ロボット制御装置
【課題】操作者の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすること。
【解決手段】操作レバーの操作によりロボット装置のツールセンターポイントを旋回させる際の回転中心となる回転軸を、回転軸切換スイッチのオンオフ状態の切り換えによって、ワーク１０１の中央に設定された第１の回転軸θ１と、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄに設定された第２の回転軸θ２との間で切り換える。ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフからオンに切り換え、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置を保ったまま、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づく。
【解決手段】操作レバーの操作によりロボット装置のツールセンターポイントを旋回させる際の回転中心となる回転軸を、回転軸切換スイッチのオンオフ状態の切り換えによって、ワーク１０１の中央に設定された第１の回転軸θ１と、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄに設定された第２の回転軸θ２との間で切り換える。ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフからオンに切り換え、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置を保ったまま、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部品を相互に位置合わせしてはめ合う作業は、いかなる分野の組み立て作業においても存在する。例えば、車両の製造ライン等において、作業員が一人では運べないほど重たいワークや長尺のワークをはめ合う場合は、従来から以下のような方法や装置を用いている。
【０００３】
第１は、非特許文献１に見られるような、クレーンやパワーアシスト、リフトアシストといった装置の利用である。つまり、ワークの重力方向の荷重の大半を装置に負担させて、作業員が負担するワークの荷重を軽くするというものである。この場合、作業員は装置を自力で押したり引いたりして動かしながら、ワークを所望の姿勢や位置に動かし、組付対象にはめ合わせることになる。
【０００４】
第２は、ワークや組付対象の姿勢や位置をセンサで計測できるロボット装置による作業工程の全自動化である。この場合、作業員はワークの取り扱い作業から完全に解放される。
【０００５】
第３は、作業員によって操作可能なロボットやアクチュエータを有するハンドガイド装置やパワーアシスト装置の利用である。この場合は、装置によってワークの重力方向の荷重が負担されるだけでなく、組付対象に対するワークの姿勢や位置合わせがロボットやアクチュエータによって行われる。したがって、作業員は単にロボットやアクチュエータの操作を行えば良いことになる。そのような装置は、例えば、特許文献１〜３や非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８７２３８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４７５８号公報
【特許文献３】特開２００８−２１３１１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アイコクアルファ株式会社ホームページＲＨ事業部（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）
【非特許文献２】ＪＩＳ Ｂ ８４３３：２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した第１の方式では、ワークの重力方向の荷重が装置によって負担されても、それ以外の方向については、作業員が自力で装置を動かした際に、ワークの荷重に応じた慣性力が装置に働いてそれが作業員に反力となって返ってくる。したがって、作業員がワークを所望の姿勢や位置に動かそうとしても、意図した姿勢や位置でワークを正確に止めることは難しい。そのため、ワークを組付対象に対して所望の姿勢や位置に合わせづらいという問題がある。
【０００９】
次に、上述した第２の方式では、ワークや組付対象の形状が複雑でそれらの姿勢や位置をセンサで正確に計測できない場合があったり、計測失敗により装置が停止することで装置の稼働率が下がるという問題がある。また、この種の計測を行うために高度かつ高価なセンサが必要であったり、センサを配置するスペースがなくワークや組付対象の姿勢や位置をそもそもセンサで計測できない場合がある。したがって、ロボット装置による作業工程の全自動化が必ずしも実現できるとは限らない。
【００１０】
また、全自動化が実現できた場合であっても、ワークや組付対象の姿勢や位置の計測精度が十分でないと、実際の姿勢や位置からずれた姿勢や位置のワークにロボット装置がアプローチする可能性がある。実際にそのような事象が起こると、ロボット装置が動作エラーにより短時間停止する「チョコ停」の発生が増えて、ロボット装置の稼働率が下がってしまう。
【００１１】
その点、上述した第３の方式は、第１及び第２の各方式に比べて有利である。つまり、第１の方式のように作業員が装置を自力で動かす訳ではないから、ワークから装置に作用する慣性力が作業員に返ってくることもない。したがって、ロボットやアクチュエータを操作する作業員にとってワークを組付対象に対して所望の姿勢や位置に合わせるのは容易になる。
【００１２】
また、作業員がワークや組付対象の姿勢や位置を自ら判断してロボットやアクチュエータを操作することから、ワークや組付対象の姿勢や位置を誤って認識することに起因する「チョコ停」のようなトラブルは、センサによりワークや組付対象の姿勢や位置を計測してロボット装置を全自動で動かす場合よりも、発生しにくくなる。
【００１３】
但し、ハンドガイド装置やパワーアシスト装置を用いてワークを組付対象に組み付ける場合、ワークの全ての部分が同時に所望の姿勢や位置になるように作業員が装置を動かすのは極めて難しい。実際には、装置を動かしているうちにワークのどこか一部分が所望の姿勢や位置となったところで、その部分を目安にして、残りの部分が所望の姿勢や位置となるように装置を動かすことになる。
【００１４】
その場合、ワークのどこか一部分が所望の姿勢や位置となった後、ワークの残りの部分を所望の姿勢や位置とするように装置を動かすと、せっかく所望の姿勢や位置となったワークの一部分が組付対象に対して移動してしまうことが多い。そうなってしまうと、ワークの組付対象に対する組み付け作業を最初からやり直さなければならない。
【００１５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、操作者の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができるロボット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】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置は、
ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動させる制御を行う装置であって、
前記ワークを回転させるための前記操作子の操作時に、所定の回転軸を回転中心として前記ワークが回転するように前記ロボットを駆動させる回転駆動信号を生成する信号生成手段と、
前記所定の回転軸の切換指示が入力される切換指示手段と、
前記切換指示手段に前記切換指示が入力される度に、前記信号生成手段が前記回転駆動信号の生成時に前記所定の回転軸とする回転軸を、それまでの回転軸とは位置が異なる別の回転軸に切り換える回転軸切換手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載した本発明のロボット制御装置によれば、切換指示手段に切換指示が入力されると、信号生成手段が回転駆動信号の生成時に所定の回転軸とする回転軸が、それまでとは位置が異なる別の回転軸に、回転軸切換手段によって切り換えられる。したがって、ワークを回転させるための操作を操作子で行った場合に、切換指示手段に切換指示が入力される前と後では、ワークが回転するときの回転中心が異なることになる。このため、ワークの位置の変化に応じてワークの回転による姿勢や位置の変更を異なる形態で行えるようにして、操作者による操作子の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができる。例えば、ワークをアセンブリ対象物の組付位置に移動させる場合に、アセンブリ対象物に近づくまではデフォルトの回転軸を中心にワークを回転させ、ある程度アセンブリ対象物に近づいた後は、アセンブリ対象物とワークとの位置関係に応じて設定した別の回転軸を中心にワークを回転させて、アセンブリ対象物に組み付けるのに適した姿勢及び位置にワークを容易に移動させることができる。
【００１８】
また、請求項２に記載した本発明のロボット制御装置は、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置において、前記所定の回転軸の切り換えの指示操作が行われる指示操作手段をさらに備えており、該指示操作手段により前記指示操作が行われることで前記切換指示手段に前記切換指示が入力されることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載した本発明のロボット制御装置によれば、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置において、操作者が指示操作手段により指示操作を行うと、所定の回転軸とする回転軸が別の回転軸に切り換わる。したがって、ワークを回転させる場合の回転中心を操作者の意向によって任意のタイミングで切り換えることができる。
【００２０】
さらに、請求項３に記載した本発明のロボット制御装置は、請求項１又は２に記載した本発明のロボット制御装置において、前記回転軸切換手段が、前記所定の回転軸とする回転軸の切り換えを前記ロボットの停止中に行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載した本発明のロボット制御装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明のロボット制御装置において、切換指示の入力に伴う所定の回転軸の切り換えが、ロボットの停止中に行われる。したがって、ロボットの動作中に所定の回転軸が切り換わってワークの回転動作中にその回転中心が急に変わらないようにし、ワークが不測の移動を行わないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のロボット制御装置によれば、操作者の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット制御装置とそれによって制御されるロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図２】図１の操作装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図１のロボット装置の使用状態を示す正面図である。
【図４】図１のロボット装置の使用状態を示す平面図である。
【図５】図１のロボット制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【図６】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図７】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図８】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図９】図１のロボット制御装置を用いてワークを目的地に移送する場合の組付作業を示す説明図である。
【図１０】図１のロボット制御装置を用いてワークをボードに組み付ける場合の組付作業を示す説明図である。
【図１１】図１０の操作レバーの操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回する場合を示す説明図である。
【図１２】図１の操作レバーの操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回する場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るロボット制御装置とそれによって制御されるロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
【００２６】
図１に示す本実施形態のロボット制御装置によって制御されるロボット装置４は、例えば、マニピュレータ１を有し、このマニピュレータ１により、ワーク１０１の把持、運搬、加工及び他の部材への組立が可能となされているものである。
【００２７】
マニピュレータ１は、複数のアームを接続した多関節型アームで構成されている。このマニピュレータ１は、後述するロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆ（図５参照）によって空間６自由度の位置及び姿勢を決定することができる。各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆはコントローラ３によって制御される。
【００２８】
マニピュレータ１の先端側には、ワーク１０１を把持したり加工したりするツール５が設けられている。このツール５は、コントローラ３によって制御される。
【００２９】
図２は図１の操作装置の構成を示す斜視図である。操作装置６は、この実施の形態においては、図２に示すように、ロボット装置４の可動部（マニピュレータ１）に取り付けられている。ただし、この操作装置６は、後述するように、ロボット装置４から離れた位置に設置して用いてもよい。この操作装置６は、固定レバー７と操作レバー８と表示灯９とを有している。
【００３０】
固定レバー７は、イネーブルスイッチ１０と回転軸切換スイッチ１１（請求項中の指示操作手段に相当）とを有している。イネーブルスイッチ１０は、初期位置（以下、非押圧位置という。）と、図２中矢印Ａで示すように、非押圧位置よりも押圧された押圧位置（以下、中間位置という。）と、中間位置よりも押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされるようになっている。なお、イネーブルスイッチ１０は、外力が加えられない場合には、非押圧位置に復帰するようになっている。回転軸切換スイッチ１１は、押圧する度にオンオフ状態が切り換わる構造を有している。回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わると、後述する操作レバー８の操作によってツールセンターポイントを旋回させる際の回転中心、即ち、回転軸の位置が切り換わる。
【００３１】
そして、コントローラ３は、イネーブルスイッチ１０が押圧位置であるときに、ロボット装置４のマニピュレータ１の手動操作を可能とする。この手動操作は、操作レバー８を操作することによって行われる。
【００３２】
操作レバー８（請求項中の操作子に相当）は、本実施形態では、作業員（以下、「操作者」という。）によって操作される略円柱形のジョイスティックを用いて構成されている。この操作レバー８は、原点から３６０°の各方向に平行移動及び傾動させることができる。また、操作レバー８は、原点に対して操作レバー８の中心軸方向に移動させることができる。さらに、操作レバー８は、原点に対して操作レバー８の中心軸の周りに回転可能に構成されている。操作レバー８を前後左右又は上下に移動させると、ツール５のツールセンターポイントが前後左右又は上下に移動する。操作レバー８を前後左右に傾動させるとツールセンターポイントが前後左右に旋回する。操作レバー８をその中心軸の周りに回転させると、ツールセンターポイントが水平面内で旋回する。操作レバー８の移動や傾動、回転とその操作量は、力覚センサ８ａによって検出することができる。操作者が操作を止めると、操作レバー８は原点に復帰する。
【００３３】
力覚センサ８ａは、操作者による操作レバー８の操作量を操作方向別に検出するためのものである。本実施形態では、力覚センサ８ａとして６軸力覚センサを用いている。この力覚センサ８ａは、力覚センサ８ａに加わる力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とモーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）をそれぞれ検出して、それぞれに応じた内容の信号を出力する。
【００３４】
上述した固定レバー７の回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えると、操作レバー８を前後左右に傾動（θｘ又はθｙ方向）させたり操作レバー８の中心軸の周りに回転（θｚ方向）させた際の、ツールセンターポイントの前後左右又は水平面内での旋回中心、つまり、旋回の回転軸の位置が切り換わる。なお、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態によって切り換わる回転軸は、モーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）をそれぞれ検出して、それぞれに応じた内容の信号を出力する。
【００３５】
表示灯９は、ロボット装置４の手動操作が可能であることを告知するものである。この表示灯９は、イネーブルスイッチ１０が押圧位置にあるときに点灯し、ロボット装置４の手動操作が可能となっていることを告知（表示）する。このとき、操作者は、表示灯９が点灯したことを確認し、操作レバー８によりロボット装置４を手動操作することができることを認識してから、操作レバー８によりロボット装置４を手動操作することができる。
【００３６】
そして、操作者がイネーブルスイッチ１０を離して、イネーブルスイッチ１０が非押圧位置へ移動した場合、または、操作者がイネーブルスイッチ１０をさらに押し、イネーブルスイッチ１０が押込み位置へ移動した場合には、ロボット装置４は、手動操作不可能となる。このとき、表示灯９は消灯し、ロボット装置４の手動操作が不可能となっていることを告知（表示）する。操作者の意図しない力加減によって、イネーブルスイッチ１０が中間位置より外れた場合にも、表示灯９が消灯することにより、操作者は、手動操作が不可能となったことを認識することができる。
【００３７】
また、例えば、自動運転中など、ロボット装置４が操作装置６による手動操作を受け付けない状態であるときには、操作者がイネーブルスイッチ１０を押して中間位置へ移動させたとしても、ロボット装置４は手動操作可能とならない。この場合には、イネーブルスイッチ１０が中間位置であったとしても、表示灯９は点灯しない。操作者は、表示灯９が点灯しないことにより、ロボット装置４が手動操作不可能な状態であることを認識することができる。
【００３８】
このようなロボット装置４は、図３及び図４に示すように、操作者がワーク１０１を運ぶときのパワーアシスト装置となる。したがって、図３に示すように、ツール５は、マニピュレータ１の先端側に基端部が連結される長尺のメインフレーム５ａと、メインフレーム５ａの先端から出没するスライドフレーム５ｂとを有している。そして、メインフレーム５ａとスライドフレーム５ｂとにそれぞれ取り付けられたグリッパ５ｃ，５ｄによって、コントローラ３によってワーク１０１を把持するように構成されている。このツール５は、コントローラ３によって制御される。
【００３９】
上述したツール５を有するロボット装置４をパワーアシスト装置として用いる操作者は、操作装置６のイネーブルスイッチ１０や操作レバー８の操作によって、ツール５にグリップされたワーク１０１を任意の位置に任意の姿勢で移動することができる。ロボット装置４のツール５やアクチュエータ４ａ〜４ｆ（図５参照）は、コントローラ３の制御によって駆動される。
【００４０】
そして、本実施形態に係るロボット制御装置は、コントローラ３と、このコントローラ３に接続された操作装置６とから構成される。
【００４１】
次に、本実施形態のロボット制御装置の電気的な構成を説明する。図５は図１のロボット制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
まず、コントローラ３は、機能ブロック的に表現すると、力覚センサ８ａの力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とモーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）の各出力を、それぞれの初期値（操作レバー８が原点にあるときの力覚センサ８ａの出力）を差し引いてゼロ点補正する機能を有している。これにより、力覚センサ８ａに操作者から加えられた操作量（力３成分、モーメント３成分）が得られる。
【００４３】
また、コントローラ３は、力覚センサ８ａに操作者から加えられた操作量（力３成分、モーメント３成分）を、力覚センサ８ａの位置を原点とする座標系から操作レバー８の操作者から操作力を受ける位置を原点とする座標系に、座標変換処理する機能を有している。これにより、操作レバー８に操作者から加えられた操作量の力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）及びモーメント３成分（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）が得られる。
【００４４】
さらに、コントローラ３は、操作レバー８に操作者から加えられた操作量の力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）及びモーメント３成分（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を、操作レバー８の操作者から操作力を受ける位置を原点とする座標系からツール５のツールセンターポイント（ＴＣＰ）を原点とする座標系に、座標変換処理する機能を有している。これにより、操作者による操作レバー８の操作量に対応するツールセンターポイントの移動速度（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）が得られる。この座標変換は、コントローラ３のメモリ（図示せず）に記憶されている、操作レバー８の操作量に対するツール５のツールセンターポイントの移動速度の特性データを参照して行われる。
【００４５】
また、コントローラ３は、操作者による操作レバー８の操作量に対応する移動速度（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）でツールセンターポイントが移動するように、マニピュレータ１の各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動させるための、各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆに対する駆動信号を生成し、ロボット装置４に出力する。したがって、本実施形態では、請求項中の回転駆動信号を生成する信号生成手段が、このコントローラ３によって構成されている。
【００４６】
次に、コントローラ３が内蔵のＲＯＭ（図示せず）に格納されたプログラムにしたがって実行する処理の概略を、図６乃至図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
電源の投入によりコントローラ３が起動されると、コントローラ３は、図６のフローチャートに示すように、回転軸切換処理（ステップＳ１）と、アクチュエータ駆動処理（ステップＳ３）とを、周期的に実行する。
【００４８】
このうち、ステップＳ１の回転軸切換処理では、コントローラ３は図７に示すように、マニピュレータ１（ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆ）が停止中であるか否かを確認する（ステップＳ１０１）。マニピュレータ１が停止中でない場合は（ステップＳ１０１でＮＯ）、回転軸切換処理を終了する。マニピュレータ１が停止中である場合は（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を確認する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
回転軸切換スイッチ１１がオフ状態である場合は（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸（請求項中の所定の回転軸に相当）を第１の回転軸に設定する（ステップＳ１０５）。一方、回転軸切換スイッチ１１がオン状態である場合は（ステップＳ１０３でＮＯ）、ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸（請求項中の所定の回転軸に相当）を第２の回転軸に設定する（ステップＳ１０７）。第１の回転軸と第２の回転軸とは互いに異なる位置に設定されている。また、第１の回転軸と第２の回転軸は、モーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）の各成分についてそれぞれ個別に設定されている。ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸を第１の回転軸又は第２の回転軸に設定した後、コントローラ３は、回転軸切換処理を終了する。
【００５０】
また、図６に示すステップＳ３のアクチュエータ駆動処理では、コントローラ３は図８に示すように、力覚センサ８ａからの出力信号に基づいて、操作レバー８が原点にあるか否か（操作されているか否か）を確認する（ステップＳ３０１）。操作レバー８が原点にある（操作されていない）場合は（ステップＳ３０１でＮＯ）、アクチュエータ駆動処理を終了する。操作レバー８が原点にない（操作されている）場合は（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、操作レバー８の操作内容に対応する内容でツールセンターポイントが移動するようにマニピュレータ１のロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動させるための駆動信号を生成し（ステップＳ３０３）、対応するロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆに出力する（ステップＳ３０５）。その後、アクチュエータ駆動処理を終了する。
【００５１】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図７のフローチャートにおけるステップＳ１０３乃至ステップＳ１０７が、請求項中の回転軸切換手段に相当する処理となっている。また、本実施形態では、操作レバー８が前後左右に傾動された場合や操作レバー８の中心軸の周りに回転された場合の、図８のフローチャートにおけるステップＳ３０３が、請求項中の信号生成手段に相当する処理となっている。さらに、本実施形態では、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が入力されるコントローラ３が、請求項中における切換指示手段に相当している。
【００５２】
次に、上述した構成のコントローラ３が、操作レバー８の傾動や回転操作によりツールセンターポイントが旋回するようにマニピュレータ１のロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動する際の、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態による動作の違いについて説明する。
【００５３】
まず、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させる場合について説明する。図９は、操作レバー８の操作によってツールセンターポイントが水平面内で旋回する場合を示す説明図である。回転軸切換スイッチ１１のオフ状態においては、コントローラ３は、マニピュレータ１とツール５との連結部に設定された第１の回転軸θ１を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させるとワーク１０１がマニピュレータ１の先端側を中心として揺動することになる。
【００５４】
一方、回転軸切換スイッチ１１のオン状態においては、コントローラ３は、ツール５のスライドフレーム５ｂの先端に設定された第２の回転軸θ２を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させるとワーク１０１がスライドフレーム５ｂの先端を回転中心として揺動することになる。
【００５５】
このため、図９に示すように、ツール５で把持したワーク１０１を、２つの壁部２１，２１の間の収納空間２０に移送し挿入する場合には、まず、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態として、操作レバー８の操作により、収納空間２０の入口付近までワーク１０１を移動させる。この移動の間にワーク１０１の通過の支障となる障害物がある場合には、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させて第３のリンク１ｃを中心としてワーク１０１を揺動させ、これにより障害物をかわせばよい。
【００５６】
そして、収納空間２０の入口付近で回転軸切換スイッチ１１をオン状態に切り換えて操作レバー８をその中心軸の周りに回転させ、スライドフレーム５ｂの先端を回転中心としてワーク１０１を揺動させる。これにより、収納空間２０の入口でワーク１０１を容易に収納空間２０への挿入方向に向けさせることができる。
【００５７】
以上に、ワーク１０１を収納空間２０に移送する場合について説明した。次に、ワーク１０１を組付対象のボード２０１に組み付ける場合について説明する。図１０は、四隅に取付孔１０１ａ〜１０１ｄを有する矩形のワーク１０１をツール５で把持し、ワーク１０１のボード２０１に対して組み付ける場合の説明図である。ワーク１０１をボード２０１に組み付けるには、ボード２０１の四隅の取付ピン２０１ａ〜２０１ｄがワーク１０１の対応する取付孔１０１ａ〜１０１ｄにそれぞれ挿入されるように、ボード２０１に対してワーク１０１の姿勢や位置を合わせる必要がある。ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程では、操作レバー８を左右に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して回転（左回転、右回転）させる動作が必要になる。
【００５８】
そこで、操作レバー８を左右に傾動させる場合について説明する。図１１及び図１２は、操作レバー８の左右方向への傾動操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回（左回転又は右回転）する場合を示す説明図である。図１１では、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態にしたまま、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を続けた場合の、ボード２０１に対するワーク１０１の位置関係の変遷を、上下に並べて示している。図１２では、回転軸切換スイッチ１１を途中でオフ状態からオン状態に切り換えて、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を続けた場合の、ボード２０１に対するワーク１０１の位置関係の変遷を、上下に並べて示している。
【００５９】
図１１及び図１２の上側に示すように、回転軸切換スイッチ１１のオフ状態においては、コントローラ３は、ワーク１０１の中央に設定された第１の回転軸θ１を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８を左右方向に傾動操作するとワーク１０１が自身の中央を中心として回転することになる。
【００６０】
このため、図１１及び図１２の上側に示すように、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄがボード２０１の対応する取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態にしたまま、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を行うと、ワーク１０１のボード２０１に対する位置関係が、図１１の下側に示すように変化する。即ち、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づく代わりに、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置からずれてしまう。
【００６１】
そこで、図１１及び図１２の上側に示すように、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄがボード２０１の対応する取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフからオンに切り換える。回転軸切換スイッチ１１のオン状態においては、図１２の下側に示すように、コントローラ３は、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄに設定された第２の回転軸θ２を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させるようになる。
【００６２】
このため、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、図１２の下側に示すようになる。即ち、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置を保ったまま、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づくことになる。このため、ワーク１０１の姿勢をボード２０１に対して容易に合わせることができる。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えることによって、操作レバー８を前後左右に傾動させた場合やその中心軸の周りに回転させた場合のツールセンターポイントの旋回中心を、第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との相互間で切り換えることができる。このため、ワーク１０１の移送先との位置関係やワーク１０１の組付対象との位置関係に応じて、マニピュレータ１によりワーク１０１を回転させる際の回転中心の位置を切り換えて、操作レバー８の操作によりワーク１０１を所望の姿勢や位置に容易に移動させることができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態では、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態の切り換えに伴う第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との切り換えを、マニピュレータ１の停止中に限定して行うようにした。これにより、ロボット装置４の動作中に所定の回転軸が切り換わってワーク１０１の回転動作中にその回転中心が急に変わらないようにし、ワーク１０１が不測の移動を行わないようにすることができる。
【００６５】
しかし、そのような手当をする必要性がない場合は、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態の切り換えに伴う第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との切り換えを、マニピュレータ１の停止中に限らず行うようにしても良い。その場合は、図７のフローチャートにおけるステップＳ１０１を省略することになる。
【００６６】
また、マニピュレータ１が停止中であるか否かに拘わらず、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わったかどうかを常時監視し、切り換わった場合に、マニピュレータ１の動作中には切替フラグを立てて、その後にマニピュレータ１が停止したときに、回転軸切換スイッチ１１の切り換わった後のオンオフ状態に応じた回転軸に所定の回転軸を切り換えるようにしても良い。また、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わった場合に、マニピュレータ１が停止中であれば、その時点で、回転軸切換スイッチ１１の切り換わった後のオンオフ状態に応じた回転軸に所定の回転軸を切り換えれば良い。
【００６７】
さらに、上述した実施形態では、所定の回転軸の切り換え候補が第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との２つである場合を例に取って説明した。しかし、所定の回転軸の切り換え候補は３つ以上であっても良く、その場合には、回転軸切換スイッチ１１を、どの回転軸に切り換えるかを操作者の操作で特定できる形態のものとすれば良い。
【００６８】
また、本実施形態では、操作者が回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えることで所定の回転軸の切り替えを行う構成とした。しかし、例えば図９の収納空間２０にワーク１０１を移送する場合を例に取ると、壁部２１への接近を検出するセンサを例えばツール５に取り付け、そのセンサが壁部２１への接近を検出したことをトリガとして、コントローラ３が制御によって所定の回転軸を自動的に切り換える構成としても良い。その場合には、回転軸切換スイッチ１１は省略しても良いし、省略せず手動による切り換えと併用する構成としても良い。
【００６９】
さらに、操作子は、本実施形態で説明したようなジョイスティックによる操作レバー８に限定されない。即ち、操作子の操作によってツールセンターポイントを移動させる対象のロボットにおける、可動部分の自由度に応じた数の動きを入力できるものであれば、ジョイスティックのような操作レバー以外のものであっても良い。また、ワーク１０１やツール５の形態は、上述した実施形態で示したものに限定されず任意である。即ち、ツールはワークを挟持するタイプのものに限定されない。
【００７０】
また、本実施形態では、対象物に組み付けたり目的地に搬送するワーク１０１の移動をアシストするパワーアシスト装置として使用するロボット装置４の駆動を制御する際に、本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、パワーアシスト装置として利用するロボット以外にも、ワークをツールでグリップして操作子の操作により動くロボットであれば、その駆動制御に広く適用可能である。例えば、単にワークを搬送するロボットの制御や、研磨、加工用のサンダー（砥石）にワークを当て付けるロボットの制御にも、本発明を適用することができる。即ち、本発明は、ワークを持ち運ぶ作業を行うロボット全般の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ マニピュレータ
３ コントローラ
４ ロボット装置
４ａ ロータリアクチュエータ
４ｂ ロータリアクチュエータ
４ｃ ロータリアクチュエータ
４ｄ ロータリアクチュエータ
４ｅ ロータリアクチュエータ
４ｆ ロータリアクチュエータ
５ ツール
５ａ メインフレーム
５ｂ スライドフレーム
５ｃ グリッパ
５ｄ グリッパ
６ 操作装置
７ 固定レバー
８ 操作レバー（操作子）
８ａ 力覚センサ
９ 表示灯
１０ イネーブルスイッチ
１１ 回転軸切換スイッチ
２０ 収納空間
２１ 壁部
１０１ ワーク
１０１ａ 取付孔
１０１ｂ 取付孔
１０１ｃ 取付孔
１０１ｄ 取付孔
２０１ ボード
２０１ａ 取付ピン
２０１ｂ 取付ピン
２０１ｃ 取付ピン
２０１ｄ 取付ピン
θ１ 第１の回転軸
θ２ 第２の回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部品を相互に位置合わせしてはめ合う作業は、いかなる分野の組み立て作業においても存在する。例えば、車両の製造ライン等において、作業員が一人では運べないほど重たいワークや長尺のワークをはめ合う場合は、従来から以下のような方法や装置を用いている。
【０００３】
第１は、非特許文献１に見られるような、クレーンやパワーアシスト、リフトアシストといった装置の利用である。つまり、ワークの重力方向の荷重の大半を装置に負担させて、作業員が負担するワークの荷重を軽くするというものである。この場合、作業員は装置を自力で押したり引いたりして動かしながら、ワークを所望の姿勢や位置に動かし、組付対象にはめ合わせることになる。
【０００４】
第２は、ワークや組付対象の姿勢や位置をセンサで計測できるロボット装置による作業工程の全自動化である。この場合、作業員はワークの取り扱い作業から完全に解放される。
【０００５】
第３は、作業員によって操作可能なロボットやアクチュエータを有するハンドガイド装置やパワーアシスト装置の利用である。この場合は、装置によってワークの重力方向の荷重が負担されるだけでなく、組付対象に対するワークの姿勢や位置合わせがロボットやアクチュエータによって行われる。したがって、作業員は単にロボットやアクチュエータの操作を行えば良いことになる。そのような装置は、例えば、特許文献１〜３や非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８７２３８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４７５８号公報
【特許文献３】特開２００８−２１３１１９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アイコクアルファ株式会社ホームページＲＨ事業部（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）
【非特許文献２】ＪＩＳ Ｂ ８４３３：２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した第１の方式では、ワークの重力方向の荷重が装置によって負担されても、それ以外の方向については、作業員が自力で装置を動かした際に、ワークの荷重に応じた慣性力が装置に働いてそれが作業員に反力となって返ってくる。したがって、作業員がワークを所望の姿勢や位置に動かそうとしても、意図した姿勢や位置でワークを正確に止めることは難しい。そのため、ワークを組付対象に対して所望の姿勢や位置に合わせづらいという問題がある。
【０００９】
次に、上述した第２の方式では、ワークや組付対象の形状が複雑でそれらの姿勢や位置をセンサで正確に計測できない場合があったり、計測失敗により装置が停止することで装置の稼働率が下がるという問題がある。また、この種の計測を行うために高度かつ高価なセンサが必要であったり、センサを配置するスペースがなくワークや組付対象の姿勢や位置をそもそもセンサで計測できない場合がある。したがって、ロボット装置による作業工程の全自動化が必ずしも実現できるとは限らない。
【００１０】
また、全自動化が実現できた場合であっても、ワークや組付対象の姿勢や位置の計測精度が十分でないと、実際の姿勢や位置からずれた姿勢や位置のワークにロボット装置がアプローチする可能性がある。実際にそのような事象が起こると、ロボット装置が動作エラーにより短時間停止する「チョコ停」の発生が増えて、ロボット装置の稼働率が下がってしまう。
【００１１】
その点、上述した第３の方式は、第１及び第２の各方式に比べて有利である。つまり、第１の方式のように作業員が装置を自力で動かす訳ではないから、ワークから装置に作用する慣性力が作業員に返ってくることもない。したがって、ロボットやアクチュエータを操作する作業員にとってワークを組付対象に対して所望の姿勢や位置に合わせるのは容易になる。
【００１２】
また、作業員がワークや組付対象の姿勢や位置を自ら判断してロボットやアクチュエータを操作することから、ワークや組付対象の姿勢や位置を誤って認識することに起因する「チョコ停」のようなトラブルは、センサによりワークや組付対象の姿勢や位置を計測してロボット装置を全自動で動かす場合よりも、発生しにくくなる。
【００１３】
但し、ハンドガイド装置やパワーアシスト装置を用いてワークを組付対象に組み付ける場合、ワークの全ての部分が同時に所望の姿勢や位置になるように作業員が装置を動かすのは極めて難しい。実際には、装置を動かしているうちにワークのどこか一部分が所望の姿勢や位置となったところで、その部分を目安にして、残りの部分が所望の姿勢や位置となるように装置を動かすことになる。
【００１４】
その場合、ワークのどこか一部分が所望の姿勢や位置となった後、ワークの残りの部分を所望の姿勢や位置とするように装置を動かすと、せっかく所望の姿勢や位置となったワークの一部分が組付対象に対して移動してしまうことが多い。そうなってしまうと、ワークの組付対象に対する組み付け作業を最初からやり直さなければならない。
【００１５】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、操作者の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができるロボット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】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置は、
ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動させる制御を行う装置であって、
前記ワークを回転させるための前記操作子の操作時に、所定の回転軸を回転中心として前記ワークが回転するように前記ロボットを駆動させる回転駆動信号を生成する信号生成手段と、
前記所定の回転軸の切換指示が入力される切換指示手段と、
前記切換指示手段に前記切換指示が入力される度に、前記信号生成手段が前記回転駆動信号の生成時に前記所定の回転軸とする回転軸を、それまでの回転軸とは位置が異なる別の回転軸に切り換える回転軸切換手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１に記載した本発明のロボット制御装置によれば、切換指示手段に切換指示が入力されると、信号生成手段が回転駆動信号の生成時に所定の回転軸とする回転軸が、それまでとは位置が異なる別の回転軸に、回転軸切換手段によって切り換えられる。したがって、ワークを回転させるための操作を操作子で行った場合に、切換指示手段に切換指示が入力される前と後では、ワークが回転するときの回転中心が異なることになる。このため、ワークの位置の変化に応じてワークの回転による姿勢や位置の変更を異なる形態で行えるようにして、操作者による操作子の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができる。例えば、ワークをアセンブリ対象物の組付位置に移動させる場合に、アセンブリ対象物に近づくまではデフォルトの回転軸を中心にワークを回転させ、ある程度アセンブリ対象物に近づいた後は、アセンブリ対象物とワークとの位置関係に応じて設定した別の回転軸を中心にワークを回転させて、アセンブリ対象物に組み付けるのに適した姿勢及び位置にワークを容易に移動させることができる。
【００１８】
また、請求項２に記載した本発明のロボット制御装置は、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置において、前記所定の回転軸の切り換えの指示操作が行われる指示操作手段をさらに備えており、該指示操作手段により前記指示操作が行われることで前記切換指示手段に前記切換指示が入力されることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載した本発明のロボット制御装置によれば、請求項１に記載した本発明のロボット制御装置において、操作者が指示操作手段により指示操作を行うと、所定の回転軸とする回転軸が別の回転軸に切り換わる。したがって、ワークを回転させる場合の回転中心を操作者の意向によって任意のタイミングで切り換えることができる。
【００２０】
さらに、請求項３に記載した本発明のロボット制御装置は、請求項１又は２に記載した本発明のロボット制御装置において、前記回転軸切換手段が、前記所定の回転軸とする回転軸の切り換えを前記ロボットの停止中に行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載した本発明のロボット制御装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明のロボット制御装置において、切換指示の入力に伴う所定の回転軸の切り換えが、ロボットの停止中に行われる。したがって、ロボットの動作中に所定の回転軸が切り換わってワークの回転動作中にその回転中心が急に変わらないようにし、ワークが不測の移動を行わないようにすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のロボット制御装置によれば、操作者の操作によりワークを所望の姿勢や位置に移動させ易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るロボット制御装置とそれによって制御されるロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
【図２】図１の操作装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図１のロボット装置の使用状態を示す正面図である。
【図４】図１のロボット装置の使用状態を示す平面図である。
【図５】図１のロボット制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【図６】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図７】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図８】図１のコントローラがＲＯＭに格納された制御プログラムにしたがって実行する処理の概略を示すフローチャートである。
【図９】図１のロボット制御装置を用いてワークを目的地に移送する場合の組付作業を示す説明図である。
【図１０】図１のロボット制御装置を用いてワークをボードに組み付ける場合の組付作業を示す説明図である。
【図１１】図１０の操作レバーの操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回する場合を示す説明図である。
【図１２】図１の操作レバーの操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回する場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るロボット制御装置とそれによって制御されるロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
【００２６】
図１に示す本実施形態のロボット制御装置によって制御されるロボット装置４は、例えば、マニピュレータ１を有し、このマニピュレータ１により、ワーク１０１の把持、運搬、加工及び他の部材への組立が可能となされているものである。
【００２７】
マニピュレータ１は、複数のアームを接続した多関節型アームで構成されている。このマニピュレータ１は、後述するロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆ（図５参照）によって空間６自由度の位置及び姿勢を決定することができる。各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆはコントローラ３によって制御される。
【００２８】
マニピュレータ１の先端側には、ワーク１０１を把持したり加工したりするツール５が設けられている。このツール５は、コントローラ３によって制御される。
【００２９】
図２は図１の操作装置の構成を示す斜視図である。操作装置６は、この実施の形態においては、図２に示すように、ロボット装置４の可動部（マニピュレータ１）に取り付けられている。ただし、この操作装置６は、後述するように、ロボット装置４から離れた位置に設置して用いてもよい。この操作装置６は、固定レバー７と操作レバー８と表示灯９とを有している。
【００３０】
固定レバー７は、イネーブルスイッチ１０と回転軸切換スイッチ１１（請求項中の指示操作手段に相当）とを有している。イネーブルスイッチ１０は、初期位置（以下、非押圧位置という。）と、図２中矢印Ａで示すように、非押圧位置よりも押圧された押圧位置（以下、中間位置という。）と、中間位置よりも押圧された押込み位置との３つのポイントのいずれかとなされるようになっている。なお、イネーブルスイッチ１０は、外力が加えられない場合には、非押圧位置に復帰するようになっている。回転軸切換スイッチ１１は、押圧する度にオンオフ状態が切り換わる構造を有している。回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わると、後述する操作レバー８の操作によってツールセンターポイントを旋回させる際の回転中心、即ち、回転軸の位置が切り換わる。
【００３１】
そして、コントローラ３は、イネーブルスイッチ１０が押圧位置であるときに、ロボット装置４のマニピュレータ１の手動操作を可能とする。この手動操作は、操作レバー８を操作することによって行われる。
【００３２】
操作レバー８（請求項中の操作子に相当）は、本実施形態では、作業員（以下、「操作者」という。）によって操作される略円柱形のジョイスティックを用いて構成されている。この操作レバー８は、原点から３６０°の各方向に平行移動及び傾動させることができる。また、操作レバー８は、原点に対して操作レバー８の中心軸方向に移動させることができる。さらに、操作レバー８は、原点に対して操作レバー８の中心軸の周りに回転可能に構成されている。操作レバー８を前後左右又は上下に移動させると、ツール５のツールセンターポイントが前後左右又は上下に移動する。操作レバー８を前後左右に傾動させるとツールセンターポイントが前後左右に旋回する。操作レバー８をその中心軸の周りに回転させると、ツールセンターポイントが水平面内で旋回する。操作レバー８の移動や傾動、回転とその操作量は、力覚センサ８ａによって検出することができる。操作者が操作を止めると、操作レバー８は原点に復帰する。
【００３３】
力覚センサ８ａは、操作者による操作レバー８の操作量を操作方向別に検出するためのものである。本実施形態では、力覚センサ８ａとして６軸力覚センサを用いている。この力覚センサ８ａは、力覚センサ８ａに加わる力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とモーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）をそれぞれ検出して、それぞれに応じた内容の信号を出力する。
【００３４】
上述した固定レバー７の回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えると、操作レバー８を前後左右に傾動（θｘ又はθｙ方向）させたり操作レバー８の中心軸の周りに回転（θｚ方向）させた際の、ツールセンターポイントの前後左右又は水平面内での旋回中心、つまり、旋回の回転軸の位置が切り換わる。なお、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態によって切り換わる回転軸は、モーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）をそれぞれ検出して、それぞれに応じた内容の信号を出力する。
【００３５】
表示灯９は、ロボット装置４の手動操作が可能であることを告知するものである。この表示灯９は、イネーブルスイッチ１０が押圧位置にあるときに点灯し、ロボット装置４の手動操作が可能となっていることを告知（表示）する。このとき、操作者は、表示灯９が点灯したことを確認し、操作レバー８によりロボット装置４を手動操作することができることを認識してから、操作レバー８によりロボット装置４を手動操作することができる。
【００３６】
そして、操作者がイネーブルスイッチ１０を離して、イネーブルスイッチ１０が非押圧位置へ移動した場合、または、操作者がイネーブルスイッチ１０をさらに押し、イネーブルスイッチ１０が押込み位置へ移動した場合には、ロボット装置４は、手動操作不可能となる。このとき、表示灯９は消灯し、ロボット装置４の手動操作が不可能となっていることを告知（表示）する。操作者の意図しない力加減によって、イネーブルスイッチ１０が中間位置より外れた場合にも、表示灯９が消灯することにより、操作者は、手動操作が不可能となったことを認識することができる。
【００３７】
また、例えば、自動運転中など、ロボット装置４が操作装置６による手動操作を受け付けない状態であるときには、操作者がイネーブルスイッチ１０を押して中間位置へ移動させたとしても、ロボット装置４は手動操作可能とならない。この場合には、イネーブルスイッチ１０が中間位置であったとしても、表示灯９は点灯しない。操作者は、表示灯９が点灯しないことにより、ロボット装置４が手動操作不可能な状態であることを認識することができる。
【００３８】
このようなロボット装置４は、図３及び図４に示すように、操作者がワーク１０１を運ぶときのパワーアシスト装置となる。したがって、図３に示すように、ツール５は、マニピュレータ１の先端側に基端部が連結される長尺のメインフレーム５ａと、メインフレーム５ａの先端から出没するスライドフレーム５ｂとを有している。そして、メインフレーム５ａとスライドフレーム５ｂとにそれぞれ取り付けられたグリッパ５ｃ，５ｄによって、コントローラ３によってワーク１０１を把持するように構成されている。このツール５は、コントローラ３によって制御される。
【００３９】
上述したツール５を有するロボット装置４をパワーアシスト装置として用いる操作者は、操作装置６のイネーブルスイッチ１０や操作レバー８の操作によって、ツール５にグリップされたワーク１０１を任意の位置に任意の姿勢で移動することができる。ロボット装置４のツール５やアクチュエータ４ａ〜４ｆ（図５参照）は、コントローラ３の制御によって駆動される。
【００４０】
そして、本実施形態に係るロボット制御装置は、コントローラ３と、このコントローラ３に接続された操作装置６とから構成される。
【００４１】
次に、本実施形態のロボット制御装置の電気的な構成を説明する。図５は図１のロボット制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
まず、コントローラ３は、機能ブロック的に表現すると、力覚センサ８ａの力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）とモーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）の各出力を、それぞれの初期値（操作レバー８が原点にあるときの力覚センサ８ａの出力）を差し引いてゼロ点補正する機能を有している。これにより、力覚センサ８ａに操作者から加えられた操作量（力３成分、モーメント３成分）が得られる。
【００４３】
また、コントローラ３は、力覚センサ８ａに操作者から加えられた操作量（力３成分、モーメント３成分）を、力覚センサ８ａの位置を原点とする座標系から操作レバー８の操作者から操作力を受ける位置を原点とする座標系に、座標変換処理する機能を有している。これにより、操作レバー８に操作者から加えられた操作量の力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）及びモーメント３成分（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）が得られる。
【００４４】
さらに、コントローラ３は、操作レバー８に操作者から加えられた操作量の力３成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）及びモーメント３成分（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を、操作レバー８の操作者から操作力を受ける位置を原点とする座標系からツール５のツールセンターポイント（ＴＣＰ）を原点とする座標系に、座標変換処理する機能を有している。これにより、操作者による操作レバー８の操作量に対応するツールセンターポイントの移動速度（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）が得られる。この座標変換は、コントローラ３のメモリ（図示せず）に記憶されている、操作レバー８の操作量に対するツール５のツールセンターポイントの移動速度の特性データを参照して行われる。
【００４５】
また、コントローラ３は、操作者による操作レバー８の操作量に対応する移動速度（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）でツールセンターポイントが移動するように、マニピュレータ１の各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動させるための、各ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆに対する駆動信号を生成し、ロボット装置４に出力する。したがって、本実施形態では、請求項中の回転駆動信号を生成する信号生成手段が、このコントローラ３によって構成されている。
【００４６】
次に、コントローラ３が内蔵のＲＯＭ（図示せず）に格納されたプログラムにしたがって実行する処理の概略を、図６乃至図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４７】
電源の投入によりコントローラ３が起動されると、コントローラ３は、図６のフローチャートに示すように、回転軸切換処理（ステップＳ１）と、アクチュエータ駆動処理（ステップＳ３）とを、周期的に実行する。
【００４８】
このうち、ステップＳ１の回転軸切換処理では、コントローラ３は図７に示すように、マニピュレータ１（ロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆ）が停止中であるか否かを確認する（ステップＳ１０１）。マニピュレータ１が停止中でない場合は（ステップＳ１０１でＮＯ）、回転軸切換処理を終了する。マニピュレータ１が停止中である場合は（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を確認する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
回転軸切換スイッチ１１がオフ状態である場合は（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸（請求項中の所定の回転軸に相当）を第１の回転軸に設定する（ステップＳ１０５）。一方、回転軸切換スイッチ１１がオン状態である場合は（ステップＳ１０３でＮＯ）、ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸（請求項中の所定の回転軸に相当）を第２の回転軸に設定する（ステップＳ１０７）。第１の回転軸と第２の回転軸とは互いに異なる位置に設定されている。また、第１の回転軸と第２の回転軸は、モーメント３成分（θｘ，θｙ，θｚ）の各成分についてそれぞれ個別に設定されている。ツールセンターポイントを旋回させる際の回転軸を第１の回転軸又は第２の回転軸に設定した後、コントローラ３は、回転軸切換処理を終了する。
【００５０】
また、図６に示すステップＳ３のアクチュエータ駆動処理では、コントローラ３は図８に示すように、力覚センサ８ａからの出力信号に基づいて、操作レバー８が原点にあるか否か（操作されているか否か）を確認する（ステップＳ３０１）。操作レバー８が原点にある（操作されていない）場合は（ステップＳ３０１でＮＯ）、アクチュエータ駆動処理を終了する。操作レバー８が原点にない（操作されている）場合は（ステップＳ３０１でＹＥＳ）、操作レバー８の操作内容に対応する内容でツールセンターポイントが移動するようにマニピュレータ１のロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動させるための駆動信号を生成し（ステップＳ３０３）、対応するロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆに出力する（ステップＳ３０５）。その後、アクチュエータ駆動処理を終了する。
【００５１】
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図７のフローチャートにおけるステップＳ１０３乃至ステップＳ１０７が、請求項中の回転軸切換手段に相当する処理となっている。また、本実施形態では、操作レバー８が前後左右に傾動された場合や操作レバー８の中心軸の周りに回転された場合の、図８のフローチャートにおけるステップＳ３０３が、請求項中の信号生成手段に相当する処理となっている。さらに、本実施形態では、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が入力されるコントローラ３が、請求項中における切換指示手段に相当している。
【００５２】
次に、上述した構成のコントローラ３が、操作レバー８の傾動や回転操作によりツールセンターポイントが旋回するようにマニピュレータ１のロータリアクチュエータ４ａ〜４ｆを駆動する際の、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態による動作の違いについて説明する。
【００５３】
まず、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させる場合について説明する。図９は、操作レバー８の操作によってツールセンターポイントが水平面内で旋回する場合を示す説明図である。回転軸切換スイッチ１１のオフ状態においては、コントローラ３は、マニピュレータ１とツール５との連結部に設定された第１の回転軸θ１を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させるとワーク１０１がマニピュレータ１の先端側を中心として揺動することになる。
【００５４】
一方、回転軸切換スイッチ１１のオン状態においては、コントローラ３は、ツール５のスライドフレーム５ｂの先端に設定された第２の回転軸θ２を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させるとワーク１０１がスライドフレーム５ｂの先端を回転中心として揺動することになる。
【００５５】
このため、図９に示すように、ツール５で把持したワーク１０１を、２つの壁部２１，２１の間の収納空間２０に移送し挿入する場合には、まず、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態として、操作レバー８の操作により、収納空間２０の入口付近までワーク１０１を移動させる。この移動の間にワーク１０１の通過の支障となる障害物がある場合には、操作レバー８をその中心軸の周りに回転させて第３のリンク１ｃを中心としてワーク１０１を揺動させ、これにより障害物をかわせばよい。
【００５６】
そして、収納空間２０の入口付近で回転軸切換スイッチ１１をオン状態に切り換えて操作レバー８をその中心軸の周りに回転させ、スライドフレーム５ｂの先端を回転中心としてワーク１０１を揺動させる。これにより、収納空間２０の入口でワーク１０１を容易に収納空間２０への挿入方向に向けさせることができる。
【００５７】
以上に、ワーク１０１を収納空間２０に移送する場合について説明した。次に、ワーク１０１を組付対象のボード２０１に組み付ける場合について説明する。図１０は、四隅に取付孔１０１ａ〜１０１ｄを有する矩形のワーク１０１をツール５で把持し、ワーク１０１のボード２０１に対して組み付ける場合の説明図である。ワーク１０１をボード２０１に組み付けるには、ボード２０１の四隅の取付ピン２０１ａ〜２０１ｄがワーク１０１の対応する取付孔１０１ａ〜１０１ｄにそれぞれ挿入されるように、ボード２０１に対してワーク１０１の姿勢や位置を合わせる必要がある。ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程では、操作レバー８を左右に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して回転（左回転、右回転）させる動作が必要になる。
【００５８】
そこで、操作レバー８を左右に傾動させる場合について説明する。図１１及び図１２は、操作レバー８の左右方向への傾動操作によってツールセンターポイントが左右方向に旋回（左回転又は右回転）する場合を示す説明図である。図１１では、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態にしたまま、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を続けた場合の、ボード２０１に対するワーク１０１の位置関係の変遷を、上下に並べて示している。図１２では、回転軸切換スイッチ１１を途中でオフ状態からオン状態に切り換えて、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を続けた場合の、ボード２０１に対するワーク１０１の位置関係の変遷を、上下に並べて示している。
【００５９】
図１１及び図１２の上側に示すように、回転軸切換スイッチ１１のオフ状態においては、コントローラ３は、ワーク１０１の中央に設定された第１の回転軸θ１を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させる。したがって、操作レバー８を左右方向に傾動操作するとワーク１０１が自身の中央を中心として回転することになる。
【００６０】
このため、図１１及び図１２の上側に示すように、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄがボード２０１の対応する取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフ状態にしたまま、ワーク１０１をボード２０１に近づけて姿勢を調整する過程を行うと、ワーク１０１のボード２０１に対する位置関係が、図１１の下側に示すように変化する。即ち、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づく代わりに、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置からずれてしまう。
【００６１】
そこで、図１１及び図１２の上側に示すように、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄがボード２０１の対応する取付ピン２０１ｄに対向する位置にワーク１０１を移動させた状態で、回転軸切換スイッチ１１をオフからオンに切り換える。回転軸切換スイッチ１１のオン状態においては、図１２の下側に示すように、コントローラ３は、ワーク１０１の右上の取付孔１０１ｄに設定された第２の回転軸θ２を回転中心として、ツールセンターポイントを旋回させるようになる。
【００６２】
このため、操作レバー８を右方向に傾動させてワーク１０１をボード２０１に対して右回転させると、図１２の下側に示すようになる。即ち、ワーク１０１の取付孔１０１ｄがボード２０１の取付ピン２０１ｄに対向する位置を保ったまま、ワーク１０１の他の取付孔１０１ａ〜１０１ｃが対応するボード２０１の取付ピン２０１ａ〜２０１ｃに近づくことになる。このため、ワーク１０１の姿勢をボード２０１に対して容易に合わせることができる。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えることによって、操作レバー８を前後左右に傾動させた場合やその中心軸の周りに回転させた場合のツールセンターポイントの旋回中心を、第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との相互間で切り換えることができる。このため、ワーク１０１の移送先との位置関係やワーク１０１の組付対象との位置関係に応じて、マニピュレータ１によりワーク１０１を回転させる際の回転中心の位置を切り換えて、操作レバー８の操作によりワーク１０１を所望の姿勢や位置に容易に移動させることができる。
【００６４】
なお、上述した実施形態では、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態の切り換えに伴う第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との切り換えを、マニピュレータ１の停止中に限定して行うようにした。これにより、ロボット装置４の動作中に所定の回転軸が切り換わってワーク１０１の回転動作中にその回転中心が急に変わらないようにし、ワーク１０１が不測の移動を行わないようにすることができる。
【００６５】
しかし、そのような手当をする必要性がない場合は、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態の切り換えに伴う第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との切り換えを、マニピュレータ１の停止中に限らず行うようにしても良い。その場合は、図７のフローチャートにおけるステップＳ１０１を省略することになる。
【００６６】
また、マニピュレータ１が停止中であるか否かに拘わらず、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わったかどうかを常時監視し、切り換わった場合に、マニピュレータ１の動作中には切替フラグを立てて、その後にマニピュレータ１が停止したときに、回転軸切換スイッチ１１の切り換わった後のオンオフ状態に応じた回転軸に所定の回転軸を切り換えるようにしても良い。また、回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態が切り換わった場合に、マニピュレータ１が停止中であれば、その時点で、回転軸切換スイッチ１１の切り換わった後のオンオフ状態に応じた回転軸に所定の回転軸を切り換えれば良い。
【００６７】
さらに、上述した実施形態では、所定の回転軸の切り換え候補が第１の回転軸θ１と第２の回転軸θ２との２つである場合を例に取って説明した。しかし、所定の回転軸の切り換え候補は３つ以上であっても良く、その場合には、回転軸切換スイッチ１１を、どの回転軸に切り換えるかを操作者の操作で特定できる形態のものとすれば良い。
【００６８】
また、本実施形態では、操作者が回転軸切換スイッチ１１のオンオフ状態を切り換えることで所定の回転軸の切り替えを行う構成とした。しかし、例えば図９の収納空間２０にワーク１０１を移送する場合を例に取ると、壁部２１への接近を検出するセンサを例えばツール５に取り付け、そのセンサが壁部２１への接近を検出したことをトリガとして、コントローラ３が制御によって所定の回転軸を自動的に切り換える構成としても良い。その場合には、回転軸切換スイッチ１１は省略しても良いし、省略せず手動による切り換えと併用する構成としても良い。
【００６９】
さらに、操作子は、本実施形態で説明したようなジョイスティックによる操作レバー８に限定されない。即ち、操作子の操作によってツールセンターポイントを移動させる対象のロボットにおける、可動部分の自由度に応じた数の動きを入力できるものであれば、ジョイスティックのような操作レバー以外のものであっても良い。また、ワーク１０１やツール５の形態は、上述した実施形態で示したものに限定されず任意である。即ち、ツールはワークを挟持するタイプのものに限定されない。
【００７０】
また、本実施形態では、対象物に組み付けたり目的地に搬送するワーク１０１の移動をアシストするパワーアシスト装置として使用するロボット装置４の駆動を制御する際に、本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、パワーアシスト装置として利用するロボット以外にも、ワークをツールでグリップして操作子の操作により動くロボットであれば、その駆動制御に広く適用可能である。例えば、単にワークを搬送するロボットの制御や、研磨、加工用のサンダー（砥石）にワークを当て付けるロボットの制御にも、本発明を適用することができる。即ち、本発明は、ワークを持ち運ぶ作業を行うロボット全般の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ マニピュレータ
３ コントローラ
４ ロボット装置
４ａ ロータリアクチュエータ
４ｂ ロータリアクチュエータ
４ｃ ロータリアクチュエータ
４ｄ ロータリアクチュエータ
４ｅ ロータリアクチュエータ
４ｆ ロータリアクチュエータ
５ ツール
５ａ メインフレーム
５ｂ スライドフレーム
５ｃ グリッパ
５ｄ グリッパ
６ 操作装置
７ 固定レバー
８ 操作レバー（操作子）
８ａ 力覚センサ
９ 表示灯
１０ イネーブルスイッチ
１１ 回転軸切換スイッチ
２０ 収納空間
２１ 壁部
１０１ ワーク
１０１ａ 取付孔
１０１ｂ 取付孔
１０１ｃ 取付孔
１０１ｄ 取付孔
２０１ ボード
２０１ａ 取付ピン
２０１ｂ 取付ピン
２０１ｃ 取付ピン
２０１ｄ 取付ピン
θ１ 第１の回転軸
θ２ 第２の回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動させる制御を行う装置であって、
前記ワークを回転させるための前記操作子の操作時に、所定の回転軸を回転中心として前記ワークが回転するように前記ロボットを駆動させる回転駆動信号を生成する信号生成手段と、
前記所定の回転軸の切換指示が入力される切換指示手段と、
前記切換指示手段に前記切換指示が入力される度に、前記信号生成手段が前記回転駆動信号の生成時に前記所定の回転軸とする回転軸を、それまでの回転軸とは位置が異なる別の回転軸に切り換える回転軸切換手段と、
を備えることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
前記所定の回転軸の切り換えの指示操作が行われる指示操作手段をさらに備えており、該指示操作手段により前記指示操作が行われることで前記切換指示手段に前記切換指示が入力されることを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記回転軸切換手段は、前記所定の回転軸とする回転軸の切り換えを前記ロボットの停止中に行うことを特徴とする請求項１又は２記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記ロボットが前記ワークの移動をアシストするパワーアシスト装置であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のロボット制御装置。
【請求項１】
ワークをツールでグリップするロボットを操作子の操作によって駆動させる制御を行う装置であって、
前記ワークを回転させるための前記操作子の操作時に、所定の回転軸を回転中心として前記ワークが回転するように前記ロボットを駆動させる回転駆動信号を生成する信号生成手段と、
前記所定の回転軸の切換指示が入力される切換指示手段と、
前記切換指示手段に前記切換指示が入力される度に、前記信号生成手段が前記回転駆動信号の生成時に前記所定の回転軸とする回転軸を、それまでの回転軸とは位置が異なる別の回転軸に切り換える回転軸切換手段と、
を備えることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項２】
前記所定の回転軸の切り換えの指示操作が行われる指示操作手段をさらに備えており、該指示操作手段により前記指示操作が行われることで前記切換指示手段に前記切換指示が入力されることを特徴とする請求項１記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記回転軸切換手段は、前記所定の回転軸とする回転軸の切り換えを前記ロボットの停止中に行うことを特徴とする請求項１又は２記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記ロボットが前記ワークの移動をアシストするパワーアシスト装置であることを特徴とする請求項１、２又は３記載のロボット制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２６４５３８（Ｐ２０１０−２６４５３８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７５４３（Ｐ２００９−１１７５４３）
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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