JP6511011B2

JP6511011B2 - ロボット教示装置

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Publication number: JP6511011B2
Application number: JP2016095663A
Authority: JP
Inventors: 藤康治宗
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: US20190299404A1; CN109153126A; EP3456489A1; EP3456489A4; JP2017202550A; WO2017195788A1; KR20190058385A

Description

本発明は、ロボットを制御するロボット制御装置との間で通信可能に接続され、ロボットに動作を教示する教示装置に関する。

近年の携帯電話、多機能携帯電話端末（スマートフォン）、タブレット端末等の端末機器（以下「携帯端末機器」という。）の普及や高機能化は目覚ましく、通話機能にとどまらず、電子メール、インターネット利用、文書の作成や編集などのほか、家庭電気製品の操作などにも使用されるようになってきており、携帯型（モバイル）計算機の機能を有するようになっている。

そして、このような携帯端末機器を、ロボットの教示装置として使用する提案がなされるようになっている。

例えば、特許文献１および２においては、タブレットPC、携帯電話端末、スマートフォンなどを、ロボットの教示装置として使用する提案がなされている（特許文献１の段落［００２９］）。

また、例えば、特許文献２においては、教示装置（ペンダント）３の外部装置として、携帯電話端末や携帯情報端末（PDA）を使用する提案がなされ、さらにこれらと教示装置を一体化することの提案がされている（段落［００６３］）。

ところで、ロボットに動作を教示するときは、通常、ロボットの動作範囲内に教示者ないし作業者が立ち入って作業を行うことが多い。このため、教示者等の安全を確保するために、ロボットの想定外の動作を非常停止させるための非常停止スイッチ、およびトリガキーなどと呼ばれキーを押している間のみロボットの動作モータのブレーキが解除される起動許可スイッチなどの安全装置が必要とされる。そして、これらの安全装置は、確実な動作を確保するために、ソフトウエアでなく、ハードウエア（機械的機器）として装備されることが必要である。

しかし、前記の特許文献における携帯端末機器を使用した教示装置における提案においては、いずれも、教示装置の機能をソフトウエアとして実現しようとしたものであり、また、教示装置に必要とされる前記安全装置（機能）については、提案、開示や示唆がまったくなされておらず、教示装置として現実に使用することができない。

特開２０１６−１３５９０号公報特開２０１２−２１８０２９号公報

本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、ロボット動作の教示に関して携帯端末機器の使用を可能とすると共に、確実に作動する安全機能を有するロボットの教示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ロボットを制御するためのロボット制御装置との間で通信可能に接続され、前記ロボットに動作を教示するための教示装置であって、前記ロボットの制御内容を表示するための表示手段と、前記ロボットの制御内容を入力するための入力手段と、外部と通信するための通信手段と、を有する携帯端末機器と、前記ロボットを操作するための操作手段と、前記ロボットの安全動作を確保するための安全確保手段と、前記携帯端末機器と通信するための通信手段と、を有するロボット操作部と、を備え、前記携帯端末機器が、前記ロボット操作部に着脱自在に連結されている、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記安全確保手段が、前記ロボットの動作を非常停止する非常停止手段を備えている、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様において、前記安全確保手段が、前記ロボットの起動を許可する起動許可手段を備えている、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記起動許可手段が、押しボタン式スイッチであり、押しボタンを押している間のみ、前記ロボットの教示操作が可能となるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第１ないし第４のいずれかの態様において、前記ロボット操作部が、前記操作手段を有する操作部本体と、前記携帯端末機器に応じて構成され、前記携帯端末機器に着脱自在に連結される連結部と、を備え、前記連結部が、前記操作部本体に着脱可能に連結されている、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第１ないし第５のいずれかの態様において、前記携帯端末機器の前記通信手段と前記ロボット操作部の前記通信手段との間の通信が無線により行われるように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第１ないし第６のいずれかの態様において、前記携帯端末機器における前記表示手段および前記入力手段がタッチパネルを含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、ロボットへの動作の教示に関して携帯端末機器の使用を可能としつつ、確実に作動する安全機能を有するロボットの教示装置を提供することができる。

本発明に係るロボットの教示装置の第一の実施形態の構造概念を示す正面図である。本発明に係る教示装置の第一の実施形態の構造概念を示す背面図である。本発明に係る教示装置の第一の実施形態の構造概念を示す上面図である。図３における断面AAにおける矢視図である。図３における断面BBにおける矢視図である。図３における断面CCにおける矢視図である。図５における断面XXにおける矢視図である。押え具１０のロック機構の作用を示す図であり、（ａ）はロック解除状態を示し、（ｂ）はロック状態を示す。教示装置の第一の実施形態におけるロボット操作ユニットの構造概念を示す正面図である。教示装置の第一の実施形態におけるロボット操作ユニットの構造概念を示す背面図である。教示装置の第一の実施形態における操作ユニット本体の構造概念を示す正面図である。教示装置の第一の実施形態における操作ユニット本体の構造概念を示す背面図である。教示装置の第一の実施形態における主要な制御、電力供給等の系統を示すブロック線図である。本発明に係る教示装置の第二の実施形態の構造概念を示す正面図である。本発明に係る教示装置の第二の実施形態の構造概念を示す背面図である。本発明に係る教示装置の第二の実施形態の構造概念を示す上面図である。本発明に係る教示装置の第二の実施形態の構造概念を示す右側面図である。

＜第一の実施形態＞
本発明に係るロボットの教示装置の第一の実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。

図１ないし３は、それぞれ、本実施形態によるロボットの教示装置の構造概念を示す正面図、背面図および上面図である。また、図４ないし６は、それぞれ図３における断面AA、BBおよびCCにおける矢視図であり、図７は、図５における断面XXにおける矢視図である。図８は、押え具のロック機構の作用を示す図である。

図１ないし３に示したように、本実施形態によるロボットの教示装置１は、ロボット操作ユニット３と、ロボット操作ユニット３に着脱自在に連結された携帯端末機器であるタブレット端末２とを備えている。

ロボット操作ユニット３は、表面側に操作ボタン８および非常停止ボタン４が配設され、裏面側にトリガスイッチ５が配設されている。非常停止ボタン４およびトリガスイッチ５は、ロボットの安全動作を確保するための安全確保手段を構成している。

教示装置１を使用してロボットの教示作業を行うときは、教示者は、通常、ロボット操作ユニット３の本体部３４を把持して行う。

ロボットは、トリガスイッチ５を押している間のみ動作し、押していない限り動作を行わない。このため、教示者がロボットを所定の位置に位置決め等の動作させる場合には、ロボット操作ユニット３を把持している手の第２指ないし５指にてトリガスイッチ５を押し続け、動作終了した後、適宜トリガスイッチ５を離す。トリガスイッチ５のオンオフ信号によりロボット制御装置２８内の安全回路２５がロボットの動作許可または不許可の処理がされる（図１３参照）。これにより、教示作業時における想定外のロボットの動作や暴走等を防止できる。なお、トリガスイッチ５は、ロボット操作ユニット３の表面側に配設し、親指で押すようにしてもよい。

また、非常停止ボタン４は、教示動作の確認等のためにロボットを再生動作させる場合などにおいて、想定外の動作や暴走した場合に、ロボットの動作を非常停止するために使用される。非常停止ボタン４が押されると、非常停止スイッチ２０がオフとなり、その信号がロボット制御装置２８内の安全回路２５に送られてロボットが停止する（図１３参照）。

操作ボタン８は、教示作業における操作の切り替えなどのための操作スイッチ２１をオンオフするためのボタンであり、操作スイッチ２１のオンオフ信号は通信回路１９により制御装置２８に送信され、CPUボード２６により処理される。

操作スイッチ２１の信号とタブレット端末２による入力データ、ロボット制御装置２８のロボットの状態等のデータ等は、適宜連動しており、教示作業の際のロボット制御装置２８、タブレット端末２との間の通信等は、タブレット端末２からの指示により、CPU回路１８により処理される。

なお、通信回路１９における通信は、RS-422やイーサネット（登録商標）などの方式により行われる。

図１ないし３に示す教示装置１においては、主として右利きの教示者を対象とした配置となっており、左利きの教示者の場合には、タブレット端末２が、図１等を左右対象の形状のものを、ロボット操作ユニット３の反対側に取り付けることにより、対応することができる。

なお、市販されているタブレット端末２には、タブレット端末２の上下等の向きに応じて自動または手動によりタッチパネルの向きが切り替わるようになっているものが多く、そのようなタブレット端末２を使用した場合には、非常停止ボタン４などの配置は、右利き用として使用する場合と上下は逆となるが、単にタブレット端末２の上下を逆にするのみで対応可能である。

本実施形態においては、タブレット端末２として、一般に市販されている形状等の異なる多種類のタブレット端末を使用できるようにするために、ロボット操作ユニット３は、共通の操作ユニット本体３４を使用しつつ、形状等の異なる各種のタブレット端末２に対応したアタッチメント３０のみを交換して使用するように構成されている。これにより、教示者の利便性向上やコスト低減等を図っている。以下、その構造概念について説明する。

図９および１０はそれぞれロボット操作ユニット３の構造概念を示す正面図および背面図であり、図１１および図１２はそれぞれで操作ユニット本体の構造概念を示す正面図および背面図ある。

ロボット操作ユニット３は、操作ユニット本体３４とアタッチメント３０とを備えている。アタッチメント３０は、その側面を操作ユニット本体３４の側面に連結して、ボルト３１を裏面から操作ユニット本体３４に形成されたボルト通し孔３３を刺し通し、アタッチメント３０に形成されたタップ孔（雌ネジ）に螺合してアタッチメント３０を操作ユニット本体３４に固定する。これにより、異なる種類のタブレット端末２を使用する場合には、必要に応じて、使用する種類のタブレットの形状に応じたアタッチメント３０を準備することにより、操作ユニット本体３４は共通のものを使用することができる。

なお、操作ユニット本体３４には、スマートフォンなども含む携帯端末機器に応じたアタッチメント３０を取り付けることができるように、多数のタップ孔が適切な間隔で配設されている。

アタッチメント３０は、操作ユニット本体３４に取り付けられるアタッチメント本体４０とタブレット端末２を押さえつける押え具１０とがバネ１１を介して連結されている。アタッチメント４０の厚さを薄くするため、外径の小さなバネ１１が、幅方向に複数（図２等においては、幅方向の両端部にそれぞれ４個）配設されている。

バネ１１は、それぞれ一方の端部がアタッチメント本体４０の本体側固定部３６に、他方の端部が押え具１０から張り出したフランジ３９の押え具側固定部３５に取り付けられており、図２の紙面の左右方向に押え具１０が移動自在な構造となっている。

また、教示者等による取り扱いの容易性向上のため、押え具１０は、アタッチメント本体４０に向けてフランジ３９から張り出した張り出しプレート６１（図５参照）が、前後方向（タブレット端末２の側を前方とする）においてアタッチメント本体４０から張り出したプレート状の前面ガイドプレート３７と後面ガイドプレート３８との間、および上下方向（図１または図５の紙面の上下方向）においてアタッチメント本体４０から張り出した上部ガイド部６２と下部ガイド部６３との間に挟まれて摺動自在に連結されている。

これら前後方向および上下方向のガイド（前面ガイドプレート３７と後面ガイドプレート３８および上部ガイド部６２と下部ガイド部６３）により、押え具１０は前後方向および上下方向（の動き）が拘束される。

また、押え具１０のアタッチメント本体４０への連結完了後の押え具の左右方向（図５における左右方向）の動きを拘束するために、図５に示されるロック機構５６が配設されている。

以下、このロック機構の作用を図８に基づいて説明する。

図８（ａ）は、押え具１０のロックを解除した状態を示す図であり、図８（ｂ）は、押え具１０をロックさせた状態を示す図である。

張り出しプレート３９の先端部の両側面には、ロック溝６５が形成されており、また、張り出しプレート３９の先端部の両側面には、その外方から固定部材５８が、スライド溝５９内のバネ６０により押し付けられている。

図８（ａ）の状態（押え具１０を手等により把持してバネ１１を引き延ばした状態）から手を離すと、バネ１１の復元力により押え具１０およびそれと一体となっている張り出しプレート３９は紙面の左方向へ移動し、張り出しプレート３９の先端部の両側面のロック溝６５が固定部材５８の位置に到達すると、バネ６０の押し付け力により固定部材５８がロック溝６５内に挿入されて嵌合する。これにより、押え具１０の固定が完了する。

なお、押え具１０が、ロック機構５６によりロックされた状態でタブレット端末２の端面を隙間なく抑え込むために、押え具１０の内面がタブレット端末２の端面に接触したときにロック溝６５が固定部材５８の位置にあるように配設されている。また、小さな押し付け力で固定部材５８をロック溝６５内に嵌合させ、かつ押え具１０によるタブレット端末２の押し付け力を増幅させるために固定部材５８における押え具１０の進行方向前方側の面を小さな角度の傾斜をもたせている。このため、押え具１０によるタブレット端末２の保持をより確実にするために押え具１０のタブレット端末２への接触部には、ラバー等を配設し、さらにラバーの表面には波状、格子状などの模様の突起を形成させておくことが好ましい。

また、タブレット端末２とロボット操作ユニット３（アタッチメント３０）との連結の確保向上のため、アタッチメント本体４０および押え具１０におけるタブレット端末２の押し付け部は、それぞれ、断面がタブレット端末２の端部の断面形状に適合した形状（例えば、略コの字形状）の溝が形成されている。

ロック機構５６のロックを解除するためのロック解除ピン５７が、左右一対の固定部材５８の裏側（図５における紙面手前側）の表面に配設され、後面ガイドプレート３８を貫通して形成された案内孔６４を貫通して後面ガイドプレート３８の表面に先端が突き出されている。

ロック機構５６のロックを解除する場合には、一対のロック解除ピン５７の先端部を指等でお互いに引き寄せてロック溝６５から固定部材５８を引き抜き、さらに拘束が解除された押え具１０をタブレット端末から引き離す。

以上の構成により、タブレット端末２は、アタッチメント３０により、タブレット端末２の面内の上下左右方向および面に垂直方向の動きが拘束されて、アタッチメント３０ひいてはロボット操作ユニット３と連結して一体となっているので、ロボット操作ユニット３から落下したり脱落することはない。

図１３は教示装置の主要な制御、電力供給等の系統を示すブロック線図である。

ロボット操作ユニット３は、ロボット（図示省略）を制御するロボット制御装置２８との間を操作ユニット用ケーブル７で接続されている。操作ユニット用ケーブル７内には、信号線および電力供給線が配設されており、信号線によりロボット操作ユニット３とロボット制御装置２８との間の信号授受等（通信）を行い、電力供給線によりロボット制御装置からロボット操作ユニット３への電力（電流）供給が行われる。また、ロボット制御装置２８内の制御装置電源回路２７と、ロボット操作ユニット３内の電源回路２４とが接続されている。

ロボット操作ユニット３とタブレット端末２とは、無線通信Ｉ／Ｆ回路２２による無線通信、または有線通信Ｉ／Ｆ回路２３による有線通信により信号授受（通信）が行われ、教示のための各種パラメータの設定、ロボットアームの教示動作のために教示点などの入力やロボットの動作状態等の表示は、タブレット端末２のタッチパネル（タッチパネル式液晶ディスプレー）９により行われる。タッチパネル９は、タブレット端末（携帯端末機器）２の表示手段および入力手段を構成する。

なお、ロボット操作ユニット３とタブレット端末２間の無線通信方式としては、汎用性や信頼性等の観点から、Bluetooth（登録商標）規格またはWi-Fi（登録商標）規格に基づいた方式を採用することが好ましい。

タブレット端末２は、連続使用すると内蔵バッテリーの使用時間が短いことがあるため、教示作業に支障をきたさないように、ロボット操作ユニット３とタブレット端末２とを、タブレット用コネクタ１３を有するタブレット端末用ケーブル６で接続して、タブレット端末２へ電力（電流）を供給できるようにしている。また、無線通信の不安定性等も考慮して、タブレット端末用ケーブル６内には、通信線も内蔵することにより、ロボット操作ユニット３とタブレット端末２とをタブレット端末用ケーブル６で接続する場合には、有線通信方式も可能となるようになっている。

なお、タブレット端末用ケーブル６は、使用するタブレット端末に付属するケーブルも使用できるように、ロボット操作ユニット３に接続する端子は、USBコネクタ１２を使用している。

また、タブレット端末２とロボット操作ユニット３の間の通信は、使用方法や目的等に応じて、有線方式または無線方式のどちらか一方のみを採用することにより、教示装置１のシステムの簡素化やコスト低減を図ることができる。

また、以上においては、携帯端末機器として、タブレット端末２を用いた実施例に基づき説明を行ったが、携帯端末機器は、タブレット端末２に限るものではなく、携帯電話、多機能携帯電話端末（スマートフォン）等を使用することができる。また、操作性や表示画面の大きさ等を考慮して、表示装置と入力装置を兼用化したタッチパネル方式の液晶装置（表示装置）のタブレット端末を用いて説明したが、表示装置と入力装置（例えばキーボード）が分離独立したものを使用できることはいうまでもない。

このように、本実施形態によるロボットの教示装置１は、各種の携帯端末機器に使用することができ、その場合にも、共通の操作ユニット本体３４を使用し、携帯端末機器の種類や形状等に応じて、アタッチメントを交換することにより、システム全体のコストダウンを実現できる。

＜第二の実施形態＞
本発明に係るロボットの教示装置の第二の実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。なお、以下においては、第一の実施形態と相違する事項を中心に説明を行うものとし、特に説明しない事項については、矛盾等がない限り、第一の実施形態と同様である。

図１４ないし図１７は、それぞれ、本発明に係るロボットの教示装置の第二の実施形態の構造概念を示す正面図、背面図、上面図および右側面図である。

第二の実施形態の教示装置１の構造は、第一の実施形態と同様に、ロボット操作ユニット３と、ロボット操作ユニット３に着脱自在に連結された携帯端末機器であるタブレット端末２とを備えている。

また、第二の実施形態のロボット操作ユニット３も、操作ユニット本体３４とアタッチメント（連結部）３０とが着脱可能に連結されており、操作ユニット本体３４の構造は第一の実施形態におけるものと同様である。

アタッチメント３０は、タブレット端末２の中央部から下方の部分を上方から挿入して収納する枠部５１と、枠部５１に収納されたタブレット端末２を上方から押さえ込みないし挟み込んで固定する固定部５２とを備えている。

枠部５１および固定部５２の内周部は、断面がタブレット端末２の外縁部の形状に適合して嵌合する形状（例えば、略コの字形状）の溝が形成されている。

タブレット端末２は、図１４に示されるように、紙面の右上の部分が固定部５２の先端部の鉤形のフック部５５により拘束される。このため、特に、固定部５２は、例えば、合成樹脂を使用することにより、弾性を確保しつつ、固定のための剛性の確保も可能となる。

なお、固定部５２に剛性の低い材料を使用する場合には、先端部が鉤形形状であって、固定部５２のロボット操作ユニット３側の部分を支点としてフック部５５が上下の弾性変形する金属製等の板バネ等を併用する（組み合わせる）ことにより、タブレット端末２の固定が可能である。

さらに、タブレット端末２のフック部５５の外れ防止のために、図１５に示されるように、必要に応じ、タブレット端末２の裏面側の固定部５２に固定帯５３を取り付け、固定帯５３の下部の面ファスナー部５４と枠部５１の上部の面ファスナー部５４とにより固定部５２と枠部５１との連結固定を行うことが好ましい。

以上述べたように、上記各実施形態によれば、携帯端末機器などの汎用機器を使用して、機械的に動作することにより、確実な作動を確保することができる安全装置を備えた教示装置を提供することができる。また、教示装置として、汎用装置を使用していることから、汎用装置自体のコストダウンを図れるとともに、ロボット制御装置に対する兼用化によるシステム全体のコストダウンが図れ、機能の向上や拡充も容易となる。

１教示装置
２タブレット端末
３ロボット操作ユニット
４非常停止ボタン（安全確保手段）
５トリガスイッチ（安全確保手段）
６タブレット端末用ケーブル
７操作ユニット用ケーブル
８操作ボタン
９タッチパネル
１０押え具
１１バネ
１２ USBコネクタ
１３タブレット用コネクタ
１８ CPU回路
１９通信回路
２０非常停止スイッチ
２１操作スイッチ
２２無線通信I/F回路
２３有線通信I/F回路
２４電源回路
２５安全回路
２６ CPUボード
２７制御装置電源回路
２８ロボット制御装置
３０アタッチメント（連結部）
３１ボルト
３３ボルト通し孔
３４操作ユニット本体
３５押え具側固定部
３６本体側固定部
３７前面ガイドプレート
３８後面ガイドプレート
３９フランジ
４０アタッチメント本体
５１枠部
５２固定部
５３固定帯
５４面ファスナー部
５５フック部
５６ロック機構
５７ロック解除ピン
５８固定部材
５９スライド溝
６０バネ
６１張り出しプレート
６２上部ガイド部
６３下部ガイド部
６４案内孔
６５ロック溝

Claims

ロボットを制御するためのロボット制御装置との間で通信可能に接続され、前記ロボットに動作を教示するための教示装置であって、
前記ロボットの制御内容を表示するための表示手段と、前記ロボットの制御内容を入力するための入力手段と、外部と通信するための通信手段と、を有する携帯端末機器と、
前記ロボットを操作するための操作手段と、前記ロボットの安全動作を確保するための安全確保手段と、前記携帯端末機器と通信するための通信手段と、を有するロボット操作部と、を備え、
前記携帯端末機器が、前記ロボット操作部に着脱自在に連結されており、
前記ロボット操作部が、前記操作手段を有する操作部本体と、前記携帯端末機器に応じて構成され、前記携帯端末機器に着脱自在に連結される連結部と、を備え、
前記連結部は、前記操作部本体に着脱自在に取り付けられる連結部本体と、前記携帯端末機器に押圧される押え具と、前記連結部本体と前記押え具とを連結するバネと、前記連結部本体に対する前記押え具の前記バネの伸縮方向への移動を解除可能に拘束するためのロック機構と、を有する、教示装置。
前記安全確保手段が、前記ロボットの動作を非常停止する非常停止手段を備えている、請求項１に記載の教示装置。
前記安全確保手段が、前記ロボットの起動を許可する起動許可手段を備えている、請求項１または２に記載の教示装置。
前記起動許可手段が、押しボタン式スイッチであり、押しボタンを押している間のみ、前記ロボットの教示操作が可能となるように構成されている、請求項３に記載の教示装置。
前記携帯端末機器の前記通信手段と前記ロボット操作部の前記通信手段との間の通信が無線により行われるように構成されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の教示装置。
前記携帯端末機器における前記表示手段および前記入力手段がタッチパネルを含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の教示装置。