドユニット（４０）と、ハンドガイドユニットとロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部（４２）と、相対位置情報に基づいて、スティックの操作方向に対応するように、ロボットのフランジ面またはロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部（４３）とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット教示システム、制御装置およびハンドガイドユニットに関する。

ロボットの教示操作またはジョグ操作の際には、ロボットに取付けられたハンドガイドユニットのスティック等に人間が力をかけて、ロボットを力の方向に移動させてロボットを所望の方向に移動させている。このようにロボットを案内する方式は、ハンドガイド、ダイレクトティーチ、リードスルー等と呼ばれており、ロボットの教示をより直感的に行うことができる。

力の方向を検出するために、ハンドガイドユニットに力センサが組み込まれている場合や、ロボットの各軸のモータにトルクセンサが組み込まれている場合がある。操作者はこのようなハンドガイドユニットを用いてロボットを所望の方向に所望の位置まで移動させて、ロボットに対し位置の教示を行う。そして、このような作業を繰返してロボットの軌跡を教示している。

一般に、ハンドガイドユニットをロボットに取付けるのは不便であり、ハンドガイドユニット自体の扱いも困難である。さらに、ハンドガイドユニットをロボットの制御装置または教示操作盤に接続するのが煩雑である。

このため、他のロボットに移し替えできたり、教示操作盤と無線通信可能なハンドガイドユニットが提案されている。例えば特許文献１を参照されたい。特許文献１には、ガイドデバイスと呼ばれるハンドガイドユニットが開示されている。

特開２０１０−１４９２７３号公報

しかしながら、操作者はロボットに近づいて教示操作またはジョグ操作を行うので、ロボットの動きによっては操作者の安全を確保するのが困難な場合がある。操作者の安全を確保するために、ハンドガイドユニットをロボットから取外して、操作者がロボットから十分に離れた位置から教示操作などを行うことが望まれている。

さらに、ハンドガイドユニットをロボットから取外した状態で教示操作などを行う際に、ハンドガイドユニットの座標軸とロボットの座標軸とが同じでない場合がある。このような場合に、操作者がハンドガイドユニットを用いて教示操作を行うと、ロボットが操作者が意図しない方向に移動する可能性がある。

また、ハンドガイドユニットがロボットに取付けられている場合であっても、ロボットのツールの形状によっては、ツール先端点がロボットの先端に在るフランジ面から離間している場合がある。このような場合には、ツール先端点を基準とした操作が困難になりうる。

それゆえ、操作者の安全を確保しつつ、ロボットを所望の方向に正確に移動させられるロボット教示システムが望まれている。

本開示の１番目の態様によれば、ロボットの教示操作に用いられるスティックと前記ロボットを制御する制御装置または教示操作盤に対して無線で通信する無線通信部とを有するハンドガイドユニットと、前記ハンドガイドユニットと前記ロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部と、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部と、を具備するロボット教示システムが提供される。

１番目の態様においては、相対位置情報に基づいて、スティックの操作方向に対応するように座標を設定している。従って、操作者がスティックを操作した操作方向に対応してロボットが移動するようになる。このため、ハンドガイドユニットをロボットから取外した場合であっても、操作者の安全を確保しつつ、無線で教示操作を行うことが可能である。

本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の実施形態の説明により一層明らかになろう。

第一の実施形態に基づくハンドガイドユニットを含むロボット教示システムの概念図である。 ハンドガイドユニットの斜視図である。 ロボットおよびハンドガイドユニットの第一の図である。 ロボットおよびハンドガイドユニットの第二の図である。 ロボットおよびハンドガイドユニットの第三の図である。 第一の実施形態におけるロボット教示システムの動作を示すフローチャートである。 第二の実施形態に基づくハンドガイドユニットを含むロボット教示システムの概念図である。 第二の実施形態におけるロボット教示システムの動作を示すフローチャートである。 第一の実施形態の変形例を示す、図１と同様な図である。 第二の実施形態の変形例を示す、図５と同様な図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図１は第一の実施形態に基づくハンドガイドユニットを含むロボット教示システムの概念図である。第一の実施形態におけるロボット教示システム１は、ロボット１０と、ロボット１０を制御する制御装置２０と、制御装置２０に接続された教示操作盤３０と、ハンドガイドユニット４０とを主に含んでいる。

ロボット１０は多関節ロボットであり、複数、例えば六つの軸を有している。ロボット１０は操作者（人間、図１には示さない）と作業空間を共有して協調作業を行うロボットであってもよい。

制御装置２０はバス等で互いに接続されたＣＰＵ、メモリなどを含むデジタルコンピュータである。教示操作盤３０は制御装置２０に接続されている。教示操作盤３０は、一般に、ロボット１０の教示操作などに使用され、操作者の操作によってロボット１０の各軸のジョグ送り等を行う。教示操作盤３０はバス等で互いに接続されたＣＰＵ、メモリなどを含むデジタルコンピュータであってもよい。

さらに、ハンドガイドユニット４０がロボット１０から遠方の場所において台５０に設置されている。図２はハンドガイドユニットの斜視図である。ハンドガイドユニットは一種の小型コンピュータであり、ＣＰＵやメモリを含んでいてもよい。ハンドガイドユニット４０の頂面には、ロボットの教示操作に用いられるスティック１９、例えばジョイスティックが設けられている。スティック１９は、操作者、例えば人間１１（図５参照）によって、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸へ移動可能であると共に、Ｗ方向、Ｐ方向、およびＲ方向に回転させられる。スティック１９がこのように操作されることによって、ロボット１１はスティック１９の操作方向に対応して移動される。

さらに、ハンドガイドユニット４０の側面にはスイッチ１３が設けられている。操作者は、教示操作を行うときには、スイッチ１３を押圧しながらスティック１９を前述したように操作する。スイッチ１３が押圧されている間は、教示操作を行うことができる。また、スイッチ１３が押圧されていないときは、教示操作を行うことができない。なお、スイッチ１３を押圧することで、教示操作を行えるようにし、もう一度押圧することで、教示操作をおこなうことができないようにして、押圧し続けなくても教示操作を行えるようになっていてもよい。

さらに、図１を参照すると、ハンドガイドユニット４０は、教示操作盤３０に対して無線で通信する無線通信部４１を含んでいる。無線通信部４１と通信するために、教示操作盤３０には無線ドングル３１が接続されている。なお、無線通信部４１が制御装置２０と無線で通信可能であってもよい。

一般に教示操作盤３０は制御装置２０に有線で接続されている。ハンドガイドユニット４０は教示操作盤３０に無線で接続されているので、操作者はハンドガイドユニット４０を操作することにより、教示操作盤３０を通じて教示操作等を行うことができる。

さらに、制御装置２０は、ハンドガイドユニット４０とロボット１０との間の相対位置情報を設定する相対位置設定部４２を含んでいる。ロボット１０が設置されている位置は事前に把握され、教示操作盤３０または制御装置２０に記憶されている。相対位置設定部４２に設定される相対位置情報は、操作者によって教示操作盤３０を用いて入力される。この相対位置情報は、他の手法で入力してもよい。例えば、操作者がハンドガイドユニット４０に設けられた他のボタン（図示しない）を用いて相対位置を入力してもよい。また、例えば、ハンドガイドユニット４０に設けられたＧＰＳ(Global Positioning System) 機能を有する相対位置検出手段（図示しない）を用いてハンドガイドユニット４０の絶対位置を検出し、該ハンドガイドユニット４０の絶対位置に基づいて設定してもよい。相対位置設定部

さらに、制御装置２０は、相対位置情報に基づいて、スティック１９の操作方向に対応するように、ロボット１０のフランジ面の中心を原点とする座標またはロボット１０に取付けられたツールＴの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部４３とを含んでいる。制御装置２０のＣＰＵは相対位置設定部４２および座標算出部としての役目を果たす。ここで、図３Ａおよび図３Ｂはロボットおよびハンドガイドユニットの図である。図３Ａには、ロボット１０のアーム先端に位置するフランジ面Ｆの中心を原点とするに座標ΣＦが座標算出部４３によって設定されており、図３Ｂには、ロボット１０に取付けられたツールＴの先端点を原点とする座標ΣＴが座標算出部４３によって設定されている。

図３Ｂに示されるツールＴは略筒型の単純な形状である。図３Ａおよび図３Ｂと同様な図３Ｃには、三次元的に湾曲した複雑な形状のツールＴ’がロボット１０の先端に取付けられている。ツールＴ’の先端点は、フランジ面から離間している。このため、座標算出部４３は、ハンドガイドユニット４０の位置情報に基づいて、ハンドガイドユニット４０を原点とする座標ΣＨを算出する。なお、ハンドガイドユニット４０の位置情報は、ハンドガイドユニット４０の位置に相当する。

ところで、図４は第一の実施形態におけるロボット教示システムの動作を示すフローチャートである。図４に示される処理は、ハンドガイドユニット４０がロボット１０に対して遠方に位置しているとき、例えば図３Ａ等に示されるようにハンドガイドユニット４０がロボット１０から遠方の台５０に設置されているときに実施される。さらに、無線通信部４１は教示操作盤３０または制御装置２０と無線で通信可能な状態にあるものとする。

はじめに、ステップＳ１１においては、相対位置設定部４２がハンドガイドユニット４０とロボット１０との間の相対位置情報を設定する。

次いで、ステップＳ１２において、ロボット１０のアーム先端にツールＴが取付けられているか否かが判定される。ツールＴの有無の判定は、ロボット１０の重量を測定する重量計（図示しない）を通じて行っても良い。あるいは、操作者がハンドガイドユニット４０の他のボタン（図示しない）または教示操作盤３０を用いてツールＴの有無を入力してもよい。

そして、ロボット１０にツールＴが取付けられている場合には、図３Ｂを参照して説明したように、座標算出部４３は、ツールＴの先端点を原点とする座標ΣＴを算出する（ステップＳ１３）。ロボット１０にツールＴが取付けられていない場合には、図３Ａを参照して説明したように、座標算出部４３は、フランジ面Ｆを原点とするに座標ΣＦを算出する。

座標ΣＴ、ΣＦは、ハンドガイドユニット４０の座標Σ１、Σ２に対応している。言い換えれば、座標ΣＴ、ΣＦはハンドガイドユニット４０の設置方向に対応している。このため、第一の実施形態では、相対位置情報に基づいて設定された座標ΣＴ、ΣＦにおいては、座標Σ１、Σ２におけるスティック１９の操作方向が同じ方向になるように反映される。従って、操作者がハンドガイドユニット４０でロボット１０の教示などを行う際には、操作者がスティック１９を操作した操作方向に対応してロボット１０が移動するようになる。このため、ハンドガイドユニット４０がロボット１０から遠方の位置に在る場合、もしくはハンドガイドユニット４０をロボット１０から取外した場合であっても、操作者の安全を確保しつつ、無線通信部４１によって教示操作を行うことが可能である。

ところで、図５は第二の実施形態に基づくハンドガイドユニットを含むロボット教示システムの概念図である。第二の実施形態においては、ロボット１０のアームには、腕木１５が取付けられている。そして、ロボット１０の腕木１５にはハンドガイドユニット４０が取付けられている。さらに、制御装置２０は、相対位置情報に基づいてハンドガイドユニット４０がロボット１０に取付けられているか否かを判断する判断部４４を含んでいる。判断部４４は、ロボット１０の各軸の移動量に基づいて、現在のロボット１０の位置姿勢に対応したロボットのモデルを作成してもよい。そして、判断部４４は、相対位置情報および／またはモデルに基づいて、前述した判断を行う。制御装置２０のＣＰＵは判断部４４としての役目を果たす。その他の要素については、前述したのと同様であるので、再度の説明を省略する。

さらに、図６は第二の実施形態におけるロボット教示システムの動作を示すフローチャートである。図６に示される処理においては、無線通信部４１は教示操作盤３０または制御装置２０と無線で通信可能な状態にあるものとする。

はじめに、ステップＳ２１においては、相対位置設定部４２がハンドガイドユニット４０とロボット１０との間の相対位置情報を設定する。

次いで、ステップＳ２２においては、判断部４４が相対位置情報、例えば相対位置を所定値と比較する。所定値は、実験等により予め求められた値であり、ロボット１０の寸法よりも小さいものとする。相対位置情報が所定値よりも小さくないと判定された場合には、判断部４４は、ハンドガイドユニット４０がロボット１０から遠方の位置に在るものと判断する（ステップＳ２４）。この場合には、ステップＳ１２〜ステップＳ１４において前述した処理を同様に行う。

これに対し、相対位置情報が所定値よりも小さいと判定された場合には、判断部４４は、ハンドガイドユニット４０がロボット１０に取付けられているものと判断する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２５において、相対位置情報に基づいて、座標算出部４３はハンドガイドユニット４０を原点とする座標ΣＨを算出する。図３Ｃにおいては、ハンドガイドユニット４０の座標Σ３に対応した座標ΣＨが示されている。この場合にも、前述したのと同様な効果が得られる。

従って、前述したように座標ΣＨにおいては、座標Σ３におけるスティック１９の操作方向が同じ方向になるように反映される。それゆえ、ツールＴ’が複雑な形状である場合であっても、ロボット１０の教示操作を容易に行うことができる。
なお、図示しない実施形態においては、相対位置設定部４２、座標算出部４３および判断部４４は教示操作盤３０またはハンドガイドユニット４０に含まれていても良い。このような場合には、教示操作盤３０のＣＰＵまたはハンドガイドユニット４０のＣＰＵが、相対位置設定部４２、座標算出部４３および判断部４４としての役目を果たす。
さらに、第一の実施形態の変形例である図７および第二の実施形態の変形例である図８に示されるように、ロボット教示システム１がロボット１０、制御装置２０、およびハンドガイドユニット４０を主に含んでいても良い。言い換えれば、ロボット教示システム１は教示操作盤３０を含んでいなくてもよい。この場合、ハンドガイドユニット４０は制御装置２０に無線通信部４１により接続されているものとする。

本開示の態様
１番目の態様によれば、ロボット（１０）の教示操作に用いられるスティック（１９）と前記ロボットを制御する制御装置（２０）または教示操作盤（３０）に対して無線で通信する無線通信部（４１）とを有するハンドガイドユニット（４０）と、前記ハンドガイドユニットと前記ロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部（４２）と、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部（４３）と、を具備するロボット教示システム（１）が提供される。
２番目の態様によれば、１番目の態様において、さらに、前記相対位置情報に基づいて前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられているか否かを判断する判断部（４４）と、該判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていないと判断された場合には、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部（４３）とを具備する。
３番目の態様によれば、２番目の態様において、前記判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていると判断された場合には、前記座標算出部は、前記ハンドガイドユニットの位置情報に基づいて、前記ハンドガイドユニットを原点とする座標を算出する。
４番目の態様によれば、ロボット（１０）を制御する制御装置（２０）において、前記ロボットの教示操作に用いられるスティック（１９）を有するハンドガイドユニット（４０）と前記ロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部（４２）と、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部（４３）と、を具備する制御装置が提供される。
５番目の態様によれば、４番目の態様において、さらに、前記相対位置情報に基づいて前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられているか否かを判断する判断部（４４）を具備し、該判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていないと判断された場合には、前記座標算出部は、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する。
６番目の態様によれば、５番目の態様において、前記判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていると判断された場合には、前記座標算出部は、前記ハンドガイドユニットの位置情報に基づいて、前記ハンドガイドユニットを原点とする座標を算出する。
７番目の態様によれば、４番目から６番目のいずれかの制御装置に接続されたハンドガイドユニットが提供される。

態様の効果
１番目、４番目および７番目の態様においては、相対位置情報に基づいて、スティックの操作方向に対応するように座標を設定している。従って、操作者がスティックを操作した操作方向に対応してロボットが移動するようになる。このため、ハンドガイドユニットをロボットから取外した場合であっても、操作者の安全を確保しつつ、無線で教示操作を行うことが可能である。
２番目および５番目の態様においては、ハンドガイドユニットがロボットに取付けられているか否かを自動的に判定した上で、相対位置情報に基づいて、スティックの操作方向に対応するように座標を設定している。従って、操作者がスティックを操作した操作方向に対応してロボットが移動するようになる。このため、ハンドガイドユニットをロボットから取外した場合であっても、操作者の安全を確保しつつ、無線で教示操作を行うことが可能である。
３番目および６番目の態様においては、複雑な形状のツールがロボットに取付けられている場合であっても、ハンドガイドユニットを原点とする座標に基づいて教示操作を容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、後述する請求の範囲の開示範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されよう。

１ ロボット教示システム
１０ ロボット
１３ スイッチ
１９ スティック
２０ 制御装置
３０ 教示操作盤
３１ 無線ドングル
４０ ハンドガイドユニット
４１ 無線通信部
４２ 相対位置設定部
４３ 座標算出部
４４ 判断部
５０ 台
Ｔ ツール
Ｆ フランジ面

Claims (7)

1. ロボットの教示操作に用いられるスティックと前記ロボットを制御する制御装置または教示操作盤に対して無線で通信する無線通信部とを有するハンドガイドユニットと、
   前記ハンドガイドユニットと前記ロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部と、
   前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部と、を具備するロボット教示システム。
2. さらに、前記相対位置情報に基づいて前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられているか否かを判断する判断部と、
   該判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていないと判断された場合には、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部とを具備する、請求項１に記載のロボット教示システム。
3. 前記判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていると判断された場合には、前記座標算出部は、前記ハンドガイドユニットの位置情報に基づいて、前記ハンドガイドユニットを原点とする座標を算出する、請求項２に記載のロボット教示システム。
4. ロボットを制御する制御装置において、
   前記ロボットの教示操作に用いられるスティックを有するハンドガイドユニットと前記ロボットとの間の相対位置情報を設定する相対位置設定部と、
   前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面を原点とする座標または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する座標算出部と、を具備する制御装置。
5. さらに、前記相対位置情報に基づいて前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられているか否かを判断する判断部を具備し、
   該判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていないと判断された場合には、前記座標算出部は、前記相対位置情報に基づいて、前記スティックの操作方向に対応するように、前記ロボットのフランジ面または前記ロボットに取付けられたツールの先端点を原点とする座標を算出する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記判断部により前記ハンドガイドユニットが前記ロボットに取付けられていると判断された場合には、前記座標算出部は、前記ハンドガイドユニットの位置情報に基づいて、前記ハンドガイドユニットを原点とする座標を算出する、請求項５に記載の制御装置。
7. 請求項４から６のいずれか一項に記載された制御装置に接続されたハンドガイドユニット。

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