JP6748019B2 - 外力表示機能を有するロボットシステム、処理装置及び教示操作盤 - Google Patents

Description

本発明は、外力表示機能を有するロボットシステムに関する。本発明はまた、外力表示機能を有する処理装置に関する。本発明はまた、外力表示機能を有する教示操作盤に関する。

ロボットが受ける接触力を検出する力センサを備えたロボットシステムは知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のロボットシステムでは、多関節ロボットに力センサが取り付けられ、力センサの現在出力から推定内力及び力補正量を減算して、ロボットアームが外部環境に接触する接触力を算出している。このロボットシステムは、接触力が所定値を超えたときにロボットアームを停止させる構成を有する。

また、作業ツールとワークとの間に働く力を検出する力検出部と、力検出部が検出した力を表示する表示部とを備えたロボットシステムは知られている（例えば特許文献２参照）。特許文献２に記載のロボットシステムでは、ロボットアームに力センサが取り付けられ、力センサが検出した作業ツールとワークとの間に働く力を、ワーク表面の力の作用点又はその近傍を原点とする線分又は線分状（例えばベクトル状）の図形として表示部に表示している。

特開２０１５−１７１７４７号公報 特開２０１７−００１１２２号公報

ロボットに加わる外力を検出して表示するシステム構成において、検出した外力の大きさ及び方向を視覚で認識できるだけでなく直感的に判定できるように画像化して表示することが望まれている。

本開示の一態様は、ロボットと、ロボットに加わる外力を検出する検出部と、検出部が検出した外力の大きさ及び方向を三次元直交座標系の情報に基づき座標値に変換する変換部と、変換部が得た座標値を用いて、外力の大きさ及び方向を立体図形で表す力モデル画像を生成する画像生成部と、画像生成部が生成した力モデル画像を三次元表示する表示部と、を備え、画像生成部が生成する力モデル画像は、外力の大きさ及び方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の立体図形で表す、ロボットシステムである。

本開示の他の態様は、ロボットに加わる外力を取得する外力取得部と、外力取得部が取得した外力の大きさ及び方向を三次元直交座標系の情報に基づき座標値に変換する変換部と、変換部が得た座標値を用いて、外力の大きさ及び方向を立体図形で表す力モデル画像を生成する画像生成部と、画像生成部が生成した力モデル画像を三次元表示処理する表示処理部と、を含み、画像生成部が生成する力モデル画像は、外力の大きさ及び方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の立体図形で表す、処理装置である。

本開示のさらに他の態様は、ロボットに加わる外力の大きさ及び方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の立体図形で表す力モデル画像を、三次元表示する表示部を備える、教示操作盤である。

一態様に係るロボットシステムは、検出部が検出した外力の大きさ及び方向を、変換部が三次元直交座標系の座標値に変換し、画像生成部がこの座標値を用いて、外力の大きさ及び方向を図形で表す力モデル画像を生成し、表示部が力モデル画像を三次元表示するように構成したから、力モデル画像の視認者は、ロボットに加わる外力の大きさ及び方向を視覚で認識できるだけでなく、どの程度の外力がどういう方向へ加わっているかを直感的に判定することができる。

他の態様に係る処理装置、及びさらに他の態様に係る教示操作盤は、上記したロボットシステムの効果と同等の効果を奏する。

一態様に係るロボットシステムの構成を示す機能ブロック図である。 一実施形態によるロボットシステムを模式的に示す図である。 表示画面の一例を示す図である。 表示画面の他の例を示す図である。 表示画面のさらに他の例を示す図である。 表示画面のさらに他の例を示す図である。 他の実施形態によるロボットシステムを示す機能ブロック図である。 他の態様に係る処理装置の構成を示す機能ブロック図である。 一実施形態による処理装置を示す機能ブロック図である。 さらに他の態様に係る教示操作盤の構成を示す機能ブロック図である。 一実施形態による教示操作盤を模式的に示す図である。 他の実施形態による教示操作盤を示す機能ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施の形態を説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本開示の一態様に係るロボットシステム１０の構成を機能ブロックで示す。ロボットシステム１０は、ロボット１２と、ロボット１２に加わる外力Ｆを検出する検出部１４と、検出部１４が検出した外力Ｆの大きさ及び方向を三次元直交座標系の座標値Ｃに変換する変換部１６と、変換部１６が得た座標値Ｃを用いて、外力Ｆの大きさ及び方向を図形で表す力モデル画像Ｉｆを生成する画像生成部１８と、画像生成部１８が生成した力モデル画像Ｉｆを三次元表示する表示部２０とを備える。

ロボット１２は、多関節型、ガントリ型、パラレルリンク型等の、公知の種々の機構部から適宜選択した機構部（ロボットアームとも称する）を備え、機構部の先端に取り付けたハンドや工具等のエンドエフェクタを用いて、対象物に対しハンドリング、加工等の種々の作業を実行することができる。検出部１４は、ロボット１２に設置される所望個数の力センサ、加速度センサ等のセンサ類や、ロボット１２の所望の動作軸の負荷等を検出する検出回路等から構成できる。検出部１４は、ロボット１２に加わる外力Ｆを例えば三次元直交座標系の各軸方向の分力として検出する構成を有することもできる。なお本開示において、ロボット１２や検出部１４の構成は特に限定されない。

変換部１６は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等の演算処理装置の一機能（ハードウェア）として構成できる。或いは変換部１６は、例えば電算機のＣＰＵ等の演算処理装置を機能させるためのソフトウェアとして構成できる。変換部１６は、検出部１４が検出した外力Ｆのデータから外力Ｆの大きさ及び方向を抽出し、それら大きさ及び方向を、三次元直交座標系の座標値Ｃ（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ）に変換する演算を実行する。変換部１６が得る座標値Ｃは、表示部２０への表示に適した力モデル画像Ｉｆを生成するために用いられるものであって、その三次元直交座標系としては、表示部２０に設定される座標系を採用できる。

画像生成部１８は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等の演算処理装置の一機能（ハードウェア）として構成できる。或いは画像生成部１８は、例えば電算機のＣＰＵ等の演算処理装置を機能させるためのソフトウェアとして構成できる。画像生成部１８は、変換部１６が得た座標値Ｃ（ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ）を用いて、画像視認者が外力Ｆの大きさ及び方向を直感的に判定できるような単一の立体図形を作画し、この立体図形で表現される力モデル画像Ｉｆを生成する。力モデル画像Ｉｆの立体図形の一例として、後述する円錐状の図形を挙げることができる。円錐状の力モデル画像Ｉｆの場合、画像生成部１８は、座標値Ｃの三次元直交座標系の原点を円錐の底面の中心に置き、座標値Ｃで示される外力Ｆの大きさと方向とをそれぞれ、円錐の底面中心から頂点に至る距離と方向とで表現した力モデル画像Ｉｆを生成できる。なお、力モデル画像Ｉｆが表す「外力Ｆの大きさ」とは、外力Ｆの数値自体ではなく、外力Ｆの大きさの程度（例えば所定の外力制限値に対する割合）を意味する。

表示部２０は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＯＬＥＤ（有機ＥＬディスプレイ）等の表示装置と、表示装置の画面に画像を表示するためのデータ処理を行う表示処理部とを有することができる。表示部２０は、画像生成部１８が生成した力モデル画像Ｉｆを表示装置の画面に三次元表示する。なお、本開示において「三次元表示」とは、例えば、奥行きを表現する三次元距離画像を表示すること、画像の回転等によって画像視認者が三次元情報を確認できるように表示すること、等を含む。

図２は、上記したロボットシステム１０の基本的構成を有する一実施形態によるロボットシステム２２を模式的に示す。図２のロボットシステム２２では、垂直多関節型の機構部を有するロボット１２に検出部１４が内蔵され、ロボット１２を制御するロボットコントローラ２４に変換部１６及び画像生成部１８の機能が付与されている。また、ロボットコントローラ２４に可搬型の教示操作盤２６が接続され、教示操作盤２６に、表示装置及び表示処理部を含む表示部２０が設けられている。なお、表示部２０の表示処理部の機能をロボットコントローラ２４に持たせることもできる。或いは、表示部２０を、ロボットコントローラ２４やその上位の制御装置（図示せず）に設けることもできる。ロボットコントローラ２４は、ロボット１２が遂行する作業に関わる種々の動作を制御でき、機構部の各軸の動作だけでなく、機構部先端に取り付けたエンドエフェクタ（図示せず）の動作も制御できる。

図３〜図６は、表示部２０の表示画面２８の例を示す。図示のように、表示部２０は、力モデル画像Ｉｆを、ロボット１２の現在の姿勢を表すロボットモデル画像Ｉｒと共に三次元表示することができる。この構成では、画像生成部１８（図１）は、力モデル画像Ｉｆを生成することに加えて、ロボットモデル画像Ｉｒを生成することができる。表示部２０は、力モデル画像Ｉｆ及びロボットモデル画像Ｉｒをカラー表示することができる。

図３〜図６に示す例では、画像生成部１８が生成する力モデル画像Ｉｆは、外力Ｆの大きさ及び方向を、球体Ｓの球面から中心に向かって先細る円錐状の図形で表すものである。図示の例では、画像生成部１８は、奥行きを含む三次元距離画像の球体Ｓ及びロボットモデル画像Ｉｒを生成し、表示部２０は、球体Ｓをロボットモデル画像Ｉｒに重ね合わせて表示している。図示の例では、球体Ｓはその中心がロボットモデル画像Ｉｒの中心にほぼ一致する位置に配置され、あたかも半透明の球体Ｓにロボット１２（図２）が包囲されているように表示されている。

図３〜図６に示す例では、球体Ｓの球面の一部に円錐状の力モデル画像Ｉｆの円形の底面が配置され、底面中心と球体Ｓの中心とを結ぶ線上に力モデル画像Ｉｆの頂点が配置される。この表示形態で、力モデル画像Ｉｆの底面中心から頂点に至る距離は、ロボット１２に加わる外力Ｆ（図１）の大きさを表し、力モデル画像Ｉｆの底面中心から頂点に向かう方向は、ロボット１２に加わる外力Ｆの方向を表している。画像生成部１８は、前述したように変換部１６（図１）が得た座標値Ｃを用いて、まず、座標値Ｃで示される外力Ｆの方向が球体Ｓの球面から中心に向かう方向となるように、座標値Ｃの三次元直交座標系を球体Ｓ上に設定する。次いで画像生成部１８は、球体Ｓの球面に配置された座標系原点を中心とする任意径の円を球面上に作画するとともに、この円を底面とし、かつ座標値Ｃで示される外力Ｆの大きさを座標系原点から頂点に至る距離で表現する円錐を作画することで、球体Ｓの一部分としての力モデル画像Ｉｆを生成することができる。

図３〜図６に例示する力モデル画像Ｉｆは、ロボット１２の現在の姿勢を表すロボットモデル画像Ｉｒと共に表示部２０に表示されるから、ロボット１２に加わる外力Ｆの方向によっては、例えば図３に示すように、球体Ｓの球面上に力モデル画像Ｉｆの底面だけが表示される状態が生じ得る。このような表示状態に対処し得るように、表示部２０は、画面上で力モデル画像Ｉｆを三次元方向に回転させる機能を有する。表示部２０は、ロボットモデル画像Ｉｒを力モデル画像Ｉｆと共に三次元方向に回転させることもできる。

例えば図４に示すように、図３の表示画面３６内で上下に延びる鉛直軸線（不可視）を中心に力モデル画像Ｉｆ及びロボットモデル画像Ｉｒを回転させることで、円錐頂点を視認可能な力モデル画像Ｉｆを表示できる。図３の画像から図４の画像への回転量を調整することで、表示部２０に、外力Ｆの大きさをより正しく判定可能な力モデル画像Ｉｆを表示できる。また、例えば図５に示すように、図４の表示画面３６内で左右に延びる水平軸線（不可視）を中心に力モデル画像Ｉｆ及びロボットモデル画像Ｉｒを回転させることで、円錐頂点を別方向から視認可能な力モデル画像Ｉｆを表示できる。図４の画像から図５の画像への回転量を調整することで、表示部２０に、外力Ｆの方向をより正しく判定可能な力モデル画像Ｉｆを表示できる。表示部２０は、例えばオペレータの指示に従い、力モデル画像Ｉｆ及びロボットモデル画像Ｉｒをあらゆる三次元方向へ所望の角度に渡り回転できるように構成することができる。

上記したように画像生成部１８は、外力Ｆの大きさを力モデル画像Ｉｆの高さ（底面中心から頂点までの距離）によって表現できる。一例として、外力Ｆが大きくなるに従い、力モデル画像Ｉｆの高さを高くすることができる。球体Ｓの半径は、画像視認者が力モデル画像Ｉｆの高さの変化を容易に認識できるような寸法に設定できる。例えば球体Ｓの半径を、予め定めた外力制限値の１００％に対応させることができる。また表示部２０は、例えばオペレータの指示に従い、球体Ｓの半径を自在に変更できるように構成することもできる。なお、力モデル画像Ｉｆに用いられる図形は、図示の円錐状の図形に限定されず、外力Ｆの大きさ及び方向を表現可能な様々な立体図形を採用できる。

画像生成部１８は、球体Ｓの半径を零として、力モデル画像Ｉｆを生成することもできる。この場合、例えば、表示部２０に予め設定されたロボットモデル画像Ｉｒの三次元直交座標系の原点をロボットモデル画像Ｉｒの中心（つまり半径零の球体Ｓの中心）に配置し、この三次元直交座標系に座標値Ｃを適用して、ロボットモデル画像Ｉｒの中心から径方向外方を指し示すような立体図形を作画することで、外力Ｆの大きさ及び方向を表す力モデル画像Ｉｆを生成できる。

画像生成部１８は、外力Ｆの大きさに応じて異なる色の力モデル画像Ｉｆを生成することができる。一例として、予め定めた外力制限値に対し、検出部１４が検出した外力Ｆが、所定割合（例えば８０％）以下の場合は、安全を示す色（例えば青色）の力モデル画像Ｉｆを生成し、所定割合を超える場合は、危険を示す色（例えば赤色）の力モデル画像Ｉｆを生成することができる。表示部２０は、外力Ｆの大きさに応じた色で生成された力モデル画像Ｉｆを三次元表示することができる。また表示部２０は、球体Ｓを透明化することもできる。表示部２０は、例えばオペレータの指示に従い、球体Ｓの透明度や色を自在に変更できるように構成することもできる。

図６に示すように、画像生成部１８は、外力Ｆの大きさを表すグラフ画像３０を生成することができる。図６の例では、グラフ画像３０は、予め定めた外力制限値に対する外力Ｆの割合を表す棒グラフとして生成されている。また図６の例では、外力Ｆの大きさを表すグラフ画像３０に加えて、ロボット１２の動作軸に加わる負荷外力の大きさを表すグラフ画像３２とモーメントの大きさを表すグラフ画像３４とが、同様の棒グラフとして生成されている。表示部２０は、力モデル画像Ｉｆを三次元表示するとともに、同じ表示画面２８内にグラフ画像３０、３２、３４を表示することができる。

画像生成部１８は、外力Ｆの大きさに応じて異なる色のグラフ画像３０を生成することができる。一例として、予め定めた外力制限値に対し、検出部１４が検出した外力Ｆが、所定割合（例えば８０％）以下の場合は、安全を示す色（例えば緑色）のグラフ画像３０を生成し、所定割合を超える場合は、危険を示す色（例えば赤色）のグラフ画像３０を生成することができる。また外力Ｆの閾値を複数段階に設定して、やや危険を示す色（例えば黄色）のグラフ画像３０を生成することもできる。表示部２０は、外力Ｆの大きさに応じた色で生成されたグラフ画像３０を表示することができる。表示部２０は、例えばオペレータの指示に従い、外力Ｆの閾値やグラフ画像３０の色を自由に設定できるように構成することもできる。グラフ画像３２、３４についてもグラフ画像３０と同様に構成できる。

上記構成を有するロボットシステム１０、２２は、検出部１４が検出した外力Ｆの大きさ及び方向を、変換部１６が三次元直交座標系の座標値Ｃに変換し、画像生成部１８がこの座標値Ｃを用いて、外力Ｆの大きさ及び方向を図形で表す力モデル画像Ｉｆを生成し、表示部２０が力モデル画像Ｉｆを三次元表示するように構成したから、力モデル画像Ｉｆの視認者は、ロボット１２に加わる外力Ｆの大きさ及び方向を視覚で認識できるだけでなく、どの程度の外力Ｆがどういう方向へ加わっているかを直感的に判定することができる。

例えばロボットシステム１０、２２が、人との協働作業を安全に実施できるロボット（いわゆる協働ロボット）１２を備える場合、一般に、検出部１４が検出した外力Ｆが所定の外力制限値を超えたときにロボット１２を強制停止させることで人の安全を確保するシステム構成が採用される。この構成において、ロボット１２を停止後に再稼働させるためには、停止の要因となった外力Ｆを特定するとともに外力Ｆの原因を除去する必要がある。外力Ｆを特定するには、ロボット１２が停止したときにロボット１２に加わっていた外力Ｆの方向を知ることが有用である。ロボットシステム１０、２２によれば、力モデル画像Ｉｆの視認者（例えばロボットシステム１０、２２のオペレータ）が、どの程度の外力Ｆがどういう方向へ加わっているかを直感的に判定できるから、ロボット１２の停止後に外力Ｆを特定してその原因を迅速に除去でき、ロボットシステム１０、２２の復旧や再構築の工数を削減して作業効率低下を回避することができる。

表示部２０が力モデル画像Ｉｆをロボットモデル画像Ｉｒと共に三次元表示する構成とすることで、視認者は、どの程度の外力Ｆがロボット１２に対してどの方向へ加わっているかを一層確実に判定することができる。また、力モデル画像Ｉｆを球体Ｓの球面から中心に向かう円錐状の図形を用いて生成する構成とすれば、視認者は、ロボット１２に対し外部からの力（つまり外力Ｆ）が円錐の先細り方向へロボット１２を押すように加わっていることを、容易に直感的に判定できる。さらに、外力Ｆの大きさに応じて異なる色の力モデル画像Ｉｆを表示することで、直感的判定を一層容易にすることができる。

図７は、前述したロボットシステム１０の基本的構成を有する他の実施形態によるロボットシステム４０を機能ブロックで示す。ロボットシステム４０の構成要素のうち、ロボットシステム１０の構成要素に対応するものについては、共通の参照符号を付してその説明を適宜省略する。

ロボットシステム４０は、検出部１４が検出した外力Ｆの大きさを予め定めた閾値と比較して、外力Ｆの大きさが閾値を超えたときに力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させる表示制御部４２を備える。表示制御部４２は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等の演算処理装置の一機能（ハードウェア）として構成したり、同演算処理装置を機能させるためのソフトウェアとして構成したりすることができる。図２のロボットシステム２２では、ロボットコントローラ２４又は教示操作盤２６に表示制御部４２の機能を持たせることができる。表示制御部４２は、外力Ｆの大きさが閾値を超えるまでは力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させず、外力Ｆの大きさが閾値を超えたときに初めて力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させるとともに、その表示状態を維持するように構成できる。この構成により、力モデル画像Ｉｆの三次元表示に関わる演算負荷を軽減できる。

表示制御部４２が用いる外力Ｆの閾値は、例えば、予め定めた外力制限値の５０％〜１００％の範囲で設定できる。外力Ｆの閾値が外力制限値の１００％に相当する構成（つまり閾値＝制限値）では、例えばロボットシステム４０が前述した協働ロボット１２を備える場合に、外力Ｆが所定の外力制限値を超えてロボット１２を強制停止させた瞬間の、外力Ｆの大きさと方向とを表す力モデル画像Ｉｆが表示部２０に表示され、その表示状態が維持されるように構成できる。この構成によれば、例えばロボットシステム４０のオペレータは、ロボット１２が停止した後に表示部２０の力モデル画像Ｉｆを視認することで、ロボット１２の停止の要因となった外力Ｆの大きさ及び方向を判定でき、システム復旧作業を迅速に行うことができる。

ロボットシステム４０は、検出部１４が検出した外力Ｆの大きさを予め定めた外力制限値と比較して、外力Ｆの大きさが外力制限値を超えたときにロボット１２を停止するロボット制御部４４を備える。ロボット制御部４４は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等の演算処理装置の一機能（ハードウェア）として構成したり、同演算処理装置を機能させるためのソフトウェアとして構成したりすることができる。図２のロボットシステム２２では、ロボットコントローラ２４にロボット制御部４４の機能を持たせることができる。例えばロボットシステム４０が前述した協働ロボット１２を備える場合に、ロボット制御部４４は、外力Ｆが所定の外力制限値を超えたときにロボット１２を強制停止させる。なおロボットシステム４０は、表示制御部４２とロボット制御部４４との少なくとも一方を備えることができる。

ロボットシステム４０において、表示部２０は、図６に示すように、ロボット１２の停止を視覚的に報知するための停止報知欄４６を有することができる。停止報知欄４６には、例えば、ロボット１２が正常動作している間は、安全を示す色（例えば緑色）と文字（例えばＳＡＦＥ）とを表示でき、ロボット１２が強制停止したときは、危険を示す色（例えば赤色）と文字（例えばＳＴＯＰ）とを表示できる。

図８は、本開示の他の態様に係る処理装置５０の構成を機能ブロックで示す。処理装置５０は、前述したロボットシステム１０、２２における力モデル画像Ｉｆの三次元表示処理の機能を担うことができるものであって、ロボットシステム１０、２２の構成要素に対応する構成要素については、共通の参照符号を付してその説明を適宜省略する。

処理装置５０は、ロボット１２に加わる外力Ｆを取得する外力取得部５２と、外力取得部５２が取得した外力Ｆの大きさ及び方向を三次元直交座標系の座標値Ｃに変換する変換部１６と、変換部１６が得た座標値Ｃを用いて、外力Ｆの大きさ及び方向を図形で表す力モデル画像Ｉｆを生成する画像生成部１８と、画像生成部１８が生成した力モデル画像Ｉｆを三次元表示処理する表示処理部５４とを含む。処理装置５０は、例えば電算機のＣＰＵ（中央処理装置）等の演算処理装置として構成でき、外力取得部５２、変換部１６、画像生成部１８及び表示処理部５４はそれぞれ、処理装置５０の一機能（ハードウェア）として構成したり処理装置５０を機能させるためのソフトウェアとして構成したりすることができる。また処理装置５０の外力取得部５２、変換部１６、画像生成部１８及び表示処理部５４の機能を、物理的に異なる複数の処理装置に分担させることもできる。

外力取得部５２は、ロボットシステム１０、２２において検出部１４が検出したロボット１２に加わる外力Ｆを、検出部１４から取得することができる。変換部１６及び画像生成部１８は、ロボットシステム１０、２２における変換部１６及び画像生成部１８に相当する機能を有する。表示処理部５４は、ロボットシステム１０、２２が備える表示部２０に力モデル画像Ｉｆを三次元表示させることができる。

図３〜図６を参照して説明したように、処理装置５０において、画像生成部１８は、ロボット１２の現在の姿勢を表すロボットモデル画像Ｉｒを生成することができ、表示処理部５４は、力モデル画像Ｉｆをロボットモデル画像Ｉｒと共に三次元表示処理することができる。また、画像生成部１８が生成する力モデル画像Ｉｆは、外力Ｆの大きさ及び方向を球体Ｓの球面から中心に向かう円錐状の図形で表すものとすることができる。また、画像生成部１８は、外力Ｆの大きさに応じて異なる色の力モデル画像Ｉｆを生成することができる。また、画像生成部１８は、外力Ｆの大きさを表すグラフ画像３０を生成することができ、表示処理部５４は、力モデル画像Ｉｆを三次元表示処理するとともにグラフ画像３０を表示処理することができる。

図９は、前述した処理装置５０の基本的構成を有する一実施形態による処理装置６０を機能ブロックで示す。処理装置６０の構成要素のうち、処理装置５０の構成要素に対応するものについては、共通の参照符号を付してその説明を適宜省略する。処理装置６０は、前述したロボットシステム４０における力モデル画像Ｉｆの三次元表示処理の機能を担うことができるものである。

処理装置６０は、外力取得部５２が取得した外力Ｆの大きさを予め定めた閾値と比較する比較部６２をさらに含む。表示処理部５４は、外力Ｆの大きさが閾値を超えたときに力モデル画像Ｉｆを三次元表示処理する。比較部６２は、処理装置６０の一機能（ハードウェア）として構成したり処理装置６０を機能させるためのソフトウェアとして構成したりすることができる。表示処理部５４は、例えば前述したロボットシステム４０の表示制御部４２の制御により、外力Ｆの大きさが閾値を超えるまでは力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させず、外力Ｆの大きさが閾値を超えたときに初めて力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させるとともに、その表示状態を維持するように、三次元表示処理を実行できる。この構成により、力モデル画像Ｉｆの三次元表示に関わる演算負荷を軽減できる。

上記構成を有する処理装置５０、６０は、前述したロボットシステム１０、２２、４０の効果と同等の効果を奏する。

図１０は、本開示のさらに他の態様に係る教示操作盤７０の構成を機能ブロックで示す。教示操作盤７０は、前述したロボットシステム１０、２２、４０における力モデル画像Ｉｆの三次元表示機能を担うことができるものであって、ロボットシステム１０、２２、４０の構成要素に対応する構成要素については、共通の参照符号を付してその説明を適宜省略する。

教示操作盤７０は、ロボット１２に加わる外力Ｆの大きさ及び方向を図形で表す力モデル画像Ｉｆを、三次元表示する表示部２０を備える。表示部２０は、ロボットシステム１０、２２、４０における表示部２０に相当する機能を有する。表示部２０は、ロボットシステム１０、２２、４０における画像生成部１８が生成した力モデル画像Ｉｆ、或いは前述した処理装置５０、６０における表示処理部５４が処理した力モデル画像Ｉｆを、表示画面に三次元表示することができる。

図１１は、上記した教示操作盤７０の基本的構成を有する一実施形態による教示操作盤７２を模式的に示す。教示操作盤７２は、例えばロボットシステム１０、２２、４０のオペレータがロボット１２を操作するために用いる可搬型のユーザインタフェース装置であって、操作指示を入力するための種々の入力キー７４やロボット１２の状態を表示するための表示画面２８等を有する。

図１２は、前述した教示操作盤７０の基本的構成を有する他の実施形態による教示操作盤８０を機能ブロックで示す。教示操作盤８０の構成要素のうち、教示操作盤７０の構成要素に対応するものについては、共通の参照符号を付してその説明を適宜省略する。

教示操作盤８０は、力モデル画像Ｉｆを三次元方向に回転させるための入力操作部８２を備える。図１１の教示操作盤７２においては、入力キー７４の一部や、表示画面２８がタッチ入力機能を有する場合は表示画面２８の一部に、入力操作部８２の機能を持たせることができる。図３〜図５を参照して説明したように、教示操作盤８０において、例えばロボットシステム１０、２２、４０のオペレータが入力操作部８２を操作して、力モデル画像Ｉｆを所望の三次元方向へ回転させることで、外力Ｆの大きさや方向を視覚により判定可能な力モデル画像Ｉｆを表示部２０に表示させることができる。

上記構成を有する教示操作盤７０、７２、８０は、前述したロボットシステム１０、２２、４０の効果と同等の効果を奏する。

以上、種々の実施形態の構成を図面に基づいて説明したが、本開示は上述した構成に限定されず、様々な修正を施すことができるものである。

１０、２２、４０ ロボットシステム
１２ ロボット
１４ 検出部
１６ 変換部
１８ 画像生成部
２０ 表示部
２６、７０、７２、８０ 教示操作盤
４２ 表示制御部
４４ ロボット制御部
５０、６０ 処理装置
５２ 外力取得部
５４ 表示処理部
６２ 比較部
８２ 入力操作部

Claims (13)

1. ロボットと、
   前記ロボットに加わる外力を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した前記外力の大きさ及び方向を三次元直交座標系の情報に基づき座標値に変換する変換部と、
   前記変換部が得た前記座標値を用いて、前記外力の前記大きさ及び前記方向を立体図形で表す力モデル画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部が生成した前記力モデル画像を三次元表示する表示部と、
   を備え、
   前記画像生成部が生成する前記力モデル画像は、前記外力の前記大きさ及び前記方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の前記立体図形で表す、ロボットシステム。
2. 前記検出部が検出した前記外力の前記大きさを予め定めた閾値と比較して、前記大きさが前記閾値を超えたときに前記力モデル画像を前記表示部に表示させる表示制御部をさらに備える、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記画像生成部は、前記ロボットの現在の姿勢を表すロボットモデル画像を生成し、前記表示部は、前記力モデル画像を前記ロボットモデル画像と共に三次元表示する、請求項１又は２に記載のロボットシステム。
4. 前記画像生成部は、前記外力の前記大きさに応じて異なる色の前記力モデル画像を生成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
5. 前記画像生成部は、前記外力の前記大きさを表すグラフ画像を生成し、前記表示部は、前記力モデル画像を三次元表示するとともに前記グラフ画像を表示する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
6. 前記検出部が検出した前記外力の前記大きさを予め定めた制限値と比較して、前記大きさが前記制限値を超えたときに前記ロボットを停止するロボット制御部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
7. ロボットに加わる外力を取得する外力取得部と、
   前記外力取得部が取得した前記外力の大きさ及び方向を三次元直交座標系の情報に基づき座標値に変換する変換部と、
   前記変換部が得た前記座標値を用いて、前記外力の前記大きさ及び前記方向を立体図形で表す力モデル画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部が生成した前記力モデル画像を三次元表示処理する表示処理部と、
   を含み、
   前記画像生成部が生成する前記力モデル画像は、前記外力の前記大きさ及び前記方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の前記立体図形で表す、処理装置。
8. 前記外力取得部が取得した前記外力の前記大きさを予め定めた閾値と比較する比較部をさらに含み、前記表示処理部は、前記大きさが前記閾値を超えたときに前記力モデル画像を三次元表示処理する、請求項７に記載の処理装置。
9. 前記画像生成部は、前記ロボットの現在の姿勢を表すロボットモデル画像を生成し、前記表示処理部は、前記力モデル画像を前記ロボットモデル画像と共に三次元表示処理する、請求項７又は８に記載の処理装置。
10. 前記画像生成部は、前記外力の前記大きさに応じて異なる色の前記力モデル画像を生成する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の処理装置。
11. 前記画像生成部は、前記外力の前記大きさを表すグラフ画像を生成し、前記表示処理部は、前記力モデル画像を三次元表示処理するとともに前記グラフ画像を表示処理する、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の処理装置。
12. ロボットに加わる外力の大きさ及び方向を球体の球面から中心に向かう円錐状の立体図形で表す力モデル画像を、三次元表示する表示部を備える、教示操作盤。
13. 前記力モデル画像を三次元方向に回転させるための入力操作部をさらに備える、請求項１２に記載の教示操作盤。