JP7294980B2

JP7294980B2 - 制御システム、制御装置、及びロボット

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Publication number: JP7294980B2
Application number: JP2019188337A
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Inventors: 一剛今西
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Description

本発明は、制御システム、制御装置、及びロボットに関する。

工作機械を用いた加工において、自動化のため、ワークの着脱作業等にロボットが用いられるようになっている。この場合、ロボットに所定の作業動作を教示する必要がある。しかしながら、ロボットの教示操作は、ロボットの教示操作盤を用いて行われるが、工作機械のユーザは、ロボットの教示操作盤の扱いに不慣れであり、自力で行うことが困難な場合がある。
例えば、工作機械の制御部でロボットの操作を可能とするロボットと工作機械の結合システムが開示されている。例えば、特許文献１参照。

特開２００１－１５４７１７号公報

ところで、ロボットの教示操作では、教示操作盤に配置されたロボット動作方向を指定するキーを押しながらロボットを所望の位置に動かす操作、いわゆるジョグ操作が行われる。このジョグ操作の操作方法には、直交ジョグ操作と各軸ジョグ操作とがある。直交ジョグ操作は、ロボットに固定された直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向に基づいて移動させたい位置をロボットに教示する操作である。この場合、ロボットは、教示された位置にロボットの手先を移動させるために、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向の並進運動に加えて、それぞれの軸の周りにロボットの手先を回転させる姿勢変更動作を行う。一方、各軸ジョグ操作は、ロボットの関節軸毎に軸まわりの方向にロボットを動かすことで、移動させたい位置をロボットに教示する操作である。直交ジョグ操作は、人間が理解しやすい直交座標系に基づいた操作であるため、ユーザは、直交ジョグ操作でロボットの教示操作を行うことが多い。

そして、直交ジョグ操作でロボットの手先の移動方向を指定して目標位置を生成すると、目標位置から逆運動学計算に基づいて各関節軸の回転角度が算出される。算出された回転角度に基づいて、ロボットの手先を目標位置に移動するように各関節軸が制御される。しかしながら、目標位置に対して逆運動学計算の解が得られない場合、ロボットの制御が困難となる。例えば、２つ以上の関節軸の回転軸が一直線上に並ぶようなロボット姿勢となる目標位置では、それらの関節軸の回転角度を一意に決めることができないことから、「特異点」と呼ばれ、そのような特異点にロボットを動かすことができない。特に、ロボットが工作機械内に侵入しワークの取付け／取外し動作を行う時に特異点を通過させる動作が必要なことが多い。この場合、直交ジョグ操作でロボットを操作することができず、特異点を通過しまたぐ際には逆運動学計算を必要としない各軸ジョグ操作に切り替える必要がある。
しかしながら、ロボットに不慣れな工作機械のユーザが特異点を把握してロボットを動作させることは難しい。

そこで、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することが望まれている。

（１）本開示の制御システムの一態様は、ロボットの位置教示が可能な制御装置と、前記位置教示に従い動作するロボットとを含む制御システムであって、前記制御装置は、ユーザによる操作に基づいて前記ロボットに対して位置を教示する操作部と、教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットの動作に対応したＧコードを生成し、生成された前記Ｇコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部と、を備え、前記ロボットは、前記ロボットを駆動する駆動制御部と、前記制御装置により教示された前記位置に移動する際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置から受信した場合、変更した姿勢に基づいて前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、前記制御装置から前記ロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、を備える。

（２）本開示の制御装置の一態様は、ユーザによる操作に基づいて制御対象のロボットに対して位置を教示する操作部と、教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットに対応したＧコードを生成し、生成された前記Ｇコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部と、を備える。

（３）本開示のロボットの一態様は、ロボットの位置教示が可能な制御装置による前記位置教示に従い動作するロボットであって、前記ロボットを駆動する駆動制御部と、前記制御装置より教示された位置に移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置より受信した場合、変更した姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、前記制御装置から前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、を備える。

一態様によれば、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。

一実施形態に係る制御システムの機能的構成例を示す機能ブロック図である。ロボット用Ｇコード生成部により生成されたロボットの動作に対応したＧコードが挿入されたプログラムの一例を示す図である。ロボット位置教示画面の一例を示す図である。ロボットの一例を示す図である。制御システムの教示処理について説明するフローチャートである。制御システムの教示処理について説明するフローチャートである。

＜一実施形態＞
まず、本実施形態の概略を説明する。本実施形態では、制御システムは、制御装置とロボットとを含む。制御装置は、ユーザによる操作に基づいてロボットに対して位置を教示し、教示された位置にロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知をロボットから受信した場合、ロボットの姿勢変更を指示する。制御装置は、指示された姿勢で特異点若しくは特異点近傍を通過するようにロボットに対して要求する。制御装置は、特異点若しくは特異点近傍を通過する際のロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を取得し、取得されたロボット駆動情報に基づいてロボットに対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入する。

これにより、本実施形態によれば、「特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成する」という課題を解決することができる。
以上が本実施形態の概略である。

次に、本実施形態の構成について図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、特異点若しくは特異点近傍を「特異点近傍」ともいう。
図１は、一実施形態に係る制御システム１の機能的構成例を示す機能ブロック図である。
制御システム１は、制御装置１００、及びロボット２００を有する。制御装置１００、及びロボット２００は、図示しない接続インタフェースを介して互いに直接接続されてもよい。なお、制御装置１００、及びロボット２００は、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やインターネット等の図示しないネットワークを介して相互に接続されていてもよい。この場合、制御装置１００、及びロボット２００は、かかる接続によって相互に通信を行うための図示しない通信部を備えている。

＜制御装置１００＞
制御装置１００は、ロボット２００の位置教示が可能な数値制御装置であり、位置教示に従ってロボット２００の動作プログラムを生成する。

図１に示すように、制御装置１００は、ハンドル操作部１１０、制御部１２０、及び表示部１４０を有する。さらに、制御部１２０は、補間演算部１２１、目標位置送信部１２２、特異点情報取得部１２３、姿勢変更指示部１２４、特異点通過動作要求部１２５、ロボット座標フォローアップ要求部１２６、座標受信部１２７、フォローアップ実行部１２８、ロボット駆動情報要求部１２９、及びロボット用Ｇコード生成部１３０を有する。

ハンドル操作部１１０は、後述するロボット２００に含まれる複数の関節軸それぞれの位置を、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交座標系で調整するためのハンドルであって、ユーザが手動で操作するためのハンドルを有する。ハンドル操作部１１０は、例えば、回転式のハンドルの回転数に応じたパルス列の信号を出力する。このように、ハンドル操作部１１０を用いることで、工作機械のユーザは、慣れた直交座標系でロボット２００を操作することができる。
なお、ハンドル操作部１１０は、ロボット２００における複数の関節軸に対して１つ設けられてもよく、複数の関節軸の各々に対して１つずつ、すなわち複数設けられてもよい。

制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。
ＣＰＵは制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムを、バスを介して読み出し、前記システムプログラム及びアプリケーションプログラムに従って制御装置１００全体を制御する。これにより、図１に示すように、制御部１２０が、補間演算部１２１、目標位置送信部１２２、特異点情報取得部１２３、姿勢変更指示部１２４、特異点通過動作要求部１２５、ロボット座標フォローアップ要求部１２６、座標受信部１２７、フォローアップ実行部１２８、ロボット駆動情報要求部１２９、及びロボット用Ｇコード生成部１３０の機能を実現するように構成される。ＲＡＭには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。

補間演算部１２１は、ハンドル操作部１１０から受信したパルス列の信号に基づいてロボット２００の目標位置（教示位置）を算出する。

目標位置送信部１２２は、補間演算部１２１により算出された目標位置をロボット２００に送信する。

特異点情報取得部１２３は、目標位置送信部１２２により送信された目標位置にロボット２００が移動する際に、後述するロボット２００の特異点判定部２１３により特異点近傍を通過すると判定された場合、特異点近傍を通過する通知を受信する。
なお、特異点近傍とは、特異点を中心とする予め設定された所定の範囲である。

姿勢変更指示部１２４は、ロボット２００が特異点近傍を通過する通知が特異点情報取得部１２３により受信された場合、前記通知のメッセージを後述する表示部１４０に表示する。そして、姿勢変更指示部１２４は、前記特異点近傍を通過するためのロボット２００の姿勢変更を促すメッセージを表示部１４０に表示する。姿勢変更指示部１２４は、制御装置１００に含まれるタッチパネル等の入力装置（図示しない）を介して、ユーザによる入力操作によりロボット２００の姿勢変更の指示を受け付ける。なお、メッセージの表示、及びロボット２００の姿勢変更の指示内容等については、後述する。

特異点通過動作要求部１２５は、姿勢変更指示部１２４により指示された姿勢で特異点近傍を通過するように、姿勢変更の指示をロボット２００に送信する。そして、特異点通過動作要求部１２５は、ロボット２００が特異点近傍を通過した場合、ロボット２００から特異点通過の完了を示す完了通知を受信する。

ロボット座標フォローアップ要求部１２６は、特異点通過動作要求部１２５が完了通知を受信した場合、ロボット２００に対してフォローアップ要求を送信する。その後、ロボット座標フォローアップ要求部１２６は、ロボット２００からロボット２００に設定される座標系に関する座標情報の送信が完了したことを示す完了通知を受信する。

座標受信部１２７は、ロボット２００から上述の座標情報を受信する。

フォローアップ実行部１２８は、ロボット座標フォローアップ要求部１２６が完了通知を受信した場合、座標受信部１２７により受信した座標情報に基づいてロボット２００の座標値を更新する。

ロボット駆動情報要求部１２９は、特異点近傍を通過する際のロボット２００の駆動状況を示すロボット駆動情報をロボット２００に対して要求し、ロボット２００からロボット駆動情報を取得する。
ロボット駆動情報には、ロボット２００の姿勢を示す形態、ロボット２００の手首に対応する関節軸の回転数、設定されている座標系、及びロボット２００の姿勢を示す座標値が含まれる。

ロボット用Ｇコード生成部１３０は、ロボット駆動情報要求部１２９により取得したロボット駆動情報に基づいてロボット２００の動作に対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入する。
図２は、ロボット用Ｇコード生成部１３０により生成されたロボット２００の動作に対応したＧコードが挿入されたプログラムの一例を示す図である。
図２に示すように、１行目の「Ｏ０００１」はプログラム番号を示す。
２行目の「Ｇ００」は、始点を位置決めするためのコマンドである。「Ｘ１００Ｙ１００Ｚ１００」によって、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（１００，１００，１００）の座標へ移動することが指定される。

３行目の「Ｇ２００」は、ロボット２００が特異点近傍を通過するためのコマンドである。「Ｊ１Ｊ２Ｊ３Ｊ４Ｊ５Ｊ６」は、ロボット２００が６軸の垂直多関節ロボットの場合で、ロボット２００が目標位置に移動した時のロボット駆動情報における６軸の各々の回転角度の値が設定される。換言すれば、ロボット用Ｇコード生成部１３０により生成される特異点近傍を通過するためのＧコードは、２行目の直交モードから各軸モードに変更されたものである。これにより、逆運動学計算の解が得られない場合でもロボット２００に特異点近傍を通過させまたがせることができる。
最後の「ｉｊｋ」は、ロボット駆動情報が示す特異点通過後のロボット２００の姿勢を示す形態、ロボット２００の手首に対応する関節軸の回転数、及びロボット２００の手先の移動の曲率をそれぞれ示す引数である。移動の曲率ｋは、例えば、「１％」から「１００％」の間の値が設定され、大きな値が設定されるに従いロボット２００の手先が滑らかな曲線で移動する。
４行目の「Ｍ９９」は、図２のプログラムを終了するコマンドである。

これにより、制御装置１００は、ロボット２００用のＧコードを挿入することにより、ロボットの専門知識を持たない工作機械のユーザでも容易にロボットの動作プログラムを作成することができる。

なお、ロボット２００が特異点近傍を通過するためのコマンドとして「Ｇ２００」としたが、これに限定されず、任意のＧコードが割り当てられてもよい。
また、ロボット用Ｇコード生成部１３０は、目標位置に移動する際に特異点を通過しない場合、直交モードにおけるＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入してもよい。例えば、ロボット用Ｇコード生成部１３０は、「Ｇ０１Ｘ１００．０Ｙ０．０Ｚ２００．０Ａ０．０Ｂ－４５．０Ｃ０．０」の直交モードの切削（直線）送りのＧコードを生成し、プログラムに挿入してもよい。ここで、Ａ、Ｂ、Ｃは、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの回転角度を示す。あるいは、ロボット用Ｇコード生成部１３０は、「Ｇ０１Ｊ１１００．０Ｊ２３０．０Ｊ３９５．５Ｊ４１０．２Ｊ５４５．０Ｊ６０．０」の各軸モードの切削（直線）送りのＧコードを生成してもよい。

表示部１４０は、液晶ディスプレイ等であり、制御部１２０による制御に従って各種情報を表示する。例えば、表示部１４０は、ロボット位置教示画面１４５を表示する。
図３は、ロボット位置教示画面１４５の一例を示す図である。
図３に示すように、ロボット位置教示画面１４５は、ロボット２００の位置を直交座標系、及び各軸座標系で表示する座標表示領域３００と、プログラムを作成／編集するプログラムエディタを表示するエディタ表示領域３１０とを有する。また、ロボット位置教示画面１４５は、プログラムエディタに入力されるＧコード及び設定値等を表示する入力表示領域３２０と、ロボット２００の座標系を変更する座標切替キーを表示する座標切替キー表示領域３３０とを有する。また、ロボット位置教示画面１４５は、ユーザによる操作に基づいてロボット２００の姿勢変更の指示を受け付ける姿勢変更キーアイコン３４１－３４３を表示する姿勢変更表示領域３４０と、ハンドル操作部１１０による手動操作（ジョグ操作）の操作対象の軸を選択する選択キーを表示する選択キー表示領域３５０とを有する。また、ロボット位置教示画面１４５は、ロボット２００の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び姿勢（Ａ、Ｂ、Ｃ）を取込む位置教示キー、移動速度の設定ボタン、ロボット２００の手先に設けられたハンド開閉の設定キー、及びプログラムエディタで作成／編集されるプログラムの行を指定する行指定キーを表示する教示表示領域３６０を有する。また、ロボット位置教示画面１４５は、複数のソフトキーを表示するソフトキー表示領域３７０を有する。

また、上述したように、姿勢変更指示部１２４は、ロボット２００が特異点近傍を通過する通知を特異点情報取得部１２３により受信した場合、「特異点近傍です」等の前記通知のメッセージを、図３のロボット位置教示画面１４５に重畳して表示部１４０に表示してもよい。この場合、姿勢変更指示部１２４は、例えば、「特異点を通過するためのロボットの姿勢変更を選択してください」等のメッセージをロボット位置教示画面１４５に重畳して表示部１４０に表示してもよい。そして、姿勢変更指示部１２４は、制御装置１００の入力装置（図示しない）を介して、ロボット位置教示画面１４５の姿勢変更表示領域３４０に表示される姿勢変更キーアイコン３４１－３４３のいずれか１つをユーザに選択させ、ロボット２００の姿勢変更の指示を受け付ける。
これにより、制御装置１００は、直交座標系でロボット２００の位置教示中に特異点近傍になった際に、ユーザが試行錯誤することなくロボット２００に特異点近傍を通過させまたがせる動作を行うことができ、操作性が向上し、ユーザの負担を軽減することができる。

なお、姿勢変更キーアイコン３４１は、後述するロボット２００の手首の関節軸を上向きから下向き、又は下向きから上向きに変更指示するアイコンである。また、姿勢変更キーアイコン３４２は、ロボット２００の肘の関節軸を上向きから下向き、又は下向きから上向きに変更指示するアンコンである。また、姿勢変更キーアイコン３４３は、ロボット２００の向きを前向きから後向き、又は後向きから前向きに変更指示するアイコンである。

また、座標切替キー表示領域３３０にロボット２００の座標系を「各軸座標系」、「ワールド座標系」、「ユーザ座標系」、「ツール座標系１」、及び「ツール座標系２」のいずれかに変更する座標切替キーが表示されることから、ロボット用Ｇコード生成部１３０が生成するＧコードには、ロボット２００の座標系を変更するコードが予め用意されてもよい。この場合、例えば、「Ｇ２０１」がロボット２００の座標系を各軸座標系に指定してもよい。また、「Ｇ２０２」がロボットの座標系をワールド座標系に指定してもよい。また、「Ｇ２０３」がロボット２００の座標系をツール座標系１に指定してもよい。また、「Ｇ２０４」がロボット２００の座標系をツール座標系２に指定してもよい。さらに、「Ｇ２０５」がロボット２００の座標系をユーザ座標系に指定してもよい。

＜ロボット２００＞
図４は、ロボット２００の一例を示す図である。
図４に示すように、ロボット２００は、例えば、６軸の垂直多関節ロボットであり、６つの関節軸２３０（１）－２３０（６）と、関節軸２３０（１）－２３０（６）の各々により連結されるアーム部２４０とを有する。ロボット２００は、制御装置１００からの駆動指令に基づいて、関節軸２３０（１）－２３０（６）の各々に配置されるサーボモータ（図示しない）を駆動することにより、アーム部２４０等の可動部材を駆動する。また、ロボット２００の可動部材の先端部、例えば、関節軸２３０（６）の先端部には、例えば、握持ハンド等のエンドエフェクタ２５０が取り付けられる。
ここで、関節軸２３０（１）はロボット２００の向きを回転させる関節である。また、関節軸２３０（３）はロボット２００の肘に対応する関節である。また、関節軸２３０（５）はロボット２００の手首に対応する関節である。

なお、ロボット２００は、６軸の垂直多関節ロボットとしたが、６軸以外の垂直多関節ロボットでもよく、水平多関節ロボットやパラレルリンクロボット等でもよい。
また、以下において、関節軸２３０（１）－２３０（６）のそれぞれを個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて「関節軸２３０」ともいう。

また、図４では、空間上に固定されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３次元直交座標系のワールド座標系と、ロボット２００の関節軸２３０（６）の先端に取り付けられたエンドエフェクタ２５０のＸｔ軸、Ｙｔ軸及びＺｔ軸の３次元直交座標のツール座標系と、Ｘｕ軸、Ｙｕ軸及びＺｕ軸の３次元直交座標のユーザ座標系とを示す。本実施形態においては、事前に周知のキャリブレーションによってワールド座標系と、ツール座標系と、ユーザ座標系との位置の相関が取られている。これにより、上述の制御装置１００は、ワールド座標系、ツール座標系、及びユーザ座標系のいずれの座標系で定義される位置を用いても、エンドエフェクタ２５０が取り付けられたロボット２００の先端部の位置を制御することができる。
なお、図４に示すＡ、Ｂ、Ｃは、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの回転角度を示す。

図１に示すように、ロボット２００は、制御部２１０を有する。さらに、制御部２１０は、目標位置受信部２１１、駆動制御部２１２、特異点判定部２１３、キネマティック制御部２１４、特異点通過パターン生成部２１５、座標系制御部２１６、ロボット座標フォローアップ部２１７、座標送信部２１８、及びロボット駆動情報出力部２１９を有する。

制御部２１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＭＯＳメモリ等を有し、これらはバスを介して相互に通信可能に構成される、当業者にとって公知のものである。
ＣＰＵはロボット２００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムを、バスを介して読み出し、前記システムプログラム及びアプリケーションプログラムに従ってロボット２００全体を制御する。これにより、図１に示すように、制御部２１０が、目標位置受信部２１１、駆動制御部２１２、特異点判定部２１３、キネマティック制御部２１４、特異点通過パターン生成部２１５、座標系制御部２１６、ロボット座標フォローアップ部２１７、座標送信部２１８、及びロボット駆動情報出力部２１９の機能を実現するように構成される。

目標位置受信部２１１は、制御装置１００の目標位置送信部１２２により送信された目標位置を受信する。

駆動制御部２１２は、目標位置受信部２１１により受信された目標位置に移動するように、ロボット２００の各関節軸２３０のサーボモータ（図示しない）を駆動する。

特異点判定部２１３は、制御装置１００より教示された目標位置に移動する際に特異点近傍を通過するか否かを判定し、特異点近傍を通過する場合、特異点近傍である旨の通知を制御装置１００に送信する。
具体的には、特異点判定部２１３は、例えば、後述するキネマティック制御部２１４の算出結果に含まれる各関節軸２３０の回転角度に基づいて、目標位置に移動する際にロボット２００が２つ以上の関節軸２３０の回転軸が一直線上に並ぶような姿勢となるか否かを判定する。そして、特異点判定部２１３は、ロボット２００が２つ以上の関節軸２３０の回転軸が一直線上に並ぶ姿勢となる場合、特異点近傍を通過すると判定する。特異点判定部２１３は、特異点近傍である旨の通知を制御装置１００に送信する。

キネマティック制御部２１４は、受信された目標位置から逆運動学計算に基づいて各関節軸２３０の回転角度を算出する。キネマティック制御部２１４は、算出結果を特異点判定部２１３、特異点通過パターン生成部２１５、及びロボット駆動情報出力部２１９に出力する。

特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００の姿勢変更の指示を制御装置１００から受信した場合、変更したロボット２００の姿勢に基づいて特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された動作計画に基づいて駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させる。
具体的には、特異点通過パターン生成部２１５は、姿勢変更の指示を受信した場合、ロボット２００に設定されている座標系、ロボット２００の姿勢を示す形態、ロボット２００の手首に対応する各関節軸２３０（４）－２３０（６）の回転数、及び特異点の位置を含む情報を、キネマティック制御部２１４、及び後述する座標系制御部２１６から取得する。特異点通過パターン生成部２１５は、取得された情報を用い、変更後のロボット２００の姿勢に基づいて特異点近傍を通過するように、ロボット２００による補間動作及び各軸モードで動作計画を生成する。特異点通過パターン生成部２１５は、生成された動作計画に基づいて駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させる。特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００による補間動作及び各軸モードで目標位置にまでロボット２００を移動させた場合、特異点通過の完了を示す完了通知を制御装置１００に送信する。

なお、変更後のロボット２００の姿勢は、制御装置１００のユーザから指示された姿勢と異なってもよい。例えば、ユーザがロボット位置教示画面１４５の姿勢変更キーアイコン３４１を押下し、ロボット２００の手首の関節軸２３０（５）を上向きから下向き、又は下向きから上向きに変更する指示を選択した場合でも、特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００の肘の関節軸２３０（３）を上向きから下向き、又は下向きから上向きする姿勢を選択してもよい。あるいは、特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００の向きの関節軸２３０（１）を前向きから後向き、又は後向きから前向きにする姿勢を選択してもよい。
すなわち、ロボットの教示操作盤の扱いに不慣れな工作機械のユーザにとって、ロボット２００をいずれの姿勢に変更することで特異点を通過できるかを判断することは困難である。そこで、特異点通過パターン生成部２１５は、キネマティック制御部２１４、及び後述する座標系制御部２１６から取得された情報に基づいて特異点を通過するのに最適な姿勢を決定する。これにより、ユーザの負担を軽減することができる。

座標系制御部２１６は、ロボット２００に設定される座標系を制御する。

ロボット座標フォローアップ部２１７は、制御装置１００からフォローアップ要求を受信した場合、座標系制御部２１６からロボット２００に設定される座標系に関する座標情報を取得し、取得された座標情報を座標送信部２１８に設定し制御装置１００に通知する。ロボット座標フォローアップ部２１７は、座標情報の送信が完了したことを示す完了通知を制御装置１００に行う。

座標送信部２１８は、ロボット座標フォローアップ部２１７により設定された座標情報を制御装置１００に送信する。

ロボット駆動情報出力部２１９は、制御装置１００からロボット駆動情報の要求を受信した場合、キネマティック制御部２１４、及び座標系制御部２１６から情報（形態、回転数、座標系）を取得する。ロボット駆動情報出力部２１９は、取得情報をロボット駆動情報として制御装置１００に通知する。

＜制御システム１の教示処理＞
次に、本実施形態に係る制御システム１の教示処理に係る動作について説明する。
図５及び図６は、制御システム１の教示処理について説明するフローチャートである。ここで示すフローは、制御装置１００のユーザによりロボット２００に対して目標位置が教示される度に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、制御装置１００の補間演算部１２１は、制御装置１００のユーザによるハンドル操作部１１０の操作により、ハンドル操作部１１０から受信したパルス列の信号に基づいてロボット２００の目標位置を算出する。

ステップＳ１０２において、目標位置送信部１２２は、ステップＳ１０１で算出された目標位置をロボット２００に送信する。

ステップＳ２０１において、ロボット２００の駆動制御部２１２は、目標位置受信部２１１で受信された目標位置に移動するように、ロボット２００の各関節軸２３０のサーボモータ（図示しない）を駆動する。

ステップＳ２０２において、特異点判定部２１３は、キネマティック制御部２１４が逆運動学計算により算出した目標位置に移動する際の各関節軸２３０の回転角度に基づいて、ロボット２００が特異点近傍を通過するか否かを判定する。特異点近傍を通過する場合、処理はステップＳ２０３に進む。特異点近傍を通過しない場合、処理はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０３において、特異点判定部２１３は、特異点近傍を通過する通知を制御装置１００に送信する。

ステップＳ１０３において、制御装置１００の特異点情報取得部１２３は、ロボット２００からロボット２００が特異点近傍を通過する通知を取得したか否かを判定する。特異点情報を取得した場合、処理はステップＳ１０４に進む。特異点情報を取得しなかった場合、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０４において、姿勢変更指示部１２４は、ステップＳ１０３でロボット２００が特異点近傍を通過する通知が取得された場合、前記通知のメッセージを表示部１４０に表示し、制御装置１００のユーザからロボット２００の姿勢変更の指示を受け付ける。

ステップＳ１０５において、特異点通過動作要求部１２５は、ステップＳ１０４で指示されたロボット２００の姿勢で特異点を通過するように、姿勢変更の指示をロボット２００に送信する。

ステップＳ２０４において、ロボット２００の特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００の姿勢変更の指示を制御装置１００から受信した場合、変更後のロボット２００の姿勢に基づいて特異点近傍を通過するように、ロボット２００による補間動作及び各軸モードで動作計画を生成する。

ステップＳ２０５において、特異点通過パターン生成部２１５は、ステップＳ２０４で生成された動作計画に基づいて駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させる。

ステップＳ２０６において、特異点通過パターン生成部２１５は、ロボット２００による補間動作及び各軸モードで目標位置にまでロボット２００を移動させた場合、特異点通過の完了を示す完了通知を制御装置１００に送信する。

ステップＳ１０６において、制御装置１００の特異点通過動作要求部１２５は、ロボット２００から特異点通過の完了を示す完了通知を受信する。

ステップＳ１０７において、ロボット座標フォローアップ要求部１２６は、ステップＳ１０６で完了通知が受信された場合、ロボット２００に対してフォローアップ要求を送信する。

ステップＳ２０７において、ロボット２００のロボット座標フォローアップ部２１７は、制御装置１００からフォローアップ要求を受信する。ロボット座標フォローアップ部２１７は、座標系制御部２１６からロボット２００に設定される座標系に関する座標情報を取得し、取得された座標情報を座標送信部２１８に設定する。

ステップＳ２０８において、座標送信部２１８は、ステップＳ２０７で設定された座標情報を制御装置１００に送信する。

ステップＳ１０８において、制御装置１００の座標受信部１２７は、ロボット２００から座標情報を受信する。

ステップＳ２０９において、ロボット２００のロボット座標フォローアップ部２１７は、ステップＳ２０８で座標情報が制御装置１００に送信された場合、座標情報の送信が完了したことを示す完了通知を制御装置１００に送信する。

ステップＳ１０９において、制御装置１００のロボット座標フォローアップ要求部１２６は、ロボット２００から座標情報の送信が完了したことを示す完了通知を受信する。

図６のステップＳ１１０において、フォローアップ実行部１２８は、ステップＳ１０９で完了通知が受信されたことにより、ステップＳ１０８で受信された座標情報に基づいてロボット２００の座標値を更新する。

ステップＳ１１１において、ロボット駆動情報要求部１２９は、ロボット２００に対してロボット駆動情報の要求を送信する。

ステップＳ２１０において、ロボット２００のロボット駆動情報出力部２１９は、制御装置１００からロボット駆動情報の要求を受信することにより、キネマティック制御部２１４、及び座標系制御部２１６からロボット駆動情報を取得する。

ステップＳ２１１において、ロボット駆動情報出力部２１９は、ステップＳ２１０で取得されたロボット駆動情報を制御装置１００に送信する。

ステップＳ１１２において、制御装置１００のロボット駆動情報要求部１２９は、ロボット２００からロボット駆動情報を受信する。

ステップＳ１１３において、ロボット用Ｇコード生成部１３０は、ステップＳ１１２で取得されたロボット駆動情報に基づいて、ロボット２００の動作に対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入する。

以上により、一実施形態の制御装置１００は、制御装置１００のユーザによるハンドル操作部１１０の操作により受信されたパルス列の信号に基づいて算出されたロボット２００の目標位置を、ロボット２００に送信する。制御装置１００は、送信された目標位置に対して特異点近傍を通過する通知をロボット２００から受信した場合、前記通知のメッセージを表示部１４０に表示し、制御装置１００のユーザからロボット２００の姿勢変更の指示を受け付ける。制御装置１００は、指示された姿勢で特異点を通過するように、ロボット２００に対して姿勢変更の指示を送信する。制御装置１００は、特異点を通過する際のロボット２００の駆動状況を示すロボット駆動情報を取得する。制御装置１００は、取得されたロボット駆動情報に基づいてロボット２００の動作に対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入する。
これにより、制御装置１００は、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。

以上、一実施形態について説明したが、制御システム１、制御装置１００、及びロボット２００は、上述の実施形態に限定されるものではなく、目的を達成できる範囲での変形、改良等を含む。

上述の実施形態では、制御装置１００は、ユーザからの姿勢変更の指示として、ロボット２００の手首の関節軸２３０（５）を上向きから下向き、若しくは下向きから上向き、又はロボット２００の肘の関節軸２３０（３）を上向きから下向き、若しくは下向きから上向き、又はロボット２００の向きを前向きから後向き、若しくは後向きから前向きにする指示を受け付けたが、これに限定されない。例えば、制御装置１００は、ユーザから単純に姿勢変更のみの指示を受け付けてもよい。
これは、上述したように、ロボット２００の特異点通過パターン生成部２１５が、キネマティック制御部２１４、及び座標系制御部２１６から取得される情報に基づいて特異点を通過するのに最適な姿勢を決定することによる。このため、変更後のロボット２００の姿勢が制御装置１００から指示された姿勢と異なる場合があり得る。また、ロボットの教示操作盤の扱いに不慣れな工作機械のユーザにとって、ロボット２００が特異点を通過するのに最適な姿勢を判断することは困難なことである。このため、ユーザが単純に姿勢変更のみの指示をすることで、ユーザの負担をさらに軽減することができる。

なお、一実施形態における、制御システム１、制御装置１００、及びロボット２００に含まれる各機能は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（Ｎｏｎ-ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（Ｔａｎｇｉｂｌｅｓｔｏｒａｇｅｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭを含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙｃｏｍｐｕｔｅｒｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は、無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

なお、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

以上を換言すると、本開示の制御システム、制御装置、及びロボットは、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。

（１）本開示の制御システム１は、ロボットの位置教示が可能な制御装置１００と、位置教示に従い動作するロボット２００とを含む制御システムであって、制御装置１００は、ユーザによる操作に基づいてロボット２００に対して位置を教示するハンドル操作部１１０と、教示された位置にロボット２００が移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知をロボット２００から受信した場合、ロボット２００の姿勢変更を指示する姿勢変更指示部１２４と、姿勢変更指示部１２４により指示された姿勢で特異点若しくは特異点近傍を通過するように、姿勢変更の指示をロボット２００に送信する特異点通過動作要求部１２５と、特異点若しくは特異点近傍を通過する際のロボット２００の駆動状況を示すロボット駆動情報をロボット２００に対して要求し、ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部１２９と、ロボット駆動情報要求部１２９により取得されたロボット駆動情報に基づいてロボット２００の動作に対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部１３０と、を備え、ロボット２００は、ロボット２００を駆動する駆動制御部２１２と、制御装置１００により教示された位置に移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を制御装置１００に送信する特異点判定部２１３と、ロボット２００の姿勢変更の指示を制御装置１００から受信した場合、変更した姿勢に基づいて特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された動作計画に基づいて駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させる特異点通過パターン生成部２１５と、制御装置１００からロボット駆動情報の要求を受信した場合、ロボット駆動情報を制御装置１００に送信するロボット駆動情報出力部２１９と、を備える。
この制御システム１によれば、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。

（２）特異点通過パターン生成部２１５は、教示された位置にロボット２００を移動させる際に特異点若しくは特異点近傍を通過しない場合、直交モードで駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させ、特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、各軸モードで駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させてもよい。
そうすることで、直交座標系でロボット２００の位置教示中に特異点若しくは特異点近傍になった場合、各軸座標系に切り替えることでロボット２００に特異点若しくは特異点近傍を通過させまたがせることができる。

（３）ロボット駆動情報がロボット２００の姿勢を示す形態、ロボット２００の手首に対応する関節軸２３０（４）－２３０（６）の回転数、設定されている座標系、及びロボット２００の位置と姿勢を示す座標値を含んでもよい。
そうすることで、ロボットの専門知識を持たない工作機械のユーザでも容易にロボットの動作プログラムを作成することができる。

（４）姿勢変更指示部１２４が指示する姿勢変更は、ロボット２００の手首若しくは肘の向きを上向きから下向き、若しくは下向きから上向きにする、又は、ロボット２００の向きを前向きから後向き、若しくは後向きから前向きにする、又は、ロボット２００の向きを左向きから右向き、若しくは右向きから左向きにしてもよい。
そうすることで、直交座標系でロボット２００の位置教示中に特異点若しくは特異点近傍になった際に、ユーザが試行錯誤することなくロボット２００に特異点若しくは特異点近傍を通過させまたがせる動作を行うことができ、操作性が向上し、ユーザの負担を軽減することができる。

（５）本開示の制御装置１００は、ユーザによる操作に基づいて制御対象のロボット２００に対して位置を教示するハンドル操作部１１０と、教示された位置にロボット２００が移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知をロボット２００から受信した場合、ロボット２００の姿勢変更を指示する姿勢変更指示部１２４と、姿勢変更指示部１２４により指示された姿勢で特異点若しくは特異点近傍を通過するように、姿勢変更の指示をロボット２００に送信する特異点通過動作要求部１２５と、特異点若しくは特異点近傍を通過する際のロボット２００の駆動状況を示すロボット駆動情報をロボット２００に対して要求し、ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部１２９と、ロボット駆動情報要求部１２９により取得されたロボット駆動情報に基づいてロボット２００に対応したＧコードを生成し、生成されたＧコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部１３０と、を備える。
この制御装置１００によれば、（１）と同様の効果を奏することができる。

（６）本開示のロボット２００は、ロボットの位置教示が可能な制御装置１００による位置教示に従い動作するロボットであって、ロボット２００を駆動する駆動制御部２１２と、制御装置１００より教示された位置に移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を制御装置１００に送信する特異点判定部２１３と、ロボット２００の姿勢変更の指示を制御装置１００より受信した場合、変更した姿勢で特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて駆動制御部２１２にロボット２００を駆動させる特異点通過パターン生成部２１５と、制御装置１００から特異点若しくは特異点近傍を通過する際のロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報の要求を受信した場合、ロボット駆動情報を制御装置１００に送信するロボット駆動情報出力部２１９と、を備える。
このロボット２００によれば、（１）と同様の効果を奏することができる。

１制御システム
１００制御装置
１１０ハンドル操作部
１２４姿勢変更指示部
１２５特異点通過動作要求部
１２９ロボット駆動情報要求部
１３０ロボット用Ｇコード生成部
２００ロボット
２１５特異点通過パターン生成部
２１９ロボット駆動情報出力部

Claims

ロボットの位置教示が可能な制御装置と、前記位置教示に従い動作するロボットとを含む制御システムであって、
前記制御装置は、
ユーザによる操作に基づいて前記ロボットに対して位置を教示する操作部と、
教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、
前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、
前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットの動作に対応したＧコードを生成し、生成された前記Ｇコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部と、を備え、
前記ロボットは、
前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
前記制御装置により教示された前記位置に移動する際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、
前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置から受信した場合、変更した姿勢に基づいて前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、
前記制御装置から前記ロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、を備える
制御システム。
前記特異点通過パターン生成部は、教示された前記位置に前記ロボットを移動させる際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過しない場合、直交モードで前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させ、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、各軸モードで前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる、請求項１に記載の制御システム。
前記ロボット駆動情報が前記ロボットの姿勢を示す形態、前記ロボットの手首に対応する関節軸の回転数、設定されている座標系、及び前記ロボットの位置と姿勢を示す座標値を含む、請求項１又は請求項２に記載の制御システム。
前記姿勢変更指示部が指示する前記姿勢変更は、前記ロボットの手首若しくは肘の向きを上向きから下向き、若しくは下向きから上向きにする、又は、前記ロボットの向きを前向きから後向き、若しくは後向きから前向きにする、又は、前記ロボットの向きを左向きから右向き、若しくは右向きから左向きにする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御システム。
ユーザによる操作に基づいて制御対象のロボットに対して位置を教示する操作部と、
教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、
前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、
前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットに対応したＧコードを生成し、生成された前記Ｇコードをプログラムに挿入するロボット用Ｇコード生成部と、
を備える、制御装置。
ロボットの位置教示が可能な制御装置による前記位置教示に従い動作するロボットであって、
前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
前記制御装置より教示された位置に移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、
前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置より受信した場合、変更した姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、
前記制御装置から前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、
を備えるロボット。