JP5104560B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、マニピュレータを有するロボット装置を手動操作により制御するためのロボット制御装置に関する。

従来、マニピュレータを備えたロボット装置が提案されており、また、このようなロボット装置のマニピュレータの動作を手動操作により制御するための入力装置を持つ操作装置を備えたロボット制御装置が提案されている。

このような操作装置を備えたロボット制御装置によるロボット装置の制御においては、特許文献１に記載されているように、操作者がロボット装置の可動範囲内に進入して手動操作を行う場合が想定される。このような場合において用いるロボット制御装置の操作装置においては、操作者の意図しない操作によるロボット装置の動作を防止するため、イネーブルスイッチを備えた操作装置を用いることが一般的である。イネーブルスイッチとは、例えば、操作子が押された状態でのみ、入力装置によるロボット装置の操作を可能とし、操作子が押されない状態では、ロボット装置の操作を不可能とするためのスイッチである。

また、操作者の意図しない操作としては、操作子を押込む操作と、操作子を離してしまう操作とのいずれも考えられるため、イネーブルスイッチとしては、特許文献２に記載されているように、初期位置（非押圧位置）、押圧位置（中間位置）及び押込み位置の３点動作が可能となっている３点式スイッチを用いることが提案されている。このような３点式スイッチをイネーブルスイッチとして用いた場合には、ロボット制御装置は、操作子を押圧位置とした状態においてのみ、ロボット装置が操作可能となり、操作子を押込み位置まで押込んだ状態、または、操作子を離した状態においては、ロボット装置が操作不可能となるように構成される。

特許３８７２３８７号公報 特開２００３−３２３８３２公報

ところで、前述のようなロボット制御装置において、イネーブルスイッチを備えた操作装置を使用した場合には、操作者の意図に反してイネーブルスイッチを離してしまうなどが考えられる。また、イネーブルスイッチとして３点式スイッチを使用した場合には、スイッチの構造によっては、操作子が押圧位置にあることが操作者において感知しづらい場合がある。また、微妙な力加減によって操作者の意図に反して操作子が押圧位置から外れてしまうことがある。このような場合には、操作者の意図に反してロボット装置の手動操作が不可能となるため、手動操作の操作性が大きく低下してしまう。

このような問題に対して、操作子を中間位置において保持することを容易とした３点式スイッチが提案されている。また、操作子が中間位置から外れたことが、操作者において確実に感知できるようにした３点式スイッチが提案されている。

しかしながら、これらの改善は３点式スイッチの構造に関するものであり、操作者が３点式スイッチの構造に不慣れである場合には、十分な改善を図ることができない。

また、可動部分に操作装置を取り付けたロボット装置においては、操作者の操作によって可動部分に取付けられた操作装置も移動するため、操作者の意図に反してロボット装置の手動操作が不可能となることによる混乱は大きなものとなる。このような、いわゆる「人間共存ロボット」においては、操作者の操作に基づくロボット装置の移動先を予測して、ロボット装置が周囲の構造物に接触することを防止したものが提案されている。しかし、このような提案は、イネーブルスイッチの操作性そのものを向上させるものではなく、手動操作の操作性を向上させるものではない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、イネーブルスイッチを使用したロボット制御装置において、操作者がスイッチの構造に不慣れである場合においても、操作子がロボット装置の操作が可能な位置にあることが操作者において確実に感知できるようにし、操作者の意図に反してロボット装置の手動操作が不可能になることを防止して、手動操作の操作性を向上させたロボット制御装置を提供することにある。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るロボット制御装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
ロボット装置の動作を制御するロボット制御装置であって、操作子を有しこの操作子が初期位置と押圧位置との少なくとも２つのポイントのいずれかとなされるイネーブルスイッチと、ロボット装置を手動操作するための入力装置と、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置であるときに入力装置に対する操作に応じたロボット装置の手動操作を可能とする制御手段と、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置にありロボット装置の手動操作が可能となっていることを告知する告知手段とを備え、制御手段は、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置であるときにロボット装置の手動操作を可能とする第１の状態と、イネーブルスイッチの操作子の位置に拘わらずロボット装置の手動操作を不可能とする第２の状態とのいずれかを選択可能であり、制御手段が第１の状態を選択しているときに、該第１の状態が選択されていることを告知する第２の告知手段を備えたことを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有するロボット制御装置において、イネーブルスイッチの操作子は、初期位置と、押圧位置と、この押圧位置よりもさらに押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成２を有するロボット制御装置において、制御手段は、イネーブルスイッチの操作子が押込み位置となっているときには、ロボット装置を停止させることを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有するロボット制御装置において、イネーブルスイッチ、入力装置及び告知手段は、ロボット装置のマニピュレータ可動部に設置されていることを特徴とするものである。

本発明に係る複数ロボット制御装置においては、構成１を有することにより、操作子が少なくとも２つのポイントのいずれかとなされるイネーブルスイッチと、ロボット装置を手動操作するための入力装置と、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置であるときに入力装置に対する操作に応じたロボット装置の手動操作を可能とする制御手段と、ロボット装置の手動操作が可能となっていることを告知する告知手段とを備え、制御手段は、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置であるときにロボット装置の手動操作を可能とする第１の状態と、イネーブルスイッチの操作子の位置に拘わらずロボット装置の手動操作を不可能とする第２の状態とのいずれかを選択可能であり、制御手段が第１の状態を選択しているときに、該第１の状態が選択されていることを告知する第２の告知手段を備えているので、イネーブルスイッチの状態による手動操作の可否が操作者に告知され、イネーブルスイッチの操作子の保持状態が容易に感知されるので、手動操作の操作性を向上させることができる。告知手段による告知は、ランプや発光素子などによる視覚的な告知、スピーカなどによる聴覚的な告知、または、バイブレータなどによる触覚的な告知のいずれであってもよく、イネーブルスイッチの構造や操作者の慣れの有無に拘わらず、一定の効果を得ることができる。また、イネーブルスイッチの操作子が押圧位置であるときにロボット装置の手動操作を可能とする第１の状態が選択されていることが第２の告知手段により告知されるので、手動操作が不可能である場合に、それがイネーブルスイッチの状態によるものか、第１の状態が選択されていないことによるものかの判別を容易に行うことができ、手動操作の操作性を向上させることができる。

また、本発明に係る複数ロボット制御装置においては、構成２を有することにより、イネーブルスイッチの操作子は、初期位置と、押圧位置と、この押圧位置よりもさらに押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされるので、操作者の微妙な力加減によって、意図に反してイネーブルスイッチの操作子が押圧位置から外れてしまったことが告知されるため、作業効率の向上を図ることができる。

さらに、本発明に係る複数ロボット制御装置においては、構成３を有することにより、制御手段は、イネーブルスイッチの操作子が押込み位置となっているときには、ロボット装置を停止させるので、操作中にロボット装置の手動操作が不可能になることで、イネーブルスイッチの操作子が操作者の意図に反する位置となってしまったことが告知されるため、作業効率の向上を図ることができる。

また、本発明に係る複数ロボット制御装置においては、構成４を有することにより、イネーブルスイッチ、入力装置及び告知手段は、ロボット装置のマニピュレータ可動部に設置されているので、マニピュレータ可動部に設置されたイネーブルスイッチの操作子が操作者の意図に反する位置となってしまったことが告知手段により告知されるため、「人間共存ロボット」として容易な操作が実現され、作業効率の向上を図ることができる。

すなわち、本発明は、イネーブルスイッチを使用したロボット制御装置において、操作者がスイッチの構造に不慣れである場合においても、操作子がロボット装置の操作が可能な位置にあることが操作者において確実に感知できるようにし、操作者の意図に反してロボット装置の手動操作が不可能になることを防止して、手動操作の操作性を向上させたロボット制御装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るロボット制御装置を装着したロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。

本発明に係るロボット制御装置によって制御されるロボット装置は、例えば、図１に示すように、マニピュレータ１を有し、このマニピュレータ１により、対象物１０１の把持、運搬、加工及び他の部材への組立が可能となされているものである。

マニピュレータ１は、複数のアクチュエータ（駆動装置）とリンク（剛体の構造物）とによって構成されている。すなわち、各リンク間は、回動（屈曲）、または、旋回可能な関節２ａ，２ｂ，２ｃを介して接続されており、それぞれアクチュエータによって相対駆動されるようになっている。各アクチュエータは、ロボット制御装置を構成する制御手段（コンピュータ）３によって制御される。

このマニピュレータ１において、第１のリンク（基端部のリンク）１ａは、基台部４に対し、基端側を第１の関節２ａを介して接続されて設置されている。この第１のリンク１ａの先端側には、第２の関節２ｂを介して、第２のリンク１ｂの基端側が接続されている。第２のリンク１ｂの先端側には、第３の関節２ｃを介して、第３のリンク１ｃの基端側が接続されている。

第３のリンク１ｃの先端側（以下、「手先」という。）には、対象物１０１を把持したり加工したりする手先効果器５が設けられている。この手先効果器５は、制御手段３によって制御される。

そして、本発明に係るロボット制御装置は、制御手段３と、この制御手段３に接続された操作装置６とから構成される。

図２は、本発明に係るロボット制御装置の第１の実施の形態における操作装置の構成を示す斜視図である。

操作装置６は、この実施の形態においては、図２に示すように、ロボット装置の可動部（マニピュレータ１）に取り付けられている。ただし、この操作装置６は、後述するように、ロボット装置から離れた位置に設置して用いてもよい。

この操作装置６は、イネーブルスイッチ７と、ロボット装置を手動操作するための入力装置８と、手動操作が可能であることを告知する告知手段となる表示灯９とを備えている。入力装置８は、例えば、ボタン、レバー、または、操作桿等である。

イネーブルスイッチ７は、操作子１０を有している。この操作子１０は、初期位置（以下、非押圧位置という。）と、図２中矢印Ａで示すように、初期位置よりも押圧された押圧位置（以下、中間位置という。）と、押圧位置よりも押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされるようになっている。なお、操作子１０は、外力が加えられない場合には、非押圧位置に復帰するようになっている。

そして、制御手段３は、イネーブルスイッチ７の操作子１０が押圧位置であるときに、ロボット装置のマニピュレータ１の手動操作を可能とする。この手動操作は、入力装置８を操作することによって行われる。

表示灯９は、イネーブルスイッチ７の操作子１０が押圧位置にあるときに点灯し、ロボット装置の手動操作が可能となっていることを告知（表示）する。このとき、操作者は、表示灯９が点灯したことを確認し、入力装置８によりロボット装置を手動操作することができることを認識してから、入力装置８によりロボット装置を手動操作することができる。

そして、操作者がイネーブルスイッチ７の操作子１０を離して、操作子１０が非押圧位置へ移動した場合、または、操作者が操作子１０をさらに押し、操作子１０が押込み位置へ移動した場合には、ロボット装置は、手動操作不可能となる。このとき、表示灯９は消灯し、ロボット装置の手動操作が不可能となっていることを告知（表示）する。操作者の意図しない力加減によって、イネーブルスイッチ７の操作子１０が中間位置より外れた場合にも、表示灯９が消灯することにより、操作者は、手動操作が不可能となったことを認識することができる。

また、例えば、自動運転中など、ロボット装置が操作装置６による手動操作を受け付けない状態であるときには、操作者がイネーブルスイッチ７の操作子１０を押して中間位置へ移動させたとしても、ロボット装置は手動操作可能とならない。この場合には、イネーブルスイッチ７の操作子１０が中間位置であったとしても、表示灯９は点灯しない。操作者は、表示灯９が点灯しないことにより、ロボット装置が手動操作不可能な状態であることを認識することができる。

図３は、本発明に係るロボット制御装置の第１の実施の形態における動作を示すフローチャートである。

このロボット制御装置において、制御手段３は、図３のフローチャートに示すように、ステップｓｔ１で動作をスタートすると、ステップｓｔ２で、イネーブルスイッチ７の操作子１０の位置を判別する。操作子１０の位置が中間位置であるときには、ステップｓｔ３に進み、操作子１０の位置が中間位置でないときには、ステップｓｔ６に進む。

ステップｓｔ３では、表示灯９を点灯させ、ステップｓｔ４に進む。ステップｓｔ４では、入力装置８の操作状態を判別し、ステップｓｔ５に進む。ステップｓｔ５では、入力装置８の操作状態に応じて、ロボット装置を制御し、ステップｓｔ２に戻る。

一方、ステップｓｔ６では、表示灯９を消灯させ、ステップｓｔ７に進む。ステップｓｔ７では、ロボット装置を停止させし、ステップｓｔ２に戻る。

〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明に係るロボット制御装置の第２の実施の形態における操作装置の構成を示す斜視図である。

本発明に係るロボット制御装置において、制御手段３は、イネーブルスイッチ７の操作子１０が中間位置であるときにロボット装置の手動操作を可能とする第１の状態と、イネーブルスイッチ７の操作子１０の位置に拘わらずロボット装置の手動操作を不可能とする第２の状態とのいずれかを選択するようにしてもよい。

第２の状態とは、例えば、自動運転などを行っている場合であり、このとき、イネーブルスイッチ７の操作子１０を押して中間位置としても、ロボット装置は手動操作可能とならない。

この場合においては、図４に示すように、操作装置６には、制御手段３が第１の状態を選択しているときに、第１の状態が選択されていることを告知する第２の告知手段となる第２の表示灯１１を設けることができる。この第２の表示灯１１は、第１の状態が選択されているときに点灯するようにしてもよいし、または、第２の状態が選択されているときに点灯するようにしてもよい。

ロボット装置の手動操作ができない場合において、操作者は、第２の表示灯１１により、その理由がイネーブルスイッチ７に対する操作が不適切であるためなのか、または、制御手段３が第２の状態を選択しているためなのかを認識することができる。

図５は、本発明に係るロボット制御装置の第２の実施の形態における動作を示すフローチャートである。

このロボット制御装置において、制御手段３は、図５のフローチャートに示すように、ステップｓｔ１１で動作をスタートすると、ステップｓｔ１２で、ロボット装置が手動操作可能な状態であるか否かを判別する。手動操作可能な状態であれば、ステップｓｔ１３に進み、手動操作可能な状態でなければ、ステップｓｔ２０に進む。

ステップｓｔ１３では、第２の表示灯１１を点灯させ、ステップｓｔ１４に進む。ステップｓｔ１４では、イネーブルスイッチ７の操作子１０の位置を判別する。操作子１０の位置が中間位置であるときには、ステップｓｔ１５に進み、操作子１０の位置が中間位置でないときには、ステップｓｔ１８に進む。

ステップｓｔ１５では、表示灯９を点灯させ、ステップｓｔ１６に進む。ステップｓｔ１６では、入力装置８の操作状態を判別し、ステップｓｔ１７に進む。ステップｓｔ１７では、入力装置８の操作状態に応じて、ロボット装置を制御し、ステップｓｔ１２に戻る。

一方、ステップｓｔ１８では、表示灯９を消灯させ、ステップｓｔ１９に進む。ステップｓｔ１９では、ロボット装置を停止させし、ステップｓｔ２に戻る。

また、ステップｓｔステップｓｔ２０では、第２の表示灯１１を消灯させ、ステップｓｔ２１に進む。ステップｓｔ２１では、表示灯９を消灯させ、ステップｓｔ２２に進む。ステップｓｔ２２では、入力装置８の操作状態を無視した状態で、ステップｓｔ１２に戻る。

〔その他の実施の形態〕
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るロボット制御装置を装着したロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。

本発明に係るロボット制御装置において、操作装置６は、必ずしもロボット装置の可動部に取り付けられている必要はない。すなわち、図６に示すように、操作装置６は、ケーブル等を介して制御手段３に接続し、ロボット装置から離間した位置に設置してもよい。この場合には、操作装置６は、可搬式とすることができる。また、操作装置６は、ロボット装置の可動部以外の部分に取り付けてもよい。

また、このロボット制御装置において、表示灯９，１１は、操作装置６以外の部分に設けてもよい。表示灯９，１１は、例えば、操作者が最も注目するロボット装置の手先効果器５に取り付けてもよい。また、表示灯９，１１は、ロボット装置の可動範囲全体から視認しやすい位置に配置してもよい。この場合には、表示灯９，１１は、ロボット装置の操作者以外の共同作業者によっても視認することが容易となる。

さらに、本発明に係るロボット制御装置において、告知手段としては、表示灯９，１１に限定されず、ＬＣＤ等のディスプレイを用いて、より多くの情報を表示できるようにしてもよい。このようなディスプレイを用いた場合には、例えば、イネーブルスイッチ７と連動して手動操作が可能な状態であることを表示することができる。

また、告知手段としては、視覚的な表示を行うものに限定されず、ブザーやスピーカ等のように、聴覚的な告知を行うものや、振動などにより触覚的な告知を行うものとしてもよい。聴覚的、または、触覚的な告知を行う場合には、操作者が告知手段に注目していない場合にも告知が可能である。また、聴覚的な告知を行う場合には、ロボット装置の操作者以外の共同作業者に対しても告知することができる。

さらに、本発明に係るロボット制御装置においては、操作装置６の構成は、前述した構成に限定されず、イネーブルスイッチ７と入力装置８の位置関係は、前述した構成に対して左右を逆にしてもよい。また、操作装置６においては、イネーブルスイッチ７、表示灯９及び入力装置８を１本のレバーとして構成してもよい。また、これらのうちの任意の２つを１つの操作扞にまとめるようにしてもよい。

また、このロボット制御装置において、操作装置６には、ロボット装置を非常停止させるための非常停止スイッチを設けてもよい。この非常停止スイッチは、イネーブルスイッチ７や入力装置８とまとめて１本のレバーとして構成することもできる。

さらに、このロボット制御装置の操作装置６においては、入力装置８は、マニピュレータ１を操作するための第１の入力部と、手先効果器５を操作するための第２の入力部とからなるものとしてもよい。この場合において、第１の入力部と第２の入力部とは、片手では同時に操作できない程度に離間させておくことが望ましい。また、これら第１及び第２の入力部のいずれも、イネーブルスイッチ７と片手で同時に操作できない程度にイネーブルスイッチ７から離間させておくことが望ましい。

この場合には、ロボット装置を手動操作するときには、イネーブルスイッチ７は必ず操作しなければならないので、一方の手によってイネーブルスイッチ７を操作し、他方の手によって第１及び第２の入力部のいずれか一つを操作することになる。したがって、第１及び第２の入力部が同時に操作されることはない。

なお、本発明は、イネーブルスイッチ７が３点式スイッチではない場合についても適用することができる。すなわち、操作子が非押圧位置（初期位置）と押圧位置（押込み位置）とのいずれかとなされる２点式スイッチをイネーブルスイッチとして用いる場合においても、告知手段により、操作子が押圧位置となっていることを告知するように構成することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るロボット制御装置を装着したロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。 本発明に係るロボット制御装置の第１の実施の形態における操作装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係るロボット制御装置の第１の実施の形態における動作を示すフローチャートである。 本発明に係るロボット制御装置の第２の実施の形態における操作装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係るロボット制御装置の第２の実施の形態における動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るロボット制御装置を装着したロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。

符号の説明

１ マニピュレータ
１ａ 第１のリンク
１ｂ 第２のリンク
１ｃ 第３のリンク
２ａ 第１の関節
２ｂ 第２の関節
２ｃ 第３の関節
３ 制御手段
５ 手先効果器
６ 操作装置
７ イネーブルスイッチ
８ 入力装置
９ 表示灯
１０ 操作子
１１ 第２の表示灯
１０１ 対象物

Claims (4)

1. ロボット装置の動作を制御するロボット制御装置であって、
   操作子を有し、この操作子が、初期位置と、押圧位置との少なくとも２つのポイントのいずれかとなされるイネーブルスイッチと、
   前記ロボット装置を手動操作するための入力装置と、
   前記イネーブルスイッチの操作子が前記押圧位置であるときに、前記入力装置に対する操作に応じたロボット装置の手動操作を可能とする制御手段と、
   前記イネーブルスイッチの操作子が前記押圧位置にあり、前記ロボット装置の手動操作が可能となっていることを告知する告知手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記イネーブルスイッチの操作子が前記押圧位置であるときにロボット装置の手動操作を可能とする第１の状態と、前記イネーブルスイッチの操作子の位置に拘わらず前記ロボット装置の手動操作を不可能とする第２の状態とのいずれかを選択可能であり、
   前記制御手段が前記第１の状態を選択しているときに、該第１の状態が選択されていることを告知する第２の告知手段を備えた
   ことを特徴とするロボット制御装置。
2. 前記イネーブルスイッチの操作子は、前記初期位置と、前記押圧位置と、この押圧位置よりもさらに押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされる
   ことを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
3. 前記制御手段は、前記イネーブルスイッチの操作子が前記押込み位置となっているときには、前記ロボット装置を停止させる
   ことを特徴とする請求項２記載のロボット制御装置。
4. 前記イネーブルスイッチ、前記入力装置及び前記告知手段は、前記ロボット装置のマニピュレータ可動部に設置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のロボット制御装置。

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