JP6677461B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態はロボット装置に関する。

近年ロボットが操作者と同一空間にいる環境が多くなってきている。介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者の近傍で作業を行なう状況の可能性が検討されている。発明者が実用化を実現した直動伸縮アーム機構は従来の垂直多関節アーム機構のような肘関節がなく、特異点もないことから、柵を不要にできるので、ロボット装置が作業者と協働して作業できる可能性を示唆している。

目的は、作業者との協働作業の効率を向上させることのできるロボット装置を提供することにある。

本実施形態に係るロボット装置は、複数の部分タスクからなる全体タスクを作業者とで分担するロボット装置において、多関節アーム機構と、前記複数の部分タスクのうち前記ロボット装置が担当する部分タスクの数が異なる複数のタスクプログラムを作業者習熟度とそれぞれ関連付けて記憶する記憶部と、前記記憶部から読み出された前記複数のタスクプログラムの一に従って前記多関節アーム機構の動作を制御するタスクコントローラと、前記複数の部分タスクのうち、前記複数のタスクプログラムの一に従って動作する前記多関節アーム機構により担当される部分タスクを除く残りの部分タスクを前記作業者が作業するのに要する作業時間を計測する計測部と、前記計測された作業時間から導出される平均作業時間、最長作業時間及び最短作業時間を前記複数のタスクプログラムの一に関連付けられている作業者習熟度及び前記複数のタスクプログラムに関連付けられている複数の作業者習熟度とともに表示する表示部と、前記表示された複数の作業者習熟度のいずれかを選択する操作者指示に従って前記選択された作業者習熟度に関連付けられている前記複数のタスクプログラムのいずれかを前記記憶部から前記タスクコントローラに読み出させる制御部とを具備することを特徴とする。

図１は、本実施形態に係るロボット装置と作業者との協働環境の一例を示す図である。 図２は、図１のロボット装置の外観斜視図である。 図３は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。 図４は、本実施形態に係るロボット装置の構成を示すブロック図である。 図５は、図４のタスクプログラム記憶部に記憶される３種類のタスクプログラムの概要を示す図である。 図６は、本実施形態に係るロボット装置の手先軌道を示す平面図である。 図７は、図４の習熟指標処理部による習熟指標の計算処理手順を示すフローチャートである。 図８は、図４のシステム制御部によるタスクプログラムの変更処理手順を示すフローチャートである。 図９は、図８の工程S２１において表示部に表示される表示画面例を示す図である。 図１０は、図４の習熟指標処理部によるタスクプログラム上のタスクタイムの動的な変更処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボット装置を説明する。本実施形態に係るロボット装置は、作業者の作業効率を上げるために、作業者が行う作業（全体タスクという）を支援する。その作業（全体タスク）は事前に解析され、作業者の特性とロボット装置の特性とに基づいて複数のタスク（部分タスクという）に分割される。例えば、熟練した作業者であれば、予め決められたタスクタイム内に完了できる作業（全体タスク）であっても、不慣れな作業習熟度の低い作業者がその作業（全体タスク）を行うと、予め決められたタスクタイム内に完了できない場合がある。本実施形態に係るロボット装置は、複数の部分タスクのうち少なくとも１つの部分タスクを肩代わりすることで、不慣れな作業者であっても、予め決められたタスクタイム内にその作業が完了されることを支援する。

例えば、搬送ライン上を搬送されるワーク（内容物が詰められたチューブ容器）を直方体形の紙箱に詰め込み、それを搬送ラインに戻すまでの箱詰め作業（全体タスク）を複数、ここでは６つの部分タスクに分割する。６つの部分タスクのうち、第１部分タスクは、搬送ライン上を搬送されるチューブ容器を搬出シュータ上に搬送するタスクである。第２部分タスクは、組み立て前の紙箱をストックテーブルから作業者の手元に搬送するタスクである。第３部分タスクは、紙箱を組み立てるタスクである。第４部分タスクは、組み立てた紙箱にチューブを詰めるタスクである。第５部分タスクは、チューブが詰められた紙箱の蓋を閉じるタスクである。第６部分タスクは、完成品を搬入シュータから搬送ラインに戻すタスクである。

作業者は、上記６つの部分タスクのうち少なくとも３つの部分タスク（第３、第４、第５部分タスク）を担当する。作業者が少なくとも行う作業を単位作業という。ここでは、単位作業は、第３、第４、第５部分タスクに対応する作業を指す。単位作業は、組立式の紙箱を組み立て、組み立てた紙箱にチューブを詰め、チューブを詰めた紙箱の蓋を閉じるまでの作業を指す。ロボット装置は、作業者の単位作業の熟練度合いに従って、全体タスクが予め決められたタスクタイム内で完了されるために、単位作業（第３、第４、第５部分タスク）以外の第１、第２、第６部分タスクのうち少なくとも１つを担当し、作業者の作業を支援する。

（ロボットの配置環境）図１
図１は、本実施形態に係るロボット装置１の外観斜視図である。コンベア装置５は、直線に沿って複数の第１、第３ワーク３００、５００を連続的に搬送するための直線的な搬送ラインを備える。搬送ラインは、搬送ライン上に載置された第１、第３ワーク３００、５００を、予め操作者等により設定された搬送速度で搬送する。ストックテーブル６は、ロボット装置１の近傍に配置される。ストックテーブル６は、複数の第２ワーク４００を収納する。

なお説明の便宜上、可撓性を有するチューブ容器を第１ワーク３００、チューブ容器（第１ワーク３００）を収容する組み立て式の空箱を第２ワーク４００、チューブ容器（第１ワーク３００）が組み立てられた空箱（第２ワーク４００）に箱詰めされた完成品（第３ワーク５００）として区別する。

コンベア装置５のフレームの側方には、搬出シュータ（搬出トレイ、チューブトレイ）６０と搬入シュータ（搬入トレイ、箱トレイ）７０とが取り付けられている。搬出シュータ６０は、搬入シュータ７０よりも搬送ラインの上流に取り付けられている。
搬出シュータ６０は例えば断面Ｌ字の溝形に形成されている。搬出シュータ６０は、搬送ラインから外側に向かって下傾するよう配置される。ロボット装置１でピッキングされた第１ワーク（チューブ容器）３００は搬出シュータ６０にリリースされる。第１ワーク３００は搬出シュータ６０を滑り落ちて、作業者の手元の搬出位置まで移動する。搬出シュータ６０の搬出位置には孔が開けられている。第１ワーク３００が搬出シュータ６０の搬出位置に存在するとき、孔が第１ワーク３００で塞がれる。この孔に光軸が整合するよう搬出シュータ６０に光電センサ９５が取り付けられている。光電センサ９５は搬出シュータ６０の搬出位置に第１ワーク３００が存在するか否かを検知する。

搬入シュータ７０は例えば断面Ｌ字の溝形に形成されている。搬入シュータ７０は、搬送ラインに向かって下傾するよう配置される。作業者により箱詰めされ、搬入シュータ７０の任意位置に置かれた第３ワーク５００は、その傾きにより搬入シュータ７０の搬入位置まで滑り落ちる。搬入シュータ７０の搬入位置には孔が開けられている。第３ワーク５００が搬入シュータ７０の搬入位置に存在するとき、孔が第３ワーク５００で塞がれる。この孔に光軸が整合するよう搬入シュータ７０に光電センサ９７が取り付けられている。光電センサ９７は搬入シュータ７０の搬入位置に第３ワーク５００が存在するか否かを検知する。

搬送ラインの幅の中心線（以下、ライン中心線という。）は、第１ワーク３００を載置する搬送ライン上の目標線であり、また、第１ワーク３００を箱詰めした後の第３ワーク５００を戻す位置の目標線である。

通過検知センサ９１には、搬送ラインにより搬送される第１ワーク３００の所定位置（通過検知位置）の通過を検知する。通過検知センサ９１には、例えば、投光部と、投光部から投光されワークで反射された光を受光する受光部とが一体となった光電センサが適用される。通過検知センサ９１は、搬出シュータ６０よりも上流の搬送ラインの近傍に、その光軸が搬送ラインの搬送方向と直交する向きに設けられている。

速度センサ９３は、搬送ラインの搬送速度を計測する。速度センサ９３には、例えば、ロータリーエンコーダ等のセンサが適用される。ロータリーエンコーダは、ローラのドライブシャフトに接続されている。速度センサ９３は、そのローラが搬送ライン上に接触するように設けられる。

（多関節アーム機構の説明）図２
ロボット装置１は、複数の関節部を有する多関節アーム機構２００を備える。この多関節アーム機構２００は、複数の関節部のうち一が直動伸縮関節で構成されている。以下、多関節アーム機構２００について説明する。

図２は、図１のロボット装置１の外観斜視図である。ロボット装置１は、略円筒形状の基部１０と基部１０に接続されるアーム部２とを有する。アーム部２の先端には手首部４が取り付けられている。手首部４の第６関節部の回転軸（第６回転軸ＲＡ６）にはアダプタ（図示しない）が設けられている。手首部４のアダプタを介してロボットハンド３が取り付けられる。

ロボット装置１は、複数、ここでは６つの関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基部１０から順番に配設される。一般的に、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３は根元３軸と呼ばれ、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６はロボットハンド３の姿勢を変化させる手首３軸と呼ばれる。手首部４は第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６を有する。根元３軸を構成する関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の少なくとも一つは直動伸縮関節である。ここでは第３関節部Ｊ３が直動伸縮関節、特に伸縮距離の比較的長い関節部として構成される。アーム部２は第３関節部Ｊ３を構成する主要な構成要素である。

第１関節部Ｊ１は基台面に対して例えば垂直に支持される第１回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節である。第２関節部Ｊ２は第１回転軸ＲＡ１に対して垂直に配置される第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節である。第３関節部Ｊ３は、第２回転軸ＲＡ２に対して垂直に配置される第３軸（移動軸）ＲＡ３を中心として直線的にアーム部２が伸縮する関節である。

第４関節部Ｊ４は、第３移動軸ＲＡ３に一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節であり、第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節である。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４に対して直交し、第５回転軸ＲＡ５に対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心とした曲げ関節である。

基部１０を成すアーム支持体（第１支持部）１１は、第１関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１を中心に形成される円筒形状の中空構造を有する。第１関節部Ｊ１は図示しない固定台に取り付けられる。第１関節部Ｊ１が回転するとき、第１支持部１１はアーム部２の旋回とともに軸回転する。なお、第１支持部１１が接地面に固定されていてもよい。その場合、第１支持部１１とは独立してアーム部２が旋回する構造に設けられる。第１支持部１１の上部には第２支持部１２が接続される。

第２支持部１２は第１支持部１１に連続する中空構造を有する。第２支持部１２の一端は第１関節部Ｊ１の回転部に取り付けられる。第２支持部１２の他端は開放され、第３支持部１３が第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２において回動自在に嵌め込まれる。第３支持部１３は第１支持部１１及び第２支持部に連通する鱗状の外装からなる中空構造を有する。第３支持部１３は、第２関節部Ｊ２の曲げ回転に伴ってその後部が第２支持部１２に収容され、また送出される。ロボット装置１の直動関節部Ｊ３（第３関節部Ｊ３）を構成するアーム部２の後部はその収縮により第１支持部１１と第２支持部１２の連続する中空構造の内部に収納される。

第３支持部１３はその後端下部において第２支持部１２の開放端下部に対して第２回転軸ＲＡ２を中心として回動自在に嵌め込まれる。それにより第２回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節部としての第２関節部Ｊ２が構成される。第２関節部Ｊ２が回動すると、アーム部２は、手首部４及びロボットハンド３とともに第２関節部Ｊ２の第２回転軸ＲＡ２を中心に垂直方向に回動、つまり起伏動作をする。

第４関節部Ｊ４は、アーム部２の伸縮方向に沿ったアーム中心軸、つまり第３関節部Ｊ３の第３移動軸ＲＡ３に典型的には一致する第４回転軸ＲＡ４を有するねじり関節である。第４関節部Ｊ４が回転すると、第４関節部Ｊ４から先端にかけてロボットハンド３とともに第４回転軸ＲＡ４を中心に回転する。第５関節部Ｊ５は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に対して直交する第５回転軸ＲＡ５を有する曲げ関節部である。第５関節部Ｊ５が回転すると、第５関節部Ｊ５から先端にかけてロボットハンド３とともに上下に回動する。第６関節部Ｊ６は、第４関節部Ｊ４の第４回転軸ＲＡ４に直交し、第５関節部Ｊ５の第５回転軸ＲＡ５に垂直な第６回転軸ＲＡ６を有する曲げ関節である。第６関節部Ｊ６が回転するとロボットハンド３が左右に旋回する。

上記の通り手首部４のアダプタに取り付けられたロボットハンド３は、第１、第２、第３関節部Ｊ１．Ｊ２．Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３の直動伸縮距離の長さは、基部１０の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にロボットハンド３を到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直動伸縮距離の長さが特徴的である。

（直動伸縮機構の説明） 図２
以下、直動伸縮関節部Ｊ３の機構について説明する。
直動伸縮機構はアーム部２を有する。アーム部２は第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２とを有する。第１連結コマ列２１は複数の第１連結コマ２３からなる。第１連結コマ２３は略平板に構成される。前後の第１連結コマ２３は、互いの端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。これにより第１連結コマ列２１は内側と外側とに屈曲可能な性質を備える。第２連結コマ列２２は複数の第２連結コマ２４からなる。第２連結コマ２４は断面コ字形状の短溝状体に構成される。前後の第２連結コマ２４は、互いの底面端部箇所においてピンにより屈曲自在に列状に連結される。第２連結コマ２４の断面形状及びピンによる連結位置により第２連結コマ列２２は内側に屈曲可能であるが、外側に屈曲不可な性質を備える。

第１連結コマ列２１のうち先頭の第１連結コマ２３と、第２連結コマ列２２のうち先頭の第２連結コマ２４とは結合コマ２７により結合される。例えば、結合コマ２７は第１連結コマ２３と第２連結コマ２４とを合成した形状を有している。
アーム部２が伸長するときには、結合コマ２７が始端となって、第１、第２連結コマ列２１，２２が第３支持部１３の開口から外に向かって送り出される。第１、第２連結コマ列２１、２２は、第３支持部１３の開口付近で互いに接合される。第１、第２連結コマ列２１、２２の後部が第３支持部１３の内部で堅持されることにより、第１、第２連結コマ列２１，２２の接合状態が保持される。第１、第２連結コマ列２１、２２の接合状態が保持されたとき、第１連結コマ列２１と第２連結コマ列２２の屈曲は拘束される。接合し、それぞれの屈曲が拘束された第１、第２連結コマ列２１、２２により一定の剛性を備えた柱状体が構成される。柱状体とは、第２連結コマ列２２に第１連結コマ列２１が接合されてなる柱状の棒体を言う。

アーム部２が収縮するときには、第３支持部１３の開口に第１、第２連結コマ列２１，２２が引き戻される。柱状体を構成する第１、第２連結コマ列２１，２２は、第３支持部１３の内部で互いに離反される。離反された第１、第２連結コマ列２１，２２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰し、それぞれ同方向の内側に屈曲され、第１支持部１１の内部に略平行に格納される。

（ロボットハンドの説明） 図２
ロボットハンド３は、第１ワーク（チューブ容器）３００を把持によりピッキングするための把持機構と第２ワーク（紙箱）４００と第３ワーク（完成品）５００を吸着によりピッキングするための吸着機構とを備える。

ロボットハンド３は、ハンド本体３１を有する。ハンド本体３１は角柱形状を有し、その上方端面に取り付け部を備える。この取り付け部を介して、ロボットハンド３は手首部４のアダプタ（関節部Ｊ６）に装着される。ハンド本体３１の下方には、エアチャックボックス３２が取り付けられる。エアチャックボックス３２は一対のスライダ３４を有する。一対のスライダ３４は接近／離反自在に支持される。エアチャックボックス３２は、エアシリンダ（図示しない）を有する。エアシリンダには一対のエアチューブ（図示しない）が接続されている。一対のエアチューブ各々は圧縮式のエアポンプ（図示しない）に接続されている。一対のエアチューブには一対の電磁弁（図示しない）が介在されている。後述の電磁弁ドライバ３０１により、一方の電磁弁の開閉と他方の電磁弁の開閉とは逆相に制御される。一方の電磁弁が開放され、他方の電磁弁が閉じられているとき、一対のスライダ３４は接近する方向に移動される。一方の電磁弁が閉じられ、他方の電磁弁が開放されているとき、一対のスライダ３４は離反する方向に移動される。一対のスライダ３４の接近／離反する方向をスライド方向という。

一対のスライダ３４には一対の把持部３５が取り付けられている。把持部３５は外観略円柱形状を有する。把持部３５の先端には、パッド（吸着パッド）４０が取り付けられている。パッド４０は、弾性材料として例えばシリコーン樹脂で円筒状体に成形されている。その胴体部分には、蛇腹形状、好適には１．５段の蛇腹形状が形成されている。一対の把持部３５には一対のエアチューブが接続されている。一対のエアチューブ各々は既出のエアポンプに接続されている。把持部３５には、エアチューブの接続口からその先端まで配管経路が形成されている。これにより、エアポンプから把持部３５の先端までの配管経路が確保されている。エアポンプとしては圧縮式と真空式のいずれでも良いがここでは圧縮ポンプとして説明する。把持部３５のパッド４０とエアポンプとの間は負圧経路と正圧経路との２系統の配管経路で接続される。負圧経路には負圧弁とエジェクタとが介在される。正圧経路には正圧弁が介在される。負圧弁と正圧弁とは電磁弁である。電磁弁ドライバ３０１により負圧弁の開閉と正圧弁の開閉とは逆相に制御される。

負圧弁が開放され正圧弁が閉じられているとき、負圧経路が確保される。負圧経路が確保されているとき、エアポンプで発生された圧縮空気は負圧弁を介してエジェクタに供給される。エジェクタは吸気口とノズルと排気口とを有する。吸気口にはパッド４０の後方部分が接続されている。エジェクタに供給された圧縮空気は、ノズルから噴射され高速な空気の束となって排気口から排気される。すると、エジェクタのチャンバの内圧が低下し、これにより吸気口から空気が吸い込まれ、吸気口から吸いこまれた空気は、圧縮空気とともに排気口から排気される。これにより、吸気口に接続されたパッド４０に負圧が発生する。正圧弁が開放され負圧弁が閉じられているとき、正圧経路が確保される。正圧経路が確保されているとき、エアポンプで発生された圧縮空気は直接的にパッド４０に供給される。これにより、パッド４０に正圧が発生する。

ロボットハンド３の把持によるピッキング動作が開始されると、電磁弁ドライバ３０１により複数の電磁弁の開閉が制御され、一対のスライダ３４が接近する方向に移動され、パッド４０に負圧が発生される。ロボットハンド３は、一対のパッド４０で第１ワーク３００を狭持しながら、第１ワーク３００を吸着する。把持部３５の先端に吸着パッド４０を装着させることにより把持部３５によるワークの把持力に、パッド４０による吸着力が加わり、第１ワーク３００の表面とパッド４０の接触面との間の摩擦力は把持単独のそれよりも増大する。従ってロボットハンド３による第１ワーク３００の保持力は向上する。

ロボットハンド３の把持機構のリリース動作が開始されると、電磁弁ドライバ３０１により複数の電磁弁の開閉が制御され、一対のスライダ３４が離反する方向に移動され、パッド４０に正圧が発生される。これにより、ロボットハンド３は、把持によりピッキングした第１ワーク３００をリリースすることができる。

一対のスライダ３４には一対の吸着パッド３８が取り付けられている。吸着パッド３８は弾性材料として例えばシリコーン樹脂で円筒状体に成形される。吸着パッド３８の先端面をワークを吸着する吸着面という。吸着パッド３８の胴体部分は蛇腹形に成形される。吸着パッド３８は円筒状体の軸方向の向きにワークを吸着する。この吸着方向がスライド方向に垂直になるように、吸着パッド３８はスライダ３４に取り付けられる。一対の吸着パッド３８には、一対のエアチューブが接続されている。一対のエアチューブ各々は既出のエアポンプに接続されている。吸着パッドとエアポンプとの間は負圧経路と正圧経路との２系統の配管経路で接続される。負圧経路には負圧弁とエジェクタとが介在される。正圧経路には正圧弁が介在される。負圧弁と正圧弁とは電磁弁である。電磁弁ドライバ３０１により負圧弁の開閉と正圧弁の開閉とは逆相に制御される。負圧弁が開放され正圧弁が閉じられているとき、負圧経路が確保される。負圧経路が確保されているとき吸着パッド３８に負圧が発生する。正圧弁が開放され負圧弁が閉じられているとき、正圧経路が確保される。正圧経路が確保されているとき吸着パッド３８に正圧が発生する。

ロボットハンド３の吸着によるピッキング動作が開始されると、電磁弁ドライバ３０１により複数の電磁弁の開閉が制御され、吸着パッド３８に負圧が発生される。吸着パッド３８の吸着面が第２、第３ワーク４００，５００に密着すると、これらの表面と吸着パッド３８の筒状部分とで規定される閉空間の空気がエジェクタにより吸引される。これにより、ロボットハンド３は第２、第３ワーク４００，５００を吸着によりピッキングすることができる。ロボットハンド３の吸着機構のリリース動作が開始されると、電磁弁ドライバ３０１により複数の電磁弁の開閉が制御され、吸着パッド３８に正圧が発生される。これにより、ロボットハンド３は、吸着によりピッキングした第２、第３ワーク４００，５００をリリースすることができる。

（ロボット装置１の図記号表示） 図３
図３は、図１の多関節アーム機構２００を図記号表現により示す図である。多関節アーム機構２００において、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３とにより３つの位置自由度が実現される。また、手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの姿勢自由度が実現される。

ロボット座標系Σbは第1関節部Ｊ１の第１回転軸ＲＡ１上の任意位置を原点とした座標系である。ロボット座標系Σｂにおいて、直交３軸（Ｘｂ、Ｙｂ，Ｚｂ）が規定されている。Ｚｂ軸は第１回転軸ＲＡ１に平行な軸である。Ｘｂ軸とＹｂ軸とは互いに直交し、且つＺb軸に直交する軸である。手先座標系Σｈは、手首部４に取り付けられたハンド装置３の任意位置（手先基準点）を原点とした座標系である。例えば、ハンド装置３が２指ハンドのとき、手先基準点（以下、単に手先という。）の位置は２指先間中央位置に規定される。手先座標系Σｈにおいて、直交３軸（Ｘｈ、Ｙｈ，Ｚｈ）が規定されている。Ｘｈ軸は第６回転軸ＲＡ６に平行な軸である。Ｘｈ軸とＹｈ軸とは互いに直交し、且つＺｈ軸に直交する軸である。例えば、Ｘｈ軸は、ハンド装置３の前後方向に平行な軸である。手先姿勢とは、手先座標系Σhのロボット座標系Σｂに対する直交３軸各々周りの回転角（Ｘｈ軸周りの回転角（ロール角）α、Ｙｈ軸周りの回転角（ピッチ角）β、Ｚｈ軸周りの回転角（ヨウ角）γとして与えられる。

第１関節部Ｊ１は、第１支持部１１と第２支持部１２との間に配設されており、回転軸ＲＡ１を中心としたねじり関節として構成されている。回転軸ＲＡ１は第１関節部Ｊ１の固定部が設置される基台の基準面ＢＰに垂直に配置される。

第２関節部Ｊ２は回転軸ＲＡ２を中心とした曲げ関節として構成される。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２はロボット座標系上のＹb軸に平行に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１に対して垂直な向きに設けられる。さらに第２関節部Ｊ２は、第１関節部Ｊ１に対して、第１回転軸ＲＡ１の方向（Ｚb軸方向）と第１回転軸ＲＡ１に垂直なＹb軸方向との２方向に関してオフセットされる。第２関節部Ｊ２が第１関節部Ｊ１に対して上記２方向にオフセットされるように、第２支持体１２は第１支持体１１に取り付けられる。第１関節部Ｊ１に第２関節部Ｊ２を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が直角に曲がった２つの鈎形状体が組み合わされたクランク形状を有している。この仮想的なアームロッド部分は、中空構造を有する第１、第２支持体１１、１２により構成される。

第３関節部Ｊ３は移動軸ＲＡ３を中心とした直動伸縮関節として構成される。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第２関節部Ｊ２の回転角がゼロ度、つまりアーム部２の起伏角がゼロ度であってアーム部２が水平な基準姿勢においては、第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２とともに第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１にも垂直な方向に設けられる。ロボット座標系上では、第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３はＸb軸及びＺb軸に対して垂直なＹb軸に平行に設けられる。さらに、第３関節部Ｊ３は、第２関節部Ｊ２に対して、その回転軸ＲＡ２の方向（Ｙb軸方向）と、移動軸ＲＡ３に直交するＺb軸の方向との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３が第２関節部Ｊ２に対して上記２方向にオフセットされるように、第３支持体１３は第２支持体１２に取り付けられる。第２関節部Ｊ２に第３関節部Ｊ３を接続する仮想的なアームロッド部分（リンク部分）は、先端が垂直に曲がった鈎形状体を有している。この仮想的なアームロッド部分は、第２、第３支持体１２、１３により構成される。

第４関節部Ｊ４は回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節として構成される。第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３に略一致するよう配置される。
第５関節部Ｊ５は回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ関節として構成される。第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５は第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３及び第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４に略直交するよう配置される。
第６関節部Ｊ６は回転軸ＲＡ６を中心としたねじり関節として構成される。第６関節部Ｊ６の回転軸ＲＡ６は第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交するよう配置される。第６関節部Ｊ６は手先効果器としてのハンド装置３を左右に旋回するために設けられている。なお、第６関節部Ｊ６は、その回転軸ＲＡ６が第４関節部Ｊ４の回転軸ＲＡ４及び第５関節部Ｊ５の回転軸ＲＡ５に略直交する曲げ関節として構成されてもよい。

このように複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの曲げ関節部を直動伸縮関節部に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、本実施形態に係るロボット装置１のロボットアーム機構は、特異点姿勢を構造上解消している。

（ロボット装置１の構成）図４
図４は、図１のロボット装置１の構成を示すブロック図である。ロボット装置１は、多関節アーム機構２００を備える。多関節アーム機構２００の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５、Ｊ６には、アクチュエータとして、それぞれステッピングモータが設けられている。ステッピングモータはドライバユニット２０１に駆動される。ドライバユニット２０１は、動作制御装置１００からの制御信号に従って、ステッピングモータを駆動する。動作制御装置１００からの制御信号は、具体的には、ステッピングモータ各々の位置（関節変数）又は速度を指令する位置指令と、ステッピングモータ各々の発生トルクを指令するトルク指令とからなる。位置指令及びトルク指令は制御装置１００から一定周期（制御周期△ｔ）で繰り返し供給される。ステッピングモータ各々のドライブシャフトには、一定の回転角ごとにパルスを出力するロータリエンコーダ２０２が接続されている。ロータリエンコーダ２０２からの出力パルスは、カウンタで加減算される。カウンタにより計数された累積パルスにステップ角を乗算することにより関節変数が計算される。

ロボットハンド３には、一対のスライダ３４の開閉、一対のパッド４０、一対の吸着パッド３８の真空吸着機能のＯＮ／ＯＦＦを制御するために複数の電磁弁の開閉を制御するための電磁弁ドライバ３０１が設けられている。

動作制御装置１００は、システム制御部１０１を有する。システム制御部１０１はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と半導体メモリ等を有し、動作制御装置１００を統括して制御する。システム制御部１０１には制御／データバス１２０を介して、表示制御部１０８、タスクプログラム記憶部１１０と、習熟指標処理部１１１、タスクコントローラ１１２が接続される。表示制御部１０８には液晶ディスプレイ等の表示部８０が接続される。ドライバユニット２０１はドライバユニットインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０９を経由して動作制御装置１００に接続される。またマウス、キーボード等の入力デバイスからなる操作部８２は操作部インターフェース（Ｉ／Ｆ）１０７を経由して動作制御装置１００に接続される。詳細は後述するが、通過検知センサ９１、速度センサ９３、光電センサ９５，９７、圧力センサ９９が、それぞれインターフェース（Ｉ／Ｆ）１０２−１０６を介して動作制御装置１００に接続される。

（動作制御装置のセンサ類の説明） 図４
動作制御装置１００には、通過検知センサＩ／Ｆ１０２を介して通過検知センサ９１が接続されている。通過検知センサ９１には、投光部と、投光部から投光されワークで反射された光を受光する受光部とが一体となった光電センサが適用される。通過検知センサ９１は、投光部から投光した光が遮られたとき、つまり、第１ワーク３００が通過したとき、通過検知を表す電気信号（通過検知信号）を動作制御装置１００に対して送信する。

動作制御装置１００には、速度センサＩ／Ｆ１０３を介して速度センサ９３が接続されている。速度センサ９３には、例えば、ロータリー／リニアエンコーダ等の任意のセンサが適用される。速度センサ９３は、搬送ラインの搬送速度を計測し、計測した搬送速度を表す電気信号を所定の間隔で動作制御装置１００に対して送信する。

動作制御装置１００には、光電センサＩ／Ｆ１０４を介して光電センサ９５が接続されている。光電センサ９５には、投光部と、投光部から投光されワークで反射された光を受光する受光部とが一体となった光電センサが適用される。光電センサ９５は、動作制御装置１００に対して、所定の周期で電気信号を送信する。光電センサ９５は、投光部から投光した光が遮られていない間、動作制御装置１００に対してコード「０」に対応する電気信号を送信し、投光部から投光した光が第１ワーク３００により遮られている間、動作制御装置１００に対してコード「１」に対応する電気信号を送信する。

動作制御装置１００には、光電センサＩ／Ｆ１０５を介して光電センサ９７が接続されている。光電センサ９７には、投光部と、投光部から投光されワークで反射された光を受光する受光部とが一体となった光電センサが適用される。光電センサ９７は、動作制御装置１００に対して、所定の周期で電気信号を送信する。光電センサ９７は、投光部から投光した光が遮られていない間、動作制御装置１００に対してコード「０」に対応する電気信号を送信し、投光部から投光した光が第３ワーク５００により遮られている間、動作制御装置１００に対してコード「１」に対応する電気信号を送信する。

動作制御装置１００には、圧力センサＩ／Ｆ１０６を介して圧力センサ９９が接続されている。圧力センサ９９は、ロボットハンド３の吸着部３８の内圧を計測し、計測した圧力値を表す電気信号を所定の間隔で動作制御装置１００に対して送信する。

動作制御装置１００には、操作部Ｉ／Ｆ１０７を介して操作部８２が接続されている。操作部８２は、ロボット装置１に対して操作者が指示を入力するための入力インターフェースとして機能する。操作部８２は、マウス、キーボード、タッチパネル等の入力デバイスにより構成される。また、操作部８２は、後述のタスクプログラムの切り替え処理において、中断したタスクの再開指示を入力するための再開スイッチを備える。

動作制御装置１００には、表示部８０が接続されている。表示部８０としては、典型的に例えばＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。システム制御部１０１は、作業者の習熟指標の表示画面のデータを発生し、表示制御部１０８のフレームメモリに書き込む。表示制御部１０８は、フレームメモリに書き込まれたデータを読み出し、表示部８０に表示する。
動作制御装置１００には、ドライバユニットＩ／Ｆ１０９を介してドライバユニット２０１が接続されている。

（動作制御装置のタスクプログラム記憶部の説明） 図４
タスクプログラム記憶部１１０は、複数のタスクプログラムのデータファイルを記憶する。複数のタスクプログラム各々には、習熟度を表すコードが関連付けられている。タスクプログラムは、事前のティーチングにより提供される。タスクプログラムは、ロボット装置１にタスクを実行させるための手順が時間スケールとともに記述されているシーケンスプログラムである。タスクプログラムには、手先基準点又は手首基準点（以下、手先基準点とする）の移動軌道、移動軌道上の作業点、作業点での作業内容、作業時間、作業点の間の移動時間等が記述されている。作業点は、ロボットハンド３の手先基準点の位置とロボットハンド３の手先姿勢とで与えられる。これらは、ロボット座標系で与えられる。また、作業点は、関節変数ベクトルで与えられてもよい。関節変数ベクトルとは関節部Ｊ１−Ｊ６の６つの関節変数、つまり回転関節部Ｊ１、Ｊ２、Ｊ４−Ｊ６の回転角と直動伸縮関節部Ｊ３のアーム伸縮距離との６変数をいう。

習熟指標処理部１１１は、光電センサ９５，９７の出力に基づいて、作業者の作業習熟度を図る基礎情報としての習熟指標値を計算する。典型的には作業者がシュータ６０からチューブ３００を取り、箱詰めし、それをシュータ７０に置くまでの作業に要する時間を光電センサ９５，９７の出力に基づいて測定し、その作業時間（単位作業時間という）が短いほど作業者の作業習熟度が高いといえる。習熟指標処理部１１１による習熟指標の計算処理の詳細については後述する。

タスクコントローラ１１２は、システム制御部１０１によりロードされたタスクプログラムに従って、制御周期Δｔ毎の指令値を発生し、発生した指令値をドライバユニット２０１と電磁弁ドライバ３０１とに送信する。

（タスクプログラム記憶部に記憶されている複数のタスクプログラムの説明） 図５
図５は、図４のタスクプログラム記憶部１１０に記憶される３種類のタスクプログラムの概要を示す図である。タスクプログラム記憶部１１０には、複数、ここでは３つのタスクプログラムのデータが記憶されている。複数のタスクプログラム各々には、１又は２以上の部分タスクを実行するための手順が記述され、複数のタスクプログラム各々に記述されている部分タスクは互いに相違する。作業者の作業習熟度が高いときほどロボット装置１が担当するタスクを減少させるようタスクプログラムが選択される。

具体的には、第１タスクプログラムは、第１部分タスクと第２部分タスクと第６部分タスクとを実行するための手順が記述され、習熟度「低位」に関連付けされている。第１タスクプログラムがロードされているとき、全体タスクのうち、ロボット装置１は、第１、第２、第６部分タスクを実行することで作業者の作業を支援する。作業者は、第３、第４、第５部分タスクに対応する作業を行うだけでよい。ロボット装置１と作業者との協働作業により全体タスクが完遂される。第２タスクプログラムは、第１部分タスクと第６部分タスクとを実行するための手順が記述され、習熟度「中位」に関連付けされている。第３タスクプログラムは、第６部分タスクを実行するための手順が記述され、習熟度「高位」に関連付けされている。

（タスクプログラムの習熟度「低位」全体タスクの説明） 図６
図６は、本実施形態に係るロボット装置１の手先軌道を示す平面図である。図６は、図５の第１タスクプログラムで記述されている軌道、軌道上の作業点を示す平面図である。第１タスクプログラムは習熟度「低位」に関連付けされ、作業者の単位作業の習熟度が低い場合にロードされるタスクプログラムである。第１タスクプログラムでは、タスクの開始点（終了点）をＰ0、作業点をＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5、Ｐ6，Ｐ7と表記する。これらの点は例えばロボット装置１のロボット座標系で記述されている。作業点Ｐ1、Ｐ2は、ライン中心線の上方に設定されている。作業点Ｐ2は、作業点Ｐ1よりも搬送ラインの下流に設定されている。作業点Ｐ3は、搬出シュータ６０上に設定されている。作業点Ｐ4は、ストックテーブル６上に設定されている。作業点Ｐ5は、作業者の手の届く範囲（作業範囲内）に設定されている。作業点Ｐ6は、搬入シュータ７０上の搬入位置の上方に設定されている。作業点Ｐ7は、作業点Ｐ2よりも搬送ラインの下流に設定されている。

作業点Ｐ1、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ6で、ロボット装置１による所定の作業が行われるようにタスクプログラムに作業内容が記述されている。具体的には、作業内容として、作業点Ｐ1には把持によるピッキング動作が記述されている。作業点Ｐ3には把持機構によるリリース動作が記述されている。作業点Ｐ4、Ｐ6には吸着によるピッキング動作が記述されている。作業点Ｐ7には吸着機構によるリリース動作が記述されている。

システム制御部１０１により、第１タスクプログラム（低位）がタスクコントローラ１１２にロードされると、タスクコントローラ１１２の制御に従って、ロボット装置１は、第１、第２、第６部分タスクを実行する。

タスクコントローラ１１２は、通過検知センサ９１から通過検知信号が出力されたのを契機に、手先基準点を開始点Ｐ0から作業点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4を経由してＰ5まで移動させる。作業点Ｐ1から作業点Ｐ2にかけて、ロボットハンド３の把持によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ3で把持機構のリリース動作が行われる。作業点Ｐ1から作業点Ｐ3にかけてのロボット装置１の動作により、第１部分タスクが完了し、搬送ライン上を搬送される第１ワーク（チューブ容器）３００が搬出シュータ６０上に搬送される。

作業点Ｐ4でロボットハンド３の吸着によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ5に移動される。タスクコントローラ１１２は、圧力センサ９９により計測される圧力値が、所定幅下がったのを契機に、手先基準点を作業点Ｐ5から作業点Ｐ6、Ｐ7を経由して開始点Ｐ0に戻させる。作業点Ｐ4から作業点Ｐ5にかけてのロボット装置１の動作により、第２部分タスクが完了し、組み立て前の第２ワーク４００がストックテーブル６から作業者の手元に搬送される。

作業点Ｐ6でロボットハンド３の吸着によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ7で吸着機構のリリース動作が行われる。作業点Ｐ6から作業点Ｐ7にかけてのロボット装置１の動作により、第６部分タスクが完了し、搬入シュータ７０上に置かれた第３ワーク５００が搬送ラインに戻される。

システム制御部１０１により、第２タスクプログラム（中位）がタスクコントローラ１１２にロードされると、タスクコントローラ１１２の制御に従って、ロボット装置１は、第１、第６部分タスクを実行する。タスクコントローラ１１２は、通過検知センサ９１から通過検知信号が出力されたのを契機に、手先基準点を開始点Ｐ0から作業点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ6、Ｐ7を経由して開始点Ｐ0に戻させる。作業点Ｐ1から作業点Ｐ2にかけて、ロボットハンド３の把持によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ3で把持機構のリリース動作が行われる。作業点Ｐ1から作業点Ｐ3にかけてのロボット装置１の動作により、第１部分タスクが完了し、搬送ライン上を搬送される第１ワーク（チューブ容器）３００が搬出シュータ６０上に搬送される。作業点Ｐ6でロボットハンド３の吸着によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ7で吸着機構のリリース動作が行われる。作業点Ｐ6から作業点Ｐ7にかけてのロボット装置１の動作により、第６部分タスクが完了し、搬入シュータ７０上に置かれた第３ワーク５００が搬送ラインに戻される。

システム制御部１０１により、第３タスクプログラム（高位）がタスクコントローラ１１２にロードされると、タスクコントローラ１１２の制御に従って、ロボット装置１は、第６部分タスクを実行する。タスクコントローラ１１２は、光電センサ９７から出力される電気信号に対応付けされているコードが「０」から「１」に変化したのを契機に、手先基準点を作業点Ｐ6の近傍の開始点から作業点Ｐ6、Ｐ7を経由して開始点に戻させる。作業点Ｐ6でロボットハンド３の吸着によるピッキング動作が行われ、作業点Ｐ7で吸着機構のリリース動作が行われる。作業点Ｐ6から作業点Ｐ7にかけてのロボット装置１の動作により、第６部分タスクが完了し、搬入シュータ７０上に置かれた第３ワーク５００が搬送ラインに戻される。

（習熟指標処理部の詳細説明） 図７
図７は、図４の習熟指標処理部１１１による習熟指標の計算処理手順を示すフローチャートである。作業者とロボット装置１とにより協働して全体タスク（搬送ラインからチューブ３００をとり空箱に詰めて、その箱を搬送ラインに戻す全体作業）が繰り返し行われている。

（工程Ｓ１１）
光電センサ９５の出力に基づいて、開始時刻Ｔc1が計測される。具体的には、光電センサ９５から出力される電圧信号に対応付けされているコードが「１」から「０」に変化した時刻Ｔc1が計測される。この時刻Ｔc1は、作業者がシュータ６０の搬出位置に置かれていた第１ワーク３００を手に取った時刻である。作業者は、第１ワーク３００を手に取った後、単位作業を開始する。つまり、時刻Ｔc1は、作業者が単位作業を開始した開始時刻に略等価である。この単位作業としては、シュータ６０からチューブ３００を取り、空箱に詰めて、その箱をシュータ７０に置くまでの一連の作業単位である。

（工程Ｓ１２）
光電センサ９７の出力に基づいて、終了時刻Ｔc2が計測される。具体的には、光電センサ９７から出力される電圧信号に対応付けされているコードが「０」から「１」に変化した時刻Ｔc2が計測される。この時刻Ｔc2は、作業者により搬入シュータ７０の任意の位置に置いた第３ワーク５００が搬入位置に搬送された時刻である。作業者は、第１ワーク３００を手に取った後、その第１ワーク３００を第２ワーク４００に箱詰めし、箱詰めが完了した第３ワーク５００を搬入シュータ７０の任意の位置に置き、単位作業を終了する。つまり、時刻Ｔc2は、作業者が単位作業を終了した終了時刻に略等価である。

（工程Ｓ１３）
光電センサ９５，９７の出力に基づいて単位作業時間Ｔtaxが計算される。具体的には、工程Ｓ１１で計測した開始時刻Ｔc1から工程Ｓ１２で計測した終了時刻Ｔc2までの時間長を計算することにより、開始時刻Ｔc1から終了時刻Ｔc2までの経過時間Ｔtaxを計算する。この経過時間Ｔtaxは、単位作業が開始されてから終了されるまでの単位作業時間に略等価である。

（工程Ｓ１４）
工程Ｓ１３で計算された単位作業時間Ｔtaxのデータが習熟指標処理部１１１のＲＡＭ等の一時記憶部に記憶される。この単位作業時間Ｔtaxのデータは、計測日時、収集回数、ロボット識別番号、作業者識別番号を属性情報として付加されて、図示しない主記憶装置に保存される。

（工程Ｓ１５）
収集条件を満たすまで、工程Ｓ１１から工程Ｓ１４までの処理が繰り返し行われる。収集条件を満たした段階で、次の工程Ｓ１６に処理が進む。例えば、収集条件は、収集回数又は収集期間で規定される。収集回数は例えば１０回、収集期間は例えば作業員の一日分の労働時間（８時間）に５日を乗算した作業累計時間に事前に設定される。ここでは、収集条件が、収集回数が１０回に達したときに終了するものとして説明する。工程Ｓ１１から工程Ｓ１４までの処理が１０回繰り返され、つまり、作業者により単位作業が１０回行われ、１０回分の単位作業時間（Ｔtax1，Ｔtax2，・・・、Ｔtax9、Ｔtax10）が収集される。１回目に収集された単位作業時間をＴtax1と表記する。単位作業時間Ｔtax1は、作業者が作業開始して１回目に行った単位作業の作業時間を表す。

（工程Ｓ１６）
工程Ｓ１１から工程Ｓ１５までの処理で収集された単位作業時間（Ｔtax1，Ｔtax2，・・・、Ｔtax9、Ｔtax10）に基づいて、習熟指標が計算される。習熟指標として、平均作業時間Ｔave、最長作業時間Ｔlong、最短作業時間Ｔshort、習熟指標の標準偏差Ｔσ等が挙げられる。習熟指標として、これらの中の１つが計算されてもよいし、これらの中のいくつかが計算されてもよい。ここでは、習熟指標として平均作業時間Ｔave、最長作業時間Ｔlong、最短作業時間Ｔshortが計算される。

図７で説明した習熟指標処理部１１１による習熟指標の計算処理がどのようなタイミングで実行されるかは、操作者により事前に設定されている。例えば、習熟指標の計算処理は、タスクが開始されてから、自動的に繰り返し実行されるように設定されている。習熟指標の計算処理は、所定の経過時間毎、例えば、３０分に１回のペースで繰り返し実行される。また、習熟指標の計算処理は、収集条件を満たす毎に繰り返し実行される。なお、習熟指標の計算処理は、操作部８２に習熟指標の計算処理の開始ボタンが備えられ、操作者によりその開始ボタンが押されたのを契機に開始されてもよい。

（習熟指標処理部の詳細説明） 図８、図９
図８は、図４のシステム制御部１０１によるタスクプログラムの変更処理手順を示すフローチャートである。ここでは、タスクコントローラ１１２に、第２タスクプログラム（中位）がロードされている。また、習熟指標処理部１１１により習熟指標として平均作業時間、最長作業時間、最短作業時間が計算されている。

（工程Ｓ２１）
実際に作業期間中に、操作部８２を介して操作者により入力された習熟確認処理指示に呼応して習熟指標確認画面が表示部８０に表示される。図９は、図８の工程Ｓ２１において表示部８０に表示される表示画面例を示す図である。表示部８０には、習熟指標として平均作業時間と最長作業時間と最短作業時間とが、現在稼動しているタスクプログラムを特定する情報、さらに操作者により選択可能な複数、ここでは３種類のタスクプログラムリストがそれぞれの属性情報とともに表示されている。属性情報とはそれぞれのタスクプログラムが対応している習熟度（高位、中位、低位）である。他の属性情報、例えばそれぞれのタスクプログラムが対応している部分タスクのリスト、さらにそれぞれのタスクプログラムに記述されている軌道、手順、作業内容等の具体的タスク内容を表示するようにしても良い。

（工程Ｓ２２）
操作部８２を介して、その作業員の習熟指標としての平均作業時間と最長作業時間と最短作業時間を参照した操作者により３段階の習熟度（高位、中位、低位）が選択される。

（工程Ｓ２３）
選択された習熟度が、現在稼動中のタスクプログラムの習熟度に比較される。選択された習熟度が、現在稼動中のタスクプログラムの習熟度と相違しないとき、つまり作業員の習熟度が変更されず維持されるとき、システム制御部１０１によるタスクプログラムの変更処理が終了される。選択された習熟度が、現在稼動中のタスクプログラムの習熟度と相違するとき、つまり当該作業員の習熟度が変更されたとき、次の工程Ｓ２４が実行される。

（工程Ｓ２４）
システム制御部１０１は、タスクプログラムを変更するに際しては安全のために、作業（タスク）を中断させる。システム制御部１０１からタスクコントローラ１１２に対して、中断指示を表す制御信号が出力される。

（工程Ｓ２５）
システム制御部１０１の制御のもと、工程Ｓ２２で選択された習熟度に対応するタスクプログラムが、タスクプログラム記憶部１１０からタスクコントローラ１１２にロードされる。

（工程Ｓ２６）
システム制御部１０１は作業員に対してタスクプログラムが変更されること、つまり、当該作業員が作業する作業範囲が変更することを事前に告知させるために、タスク変更案内を表示部８０に表示させる。

（工程Ｓ２７）
システム制御部１０１は、作業範囲が変更することを当該作業員が認識するために用意された告知期間を含めた所定時間がＳ２４の作業（タスク）の中断時刻から経過するまで、又は操作部８２を介して操作者による作業再開コマンドが入力指示されるまでロボット装置１を待機状態にさせる。

（工程Ｓ２８）
作業（タスク）の中断から所定時間経過したのを契機に、又は操作部８２を介して操作者による再開指示が入力されたのを契機に、システム制御部１０１からタスクコントローラ１１２に対して新たにロードされたタスクプログラムに従ってタスクを再開させるための制御信号が出力され、作業（タスク）が再開される。

（タスクタイムの動的な変更処理の説明） 図１０
図１０は、図４のシステム制御部１０１によるタスクプログラム上のタスクタイムを動的に変更する処理手順を示すフローチャートである。この処理も実際の作業期間中に実行される。

（工程Ｓ３１）
まず、作業（タスク）が開始される。このタスクは習熟度（中位）のタスクプログラムでロボット装置１が動作していると仮定して説明する。

（工程Ｓ３２）
習熟指標処理部１１１により、タスクタイム変更の基礎データとして事前に習熟指標の中から選択されている典型的には平均作業時間Ｔaveが計算される。

（工程Ｓ３３）
例えば習熟度が中位にあることを表す作業時間の下限と上限とが予め設定されており、この下限から上限までの範囲（標準範囲という）に対して、システム制御部１０１によりＳ３２で計算された平均作業時間Ｔaveが比較される。平均作業時間Ｔaveが標準範囲内にあるとき、工程Ｓ３６を介して工程Ｓ３２に戻り次周期の平均作業時間Ｔaveの計算完了を待機する。

作業者の作業が遅く、作業者の習熟度が低いとき、平均作業時間Ｔaveが標準範囲を上回る、つまり平均作業時間Ｔaveが標準範囲の上限よりも長くなる。そのとき工程Ｓ３４に処理が進む。作業者の作業が速く、作業者の習熟度が高いとき、平均作業時間Ｔaveが標準範囲を下回る、つまり平均作業時間Ｔaveが標準範囲の下限よりも短くなる。そのとき工程Ｓ３５に処理が進む。

（工程Ｓ３４）
平均作業時間Ｔaveが標準範囲の上限よりも長い場合、作業者が単位作業にかけている作業時間が、習熟度が中位の作業者に比べて平均的に長いことを意味する。したがって、ロードされている習熟度（中位）のタスクプログラムを修正し、ロボット装置１が支援する部分タスクのうち、第１部分タスクのタスクタイムＴＴstanを、それよりも短いタスクタイムＴＴshortに変更する。ロボットアーム機構２のハンド３の例えば手先基準点を開始点Ｐ0から作業点Ｐ1、Ｐ2を経由してＰ3までの移動に要する時間をＴＴstanからＴＴshortに短縮する。

ＴＴshortは、予め決められた固定値であってもよいし、平均作業時間Ｔaveに応じて変動する変動値であってもよい。ＴＴshortが変動値に設定されている場合、例えば、タスクタイムＴＴshortは、平均作業時間ＴaveとタスクタイムＴＴshortとの合算した時間が、標準範囲の中間値、つまり習熟度が中位の作業者が行った場合の平均的な作業時間とタスクタイムＴＴstanとを合算した時間内に収まるように修正される。

ロボット装置１による第１部分タスクのタスクタイムを短く修正することにより、作業者が単位作業にかけられる時間を増加させることができ、それによって全体タスクのタスクタイムの延長を抑制することが可能となる。

（工程Ｓ３５）
平均作業時間Ｔaveが標準範囲の下限よりも短い場合、作業者が単位作業にかけている作業時間が、習熟度が中位の作業者に比べて平均的に短いことを意味する。したがって、ロードされている習熟度（中位）のタスクプログラムを修正し、ロボット装置１が支援する部分タスクのうち、第１部分タスクのタスクタイムＴＴstanを、それよりも長いタスクタイムＴＴlongに変更する。ロボットアーム機構２のハンド３の例えば手先基準点を開始点Ｐ0から作業点Ｐ1、Ｐ2を経由してＰ3までの移動に要する時間をＴＴstanからＴＴlongに延長する。

ＴＴlongは、予め決められた固定値であってもよいし、平均作業時間Ｔaveに応じて変動する変動値であってもよい。ＴＴlongが変動値に設定されている場合、例えば、タスクタイムＴＴlongは、平均作業時間ＴaveとタスクタイムＴＴlongとの合算した時間が、標準範囲の中間値、つまり習熟度が中位の作業者が行った場合の平均的な作業時間とタスクタイムＴＴstanとを合算した時間程度になるように修正される。

第１部分タスクのタスクタイムが長く修正されることで、ロボット装置１においては、ロボットアーム機構２のハンド３で搬送ライン上の第1ワーク（チューブ）３００を把持して作業点Ｐ3まで搬送する動作を低速で実行することができる。それにより搬送ライン上でピッキングした第１ワーク３００を作業点Ｐ3まで搬送させるまでの間に第１ワーク３００が脱落するという事態が発生する確率を移動速度が速い場合のそれよりも低減させることが可能となる。また、第１部分タスクのタスクタイムが修正されることで、第１ワーク３００の把持によるピッキング動作の期間を長くすることができ、搬送ライン上の第１ワーク３００のピッキングの成功確率を向上することができる。

（工程Ｓ３６）
上記工程Ｓ３２−Ｓ３４，Ｓ３５の処理は作業終了までの間繰り返される。作業期間中、ロボット装置のタスクタイムが作業者の作業速度の変動に応じて動的に変更される。作業者は作業期間中、一定の速度で定常的に作業を継続することはできないものであり、その場合であってもロボット装置のタスクタイムを動的に変更して作業者に与える作業時間を変動させることができ、それにより全体のタスクタイムの変動を抑制することができるようになる。それは搬送ラインに、習熟度等が異なる複数の作業者が並んで作業を繰り返すとき、複数の作業者全体の作業効率を習熟度等が比較的高い作業者に合わせて向上させることができることを意味する。

本実施形態に係るロボット装置１は、肘関節を直動伸縮関節に換装し、例えば、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、特異点姿勢を構造上解消している。これにより、作業者はアーム部２の旋回のみを意識でき、その移動予測性が高く安全性が高いといえる。また、直動伸縮関節部Ｊ３のアーム部２は手先から基部１０までの直線的な範疇で動くことから、作業者が手先の動きからアーム部２の動きを容易に予測することができる。また、特異点を回避するための急な旋回動作等をする必要がない。以上のことから、本実施形態に係るロボット装置１は、安全柵を不要とし、作業者と協働して作業できる。

本実施形態に係るロボット装置１は、全体タスクを複数の部分タスクに分割し、複数の部分タスクのうち少なくとも１つの部分タスクを支援する。ロボット装置１に担当させる部分タスクは、作業者の作業効率に応じて変更することができる。具体的には、ロボット装置１は、複数の習熟度にそれぞれ対応する複数のタスクプログラムを記憶している。複数のタスクプログラムには、それぞれ相違する部分タスクが含まれる。ロボット装置１は、実際の作業中に、作業者の作業効率を表す習熟指標を計算し、その計算結果を表示部８０に表示させる。操作者は、表示された習熟指標を参照した上で、複数の習熟度からその作業者の習熟度を選択する。ロボット装置１は、操作者により選択された習熟度に応じたタスクプログラムをタスクプログラム記憶部１１０から読み出しタスクコントローラ１１２にロードする。これにより、ロボット装置１は、実際の作業中の作業者の作業効率に応じて担当する部分タスクを変更することができる。なお、ここでは、操作者により選択された習熟度に従って、タスクプログラムが変更されるとしたが、計算した習熟指標に応じて自動的にタスクプログラムが変更されるようにしてもよい。

また、本実施形態に係るロボット装置１は、全体タスクを複数の部分タスクに分割し、複数の部分タスクのうち少なくとも１つの部分タスクを支援する。ロボット装置１が担当する部分タスクのタスクタイムを、作業者の作業効率（習熟度）に応じて、実際の動作中に動的に修正することができる。具体的には、ロボット装置１は、実際の作業中に、作業者の作業効率を表す習熟指標、例えば平均作業時間を計算し、その平均作業時間を、予め設定した標準範囲に対して比較する。平均作業時間が、標準範囲内か、標準範囲を下回るか、標準範囲を上回るかに応じて、ロボット装置１の担当する部分タスクのタスクタイムを変更するために、タスクプログラムを修正する。平均作業時間が標準範囲内、つまり作業者の習熟度が「中位」の場合には、ロボット装置１のタスクタイムが標準時間に修正される。平均作業時間が標準範囲を上回る、つまり作業者の習熟度が「低位」の場合には、ロボット装置１のタスクタイムが標準時間よりも短くなるように修正され、作業者が作業にあてられる時間を増やす。平均作業時間が標準範囲を下回る、つまり作業者の習熟度が「高位」の場合には、ロボット装置１のタスクタイムが標準時間よりも長くなるように修正され、ロボット装置１の作業精度を向上させる。

以上説明したように、本実施形態に係るロボット装置１は、協働する作業者の習熟度（作業効率）に応じて、担当する部分タスクを増減させることができる。また、本実施形態に係るロボット装置１は、協働する作業者の習熟度（作業効率）に応じて、担当する部分タスクのタスクタイムを増減させることができる。例えば、ライン作業において、習熟度の異なる複数の作業者が配置される場合や、作業者が変更される場合や、作業者が何らかの理由により作業効率を一時的に落としてしまう場合であっても、ロボット装置１に担当させる部分タスクを変更すること、又はロボット装置１の担当する部分タスクのタスクタイムを修正することで、ライン作業の全体の作業効率を維持することができる。

なお、上述では、作業員の習熟程度に応じてロボット装置が担当するタスクのタスクタイムを動的に変更することを説明したが、変更対象はタスクタイムに限定されない。例えば作業員の習熟程度に応じて、ハンドで一度にピッキングするワーク（チューブ）の数を変更するようにしてもよい。作業員の習熟程度が中位の場合にはハンドで一度に２個のワークをピッキングするものとして、作業員の習熟程度が高位の場合にはハンドで一度に３個のワークをピッキングし、作業員の習熟程度が低位の場合にはハンドで一度に１個のワークをピッキングする。

また作業員の習熟程度が中位又は高位の場合には、ハンドでピッキングしたワーク（チューブ）をシュータ等にリリースするに際して、ワークのリリースの向きを揃えることはせず、一方作業員の習熟程度が低位の場合には、ワークの表面側を常に一方向に揃えるようロボット装置側の処理を追加するようにしてもよい。

もちろん作業員の習熟程度に応じてロボット装置が担当するタスクのタスクタイムを動的に変動することに加えて、ハンドで一度にピッキングするワークの数を変動させ、及び／又はワークのリリースの向きを揃えるものであってもよい。

また上述では、作業員の習熟度を測る指標として作業員の作業時間又はその平均時間等を求めていると説明したがそれに限定されない。例えば作業員の習熟度を測る指標としては、ワークの滞留数、作業ワーク数に対する良品ワーク数の割合（歩留まり）、空箱組み立て機械等の作業者の作業を補助する補助機械の使用率であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

８０…表示部、８２…操作部、９１…通過検知センサ、９３…速度センサ、９５，９７…光電センサ、９９…圧力センサ、１００…動作制御装置、１０１…システム制御部、１０２…通過検知センサＩ／Ｆ、１０３…速度センサＩ／Ｆ、１０４，１０５…光電センサＩ／Ｆ、１０６…圧力センサＩ／Ｆ、１０７…操作部Ｉ／Ｆ、１０８…表示制御部、１０９…ドライバユニットＩ／Ｆ、１１０…タスクプログラム記憶部、１１１…習熟指標処理部、１１２…タスクコントローラ、２００…多関節アーム機構、２０１…ドライバユニット（関節部Ｊ１−Ｊ６）、２０２…ロータリーエンコーダ、３０１…電磁弁ドライバ。

Claims (2)

1. 複数の部分タスクからなる全体タスクを作業者とで分担するロボット装置において、
   多関節アーム機構と、
   前記複数の部分タスクのうち前記ロボット装置が担当する部分タスクの数が異なる複数のタスクプログラムを作業者習熟度とそれぞれ関連付けて記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出された前記複数のタスクプログラムの一に従って前記多関節アーム機構の動作を制御するタスクコントローラと、
   前記複数の部分タスクのうち、前記複数のタスクプログラムの一に従って動作する前記多関節アーム機構により担当される部分タスクを除く残りの部分タスクを前記作業者が作業するのに要する作業時間を計測する計測部と、
   前記計測された作業時間から導出される平均作業時間、最長作業時間及び最短作業時間を前記複数のタスクプログラムの一に関連付けられている作業者習熟度及び前記複数のタスクプログラムに関連付けられている複数の作業者習熟度とともに表示する表示部と、
   前記表示された複数の作業者習熟度のいずれかを選択する操作者指示に従って前記選択された作業者習熟度に関連付けられている前記複数のタスクプログラムのいずれかを前記記憶部から前記タスクコントローラに読み出させる制御部とを具備することを特徴とするロボット装置。
2. 前記多関節アーム機構は、基部と、前記基部の略中心線に係る第1軸回りのねじり回転のための関節部と前記第1軸に直交する第２軸回りの曲げ回転のための関節部と前記第２軸に直交する第３軸に沿った直動伸縮のための関節部とを有することを特徴とする請求項１記載のロボット装置。