JP6514273B2 - 速度を表示するロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、速度を表示するロボットシステムに関する。

一般に産業用ロボットは、特定の条件、例えば教示モードである場合において、ロボットの速度、特にＴＣＰ(Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ)の速度が所定の安全速度を超えない様に減速して制御される。また、教示後の生産モードの場合でも、人間とロボットとが作業空間を共有して協調作業を行う人間協調ロボットシステムにおいては、人間がロボットによって危険にならないように配慮し、ＴＣＰ以外の部位、例えばアームの肘に相当する部位についても速度を制限することがある。

産業用ロボットの速度制御関し、特許文献１には、「教示点間の移動指令速度を各軸毎の指令速度に変換した後、変換された各軸毎の指令速度を各軸毎の許容速度と比較し、上記指令速度が上記許容速度を上回る場合には、各軸毎の許容速度に対する各軸毎の指令速度の比が最大となる軸を選定し、該軸の指令速度が許容速度以下になるように、上記教示点間の移動指令速度を変更制御する」ことが開示されている。なお、特許文献１における各軸毎の許容速度は各軸毎の軸最大速度に相当しうる。

特開平０２−２５６４８３号公報

ロボットのＴＣＰ以外の複数の特定部位の速度が許容速度以下になるよう指令速度を変更した場合に、ＴＣＰの実速度が許容速度まで達しない事態もありうる。この場合には、操作者にとっては、ロボットの速度が必要以上に制限されていると錯覚してしまう可能性がある。

それゆえ、ロボットの各部位の速度を正確に知ることのできるロボット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、ロボットのモデルを記憶するモデル記憶部と、該モデル記憶部に記憶された前記ロボットのモデルを表示するモデル表示部と、前記ロボットの少なくとも一つの部位の許容速度を入力する入力部と、前記ロボットに与えられる動作命令に基づき軌道計画を行う軌道計画部と、前記軌道計画の結果に基づいて前記ロボットの前記少なくとも一つの部位の予測最高速度を算出する算出部と、前記算出部により算出された前記ロボットの少なくとも一つの部位の前記予測最高速度が前記許容速度より大きい場合には、前記予測最高速度が前記許容速度以下になるように、前記ロボットの指令速度を変更する速度変更部と、前記許容速度、前記予測最高速度、および前記速度変更部により前記指令速度が変更された後の前記ロボットの実速度の前記許容速度に対する比のうちの少なくとも一つおよび前記ロボットの実速度を、前記モデル表示部により表示された前記ロボットのモデルにおける前記ロボットの少なくとも一つの部位に関連付けて表示する速度表示部と、を含むロボットシステムが提供される。

１番目の態様においては、許容速度、予測最高速度、比およびロボットの実速度をロボットモデルのうちの少なくとも一つの各部位に関連付けて表示しているので、操作者はロボットの各部位の速度を正確に知ることができる。その結果、操作者がロボットのＴＣＰの速度が必要以上に制限されていると錯覚することを回避することも可能である。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

第一の実施形態に基づくロボットシステムの概念図である。 図１に示されるロボットシステムの動作を示すフローチャートである。 画面の第一例を示す図である。 画面の第二例を示す図である。 第二の実施形態に基づくロボットシステムの概念図である。 第三の実施形態に基づくロボットシステムの概念図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

図１は第一の実施形態に基づくロボット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システム１は、ロボット１０と、該ロボットを制御するロボット制御装置２０と、ロボット制御装置２０に接続された教示操作盤３０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は人間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。また、ロボット１０の各軸を駆動するサーボモータには位置検出器、例えばエンコーダが備えられている。位置検出器は、ロボット１０の各部位の実速度を取得する実速度取得部として機能する。

教示操作盤３０は、ロボット１０の教示作業などに使用され、操作者の操作によってロボットの各軸のジョグ送り等を行う。教示操作盤３０は、ロボット１０のモデル、例えば二次元モデル、三次元モデルを記憶するモデル記憶部３１を含んでいる。モデル記憶部３１は、さらに、ロボット１０に取付けられたツール（図示しない）およびロボット１０の周辺機器のモデルを含んでもよい。さらに、教示操作盤３０は、モデル記憶部３１に記憶されたロボット１０のモデルを表示するモデル表示部３２を含んでいる。モデル表示部３２は、ロボット１０の現在の位置姿勢に応じてロボット１０のモデルを画面３９、例えば教示操作盤３０の画面３９に表示する。

さらに、教示操作盤３０は、ロボット１０の少なくとも一つの部位の許容速度を入力する入力部３３を含んでいる。入力部３３は、教示操作盤３０に設けられたタッチパネルおよび／または複数のボタンを含みうる。あるいは、許容速度を後述するロボット制御装置２０から入力するようにしてもよい。また、ロボット１０の少なくとも一つの部位は、ロボット１０の肘部、手首軸、ＴＣＰ（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ）などを含む。このため、少なくとも一つの部位毎に許容速度を入力してもよく、あるいは、全ての部位に対して共通の許容速度を入力してもよい。

さらに、教示操作盤３０は、ロボット１０の許容速度、予測最高速度、および後述する速度変更部により指令速度が変更された後のロボット１０の実速度の許容速度に対する比のうちの少なくとも一つおよびロボット１０の実速度を、モデル表示部３２により表示されたロボット１０のモデルにおけるロボットの少なくとも一つの部位に関連付けて表示する速度表示部３４を含んでいる。速度表示部３４は、操作者からの要求に応じてロボット１０の許容速度などを画面３９に表示する。なお、ロボット１０の実速度は、ロボットの各軸の位置検出器の検出値に基づいて公知の手法により算出される。

ロボット制御装置２０はデジタルコンピュータであり、バス等で互いに接続されたＣＰＵ、メモリなどを有している。ロボット制御装置２０は、例えば操作者がロボット１０と作業空間を共有して作業を行うための動作プログラム２９を含んでいる。後述するように、動作プログラム２９にはロボット１０に予め教示された位置への動作命令等が記述されている。さらに、ロボット制御装置２０は、ロボット１０に与えられる動作命令を読み込み軌道計画を行う軌道計画部２８を含んでいる。さらに、ロボット制御装置２０は、ロボット１０に与えられる動作命令の軌道計画に基づいてロボット１０の少なくとも一つの部位の予測最高速度または速度を算出する算出部２１を含んでいる。

さらに、ロボット制御装置２０は、算出部２１により算出されたロボット１０の少なくとも一つの部位の予測最高速度が許容速度より大きい場合には、前記予測最高速度が許容速度以下になるように、ロボット１０の指令速度を変更する速度変更部２２とを含んでいる。

なお、教示操作盤３０の速度表示部３４は動作プログラムに記述された教示速度および速度変更部２２により指令速度が変更された後のロボット１０の実速度を画面３９に表示するようにしてもよい。これにより、操作者が変更後の実速度を正確に知ることができる。さらに、画面３９には、動作プログラム２９の内容も表示されうる。

図２は図１に示されるロボットシステムの動作を示すフローチャートである。

はじめに、ステップＳ１１においては、モデル記憶部３１に記憶されたロボット１０の例えば三次元モデルが読込まれる。そして、モデル表示部３２はロボット１０の三次元モデルを画面３９に表示する。図３は画面３９の第一例を示す図である。図３の右方においては、ロボット１０の三次元モデルがＴＣＰと共に表示されている。

ついで、ステップＳ１２において、操作者は入力部３３を用いてロボット１０の許容速度を入力する。以下においては、ロボット１０の肘部、手首軸、およびＴＣＰのそれぞれに対して、許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔが入力されたものとして説明を続ける。

次いで、ステップＳ１３においては、動作プログラム２９に記述された全Ｎ行の動作命令のうちのi行目の命令が読み込まれる（Ｎ、ｉは自然数）。図３の左方には、動作プログラム２９の一部が表示されている。

次いで、ステップＳ１４においては、軌道計画部２８がＳ１３で読込んだ命令に基づいて軌道計画を行い、算出部２１がロボット１０の各部位の予測最高速度を算出する。具体的には、算出部２１は、ロボット１０の肘部、手首軸、およびＴＣＰのそれぞれに対して、予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔを算出する。

図３および図４の左方に示されるように、動作プログラム２９には、「チョクセン」「カクジク」などの動作形式、目標位置、移動速度などが指定されている。例えば2行目の「チョクセン イチ［２］ ５００ｍｍ／ｓ ナメラカ１００」は現在の位置からイチ[2]で指定される位置までを直線経路で補間しながら、予測最高速度５００ｍｍ／ｓで移動することを意味する。軌道計画部２８は、このような動作命令で動作プログラム２９内に記述される動作形式を満足するようなロボットの軌道を計画する。

軌道計画により、任意の時刻における任意の着目部位の位置姿勢が既知となるため、算出部２１は予測最高速度Ｍt、Ｍｅ、Ｍｗをそれぞれ算出する。

ステップＳ１５においては、ロボット１０の肘部、手首軸、およびＴＣＰのそれぞれの予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔが対応する許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔよりも大きいか否かが判定される。予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔが許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔよりも大きくない場合にはステップＳ２０に進む。

予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔが許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６においては、予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔが許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔよりも大きいと判定された部位について、許容速度と予測最高速度との比Ａｅ／Ｍｅ、Ａｗ／Ｍｗ、Ａｔ／Ｍｔを算出する。

次いで、ステップＳ１７においては、予測最高速度が許容速度よりも大きいと判定された部位およびその比が複数あるか否かが判定される。予測最高速度が許容速度よりも大きい部位が複数ある場合には、ステップＳ１８において複数の比のうちの最小の比を選択する。次いで、ステップＳ１９に進んで、動作プログラム２９における指令速度に選択された比を乗算する。ステップＳ１７において比が複数でない、つまり比が単一であると判定された場合には、その比を指令速度に乗算する。

指令速度に比を乗算することにより、指令速度を容易に低下させられる。そして、ステップＳ２０においては、新たな指令速度に基づいて目標位置へ向かって動作開始する。予測最高速度は許容速度以下になるので、操作者または作業空間を共有する人間が危険になるのを避けられる。
その後、ステップＳ２１においては、速度表示部３４が許容速度Ａｅ、Ａｗ、Ａｔ、予測最高速度Ｍｅ、Ｍｗ、Ｍｔとの比Ａｅ／Ｍｅ、Ａｗ／Ｍｗ、Ａｔ／Ｍｔおよびロボット１０の実速度のうちの少なくとも一つを表示する。図４は画面の第二例を示す図である。第二例においては、速度表示部３４は、ロボット１０の手首軸に関連付けて、手首軸の予測最高速度Ｍｗおよび許容速度Ａｗを表示している。具体的には、速度表示部３４はロボット１０の手首軸まで延びる矢印および／またはロボット１０の手首軸に向かう吹出を用いて予測最高速度Ｍｗおよび許容速度Ａｗを表示する。あるいは、速度表示部３４は、予測最高速度Ｍｗおよび許容速度Ａｗをロボット１０の手首軸およびその近傍に別ウィンドウと共に表示しても良い。同様に、速度表示部３４は、ロボット１０の肘およびＴＣＰに関連付けて、予測最高速度Ｍｅ、Ｍｔおよび許容速度Ａｅ、Ａｔを表示している。これにより、操作者はロボット１０の各部位の速度情報を正確に知ることができる。
なお、速度表示部３４によって、新たな指令速度および／または新たな指令速度に基づくロボット１０の実速度を表示してもよい。その後、ステップＳ２２でロボット１０が目標位置に到達して動作が完了すると、ステップＳ２２、Ｓ２３で動作プログラム２９のｉ＋１行目の動作命令に進み、動作プログラム２９の全ての動作命令についての処理が終了した場合には、終了する。

このように本開示においては、許容速度、予測最高速度、比うちの少なくとも一つおよび実速度をロボットモデルのうちの少なくとも一つの着目部位に視覚的に関連付けて表示している。このため、操作者はロボットの着目部位の速度を正確に知ることが可能となる。
ロボットのＴＣＰ以外の複数の特定部位の速度が許容速度以下になるよう指令速度を変更し、ＴＣＰの実速度が許容速度まで達しない場合でも、操作者にとってその理由が明らかであるため、操作者がロボット１０のＴＣＰの速度が必要以上に制限されていると錯覚することを回避することも可能である。

さらに、図５は第二の実施形態に基づくロボットシステムの概念図である。図５においては、ロボット制御装置２０が算出部２１、速度変更部２２、軌道計画部２８、動作プログラム２９、モデル記憶部３１、モデル表示部３２、入力部３３、速度表示部３４を備えている。そして、ロボット制御装置２０の画面にロボットのモデルおよび速度が表示される。図５に示される構成においては、ロボット制御装置２０のみが本開示のロボットシステム１として機能しうる。

さらに、図６は第三の実施形態に基づくロボットシステムの概念図である。図６においては、教示操作盤３０が算出部２１、速度変更部２２、軌道計画部２８、動作プログラム２９、モデル記憶部３１、モデル表示部３２、入力部３３、速度表示部３４を備えている。図６に示される構成においては、教示操作盤３０のみが本開示のロボットシステム１として機能しうる。図５および図６に示される場合であっても、本開示の範囲に含まれる。

本開示の態様
１番目の態様によれば、ロボット（１０）のモデルを記憶するモデル記憶部（３１）と、該モデル記憶部に記憶された前記ロボットのモデルを表示するモデル表示部（３２）と、前記ロボットの少なくとも一つの部位の許容速度を入力する入力部（３３）と、前記ロボットに与えられる動作命令の軌道計画に基づいて前記ロボットの前記少なくとも一つの部位の予測最高速度を算出する算出部（２１）と、前記算出部により算出された前記ロボットの少なくとも一つの部位の前記予測最高速度が前記許容速度より大きい場合には、前記予測最高速度が前記許容速度以下になるように、前記ロボットの指令速度を変更する速度変更部（２２）と、前記許容速度、前記予測最高速度、および前記速度変更部により前記指令速度が変更された後の前記ロボットの実速度の前記許容速度に対する比のうちの少なくとも一つおよび前記ロボットの実速度を、前記モデル表示部により表示された前記ロボットのモデルにおける前記ロボットの少なくとも一つの部位に関連付けて表示する速度表示部（３４）と、を含むロボットシステム（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、前記ロボットの少なくとも一つの部位は、前記ロボットのＴＣＰ、肘、および手首軸のうちの少なくとも一つを含む。
３番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、前記算出部により算出された前記少なくとも一つの部位の前記予測最高速度が前記許容速度より大きい場合には、前記変更部は、前記予測最高速度に対する前記許容速度の比を算出して前記ロボットの指令速度に乗算し、それにより、該指令速度を変更する。
４番目の態様によれば、３番目の態様において、前記予測最高速度が前記許容速度よりも大きい部位が複数ある場合には、前記複数の比のうちの最小の比を前記指令独度に乗算するようにした。
５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様において、前記速度表示部は、さらに、前記速度変更部により前記指令速度が変更された後の前記ロボットの実速度を表示する。

態様の効果
１番目および２番目の態様においては、許容速度、予測最高速度、比のうちの少なくとも一つおよび実速度をロボットモデルのうちの少なくとも一つの各部位に視覚的に関連付けて表示しているので、操作者はロボットの各部位の速度を正確に知ることができる。その結果、操作者がロボットのＴＣＰの速度が必要以上に制限されていると錯覚することを回避することも可能である。
３番目の態様においては、予測最高速度に対する許容速度の比を用いて指令速度を容易に低下させられる。
４番目の態様においては、最小の比を用いることにより、指令速度をより低下させられる。
５番目の態様においては、操作者が変更後の実指令速度を正確に知ることができる。

典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１ ロボットシステム
１０ ロボット
２０ ロボット制御装置
２１ 算出部
２２ 速度変更部
２８ 軌道計画部
２９ 動作プログラム
３０ 教示操作盤
３１ モデル記憶部
３２ モデル表示部
３３ 入力部
３４ 速度表示部
３９ 画面

Claims (5)

1. ロボットのモデルを記憶するモデル記憶部と、
   該モデル記憶部に記憶された前記ロボットのモデルを表示するモデル表示部と、
   前記ロボットの複数の部位のそれぞれの許容速度を入力する入力部と、
   前記ロボットに与えられる動作命令を読み込み軌道計画を行う軌道計画部と、
   前記軌道計画の結果に基づいて前記ロボットの前記複数の部位のそれぞれの予測最高速度を算出する算出部と、
   前記算出部により算出された前記ロボットの複数の部位のそれぞれの前記予測最高速度が前記許容速度より大きい場合には、前記予測最高速度が前記許容速度以下になるように前記ロボットの指令速度を変更する速度変更部と、
   前記許容速度、前記予測最高速度、および前記速度変更部により前記指令速度が変更された後の前記ロボットの実速度の前記許容速度に対する比のうちの少なくとも一つと前記ロボットの実速度を、前記モデル表示部により表示された前記ロボットのモデルにおける前記ロボットの複数の部位のそれぞれに関連付けて表示する速度表示部と、を含むロボットシステム。
2. 前記ロボットの複数の部位は、前記ロボットのＴＣＰ、肘、および手首軸のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記算出部により算出された前記複数の部位のそれぞれの前記予測最高速度が前記許容速度より大きい場合には、前記変更部は、前記予測最高速度に対する前記許容速度の比を算出して前記ロボットの指令速度に乗算し、それにより、該指令速度を変更する、請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記予測最高速度が前記許容速度よりも大きい部位が複数ある場合には、前記複数の比のうちの最小の比を前記指令速度に乗算するようにした、請求項３に記載のロボットシステム。
5. 前記速度表示部は、さらに、前記速度変更部により前記指令速度が変更された後の前記ロボットの実速度を表示する、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットシステム。

Images