ロボットのダイレクトティーチ制御装置
【課題】作業者がロボットと直動外部軸との間で制御対象を簡単且つ迅速に切換えれるようにする。
【解決手段】マスターコントローラ１６は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定すると、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が力学センサ１０に付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う。
【解決手段】マスターコントローラ１６は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定すると、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が力学センサ１０に付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットが直動外部軸上を移動可能に構成されてなる設備に設けられ、前記ロボット及び前記直動外部軸のうち択一的に切換えている現在の制御対象に対して外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に外力が付与されることに応じてダイレクトティーチ制御を行うロボットのダイレクトティーチ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、安全性を確保することを目的として、作業者（教示者）がロボットに直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、作業者が作業器具（先端部に把持機能を有する指示棒など）をロボットに触れさせてダイレクトティーチを行う方法が主流になりつつある。ロボットが直動外部軸上を移動可能な構成において作業者がロボット及び直動外部軸を制御対象として択一的に切換えてダイレクトティーチを行う場合、従来は、作業者がペンダントのボタンを操作して制御対象を切換えていた。ところが、このように作業者がペンダントのボタンを操作して制御対象を切換える構成では、作業者がダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から一旦離れ、ペンダントの場所まで移動して制御対象を切換えることになり、作業性に劣るものであった。このような事情から、作業者から見ればダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えたいという要望がある。そこで、制御対象を自動的に切換える構成が供されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平６−３７９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１に記載されているものでは、ロボットアームのジョイントの角度が所定値未満になった場合に限って制御対象をロボットから直動外部軸に自動的に切換える構成であり、実用性に劣るという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットが直動外部軸上を移動可能な構成において作業者がロボット及び直動外部軸を制御対象として択一的に切換えてダイレクトティーチを行う場合に、作業者が制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、実用性に優れたロボットのダイレクトティーチ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載した発明によれば、外部から作業器具（先端部に把持機能を有する指示棒など）を介してロボットの手先に付与された外力を力学センサが検知すると、信号波形判定手段は、力学センサが検知した外力に対応する信号波形を入力して判定する。制御手段は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回以上にわたって信号波形判定手段が判定すると、ロボット及び直動外部軸を非可動状態に設定した上でロボット及び直動外部軸のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、切換えた後の新たな制御対象を可動状態に設定し、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を信号波形判定手段が判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記力学センサに付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う。
【０００６】
これにより、第１の閾値以上の大きさを持つ第１の規定時間以内で消滅する外力を一定時間以内に２回以上にわたって作業器具を介してロボットの手先に付与することにより、ロボットと直動外部軸との間で制御対象を切換えることができ、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する外力を作業器具を介してロボットの手先に付与することにより、現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことができる。
【０００７】
すなわち、外力を作業器具を介してロボットの手先に付与する態様を変えることで、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができ、作業者がダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から一旦離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、作業性を高めることができ、しかも、ロボットの姿勢に関係なく制御対象を切換えることができ、実用性を高めることができる。
【０００８】
要するに、本発明は、作業者がロボットに直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、作業者が作業器具をロボットに触れさせてダイレクトティーチを行う方法では、作業者がダイレクトティーチを行うときに作業器具でロボットの手先を確実に（強固に）把持した場合には、力学センサから出力される信号波形は台形形状の波形になり、一方、作業者が作業器具でロボットの手先を叩いた場合には、力学センサから出力される信号波形は鋭角な頂上を持つ波形になり、しかも、付与された力の最大値を表す頂点は把持した場合よりも高くなり、このように作業者が作業器具でロボットの手先を把持した場合とロボットの手先を叩いた場合とでは力学センサから出力される信号波形に明確な差が発生するという点に着目し、制御対象を切換える動作と現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う動作とを各々の信号波形に対応付け、力学センサから出力される信号波形が鋭角な頂上を持つ波形である場合には、制御対象を切換える動作を行い、一方、力学センサから出力される信号波形が台形形状の波形である場合には、現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことにより、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択可能とするものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明によれば、信号波形判定手段は、力学センサから信号波形を入力した時点から当該信号波形の入力が継続している所定時間が経過した後に当該力学センサから入力している信号波形の判定を開始する。これにより、例えば作業者が意図に反して作業器具をロボットの手先に触れさせてしまった場合を、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを選択する判定から除外することができ、実用性をより一層高めることができる。特に作業器具が大型であり（全長が長く）、作業者が把持する基端部からロボットの手先に触れさせる先端部までの距離が長ければ、その分、所謂ぶれが大きくなり、作業者が意図に反して作業器具をロボットの手先に触れさせてしまう可能性が高くなり、その効果は大きいと言える。
【００１０】
請求項３に記載した発明によれば、制御手段は、ロボットに対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨をロボット可動判定手段が判定した時点において外力がロボットの手先に付与され続けている旨を力学センサが検知すると、直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を直動外部軸可動判定手段が判定していることを条件として、ロボットを制御対象外とすると共に直動外部軸を制御対象として切換える。これにより、予め設定されているロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲を越えてロボットに対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象をロボットから直動外部軸に自動的に切換えることができる。
【００１１】
請求項４に記載した発明によれば、制御手段は、直動外部軸に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を直動外部軸可動判定手段が判定した時点において外力がロボットの手先に付与され続けている旨を力学センサが検知すると、ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨をロボット可動判定手段が判定していることを条件として、直動外部軸を制御対象外とすると共にロボットを制御対象として切換える。これにより、予め設定されている直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲を越えて直動外部軸に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象を直動外部軸からロボットに自動的に切換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１において、ロボット１は、多関節型の垂直ロボットであり、第１のベース２と、第１のベース２に垂直方向（ｚ軸方向）を回転中心軸として旋回可能に支持されている第２のベース３と、第２のベース３に水平方向（ｘｙ平面方向）を回転中心軸として旋回可能に支持されている第１のアーム４と、第１のアーム４に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されている第２のアーム５と、第２のアーム５に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されているに支持されている第３のアーム６と、第３のアーム６に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されている第４のアーム７と、第４のアーム７に回転可能に支持されている手首８とを備えて構成されている。
【００１３】
上記した第２のベース３、第１のアーム４、第２のアーム５、第３のアーム６、第４のアーム７及び手首８は、ロボット１におけるリンクとして機能し、各リンクは下段のリンクに対して回転関節により回転可能に連結されており、リンク同士を連結する回転関節には前段のリンク側に固定されているモータの回転を減速して次段のリンクに伝達する減速装置（図示せず）が設けられている。また、最先端のリンクである手首８にはフランジ（図示せず）が設けられ、そのフランジにはワークを把持するためのハンド９が取付けられている。また、手首８には外部から付与された外力を検知するための力学センサ１０が取付けられている。
【００１４】
上記したロボット１は直動外部軸１１上を移動可能に搭載されている。直動外部軸１１は、１本のｘ軸レール１２と２本のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４とが組合わされて構成されている。ｘ軸レール１２の上面部１２ａにはロボット１を移動させるためのレール機構（図示せず）が形成されており、ロボット１はｘ軸レール１２の上面部１２ａをｘ軸方向に移動可能に搭載されている。ｙ軸レール１３の上面部１３ａ及びｙ軸レール１４の上面部１４ａにはｘ軸レール１２を移動させるためのレール機構（図示せず）が形成されており、ｘ軸レール１２はｙ軸レール１３の上面部１３ａ及びｙ軸レール１４の上面部１４ａをｙ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、ロボット１はｘｙ平面の任意方向に直動外部軸１１上を移動可能に搭載されている。
【００１５】
さて、作業者は、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う。ロボット１のダイレクトティーチとはロボット１の直動外部軸１１上での位置を固定させた状態でロボット１の姿勢を変化させるものであり、直動外部軸１１のダイレクトティーチとはロボット１の姿勢を固定させた状態でロボット１の直動外部軸１１上での位置を変化させるものである。作業者は、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う場合には、ロボット１の手先である手首８に直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、ロボット１から離れた位置において棒状の作業器具１５（指示棒）を用い、作業器具１５の基端側１５ａを把持すると共に先端側１５ｂをロボット１の手首８に触れさせることで外力を作業器具１５を介して手首８に付与し、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う。作業器具１５の先端側１５ｂはロボット１の手首８を確実に把持可能となるように円柱形状をなす手首８の曲面形状に対応して「Ｓ」字形状に成形されている。
【００１６】
作業者が作業器具１５の先端側１５ｂをロボット１の手首８に触れさせることで外力を手首８に付与すると、上記した手首８に取付けられている力学センサ１０は、その手首８に付与された外力を検知し、その検知した外力を表す外力検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。
【００１７】
マスターコントローラ１６は、信号波形判定部１７（本発明でいう信号波形判定手段）と制御部１８（本発明でいう制御手段、ロボット可動判定手段、直動外部軸可動判定手段）とを有しており、信号波形判定部１７は、力学センサ１０から外力検知信号を入力すると、その入力した外力検知信号の信号波形を判定し、その判定結果を制御部１８に出力する。
【００１８】
制御部１８は、ロボット１の可動を制御する機能を有すると共に、ロボット１のｘ軸レール１２上での移動を制御するｘ軸コントローラ１９、ｘ軸レール１２のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４上での移動を制御するｙ軸コントローラ２０、操作部及び表示部を有するティーチングペンダント２１を接続している。制御部１８は、ダイレクトティーチ制御モードとしてロボット１を制御対象としてダイレクトティーチ制御を行うロボット制御モードと直動外部軸１１を制御対象としてダイレクトティーチ制御を行う直動外部軸制御モードとを択一的に設定して（切換えて）行う。
【００１９】
この場合、制御部１８は、ロボット制御モードを設定しているときには、作業者が作業器具１５を介して手首８に外力を付与すると、その手首８に付与された外力が所定条件を満たしていることを条件として、ロボット１の直動外部軸１１上での位置を固定させた状態で、その手首８に付与された外力に応じてロボット１の姿勢を変化させる。一方、制御部１８は、直動外部軸制御モードを設定しているときには、作業者が作業器具１５を介して手首８に外力を付与すると、その手首８に付与された外力が所定条件を満たしていることを条件として、ロボット１の姿勢を固定させた状態で、その手首８に付与された外力に応じてロボット１の直動外部軸１１での位置を変化させる。また、制御部１８は、作業者が作業器具１５を介して手首８に付与させた外力が所定条件を満たしていることを条件として、上記したロボット制御モードと直動外部軸制御モードとを切換える。
【００２０】
ロボット１は、自分の姿勢を検知し、その検知した自分の姿勢を表す姿勢検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。ｘ軸コントローラ１９は、ロボット１のｘ軸レール１２上での位置座標を検知し、その検知した位置座標を表す位置座標検知信号をマスターコントローラ１６に出力し、ｙ軸コントローラ２０は、ｘ軸レール１２のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４上での位置座標を検知し、その検知した位置座標を表す位置座標検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。
【００２１】
制御部１８は、例えば安全性を考慮して決定されたロボット１の可動範囲の限界及び直動外部軸１１の可動範囲の限界を記憶しており、ロボット１から姿勢検知信号を入力すると、その入力した姿勢検知信号と当該記憶しているロボット１の可動範囲の限界とを比較することでロボット１の可動位置が可動範囲の限界に達したか否かを判定し、ｘ軸コントローラ１９から位置座標検知信号を入力したりｙ軸コントローラ２０から位置座標検知信号を入力したりすると、それら入力した位置座標検知信号と当該記憶している直動外部軸１１の可動範囲とを比較することで直動外部軸１１の可動位置が可動範囲の限界に達したか否かを判定する。
【００２２】
次に、上記した構成の作用について、図２ないし図５を参照して説明する。尚、制御部１８は、ロボット１及び直動外部軸１１に電源が投入された直後の初期状態ではロボット１を制御対象として設定する。作業者は、現在の制御対象を切換える場合には、作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩き、一方、現在の制御対象に対してダイレクトティーチを行う場合には、作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を把持する。
【００２３】
マスターコントローラ１６において、制御部１８は、力学センサ１０から力学検知信号を入力したか否かを判定し、外力がロボット１の手首８に付与されたか否かを判定している（ステップＳ１）。ここで、制御部１８は、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩いたか或いは把持したことにより、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を判定し、外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定すると（ステップＳ１にて「ＹＥＳ」）、計時を開始し（ステップＳ２）、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさを判定する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００２４】
制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上である旨を判定すると（ステップＳ３にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅したか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅した旨を判定すると（ステップＳ５にて「ＹＥＳ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行する（ステップＳ６）。一方、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅しなかった旨を判定すると（ステップＳ５にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２５】
また、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上ではないが第２の閾値（第１の閾値よりも小さい）以上である旨を判定すると（ステップＳ４にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に外力が付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続したか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続した旨を判定すると（ステップＳ８にて「ＹＥＳ」）、ダイレクトティーチ制御に移行する（ステップＳ９）。一方、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続しなかった旨を判定すると（ステップＳ８にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御に移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２６】
尚、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第２の閾値以上でない旨を判定すると（ステップＳ４にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定及びダイレクトティーチ制御のいずれにも移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２７】
さて、制御部１８は、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行すると、力学センサ１０から力学検知信号を入力したか否かを再度判定し、外力がロボット１の手首８に付与されたか否かを再度判定すると共に（ステップＳ１１）、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、制御部１８は、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過する前に、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩いたか或いは把持したことにより、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を再度判定し、外力がロボットの手首８に付与された旨を再度判定すると（ステップＳ１１にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上であるか否かを再度判定する（ステップＳ１３）。
【００２８】
ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上である旨を再度判定すると（ステップＳ１３にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅したか否かを再度判定する（ステップＳ１４）。そして、制御部１８は、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅した旨を再度判定すると（ステップＳ１４にて「ＹＥＳ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ１５）、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換える（ステップＳ１６）。そして、制御部１８は、切換えた新たな制御対象を可動状態に設定し（ステップＳ１７）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定を終了してリターンする。
【００２９】
尚、制御部１８は、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を再度判定する前に、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過した旨を判定したり（ステップＳ１２にて「ＹＥＳ」）、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上でない旨を判定したり（ステップＳ１３にて「ＮＯ」）、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅しなかった旨を判定したりすると（ステップＳ１４にて「ＮＯ」）、制御対象を切換えることなく、ダイレクトティーチ制御モード切換判定を終了してリターンする。
【００３０】
すなわち、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を第１の閾値以上の大きさの力で一定時間以内に２回叩いた場合には、信号波形判定部１７は、力学センサ１０からの外力検知信号を図５（ａ）示す信号波形により入力し、その入力した外力検知信号を信号処理することにより、図５（ｂ）示す信号波形を生成することになるので、制御部１８は、信号波形判定部１７が生成した信号波形を認識することにより、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行してロボット１と直動外部軸１１との間で制御対象を択一的に切換える。
【００３１】
また、制御部１８は、ダイレクトティーチ制御に移行すると、現在のダイレクトティーチ制御モードがロボット制御モード及び直動外部軸制御モードのいずれであるかを判定する（ステップＳ２１）。制御部１８は、現在のダイレクトティーチ制御モードがロボット制御モードである旨を判定すると、外力の付与が継続している限りにおいてロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達したか否かを判定する（ステップＳ２２，Ｓ２３）。ここで、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達することなく、外力の付与が完了した旨を判定すると（ステップＳ２２にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御を終了してリターンする。
【００３２】
一方、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達した以降でも外力の付与が継続している旨を判定すると（ステップＳ２３にて「ＹＥＳ」）、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。そして、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達していない旨を判定すると（ステップＳ２４にて「ＮＯ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ２５）、現在の制御対象であるロボット１を制御対象外とすると共に現在の制御対象外である直動外部軸１１を制御対象として切換え（ステップＳ２６）、切換えた新たな制御対象である直動外部軸１１を可動状態に設定し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に戻って上記した処理を繰返して行う。
【００３３】
これに対して、制御部１８は、現在のダイレクトティーチ制御モードが直動外部軸制御モードである旨を判定すると、外力の付与が継続している限りにおいて直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達したか否かを判定する（ステップＳ２８，Ｓ２９）。ここで、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達することなく、外力の付与が完了した旨を判定すると（ステップＳ２８にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御を終了してリターンする。
【００３４】
一方、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達した以降でも外力の付与が継続している旨を判定すると（ステップＳ２９にて「ＹＥＳ」）、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達しているか否かを判定する（ステップＳ３０）。そして、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達していない旨を判定すると（ステップＳ３０にて「ＮＯ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ２５）、現在の制御対象である直動外部軸１１を制御対象外とすると共に現在の制御対象外であるロボット１を制御対象として切換え（ステップＳ２６）、切換えた新たな制御対象であるロボット１を可動状態に設定し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に戻って上記した処理を繰返して行う。
【００３５】
すなわち、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を第１の閾値以上の大きさの力で把持した場合には、信号波形判定部１７は、力学センサ１０からの外力検知信号を図５（ｃ）に示す信号波形により入力し、その入力した外力検知信号を信号処理することにより、図５（ｄ）に示す信号波形を生成することになるので、制御部１８は、信号波形判定部１７が生成した信号波形を認識することにより、ダイレクトティーチ制御に移行してダイレクトティーチ制御を行う。尚、上記した図５では、「Ｆ１」が第１の閾値であり、「Ｆ２（＜Ｆ１）」が第２の閾値である。また、「Ｔ１」が第１の規定時間であり、例えば数１０ミリ〜数１００ミリ秒である。「Ｔ２（＞Ｔ１）」が第２の規定時間であり、例えば数１００ミリ〜数秒である。
【００３６】
以上に説明したように本実施形態によれば、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定すると、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が力学センサ１０に付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うように構成したので、外力を作業器具１５を介してロボット１の手先に付与する態様を変えることで、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができる。これにより、作業者がダイレクトティーチを行っているロボット１や直動外部軸１１から一旦離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、作業性を高めることができ、しかも、ロボット１の姿勢に関係なく制御対象を切換えることができ、実用性を高めることができる。
【００３７】
また、ロボット１に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、ロボット１の可動位置が予め設定されている当該ロボット１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した時点で外力がロボット１の手先に付与され続けていると、直動外部軸１１の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸１１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していなければ、ロボット１を制御対象外とすると共に直動外部軸１１を制御対象として切換えるように構成したので、予め設定されている可動範囲を越えてロボット１に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象をロボット１から直動外部軸１１に自動的に切換えることができる。
【００３８】
さらに、これとは反対に、直動外部軸１１に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、直動外部軸１１の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸１１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した時点で外力がロボット１の手先に付与され続けていると、ロボット１の可動位置が予め設定されている当該ロボット１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していなければ、直動外部軸１１を制御対象外とすると共にロボット１を制御対象として切換えるように構成したので、予め設定されている可動範囲を越えて直動外部軸１１に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象を直動外部軸１１からロボット１に自動的に切換えることができる。
【００３９】
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定した直後にロボット１の手首８に付与された外力の大きさを判定するようにしたが、外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定してから外力の付与が継続している所定時間が経過した後にロボット１の手首８に付与されている外力の大きさを判定するようにしても良い。このように構成すれば、例えば作業者が意図に反して作業器具１５をロボット１の手先に触れさせてしまった場合を、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを選択する判定から除外することができ、実用性をより一層高めることができる。
【００４０】
第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定した場合に制御対象を切換えるようにしたが、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に３回以上にわたって判定した場合に制御対象を切換えるようにしても良い。この第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を判定する回数は作業者が制御対象を切換えたいという意思を反映するものであり、判定する回数を多くすれば、制御対象を切換える精度は向上するが、作業者のスキルや制御対象を切換える頻度や作業者に与えられている作業時間などを考慮して判定する回数を設定すれば良い。
【００４１】
直動外部軸１１が１本のｘ軸レール１２と２本のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４とが組合わされて構成されている場合を説明したが、直動外部軸１１が１本の軸レールから構成されていても良い。また、ロボット１は他の形態でも良いし、作業器具は他の形状でも良い。
【００４２】
制御対象を切換える直前に制御対象を切換える旨を作業者に通知したり、制御対象を切換えた直後に制御対象を切換えた旨を作業者に通知したりしても良い。
複数の作業者が交替してダイレクトティーチを行うような態様において、第１の閾値、第２の閾値、第１の規定時間、第２の規定時間が複数の作業者で同じ値であっても良いし、複数の作業者毎に異なる値であっても良い。すなわち、例えば作業者毎の固有値をマスターコントローラ１６に予め記憶しておき、作業者が作業する前に自身を識別する作業者コード（作業者ＩＤ）をマスターコントローラ１６に読取らせて自身の固有値を読出し、その読出した値を用いて上記した処理を行うことにより、作業者が自身に固有の値を用いて制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を概略的に示す図
【図２】フローチャート（その１）
【図３】フローチャート（その２）
【図４】フローチャート（その３）
【図５】信号波形を示す図
【符号の説明】
【００４４】
図面中、１はロボット、１１は直動外部軸、１７は信号波形判定部（信号波形判定手段）、１８は制御部（制御手段、ロボット可動判定手段、直動外部軸可動判定手段）である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットが直動外部軸上を移動可能に構成されてなる設備に設けられ、前記ロボット及び前記直動外部軸のうち択一的に切換えている現在の制御対象に対して外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に外力が付与されることに応じてダイレクトティーチ制御を行うロボットのダイレクトティーチ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、安全性を確保することを目的として、作業者（教示者）がロボットに直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、作業者が作業器具（先端部に把持機能を有する指示棒など）をロボットに触れさせてダイレクトティーチを行う方法が主流になりつつある。ロボットが直動外部軸上を移動可能な構成において作業者がロボット及び直動外部軸を制御対象として択一的に切換えてダイレクトティーチを行う場合、従来は、作業者がペンダントのボタンを操作して制御対象を切換えていた。ところが、このように作業者がペンダントのボタンを操作して制御対象を切換える構成では、作業者がダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から一旦離れ、ペンダントの場所まで移動して制御対象を切換えることになり、作業性に劣るものであった。このような事情から、作業者から見ればダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えたいという要望がある。そこで、制御対象を自動的に切換える構成が供されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】実開平６−３７９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１に記載されているものでは、ロボットアームのジョイントの角度が所定値未満になった場合に限って制御対象をロボットから直動外部軸に自動的に切換える構成であり、実用性に劣るという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットが直動外部軸上を移動可能な構成において作業者がロボット及び直動外部軸を制御対象として択一的に切換えてダイレクトティーチを行う場合に、作業者が制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、実用性に優れたロボットのダイレクトティーチ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載した発明によれば、外部から作業器具（先端部に把持機能を有する指示棒など）を介してロボットの手先に付与された外力を力学センサが検知すると、信号波形判定手段は、力学センサが検知した外力に対応する信号波形を入力して判定する。制御手段は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回以上にわたって信号波形判定手段が判定すると、ロボット及び直動外部軸を非可動状態に設定した上でロボット及び直動外部軸のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、切換えた後の新たな制御対象を可動状態に設定し、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を信号波形判定手段が判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記力学センサに付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う。
【０００６】
これにより、第１の閾値以上の大きさを持つ第１の規定時間以内で消滅する外力を一定時間以内に２回以上にわたって作業器具を介してロボットの手先に付与することにより、ロボットと直動外部軸との間で制御対象を切換えることができ、第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する外力を作業器具を介してロボットの手先に付与することにより、現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことができる。
【０００７】
すなわち、外力を作業器具を介してロボットの手先に付与する態様を変えることで、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができ、作業者がダイレクトティーチを行っているロボットや直動外部軸から一旦離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、作業性を高めることができ、しかも、ロボットの姿勢に関係なく制御対象を切換えることができ、実用性を高めることができる。
【０００８】
要するに、本発明は、作業者がロボットに直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、作業者が作業器具をロボットに触れさせてダイレクトティーチを行う方法では、作業者がダイレクトティーチを行うときに作業器具でロボットの手先を確実に（強固に）把持した場合には、力学センサから出力される信号波形は台形形状の波形になり、一方、作業者が作業器具でロボットの手先を叩いた場合には、力学センサから出力される信号波形は鋭角な頂上を持つ波形になり、しかも、付与された力の最大値を表す頂点は把持した場合よりも高くなり、このように作業者が作業器具でロボットの手先を把持した場合とロボットの手先を叩いた場合とでは力学センサから出力される信号波形に明確な差が発生するという点に着目し、制御対象を切換える動作と現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行う動作とを各々の信号波形に対応付け、力学センサから出力される信号波形が鋭角な頂上を持つ波形である場合には、制御対象を切換える動作を行い、一方、力学センサから出力される信号波形が台形形状の波形である場合には、現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことにより、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択可能とするものである。
【０００９】
請求項２に記載した発明によれば、信号波形判定手段は、力学センサから信号波形を入力した時点から当該信号波形の入力が継続している所定時間が経過した後に当該力学センサから入力している信号波形の判定を開始する。これにより、例えば作業者が意図に反して作業器具をロボットの手先に触れさせてしまった場合を、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを選択する判定から除外することができ、実用性をより一層高めることができる。特に作業器具が大型であり（全長が長く）、作業者が把持する基端部からロボットの手先に触れさせる先端部までの距離が長ければ、その分、所謂ぶれが大きくなり、作業者が意図に反して作業器具をロボットの手先に触れさせてしまう可能性が高くなり、その効果は大きいと言える。
【００１０】
請求項３に記載した発明によれば、制御手段は、ロボットに対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨をロボット可動判定手段が判定した時点において外力がロボットの手先に付与され続けている旨を力学センサが検知すると、直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を直動外部軸可動判定手段が判定していることを条件として、ロボットを制御対象外とすると共に直動外部軸を制御対象として切換える。これにより、予め設定されているロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲を越えてロボットに対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象をロボットから直動外部軸に自動的に切換えることができる。
【００１１】
請求項４に記載した発明によれば、制御手段は、直動外部軸に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を直動外部軸可動判定手段が判定した時点において外力がロボットの手先に付与され続けている旨を力学センサが検知すると、ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨をロボット可動判定手段が判定していることを条件として、直動外部軸を制御対象外とすると共にロボットを制御対象として切換える。これにより、予め設定されている直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲を越えて直動外部軸に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象を直動外部軸からロボットに自動的に切換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１において、ロボット１は、多関節型の垂直ロボットであり、第１のベース２と、第１のベース２に垂直方向（ｚ軸方向）を回転中心軸として旋回可能に支持されている第２のベース３と、第２のベース３に水平方向（ｘｙ平面方向）を回転中心軸として旋回可能に支持されている第１のアーム４と、第１のアーム４に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されている第２のアーム５と、第２のアーム５に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されているに支持されている第３のアーム６と、第３のアーム６に水平方向を回転中心軸として旋回可能に支持されている第４のアーム７と、第４のアーム７に回転可能に支持されている手首８とを備えて構成されている。
【００１３】
上記した第２のベース３、第１のアーム４、第２のアーム５、第３のアーム６、第４のアーム７及び手首８は、ロボット１におけるリンクとして機能し、各リンクは下段のリンクに対して回転関節により回転可能に連結されており、リンク同士を連結する回転関節には前段のリンク側に固定されているモータの回転を減速して次段のリンクに伝達する減速装置（図示せず）が設けられている。また、最先端のリンクである手首８にはフランジ（図示せず）が設けられ、そのフランジにはワークを把持するためのハンド９が取付けられている。また、手首８には外部から付与された外力を検知するための力学センサ１０が取付けられている。
【００１４】
上記したロボット１は直動外部軸１１上を移動可能に搭載されている。直動外部軸１１は、１本のｘ軸レール１２と２本のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４とが組合わされて構成されている。ｘ軸レール１２の上面部１２ａにはロボット１を移動させるためのレール機構（図示せず）が形成されており、ロボット１はｘ軸レール１２の上面部１２ａをｘ軸方向に移動可能に搭載されている。ｙ軸レール１３の上面部１３ａ及びｙ軸レール１４の上面部１４ａにはｘ軸レール１２を移動させるためのレール機構（図示せず）が形成されており、ｘ軸レール１２はｙ軸レール１３の上面部１３ａ及びｙ軸レール１４の上面部１４ａをｙ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、ロボット１はｘｙ平面の任意方向に直動外部軸１１上を移動可能に搭載されている。
【００１５】
さて、作業者は、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う。ロボット１のダイレクトティーチとはロボット１の直動外部軸１１上での位置を固定させた状態でロボット１の姿勢を変化させるものであり、直動外部軸１１のダイレクトティーチとはロボット１の姿勢を固定させた状態でロボット１の直動外部軸１１上での位置を変化させるものである。作業者は、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う場合には、ロボット１の手先である手首８に直接触れてダイレクトティーチを行うのではなく、ロボット１から離れた位置において棒状の作業器具１５（指示棒）を用い、作業器具１５の基端側１５ａを把持すると共に先端側１５ｂをロボット１の手首８に触れさせることで外力を作業器具１５を介して手首８に付与し、ロボット１及び直動外部軸１１のダイレクトティーチを行う。作業器具１５の先端側１５ｂはロボット１の手首８を確実に把持可能となるように円柱形状をなす手首８の曲面形状に対応して「Ｓ」字形状に成形されている。
【００１６】
作業者が作業器具１５の先端側１５ｂをロボット１の手首８に触れさせることで外力を手首８に付与すると、上記した手首８に取付けられている力学センサ１０は、その手首８に付与された外力を検知し、その検知した外力を表す外力検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。
【００１７】
マスターコントローラ１６は、信号波形判定部１７（本発明でいう信号波形判定手段）と制御部１８（本発明でいう制御手段、ロボット可動判定手段、直動外部軸可動判定手段）とを有しており、信号波形判定部１７は、力学センサ１０から外力検知信号を入力すると、その入力した外力検知信号の信号波形を判定し、その判定結果を制御部１８に出力する。
【００１８】
制御部１８は、ロボット１の可動を制御する機能を有すると共に、ロボット１のｘ軸レール１２上での移動を制御するｘ軸コントローラ１９、ｘ軸レール１２のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４上での移動を制御するｙ軸コントローラ２０、操作部及び表示部を有するティーチングペンダント２１を接続している。制御部１８は、ダイレクトティーチ制御モードとしてロボット１を制御対象としてダイレクトティーチ制御を行うロボット制御モードと直動外部軸１１を制御対象としてダイレクトティーチ制御を行う直動外部軸制御モードとを択一的に設定して（切換えて）行う。
【００１９】
この場合、制御部１８は、ロボット制御モードを設定しているときには、作業者が作業器具１５を介して手首８に外力を付与すると、その手首８に付与された外力が所定条件を満たしていることを条件として、ロボット１の直動外部軸１１上での位置を固定させた状態で、その手首８に付与された外力に応じてロボット１の姿勢を変化させる。一方、制御部１８は、直動外部軸制御モードを設定しているときには、作業者が作業器具１５を介して手首８に外力を付与すると、その手首８に付与された外力が所定条件を満たしていることを条件として、ロボット１の姿勢を固定させた状態で、その手首８に付与された外力に応じてロボット１の直動外部軸１１での位置を変化させる。また、制御部１８は、作業者が作業器具１５を介して手首８に付与させた外力が所定条件を満たしていることを条件として、上記したロボット制御モードと直動外部軸制御モードとを切換える。
【００２０】
ロボット１は、自分の姿勢を検知し、その検知した自分の姿勢を表す姿勢検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。ｘ軸コントローラ１９は、ロボット１のｘ軸レール１２上での位置座標を検知し、その検知した位置座標を表す位置座標検知信号をマスターコントローラ１６に出力し、ｙ軸コントローラ２０は、ｘ軸レール１２のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４上での位置座標を検知し、その検知した位置座標を表す位置座標検知信号をマスターコントローラ１６に出力する。
【００２１】
制御部１８は、例えば安全性を考慮して決定されたロボット１の可動範囲の限界及び直動外部軸１１の可動範囲の限界を記憶しており、ロボット１から姿勢検知信号を入力すると、その入力した姿勢検知信号と当該記憶しているロボット１の可動範囲の限界とを比較することでロボット１の可動位置が可動範囲の限界に達したか否かを判定し、ｘ軸コントローラ１９から位置座標検知信号を入力したりｙ軸コントローラ２０から位置座標検知信号を入力したりすると、それら入力した位置座標検知信号と当該記憶している直動外部軸１１の可動範囲とを比較することで直動外部軸１１の可動位置が可動範囲の限界に達したか否かを判定する。
【００２２】
次に、上記した構成の作用について、図２ないし図５を参照して説明する。尚、制御部１８は、ロボット１及び直動外部軸１１に電源が投入された直後の初期状態ではロボット１を制御対象として設定する。作業者は、現在の制御対象を切換える場合には、作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩き、一方、現在の制御対象に対してダイレクトティーチを行う場合には、作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を把持する。
【００２３】
マスターコントローラ１６において、制御部１８は、力学センサ１０から力学検知信号を入力したか否かを判定し、外力がロボット１の手首８に付与されたか否かを判定している（ステップＳ１）。ここで、制御部１８は、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩いたか或いは把持したことにより、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を判定し、外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定すると（ステップＳ１にて「ＹＥＳ」）、計時を開始し（ステップＳ２）、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさを判定する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００２４】
制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上である旨を判定すると（ステップＳ３にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅したか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅した旨を判定すると（ステップＳ５にて「ＹＥＳ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行する（ステップＳ６）。一方、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅しなかった旨を判定すると（ステップＳ５にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２５】
また、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上ではないが第２の閾値（第１の閾値よりも小さい）以上である旨を判定すると（ステップＳ４にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に外力が付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続したか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続した旨を判定すると（ステップＳ８にて「ＹＥＳ」）、ダイレクトティーチ制御に移行する（ステップＳ９）。一方、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続しなかった旨を判定すると（ステップＳ８にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御に移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２６】
尚、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第２の閾値以上でない旨を判定すると（ステップＳ４にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定及びダイレクトティーチ制御のいずれにも移行することなく計時を終了し（ステップＳ７）、一連の処理を終了する。
【００２７】
さて、制御部１８は、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行すると、力学センサ１０から力学検知信号を入力したか否かを再度判定し、外力がロボット１の手首８に付与されたか否かを再度判定すると共に（ステップＳ１１）、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、制御部１８は、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過する前に、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を叩いたか或いは把持したことにより、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を再度判定し、外力がロボットの手首８に付与された旨を再度判定すると（ステップＳ１１にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上であるか否かを再度判定する（ステップＳ１３）。
【００２８】
ここで、制御部１８は、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上である旨を再度判定すると（ステップＳ１３にて「ＹＥＳ」）、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅したか否かを再度判定する（ステップＳ１４）。そして、制御部１８は、そのロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅した旨を再度判定すると（ステップＳ１４にて「ＹＥＳ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ１５）、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換える（ステップＳ１６）。そして、制御部１８は、切換えた新たな制御対象を可動状態に設定し（ステップＳ１７）、ダイレクトティーチ制御モード切換判定を終了してリターンする。
【００２９】
尚、制御部１８は、力学センサ１０から力学検知信号を入力した旨を再度判定する前に、最初に外力がロボット１の手首８に付与された直後から一定時間が経過した旨を判定したり（ステップＳ１２にて「ＹＥＳ」）、ロボット１の手首８に付与された外力の大きさが第１の閾値以上でない旨を判定したり（ステップＳ１３にて「ＮＯ」）、ロボット１の手首８に付与された第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅しなかった旨を判定したりすると（ステップＳ１４にて「ＮＯ」）、制御対象を切換えることなく、ダイレクトティーチ制御モード切換判定を終了してリターンする。
【００３０】
すなわち、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を第１の閾値以上の大きさの力で一定時間以内に２回叩いた場合には、信号波形判定部１７は、力学センサ１０からの外力検知信号を図５（ａ）示す信号波形により入力し、その入力した外力検知信号を信号処理することにより、図５（ｂ）示す信号波形を生成することになるので、制御部１８は、信号波形判定部１７が生成した信号波形を認識することにより、ダイレクトティーチ制御モード切換判定に移行してロボット１と直動外部軸１１との間で制御対象を択一的に切換える。
【００３１】
また、制御部１８は、ダイレクトティーチ制御に移行すると、現在のダイレクトティーチ制御モードがロボット制御モード及び直動外部軸制御モードのいずれであるかを判定する（ステップＳ２１）。制御部１８は、現在のダイレクトティーチ制御モードがロボット制御モードである旨を判定すると、外力の付与が継続している限りにおいてロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達したか否かを判定する（ステップＳ２２，Ｓ２３）。ここで、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達することなく、外力の付与が完了した旨を判定すると（ステップＳ２２にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御を終了してリターンする。
【００３２】
一方、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達した以降でも外力の付与が継続している旨を判定すると（ステップＳ２３にて「ＹＥＳ」）、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。そして、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達していない旨を判定すると（ステップＳ２４にて「ＮＯ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ２５）、現在の制御対象であるロボット１を制御対象外とすると共に現在の制御対象外である直動外部軸１１を制御対象として切換え（ステップＳ２６）、切換えた新たな制御対象である直動外部軸１１を可動状態に設定し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に戻って上記した処理を繰返して行う。
【００３３】
これに対して、制御部１８は、現在のダイレクトティーチ制御モードが直動外部軸制御モードである旨を判定すると、外力の付与が継続している限りにおいて直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達したか否かを判定する（ステップＳ２８，Ｓ２９）。ここで、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達することなく、外力の付与が完了した旨を判定すると（ステップＳ２８にて「ＮＯ」）、ダイレクトティーチ制御を終了してリターンする。
【００３４】
一方、制御部１８は、直動外部軸１１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達した以降でも外力の付与が継続している旨を判定すると（ステップＳ２９にて「ＹＥＳ」）、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達しているか否かを判定する（ステップＳ３０）。そして、制御部１８は、ロボット１の可動位置が予め記憶している可動範囲の限界に達していない旨を判定すると（ステップＳ３０にて「ＮＯ」）、ロボット１及び直動外部軸１１を非可動状態に設定し（ステップＳ２５）、現在の制御対象である直動外部軸１１を制御対象外とすると共に現在の制御対象外であるロボット１を制御対象として切換え（ステップＳ２６）、切換えた新たな制御対象であるロボット１を可動状態に設定し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１に戻って上記した処理を繰返して行う。
【００３５】
すなわち、作業者が作業器具１５の先端部１５ｂで手首８を第１の閾値以上の大きさの力で把持した場合には、信号波形判定部１７は、力学センサ１０からの外力検知信号を図５（ｃ）に示す信号波形により入力し、その入力した外力検知信号を信号処理することにより、図５（ｄ）に示す信号波形を生成することになるので、制御部１８は、信号波形判定部１７が生成した信号波形を認識することにより、ダイレクトティーチ制御に移行してダイレクトティーチ制御を行う。尚、上記した図５では、「Ｆ１」が第１の閾値であり、「Ｆ２（＜Ｆ１）」が第２の閾値である。また、「Ｔ１」が第１の規定時間であり、例えば数１０ミリ〜数１００ミリ秒である。「Ｔ２（＞Ｔ１）」が第２の規定時間であり、例えば数１００ミリ〜数秒である。
【００３６】
以上に説明したように本実施形態によれば、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定すると、ロボット１及び直動外部軸１１のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、第２の閾値以上の大きさを持つ外力が第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を判定すると、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が力学センサ１０に付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うように構成したので、外力を作業器具１５を介してロボット１の手先に付与する態様を変えることで、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができる。これにより、作業者がダイレクトティーチを行っているロボット１や直動外部軸１１から一旦離れることなく、制御対象を簡単且つ迅速に切換えることができ、作業性を高めることができ、しかも、ロボット１の姿勢に関係なく制御対象を切換えることができ、実用性を高めることができる。
【００３７】
また、ロボット１に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、ロボット１の可動位置が予め設定されている当該ロボット１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した時点で外力がロボット１の手先に付与され続けていると、直動外部軸１１の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸１１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していなければ、ロボット１を制御対象外とすると共に直動外部軸１１を制御対象として切換えるように構成したので、予め設定されている可動範囲を越えてロボット１に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象をロボット１から直動外部軸１１に自動的に切換えることができる。
【００３８】
さらに、これとは反対に、直動外部軸１１に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、直動外部軸１１の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸１１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した時点で外力がロボット１の手先に付与され続けていると、ロボット１の可動位置が予め設定されている当該ロボット１のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していなければ、直動外部軸１１を制御対象外とすると共にロボット１を制御対象として切換えるように構成したので、予め設定されている可動範囲を越えて直動外部軸１１に対するダイレクトティーチ制御を行ってしまう事態を未然に回避することができ、しかも、作業者の操作を必要とすることなく制御対象を直動外部軸１１からロボット１に自動的に切換えることができる。
【００３９】
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定した直後にロボット１の手首８に付与された外力の大きさを判定するようにしたが、外力がロボット１の手首８に付与された旨を判定してから外力の付与が継続している所定時間が経過した後にロボット１の手首８に付与されている外力の大きさを判定するようにしても良い。このように構成すれば、例えば作業者が意図に反して作業器具１５をロボット１の手先に触れさせてしまった場合を、制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを選択する判定から除外することができ、実用性をより一層高めることができる。
【００４０】
第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回にわたって判定した場合に制御対象を切換えるようにしたが、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に３回以上にわたって判定した場合に制御対象を切換えるようにしても良い。この第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を判定する回数は作業者が制御対象を切換えたいという意思を反映するものであり、判定する回数を多くすれば、制御対象を切換える精度は向上するが、作業者のスキルや制御対象を切換える頻度や作業者に与えられている作業時間などを考慮して判定する回数を設定すれば良い。
【００４１】
直動外部軸１１が１本のｘ軸レール１２と２本のｙ軸レール１３及びｙ軸レール１４とが組合わされて構成されている場合を説明したが、直動外部軸１１が１本の軸レールから構成されていても良い。また、ロボット１は他の形態でも良いし、作業器具は他の形状でも良い。
【００４２】
制御対象を切換える直前に制御対象を切換える旨を作業者に通知したり、制御対象を切換えた直後に制御対象を切換えた旨を作業者に通知したりしても良い。
複数の作業者が交替してダイレクトティーチを行うような態様において、第１の閾値、第２の閾値、第１の規定時間、第２の規定時間が複数の作業者で同じ値であっても良いし、複数の作業者毎に異なる値であっても良い。すなわち、例えば作業者毎の固有値をマスターコントローラ１６に予め記憶しておき、作業者が作業する前に自身を識別する作業者コード（作業者ＩＤ）をマスターコントローラ１６に読取らせて自身の固有値を読出し、その読出した値を用いて上記した処理を行うことにより、作業者が自身に固有の値を用いて制御対象を切換えるのか現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うのかを自在に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を概略的に示す図
【図２】フローチャート（その１）
【図３】フローチャート（その２）
【図４】フローチャート（その３）
【図５】信号波形を示す図
【符号の説明】
【００４４】
図面中、１はロボット、１１は直動外部軸、１７は信号波形判定部（信号波形判定手段）、１８は制御部（制御手段、ロボット可動判定手段、直動外部軸可動判定手段）である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットが直動外部軸上を移動可能に構成されてなる設備に設けられ、前記ロボット及び前記直動外部軸のうち択一的に切換えている現在の制御対象に対して外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に外力が付与されることに応じてダイレクトティーチ制御を行う制御手段を備えたロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に付与された外力を検知する力学センサと、
前記力学センサが検知した外力に対応する信号波形を入力して判定する信号波形判定手段とを備え、
前記制御手段は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回以上にわたって前記信号波形判定手段が判定した場合に、前記ロボット及び前記直動外部軸を非可動状態に設定した上で前記ロボット及び前記直動外部軸のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、切換えた後の新たな制御対象を可動状態に設定し、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を前記信号波形判定手段が判定した場合に、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記力学センサに付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記信号波形判定手段は、前記力学センサから信号波形を入力した時点から当該信号波形の入力が継続している所定時間が経過した後に当該力学センサから入力している信号波形の判定を開始することを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達したか否かを判定するロボット可動判定手段と、
前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した否かを判定する直動外部軸可動判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記ロボットに対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を前記ロボット可動判定手段が判定した時点において外力が前記ロボットの手先に付与され続けている旨を前記力学センサが検知した場合に、前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を前記直動外部軸可動判定手段が判定していることを条件として、前記ロボットを制御対象外とすると共に前記直動外部軸を制御対象として切換えることを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した否かを判定する直動外部軸可動判定手段と、
前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達したか否かを判定するロボット可動判定手段と
を備え、
前記制御手段は、前記直動外部軸に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を前記直動外部軸可動判定手段が判定した時点において外力が前記ロボットの手先に付与され続けている旨を前記力学センサが検知した場合に、前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を前記ロボット可動判定手段が判定していることを条件として、前記直動外部軸を制御対象外とすると共に前記ロボットを制御対象として切換えることを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項１】
ロボットが直動外部軸上を移動可能に構成されてなる設備に設けられ、前記ロボット及び前記直動外部軸のうち択一的に切換えている現在の制御対象に対して外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に外力が付与されることに応じてダイレクトティーチ制御を行う制御手段を備えたロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
外部から作業器具を介して前記ロボットの手先に付与された外力を検知する力学センサと、
前記力学センサが検知した外力に対応する信号波形を入力して判定する信号波形判定手段とを備え、
前記制御手段は、第１の閾値以上の大きさを持つ外力が第１の規定時間以内で消滅する信号波形を一定時間以内に２回以上にわたって前記信号波形判定手段が判定した場合に、前記ロボット及び前記直動外部軸を非可動状態に設定した上で前記ロボット及び前記直動外部軸のうち現在の制御対象としている一方を制御対象外とすると共に現在の制御対象外としている他方を制御対象として切換え、切換えた後の新たな制御対象を可動状態に設定し、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記第１の規定時間よりも長い第２の規定時間以上にわたって継続する信号波形を前記信号波形判定手段が判定した場合に、その第２の閾値以上の大きさを持つ外力が前記力学センサに付与されている期間において現在の制御対象に対してダイレクトティーチ制御を行うことを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記信号波形判定手段は、前記力学センサから信号波形を入力した時点から当該信号波形の入力が継続している所定時間が経過した後に当該力学センサから入力している信号波形の判定を開始することを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達したか否かを判定するロボット可動判定手段と、
前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した否かを判定する直動外部軸可動判定手段とを備え、
前記制御手段は、前記ロボットに対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を前記ロボット可動判定手段が判定した時点において外力が前記ロボットの手先に付与され続けている旨を前記力学センサが検知した場合に、前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を前記直動外部軸可動判定手段が判定していることを条件として、前記ロボットを制御対象外とすると共に前記直動外部軸を制御対象として切換えることを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載したロボットのダイレクトティーチ制御装置において、
前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した否かを判定する直動外部軸可動判定手段と、
前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達したか否かを判定するロボット可動判定手段と
を備え、
前記制御手段は、前記直動外部軸に対してダイレクトティーチ制御を行っているときに、前記直動外部軸の可動位置が予め設定されている当該直動外部軸のダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達した旨を前記直動外部軸可動判定手段が判定した時点において外力が前記ロボットの手先に付与され続けている旨を前記力学センサが検知した場合に、前記ロボットの可動位置が予め設定されている当該ロボットのダイレクトティーチ制御における可動範囲の限界に達していない旨を前記ロボット可動判定手段が判定していることを条件として、前記直動外部軸を制御対象外とすると共に前記ロボットを制御対象として切換えることを特徴とするロボットのダイレクトティーチ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２９７８５３（Ｐ２００９−２９７８５３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６５４０（Ｐ２００８−１５６５４０）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（５０１４２８５４５）株式会社デンソーウェーブ (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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