JP2020082212A

JP2020082212A - ロボット制御装置

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Publication number: JP2020082212A
Application number: JP2018214913A
Authority: JP
Inventors: 和之西嶋; Kazuyuki Nishijima; 暢宏柴崎; Nobuhiro Shibazaki; 祥安井; Sho Yasui
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: JP7172485B2

Abstract

【課題】人協働ロボットの教示作業の効率を向上させる。【解決手段】人協働ロボットの動作を制御するロボット制御装置であって、前記人協働ロボットの教示作業中において、前記人協働ロボットの動作特性を第１の動作特性とする第１のモードと、前記動作特性を前記第１の動作特性とは異なる第２の動作特性とする第２のモードと、を切り替え可能な切替部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット制御装置に関する。

産業用ロボットに対して教示作業を行う場合には、安全教育を受けた有資格者が、産業用ロボットの動作速度に制限がかかった教示モードにおいて、ティーチングペンダントと呼ばれる操作デバイスを操作することで人協働ロボットの先端を目的の位置に位置決めしながら教示作業を行う（例えば、特許文献１）。

一方、人協働ロボットでは、安全性が確保されているため、有資格者ではない一般作業者が、人協働ロボットの先端に直接手を触れて、当該先端を動かしたい方向に力をかけて目的の位置に位置決めしながら教示作業を行うことができる。このとき、人協働ロボットのロボット制御装置は、内部に設けられた力センサにより作業者から受ける力に追従して人協働ロボットの先端を移動させる。

特開２００６−３４６７９２号公報

ただし、人協働ロボットの教示作業において、作業者が人協働ロボットの先端に加える力の加減によって想定外の方向や大きさの外力がかかり、先端の位置がずれてしまう場合がある。したがって、詳細な位置決めを行うのに多大な時間を要し、作業効率が悪い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、人協働ロボットの教示作業の効率を向上させることである。

本発明の一態様は、人協働ロボットの動作を制御するロボット制御装置であって、前記人協働ロボットの教示作業中において、前記人協働ロボットの動作特性を第１の動作特性とする第１のモードと、前記動作特性を前記第１の動作特性とは異なる第２の動作特性とする第２のモードと、を切り替え可能な切替部を備えることを特徴とする、ロボット制御装置である。

本発明の一態様は、上述のロボット制御装置であって、前記人協働ロボットの関節の機械インピーダンスを調整することにより、前記人協働ロボットの先端が外力により移動することに対する抵抗力を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第１のモードにおいて前記抵抗力を第１の抵抗力に制御することで前記動作特性を第１の動作特性とし、前記第２のモードでは前記抵抗力を前記第１の抵抗力よりも大きい第２の抵抗力に制御することで前記動作特性を第２の動作特性とする。

本発明の一態様は、上述のロボット制御装置であって、前記制御部は、第２のモードにおいて、前記先端が移動可能な複数の移動方向のうち、任意の移動方向に対する前記抵抗力を前記第２の抵抗力に制御し、前記任意の移動方向以外の移動方向の抵抗力を前記第２の抵抗力よりも大きい第３の抵抗力に制御する。

本発明の一態様は、上述のロボット制御装置であって、前記任意の移動方向を指定可能な第１の操作部を備える。

本発明の一態様は、上述のロボット制御装置であって、前記第２の抵抗力を調整可能な第２の操作部を備える。

本発明の一態様は、上述のロボット制御装置であって、複数の第３の操作部を備え、前記制御部は、前記第２のモードにおいて、前記第３の操作部が操作された場合には、操作された前記第３の操作部に対応する移動方向に所定の移動量だけ前記先端を移動させる。

以上説明したように、本発明によれば、人協働ロボットの教示作業の効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るロボット制御装置を備えたロボットシステムＡの概略構成の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る制御装置４の教示作業を実行するための機能部を示す図である。本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の変形例１の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の変形例２の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の変形例３の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るロボット制御装置を、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るロボット制御装置を備えたロボットシステムＡの概略構成の一例を示す図である。

ロボットシステムＡは、ワークに対して所定の処理を行う。ここで、ロボットシステムＡがワークに対して行う処理としては、例えば、ワークのピックングや加工（切削や研削等）、溶接、塗装、仕上げ（バリ取り、面取り、Ｒ付け、磨き等）、その他の処理が挙げられる。

以下において、本発明の一実施形態に係るロボットシステムＡの構成の一例について説明する。図１は、本本発明の一実施形態に係るロボットシステムＡの概略構成図である。

ロボットシステムＡは、ロボット１及びロボット制御装置２を備える。そして、ロボット制御装置２は、モード切替操作部３及び制御装置４を備える。

ロボット１は、人間の安全を十分に確保できるため、人間と協働して作業を実施できる、いわゆる人協働ロボットである。

以下に、本発明の一実施形態に係るロボット１の概略構成について説明する。
ロボット１は、ロボットアーム１１、ハンド部１２、処理ツール１３及び力センサ１４を備える。

ロボットアーム１１は、複数の多関節機構を有する。ロボットアーム１１の各関節には、各関節を各々駆動するモータが設けられている。ロボットアーム１１は、制御装置４によりモータが駆動されることで、例えば、三次元空間を移動することができる。また、各関節には、モータの回転角度を検知するエンコーダが設けられている。

ハンド部１２は、処理ツール１３をロボットアーム１１に対して着脱可能に接続する。

処理ツール１３は、ハンド部１２によりロボットアーム１１の先端に取り付けられるエンドエフェクタである。
処理ツール１３は、ロボットアーム１１の駆動により、三次元空間内で位置と姿勢を移動可能である。処理ツール１３は、所定の力で押圧されても変形しない剛性を有する材料で形成される。この所定の力とは、処理ツール１３がワークを押し付ける押付け力である。処理ツール１３は、教示作業を行うための専用の教示ツールであってもよいし、上記所定の処理を行う工具であってもよい。

力センサ１４は、処理ツール１３に作用する外力Ｆを検出する。そして、力センサ１４は、検出した外力Ｆを制御装置４に出力する。例えば、力センサ１４は、三次元的に移動可能なロボットアーム１１と処理ツール１３との間に取り付けられる。この力センサ１４は、例えば、直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向）の力と各軸周りのトルクを検出する。

次に、本発明の一実施形態に係るモード切替操作部３について、説明する。

モード切替操作部３は、作業者が操作可能なものであって、ロボット１の教示作業中において、ロボット１の動作特性を第１の動作特性とする第１のモードと、ロボット１の動作特性を第１の動作特性とは異なる第２の動作特性とする第２のモードと、を切り替えるための操作部材である。
ここで、本実施形態では、動作特性とは、処理ツール１３が外力により移動することに対する抵抗力である。例えば、この抵抗力は、ロボットアーム１１の各関節の粘性や剛性である。

モード切替操作部３は、作業者が第１のモード及び第２のモードのいずれかを選択可能であれば、その構成には特定に限定されないが、例えば、タッチパネルであってもよいし、オルタネイト型の押ボタンスイッチでもよいし、セレクタスイッチであってもよい。
このモード切替操作部３は、例えば、ハンド部１２に設置される。

モード切替操作部３は、作業者に第１の操作が行われると、第１のモードを示す第１のモード信号を制御装置４に出力する。一方、モード切替操作部３は、作業者により第２の操作が行われると、第２のモードを示す第２のモード信号を制御装置４に出力する。

制御装置４は、教示作業において、ロボットアーム１１の動作を制御するとともに、ロボットアーム１１の先端（本実施形態では、処理ツール１３）の位置及びロボットアーム１１の姿勢（例えば、各関節の角度）を記憶する。この制御装置４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。

以下において、本発明の一実施形態に係る制御装置４の教示作業を実行するための機能部について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置４の教示作業を実行するための機能部を示す図である。

図２に示すように、制御装置４は、切替部４１及び制御部４２を備える。

切替部４１は、ロボット１の教示作業中において、第１のモードと第２のモードとを切り替え可能である。例えば、切替部４１は、モード切替操作部３と電気的に接続されており、モード切替操作部３から第１のモード信号を取得した場合には、ロボット１の動作特性を第１の動作特性とする第１のモード指令信号を制御部４２に出力する。一方、切替部４１は、モード切替操作部３から第２のモード信号を取得した場合には、ロボット１の動作特性を第２の動作特性とする第２のモード指令信号を制御部４２に出力する。

制御部４２は、教示作業時において、ロボットアーム１１の各関節に設けられたモータの駆動を制御することで、ロボット１の関節の機械インピーダンスを調整し、ロボット１の処理ツール１３が外力により移動することに対する抵抗力を制御する。

すなわち、制御部４２は、教示作業時において、第１のモード指令信号を取得した場合には、上記モータの制御を第１の制御とすることでロボット１の動作特性を第１の動作特性とする第１のモードに移行し、第２のモード指令信号を取得した場合には、上記モータの制御を第１の制御とは異なる第２の制御とすることでロボット１の動作特性を第２の動作特性とする第２のモードに移行する。

より具体的には、教示モードにおいて、制御部４２は、力センサ１４により検出された処理ツール１３に作用する外力Ｆに基づいて、当該外力Ｆが加えられた方向に、当該外力Ｆの大きさに応じた移動量ΔＨだけ処理ツール１３を移動させる。この際に、制御部４２は、ロボット１の各関節の機械インピーダンスを制御して、第１のモードと第２のモードとで上記移動量ΔＨを変化させる。すなわち、制御部４２は、第１のモードと第２のモードとで、ロボット１の各関節の機械インピーダンスを変化させることにより、ロボット１の処理ツール１３が外力により移動することに対する抵抗力を変化させる。

例えば、制御部４２は、ロボット１の各関節の機械インピーダンス（粘性や剛性）を制御して、第１のモードにおける抵抗力を第１の抵抗力に制御することで動作特性を第１の動作特性とし、第２のモードでは上記抵抗力を第１の抵抗力よりも大きい第２の抵抗力に制御する。
これにより、作業者により処理ツール１３に外力Ｆが加えられた場合には、制御部４２は、処理ツール１３を当該外力Ｆが加えられた方向に第１の移動量ΔＨ_１だけ移動させ、第２のモードでは第１の移動量ΔＨ_１よりも小さい第２の移動量Δ_２だけ移動させることになる。

したがって、作業者は、ロボット１の教示作業を実行する場合において、まず、モード切替操作部３に対して第１の操作を行う。これにより、ロボット１がロボット１の各関節の剛性や粘性が低い第１のモードとなるため、作業者は、処理ツール１３に直接手を触れて、当該処理ツール１３を動かしたい方向に力をかけて、処理ツール１３を粗く位置決めを行う。その後、作業者は、モード切替操作部３に対して第２の操作を行うことで、ロボット１をロボット１の各関節の剛性や粘性が高い第２のモードに移行させて処理ツール１３の細い位置決めを行う。この際に、作業者が処理ツール１３に加える力の加減によって想定外の方向や大きさの外力がかかってしまった場合であっても、処理ツール１３の位置がずれることが抑制される。したがって、作業者は、処理ツール１３に直接手を触れて当該処理ツール１３の細い位置決めを容易に行うことができる。そのため、詳細な位置決めを行う作業の効率を向上させることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）上記実施形態において、制御部４２は、第２のモードにおいて、処理ツール１３が移動可能な複数の移動方向（例えば、直交３軸方向）のうち、任意の移動方向に対する抵抗力（例えば、粘性や剛性）を第２の抵抗力に制御し、任意の移動方向以外の移動方向の抵抗力を第２の抵抗力よりも大きい第３の抵抗力に制御してもよい。

この任意の移動方向とは、教示作業において、作業者が処理ツール１３を移動させたい方向である。例えば、図３に示すように、ロボット制御装置２は、任意の方向を指定する方向指定部５（第１の操作部）をさらに備えてもよい。この方向指定部５は、作業者に操作されることで任意の方向を指定する。すなわち、作業者は、方向指定部５を操作して、作業者が処理ツール１３を移動させたい方向（以下、「位置決め方向」という。）を指定することができる。方向指定部５は、作業者に操作されることで指定した位置決め方向を制御部４２に送信する。そして、制御部４２は、第２のモードにおいて、処理ツール１３が移動可能な複数の移動方向（例えば、直交３軸方向）のうち、位置決め方向に対する抵抗力を第２の抵抗力に制御し、位置決め方向以外の移動方向の抵抗力を第２の抵抗力よりも大きい第３の抵抗力に制御してもよい。すなわち、制御部４２は、外力に対する抵抗力の強さに異方性を持たせ、処理ツール１３が位置決め方向以外に動くことを制限する。これにより、作業者が処理ツール１３を位置決め方向に移動させやすくなり、詳細な位置決めを行う作業の効率を向上させることができる。なお、方向指定部５は、表示装置（例えば、タッチパネル）上に表示されたＧＵＩ（Graphical User Interface）の選択ボタンであてもよいし、オルタネイト型の押ボタンスイッチでもよいし、セレクタスイッチであってもよい。

（変形例２）上記実施形態や上記変形例１において、ロボット制御装置２は、作業者に操作されるものであって、第２のモードにおける第２の抵抗力を調整可能な調整部６（第２の操作部）を備えてもよい（例えば、図４）。例えば、調整部６は、つまみを備え、作業者によってつまみが操作されることによって第２の抵抗力を調整することができる。例えば、調整部６は、作業者によって操作されたつまみの操作量を制御部４２に送信する。そして、制御部４２は、第２のモードにおける第２の抵抗力を、調整部６から得られたつまみの操作量に応じた値に制御する。
これにより、作業者は、第２のモードにおいて、第２の抵抗力を所望の抵抗力に調整することができ、詳細な位置決めを行う作業の効率を向上させることができる。

（変形例３）上記実施形態、変形例１、及び変形例２の少なくともいずれかにおいて、ロボット制御装置２は、複数の第３の操作部７をさらに備えてもよい（例えば、図５）。

第３の操作部７は、作業者に操作されるものであって、処理ツール１３が移動可能な複数の移動方向（例えば、直交３軸方向）のそれぞれに対応して設けられている。
そして、制御部４２は、第２のモードにおいて、第３の操作部７が操作された場合には、その操作された第３の操作部７に対応する移動方向に所定の移動量だけ処理ツール１３を移動させる。この所定の移動量は、作業者が任意に設定可能である。

例えば、任意の第３の操作部７が作業者により操作された場合には、制御部４２は、その操作された第３の操作部７に対応する移動方向に処理ツール１３を所定の移動量だけ移動させる。したがって、処理ツール１３は、作業者により第３の操作部７が操作されるごとに所定の移動量だけ移動することになる。なお、この処理ツール１３を移動させる速度は、予め設定されている。さらに、第３の操作部７が操作されていない場合には、制御部４２は、ロボット１の各関節の姿勢を保持するように制御してもよい。なお、第３の操作部７は、表示装置（例えば、タッチパネル）上に表示されたＧＵＩ（Graphical User Interface）の選択ボタンであてもよいし、オルタネイト型の押ボタンスイッチでもよいし、セレクタスイッチであってもよい。

これにより、作業者は、第３の操作部７を操作するだけで、詳細な位置決めを行うことができ、作業の効率を向上させることができる。

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係るロボット制御装置２は、ロボット１（人協働ロボット）の教示作業中において、ロボット１の動作特性を第１の動作特性とする第１のモードと第１の動作特性とは異なる第２の動作特性とする第２のモードと、を切り替え可能な切替部４１を備える。

このような構成によれば、作業者は、第１にモードにおいて目標とする位置の近くまで処理ツール１３を移動させた後に第１のモードから第２のモードに切り替えて微小な移動量で細かく処理ツール１３を位置決めすることができる。したがって、ロボット１の教示作業の効率を向上させることができる。

さらに、教示作業の作業性が向上することで、処理ツール１３の位置決めに関して、大雑把な位置決めでもかまわない作業と詳細な位置決めが必要な作業（例えば処理ツール１３の大きさに対して小サイズのワークと大きなサイズのワークが混ざって流れてくるような作業）にも大きな仕組み変更なく迅速に対応できるようになる。

また、ロボット制御装置２は、ロボット１の関節の機械インピーダンスを調整することにより、ロボット１の先端が外力により移動することに対する抵抗力を制御する制御部４２をさらに備えてもよい。そして、制御部４２は、第１のモードにおいて抵抗力を第１の抵抗力に制御することで動作特性を第１の動作特性とし、第２のモードでは抵抗力を第１の抵抗力よりも大きい第２の抵抗力に制御することで動作特性を第２の動作特性としてもよい。

このような構成によれば、処理ツール１３の詳細な位置決めを行う場合であって、決まった場所に処理ツール１３を停止させる際にロボット１の自重や意図しない力加減で処理ツール１３の位置がずれることを抑制することができる。

１ロボット１（人協働ロボット）
２ロボット制御装置
３モード切替操作部
５方向指定部（第１の操作部）
６調整部（第２の操作部）
７第３の操作部
４制御装置
４１切替部
４２制御部

Claims

人協働ロボットの動作を制御するロボット制御装置であって、
前記人協働ロボットの教示作業中において、前記人協働ロボットの動作特性を第１の動作特性とする第１のモードと、前記動作特性を前記第１の動作特性とは異なる第２の動作特性とする第２のモードと、を切り替え可能な切替部を備えることを特徴とする、ロボット制御装置。
前記人協働ロボットの関節の機械インピーダンスを調整することにより、前記人協働ロボットの先端が外力により移動することに対する抵抗力を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第１のモードにおいて前記抵抗力を第１の抵抗力に制御することで前記動作特性を第１の動作特性とし、前記第２のモードでは前記抵抗力を前記第１の抵抗力よりも大きい第２の抵抗力に制御することで前記動作特性を第２の動作特性とすることを特徴とする、請求項１に記載のロボット制御装置。
前記制御部は、第２のモードにおいて、前記先端が移動可能な複数の移動方向のうち、任意の移動方向に対する前記抵抗力を前記第２の抵抗力に制御し、前記任意の移動方向以外の移動方向の抵抗力を前記第２の抵抗力よりも大きい第３の抵抗力に制御することを特徴とする、請求項２に記載のロボット制御装置。
前記任意の移動方向を指定可能な第１の操作部を備えることを特徴とする、請求項３に記載のロボット制御装置。
前記第２の抵抗力を調整可能な第２の操作部を備えることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
複数の第３の操作部を備え、
前記制御部は、前記第２のモードにおいて、前記第３の操作部が操作された場合には、操作された前記第３の操作部に対応する移動方向に所定の移動量だけ前記先端を移動させることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のロボット制御装置。